T7: Equilibrios redox · Celdas galvánicas y potenciales

T7: Equilibrios redox

Celdas galvánicas y potenciales

Teoría

2023 · Ordinaria · Titular

Dados los siguientes potenciales de reducción: $E^\circ(\ce{H+/H2}) = 0\text{ V}; E^\circ(\ce{Cu^2+/Cu}) = 0,34\text{ V}; E^\circ(\ce{Pb^2+/Pb}) = -0,13\text{ V}$ y $E^\circ(\ce{Zn^2+/Zn}) = -0,76\text{ V}$ .

a) Explique, escribiendo las reacciones correspondientes, qué metal o metales producen desprendimiento de hidrógeno al ser tratados con un ácido.b) Escriba las reacciones que tienen lugar en el ánodo y en el cátodo de la pila formada por los electrodos de

\ce{Zn}

\ce{Pb}

.c) Escriba la notación de la pila formada por los electrodos del apartado b) y calcule su potencial.

potencial de reduccióncelda galvánica

a) Para que un metal produzca desprendimiento de hidrógeno al reaccionar con un ácido, el potencial estándar de la reacción global debe ser positivo (

E^\circ_{ ext{pila}} > 0

), lo que implica que el proceso es espontáneo. La reacción consiste en la reducción de los protones del ácido (

H^+

) a hidrógeno gas (

\ce{H2}

) y la oxidación del metal.

\text{Reducción (cátodo): } \ce{2H+ (aq) + 2e- -> H2 (g)} \quad E^\circ = 0,00\text{ V}

\text{Oxidación (ánodo): } \ce{Me (s) -> Me^n+ (aq) + ne-}

El potencial de la pila se calcula como $E^\circ_{ ext{pila}} = E^\circ_{ ext{cátodo}} - E^\circ_{ ext{ánodo}}$ . En este caso, $E^\circ_{ ext{pila}} = 0,00\text{ V} - E^\circ(\ce{Me^{n+}/Me})$ . Para que el resultado sea mayor que cero, el potencial estándar de reducción del metal debe ser negativo ( $E^\circ(\ce{Me^{n+}/Me}) < 0$ ).Comparando los valores proporcionados, el plomo y el zinc cumplen esta condición, mientras que el cobre no reaccionará de forma espontánea por tener un potencial de reducción positivo.

\text{Reacción con Pb: } \ce{Pb(s) + 2H+(aq) -> Pb^2+(aq) + H2(g)} \quad E^\circ_{\text{pila}} = 0,13\text{ V}

\text{Reacción con Zn: } \ce{Zn(s) + 2H+(aq) -> Zn^2+(aq) + H2(g)} \quad E^\circ_{\text{pila}} = 0,76\text{ V}

b) En una pila galvánica, el ánodo es el electrodo donde ocurre la oxidación y corresponde al par con menor potencial de reducción. El cátodo es el electrodo donde ocurre la reducción y corresponde al par con mayor potencial de reducción. Al comparar

E^\circ(\ce{Zn^2+/Zn}) = -0,76\text{ V}

E^\circ(\ce{Pb^2+/Pb}) = -0,13\text{ V}

, el zinc actúa como ánodo y el plomo como cátodo.

\text{Ánodo (oxidación): } \ce{Zn(s) -> Zn^2+(aq) + 2e-}

\text{Cátodo (reducción): } \ce{Pb^2+(aq) + 2e- -> Pb(s)}

c) La notación de la pila se representa indicando el ánodo a la izquierda y el cátodo a la derecha, separados por el puente salino (doble barra vertical).

\ce{Zn(s) | Zn^2+(aq) || Pb^2+(aq) | Pb(s)}

El potencial estándar de la pila se calcula mediante la diferencia entre el potencial del cátodo y el del ánodo:

E^\circ_{\text{pila}} = E^\circ(\ce{Pb^2+/Pb}) - E^\circ(\ce{Zn^2+/Zn}) = -0,13\text{ V} - (-0,76\text{ V}) = 0,63\text{ V}