ELECTROQUÍMICA. 1- Concepto de potencial normal. Electrodo de referencia

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1 ELECTROQUÍMICA 1 Concepto de potencial normal. Electrodo de referencia 2 Se forma una pila con un electrodo de níquel y otro de plata. Indica el electrodo que eléctricamente es el polo positivo, el que es el polo negativo y el potencial de pila en condiciones normales. Datos: Eº (Ag /Ag) = 0,80 V; Eº (Ni 2 /Ni) = 0,23 V 3 Justifica si los elementos químicos: plata, cobre, cadmio, zinc, magnesio y potasio, se disuelven en una disolución 0,1 N de ácido clorhídrico. Datos: Eº (Zn 2 /Zn) = 0,76 V; Eº (Ag /Ag) = 0,80 V; Eº (Cu 2 / Cu) = 0,34 V Eº (K / K) = 2,92 V; Eº (Mg 2 / Mg) = 2,37 V; Eº (Cd 2 / Cd) = 0,40 V 4 Si se introduce un alambre de Zn en disoluciones de nitrato de magnesio, nitrato de cadmio y nitrato de plata, en que casos se depositará una capa de metal sobre el alambre? Datos: Eº (Zn 2 /Zn) = 0,76 V; Eº (Ag /Ag) = 0,80 V; Eº (Mg 2 / Mg) = 2,37 V; Eº (Cd 2 / Cd) = 0,40 V 5 Tenemos en un vaso una disolución de sulfato ferroso y en otro una disolución de sulfato cúprico. En la primera introducimos unos trozos de alambre de cobre, y en la segunda, alambre de hierro. Qué crees que ocurrirá? Razona las respuestas 6 Determina la variación de energía libre de Gibbs, para la reacción de oxidación de la plata a Ag por el ion permanganato cuando se reduce a Mn 2 en medio ácido. Datos: Eº (Ag /Ag) = 0,80 V y Eº (MnO 4 /Mn 2 ) = 1,49 V 7 Determinar si el Zn puede reducir a los cationes plata Datos: Eº (Zn 2 /Zn) = 0,76 V, Eº (Ag /Ag) = 0,80 V 8 Se podrá oxidar a los iones fluoruro con gas cloro? Datos: Eº (F 2 /F ) = 2,87 V Eº (Cl 2 /Cl ) = 1,36 V 9 Si el potencial normal de una pila Daniel es 1,10 V y el potencial normal de reducción del zinc es Eº (Zn 2 /Zn) = 0,76 V, determina el potencial normal de reducción del electrodo de cobre. 10 Determina el tiempo necesario para depositar 10 g de cadmio, por electrólisis de una disolución de sulfato de cadmio mediante una corriente de intensidad constante de 2,5 A. Si en el otro electrodo se deposita oxigeno, determina el volumen que se recoge medido en c.n. Escribe también las reacciones que se producen en cada uno de los electrodos, sabiendo que la reacción mas favorable es la oxidación de los iones hidróxido. 11 a) Se necesitan 3037 C para depositar 1 g de iones de cobre (II) durante una electrólisis; calcular el número de Avogadro b) Conociendo la masa atómica del oro y el número de Avogadro, calcular la densidad del oro, en g/cc, sabiendo que la densidad del oro calculada por rayos X es de 5, átomos/ m 3. Datos: Cu = 63,54 Au = 196,97 carga del electrón = 1, C 12 Tenemos la pila siguiente Sn (s) Sn 2 (aq) Fe 3 (aq), Fe 2 (aq) Pt (s) a) Escribid las semirreacciones anódica y catódica y la reacción global. b) Calcular la f.e.m estándar de la pila y la energía libre de Gibbs estándar de la reacción global. Datos: Eº (Sn 2 / Sn) = 0,14 V; Eº ( Fe 3 / Fe 2 ) = 0,77V; 1 F = 9, C/mol

