Ejercicio resuelto de Pilas galvánicas · Química · 2021

Una pila voltaica está constituida por un electrodo de Ni sumergido en una disolución de ${\text{Ni(NO}}_3{)}_2$ y un electrodo de Ag sumergido en una disolución de ${\text{AgNO}}_3$.

a) Indique, justificando su respuesta, las reacciones que tienen lugar en el ánodo y en el cátodo. (0,5 puntos)

b) Escriba la reacción global. (0,5 puntos)

c) Escriba la notación de la pila. (0,5 puntos)

d) Calcule el potencial o fuerza electromotriz ($E^o$) de la misma. (0,5 puntos)

Datos: $E^o({\text{Ni}}^{2+}\mathrm{/}\text{Ni})=-\mathrm{0,25}\text{ V}$; $E^o({\text{Ag}}^{+}\mathrm{/}\text{Ag})=\mathrm{0,80}\text{ V}$.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Indique,}}\mathbf{\text{justificando}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{respuesta,}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{reacciones}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{tienen}}\mathbf{\text{lugar}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nodo}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{todo.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

En una pila galvánica la reacción espontánea es la que da un potencial positivo, y para ello el electrodo de mayor potencial de reducción actúa de cátodo y el de menor, de ánodo. Comparando los datos:

$E^0(\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}\mathrm{/}\mathrm{A}\mathrm{g})=+\mathrm{0,80}\mathrm{V}>E^0(\mathrm{N}{\mathrm{i}}^{2+}\mathrm{/}\mathrm{N}\mathrm{i})=-\mathrm{0,25}\mathrm{V}$

$\acute{\mathbf{\text{A}}}\mathbf{\text{nodo}}$ (oxidación), el electrodo de níquel:

$\mathrm{N}\mathrm{i}(s)\to \mathrm{N}{\mathrm{i}}^{2+}(ac)+2e^{-}$

$\mathbf{\text{C}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{todo}}$ (reducción), el electrodo de plata:

$\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}(ac)+e^{-}\to \mathrm{A}\mathrm{g}(s)$

Los nitratos de ambas disoluciones son iones espectadores y no intervienen.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{global.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Para sumar las dos semirreacciones hay que igualar los electrones intercambiados. Como la plata solo capta uno, se multiplica su semirreacción por 2:

$2\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}(ac)+2e^{-}\to 2\mathrm{A}\mathrm{g}(s)$

Sumando con la del níquel y simplificando los electrones:

$\mathrm{N}\mathrm{i}(s)+2\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}(ac)\to \mathrm{N}{\mathrm{i}}^{2+}(ac)+2\mathrm{A}\mathrm{g}(s)$

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{notaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{pila.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Por convenio, el ánodo se escribe a la izquierda y el cátodo a la derecha; la barra simple separa las fases de un mismo electrodo y la doble representa el puente salino:

$\mathrm{N}\mathrm{i}(s)\mathrm{\mid }\mathrm{N}{\mathrm{i}}^{2+}(ac)\mathrm{\mid }\mathrm{\mid }\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}(ac)\mathrm{\mid }\mathrm{A}\mathrm{g}(s)$

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{Calcule}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{potencial}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{fuerza}}\mathbf{\text{electromotriz}}\mathbf{\text{(E°)}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{misma.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$E_{\text{pila}}^0=E_{\text{c}\acute{\text{a}}\text{todo}}^0-E_{\acute{\text{a}}\text{nodo}}^0=(+\mathrm{0,80})-(-\mathrm{0,25})$

$E_{\text{pila}}^0=+\mathrm{1,05}\mathrm{V}$

El valor sale positivo, lo que confirma que la reacción del apartado b) es la espontánea y que la asignación de electrodos era la correcta.

Conviene subrayar que el potencial de la plata $\mathbf{\text{no}}$ se multiplica por 2 al ajustar su semirreacción: es una propiedad intensiva y no depende de la cantidad de sustancia que reaccione.