Ejercicio resuelto de Pilas galvánicas · Química · Aragón · 2020

Utilice los datos de potenciales redox estándar para deducir si habrá una reacción espontánea cuando:

a) se borbotea ${\text{Cl}}_2$ (g) a través de una disolución de ${\text{FeCl}}_2$. (1 punto)

b) se añade una viruta de Zn metálico a una disolución de HCl. (1 punto)

Ajuste las ecuaciones correspondientes, tanto en su forma iónica como en su forma molecular, e identifique al oxidante y al reductor.

Datos: ${\epsilon }^o({\text{Cl}}_2\mathrm{/}{\text{Cl}}^{-})=+\mathrm{1,36}\text{ V}$; ${\epsilon }^o({\text{H}}^{+}\mathrm{/}{\text{H}}_2)=\mathrm{0,0}\text{ V}$; ${\epsilon }^o({\text{Fe}}^{3+}\mathrm{/}{\text{Fe}}^{2+})=+\mathrm{0,77}\text{ V}$; ${\epsilon }^o({\text{Zn}}^{2+}\mathrm{/}\text{Zn})=-\mathrm{0,76}\text{ V}$.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Se}}\mathbf{\text{borbotea}}\mathbf{\text{Cl₂}}\mathbf{\text{(g)}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{trav}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{FeCl₂.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

Una reacción redox es espontánea cuando su fem es positiva:

$\mathrm{\Delta }{\epsilon }^o={\epsilon }^o(\text{reducci}\acute{\text{o}}\text{n})-{\epsilon }^o(\text{oxidaci}\acute{\text{o}}\text{n})>0$

Aquí el cloro solo puede reducirse a cloruro y el $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$ solo puede oxidarse a $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}$:

$\mathrm{\Delta }{\epsilon }^o={\epsilon }^o(\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2\mathrm{/}\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-})-{\epsilon }^o(\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}\mathrm{/}\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+})=\mathrm{1,36}-\mathrm{0,77}=+\mathrm{0,59}\mathrm{V}$

Como sale positiva, sí hay reacción.

Semirreacción de reducción:

$\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2+2e^{-}\to 2\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$

Semirreacción de oxidación, multiplicada por 2 para igualar los electrones:

$(\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}\to \mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}+e^{-})\times 2$

Ecuación iónica global:

$\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2+2\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}\to 2\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}+2\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}$

Y en forma molecular, devolviendo los cloruros que acompañan al hierro:

$\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2+2\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2\to 2\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_3$

El $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$ gana electrones, se reduce y es el agente oxidante. El $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$ los pierde, se oxida y es el agente reductor.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Se}}\mathbf{\text{a}}\widetilde{\mathbf{\text{n}}}\mathbf{\text{ade}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{viruta}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Zn}}\mathbf{\text{met}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{lico}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{HCl.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

Ahora el cinc sería el que se oxida y los protones del ácido los que se reducen:

$\mathrm{\Delta }{\epsilon }^o={\epsilon }^o({\mathrm{H}}^{+}\mathrm{/}{\mathrm{H}}_2)-{\epsilon }^o(\mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}\mathrm{/}\mathrm{Z}\mathrm{n})=0-(-\mathrm{0,76})=+\mathrm{0,76}\mathrm{V}$

También es positiva, así que hay reacción: la viruta de cinc se disuelve con desprendimiento de hidrógeno.

Semirreacción de reducción:

$2{\mathrm{H}}^{+}+2e^{-}\to {\mathrm{H}}_2$

Semirreacción de oxidación:

$\mathrm{Z}\mathrm{n}\to \mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}+2e^{-}$

Ecuación iónica global:

$\mathrm{Z}\mathrm{n}+2{\mathrm{H}}^{+}\to \mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}+{\mathrm{H}}_2$

Y en forma molecular:

$\mathrm{Z}\mathrm{n}(\mathrm{s})+2\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}(\mathrm{a}\mathrm{c})\to \mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2(\mathrm{a}\mathrm{c})+{\mathrm{H}}_2(\mathrm{g})$

El ${\mathrm{H}}^{+}$ gana electrones, se reduce y es el agente oxidante. El cinc los pierde, se oxida y es el agente reductor.