T7: Equilibrios redox · Pilas galvánicas y espontaneidad

Pilas galvánicas y espontaneidad

Teoría

2024 · Ordinaria · Titular

B.5

Considere los potenciales de reducción que se indican y conteste razonadamente:

a) Combinando dos electrodos de los especificados, justifique cuales forman la pila con el potencial más positivo. Escriba las reacciones que tienen lugar en el ánodo y en el cátodo, y calcule el potencial de dicha pila.b) Se dispone de dos recipientes con disoluciones de nitrato de plata y nitrato de manganeso(II) y en cada uno se introduce una barra de hierro. ¿En cuál de ellos se formará una capa del otro metal sobre la barra de hierro? Razone la respuesta.

Datos. $E^\circ(\text{V})$ : $\ce{Mn^2+/Mn} = -1,18$ ; $\ce{Fe^2+/Fe} = -0,44$ ; $\ce{Pb^2+/Pb} = -0,125$ ; $\ce{Ag+/Ag} = 0,80$ ; $\ce{Au^3+/Au} = 1,52$ .

RedoxPila galvánica

a) Para obtener la pila con el mayor potencial estándar posible, se deben seleccionar los electrodos que presenten la mayor diferencia entre sus potenciales de reducción. El cátodo será el electrodo con el potencial de reducción más alto y el ánodo el electrodo con el potencial de reducción más bajo.

Los electrodos seleccionados son el par $\ce{Au^3+/Au}$ ( $E^\circ = 1,52 \text{ V}$ ) como cátodo y el par $\ce{Mn^2+/Mn}$ ( $E^\circ = -1,18 \text{ V}$ ) como ánodo. El proceso redox y el potencial de la pila resultan:

\text{Ánodo (oxidación): } \ce{3(Mn -> Mn^2+ + 2e^-)}

\text{Cátodo (reducción): } \ce{2(Au^3+ + 3e^- -> Au)}

\text{Ecuación global: } \ce{3Mn + 2Au^3+ -> 3Mn^2+ + 2Au}

E^\circ_{\text{pila}} = E^\circ_{\text{cátodo}} - E^\circ_{\text{ánodo}} = 1,52 \text{ V} - (-1,18 \text{ V}) = 2,70 \text{ V}

b) Para que se forme una capa de metal sobre la barra de hierro (

\ce{Fe}

), debe producirse la reducción espontánea del catión en disolución (

\ce{Ag^+}

\ce{Mn^2+}

) acoplada a la oxidación del hierro metálico. Esto sucede cuando el potencial de la reacción global es positivo (

E^\circ_{\text{red}} > E^\circ_{\text{ox}}

En el caso del nitrato de plata, el potencial de reducción de la plata es mayor que el del hierro:

E^\circ_{\text{reacción}} = E^\circ(\ce{Ag+/Ag}) - E^\circ(\ce{Fe^2+/Fe}) = 0,80 \text{ V} - (-0,44 \text{ V}) = 1,24 \text{ V} > 0

Al ser un proceso espontáneo, se producirá la reducción de los iones $\ce{Ag^+}$ a plata metálica, depositándose sobre la barra de hierro.En el caso del nitrato de manganeso(II), el potencial de reducción del manganeso es menor que el del hierro:

E^\circ_{\text{reacción}} = E^\circ(\ce{Mn^2+/Mn}) - E^\circ(\ce{Fe^2+/Fe}) = -1,18 \text{ V} - (-0,44 \text{ V}) = -0,74 \text{ V} < 0

Al ser un proceso no espontáneo, no se producirá reacción y no se formará ninguna capa sobre la barra de hierro.