Ejercicio resuelto de Varios · Química · Castilla y León · 2021

Dados los potenciales normales de reducción: $E^{o}(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = +0{,}34\ \text{V}$; $E^{o}(\text{Ag}^{+}/\text{Ag}) = +0{,}80\ \text{V}$:

a) Razone cuál será la reacción espontánea que tendrá lugar en una pila formada por estos dos electrodos. (Hasta 0,7 puntos)

b) Indique cuál se comportará como ánodo y cuál como cátodo, escriba las semirreacciones y la reacción global que tiene lugar. (Hasta 0,7 puntos)

c) Calcule la f.e.m. estándar de la pila y escriba la notación de la pila. (Hasta 0,6 puntos)

$\textbf{a) Razone cuál será la reacción espontánea que tendrá lugar en una pila formada por estos dos electrodos. (Hasta 0,7 puntos)}$

En una pila la reacción espontánea es la que da fuerza electromotriz positiva, y eso ocurre cuando se reduce el par de mayor potencial y se oxida el de menor.

$E^{o}(\mathrm{Ag^+}/\mathrm{Ag}) = +0{,}80\ \mathrm{V} > E^{o}(\mathrm{Cu^{2+}}/\mathrm{Cu}) = +0{,}34\ \mathrm{V}$

Se reduce, por tanto, la plata y se oxida el cobre:

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

La reacción contraria, que la plata metálica disolviera al cobre, tendría fem negativa y no ocurre.

$\textbf{b) Indique cuál se comportará como ánodo y cuál como cátodo, escriba las semirreacciones y la reacción global que tiene lugar. (Hasta 0,7 puntos)}$

$\textbf{Ánodo}$ (polo negativo), el electrodo de cobre, donde ocurre la oxidación:

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

$\textbf{Cátodo}$ (polo positivo), el electrodo de plata, donde ocurre la reducción. Como cada ion plata capta un solo electrón, hay que multiplicar por 2 para igualar el intercambio:

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

Reacción global:

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

La lámina de cobre se va disolviendo mientras sobre la de plata se deposita más metal y la disolución adquiere el azul del $\mathrm{Cu^{2+}}$.

$\textbf{c) Calcule la f.e.m. estándar de la pila y escriba la notación de la pila. (Hasta 0,6 puntos)}$

$E^{o}_{\text{pila}} = E^{o}_{\text{cátodo}} - E^{o}_{\text{ánodo}} = 0{,}80 - 0{,}34 = +0{,}46\ \mathrm{V}$

El potencial $\textbf{no}$ se multiplica por 2 al ajustar la semirreacción de la plata: es una propiedad intensiva y no depende de la cantidad de sustancia que reaccione.

Por convenio, la notación coloca el ánodo a la izquierda y el cátodo a la derecha, con la doble barra representando el puente salino:

$\mathrm{Cu(s)}\ |\ \mathrm{Cu^{2+}(ac)}\ \|\ \mathrm{Ag^+(ac)}\ |\ \mathrm{Ag(s)}$