CUESTIONES REDOX. S + 4H O 6e SO + 8 H : Oxidación Fe 1 e Fe : Oxidación

Transcripción

1 CUESTIONES REDOX 1.- a) Defina el concepto electrónico de oxidación y reducción. b) Indique cuál o cuáles de las semirreacciones siguientes: - - ClO Cl ; S = SO4 ; Fe + Fe 3+ ; corresponden a una oxidación y cuál o cuáles a una reducción. c) Indique la variación del número de oxidación del cloro, hierro y azufre. a) Oxidación: Es el proceso en el que un átomo de un elemento o de un compuesto pierde electrones. Reducción: Es el proceso en el que un átomo de un elemento o de un compuesto gana electrones. b) ClO + 4H + 4e Cl + H O :Reducción + S + 4H O 6e SO + 8 H : Oxidación Fe 1 e Fe : Oxidación c) El Cloro pasa de +3 a -1. El hierro pasa de + a +3. El Azufre pasa de 0 a +6.

2 .- De las siguientes reacciones: HCO H + CO + H O CuO + NH 3 N + H O + Cu KClO 3 KCl + O a) Justifique si son todos procesos redox. b) Escriba las semirreacciones redox donde proceda. - a) En la reacción: HCO 3 + H + CO + H O; los números de oxidación del C, O e hidrógeno no cambian. Por tanto no es una reacción redox. En la reacción: CuO + NH 3 N + H O + Cu ; el Cobre pasa de + a 0 y el Nitrógeno de -3 a 0. Por tanto el Cobre se reduce y el Nitrógeno se oxida. Es una reacción redox. En la reacción: KClO 3 KCl + O ; el Cloro pasa de +5 a -1 y el Oxígeno de - a 0. Por tanto el Cloro se reduce y el Oxígeno se oxida. Es una reacción redox. b) CuO + NH 3 N + H O + Cu + o Cu + e Cu :Reducción + NH 6e N + 6 H : Oxidación 3 KClO 3 KCl + O + ClO + 6H + 6e Cl + 3 H O :Reducción 3 4 : O e O Oxidación

3 3.- Dadas las siguientes reacciones: NaOH + HNO 3 NaNO 3 + H O Cu + Cl CuCl CH 4 + O CO + H O a) Justifique si todas son de oxidación-reducción. b) Identifique el agente oxidante y el reductor donde proceda. a) En la reacción: NaOH + HNO 3 NaNO 3 + H O; los números de oxidación de los elementos no cambian. Por tanto no es una reacción redox. En la reacción: Cu + Cl CuCl ; el Cobre pasa de 0 a + y el Cloro de 0 a -1. Por tanto el Cobre se oxida y el Cloro se reduce. Es una reacción redox. En la reacción: CH 4 + O CO + H O ; el Carbono pasa de -4 a +4 y el Oxígeno de 0 a -. Por tanto el Carbono se oxida y el Oxígeno se reduce. Es una reacción redox. b) Cu + Cl CuCl o + Cu e Cu : Oxidación Cl + e Cl :Reducción 0 El Cobre es el agente Reductor y el Cloro es el agente Oxidante. CH 4 + O CO + H O + CH + H O 8e CO + 8 H : Oxidación 4 O + 4e O :Reducción El Metano es el agente Reductor y el Oxígeno es el agente Oxidante.

4 4.- En las siguientes semirreaciones: SO 4 = SO ; Ag + Ag ; ClO - Cl - ; Mn + MnO 4 - a) Cuáles corresponden a una oxidación y cuáles a una reducción?. b) Cuál es la variación del número de oxidación del azufre, plata, cloro y manganeso?. c) Qué especie de cada reacción es la oxidante?. a) SO + 6H + 4e SO + 3 H O :Reducción o Ag + 1 e Ag :Reducción ClO + H + + e Cl + H O :Reducción Mn + + 4H O 5e MnO H + : Oxidación b) El número de oxidación del azufre pasa de +6 a +; la plata de +1 a 0; el cloro de +1 a -1 y el manganeso de + a +7. c) Son agentes oxidantes el SO 4 = ; Ag + ; ClO - y el MnO 4 -.

5 5.- Para la reacción: HNO 3 + C CO + NO + H O Justifique la veracidad o falsedad de las afirmaciones siguientes: a) El número de oxidación del oxígeno pasa de - a 0. b) El carbono se oxida a CO. c) El HNO 3 se reduce a NO. a) Falso. El número de oxidación del oxígeno en todos los compuestos es -. b) Verdadero. C + H O 4e CO + 4 H + : Oxidación c) Verdadero. NO 3 + 4H + + 3e NO + H O :Reducción

6 6.- a) Indique los números de oxidación del nitrógeno en las siguientes moléculas: N ;NO; N O N O. b) Escriba la semirreacción de reducción del HNO 3 a NO. a) Los números de oxidación del nitrógeno son: 0; +; +1 y +. NO + 4H + 3e NO + H O :Reducción b) Dadas las siguientes reacciones (sin ajustar): CaO + H O Ca(OH) Ag + HNO 3 AgNO 3 + NO + H O Razone: a) Si son de oxidación-reducción. b) Qué especies se oxidan y qué especies se reducen? a) CaO + H O Ca(OH). No es una reacción redox ya que los números de oxidación de todos los elementos que intervienen en la reacción no cambian. En la reacción : Ag + HNO 3 AgNO 3 + NO + H O + NO3 + H + 1 e NO + H O :Reducción o + Ag 1 e Ag : Oxidación En esta reacción el número de oxidación del nitrógeno pasa de +5 a +4(reducción) y la plata pasa de 0 a +1(oxidación). Por tanto es una reacción redox. b) El ácido nítrico se reduce y la plata se oxida.

