OXIDACIÓN REDUCCIÓN QCA 09 ANDALUCÍA

Transcripción

1 OXIDACIÓN REDUCCIÓN QCA 9 ANDALUCÍA.- Sea una pila constituida, en condiciones estándar, por un electrodo de plata sumergido en una disolución de nitrato de plata y un electrodo de cadmio sumergido en una disolución de nitrato de cadmio. a) Escriba la reacción química que se produce en la pila. b) Escriba la notación de la pila formada. c) Calcule la fuerza electromotriz de la pila. Datos: Eº(Ag + /Ag) =,8 V y Eº(Cd + /Cd) =,4 V..- Para platear un objeto se ha estimado que es necesario depositar 4 g de plata. a) Si se realiza la electrolisis de una disolución acuosa de sal de plata con una corriente de amperios cuánto tiempo se tardará en realizar el plateado? b) Cuántos moles de electrones han sido necesarios para ello? Datos: F = 965 C. Masa atómica: Ag = El ácido sulfúrico concentrado reacciona con el bromuro de potasio según la reacción: H SO 4 + KBr K SO 4 + Br + SO + H O a) Ajústela por el método del ión-electrón y escriba las dos semiecuaciones redox. b) Calcule el volumen de bromo líquido (densidad,9 g/ml) que se obtendrá al tratar 9, g de bromuro de potasio con suficiente cantidad de ácido sulfúrico. Masas atómicas: Br = 8; K = El ácido nítrico concentrado reacciona con mercurio elemental en presencia de ácido clorhídrico produciendo cloruro de mercurio (II), monóxido de nitrógeno y agua. a) Ajuste la ecuación iónica y molecular por el método del ión-electrón. b) Calcule el volumen de ácido nítrico M que se debe emplear para oxidar completamente 3 g de mercurio elemental. Masa atómica: Hg =, Teniendo en cuenta los potenciales de reducción estándar de los pares Eº(Hg + /Hg) =,7 V y Eº(Cu + /Cu) =,34 V: a) Cuál es la fuerza electromotriz, en condiciones estándar, de la pila que se podría construir? b) Escriba las semirreacciones y la reacción global de esa pila. c) Indique cuál es el cátodo, el ánodo y sus signos. 6.- Se electroliza una disolución acuosa de ácido sulfúrico y se desprende hidrógeno y oxígeno. a) Qué cantidad de carga eléctrica se ha de utilizar para obtener L de oxígeno medido en condiciones normales? b) Cuántos moles de hidrógeno se obtienen en esas condiciones? Dato: F = 965 C. 7.- Razone si se produce alguna reacción, en condiciones estándar, al añadir: a) Cinc metálico a una disolución acuosa de iones Pb + b) Plata metálica a una disolución acuosa de iones Pb + Datos: Eº(Ag + /Ag) =,8 V; Eº(Zn + /Zn) =,76 V; Eº(Pb + /Pb) =,3 V.

2 OXIDACIÓN REDUCCIÓN QCA 9 ANDALUCÍA 8.- El estaño metálico es oxidado por el ácido nítrico produciendo óxido de estaño (IV), dióxido de nitrógeno y agua. a) Ajuste las ecuaciones iónica y molecular del proceso por el método del ion-electrón. b) Calcule los gramos de estaño que reaccionan con L de disolución de ácido nítrico M. Masa atómica: Sn = 8,7.

3 OXIDACIÓN REDUCCIÓN QCA 9 ANDALUCÍA.- a) Teniendo en cuenta los potenciales de reducción de la plata y del cadmio, es la plata la que se reduce y el cadmio el que se oxida, escribimos las semireacciones que se dan en cada electrodo y sumándolas obtenemos la reacción de la pila Cd Cd + e (oxidación) + Ag + e Ag (reducción) Cd Ag + Cd Ag b) Para escribir la notación convencional de una pila se empieza siempre escribiendo a la izquierda el proceso de oxidación (ánodo) en este caso el cadmio y a continuación, el de reducción (cátodo) en este caso la plata. La doble barra indica que los dos semielementos están separados por un puente salino Cd (s) Cd + (ac) Ag + (ac) Ag (s) c) La f.e.m. o potencial de la pila viene dado por la expresión E = E + E pila red ox + + ( ) ( ) E = E Ag / Ag + E Cd / Cd =,8V +,4V =,V pila.- a) Calculamos la masa uivalente de la plata sabiendo que se reduce ganando un electrón Mm 8 g mol M = = = 8 g ne º Calculamos el número de uivalentes que hay en los 4 g de plata que se han de depositar m 4 g n =,37 e M = 8 g = q sabemos que un faraday (96.5 C) deposita un uivalente de metal en el cátodo, calculamos la carga que ha de circular por la cuba electrolítica para depositar,37 965C xc = x = 3575C,37 calculamos el tiempo necesario partiendo de una corriente de A q 3575C t = 785 s (4 h57 min) I = A = b) Se necesitarán tantos moles de electrones como uivalentes de plata, es decir,37 moles de electrones

