Ejercicio resuelto de Números de oxidación · Química · 2020

C3. Teniendo en cuenta los siguientes potenciales de reducción standard ($\varepsilon^{\circ}$):
$(\mathrm{Sn^{2+}}/\mathrm{Sn})=-0{,}16\mathrm{V}\quad (\mathrm{Cu^{2+}}/\mathrm{Cu})=+0{,}34\mathrm{V}\quad (\mathrm{Mn^{2+}}/\mathrm{Mn})=-1{,}18\mathrm{V}\quad (\mathrm{Ag^+}/\mathrm{Ag})=+0{,}80\mathrm{V}\quad (\mathrm{Fe^{2+}}/\mathrm{Fe})=-0{,}44\mathrm{V}$

a) ¿Cuál es el oxidante más fuerte de todos los metales e iones? ¿Cuál es el reductor más fuerte? Razonar. (0,50)
b) Al introducir una lámina de estaño en disoluciones de las siguientes sales, ¿en qué casos se depositará otro metal sobre la lámina? Razonar. (1,00)
$\mathrm{CuSO_4},\ \mathrm{MnCl_2},\ \mathrm{FeSO_4},\ \mathrm{AgNO_3}$

Conviene ordenar de antemano los cinco pares por su potencial de reducción, porque de ese orden se leen los dos apartados: cuanto más alto es el potencial, más oxidante es la forma oxidada del par, y cuanto más bajo, más reductora es la forma reducida.

$E^0(\mathrm{Ag^+}/\mathrm{Ag})=+0{,}80>E^0(\mathrm{Cu^{2+}}/\mathrm{Cu})=+0{,}34>E^0(\mathrm{Sn^{2+}}/\mathrm{Sn})=-0{,}16>E^0(\mathrm{Fe^{2+}}/\mathrm{Fe})=-0{,}44>E^0(\mathrm{Mn^{2+}}/\mathrm{Mn})=-1{,}18$

$\textbf{a) ¿Cuál es el oxidante más fuerte de todos los metales e iones? ¿Cuál es el reductor más fuerte? Razonar. (0,50)}$

Una especie actúa como oxidante si tiende a reducirse, es decir, a captar electrones, y eso lo mide el potencial de reducción del par al que pertenece.

$\text{forma oxidada del par de }E^0\text{ más alto}\Rightarrow \text{oxidante más fuerte}$

$\text{forma reducida del par de }E^0\text{ más bajo}\Rightarrow \text{reductor más fuerte}$

El par de la plata tiene el potencial más alto de los cinco, de modo que su forma oxidada, el catión $\mathrm{Ag^+}$, es la especie que con más facilidad capta electrones. El par del manganeso tiene el más bajo, con mucha diferencia, y por tanto su forma reducida, el manganeso metálico, es la que con más facilidad los cede.

El oxidante más fuerte es el ion $\mathrm{Ag^+}$ y el reductor más fuerte el manganeso metálico. Las dos afirmaciones son complementarias: el $\mathrm{Ag^+}$ es el mejor oxidante pero la plata metálica es el peor reductor, y al manganeso le ocurre justo lo contrario.

$\textbf{b) Al introducir una lámina de estaño en disoluciones de las siguientes sales, ¿en qué casos se depositará otro metal sobre la lámina? Razonar. }\boldsymbol{\mathrm{CuSO_4}}\textbf{, }\boldsymbol{\mathrm{MnCl_2}}\textbf{, }\boldsymbol{\mathrm{FeSO_4}}\textbf{, }\boldsymbol{\mathrm{AgNO_3}}\textbf{ (1,00)}$

Para que un metal se deposite sobre la lámina, su catión ha de reducirse a costa de oxidar el estaño. Eso ocurre cuando la fuerza electromotriz del proceso resulta positiva, es decir, cuando el potencial del catión supera al del estaño.

$E^0_{\text{reacción}}=E^0(\mathrm{M^{n+}}/\mathrm{M})-E^0(\mathrm{Sn^{2+}}/\mathrm{Sn})$

Sal	Catión	$E^0$ (V)	$E^0_{\text{reacción}}$ (V)	¿Se deposita? $\mathrm{AgNO_3}$	$\mathrm{Ag^+}$	$+0{,}80$	$0{,}80-(-0{,}16)=+0{,}96$	sí $\mathrm{CuSO_4}$	$\mathrm{Cu^{2+}}$	$+0{,}34$	$0{,}34-(-0{,}16)=+0{,}50$	sí $\mathrm{FeSO_4}$	$\mathrm{Fe^{2+}}$	$-0{,}44$	$-0{,}44-(-0{,}16)=-0{,}28$	no $\mathrm{MnCl_2}$	$\mathrm{Mn^{2+}}$	$-1{,}18$	$-1{,}18-(-0{,}16)=-1{,}02$	no

Las dos reacciones que sí ocurren son:

$\mathrm{Sn}\,(s)+2\,\mathrm{Ag^+}\,(aq)\rightarrow \mathrm{Sn^{2+}}\,(aq)+2\,\mathrm{Ag}\,(s)$

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

Se depositará otro metal sobre la lámina en las disoluciones de nitrato de plata y de sulfato de cobre(II), y no en las de sulfato de hierro(II) ni cloruro de manganeso(II). La regla se lee directamente del orden de potenciales: el estaño desplaza a los metales que están por encima de él en la lista, y no a los que están por debajo.