7 8.- La siguiente reacción redox tiene lugar en medio ácido: MnO Cl - + H + Mn + + Cl + H O Indique, razonando la respuesta, la veracidad o falsedad de las afirmaciones siguientes: a) El Cl - es el agente reductor. - b) El MnO 4 experimenta una oxidación. c) En la reacción, debidamente ajustada, se forman 4 moles de H O por cada mol de MnO - 4. En la reacción el número de oxidación del manganeso pasa de +7 a + (reducción) y el cloro pasa de -1 a 0 (oxidación) MnO + 8H + 5e Mn + 4 H O :Reducción Cl e Cl : Oxidación MnO + 10Cl + 16H + Mn + + 5Cl + 8H O 4 a) Verdadera. El ion cloruro se oxida y por tanto es el agente reductor. b) Falsa. El ion permanganato se reduce (gana electrones). c)verdadera. Como puede verse en el ajuste final de la reacción, por cada dos moles de permanganato se forman 8 moles de agua. Es decir 1mol de MnO 4 - /moles de agua.

8 PROBLEMAS REDOX 1.- Cuando el óxido de manganeso(iv) reacciona con ácido clorhídrico se obtiene cloro, cloruro de manganeso(ii) y agua. a) Ajuste esta reacción por el método del ion-electrón. b) Calcule el volumen de cloro, medido a 0ºC y 700 mm de mercurio de presión, que se obtiene cuando se añade un exceso de ácido clorhídrico sobre 0 g de un mineral que contiene un 75% en peso de riqueza en dióxido de manganeso. Datos: R = 0,08 atm.l.k -1.mol -1 Masas atómicas: O = 16; Mn = 55. a) MnO + HCl Cl + MnCl + H O MnO + 4H + e Mn + H O + + Cl e Cl MnO + Cl + 4H + Mn + + Cl + H O Llevando los coeficientes a la ecuación anterior y teniendo en cuenta que hay que poner 4H + se obtiene: MnO + 4HCl Cl + MnCl + H O b) M MnO = 87 g/mol 75gramosMnO 1molCl gramosmineral = 100gramosMineral 87gramosMnO 0 0,17 molescl 1 1 nrt 0,17moles 0,08 atmlk mol (0 + 73) K V = = = 4, 48LitrosCl p 700 atm 760

9 .- El yodo (I ) reacciona con el ácido nítrico diluido formando ácido yódico (HIO 3 ) y dióxido de nitrógeno. a) Ajuste la reacción por el método del ion-electrón. b) Calcule los gramos de yodo y de ácido nítrico necesarios para obtener litros de NO (g) medidos en condiciones normales. Masas atómicas: H = 1; N = 14; O = 16; I = 17. a) I + HNO 3 HIO 3 + NO NO + H + 1e NO + H O + 3 I + 6HO 10e IO + 1H + 3 Multiplicando la primera ecuación por 10 y sumando las dos semirreacciones obtendremos: + 10NO + 0H + 10e 10NO + 10H O 3 I + 6HO 10e IO + 1H NO + I + 0H + + 6H O 10NO + IO + 1H H O NO + I + 8H 10NO + IO + 4H O Llevando los coeficientes a la ecuación, tendremos: I + 10 HNO 3 HIO NO + 4 H O b) M HNO3 = 63 g/mol ; M I = 54 g/mol 1molNO 54gramosI LitrosNO =,7gramosI, 4LitrosNO 10molesNO 1molNO 10 63gramosHNO LitrosNO = 5,63gramosHNO 3 3, 4LitrosNO 10molesNO

10 3.- El I O 5 oxida al CO, gas muy toxico, a dióxido de carbono en ausencia de agua, reduciéndose él a I. a) Ajuste la reacción molecular por el método del ion-electrón. b) Calcule los gramos de I O 5 necesarios para oxidar 10 litros de CO que se encuentran a 75ºC y 700 mm de mercurio de presión. Datos: R = 0,08 atm.l.k -1.mol -1. Masas atómicas: O = 16; I = 17. a) I O 5 + CO CO + I I O + 10H + 10e I + 5H O + 5 CO + H O e CO + H + Multiplicando la segunda ecuación por 5 y sumando las dos semirreacciones obtendremos: I O + 10H + 10e I + 5H O + 5 5CO + 5H O 10e 5CO + 10H + I O + 5CO+ 10H + 5H O I + 5H O+ 5CO + 10H I O + 5CO I + 5CO 5 Llevando los coeficientes a la ecuación, tendremos: I O CO 5 CO + I b) M IO5 = 334 g/mol n CO 700 atm 10Litros pv = = 760 = 0,33molesCO RT atmlk mol + K 1 1 0,08 (75 73) 334gramosI O molesco = 5molesCO 5 0,33 1,58 gramosi O 5

11 4.- El monóxido de nitrógeno gaseoso (NO) se prepara por reacción del cobre metálico con ácido nítrico, obteniéndose, además, nitrato de cobre (II) y agua. a) Ajuste por el método del ion electrón la reacción anterior. b) Cuántos moles de ácido y qué peso de cobre se necesitan para preparar 5 L de NO, medidos a 730 mm de mercurio y a la temperatura de 5ºC? c) Datos: Masas atómicas: H = 1; N = 14; O = 16; Cu = 63,5. Datos: R = 0,08 atm.l.k -1.mol -1. a) Cu + HNO 3 NO + Cu(NO 3 ) + H O o Cu e Cu + NO + 4H + 3e NO + H O + 3 Multiplicando la primera ecuación por 3, la segunda ecuación por y sumando las dos semirreacciones obtendremos: NO + 8H + 6e NO + 4H O + 3 o + 3Cu 6e 3Cu + o + NO + 8H + 3Cu NO + 3Cu + 4H O 3 Llevando los coeficientes a la ecuación, tendremos: 3 Cu + 8 HNO 3 NO + 3 Cu(NO 3 ) + 4 H O b) M HNO3 = 63 g/mol 730 atm 5Litros pv n 760 NO = = = 0,197molesNO 1 1 RT 0, 08 atmlk mol (5 + 73) K 8molesHNO molesno = molesno 3 0,197 0, 788 moleshno 3 363,5 gramoscu 0,197molesNO = 18, 76gramosCu molesno

