Ejercicio resuelto de Números de oxidación · Química · 2026

BLOQUE D (Consta de dos problemas, debes responder a 1 de ellos)
D1. Un estudiante de química desea construir una pila galvánica en el laboratorio utilizando electrodos de aluminio y cobre sumergidos en disoluciones de sus respectivas sales (sulfato de aluminio y sulfato de cobre(II), ambas 1 M). Dispone también de un puente salino de nitrato de potasio. Datos: $E^{\circ}(\mathrm{Cu^{2+}/Cu})=+0{,}34\ \mathrm{V}$; $E^{\circ}(\mathrm{Al^{3+}/Al})=-1{,}66\ \mathrm{V}$.

a) Dibujar un esquema detallado de la pila, identificando todos sus componentes. Escribir las semirreacciones que tienen lugar en cada electrodo y la reacción global. (1,00)
b) Calcular la fuerza electromotriz estándar de esta pila y escribir la notación de la pila según las normas de la IUPAC. (0,50)
c) Explicar la función del puente salino y predecir hacia dónde migrarán los iones $\mathrm{K^+}$ y $\mathrm{NO_3^-}$ durante el funcionamiento de la pila. (0,50)

$\textbf{a) Dibujar un esquema detallado de la pila, identificando todos sus componentes. Escribir las semirreacciones que tienen lugar en cada electrodo y la reacción global. (1,00)}$

En una pila galvánica se oxida la especie con menor potencial de reducción y se reduce la de mayor potencial. Como el aluminio tiene el potencial más negativo, es el que se oxida y actúa de ánodo; el cobre se reduce y actúa de cátodo.



Semirreacción de oxidación, en el ánodo (electrodo negativo), donde el aluminio se disuelve y su masa disminuye:

$\mathrm{Al}\,(s)\rightarrow\mathrm{Al^{3+}}\,(aq)+3\,e^-$

Semirreacción de reducción, en el cátodo (electrodo positivo), donde el cobre se deposita y su masa aumenta:

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

Para escribir la reacción global se igualan los electrones intercambiados, multiplicando la primera por 2 y la segunda por 3:

$2\,\mathrm{Al}\,(s)+3\,\mathrm{Cu^{2+}}\,(aq)\rightarrow2\,\mathrm{Al^{3+}}\,(aq)+3\,\mathrm{Cu}\,(s)$

Los componentes del montaje son los dos electrodos metálicos sumergidos en sus respectivas disoluciones 1 M, el hilo conductor exterior con el voltímetro, por el que circulan los electrones del ánodo al cátodo, y el puente salino de nitrato de potasio que une las dos semiceldas.

$\textbf{b) Calcular la fuerza electromotriz estándar de esta pila y escribir la notación de la pila según las normas de la IUPAC. (0,50)}$

La fuerza electromotriz estándar es la diferencia entre el potencial del cátodo y el del ánodo:

$E^{\circ}_{pila}=E^{\circ}_{c\acute{a}todo}-E^{\circ}_{\acute{a}nodo}=E^{\circ}(\mathrm{Cu^{2+}/Cu})-E^{\circ}(\mathrm{Al^{3+}/Al})$

$E^{\circ}_{pila}=0{,}34-(-1{,}66)=2{,}00\ \mathrm{V}$

Al ser positiva, la reacción es espontánea y el montaje funciona efectivamente como pila.

En la notación de la IUPAC el ánodo se escribe a la izquierda, el cátodo a la derecha, la barra simple indica un cambio de fase y la doble, el puente salino:

$\mathrm{Al}\,(s)\,|\,\mathrm{Al^{3+}}\,(1\ \mathrm{M})\,||\,\mathrm{Cu^{2+}}\,(1\ \mathrm{M})\,|\,\mathrm{Cu}\,(s)$

La fuerza electromotriz estándar de la pila es de $2{,}00$ V.

$\textbf{c) Explicar la función del puente salino y predecir hacia dónde migrarán los iones }\boldsymbol{\mathrm{K^+}}\textbf{ y }\boldsymbol{\mathrm{NO_3^-}}\textbf{ durante el funcionamiento de la pila. (0,50)}$

A medida que la pila funciona, en la semicelda del ánodo se van generando cationes $\mathrm{Al^{3+}}$ y aparece un exceso de carga positiva, mientras que en la del cátodo se consumen cationes $\mathrm{Cu^{2+}}$ y queda un exceso de carga negativa. Si nada lo remediara, esa separación de carga detendría el proceso casi de inmediato.

El puente salino cierra el circuito y mantiene la electroneutralidad de las dos disoluciones, permitiendo el paso de iones entre ellas sin que se mezclen.

Los iones se mueven, por tanto, hacia donde compensan el desequilibrio: los aniones nitrato, $\mathrm{NO_3^-}$, migran hacia la semicelda del ánodo, la de aluminio, y los cationes potasio, $\mathrm{K^+}$, hacia la del cátodo, la de cobre.