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Problema resuelto de Química: Pilas galvánicas y potencialesSelectividad (PAU) · País Vasco 2025 · Julio

Enunciado

Considerando los potenciales estándar de reducción de los siguientes pares redox

E^0

(V):

\text{Al}^{3+}/\text{Al} = -1{,}66

;

\text{Ag}^+/\text{Ag} = 0{,}80

;

\text{Cu}^{2+}/\text{Cu} = 0{,}34

; y

\text{Pb}^{2+}/\text{Pb} = -0{,}13

.

a) Razonar cuál de las ocho especies es la más oxidante y cuál la más reductora. (0,25 puntos)

b) Calcular con qué par de electrodos se puede construir una pila galvánica de mayor potencial. (0,5 puntos)

c) Escribir las semirreacciones que tienen lugar en los electrodos de la pila y la reacción global. (0,5 puntos)

d) Indicar cuáles son el polo positivo y el polo negativo de la pila y determinar en qué dirección se moverán los electrones. (0,25 puntos)

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

a) Más oxidante:

\text{Ag}^+

. Más reductora: Al.

b) Pila Al |

\text{Al}^{3+}

‖

\text{Ag}^+

| Ag, con

E^0 = 2{,}46

V.

c) Ánodo:

\text{Al} \rightarrow \text{Al}^{3+} + 3e^-

; cátodo:

\text{Ag}^+ + e^- \rightarrow \text{Ag}

; global:

\text{Al} + 3\,\text{Ag}^+ \rightarrow \text{Al}^{3+} + 3\,\text{Ag}

.

d) Polo negativo: ánodo (Al); polo positivo: cátodo (Ag). Los electrones van por el cable del Al a la Ag.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Un potencial de reducción alto significa que la forma oxidada del par tiene mucha tendencia a reducirse (es buen oxidante); uno muy negativo, que la forma reducida tiene mucha tendencia a oxidarse (es buen reductor).

La pila de mayor fuerza electromotriz se monta con los dos pares más separados en la escala: el de mayor

E^0

hace de cátodo (reducción) y el de menor

E^0

de ánodo (oxidación), y

E^0_{\text{pila}} = E^0_{\text{cátodo}} - E^0_{\text{ánodo}}

Desarrollo

a) Las ocho especies son

\text{Al}^{3+}

, Al,

\text{Ag}^+

, Ag,

\text{Cu}^{2+}

, Cu,

\text{Pb}^{2+}

y Pb.

La más oxidante es, entre las formas oxidadas (las que pueden reducirse), la del par de $E^0$ más alto: el $\text{Ag}^+$ ( $E^0 = +0{,}80$ V).
La más reductora es, entre las formas reducidas (las que pueden oxidarse), la del par de $E^0$ más bajo: el Al ( $E^0 = -1{,}66$ V).

b) Pila de mayor potencial. Se combinan los pares de los extremos:

\text{Ag}^+/\text{Ag}

como cátodo y

\text{Al}^{3+}/\text{Al}

como ánodo.

E^0_{\text{pila}} = E^0_{\text{cátodo}} - E^0_{\text{ánodo}} = 0{,}80\ \text{V} - (-1{,}66\ \text{V}) = 2{,}46\ \text{V}

Cualquier otra combinación da menos (por ejemplo, Cu y Al: 2,00 V).

c) Semirreacciones.

Ánodo (oxidación): $\text{Al}(s) \rightarrow \text{Al}^{3+}(aq) + 3\,e^-$
Cátodo (reducción): $\text{Ag}^+(aq) + e^- \rightarrow \text{Ag}(s)$

Reacción global. Se multiplica la del cátodo por 3 para igualar los electrones y se suman:

\text{Al}(s) + 3\,\text{Ag}^+(aq) \rightarrow \text{Al}^{3+}(aq) + 3\,\text{Ag}(s) \qquad E^0 = +2{,}46\ \text{V}

(El potencial no se multiplica por 3: es una propiedad intensiva.) Como

E^0 > 0

, la reacción es espontánea.

d) Polos y electrones. En el ánodo de aluminio se liberan electrones, así que es el polo negativo; el cátodo de plata, donde se consumen, es el polo positivo. Los electrones salen del ánodo y circulan por el circuito exterior (el cable) del electrodo de Al al de Ag.

Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)

Consejo

Al ajustar la reacción global multiplicas las semirreacciones para igualar electrones, pero el potencial no se multiplica. Y cuando pregunten por «la especie más oxidante», nombra un ion o un átomo concreto ( $\text{Ag}^+$ , no «la plata» ni «el par Ag»): de cada par, solo la forma oxidada puede oxidar y solo la reducida puede reducir.