Ejercicio resuelto de Varios · Química · Navarra · 2026

a) Justifique qué combinación de electrodos y sus correspondientes electrolitos en concentraciones 1 M proporcionarían la celda galvánica con mayor voltaje: Ni y $\text{NiSO}_4$; Zn y $\text{ZnSO}_4$; Fe y $\text{FeSO}_4$; Cu y $\text{CuSO}_4$. [0,50 puntos]

b) Escriba las semirreacciones que tendrían lugar y la reacción global ajustada para dicha celda, indicando qué reacciones se producen en el ánodo y cátodo de dicha celda. [0,75 puntos]

c) Dibuje un esquema de la celda galvánica señalando claramente el sentido de circulación de iones y electrones. [0,75 puntos]

Datos: $E^{o}(\text{Ni}^{2+}/\text{Ni}) = -0{,}25\ \text{V}$; $E^{o}(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = +0{,}34\ \text{V}$; $E^{o}(\text{Fe}^{2+}/\text{Fe}) = -0{,}44\ \text{V}$; $E^{o}(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}) = -0{,}76\ \text{V}$.

$\textbf{a) Justifique qué combinación de electrodos y sus correspondientes electrolitos en concentraciones 1 M proporcionarían la celda galvánica con mayor voltaje. [0,50 puntos]}$

La fuerza electromotriz de una pila es la diferencia entre el potencial del cátodo y el del ánodo:

$E^0_{\text{pila}} = E^0_{\text{cátodo}} - E^0_{\text{ánodo}}$

Para hacerla máxima hay que separar todo lo posible los dos valores: como cátodo, el par de mayor potencial de reducción, y como ánodo, el de menor. Ordenando los cuatro datos:

$E^0(\mathrm{Zn^{2+}/Zn}) = -0{,}76 < E^0(\mathrm{Fe^{2+}/Fe}) = -0{,}44 < E^0(\mathrm{Ni^{2+}/Ni}) = -0{,}25 < E^0(\mathrm{Cu^{2+}/Cu}) = +0{,}34$

Hay que combinar, por tanto, el electrodo de $\textbf{cinc}$ sumergido en $\mathrm{ZnSO_4}$ 1 M como ánodo, y el de $\textbf{cobre}$ en $\mathrm{CuSO_4}$ 1 M como cátodo:

$E^0_{\text{pila}} = (+0{,}34) - (-0{,}76) = +1{,}10\ \mathrm{V}$

$\textbf{b) Escriba las semirreacciones que tendrían lugar y la reacción global ajustada para dicha celda, indicando qué reacciones se producen en el ánodo y cátodo de dicha celda. [0,75 puntos]}$

Ánodo (oxidación): el cinc, más reductor, cede electrones y pasa a la disolución.

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

Cátodo (reducción): los iones cobre captan esos electrones y se depositan como metal.

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

Las dos intercambian dos electrones, así que se suman tal cual:

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

El electrodo de cinc se va consumiendo y sobre el de cobre se deposita metal, de modo que la disolución azul de $\mathrm{Cu^{2+}}$ se decolora poco a poco.

$\textbf{c) Dibuje un esquema de la celda galvánica señalando claramente el sentido de circulación de iones y electrones. [0,75 puntos]}$

La pila se representa de forma abreviada colocando el ánodo a la izquierda y el cátodo a la derecha, con la doble barra del puente salino en medio:

$\mathrm{Zn(s)}\ |\ \mathrm{ZnSO_4(ac,\ 1\ M)}\ \|\ \mathrm{CuSO_4(ac,\ 1\ M)}\ |\ \mathrm{Cu(s)}$

El montaje consta de dos vasos, uno con la lámina de cinc en su disolución de $\mathrm{ZnSO_4}$ y otro con la de cobre en $\mathrm{CuSO_4}$, unidos por un puente salino y por un hilo conductor con un voltímetro intercalado.

Los $\textbf{electrones}$ circulan por el hilo exterior desde el ánodo de cinc, donde se producen, hasta el cátodo de cobre, donde se consumen; es decir, del polo negativo al positivo por fuera de la pila.

Los $\textbf{iones}$ se mueven por el puente salino en el sentido que mantiene la neutralidad eléctrica de cada vaso: los aniones hacia el ánodo, que se está cargando positivamente al aparecer $\mathrm{Zn^{2+}}$, y los cationes hacia el cátodo, que se empobrece en $\mathrm{Cu^{2+}}$. Sin ese puente la pila dejaría de funcionar de inmediato.