Ejercicio resuelto de Pilas galvánicas · Química · Navarra · 2020

i) Indique cómo construiría una pila con los electrodos estándar de estaño y de níquel. [1,0 punto]

ii) Identifique las reacciones que se producirán en el ánodo y en el cátodo. [0,50 puntos]

iii) Calcule el potencial de la pila. [0,50 puntos]

Datos: Potenciales de reducción estándar: $E^o({\text{Sn}}^{2+}\mathrm{/}\text{Sn})=-\mathrm{0,14}\text{ V}$, $E^o({\text{Ni}}^{2+}\mathrm{/}\text{Ni})=-\mathrm{0,26}\text{ V}$.

$\mathbf{\text{i)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mo}}\mathbf{\text{construir}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{pila}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{electrodos}}\mathbf{\text{est}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{ndar}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{esta}}\widetilde{\mathbf{\text{n}}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{quel.}}\mathbf{\text{[1,0}}\mathbf{\text{punto]}}$

De los dos pares, el de menor potencial de reducción es el que se oxida, y por tanto el ánodo; el de mayor, el que se reduce, y por tanto el cátodo:

$E^0(\mathrm{N}{\mathrm{i}}^{2+}\mathrm{/}\mathrm{N}\mathrm{i})=-\mathrm{0,26}\mathrm{V}<E^0(\mathrm{S}{\mathrm{n}}^{2+}\mathrm{/}\mathrm{S}\mathrm{n})=-\mathrm{0,14}\mathrm{V}$

La pila se monta con dos vasos: en uno, una lámina de níquel sumergida en una disolución de $\mathrm{N}{\mathrm{i}}^{2+}$ 1 M, que será el ánodo y el polo negativo; en el otro, una lámina de estaño en $\mathrm{S}{\mathrm{n}}^{2+}$ 1 M, que será el cátodo y el polo positivo. Los dos electrodos se unen por un hilo conductor con un voltímetro intercalado y las dos disoluciones, por un puente salino.

$\mathrm{N}\mathrm{i}(\mathrm{s})\mathrm{\mid }\mathrm{N}{\mathrm{i}}^{2+}(1\mathrm{M})\mathrm{\parallel }\mathrm{S}{\mathrm{n}}^{2+}(1\mathrm{M})\mathrm{\mid }\mathrm{S}\mathrm{n}(\mathrm{s})$

Los electrones circulan por el hilo exterior del níquel al estaño; por el puente salino, los aniones van hacia el vaso del níquel y los cationes hacia el del estaño, manteniendo la neutralidad eléctrica de ambos.

$\mathbf{\text{ii)}}\mathbf{\text{Identifique}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{reacciones}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{producir}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nodo}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{todo.}}\mathbf{\text{[0,50}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Ánodo (oxidación):

$\mathrm{N}\mathrm{i}(\mathrm{s})\to \mathrm{N}{\mathrm{i}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{c})+2e^{-}$

Cátodo (reducción):

$\mathrm{S}{\mathrm{n}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{c})+2e^{-}\to \mathrm{S}\mathrm{n}(\mathrm{s})$

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

$\mathrm{N}\mathrm{i}(\mathrm{s})+\mathrm{S}{\mathrm{n}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{c})\to \mathrm{N}{\mathrm{i}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{c})+\mathrm{S}\mathrm{n}(\mathrm{s})$

$\mathbf{\text{iii)}}\mathbf{\text{Calcule}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{potencial}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{pila.}}\mathbf{\text{[0,50}}\mathbf{\text{puntos]}}$

$E_{\text{pila}}^0=E_{\text{c}\acute{\text{a}}\text{todo}}^0-E_{\acute{\text{a}}\text{nodo}}^0=(-\mathrm{0,14})-(-\mathrm{0,26})$

$E^0=+\mathrm{0,12}\mathrm{V}$

El valor es positivo, lo que confirma que la reacción escrita es la espontánea, aunque la fem sea pequeña: los dos pares tienen potenciales muy próximos.