Ejercicio resuelto de Varios · Química · 2023

Sabiendo que los potenciales de reducción del cobre y de la plata en condiciones estándar son $E^o(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = 0{,}35\ \text{V}$ y $E^o(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = 0{,}8\ \text{V}$:

a) Calcule el potencial estándar de la pila que podría formarse con ellos. Indique razonadamente cuál sería el ánodo y cuál el cátodo. [1 punto]

b) Atendiendo a la reacción global, conteste razonadamente si se disolverá una cuchara de cobre al introducirla en una disolución de $\text{AgNO}_3$. [1 punto]

c) Escriba la notación de la pila formada en las condiciones del apartado a). [1 punto]

$\textbf{a) Calcule el potencial estándar de la pila que podría formarse con ellos. Indique razonadamente cuál sería el ánodo y cuál el cátodo. [1 punto]}$

Para que la pila funcione sola, la reacción debe ser espontánea, y eso obliga a que se reduzca el par de mayor potencial y se oxide el de menor:

$E^0(\mathrm{Ag^+/Ag}) = 0{,}80\ \mathrm{V} \ > \ E^0(\mathrm{Cu^{2+}/Cu}) = 0{,}35\ \mathrm{V}$

$\textbf{Cátodo}$: el electrodo de plata, donde ocurre la reducción.

$\textbf{Ánodo}$: el electrodo de cobre, donde ocurre la oxidación.

$E^0_{\text{pila}} = E^0_{\text{cátodo}} - E^0_{\text{ánodo}} = 0{,}80 - 0{,}35$

$E^0_{\text{pila}} = +0{,}45\ \mathrm{V}$

$\textbf{b) Atendiendo a la reacción global, conteste razonadamente si se disolverá una cuchara de cobre al introducirla en una disolución de AgNO₃. [1 punto]}$

Las semirreacciones son:

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

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

La de la plata hay que multiplicarla por 2 para igualar los electrones intercambiados. Sumando:

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

El potencial de esa reacción es el mismo $+0{,}45$ V de antes, positivo, luego es espontánea: $\textbf{sí, la cuchara se disuelve}$.

Lo que se observa es que el cobre se va corroyendo mientras se deposita sobre él una capa de plata metálica, y la disolución se tiñe del azul característico del $\mathrm{Cu^{2+}}$.

Un detalle importante: el potencial $\textbf{no}$ se multiplica por 2 al ajustar la semirreacción de la plata. Es una propiedad intensiva y no depende de la cantidad de sustancia que reaccione.

$\textbf{c) Escriba la notación de la pila formada en las condiciones del apartado a). [1 punto]}$

El convenio es escribir el ánodo a la izquierda y el cátodo a la derecha, con una barra simple para cada separación entre fases y una barra doble para el puente salino:

$\mathrm{Cu(s)}\,|\,\mathrm{Cu^{2+}(1\ M)}\,\|\,\mathrm{Ag^+(1\ M)}\,|\,\mathrm{Ag(s)}$

Se lee de izquierda a derecha siguiendo el camino de los electrones por el circuito exterior: salen del cobre y llegan a la plata.