Ejercicio resuelto de Varios · 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: $E^{o}(\text{Sn}^{2+}/\text{Sn}) = -0{,}14\ \text{V}$, $E^{o}(\text{Ni}^{2+}/\text{Ni}) = -0{,}26\ \text{V}$.

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

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:

$E^0(\mathrm{Ni^{2+}/Ni}) = -0{,}26\ \mathrm{V} < E^0(\mathrm{Sn^{2+}/Sn}) = -0{,}14\ \mathrm{V}$

La pila se monta con dos vasos: en uno, una lámina de níquel sumergida en una disolución de $\mathrm{Ni^{2+}}$ 1 M, que será el ánodo y el polo negativo; en el otro, una lámina de estaño en $\mathrm{Sn^{2+}}$ 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.

$\mathrm{Ni(s)}\ |\ \mathrm{Ni^{2+}(1\ M)}\ \|\ \mathrm{Sn^{2+}(1\ M)}\ |\ \mathrm{Sn(s)}$

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.

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

Ánodo (oxidación):

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

Cátodo (reducción):

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

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

$\mathrm{Ni(s)} + \mathrm{Sn^{2+}(ac)} \rightarrow \mathrm{Ni^{2+}(ac)} + \mathrm{Sn(s)}$

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

$E^0_{\text{pila}} = E^0_{\text{cátodo}} - E^0_{\text{ánodo}} = (-0{,}14) - (-0{,}26)$

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

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.