12 5.- El ácido sulfúrico reacciona con cobre para dar sulfato de cobre (II), dióxido de azufre y agua. a) Ajuste, por el método del ion electrón, la reacción molecular. b) Qué masa de sulfato de cobre (II) se puede preparar por la acción de ml de ácido sulfúrico del 96% de riqueza en peso y densidad 1,84 g/ml sobre cobre en exceso? Masas atómicas: H = 1; O = 16; S = 3; Cu = 63,5. a) Cu + H SO 4 CuSO 4 + SO + H O o Cu e Cu + SO + 4H + e SO + H O + 4 Sumando directamente las dos semirreacciones obtendremos: SO + Cu + 4H SO + Cu + H O o Llevando los coeficientes a la ecuación, tendremos: Cu + H SO 4 CuSO 4 + SO + H O b) M CuSO4 = 159,5 g/mol ; M HSO4 = 98 g/mol mldisolución =,87gramosCuSO 1, 84gramosDisolución 96gramosH SO 159,5gramosCuSO 1mLDisolución 100gramosDisolución 98gramosH SO 4 4 = 4 4

13 6.- El ácido sulfúrico concentrado reacciona con el bromuro de potasio para dar sulfato de potasio, bromo, dióxido de azufre y agua. a) Iguale la reacción por el método del ion electrón. b) Calcule el volumen de bromo líquido (densidad =,9 g/ml) que se obtendrá al tratar 90,1 g de bromuro de potasio con suficiente cantidad de ácido sulfúrico. Masas atómicas: K = 39; Br = 80. a) H SO 4 + KBr K SO 4 + Br + SO + H O Br e Br o SO + 4H + e SO + H O + 4 Sumando directamente las dos semirreacciones obtendremos: SO + 4H + Br SO + Br + H O + o 4 Llevando los coeficientes a la ecuación, tendremos: H SO 4 + KBr K SO 4 + Br + SO + H O b) M KBr = 119 g/mol ; M Br =160 g/mol 160gramosBr 1mLBr gramoskbr 119gramosKBr,9gramosBr = 90,1 0, 74 mlbr

14 7.- En medio ácido, el ion cromato oxida al ion sulfito según la ecuación: CrO 4 = + SO 3 = + H + Cr 3+ + SO 4 = + H O a) Ajuste la ecuación iónica por el método del ion-electrón. b) Si 5 ml de una disolución de Na SO 3 reaccionan con 8 1 ml de disolución 0 088M de K CrO 4, calcule la molaridad de la disolución de Na SO 3. a) CrO 4 = + SO 3 = + H + Cr 3+ + SO 4 = + H O CrO + 8H + 3e Cr + 4H O SO + H O e SO + H Multiplicando la primera ecuación por, la segunda ecuación por 3 y sumando las dos semirreacciones obtendremos: CrO + 16H + 6e Cr + 8H O SO + 3H O 6e 3SO + 6H CrO + 3SO + 16H + 3H O Cr + 3SO + 8H O + 6H CrO + 3SO + 10H Cr + 3SO + 5H O Llevando los coeficientes a la ecuación, tendremos: CrO 4 = + 3SO 3 = + 10H + Cr SO 4 = + 5H O b) 0,088molesK CrO 3molesNa SO mldisolución = 1000mLDisolución molesk CrO ,1 3, molesna SO 3 3 nº molesnaso3 3,71 10 molesnaso3 M = = = 0,15M LitrosDisolución 0,05LitrosDisolución

15 8.- Cuando reacciona el zinc metálico con nitrato de potasio en medio sulfúrico, se produce la siguiente reacción: Zn + KNO 3 + H SO 4 ZnSO 4 + (NH 4 ) SO 4 + K SO 4 + H O a) Ajuste la reacción por el método del ion-electrón b) Dada la reacción redox ajustada en medio básico: 3KClO + KCrO + KOH 3KCl + K CrO 4 + H O Calcular los gramos de agua que se forman cuando reaccionan totalmente 10 moles de KClO. Masas atómicas: O=16; H=1 a) Zn + KNO 3 + H SO 4 ZnSO 4 + (NH 4 ) SO 4 + K SO 4 + H O o Zn e Zn + NO + 10H + 8e NH + 3H O Multiplicando la primera ecuación por 4 y sumando las dos semirreacciones obtendremos: o 4Zn 8e 4Zn + NO + 10H + 8e NH + 3H O o NO3 + 4Zn + 10H NH4 + 4Zn + 3HO Como al llevar los coeficientes a la ecuación habría que poner en el ion amonio un ½, conviene previamente multiplicar la ecuación obtenida por. Quedaría entonces: NO + 8Zn + 0H NH + 8Zn + 6H O o Llevando finalmente estos coeficientes a la ecuación, tendremos: 8Zn + KNO H SO 4 8ZnSO 4 + (NH 4 ) SO 4 + K SO 4 + 6H O b) 3KClO + KCrO + KOH 3KCl + K CrO 4 + H O 18gramosH O 3molesKClO 10molesKClO = 60 gramosh O

16 9.- El KMnO 4, en medio ácido sulfúrico, reacciona con el H O para dar MnSO 4, O, H O y K SO 4 a) Ajuste la reacción molecular por el método del ion-electrón. b) Qué volumen de O medido a 150 mm de mercurio y 15 ºC se obtiene a partir de 100 g de KMnO 4? R= 0,08 atm L K -1 mol -1. Masas atómicas: C = 1; O = 16; K = 39; Mn = 55. a) KMnO 4 + H O + H SO 4 MnSO 4 + O + K SO 4 + H O MnO + 8H + 5e Mn + 4H O HO e O + H o + Multiplicando la primera ecuación por, la segunda ecuación por 5 y sumando las dos semirreacciones obtendremos: MnO + 16H + 10e Mn + 8H O HO 10e 5O + 10H o + o MnO + 5HO + 16H Mn + 5O + 8HO+ 10H MnO + 5HO + 6H Mn + 5O + 8HO + + o 4 Llevando estos coeficientes a la ecuación, tendremos: KMnO 4 + 5H O + 3H SO 4 MnSO 4 + 5O + K SO 4 + 8H O b) M KMnO4 = 158 g/mol 5molesO 100gramosKMnO = 1,58molesO 4 158gramosHMnO4 1 1 nrt 1,58moles 0,08 atmlk mol (15 73) K + V = = = 5,78LitrosO p 150 atm 760

