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Potenciales de reducción y espontaneidad
Teoría
2017 · Ordinaria · Titular
3A
Examen

Utilizando los datos que se facilitan, indique razonadamente, si:

a) El Mg(s)\ce{Mg(s)} desplazará al PbX2+\ce{Pb^{2+}} en disolución acuosa.b) El Sn(s)\ce{Sn(s)} reaccionará con una disolución acuosa de HCl\ce{HCl} 1 M1 \text{ M} disolviéndose.c) El SOX4X2\ce{SO4^{2-}} oxidará al SnX2+\ce{Sn^{2+}} en disolución ácida a SnX4+\ce{Sn^{4+}}.

Datos: E(MgX2+/Mg)=2,356 VE^\circ(\ce{Mg^{2+}/Mg}) = -2,356 \text{ V}; E(PbX2+/Pb)=0,125 VE^\circ(\ce{Pb^{2+}/Pb}) = -0,125 \text{ V}; E(SnX4+/SnX2+)=+0,154 VE^\circ(\ce{Sn^{4+}/Sn^{2+}}) = +0,154 \text{ V}; E(SnX2+/Sn)=0,137 VE^\circ(\ce{Sn^{2+}/Sn}) = -0,137 \text{ V}; E(SOX4X2 / SOX2(g))=+0,170 VE^\circ(\ce{SO4^{2-} / SO2(g)}) = +0,170 \text{ V}; E(HX+/HX2)=0,0 VE^\circ(\ce{H+/H2}) = 0,0 \text{ V}.

RedoxPotencial de reducción
a) Verdadero. El Mg(s)\ce{Mg(s)} desplazará al PbX2+\ce{Pb^{2+}} en disolución acuosa.

Para que el Mg(s)\ce{Mg(s)} desplace al PbX2+\ce{Pb^{2+}}, el Mg\ce{Mg} debe oxidarse y el PbX2+\ce{Pb^{2+}} debe reducirse. Las semirreacciones involucradas son:

Mg(s)MgX2+(aq)+2eXEoxidacioˊn=E(MgX2+/Mg)=(2,356 V)=+2,356 V\ce{Mg(s) -> Mg^{2+}(aq) + 2e-} \quad E^\circ_{\text{oxidación}} = -E^\circ(\ce{Mg^{2+}/Mg}) = -(-2,356 \text{ V}) = +2,356 \text{ V}
PbX2+(aq)+2eXPb(s)Ereduccioˊn=E(PbX2+/Pb)=0,125 V\ce{Pb^{2+}(aq) + 2e- -> Pb(s)} \quad E^\circ_{\text{reducción}} = E^\circ(\ce{Pb^{2+}/Pb}) = -0,125 \text{ V}

La reacción global es:

Mg(s)+PbX2+(aq)MgX2+(aq)+Pb(s)\ce{Mg(s) + Pb^{2+}(aq) -> Mg^{2+}(aq) + Pb(s)}

El potencial estándar de la celda es la suma de los potenciales de oxidación y reducción:

Ecelda=Eoxidacioˊn(Mg/MgX2+)+Ereduccioˊn(PbX2+/Pb)=(+2,356 V)+(0,125 V)=+2,231 VE^\circ_{\text{celda}} = E^\circ_{\text{oxidación}}(\ce{Mg/Mg^{2+}}) + E^\circ_{\text{reducción}}(\ce{Pb^{2+}/Pb}) = (+2,356 \text{ V}) + (-0,125 \text{ V}) = +2,231 \text{ V}

Dado que el potencial de celda estándar es positivo (Ecelda>0E^\circ_{\text{celda}} > 0), la reacción es espontánea en las condiciones estándar, lo que significa que el Mg(s)\ce{Mg(s)} desplazará al PbX2+\ce{Pb^{2+}} de la disolución.

b) Verdadero. El Sn(s)\ce{Sn(s)} reaccionará con una disolución acuosa de HCl\ce{HCl} 1 M1 \text{ M} disolviéndose.

