Ejercicio resuelto de Números de oxidación · Química · 2022

La notación correspondiente a la pila Daniell es: $\text{Zn(s)}\,|\,\text{Zn}^{2+}(\text{aq},\ 1\ \text{M})\,||\,\text{Cu}^{2+}(\text{aq},\ 1\ \text{M})\,|\,\text{Cu(s)}$, $\Delta E^{o} = 1{,}10\ \text{V}$.

a) Escriba la semirreacción que ocurre en el ánodo. [0,5 puntos]

b) Sabiendo que el potencial estándar de reducción del electrodo $\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}$ es 0,34 V, determine el potencial estándar de reducción del electrodo $\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}$. [0,5 puntos]

c) Razone si al cambiar el electrodo de cinc por uno de plomo aumenta o disminuye el potencial de la pila. [0,5 puntos]

Dato: $E^{o}(\text{Pb}^{2+}/\text{Pb}) = -0{,}13\ \text{V}$.

$\textbf{a) Escriba la semirreacción que ocurre en el ánodo. [0,5 puntos]}$

En la notación de una pila el ánodo se escribe siempre a la izquierda, así que aquí es el electrodo de cinc. El ánodo es donde ocurre la oxidación:

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

La lámina de cinc se va disolviendo y los dos electrones salen por el circuito exterior hacia el cátodo de cobre, donde reducen al $\mathrm{Cu^{2+}}$.

$\textbf{b) Sabiendo que el potencial estándar de reducción del electrodo Cu²⁺/Cu es 0,34 V, determine el potencial estándar de reducción del electrodo Zn²⁺/Zn. [0,5 puntos]}$

La fem de la pila es la diferencia entre los potenciales de reducción del cátodo y del ánodo:

$\Delta E^o = E^o_{\text{cátodo}} - E^o_{\text{ánodo}}$

$1{,}10 = 0{,}34 - E^o(\mathrm{Zn^{2+}}/\mathrm{Zn})$

$E^o(\mathrm{Zn^{2+}}/\mathrm{Zn}) = 0{,}34 - 1{,}10 = -0{,}76 \text{ V}$

El signo negativo confirma lo que ya se sabía por el apartado a): el par del cinc tiene menos tendencia a reducirse que el del cobre, y por eso es el que se oxida.

$\textbf{c) Razone si al cambiar el electrodo de cinc por uno de plomo aumenta o disminuye el potencial de la pila. [0,5 puntos]}$

El potencial del plomo, $-0{,}13$ V, sigue siendo menor que el del cobre, así que el plomo haría de ánodo igual que el cinc. Pero está mucho más cerca:

$\Delta E^o = 0{,}34 - (-0{,}13) = +0{,}47 \text{ V}$

El potencial disminuye, de 1,10 V a 0,47 V. La razón es que la fem mide la separación entre los dos pares, y el plomo es peor reductor que el cinc: al acercar el ánodo al cátodo en la escala de potenciales, la pila entrega menos.