QuímicaMedioCuestión · 2 pts

Problema resuelto de Química: Pilas galvánicas y potencialesSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2023 · Julio

Enunciado

Teniendo en cuenta los potenciales estándar de reducción, responda razonadamente si los siguientes enunciados son verdaderos o falsos:

a) Una barra de estaño es estable cuando se introduce en una disolución acuosa de

\text{CuSO}_4

1 M. (0,5 puntos)

b) Al sumergir una barra de hierro en una disolución acuosa de

\text{CrCl}_3

1 M, se recubre con cromo. (0,5 puntos)

c) El aluminio se disuelve en una disolución acuosa de HCl 1 M. (0,5 puntos)

d) Las disoluciones acuosas de

\text{SnCl}_2

1 M, se pueden guardar en recipientes de aluminio. (0,5 puntos)

Datos:

E^\circ

(V):

[\text{Al}^{3+}(ac)/\text{Al}(s)] = -1{,}68

;

[\text{Cr}^{3+}(ac)/\text{Cr}(s)] = -0{,}74

;

[\text{Fe}^{2+}(ac)/\text{Fe}(s)] = -0{,}44

;

[\text{Sn}^{2+}(ac)/\text{Sn}(s)] = -0{,}14

;

[\text{H}^+(ac)/\text{H}_2(g)] = 0

;

[\text{Cu}^{2+}(ac)/\text{Cu}(s)] = +0{,}34

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Resultado

a) FALSO:

\text{Sn} + \text{Cu}^{2+} \rightarrow \text{Sn}^{2+} + \text{Cu}

E^\circ = +0{,}48\ \text{V}

; el estaño se disuelve.

b) FALSO:

E^\circ = -0{,}30\ \text{V}

; el hierro no reduce al

\text{Cr}^{3+}

.

c) VERDADERO:

E^\circ = +1{,}68\ \text{V}

; el Al se disuelve y se desprende

\text{H}_2

.

d) FALSO:

E^\circ = +1{,}54\ \text{V}

; el aluminio reduce al

\text{Sn}^{2+}

y el recipiente se corroe.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

En los cuatro casos hay un metal (que solo puede oxidarse) en contacto con una disolución de iones que podrían reducirse. La pregunta es siempre la misma: ¿es espontánea la reacción entre ellos?

Se escribe la reacción posible (el metal se oxida, el ion se reduce) y se calcula su potencial estándar:

E^\circ = E^\circ_\text{cátodo} - E^\circ_\text{ánodo} = E^\circ(\text{especie que se reduce}) - E^\circ(\text{especie que se oxida})

E^\circ > 0

\Delta G^\circ = -nFE^\circ < 0

y la reacción es espontánea: el metal se disuelve (se oxida). Si

E^\circ < 0

, no ocurre y el metal es estable. Dicho de otra forma: un metal reduce a los iones de cualquier par con potencial de reducción mayor que el suyo.

Desarrollo

a) Estaño en $\text{CuSO}_4$ 1 M. La reacción posible es la oxidación del estaño por los iones

\text{Cu}^{2+}

\text{Sn}(s) + \text{Cu}^{2+}(ac) \longrightarrow \text{Sn}^{2+}(ac) + \text{Cu}(s)

E^\circ = E^\circ(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) - E^\circ(\text{Sn}^{2+}/\text{Sn}) = 0{,}34 - (-0{,}14) = +0{,}48\ \text{V} > 0

Es espontánea: el estaño se oxida (se disuelve) y sobre la barra se deposita cobre. La barra no es estable: FALSO.

b) Hierro en $\text{CrCl}_3$ 1 M. Para que la barra se recubra de cromo, el hierro tendría que reducir al

\text{Cr}^{3+}

3\,\text{Fe}(s) + 2\,\text{Cr}^{3+}(ac) \longrightarrow 3\,\text{Fe}^{2+}(ac) + 2\,\text{Cr}(s)

E^\circ = E^\circ(\text{Cr}^{3+}/\text{Cr}) - E^\circ(\text{Fe}^{2+}/\text{Fe}) = -0{,}74 - (-0{,}44) = -0{,}30\ \text{V} < 0

No es espontánea: el

\text{Cr}^{3+}

tiene menos tendencia a reducirse que el

\text{Fe}^{2+}

, así que el hierro no lo reduce y no se deposita cromo. FALSO.

c) Aluminio en HCl 1 M. Los iones

\text{H}^+

pueden oxidar al aluminio, desprendiendo hidrógeno:

2\,\text{Al}(s) + 6\,\text{H}^+(ac) \longrightarrow 2\,\text{Al}^{3+}(ac) + 3\,\text{H}_2(g)

E^\circ = E^\circ(\text{H}^+/\text{H}_2) - E^\circ(\text{Al}^{3+}/\text{Al}) = 0 - (-1{,}68) = +1{,}68\ \text{V} > 0

Es espontánea: el aluminio se disuelve con desprendimiento de

\text{H}_2

. VERDADERO.

d) $\text{SnCl}_2$ 1 M en un recipiente de aluminio. El aluminio podría reducir los iones

\text{Sn}^{2+}

2\,\text{Al}(s) + 3\,\text{Sn}^{2+}(ac) \longrightarrow 2\,\text{Al}^{3+}(ac) + 3\,\text{Sn}(s)

E^\circ = E^\circ(\text{Sn}^{2+}/\text{Sn}) - E^\circ(\text{Al}^{3+}/\text{Al}) = -0{,}14 - (-1{,}68) = +1{,}54\ \text{V} > 0

Es espontánea: el recipiente se oxidaría (se iría disolviendo) y se depositaría estaño en sus paredes. No se puede guardar ahí: FALSO.

Consejo

Escribe siempre la reacción y calcula $E^\circ$ con su signo: decir «el estaño tiene un potencial menor» sin más es un razonamiento a medias. Recuerda que el potencial estándar no se multiplica por los coeficientes al ajustar: es una propiedad intensiva.

Fíjate en qué pregunta cada enunciado: en a) «es estable» y en d) «se puede guardar» significan que no hay reacción, así que una reacción espontánea los hace falsos.