Ejercicio resuelto de Pilas galvánicas · Química · 2022

Teniendo en cuenta los potenciales de reducción estándar de la plata y del níquel, $E^o({\text{Ag}}^{+}\mathrm{/}\text{Ag})=+\mathrm{0,80}\text{ V}$ y $E^o({\text{Ni}}^{2+}\mathrm{/}\text{Ni})=-\mathrm{0,25}\text{ V}$:

a) ¿Cuál es la fuerza electromotriz, en condiciones estándar, de la pila que se podría construir? [1 punto]

b) Escriba la notación de esa pila y la reacción global que tiene lugar. [1 punto]

c) Indique cuál es el cátodo, el ánodo y las reacciones que tienen lugar en cada uno de ellos. [1 punto]

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{fuerza}}\mathbf{\text{electromotriz,}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{condiciones}}\mathbf{\text{est}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{ndar,}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{pila}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{podr}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{construir?}}\mathbf{\text{[1}}\mathbf{\text{punto]}}$

Para que la pila funcione espontáneamente se reduce el par de mayor potencial y se oxida el de menor:

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

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

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

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{notaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{esa}}\mathbf{\text{pila}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{global}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{tiene}}\mathbf{\text{lugar.}}\mathbf{\text{[1}}\mathbf{\text{punto]}}$

El convenio sitúa el ánodo a la izquierda y el cátodo a la derecha, con barra simple para cada cambio de fase y barra doble para el puente salino:

$\mathrm{N}\mathrm{i}(\mathrm{s})\mathrm{\mid }\mathrm{N}{\mathrm{i}}^{2+}(1\mathrm{M})\mathrm{\parallel }\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}(1\mathrm{M})\mathrm{\mid }\mathrm{A}\mathrm{g}(\mathrm{s})$

Para la reacción global hay que igualar los electrones: el níquel cede dos y cada ion plata capta uno, de modo que la semirreacción de la plata se multiplica por 2.

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

El potencial no se multiplica por 2 al hacerlo: es una propiedad intensiva y no depende de la cantidad de sustancia.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{todo,}}\mathbf{\text{el}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nodo}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{reacciones}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{tienen}}\mathbf{\text{lugar}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{uno}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ellos.}}\mathbf{\text{[1}}\mathbf{\text{punto]}}$

$\acute{\mathbf{\text{A}}}\mathbf{\text{nodo}}$ (polo negativo de la pila), la lámina de níquel, donde ocurre la oxidación:

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

$\mathbf{\text{C}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{todo}}$ (polo positivo), la lámina de plata, donde ocurre la reducción:

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

Los electrones salen del ánodo y circulan por el hilo exterior hasta el cátodo. Con el tiempo, la lámina de níquel se va disolviendo y sobre la de plata se deposita más plata metálica.