2 13 Calculad la cantidad de aluminio que podrá obtenerse por electrólisis de una disolución de sulfato de aluminio, utilizando una intensidad de 1000 A durante una hora, si el rendimiento es del 80%. Datos: Al = 27 u 14 Calcular la masa y el volumen de los gases en c.n. que se desprenden en el cátodo y en el ánodo haciendo pasar C de electricidad a través de una disolución acuosa de KCl. Datos: Masas atómicas K = 39 Cl = 35,5 O = 16 H = 1 15 Si tenemos dos vasijas: una conteniendo una disolución de AgNO 3 y otra H 2 SO 4 diluido. Al pasar la corriente eléctrica simultáneamente por ambas disoluciones, en la primera se depositan 0,093 g de plata y en la segunda se desprenden 9,6 cc de hidrogeno, medidos en c.n.. Cuál es la masa atómica de la plata? 16 Basándoos en los potenciales de electrodo en estado estándar, determinar si el ácido nítrico oxidará al Fe 2 dando oxido nítrico como producto de reducción. Razonad la respuesta. Datos: Eº (Fe 3 /Fe 2 ) = 0,77V; Eº ( NO 3 /NO) = 0,96V 17 a)ajustar por el método del ion electrón la siguiente reacción: yodo mas permanganato de potasio en medio ácido sulfúrico origina yodato de potasio mas sulfato de manganeso (II) mas agua. b) Indica las especies oxidantes y reductoras y sus respectivos equivalentes c) Sabiendo que los potenciales normales de reducción de los electrodos (Permanganato/ ion manganeso (II)) = 1,52 V y ( yodato/ yodo) = 1,20 V, en medio ácido, justificar el sentido espontáneo de la reacción del apartado a) 18 Suponiendo condiciones estándar reaccionarán el ion nitrato y el zinc metálico en medio ácido, para dar ion amonio e iones zinc? Razona la respuesta. En caso afirmativo, ajustad la reacción que tiene lugar entre ellos. Datos; Eº (ion nitrato/ion amonio) = 0,89 V; Eº ( ion zinc/ zinc metálico) = 0,76 V 19 Se prepara una pila utilizando dos compartimentos conectados por un puente salino. Como electrodos se utilizan dos barras, una de cobre sólido y otra de níquel sólido, cada una de las cuales se introduce en una disolución 1,0 mol. dm 3 de sus propios iones. Los electrodos se conectan exteriormente mediante un hilo de cobre. a) Dibujar un esquema de la pila y designa cada uno de los electrodos. b) Calculad la variación de energía libre de Gibbs estándar de la reacción. Datos: a 25 ºC, Eº (Ni 2 /Ni) = 0,23 V; Eº ( Cu 2 / Cu) = 0,34 V, 1F = C/mol 20 Determinar la cantidad de cobre que deposita, durante 30 minutos, una corriente de 10 A, que circula por una disolución de sulfato de cobre (II). Datos: Cu = 63,5 u 21 Una corriente de 10 A atraviesa una disolución acuosa de sulfato de cobre (II) durante 5 minutos. Cuánto cobre deposita? Datos: Cu = 63,5 u 22 Dibujar pilas con puente salino en las que se realizan las reacciones redox: a) Ni (s) Pb 2 (aq) Ni 2 (aq) Pb (s) b) H 2 (g) Cl 2 (g) 2 H (aq) 2 Cl (aq) c) 2 Fe 2 (aq) Cl 2 (g) 2 Fe 3 (aq) 2 Cl (aq) Señalar el electrodo positivo y el negativo y el sentido del movimiento de los electrones 23 Calcular la cantidad de electricidad que se necesita para obtener en electrólisis de agua acidulada con sulfúrico 4 litros de oxigeno medidos a 17 ºC y presión de 70 cm de Hg Qué volumen de hidrogeno se obtiene en las mismas condiciones?

