Ejercicio resuelto de Varios · Química · Extremadura · 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: $E^0(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = +0{,}80\ \text{V}$; $E^0(\text{Pb}^{2+}/\text{Pb}) = -0{,}13\ \text{V}$; $E^0(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}) = -0{,}76\ \text{V}$.

$\textbf{a) Razone y escriba las posibles reacciones que se produzcan cuando se introduce una barra de cinc en una disolución acuosa de Pb²⁺. [1 punto]}$

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 $\textbf{menor}$, porque entonces es el más reductor de los dos.

$E^0(\mathrm{Zn^{2+}/Zn}) = -0{,}76\ \mathrm{V} < E^0(\mathrm{Pb^{2+}/Pb}) = -0{,}13\ \mathrm{V}$

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

$\mathrm{Zn}(s) \rightarrow \mathrm{Zn^{2+}}(ac) + 2\,e^- \qquad \text{(oxidación, ánodo)}$

$\mathrm{Pb^{2+}}(ac) + 2\,e^- \rightarrow \mathrm{Pb}(s) \qquad \text{(reducción, cátodo)}$

$\mathrm{Zn}(s) + \mathrm{Pb^{2+}}(ac) \rightarrow \mathrm{Zn^{2+}}(ac) + \mathrm{Pb}(s)$

$E^0 = E^0_{\text{reducción}} - E^0_{\text{oxidación}} = (-0{,}13) - (-0{,}76) = +0{,}63\ \mathrm{V}$

Como sale positivo, la reacción $\textbf{sí se produce}$. 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.

$\textbf{b) Razone y escriba las posibles reacciones que se produzcan cuando se sumerge un trozo de plata metálica en una disolución acuosa de Pb²⁺. [1 punto]}$

Ahora los potenciales están al revés:

$E^0(\mathrm{Ag^+/Ag}) = +0{,}80\ \mathrm{V} > E^0(\mathrm{Pb^{2+}/Pb}) = -0{,}13\ \mathrm{V}$

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

$2\,\mathrm{Ag}(s) + \mathrm{Pb^{2+}}(ac) \rightarrow 2\,\mathrm{Ag^+}(ac) + \mathrm{Pb}(s)$

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

El potencial es negativo, así que el proceso $\textbf{no es espontáneo}$ 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.