Ejercicio resuelto de Varios · Química · Cantabria · 2024

Dados los potenciales normales de reducción de las semipilas $E^{o}\,(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}) = -0{,}76\ \text{V}$ y $E^{o}\,(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = 0{,}34\ \text{V}$:

a) Escriba las semirreacciones y la reacción ajustada de la pila formada al unirse ambas. [1 punto]

b) Calcule su fuerza electromotriz e indique qué electrodo actúa como ánodo y cuál como cátodo. [1 punto]

$\textbf{a) Escriba las semirreacciones y la reacción ajustada de la pila formada al unirse ambas. [1 punto]}$

En una pila se oxida espontáneamente el par de $\textbf{menor}$ potencial de reducción y se reduce el de mayor. Entre $-0{,}76$ V y $+0{,}34$ V, el zinc es el que se oxida y el cobre el que se reduce.

Semirreacción de oxidación (en el ánodo):

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

Semirreacción de reducción (en el cátodo):

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

Las dos intercambian el mismo número de electrones, así que se suman directamente y estos se cancelan:

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

Es la pila Daniell. Su notación abreviada es $\mathrm{Zn(s)} \mid \mathrm{Zn^{2+}} \parallel \mathrm{Cu^{2+}} \mid \mathrm{Cu(s)}$.

$\textbf{b) Calcule su fuerza electromotriz e indique qué electrodo actúa como ánodo y cuál como cátodo. [1 punto]}$

$E^0_{\text{pila}} = E^0_{\text{cátodo}} - E^0_{\text{ánodo}} = 0{,}34 - (-0{,}76)$

$E^0_{\text{pila}} = 1{,}10 \text{ V}$

Que salga positivo confirma que el proceso escrito es el espontáneo; si se hubieran intercambiado los papeles, la fem habría salido negativa, lo que indicaría que esa reacción no ocurre por sí sola.

$\textbf{Ánodo}$: el electrodo de $\textbf{zinc}$, donde ocurre la oxidación. Es el polo negativo, porque de él salen los electrones hacia el circuito exterior, y su lámina se va adelgazando.

$\textbf{Cátodo}$: el electrodo de $\textbf{cobre}$, donde ocurre la reducción. Es el polo positivo, y sobre él se deposita cobre metálico, de modo que su masa aumenta.

Los electrones circulan por el hilo exterior del zinc al cobre; por el puente salino se mueven los iones que mantienen neutras ambas disoluciones.