17 10.- El (NH 4 ) Cr O 7 se descompone por calentamiento según la siguiente reacción sin ajustar: (NH 4 ) Cr O 7 N + Cr O 3 + H O a) Ajústela por el método del ion-electrón. b) Qué volumen de nitrógeno se obtiene a 730 mm de Hg y 30ºC, cuando se calientan moles de (NH 4 ) Cr O 7?. a) (NH 4 ) Cr O 7 N + Cr O 3 + H O NH 6e N + 8H Cr O + 8H + 6e Cr O + 4H O Sumando las dos semirreacciones obtendremos: Cr O + 8H + NH Cr O + N + 8H + 4H O Cr O + NH Cr O + N + 4H O Llevando estos coeficientes a la ecuación, tendremos: (NH 4 ) Cr O 7 N + Cr O 3 + 4H O b) 1molN moles(nh ) Cr O = molesn mol(nh 4) CrO7 1 1 nrt moles 0, 08 atmlk mol ( ) K V = = = 51,73LitrosN p 730 atm 760

18 11.- El cloro gaseoso(cl ) oxida al hidróxido de cromo(iii) en presencia de hidróxido de potasio. En la reacción anterior se obtienen como productos cromato de potasio, cloruro de potasio y agua, según la reacción: Cl + Cr(OH) 3 + KOH K CrO 4 + KCl + H O a) Ajuste la ecuación iónica y molecular por el método del ion-electrón b) Calcule los gramos de cloruro de potasio que se pueden obtener en la reacción a partir de 0,5 Litros de cloro, medidos a 0ºC y 730 mm de Hg, con un exceso de los otros reactivos. Datos: R = 0,08 atm.l.k -1.mol -1. Masas atómicas: Cl=35,5; K=39. a) Cl + Cr(OH) 3 + KOH K CrO 4 + KCl + H O Cl + e Cl Cr + 4H O 3e CrO + 8H Multiplicando la primera ecuación por 3, la segunda ecuación por y sumando las dos semirreacciones obtendremos: 3Cl + 6e 6Cl Cr + 8H O 6e CrO + 16H Cr + 3Cl + 8H O CrO + 6Cl + 16H 4 Sumando a los dos miembros de ecuación 16OH - y simplificando las moléculas de agua, obtendremos: 3+ + Cr + 3Cl + 8H O + 16OH CrO + 6Cl + 16H + 16OH 4 Cr + 3Cl + 8H O + 16OH CrO + 6Cl + 16H O 3+ 4 Cr + 3Cl + 16OH CrO + 6Cl + 8H O 3+ 4 Llevando los coeficientes a la ecuación y teniendo en cuenta que en la misma hay dos compuestos con grupos OH, repartimos los 16 OH y tendremos: 3Cl + Cr(OH) KOH K CrO 4 + 6KCl + 8H O b) M KCl = 74,5 g/mol 730 atm 0,5L PV n = = 760 = 0, 0molesCl RT 0, 08 atmlk mol (0 + 73) K Cl ,5 gramoskcl 0, 0molesCl =,98gramosKCl 3molesCl

19 1.- En una valoración, 31,5 ml de una disolución 0,1 M de Na C O 4 (oxalato de sodio) en medio ácido consumen 17,38 ml de una disolución de KMnO 4 de concentración desconocida. Sabiendo que el oxalato pasa a CO y el permanganato a Mn +. a) Ajuste la ecuación iónica por el método del ion-electrón. b) Calcule la concentración de la disolución de KMnO 4. Datos: Masas atómicas: O = 16; K = 39; Mn = 55. a) C O MnO 4 - CO + Mn + CO e CO 4 MnO + 8H + 5e Mn + 4H O Multiplicando la primera ecuación por 5, la segunda por y sumando las dos semirreacciones obtendremos: 5CO 10e 10CO 4 MnO + 16H + 10e Mn + 8H O MnO + 16H + 5C O Mn + 10CO + 8H O 4 4 b) 31,5mLDisoluciónNa C O = 1, moleskmno = 1000mLDisoluciónNaCO4 5molesNaCO4 4 0,1molNa C O moleskmno M 1,5 10 moleskmno 0, 01738LitrosDisolución 3 4 = = 0,07M

20 13.- El estaño metálico, en presencia de ácido clorhídrico, es oxidado por el dicromato de potasio (K Cr O 7 ) a cloruro de estaño (IV) reduciéndose el dicromato a Cr(III). a) Ajuste, por el método del ion-electrón, la ecuación molecular completa. b) Calcule la riqueza en estaño de una aleación si un gramo de la misma una vez disuelta se valora, en medio ácido clorhídrico, con dicromato de potasio 0,1 M, gastándose 5 ml del mismo. Masa atómica: Sn = 119 a) Sn + K Cr O 7 + HCl SnCl 4 + Cr 3+ Cr O + 14H + 6e Cr + 7H O o Sn 4e Sn 4+ Multiplicando la primera ecuación por, la segunda por 3 y sumando las dos semirreacciones obtendremos: Cr O + 8H + 1e 4Cr + 14H O o 4+ 3Sn 1e 3Sn o Cr O + 3Sn + 8H 4Cr + 3Sn + 14H O 7 Llevando estos coeficientes a la ecuación, tendremos: 3Sn + K Cr O 7 + 8HCl 4CrCl 3 + 3SnCl 4 + 4KCl + 14H O b) 0,1molesK Cr O 3 119gramosSn mldisolución = 1000mLDisolución molesk Cr O 7 5 0, gramossn 0,446gramos % Riqueza = 100 = 44, 6% 1gramo

