Ejercicio resuelto de Pilas galvánicas · Química · Aragón · 2025

Justifique si los siguientes procesos redox son espontáneos o no en condiciones estándar. En cada caso ajuste la ecuación e identifique al oxidante y al reductor.

a) $\mathrm{Z}\mathrm{n}+{\mathrm{H}}^{+}\to {\mathrm{Z}\mathrm{n}}^{2+}+{\mathrm{H}}_2$ [0,5 puntos]

b) ${\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}+\mathrm{A}\mathrm{g}\to \mathrm{C}\mathrm{u}+{\mathrm{A}\mathrm{g}}^{+}$ [0,5 puntos]

c) ${\mathrm{I}}_2+{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+}\to {\mathrm{I}}^{-}+{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+}$ [0,5 puntos]

d) $\mathrm{C}\mathrm{r}+{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+}\to {\mathrm{C}\mathrm{r}}^{3+}+{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+}$ [0,5 puntos]

Datos: ${\epsilon }^o({\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}\mathrm{/}\mathrm{C}\mathrm{u})=+\mathrm{0,34}$ V; ${\epsilon }^o({\mathrm{Z}\mathrm{n}}^{2+}\mathrm{/}\mathrm{Z}\mathrm{n})=-\mathrm{0,76}$ V; ${\epsilon }^o({\mathrm{A}\mathrm{g}}^{+}\mathrm{/}\mathrm{A}\mathrm{g})=+\mathrm{0,80}$ V; ${\epsilon }^o({\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+}\mathrm{/}{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+})=+\mathrm{0,77}$ V; ${\epsilon }^o({\mathrm{I}}_2\mathrm{/}{\mathrm{I}}^{-})=+\mathrm{0,54}$ V; ${\epsilon }^o({\mathrm{C}\mathrm{r}}^{3+}\mathrm{/}\mathrm{C}\mathrm{r})=-\mathrm{0,74}$ V; ${\epsilon }^o({\mathrm{H}}^{+}\mathrm{/}{\mathrm{H}}_2)=\mathrm{0,0}$ V.

El criterio es el mismo en los cuatro casos: un proceso redox es espontáneo en condiciones estándar cuando su energía libre es negativa y, como

$\mathrm{\Delta }{G}^o=-nF\mathrm{\Delta }{\epsilon }^o$

eso equivale a exigir que la fuerza electromotriz sea positiva:

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

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Zn}}\mathbf{\text{+}}\mathbf{\text{H⁺}}\mathbf{\text{→}}\mathbf{\text{Zn²⁺}}\mathbf{\text{+}}\mathbf{\text{H₂}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

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

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

$\mathrm{\Delta }{\epsilon }^o=\mathrm{0,00}-(-\mathrm{0,76})=+\mathrm{0,76}\mathrm{V}$

Positiva, luego el proceso $\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{espont}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{neo}}$. El cinc pierde electrones, se oxida y es el reductor; el ${\mathrm{H}}^{+}$ los gana, se reduce y es el oxidante.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Cu²⁺}}\mathbf{\text{+}}\mathbf{\text{Ag}}\mathbf{\text{→}}\mathbf{\text{Cu}}\mathbf{\text{+}}\mathbf{\text{Ag⁺}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

$(\mathrm{A}\mathrm{g}\to \mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}+e^{-})\times 2\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}+2e^{-}\to \mathrm{C}\mathrm{u}$

$2\mathrm{A}\mathrm{g}+\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}\to 2\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}+\mathrm{C}\mathrm{u}$

$\mathrm{\Delta }{\epsilon }^o=\mathrm{0,34}-\mathrm{0,80}=-\mathrm{0,46}\mathrm{V}$

Negativa, de modo que $\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{espont}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{neo}}$: en la práctica una lámina de plata no desplaza al cobre de sus disoluciones, sino al revés. La plata sería el reductor y el $\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}$ el oxidante.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{I₂}}\mathbf{\text{+}}\mathbf{\text{Fe²⁺}}\mathbf{\text{→}}\mathbf{\text{I⁻}}\mathbf{\text{+}}\mathbf{\text{Fe³⁺}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

$(\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}\to \mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}+e^{-})\times 2{\mathrm{I}}_2+2e^{-}\to 2{\mathrm{I}}^{-}$

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

$\mathrm{\Delta }{\epsilon }^o=\mathrm{0,54}-\mathrm{0,77}=-\mathrm{0,23}\mathrm{V}$

Negativa: $\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{espont}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{neo}}$. El $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$ actuaría de reductor y el yodo de oxidante, pero el proceso que ocurre de verdad es el inverso.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{Cr}}\mathbf{\text{+}}\mathbf{\text{Fe³⁺}}\mathbf{\text{→}}\mathbf{\text{Cr³⁺}}\mathbf{\text{+}}\mathbf{\text{Fe²⁺}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

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

$\mathrm{C}\mathrm{r}+3\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}\to \mathrm{C}{\mathrm{r}}^{3+}+3\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$

$\mathrm{\Delta }{\epsilon }^o=\mathrm{0,77}-(-\mathrm{0,74})=+\mathrm{1,51}\mathrm{V}$

Positiva y con diferencia la mayor de las cuatro, así que $\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{espont}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{neo}}$. El cromo se oxida y es el reductor; el $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}$ se reduce y es el oxidante.

Importante: el potencial no se multiplica al ajustar las semirreacciones. Es una propiedad intensiva y no depende de cuántos electrones se intercambien.