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Pilas galvánicas y potenciales

Extremadura · 2026 · Junio

Enunciado

Para construir una pila se dispone de una lámina de cobre y otra de plata, y de disoluciones acuosas de concentración

1{,}0\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}

de sales de estos iones.

a) (0,75 puntos) Escribir las semirreacciones de oxidación y de reducción. Indicar la reacción global de la pila. ¿Qué electrodo actúa de ánodo y cuál de cátodo?

b) (0,5 puntos) Escribir la notación de pila y calcular su fem.

c) (0,25 puntos) Indicar las sustancias que se podrían utilizar como puente salino y explicar cuál es su función.

Datos:

E^\circ(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = +0{,}34\ \text{V}

;

E^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = +0{,}80\ \text{V}

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Resultado

a) Ánodo (Cu): $\text{Cu} \rightarrow \text{Cu}^{2+} + 2e^-$ ; cátodo (Ag): $\text{Ag}^+ + e^- \rightarrow \text{Ag}$ . Global: $\text{Cu} + 2\text{Ag}^+ \rightarrow \text{Cu}^{2+} + 2\text{Ag}$ .
b) $\text{Cu}|\text{Cu}^{2+}\|\text{Ag}^+|\text{Ag}$ ; $E^\circ = 0{,}46\ \text{V}$ .
c) $\text{KNO}_3$ o $\text{NaNO}_3$ : cierra el circuito y mantiene neutras las disoluciones.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

En una pila, la especie con mayor potencial de reducción se reduce (cátodo) y la de menor potencial se oxida (ánodo). Como

E^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) > E^\circ(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu})

, los iones plata se reducen sobre la lámina de plata y el cobre metálico se oxida. Se ajustan los electrones para escribir la reacción global, la fem es

E^\circ_\text{cátodo} - E^\circ_\text{ánodo}

y la notación se escribe con el ánodo a la izquierda.

Desarrollo

a) Semirreacciones, reacción global y electrodos

El par

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

tiene el potencial de reducción más alto (

+0{,}80\ \text{V}

): el

\text{Ag}^+

es mejor oxidante que el

\text{Cu}^{2+}

, así que la plata se reduce y el cobre se oxida.

Oxidación (ánodo, electrodo de cobre, polo negativo):

\text{Cu}(s) \longrightarrow \text{Cu}^{2+}(aq) + 2\,e^-

Reducción (cátodo, electrodo de plata, polo positivo):

\text{Ag}^+(aq) + e^- \longrightarrow \text{Ag}(s)

Para igualar los electrones intercambiados, la semirreacción de reducción se multiplica por 2 y se suman:

\text{Cu}(s) + 2\,\text{Ag}^+(aq) \longrightarrow \text{Cu}^{2+}(aq) + 2\,\text{Ag}(s)

La lámina de cobre se va disolviendo (ánodo) y sobre la de plata se deposita plata metálica (cátodo).

b) Notación de la pila y fem

Se escribe el ánodo a la izquierda y el cátodo a la derecha; una barra separa cada electrodo de su disolución y la doble barra representa el puente salino:

\text{Cu}(s)\,|\,\text{Cu}^{2+}(aq,\ 1{,}0\ \text{M})\,\|\,\text{Ag}^+(aq,\ 1{,}0\ \text{M})\,|\,\text{Ag}(s)

Como las concentraciones son

1{,}0\ \text{M}

, la fem es la estándar:

E^\circ_\text{pila} = E^\circ_\text{cátodo} - E^\circ_\text{ánodo} = 0{,}80 - 0{,}34 = +0{,}46\ \text{V}

Es positiva: la reacción es espontánea, como debe ser en una pila. (El potencial de la plata no se multiplica por 2 al ajustar los electrones: es una propiedad intensiva.)

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

c) Puente salino

El puente salino es un tubo en U (o un papel o tabique poroso) con la disolución concentrada de un electrolito inerte, cuyos iones no reaccionan con los de las semiceldas ni con los electrodos: por ejemplo

\text{KNO}_3

\text{NaNO}_3

\text{NH}_4\text{NO}_3

. En esta pila conviene evitar el

\text{KCl}

, porque sus iones cloruro precipitarían

\text{AgCl}

con el

\text{Ag}^+

de la semicelda de plata.

Su función es cerrar el circuito y mantener la neutralidad eléctrica de cada disolución: a medida que en el ánodo aparecen cationes

\text{Cu}^{2+}

y en el cátodo desaparecen cationes

\text{Ag}^+

, los aniones del puente (

\text{NO}_3^-

) migran hacia el ánodo y los cationes (

\text{K}^+

) hacia el cátodo. Sin él, las cargas se acumularían y la corriente se detendría enseguida. Por el puente circulan iones, no electrones.

Consejo

Al ajustar los electrones multiplicas la semirreacción de la plata por 2, pero no su potencial: la fem es $0{,}80 - 0{,}34 = 0{,}46\ \text{V}$ , no $2\cdot 0{,}80 - 0{,}34$ .

En c), piensa qué sal elegir: con una semicelda de plata, el $\text{KCl}$ precipitaría $\text{AgCl}$ . Proponer un nitrato y explicar por qué demuestra que entiendes la función del puente.