Ejercicio resuelto de Pilas galvánicas · Química · 2020

Razone y escriba las posibles reacciones que se produzcan cuando, en condiciones normales o estándar:

a) se introduce una barra de cinc en una disolución acuosa de ${\text{Pb}}^{2+}$. [1 punto]

b) se sumerge un trozo de plata metálica en una disolución acuosa de ${\text{Pb}}^{2+}$. [1 punto]

Datos: $E^0({\text{Ag}}^{+}\mathrm{/}\text{Ag})=+\mathrm{0,80}\text{ V}$; $E^0({\text{Pb}}^{2+}\mathrm{/}\text{Pb})=-\mathrm{0,13}\text{ V}$; $E^0({\text{Zn}}^{2+}\mathrm{/}\text{Zn})=-\mathrm{0,76}\text{ V}$.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Razone}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{escriba}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{posibles}}\mathbf{\text{reacciones}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{produzcan}}\mathbf{\text{cuando}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{introduce}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{barra}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{cinc}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{acuosa}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Pb²⁺.}}\mathbf{\text{[1}}\mathbf{\text{punto]}}$

La pregunta se reduce a decidir si el proceso es espontáneo, y eso lo dicen los potenciales: un metal desplaza de su sal a otro metal cuando su potencial de reducción es $\mathbf{\text{menor}}$, porque entonces es el más reductor de los dos.

$E^0(\mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}\mathrm{/}\mathrm{Z}\mathrm{n})=-\mathrm{0,76}\mathrm{V}<E^0(\mathrm{P}{\mathrm{b}}^{2+}\mathrm{/}\mathrm{P}\mathrm{b})=-\mathrm{0,13}\mathrm{V}$

El cinc es el más reductor, así que se oxida y cede sus electrones al plomo(II), que se reduce a plomo metálico.

$\mathrm{Z}\mathrm{n}(s)\to \mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}(ac)+2e^{-}\text{(oxidaci}\acute{\text{o}}\text{n, }\acute{\text{a}}\text{nodo)}$

$\mathrm{P}{\mathrm{b}}^{2+}(ac)+2e^{-}\to \mathrm{P}\mathrm{b}(s)\text{(reducci}\acute{\text{o}}\text{n, c}\acute{\text{a}}\text{todo)}$

$\mathrm{Z}\mathrm{n}(s)+\mathrm{P}{\mathrm{b}}^{2+}(ac)\to \mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}(ac)+\mathrm{P}\mathrm{b}(s)$

$E^0=E_{\text{reducci}\acute{\text{o}}\text{n}}^0-E_{\text{oxidaci}\acute{\text{o}}\text{n}}^0=(-\mathrm{0,13})-(-\mathrm{0,76})=+\mathrm{0,63}\mathrm{V}$

Como sale positivo, la reacción $\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{produce}}$. En la práctica se observa que la barra de cinc se va disolviendo y sobre ella crecen cristales de plomo metálico, en la vistosa formación que los antiguos llamaban árbol de Saturno.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Razone}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{escriba}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{posibles}}\mathbf{\text{reacciones}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{produzcan}}\mathbf{\text{cuando}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{sumerge}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{trozo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{plata}}\mathbf{\text{met}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{lica}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{acuosa}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Pb²⁺.}}\mathbf{\text{[1}}\mathbf{\text{punto]}}$

Ahora los potenciales están al revés:

$E^0(\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}\mathrm{/}\mathrm{A}\mathrm{g})=+\mathrm{0,80}\mathrm{V}>E^0(\mathrm{P}{\mathrm{b}}^{2+}\mathrm{/}\mathrm{P}\mathrm{b})=-\mathrm{0,13}\mathrm{V}$

La plata es mucho menos reductora que el plomo, de modo que no puede arrancarle electrones al $\mathrm{P}{\mathrm{b}}^{2+}$. Si se plantea igualmente la reacción:

$2\mathrm{A}\mathrm{g}(s)+\mathrm{P}{\mathrm{b}}^{2+}(ac)\to 2\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}(ac)+\mathrm{P}\mathrm{b}(s)$

$E^0=(-\mathrm{0,13})-(+\mathrm{0,80})=-\mathrm{0,93}\mathrm{V}$

El potencial es negativo, así que el proceso $\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{espont}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{neo}}$ y no ocurre nada: el trozo de plata permanece intacto y la disolución no cambia.

Lo que sí sería espontáneo es el proceso inverso, es decir, que el plomo desplazara a la plata de sus disoluciones. Y esto ilustra bien lo que significa que la plata sea un metal noble: su potencial de reducción positivo la deja por encima del hidrógeno y de casi todos los metales corrientes, de modo que no la desplaza casi nadie ni la atacan los ácidos no oxidantes.