3 24 Se desea depositar en el cátodo el cobre contenido en un litro de disolución 2 M de sulfato de cobre (II), calcular: a) Cantidad de electricidad que se necesita b) Lo mismo, cuando se quiere precipitar el cinc contenido en 1 litro de disolución 0,2 N de cloruro de cinc Datos: Cu = 63,5 u Zn = 65,37 u 25 Se quiere platear una medalla de 3,53 cm 2 de superficie, por electrólisis de una disolución de nitrato de plata con una corriente de 2,5 A durante una hora y media. Hallar el espesor de la plata depositada. (densidad de la plata 10,50 g/cc) 26 Una célula electrolítica contiene 2 L de disolución de sulfato de cobre (II). Después de pasar una corriente eléctrica de 1,3 A durante 18 horas, se deposita todo el cobre de la disolución. Calcular la concentración en g/l de la disolución inicial del sulfato de cobre (II) 27 En una electrólisis de NaCl se depositan 5 g de Na en el cátodo. Calcular: a) Moles de cloro gas que se produce en el ánodo b) Volumen que ocupa este gas a una presión de 1, Pa y a la temperatura de 298 K 28 Al efectuar la electrólisis de una disolución de HCl se desprende cloro en el ánodo Qué volumen de cloro, medido en c.n, se desprenderá al pasar una carga de C? 29 Una corriente de 5 A atraviesa durante 30 minutos dos células electroquímicas que contienen sulfato de cinc, la primera y sulfato de cobre (II) la segunda. Sabiendo que se depositan 3, 048 g de cinc. Calcular: a) El equivalente del cinc b) Gramos de cobre que se depositan Datos: Cu = 63,5 u 30 Se hace pasar por una disolución de una sal de oro (III) la misma cantidad de electricidad que libera 2,158 g de Ag, depositándose 1,313 g de Au. Calcular: a) Masa atómica del oro b) Numero de átomos de plata y oro depositados c) Moles de átomos y masa equivalente de ambos. Datos: Ag = 107,9 u 31 La pila Daniel se utilizo en tiempos pasados como fuente de corriente continua. Podría estar constituido por un electrodo de cobre sumergido en una disolución 1 M de iones Cu 2 y un electrodo de cinc sumergido en una disolución 1 M de iones Zn 2. a) Escribir las semirreacciones que ocurran en cada semipila y la reacción global b) Indicar que especie química se oxida, cual se reduce y que electrodo va perdiendo masa al funcionar la pila. decir también que electrodo será el polo positivo y cual el negativo de la pila. Datos: Potenciales estándar de reducción Zn 2 /Zn = 0,76 V ; Cu 2 /Cu = 0,34 V 32 Escribir y ajustar las reacciones que tienen lugar en los siguientes casos. a) Si se introduce una barra de hierro en una disolución de nitrato de plata b) Si se mezcla una disolución de KMnO 4 en medio ácido con otra de cloruro de estaño (II) Datos: Eº (Ag /Ag = 0,80 V; Fe 2 /Fe = 0,44 V; MnO 4 /Mn 2 = 1,51 V; Sn 4 /Sn 2 = 0,15 V) 33 Suponiendo condiciones estándar, reaccionara el ion nitrato y el cinc metálico en medio ácido, para dar ion amonio e iones cinc? Razona la respuesta. En caso afirmativo, ajusta la reacción que tiene lugar entre ellos. NO 3 /NH 4 = 0,89 V Zn 2 /Zn = 0,76 V 34 Se hace pasar una corriente de 0,452 A durante 1,5 horas a través de una celda electrolítica que contiene CaCl 2 fundido. a) Escribe las reacciones que se producen en el ánodo y en el cátodo b) Calcula la cantidad de productos en gramos, formados en cada uno de los electrodos.

4 35 Sabiendo que E 0 (Ag /Ag) = 0,80 V y E 0 (Cu 2/Cu) = 0,34 V, justifica la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones a) El cobre reduce a la plata b) El polo negativo de una pila formada por ambos electrodos sería Ag /Ag c) El ion Ag es el oxidante mas fuerte d) La reacción 2 Ag Cu 2 2 Ag Cu se produce espontáneamente 36 Tres cubas electrolíticas conectadas en serie contienen disoluciones acuosas de: nitrato de plata la primera, nitrato de cadmio la segunda y nitrato de cinc la tercera. Cuando las tres cubas son atravesados por la misma cantidad de corriente. Justifica si serán o no ciertas 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 equivalente gramo que en la primera c) En las cubas segunda y tercera se depositará la misma cantidad de sustancia (moles) 37 En la electrólisis del agua Durante cuanto tiempo debe estar conectada una corriente de 10 A para obtener 40 L de oxigeno medidos a 27 ºC y 1520 mm de Hg de presión? Cuántos moles de electrones han intervenido en el proceso?