21 ELECTROQUÍMICA 1.- A la vista de los siguientes potenciales normales de reducción: E o (Na + /Na) = -,71 V; E o (H + /H ) = 0,00 V; E o (Cu + /Cu) = + 0,34 V Razone: a) Si se desprenderá hidrógeno cuando se introduce una barra de sodio en una disolución 1 M de ácido clorhídrico. b) Si se desprenderá hidrógeno cuando se introduce una barra de cobre en una disolución acuosa de ácido clorhídrico 1 M. c) Si el sodio metálico podrá reducir a los iones Cu(II). a) Consideremos que las dos semirreacciones redox que pueden tener lugar son: Para la reacción global: + H + e H E o (H + /H ) = 0,00 V + Na 1e Na E o (Na + /Na) = -,71 H + Na H + Na + + o o o El potencial normal de la pila : E = E E = 0.0 (,71) =,71Voltios. Como pila cátodo ánado este potencial es positivo, la reacción es espontánea y por tanto será posible. b) Consideremos que las dos semirreacciones redox que pueden tener lugar son: Para la reacción global: + H + e H E o (H + /H ) = 0,00 V + E o (Cu + /Cu) = + 0,34 V Cu e Cu H + Cu H + Cu + + o o o El potencial normal de la pila : E = E E = 0.0 0,34 = 0,34Voltios. Como este pila cátodo ánado potencial es negativo, la reacción no es espontánea y por tanto no será posible. c) Consideremos que las dos semirreacciones redox que pueden tener lugar son: Para la reacción global: Cu + e Cu + E o (Cu + /Cu) = + 0,34 V + Na 1e Na E o (Na + /Na) = -,71 V Cu + + Na Cu + Na + o o o El potencial normal de la pila : E = E E = 0.34 (,71) = 3,05Voltios. Como pila cátodo ánado este potencial es positivo, la reacción es espontánea y por tanto será posible.

22 .- Explique mediante la correspondiente reacción, que sucede cuando en una disolución de sulfato de hierro (II) se introduce una lamina de: a) Cd b) Zn Datos: E o (Zn + /Zn) = - 0,76 V; E o (Fe + /Fe) = -0,44 V; E o (Cd + /Cd) = - 0,40 V. a) Consideremos que las dos semirreacciones redox que pueden tener lugar son: Fe + + e Fe E o (Fe + /Fe) = -0,44 V + Cd e Cd E o (Cd + /Cd) = -0,40 V Para la reacción global: Fe + Cd Fe+ Cd + + o o o El potencial normal de la pila : E = E E =0,44 ( 0,40) = 0,04Voltios. Como pila cátodo ánado este potencial es negativo, la reacción no es espontánea y por tanto no será posible. b) Consideremos que las dos semirreacciones redox que pueden tener lugar son: Fe + + e Fe E o (Fe + /Fe) = -0,44 V + Zn e Zn E o (Cd + /Cd) = - 0,76 V Para la reacción global: Fe + Zn Fe+ Zn + + o o o El potencial normal de la pila : E = E E =0,44 ( 0,76) = 0,3Voltios. Como pila cátodo ánado este potencial es positivo, la reacción es espontánea y por tanto será posible. Es decir se depositará átomos de hierro en la barra de zinc y simultáneamente los átomos de zinc de la barra pasarán a la disolución como iones Zn +.

23 3.- Si se introduce una lámina de zinc en una disolución de sulfato de cobre(ii), CuSO 4, se observa que el cobre se deposita en la lámina, se pierde el color azul de la disolución y la lámina de zinc se disuelve. a) Explique, razonadamente, este fenómeno. b) Escriba las reacciones observadas. a) La disolución pierde el color azul por que los iones Cu + de la disolución se reducen a cobre metálico que se deposita en la barra de zinc. Mientras la barra de zinc se disuelve por que el zinc metálico se oxida a Zn +. b) Cu + + e Cu Reacción global: + Zn e Zn Cu + Zn Cu + Zn + +

24 4.- Se sabe que el flúor desplaza al yodo de los yoduros para formar el fluoruro correspondiente. a) Escriba las semirreacciones que tienen lugar. b) Sabiendo que E o (I /I - ) = + 0,53 V, justifique cuál de los tres valores de E o siguientes: +,83 V; + 0,53 V y - 0,47 V, corresponderá al par F /F -. a) F + e F ; I e I b) Consideremos que las dos semirreacciones redox que pueden tener lugar son: F + e F E o (F /F - ) = x V I e I E o (I /I - ) = + 0,53 V Para la reacción global: F + I F + I El potencial normal de la pila : E = E E = x 0,53. Como este potencial tiene o o o pila cátodo ánado que ser positivo para que la reacción sea espontánea, el único valor válido del potencial del flúor tiene que ser +,83 V. 5.- Se construye una pila con los pares Fe + /Fe y Sn 4+ /Sn +. a) Indique que par actúa como ánodo, que par actúa como cátodo y escriba las reacciones que tienen lugar en el electrodo. b) Calcule la f.e.m. de la pila. Datos: E o (Fe + /Fe) = - 0,45 V; E o (Sn 4+ /Sn + ) = 0,15 V. a) Teniendo en cuenta los valores de los potenciales normales, el cátodo estará formado por el par Sn 4+ /Sn + y el ánodo por el par Fe + /Fe. Sn + e Sn b) Para la reacción global: Fe e Fe + Sn + Fe Sn + Fe o o o El potencial normal de la pila : E = E E = 0,15 ( 0, 45) = 0,60Voltios pila cátodo ánado

25 6.- Dados los potenciales normales de reducción E o (Pb + /Pb) = -0,13 V y E o (Cu + /Cu) = 0,34 V. a) Escriba las semirreacciones y la reacción ajustada de la pila formada. b) Calcule su fuerza electromotriz e indique que electrodo actúa como ánodo y cuál como cátodo. a) Cu + + e Cu Reacción global: + Pb e Pb Cu + + Pb Cu + Pb + o o o b) El potencial normal de la pila : E = E E = 0,34 ( 0,13) = 0,47Voltios. El pila cátodo ánado cátodo es el par Cu + / Cu y el ánodo el par Pb + /Pb.

