T7: Equilibrios redox · Pilas galvánicas — QUIMICA PEvAU Andalucía 2020

Pilas galvánicas

Problema

2020 · Extraordinaria · Titular

Se desea construir una pila en la que el cátodo está constituido por el electrodo $\ce{Ni^2+/Ni}$ . Para el ánodo se dispone de los electrodos: $\ce{Pb^2+/Pb}$ y $\ce{Al^3+/Al}$ .

a) Razone cuál de los dos electrodos se podrá utilizar como ánodo.b) Escriba las semirreacciones de oxidación y reducción, identificando en qué electrodo de la pila se producen.c) Calcule el potencial estándar de la pila y escriba su notación simplificada.

Datos: $E^0(\ce{Ni^2+/Ni}) = -0,25 \text{ V}$ ; $E^0(\ce{Pb^2+/Pb}) = -0,13 \text{ V}$ ; $E^0(\ce{Al^3+/Al}) = -1,66 \text{ V}$

potencial de electrodonotación de pilasreducción+1

a) Para que una pila funcione de forma espontánea, el potencial estándar de la misma debe ser positivo (

E^0_{pila} > 0

). El potencial de la pila se calcula como la diferencia entre el potencial de reducción del cátodo y el potencial de reducción del ánodo:

E^0_{pila} = E^0_{cátodo} - E^0_{ánodo}

Dado que el enunciado establece que el electrodo de $\ce{Ni^2+/Ni}$ actúa como cátodo ( $E^0 = -0,25 \text{ V}$ ), el ánodo debe ser un electrodo con un potencial de reducción menor (más negativo) para que la diferencia sea positiva.Si se utilizara el electrodo de $\ce{Pb^2+/Pb}$ : $E^0_{pila} = -0,25 - (-0,13) = -0,12 \text{ V}$ . Al ser un valor negativo, la reacción no sería espontánea.Si se utiliza el electrodo de $\ce{Al^3+/Al}$ : $E^0_{pila} = -0,25 - (-1,66) = +1,41 \text{ V}$ . Al ser un valor positivo, la reacción es espontánea. Por tanto, el electrodo que se debe utilizar como ánodo es el de $\ce{Al^3+/Al}$ .

b) En el ánodo siempre tiene lugar la oxidación, mientras que en el cátodo tiene lugar la reducción. Las semirreacciones para la pila formada son:

Ánodo (oxidación):

\ce{Al(s) -> Al^3+(aq) + 3e^-}

Cátodo (reducción):

\ce{Ni^2+(aq) + 2e^- -> Ni(s)}

c) El potencial estándar de la pila se calcula a partir de los potenciales de reducción de los electrodos que la componen:

E^0_{pila} = E^0(\ce{Ni^2+/Ni}) - E^0(\ce{Al^3+/Al}) = -0,25 \text{ V} - (-1,66 \text{ V}) = +1,41 \text{ V}

La notación simplificada de la pila, siguiendo el convenio de la IUPAC (escribiendo el ánodo a la izquierda y el cátodo a la derecha separados por el puente salino), es:

\ce{Al(s) | Al^3+(aq) || Ni^2+(aq) | Ni(s)}