Ejercicio resuelto de Varios · Química · Aragón · 2021

Conteste razonadamente:

a) ¿Qué ocurrirá si se añade una disolución de sulfato de cobre(II) a un recipiente de Zn? ¿Y si el recipiente es de Ag? (1 punto)

b) ¿En qué sentido, hacia la derecha o hacia la izquierda, se producirán espontáneamente las siguientes reacciones?

i) $\text{Pb}^{2+} + 2\,\text{Fe}^{2+}$ ---- $\text{Pb} + 2\,\text{Fe}^{3+}$ (0,5 puntos)

ii) $\text{Cd} + \text{Cu}^{2+}$ ---- $\text{Cu} + \text{Cd}^{2+}$ (0,5 puntos)

Datos: $\varepsilon^{o}(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = +0{,}34\ \text{V}$; $\varepsilon^{o}(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}) = -0{,}76\ \text{V}$; $\varepsilon^{o}(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = +0{,}80\ \text{V}$; $\varepsilon^{o}(\text{Fe}^{3+}/\text{Fe}^{2+}) = +0{,}77\ \text{V}$; $\varepsilon^{o}(\text{Pb}^{2+}/\text{Pb}) = -0{,}13\ \text{V}$; $\varepsilon^{o}(\text{Cd}^{2+}/\text{Cd}) = -0{,}40\ \text{V}$.

$\textbf{a) ¿Qué ocurrirá si se añade una disolución de sulfato de cobre(II) a un recipiente de Zn? ¿Y si el recipiente es de Ag? (1 punto)}$

Que el metal del recipiente reaccione con la disolución significa que se oxida cediendo electrones al $\mathrm{Cu^{2+}}$, que se reduce. La reacción solo ocurre si la fem es positiva:

$\Delta \varepsilon^o = \varepsilon^o(\text{reducción}) - \varepsilon^o(\text{oxidación}) > 0$

Recipiente de cinc:

$\Delta \varepsilon^o = \varepsilon^o(\mathrm{Cu^{2+}/Cu}) - \varepsilon^o(\mathrm{Zn^{2+}/Zn}) = 0{,}34 - (-0{,}76) = +1{,}1\ \mathrm{V}$

Sale positiva, así que el proceso es espontáneo:

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

El recipiente se corroería: el cinc se va disolviendo mientras sobre sus paredes se deposita cobre metálico. No es, por tanto, un buen recipiente para guardar esa disolución.

Recipiente de plata:

$\Delta \varepsilon^o = \varepsilon^o(\mathrm{Cu^{2+}/Cu}) - \varepsilon^o(\mathrm{Ag^+/Ag}) = 0{,}34 - (+0{,}80) = -0{,}46\ \mathrm{V}$

Ahora es negativa y la reacción no es espontánea: no ocurriría nada. La plata, más noble que el cobre, no le cede electrones.

$\textbf{b.i) Pb²⁺ + 2 Fe²⁺ ---- Pb + 2 Fe³⁺ (0,5 puntos)}$

Se plantea la reacción en el sentido escrito y se calcula la fem. Hacia la derecha se reduciría el $\mathrm{Pb^{2+}}$ y se oxidaría el $\mathrm{Fe^{2+}}$:

$\Delta \varepsilon^o = \varepsilon^o(\mathrm{Pb^{2+}/Pb}) - \varepsilon^o(\mathrm{Fe^{3+}/Fe^{2+}}) = -0{,}13 - (+0{,}77) = -0{,}9\ \mathrm{V}$

Sale negativa, luego el sentido directo no es espontáneo. Lo es el inverso, cuya fem sería $+0{,}9$ V:

$\mathrm{Pb^{2+}} + 2\,\mathrm{Fe^{2+}} \leftarrow \mathrm{Pb} + 2\,\mathrm{Fe^{3+}}$

La reacción transcurre espontáneamente hacia la izquierda.

$\textbf{b.ii) Cd + Cu²⁺ ---- Cu + Cd²⁺ (0,5 puntos)}$

Hacia la derecha se reduciría el $\mathrm{Cu^{2+}}$ y se oxidaría el cadmio:

$\Delta \varepsilon^o = \varepsilon^o(\mathrm{Cu^{2+}/Cu}) - \varepsilon^o(\mathrm{Cd^{2+}/Cd}) = 0{,}34 - (-0{,}40) = +0{,}74\ \mathrm{V}$

Es positiva, de modo que el sentido directo sí es espontáneo:

$\mathrm{Cd} + \mathrm{Cu^{2+}} \rightarrow \mathrm{Cu} + \mathrm{Cd^{2+}}$

La reacción transcurre espontáneamente hacia la derecha.