26 7.- a) Reaccionará una disolución acuosa de ácido clorhídrico con hierro metálico? b) Reaccionará una disolución acuosa de ácido clorhídrico con cobre? c) Qué ocurrirá si se añaden limaduras de hierro a una disolución de Cu +. Justifique las respuestas. Datos: E o (Cu + /Cu ) = 0,34V ; E o (Fe + /Fe) = - 0,44V; E o (H + /H ) = 0,0 V. a) Si el ácido clorhídrico reacciona con el hierro se deben producir las siguientes reacciones: + H + e H E o (H + /H ) = 0,00 V + Fe e Fe E o (Fe + /Fe) = -0,44 V Para la reacción global: + + H + Cu H + Cu o o o El potencial normal de la pila : Epila = Ecátodo Eánado = 0.0 ( 0,44) = 0,44Voltios. Como este potencial es positivo, la reacción es espontánea y por tanto será posible. b) + H + e H E o (H + /H ) = 0,00 V + Cu e Cu E o (Cu + /Cu) = + 0,34 V Para la reacción global: + + H + Cu H + Cu o o o El potencial normal de la pila : Epila = Ecátodo Eánado = 0.0 0,34= 0,34Voltios. Como este potencial es negativo, la reacción no es espontánea y por tanto no será posible. c) Teniendo en cuenta los valores de los potenciales normales, las semirreacciones posibles serán: Cu + e Cu E o (Cu + /Cu ) = 0,34V + Fe e Fe E o (Fe + /Fe) = - 0,44V Para la reacción global: Cu + Fe Cu + Fe o El potencial normal de la pila : E o = E o E = 0.34 ( 0,44) = 0,78Voltios. Como pila cátodo ánado este potencial es positivo, la reacción es espontánea y por tanto será posible. Por tanto las limaduras de hierro metálico reducirán a los iones Cu(II) a cobre metálico.

27 8.- Sabiendo que: Zn (s) /Zn + (1 M) H + (1 M)/H (1 atm)/pt(s) E o pila = 0,76 V Zn(s) /Zn + (1 M) // Cu + (1 M) /Cu(s) E o pila = 1,10 V Calcule los siguientes potenciales estándar de reducción: a) E o (Zn + /Zn). b) E o (Cu + /Cu) a) El potencial normal de la primera pila: E = E E = E Zn Zn = Voltios E Zn Zn = V o o o + + pila cátodo ánado 0.0 o( / ) 0,76 o ( / ) 0,76 b) El potencial normal de la segunda pila: E = E E = E Cu Cu = Voltios E Cu Cu = = V o o o + + pila cátodo ánado o( / ) ( 0,76) 1,10 o ( / ) 1,10 0,76 0, Se construye una pila, en condiciones estándar, con un electrodo de cobre y un electrodo de aluminio. a) Indique razonadamente cuál es el cátodo y cuál el ánodo. b) Escriba el diagrama de la pila y calcule la f.e.m de la misma. Datos: Potenciales estándar de reducción: Cu + /Cu = 0,34 V; Al 3+ /Al = -1,65 V. a) Teniendo en cuenta los valores de los potenciales normales, el cátodo estará formado por el par Cu + /Cu y el ánodo por el par Al 3+ /Al. Cu + + e Cu b) Para la reacción global: Al 3e Al 3+ 3Cu + Al 3Cu + Al Diagrama: Al s Al M Cu M Cu s 3+ + () (1 ) (1 ) () o o o El potencial normal de la pila : E = E E = 0.34 ( 1,65) = 1,99Voltios pila cátodo ánado

28 10.- La notación de una pila electroquímica es: Mg Mg + (1M) Ag + (1M) Ag a) Calcule el potencial estándar de la pila. b) Escriba y ajuste la ecuación química para la reacción que ocurre en la pila. c) Indique la polaridad de los electrodos. Datos: E o (Ag + /Ag) = 0 80V; E o (Mg + /Mg) = 36V o o o a) El potencial normal de la pila : E = E E = 0,8 (,36) = 3,16Voltios pila cátodo ánado b) Las semirreacciones de la pila serán: Ag + + 1e Ag La reacción global es: Mg e Mg + Ag + Mg Ag + Mg + + c) El cátodo(ag + (1M) Ag) es el electrodo + y el ánodo[mg Mg + (1M)] es el electrodo -.

29 ELECTROLISIS 1.- Para cada una de las siguientes electrolisis, calcule: a) La masa de zinc metálico depositada en el cátodo al pasar por una disolución acuosa de Zn + una corriente de 1 87 amperios durante 4,5 minutos. b) El tiempo necesario para que se depositen 0,58 g de plata tras pasar por una disolución acuosa de AgNO 3 una corriente de 1,84 amperios. Datos: F = C. Masas atómicas: Zn = 65,4; Ag = 108 a) La reacción que tiene lugar es: Zn + + e - Zn Q= I t = 1,87 A (4,5 60) seg = 4768,5C 1 mol( e ) 1molZn 65,4gramosZn 4768,5C = 1, 6gramosZn 96500C mol( e ) 1molZn b) La reacción que tiene lugar es: Ag + + 1e - Ag 1 mol( e ) 1molAg 108gramosAg Q( C) = 0,58gramosAg 96500C 1 mol( e ) 1molAg 0, Q 518, 4C Q= = 518, 4 C; Q= I t t = = = 81, 65seg 108 I 1,84A

