Ejercicio resuelto de Varios · Química · 2020

Se dispone en el laboratorio de dos barras metálicas, una de $\text{Cd}$ y otra de $\text{Al}$, y de una disolución de $\text{Zn}^{2+}$ de concentración 1 M.

a) Justifique cuál de las dos barras deberá introducirse en la disolución para obtener $\text{Zn}$ metálico. [0,5 puntos]

b) Escriba las semirreacciones de oxidación y reducción y la reacción global que tendrá lugar. [0,5 puntos]

Datos: potenciales estándar de reducción, $E^o$ (V): $\text{Cd}^{2+}/\text{Cd} = -0{,}40$; $\text{Zn}^{2+}/\text{Zn} = -0{,}77$; $\text{Al}^{3+}/\text{Al} = -1{,}68$.

$\textbf{a) Justifique cuál de las dos barras deberá introducirse en la disolución para obtener Zn metálico. [0,5 puntos]}$

Obtener cinc metálico a partir de una disolución de $\mathrm{Zn^{2+}}$ significa $\textbf{reducir}$ ese catión:

$\mathrm{Zn^{2+}} + 2\,e^- \rightarrow \mathrm{Zn(s)} \qquad E^0 = -0{,}77\ \mathrm{V}$

Para que ocurra espontáneamente hace falta un metal que se oxide cediéndole los electrones, y solo puede hacerlo si su potencial de reducción es $\textbf{menor}$ que $-0{,}77$ V; así la fem de la reacción global sale positiva.

Comparando los dos candidatos:

$E^0(\mathrm{Cd^{2+}/Cd}) = -0{,}40\ \mathrm{V} \ > \ -0{,}77\ \mathrm{V}$ — no sirve.

$E^0(\mathrm{Al^{3+}/Al}) = -1{,}68\ \mathrm{V} \ < \ -0{,}77\ \mathrm{V}$ — sí sirve.

Hay que introducir la barra de $\textbf{aluminio}$. Con la de cadmio no ocurriría nada: la reacción tendría una fem de $-0{,}77 - (-0{,}40) = -0{,}37$ V, negativa, y por tanto no sería espontánea.

$\textbf{b) Escriba las semirreacciones de oxidación y reducción y la reacción global que tendrá lugar. [0,5 puntos]}$

Oxidación, en la barra de aluminio, que cede tres electrones:

$\mathrm{Al(s)} \rightarrow \mathrm{Al^{3+}(ac)} + 3\,e^-$

Reducción, en la disolución:

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

Para sumarlas hay que igualar los electrones intercambiados: la primera por 2 y la segunda por 3, de modo que en ambas haya 6.

$2\,\mathrm{Al(s)} \rightarrow 2\,\mathrm{Al^{3+}(ac)} + 6\,e^-$

$3\,\mathrm{Zn^{2+}(ac)} + 6\,e^- \rightarrow 3\,\mathrm{Zn(s)}$

Reacción global:

$2\,\mathrm{Al(s)} + 3\,\mathrm{Zn^{2+}(ac)} \rightarrow 2\,\mathrm{Al^{3+}(ac)} + 3\,\mathrm{Zn(s)}$

$E^0 = (-0{,}77) - (-1{,}68) = +0{,}91\ \mathrm{V}$

Positivo, lo que confirma la espontaneidad. Lo que se observaría es que la barra de aluminio se disuelve mientras sobre ella se deposita cinc metálico.