5 SOLUCIONES 2 Sol: E = 1,03 V () Ni (s) Ni 2 (1 M) Ag (1 M) Ag (s) () 3 Sol: Para que un metal se disuelva en ácido clorhídrico debe reducir a los protones del ácido a gas hidrogeno, a la vez que el mismo se oxida. Esta reacción de oxidación de un metal es espontánea cuando el potencial normal de reducción es negativo. De los metales de la lista se disuelven: el cadmio, zinc, magnesio y potasio 4 Sol: Sobre el alambre de zinc se deposita una capa de metal en el caso de la plata y del cadmio 5 Sol: Un trozo de cobre introducido en la disolución de sulfato ferroso no reacciona Un trozo de alambre de hierro introducido en la disolución de sulfato de cobre se recubre de cobre metálico a la vez que los átomos de hierro pasan a la disolución 6 Sol: Gº = 3, J 7 Sol: Como Eº pila > 0, la reacción indicada es espontánea. El Zn es capaz de reducir a los cationes Ag. 8 Sol: La reacción en el sentido indicado no es espontánea. El gas fluor oxida a los iones cloruro 9 Sol: Eº (Cu 2 / Cu) = 0,34 V 10 Sol: Las reacciones que se producen en los electrodos son: ánodo, oxidación 4 OH O 2 2 H 2 O 4 e cátodo, reducción 2(Cd 2 2e Cd) reacción global 4 OH 2 Cd 2 2 Cd O 2 2 H 2 O t = 6868,3 s; V = 0,986 L 11 Sol: a) N A = 6, ; b) 19,4 g/cc 12 Sol: () ánodo, oxidación Sn 2 2e Sn Eº ánodo = 0,14 V () cátodo, reducción Fe 3 1e Fe 2 Eº cátodo = 0,77V Reacción de pila Sn 2 2 Fe 3 2 Fe 2 Sn Eº pila = 0,91 V G = Sol: m = 268,60 g 14 Sol: m = 3,68 g de cloro m = 0,104 g de hidrógeno V = 1,16 L de cloro V = 1,14 L de hidrógeno 15 Sol: 108,52 g/mol 16 Sol: Eº = 0,19 V por ser Eº > 0 la reacción será espontánea 17 Sol: a) I 2 2 KMnO 4 2 H 2 SO 4 2 KIO 3 2 MnSO 4 2 H 2 O b) La sustancia oxidante es el KMnO 4 E KMnO4 = 31,62 La sustancia reductora es el yodo E I2 = 25,4 c) Eº = 0,32 V

6 18 Sol: 10 H NO 3 4 Zn NH 4 4 Zn 2 3 H 2 O El potencial NO 3 /NH 4 = 0,89 V es suficiente para oxidar el Zn (0,76 V). se producirá la reacción 19 Sol: G = n F Eº = ,57 20 Sol: 5,93 g de cobre 21 Sol: m = 0,98 g 22 Sol: ( ) Ni (s) / Pb 2 (aq) Ni 2 (aq) / Pb (s) () ( ) H 2 (g) / Cl 2 (g) 2 H (aq) / 2 Cl (aq) () ( ) 2 Fe 2 (aq) / Cl 2 (g) 2 Fe 3 (aq) / 2 Cl (aq) () 23 Sol: 59802,5 C; En las mismas condiciones, se obtendrá un volumen doble de hidrógeno 24 Sol: a) ,9 C b) C 25 Sol: 0,407 cm 26 Sol: 34,78 g/l 27 Sol: n Cl2 = 0,108; V = 2,59 L 28 Sol: V = 5,8 L 29 Sol: a) Eq (Zn) = 32,77 b) m Cu = 2,961 g 30 Sol: a) 196,95 u b) 1, átomos de plata, 4, átomos de oro c) 0,02 moles de átomos de Ag; 6, moles de átomos de Au Masa equivalente de Ag = 0,02 Masa equivalente de Au = 0,02 32 Sol: a) Fe 2 Ag Fe 2 2 Ag E = 1,24 V b) 2 MnO 4 5 Sn 2 16 H 5 Sn 4 2 Mn 2 8 H 2 O E = 1,36 V 33 Sol: NO 3 4 Zn 10 H NH 4 4 Zn 2 3 H 2 O E = 1,65 V 34 Sol: masa de calcio 0,5 g y masa de cloro 0,9 g 35 Sol: a) Verdadero b) Falso c) Verdadero d) Falso 36 Sol: a) Falso b) Falso c) Verdadero 37 Sol: 14,2 moles de electrones