30 .- Tres cubas electrolíticas conectadas en serie, contienen disoluciones acuosas de AgNO 3 la primera, de Cd(NO 3 ) la segunda y de Zn(NO 3 ) la tercera. Cuando las tres cubas son atravesadas por la misma cantidad de corriente, justifique si serán ciertas o no las siguientes afirmaciones: a) En el cátodo se depositará la misma masa en las tres cubas. b) En las cubas segunda y tercera se depositará el doble número de equivalentesgramo que en la primera. c) En las cubas segunda y tercera se depositarán la misma cantidad de sustancia. Primera cuba: Ag + + 1e - Ag Segunda cuba: Cd + + e - Cd Tercera cuba: Zn + + e - Zn a) Falsa: La ª ley de Faraday establece que para una determinada cantidad de electricidad la cantidad de sustancia depositada o liberada es directamente proporcional a su equivalente químico(m eq ). Siendo M eq = M atom /nº electrones. Como las tres sustancias tienen diferentes M eq ello implica que la misma cantidad de electricidad depositará diferentes masas en cada cátodo. b)falsa. Se deposita el mismo nº de equivalentes en las tres cubas, pues los atraviesan los mismos culombios. c)falsa. Para una determinada cantidad de electricidad la cantidad de sustancia depositada o liberada es directamente proporcional a su equivalente químico(m eq ). Siendo M eq = M atom /nº electrones. Como las tres sustancias tienen diferentes M eq las cantidades serán diferentes.

31 3.- Enuncia las leyes de Faraday a) 1ª Ley: La cantidad de sustancia depositada o liberada al paso de una corriente eléctrica es directamente proporcional a la cantidad de electricidad aplicada. Q = Ixt b) ª Ley: Para una determinada cantidad de electricidad la cantidad de sustancia depositada o liberada es directamente proporcional a su equivalente químico(m eq ). Siendo M eq = M a /nº electrones. c) La cantidad de electricidad necesaria para depositar o liberar un equivalente químico de cualquier sustancia es siempre e igual a culombios. Esta cantidad de electricidad recibe el nombre de Faraday.

32 4.- A través de una cuba electrolítica que contiene una disolución de nitrato de cobalto(ii) pasa una corriente eléctrica durante 30 minutos, depositándose en el cátodo 5 g de cobalto. a) Calcule la intensidad de la corriente que ha circulado. b) Cuál es el número de átomos de cobalto depositados? Masas atómicas: Co = 59; F = C. a) La reacción que tiene lugar es: Co + + e - Co 1 mol( e ) 1molCo 59gramosCo Q( C) = 5gramosCo 96500C mol( e ) 1molCo Q 16355,93C Q = = 16355,93 C; Q = I t I = = = 9, 01Amperios 59 t 30 60seg b) 3 1molátomosCo 6,03 10 átomosco 5gramosCo = 5, gramosCo 1molátomosCo átomosco

33 5.- Se desea conocer la cantidad de electricidad que atraviesa dos cubas electrolíticas conectadas en serie, que contienen disoluciones acuosas de nitrato de plata, la primera, y de sulfato de hierro (II), la segunda. Para ello se sabe que en el cátodo de la primera se han depositado 0'810 g de plata. a) Calcule la cantidad de electricidad que ha atravesado las cubas. b) Calcule la cantidad de hierro depositada en el cátodo de la segunda cuba. Datos: F = C. Masas atómicas: Fe=56; Ag=108. a) Primera cuba: Ag + + 1e - Ag 1 mol( e ) 1molAg 108gramosAg Q( C) = 0,810gramosAg 96500C 1 mol( e ) 1molAg 0, Q = = 73,75Culombios 108 b) Segunda cuba: Fe + + e - Fe 1 mol( e ) 1molFe 56gramosFe 73,75C = 0,1gramosFe 96500C mol( e ) 1molFe

34 6.- A través de un litro de disolución 0,1 M de nitrato de plata se hace pasar una corriente de 0,15 A durante 6 horas. a) Determine la masa de plata depositada en el cátodo. b) Calcule la molaridad del ion plata una vez finalizada la electrolisis, suponiendo que se mantiene el volumen inicial de la disolución. Datos: F = C. Masas atómicas: N=14; O=16; Ag=108. a) La reacción que tiene lugar es: Ag + + 1e - Ag Q= I t = 0,15 A (6 3600) seg = 340C 1 mol( e ) 1molAg 108gramosZn 340C = 3, 63gramosAg 96500C 1 mol( e ) 1molAg b) Nº de moles de iones Ag + iniciales: + 0,1molesAg 1LitroDisolución = 0,1molesAg 1LitroDisolución + Nº de moles de iones Ag + depositados: = 0,0336 moles Ag +. 1molAg 3,63gramosAg = 0,0336molesAg = 108gramosAg Nº de moles de iones Ag + que quedan en disolución: 0,1 0,0336 = 0,0664 moles. [Ag + ] = 0,0664moles/1Litro disol = 0,0664M

35 7.- Una muestra de un metal se disuelve en ácido clorhídrico y se realiza la electrolisis de la disolución. Cuando han pasado por la célula electrolítica 315 C, se encuentra que en el cátodo se han depositado 1,74 g de metal. Calcule: a) La carga del ion metálico. b) El volumen de cloro desprendido medido en condiciones normales. Datos: F = C; Masa atómica del metal = 157, a) La reacción que tiene lugar es: M n+ + ne - M 1 mol( e ) 1molM 157,gramosM 315C = 1,74gramosM C " n" mol( e ) 1molM Despejando n obtenemos: , n = = ,74 b) Para liberar el cloro, la reacción que tiene lugar es: Cl - - e - Cl 1 mol( e ) 1molCl 96500C mol( e ) 315C = 0,01671 molescl,4litros 0,01671molesCl = 0,37Litros 1molesCl

36 8.- a) Qué cantidad de electricidad es necesaria para que se deposite en el cátodo todo el oro contenido en un litro de disolución 0,1 M de cloruro de oro (III)? b) Qué volumen de cloro, medido a la presión de 740 mm de mercurio y 5ºC, se desprenderá en el ánodo? Datos: F = C; R = 0,08 atm L K -1 mol -1. a) AuCl 3 Au Cl -. Los moles de Au 3+ en la disolución serán: 1 Litro x 0,1 M = 0,1 moles. La reacción que tiene lugar es: Au e - Au 1 mol( e ) 1molAu QC ( ) = 0,1 molesau ( ) 96500C 3 mol( e ) Q = 0, = 8950Culombios b) Para liberar el cloro la reacción que tiene lugar es: Cl - - e - Cl 1 mol( e ) 1molCl 96500C mol( e ) 8950C = 0,15 molescl 1 1 nrt 0,15moles 0, 08 atmlk mol (5 + 73) K V = = = 3, 76Litros p 740 atm 760

