Ejercicio resuelto de Pilas galvánicas · Química · 2024

Cuestión 4.

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 zinc es estable en una disolución acuosa de ${\text{CdSO}}_4$ 1 M.
b) Al mezclar una disolución de ${\text{CuSO}}_4$ 1 M con una de ${\text{CdSO}}_4$ 1 M, se forma cobre metálico.
c) El cobre metálico no se disuelve en una disolución acuosa de $\text{HCl}$ 1 M.
d) Una disolución que contenga ${\text{Zn}}^{2+}(ac)$ 1 M se puede guardar en una botella de aluminio.

Datos: potenciales estándar de reducción, $E^o$ (V):
${\text{Al}}^{3+}\mathrm{\mid }\text{Al}:-\mathrm{1,68}$;
${\text{Zn}}^{2+}\mathrm{\mid }\text{Zn}:-\mathrm{0,76}$;
${\text{Cd}}^{2+}\mathrm{\mid }\text{Cd}:-\mathrm{0,40}$;
${\text{H}}^{+}\mathrm{\mid }{\text{H}}_2:\mathrm{0,0}$;
${\text{Cu}}^{2+}\mathrm{\mid }\text{Cu}:+\mathrm{0,34}$.

${\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Una}}\mathbf{\text{barra}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{zinc}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{estable}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{acuosa}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{CdSO}}}_4\mathbf{\text{1}}\mathbf{\text{M.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathbf{\text{Falsa.}}$ Que la barra sea estable significaría que no reacciona. Hay que comprobar si la reacción entre el cinc metálico y el catión $\mathrm{C}{\mathrm{d}}^{2+}$ es espontánea:

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

$E^0=E_{\text{c}\acute{\text{a}}\text{todo}}^0-E_{\acute{\text{a}}\text{nodo}}^0=(-\mathrm{0,40})-(-\mathrm{0,76})=+\mathrm{0,36}\text{ V}$

Al salir positivo, la reacción $\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}$ ocurre: el cinc se oxida y se va disolviendo mientras se deposita cadmio. La barra no es estable.

${\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Al}}\mathbf{\text{mezclar}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{CuSO}}}_4{\mathbf{\text{1}}\mathbf{\text{M}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{CdSO}}}_4\mathbf{\text{1}}\mathbf{\text{M,}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{forma}}\mathbf{\text{cobre}}\mathbf{\text{met}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{lico.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathbf{\text{Falsa.}}$ Para que se formara cobre metálico, el $\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}$ tendría que $\mathbf{\text{reducirse}}$, y para eso alguien tendría que oxidarse cediéndole electrones.

Pero al mezclar las dos disoluciones solo hay cationes: $\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}$ y $\mathrm{C}{\mathrm{d}}^{2+}$. Ambos están ya en su forma oxidada y ninguno puede oxidarse más para alimentar al otro. Sin especie reductora no hay reacción, y no se deposita nada.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{El}}\mathbf{\text{cobre}}\mathbf{\text{met}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{lico}}\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{disuelve}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{acuosa}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{HCl}}\mathbf{\text{1}}\mathbf{\text{M.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathbf{\text{Verdadera.}}$ Disolver el cobre exigiría oxidarlo, y el único oxidante presente en el clorhídrico es el protón:

$\mathrm{C}\mathrm{u}(\mathrm{s})+2{\mathrm{H}}^{+}\to \mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}+{\mathrm{H}}_2(\mathrm{g})$

$E^0=\mathrm{0,00}-\mathrm{0,34}=-\mathrm{0,34}\text{ V}$

Negativo, luego el proceso no es espontáneo. Es lo característico de los metales con potencial de reducción positivo, los llamados nobles: los ácidos no oxidantes como el clorhídrico no los atacan.

${\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{Una}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{contenga}}\mathbf{\text{Zn}}}^{2+}\mathbf{\text{(ac)}}\mathbf{\text{1}}\mathbf{\text{M}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{puede}}\mathbf{\text{guardar}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{botella}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{aluminio.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathbf{\text{Falsa.}}$ Hay que ver si el aluminio del recipiente reacciona con el catión de la disolución:

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

$E^0=(-\mathrm{0,76})-(-\mathrm{1,68})=+\mathrm{0,92}\text{ V}$

Es la fem más alta de todas las que aparecen aquí, así que la reacción es claramente espontánea: el aluminio se oxidaría y la botella acabaría perforándose mientras se deposita cinc. No se puede usar ese recipiente.

El criterio, en los cuatro apartados, es el mismo: un metal desplaza de la disolución a los cationes de aquellos metales cuyo potencial de reducción sea $\mathbf{\text{mayor}}$ que el suyo.