Ejercicio resuelto de Varios · Química · Islas Baleares · 2026

En un laboratorio de química se construye una pila galvánica con un electrodo de cobre sumergido en una disolución de $\text{CuSO}_4$ y un electrodo de zinc sumergido en una disolución de $\text{Zn(NO}_3)_2$, conectados mediante un puente salino y un voltímetro para medir la diferencia de potencial entre los electrodos.

a) Calcule el potencial estándar de la pila galvánica.

b) Escriba la semirreacción que tiene lugar en el cátodo.

c) Explique las funciones del puente salino en esta pila galvánica.

d) Si se introduce una barra de hierro en una disolución de $\text{CuSO}_4$, ¿se recubrirá de cobre? Justifique la respuesta.

Datos de potenciales estándar de reducción: $E^{0}(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = +0{,}34\ \text{V}$; $E^{0}(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}) = -0{,}76\ \text{V}$; $E^{0}(\text{Fe}^{2+}/\text{Fe}) = -0{,}44\ \text{V}$.

$\textbf{a) Calcule el potencial estándar de la pila galvánica.}$

En una pila galvánica se reduce la especie del par de mayor potencial de reducción y se oxida la del par menor. Comparando los dos datos, el cobre se reduce y el zinc se oxida.

$E^0(\mathrm{Cu^{2+}/Cu})=+0{,}34\ \mathrm{V} > E^0(\mathrm{Zn^{2+}/Zn})=-0{,}76\ \mathrm{V}$

El cobre es, por tanto, el cátodo —donde ocurre la reducción— y el zinc el ánodo, donde ocurre la oxidación.

$E^0_{\text{pila}}=E^0_{\text{cátodo}}-E^0_{\text{ánodo}}=0{,}34-(-0{,}76)$

$E^0_{\text{pila}}=1{,}10\ \mathrm{V}$

El potencial estándar de la pila es de 1,10 V. Al ser positivo, la reacción global es espontánea, que es justo lo que se espera de una pila galvánica.

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

$\textbf{b) Escriba la semirreacción que tiene lugar en el cátodo.}$

El cátodo es el electrodo de cobre, en el que los iones $\mathrm{Cu^{2+}}$ de la disolución de sulfato de cobre (II) captan los electrones que llegan por el circuito externo y se depositan como cobre metálico.

$\mathrm{Cu^{2+}\,(aq)}+2\,e^- \rightarrow \mathrm{Cu\,(s)} \qquad E^0=+0{,}34\ \mathrm{V}$

En el ánodo ocurre lo contrario: la barra de zinc se corroe y pasa a la disolución en forma de iones.

$\mathrm{Zn\,(s)} \rightarrow \mathrm{Zn^{2+}\,(aq)}+2\,e^- \qquad E^0=+0{,}76\ \mathrm{V}$

Con el paso del tiempo, el electrodo de cobre gana masa y el de zinc la pierde.

$\textbf{c) Explique las funciones del puente salino en esta pila galvánica.}$

El puente salino es un tubo con una disolución de un electrolito inerte, por ejemplo $\mathrm{KNO_3}$ o $\mathrm{KCl}$, que une las dos semiceldas. Cumple tres funciones que son en realidad la misma vista de tres maneras.

En primer lugar, cierra el circuito eléctrico. Los electrones circulan por el hilo exterior del ánodo al cátodo, pero el circuito solo se completa si dentro de la disolución hay también transporte de carga, y ese transporte lo hacen los iones del puente.

En segundo lugar, mantiene la electroneutralidad de las dos disoluciones. En el ánodo se generan iones $\mathrm{Zn^{2+}}$, que dejarían la disolución con exceso de carga positiva; en el cátodo desaparecen iones $\mathrm{Cu^{2+}}$, que la dejarían con exceso de carga negativa. El puente aporta aniones hacia la semicelda del ánodo y cationes hacia la del cátodo y compensa ese desequilibrio.

En tercer lugar, y como consecuencia, impide que la pila se detenga. Sin puente salino la acumulación de carga frenaría el flujo de electrones en cuanto empezara la reacción, y además evita que las dos disoluciones se mezclen, lo que provocaría la reacción directa sin producir corriente.

$\textbf{d) Si se introduce una barra de hierro en una disolución de CuSO₄, ¿se recubrirá de cobre? Justifique la respuesta.}$

Hay que decidir si la reacción de desplazamiento es espontánea, y para eso se calcula el potencial de la reacción que se propone: el hierro se oxidaría y el cobre se reduciría.

$\mathrm{Fe\,(s)}+\mathrm{Cu^{2+}\,(aq)} \rightarrow \mathrm{Fe^{2+}\,(aq)}+\mathrm{Cu\,(s)}$

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

$E^0=+0{,}78\ \mathrm{V}>0 \Rightarrow \Delta G^0=-nFE^0<0$

Sí se recubrirá de cobre. El potencial de la reacción es positivo, luego el proceso es espontáneo: el hierro, más reductor que el cobre, cede electrones a los iones $\mathrm{Cu^{2+}}$, que se depositan sobre la barra como cobre metálico rojizo, mientras el hierro se va disolviendo y el color azul de la disolución se atenúa.