Ejercicio resuelto de Números de oxidación · Química · 2026

a) Calcule la diferencia de potencial estándar, a $298{,}15\ \text{K}$, de una celda galvánica que utiliza los sistemas redox $\text{Co}^{2+}(\text{aq})/\text{Co(s)}$ y $\text{Fe}^{2+}(\text{aq})/\text{Fe(s)}$. [1,25 puntos]

Datos:

	$E^{\circ}(298{,}15\ \text{K})/\text{V}$ $\text{Co}^{2+}(\text{aq}) + 2\,\text{e}^{-} \rightleftharpoons \text{Co(s)}$	$-0{,}28$ $\text{Fe}^{2+}(\text{aq}) + 2\,\text{e}^{-} \rightleftharpoons \text{Fe(s)}$	$-0{,}44$

b) Represente, utilizando el diagrama establecido en la Convención de Estocolmo, dicha celda galvánica suponiendo que el puente salino utilizado es una disolución acuosa saturada de cloruro de potasio, $\text{KCl(aq, sat)}$. [1,25 puntos]

$\textbf{a) Calcule la diferencia de potencial estándar, a 298,15 K, de una celda galvánica que utiliza los sistemas redox Co²⁺/Co y Fe²⁺/Fe. [1,25 puntos]}$

En una celda galvánica la reacción ocurre espontáneamente, lo que exige que la diferencia de potencial sea positiva. Eso decide qué electrodo hace de cátodo y cuál de ánodo: se reduce el par de mayor potencial de reducción y se oxida el de menor.

$E^{\circ}(\text{Co}^{2+}/\text{Co})=-0{,}28\ \text{V}>E^{\circ}(\text{Fe}^{2+}/\text{Fe})=-0{,}44\ \text{V}$

De modo que el cobalto se reduce (cátodo) y el hierro se oxida (ánodo):

$\text{Cátodo (reducción):}\quad \text{Co}^{2+}(\text{aq})+2\,e^{-}\longrightarrow \text{Co(s)}$

$\text{Ánodo (oxidación):}\quad \text{Fe(s)}\longrightarrow \text{Fe}^{2+}(\text{aq})+2\,e^{-}$

$\text{Global:}\quad \text{Fe(s)}+\text{Co}^{2+}(\text{aq})\longrightarrow \text{Fe}^{2+}(\text{aq})+\text{Co(s)}$

La diferencia de potencial estándar es

$E^{\circ}_{\text{celda}}=E^{\circ}_{\text{cátodo}}-E^{\circ}_{\text{ánodo}}=-0{,}28-(-0{,}44)$

$E^{\circ}_{\text{celda}}=+0{,}16\ \text{V}$

El valor sale positivo, como debe ser en una pila: la reacción es espontánea, con

$\Delta_{\text{r}}G^{\circ}=-n\,F\,E^{\circ}=-2\cdot96\,485\cdot0{,}16=-3{,}1\cdot10^{4}\ \text{J}\cdot\text{mol}^{-1}$

Obsérvese que los dos potenciales son negativos y aun así la pila funciona: lo que importa no es el signo de cada uno, sino cuál es mayor.

$\textbf{b) Represente, utilizando el diagrama establecido en la Convención de Estocolmo, dicha celda galvánica suponiendo que el puente salino es una disolución acuosa saturada de cloruro de potasio. [1,25 puntos]}$

El convenio de la IUPAC (Convención de Estocolmo, 1953) fija que el ánodo se escribe a la izquierda y el cátodo a la derecha, que una barra sencilla indica una interfase entre fases distintas y que la doble barra representa el puente salino:

$\text{Fe(s)}\ |\ \text{Fe}^{2+}(\text{aq})\ \|\ \text{KCl(aq, sat)}\ \|\ \text{Co}^{2+}(\text{aq})\ |\ \text{Co(s)}$

Leído de izquierda a derecha: el electrodo de hierro, sumergido en la disolución de sus iones, es el ánodo, donde se oxida; el puente salino de cloruro de potasio saturado cierra el circuito iónico; y el electrodo de cobalto, en la disolución de sus iones, es el cátodo. Los electrones circulan por el hilo exterior de izquierda a derecha, del hierro al cobalto.

El papel del puente salino es mantener la electroneutralidad de las dos semiceldas: los cationes $\text{K}^{+}$ migran hacia el compartimento catódico, donde se consumen cargas positivas, y los aniones $\text{Cl}^{-}$ hacia el anódico, donde se generan. Se elige el KCl porque las movilidades de sus dos iones son casi iguales, lo que minimiza el potencial de unión líquida.