37 9.- La fórmula de un cloruro metálico es MCl 4. Se realiza la electrolisis a una disolución de dicho cloruro haciendo pasar una corriente eléctrica de 1 81 amperios durante 5 6 minutos, obteniéndose 0 53 g del metal. Calcule: a) La masa atómica del metal. b) El volumen de Cl que se obtendrá en el ánodo, medido en condiciones normales. Dato: F = C. a) MCl 4 M Cl -. Para que se deposite el metal, la reacción que tiene lugar es: M e - M Q= I t = 1,81 A (5, 6 60) seg = 780,16C 1 mol( e ) 1molM MagramosM 780,16C = 0,53gramosM 96500C 4 mol( e ) 1molM Despejando M a obtenemos: M a 0, = = 73,6 g/ mol 780,16 b) Para liberar el cloro, la reacción que tiene lugar es: Cl - - e - Cl 1 mol( e ) 1molCl 96500C mol( e ) 780,16C = 0,0144 molescl,4litros 0,0144molesCl = 0,3Litros 1molesCl

38 10.- A una disolución acuosa de una sal de osmio se electroliza durante dos horas con una corriente de intensidad 1,5 A. Calcule la carga del ion osmio en la disolución, sabiendo que en el cátodo se han depositado 3,548 g de osmio metálico durante la electrolisis. Datos: Masa atómica: Os = 190,; F = C. Q= I t = 1,5 A ( 3600) seg = 10800C 1 mol( e ) 1molOs 190,gramosOs 10800C = 3,548gramosOs C " n" mol( e ) 1molOs Despejando n obtenemos: , n = = ,548

39 11.- Para platear un objeto se ha estimado que es necesario depositar 40 gramos de plata. a) Si se realiza la electrólisis con una corriente de Amperios, cuánto tiempo se tardará en realizar el plateado? b) Cuántos moles de electrones han sido necesarios para ello? Dato. Masa atómica: Ag=108. a) La reacción que tiene lugar es : Ag + Ag o 1 mol( e ) 1molAg 108gramosAg Q( C) = 40gramosAg 96500C 1 mol( e ) 1molAg Q = = , 74Culombios Q = I t 108 Q 35704, 74Culombios t = = = 17870segundos I Amperios b) 1 mol( e ) 35740, 74Culombios = 0,37 mol( e ) 96500Culombios

40 1.- Se electroliza una disolución acuosa de ácido sulfúrico (se desprende hidrógeno y oxígeno). a) Qué cantidad de carga eléctrica se ha de utilizar para obtener 1 m 3 de oxígeno medido en condiciones normales? b) Cuántos moles de hidrógeno se obtienen en esas condiciones? a) La reacción que tiene lugar es: 4 OH e - O + H O 1molO m = Litros = moleso,4litros ,64 1 mol( e ) 1molO 96500culombios 4 mol( e ) ( ) = 44,64 Q culombios moleso Q = 44, = culombios b) La reacción que tiene lugar es: H + + e - H 1 mol( e ) 1molH 96500culombios mol( e ) culombios = 89,8 molesh

41 13.- Una corriente de 6 amperios pasa a través de una disolución acuosa de ácido sulfúrico durante horas. Calcule: a) La masa de oxígeno liberado. b) El volumen de hidrógeno que se obtendrá, medido a 7ºC y 740 mm de Hg. Datos: R = 0 08 atm L K -1 mol -1. F = C. Masa atómica: O = 16. a) La reacción que tiene lugar es: H O - 4 e - O + 4 H segundos Q = I t = 6Amperios horas = 4300Culombios 1hora 1 mol( e ) 1molO 3gramosO 4300Culombios = 3, Culombios 4 mol( e ) 1molO gramoso b) La reacción que tiene lugar es: H + + e - H 1 mol( e ) 1molH 96500culombios mol( e ) 4300culombios = 0, 4 molesh 1 1 nrt 0, 4moles 0, 08 atmlmol K (7 + 73) K V = = = 5,66LitrosH p 740 atm 760

42 14.- a) Calcule el tiempo necesario para que una corriente de 6 amperios deposite g de cobre de una disolución de CuSO 4 b) Cuántos moles de electrones intervienen? Datos: F = C. Masa atómica: Cu = a) La reacción que tiene lugar es: Cu + + e - Cu 1 mol( e ) 1molCu 63,5gramosCu Q( C) = 190,5gramosCu 96500C mol( e ) 1molCu 190, Q = = Culombios Q = I t 63,5 Q Culombios t = = = 96500segundos I 6Amperios b) 1 mol( e ) Culombios = 6 mol( e ) 96500Culombios

43 15.- Una corriente de 5 Amperios que circula durante 30 minutos deposita 3,048 gramos de zinc en el cátodo. a) Calcula la masa equivalente del zinc. b) Cuántos gramos de cobre se depositarán al pasar una corriente de 10 Amperios durante una hora por una disolución de Cu +? Dato: Masa atómica: Cu=63,5 a) La masa equivalente es la masa depositada por un mol de electrones: 60segundos Q = I t = 5Amperios 30min = 9000Culombios 1min 1 mol( e ) 9000Culombios = 0, 0933 mol( e ) 96500Culombios 3,048gramosZn 1 mol( e ) = 3,67gramosZn 0,0933 mol( e ) b) La reacción que tiene lugar es: Cu + + e - Cu Q = I t = 10Amperios 3600seg = 36000Culombios 1 mol( e ) 1molCu 63,5gramosCu 36000Culombios = 11,84gramosCu 96500Culombios mol( e ) 1molCu