La reacción de Sn(s)\ce{Sn(s)} con HCl\ce{HCl} implica la oxidación del Sn\ce{Sn} y la reducción de los iones HX+\ce{H+}. Las semirreacciones son:

Sn(s)SnX2+(aq)+2eXEoxidacioˊn=E(SnX2+/Sn)=(0,137 V)=+0,137 V\ce{Sn(s) -> Sn^{2+}(aq) + 2e-} \quad E^\circ_{\text{oxidación}} = -E^\circ(\ce{Sn^{2+}/Sn}) = -(-0,137 \text{ V}) = +0,137 \text{ V}
2HX+(aq)+2eXHX2(g)Ereduccioˊn=E(HX+/HX2)=0,0 V\ce{2H+(aq) + 2e- -> H2(g)} \quad E^\circ_{\text{reducción}} = E^\circ(\ce{H+/H2}) = 0,0 \text{ V}

La reacción global es:

Sn(s)+2HX+(aq)SnX2+(aq)+HX2(g)\ce{Sn(s) + 2H+(aq) -> Sn^{2+}(aq) + H2(g)}

El potencial estándar de la celda es:

Ecelda=Eoxidacioˊn(Sn/SnX2+)+Ereduccioˊn(HX+/HX2)=(+0,137 V)+(0,0 V)=+0,137 VE^\circ_{\text{celda}} = E^\circ_{\text{oxidación}}(\ce{Sn/Sn^{2+}}) + E^\circ_{\text{reducción}}(\ce{H+/H2}) = (+0,137 \text{ V}) + (0,0 \text{ V}) = +0,137 \text{ V}

Dado que el potencial de celda estándar es positivo (Ecelda>0E^\circ_{\text{celda}} > 0), la reacción es espontánea. Por lo tanto, el Sn(s)\ce{Sn(s)} reaccionará con el HCl\ce{HCl} y se disolverá.

c) Verdadero. El SOX4X2\ce{SO4^{2-}} oxidará al SnX2+\ce{Sn^{2+}} en disolución ácida a SnX4+\ce{Sn^{4+}}.

Para que el SOX4X2\ce{SO4^{2-}} oxide al SnX2+\ce{Sn^{2+}} a SnX4+\ce{Sn^{4+}}, el SnX2+\ce{Sn^{2+}} debe oxidarse y el SOX4X2\ce{SO4^{2-}} debe reducirse. Las semirreacciones son:

SnX2+(aq)SnX4+(aq)+2eXEoxidacioˊn=E(SnX4+/SnX2+)=(+0,154 V)=0,154 V\ce{Sn^{2+}(aq) -> Sn^{4+}(aq) + 2e-} \quad E^\circ_{\text{oxidación}} = -E^\circ(\ce{Sn^{4+}/Sn^{2+}}) = -(+0,154 \text{ V}) = -0,154 \text{ V}
SOX4X2(aq)+4HX+(aq)+2eXSOX2(g)+2HX2O(l)Ereduccioˊn=E(SOX4X2 / SOX2(g))=+0,170 V\ce{SO4^{2-}(aq) + 4H+(aq) + 2e- -> SO2(g) + 2H2O(l)} \quad E^\circ_{\text{reducción}} = E^\circ(\ce{SO4^{2-} / SO2(g)}) = +0,170 \text{ V}

La reacción global es:

SOX4X2(aq)+SnX2+(aq)+4HX+(aq)SOX2(g)+SnX4+(aq)+2HX2O(l)\ce{SO4^{2-}(aq) + Sn^{2+}(aq) + 4H+(aq) -> SO2(g) + Sn^{4+}(aq) + 2H2O(l)}

El potencial estándar de la celda es:

Ecelda=Eoxidacioˊn(SnX2+/SnX4+)+Ereduccioˊn(SOX4X2/SOX2)=(0,154 V)+(+0,170 V)=+0,016 VE^\circ_{\text{celda}} = E^\circ_{\text{oxidación}}(\ce{Sn^{2+}/Sn^{4+}}) + E^\circ_{\text{reducción}}(\ce{SO4^{2-}/SO2}) = (-0,154 \text{ V}) + (+0,170 \text{ V}) = +0,016 \text{ V}

Dado que el potencial de celda estándar es positivo (Ecelda>0E^\circ_{\text{celda}} > 0), la reacción es espontánea. Por lo tanto, el SOX4X2\ce{SO4^{2-}} oxidará al SnX2+\ce{Sn^{2+}} a SnX4+\ce{Sn^{4+}} en disolución ácida.