Ejercicio resuelto de Números de oxidación · Química · 2023

C1. Teniendo en cuenta los potenciales de reducción estándar de los pares $E^{\circ}(\mathrm{Ag^+}/\mathrm{Ag})=+0{,}80\ \mathrm{V}$; $E^{\circ}(\mathrm{Ni^{2+}}/\mathrm{Ni})=-0{,}25\ \mathrm{V}$ y razonando las respuestas, indica:

a) El valor de la fuerza electromotriz, en condiciones estándar, de la pila que se podría construir. ¿Será la reacción espontánea? (0,50)
b) Escribe las reacciones que tienen lugar en los electrodos. (0,50)
c) Escribe la notación de la pila. (0,50)

$\textbf{a) El valor de la fuerza electromotriz, en condiciones estándar, de la pila que se podría construir. ¿Será la reacción espontánea? (0,50)}$

De los dos pares, el que tiene el potencial de reducción más alto se reduce y actúa de cátodo, y el de potencial más bajo se oxida y actúa de ánodo. La fuerza electromotriz es la diferencia entre ambos potenciales de reducción.

$E^0(\mathrm{Ag^+}/\mathrm{Ag})=+0{,}80\ \text{V}>E^0(\mathrm{Ni^{2+}}/\mathrm{Ni})=-0{,}25\ \text{V}$

La plata, con el potencial más alto, es la que se reduce; el níquel se oxida.

$E^0_{\text{pila}}=E^0_{\text{cátodo}}-E^0_{\text{ánodo}}=0{,}80-(-0{,}25)$

$E^0_{\text{pila}}=+1{,}05\ \text{V}>0$

La fuerza electromotriz de la pila es de $+1{,}05$ V. Al ser positiva, la variación de energía libre es negativa y la reacción sí es espontánea, que es justamente lo que permite construir con ella una pila capaz de suministrar corriente.

$\Delta G^0=-n\,F\,E^0<0\Rightarrow \text{proceso espontáneo}$

$\textbf{b) Escribe las reacciones que tienen lugar en los electrodos. (0,50)}$

En el cátodo se reduce el catión plata y en el ánodo se oxida el níquel metálico. Para escribir la reacción global hay que igualar los electrones intercambiados: la plata capta uno y el níquel cede dos, de modo que la reducción se multiplica por dos.

$\text{Cátodo (reducción)}:\ \mathrm{Ag^+}+e^-\rightarrow \mathrm{Ag}\,(s)$

$\text{Ánodo (oxidación)}:\ \mathrm{Ni}\,(s)\rightarrow \mathrm{Ni^{2+}}+2\,e^-$

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

$\text{Global}:\ \mathrm{Ni}\,(s)+2\,\mathrm{Ag^+}\,(aq)\rightarrow \mathrm{Ni^{2+}}\,(aq)+2\,\mathrm{Ag}\,(s)$

Mientras la pila funciona, el electrodo de níquel se va disolviendo y sobre el de plata se deposita plata metálica. Los electrones circulan por el hilo exterior del níquel a la plata, es decir, del polo negativo al positivo.

$\textbf{c) Escribe la notación de la pila. (0,50)}$

La notación abreviada coloca el ánodo a la izquierda y el cátodo a la derecha, separados por la doble barra que representa el puente salino; dentro de cada semicelda la barra simple separa el metal de su disolución.

$\text{ánodo (oxidación)}\ ||\ \text{cátodo (reducción)}$

$\mathrm{Ni}\,|\,\mathrm{Ni^{2+}}\,(1\ \text{M})\,||\,\mathrm{Ag^+}\,(1\ \text{M})\,|\,\mathrm{Ag}$

La pila se escribe con el níquel a la izquierda, por ser el ánodo y el polo negativo, y la plata a la derecha, por ser el cátodo y el polo positivo. Las concentraciones unitarias corresponden a las condiciones estándar en las que se ha calculado la fuerza electromotriz.