Ejercicio resuelto de Pilas galvánicas · Química · 2022

Sabiendo que los potenciales de reducción del hierro y del cobalto en condiciones estándar son $E^o({\text{Fe}}^{2+}\mathrm{/}\text{Fe})=-\mathrm{0,44}\text{ V}$ y $E^o({\text{Co}}^{2+}\mathrm{/}\text{Co})=-\mathrm{0,28}\text{ V}$:

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) Escriba las reacciones que tendrían lugar en el ánodo y en el cátodo, así como la reacción global de la pila. [1 punto]

c) Escriba la notación de la pila. [1 punto]

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Calcule}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{potencial}}\mathbf{\text{est}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{ndar}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{pila}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{podr}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{formarse}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{ellos.}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{razonadamente}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{ser}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{el}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nodo}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{todo.}}\mathbf{\text{[1}}\mathbf{\text{punto]}}$

En una pila galvánica la reacción ha de ser espontánea, y eso obliga a que se reduzca el par de mayor potencial y se oxide el de menor:

$E^0(\mathrm{C}{\mathrm{o}}^{2+}\mathrm{/}\mathrm{C}\mathrm{o})=-\mathrm{0,28}\mathrm{V}>E^0(\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}\mathrm{/}\mathrm{F}\mathrm{e})=-\mathrm{0,44}\mathrm{V}$

$\mathbf{\text{C}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{todo}}$: el electrodo de cobalto, donde ocurre la reducción.

$\acute{\mathbf{\text{A}}}\mathbf{\text{nodo}}$: el electrodo de hierro, donde ocurre la oxidación.

Que los dos potenciales sean negativos no cambia nada: lo que importa no es el signo sino cuál de los dos es mayor.

$E_{\text{pila}}^0=E_{\text{c}\acute{\text{a}}\text{todo}}^0-E_{\acute{\text{a}}\text{nodo}}^0=(-\mathrm{0,28})-(-\mathrm{0,44})$

$E_{\text{pila}}^0=+\mathrm{0,16}\mathrm{V}$

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{reacciones}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{tendr}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{an}}\mathbf{\text{lugar}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nodo}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{todo,}}\mathbf{\text{as}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{como}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{global}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{pila.}}\mathbf{\text{[1}}\mathbf{\text{punto]}}$

Ánodo (oxidación):

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

Cátodo (reducción):

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

Las dos intercambian 2 electrones, así que se suman tal cual:

$\mathrm{F}\mathrm{e}(\mathrm{s})+\mathrm{C}{\mathrm{o}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{c})\to \mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{c})+\mathrm{C}\mathrm{o}(\mathrm{s})$

A medida que la pila funciona, la lámina de hierro se disuelve y sobre la de cobalto se deposita más cobalto metálico.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{notaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{pila.}}\mathbf{\text{[1}}\mathbf{\text{punto]}}$

Ánodo a la izquierda, cátodo a la derecha, barra simple en cada cambio de fase y barra doble para el puente salino:

$\mathrm{F}\mathrm{e}(\mathrm{s})\mathrm{\mid }\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}(1\mathrm{M})\mathrm{\parallel }\mathrm{C}{\mathrm{o}}^{2+}(1\mathrm{M})\mathrm{\mid }\mathrm{C}\mathrm{o}(\mathrm{s})$