Ejercicio resuelto de Pilas galvánicas · Química · 2023

Cuestión 4. Reacciones redox.

Teniendo en cuenta los potenciales estándar de reducción, responda razonadamente si los siguientes enunciados son verdaderos o falsos: (0,5 puntos cada apartado)

a) Una barra de estaño es estable cuando se introduce en una disolución acuosa de ${\text{CuSO}}_4$ 1 M.
b) Al sumergir una barra de hierro en una disolución acuosa de ${\text{CrCl}}_3$ 1 M, se recubre con cromo.
c) El aluminio se disuelve en una disolución acuosa de $\text{HCl}$ 1 M.
d) Las disoluciones acuosas de ${\text{SnCl}}_2$ 1 M se pueden guardar en recipientes de aluminio.

Datos: $E^0$ (V):
$[{\text{Al}}^{3+}(ac)\mathrm{/}\text{Al}(s)]=-\mathrm{1,68}$;
$[{\text{Cr}}^{3+}(ac)\mathrm{/}\text{Cr}(s)]=-\mathrm{0,74}$;
$[{\text{Fe}}^{2+}(ac)\mathrm{/}\text{Fe}(s)]=-\mathrm{0,44}$;
$[{\text{Sn}}^{2+}(ac)\mathrm{/}\text{Sn}(s)]=-\mathrm{0,14}$;
$[{\text{H}}^{+}(ac)\mathrm{/}{\text{H}}_2(g)]=0$;
$[{\text{Cu}}^{2+}(ac)\mathrm{/}\text{Cu}(s)]=+\mathrm{0,34}$.

${\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Una}}\mathbf{\text{barra}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{esta}}\widetilde{\mathbf{\text{n}}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{estable}}\mathbf{\text{cuando}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{introduce}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{acuosa}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{CuSO}}}_4\mathbf{\text{1}}\mathbf{\text{M.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathbf{\text{Falsa.}}$ «Estable» significaría que no reacciona, así que hay que comprobar si es espontánea la reacción entre el estaño metálico y el catión de la disolución:

$\mathrm{S}\mathrm{n}(\mathrm{s})+\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{c})\to \mathrm{S}{\mathrm{n}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{c})+\mathrm{C}\mathrm{u}(\mathrm{s})$

$E^0=E_{\text{c}\acute{\text{a}}\text{todo}}^0-E_{\acute{\text{a}}\text{nodo}}^0=\mathrm{0,34}-(-\mathrm{0,14})=+\mathrm{0,48}\text{ V}$

Positivo, luego la reacción ocurre: la barra de estaño se va disolviendo mientras se deposita cobre sobre ella. No es estable.

${\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Al}}\mathbf{\text{sumergir}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{barra}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{hierro}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{acuosa}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{CrCl}}}_3\mathbf{\text{1}}\mathbf{\text{M,}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{recubre}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{cromo.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathbf{\text{Falsa.}}$ Para que se recubriera de cromo, el $\mathrm{C}{\mathrm{r}}^{3+}$ tendría que reducirse a costa de que el hierro se oxidara:

$E^0=(-\mathrm{0,74})-(-\mathrm{0,44})=-\mathrm{0,30}\text{ V}$

Negativo, así que no es espontánea. El hierro tiene el potencial de reducción $\mathbf{\text{mayor}}$ de los dos, y un metal solo desplaza de la disolución a los cationes de metales con potencial mayor que el suyo, no menor.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{El}}\mathbf{\text{aluminio}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{disuelve}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{acuosa}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{HCl}}\mathbf{\text{1}}\mathbf{\text{M.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathbf{\text{Verdadera.}}$ Aquí el oxidante es el protón del ácido:

$2\mathrm{A}\mathrm{l}(\mathrm{s})+6{\mathrm{H}}^{+}(\mathrm{a}\mathrm{c})\to 2\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}(\mathrm{a}\mathrm{c})+3{\mathrm{H}}_2(\mathrm{g})$

$E^0=\mathrm{0,00}-(-\mathrm{1,68})=+\mathrm{1,68}\text{ V}$

Muy positivo: el aluminio se disuelve con desprendimiento de hidrógeno. Es coherente con que sea el metal más reductor de los que aparecen en los datos.

${\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{Las}}\mathbf{\text{disoluciones}}\mathbf{\text{acuosas}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{SnCl}}}_2\mathbf{\text{1}}\mathbf{\text{M}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{pueden}}\mathbf{\text{guardar}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{recipientes}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{aluminio.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathbf{\text{Falsa.}}$ Hay que comprobar si el aluminio del recipiente reacciona con el catión disuelto:

$3\mathrm{S}{\mathrm{n}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{c})+2\mathrm{A}\mathrm{l}(\mathrm{s})\to 3\mathrm{S}\mathrm{n}(\mathrm{s})+2\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}(\mathrm{a}\mathrm{c})$

$E^0=(-\mathrm{0,14})-(-\mathrm{1,68})=+\mathrm{1,54}\text{ V}$

Espontánea, y con mucho margen: el recipiente se corroería mientras se deposita estaño. No sirve para guardar esa disolución.

El criterio en los cuatro apartados es el mismo: un metal reacciona con los cationes de aquellos metales cuyo potencial de reducción sea $\mathbf{\text{mayor}}$ que el suyo, y no con los de potencial menor.