4 OXIDACIÓN REDUCCIÓN QCA 9 ANDALUCÍA 3.- a) H SO 4 + KBr K SO 4 + Br + SO + H O Si calculáramos los números de oxidación de los elementos de esta reacción veríamos que solo cambian el azufre de +6 en ácido sulfúrico a +4 en el dióxido de azufre y el bromo de - en el bromuro potásico, a en el bromo molecular por lo tanto planteamos las semireacciones iónicas y las ajustamos sabiendo que en medio ácido se añade H O donde falte oxígeno y H + donde falte hidrógeno + SO4 + 4H + e SO + H O Br Br + e SO + Br + 4H SO + Br + H O + 4 (reducción) (oxidación) traspasamos los coeficientes de la reacción iónica ajustada a la molecular H SO 4 + KBr K SO 4 + Br + SO + H O b) Calculamos los moles que son 5 g de KBr, Mm = 9 g/mol m 9,g n =,76 m Mm = 9 g / mol = ol establecemos la proporción con los datos de la reacción ajustada molkbr,76molkbr mol Br x x =,38 mol Br = calculamos los gramos de bromo molecular (Mm = 6 g mol - ) m = n Mm =,38mol 6 g mol = 6,8 g calculamos el volumen de bromo líquido (densidad,9 g/ml) V = m 6,8 g,8m d =,9 gml = L 4.- a) HNO 3 + Hg + HCl HgCl + NO + H O si calculáramos los números de oxidación de los elementos de esta reacción veríamos que solo cambian el mercurio de en el mercurio metálico, a + en el cloruro de mercurio (II) y el nitrógeno de +5 en el ácido nítrico, a + en el monóxido de nitrógeno, por lo tanto planteamos las semireacciones iónicas y las ajustamos sabiendo que en medio ácido se añade H O donde falte oxígeno y H + donde falte hidrógeno Hg Hg + e + (oxidación) NO + 4H + 3e NO + H O (reducción) + 3

5 OXIDACIÓN REDUCCIÓN QCA 9 ANDALUCÍA 4.- a) (continuación) multiplicamos la oxidación x3 y la reducción x para ajustar los electrones transferidos y sumamos para obtener la ecuación iónica ajustada 3Hg 3Hg + 6e + NO + 8H + 6e NO + 4H O Cu NO 8H 3Cu NO 4H Traspasamos los coeficientes de la reacción iónica ajustada a la molecular, teniendo en cuenta que de los ocho H +, dos le corresponden al ácido nítrico y por lo tanto, seis al ácido clorhídrico HNO 3 +3 Hg + 6 HCl 3 HgCl + NO + 4 H O b ) Calculamos los moles de mercurio (m = 3 g) m 3 g n =,5mol Mm =,6 g mol = O Establecemos la proporción con la reacción ajustada 3mol Hg,5mol Hg = mol HNO x mol HNO 3 3 x =,mol HNO 3 Calculamos el volumen de disolución M de HNO 3 V = n,mol,5 (5 ) M = moll = L ml 5.- a) Teniendo en cuenta los potenciales de reducción del mercurio y el cobre, es el cobre el que se reduce y el mercurio el que se oxida, ya que este último tiene menor potencial de reducción. La f.e.m. o potencial de la pila viene dado por la expresión E = E + E pila red ox + + ( ) ( ) E = E Cu / Cu + E Hg / Hg =,34V, 7V =, 7V pila b) Escribimos las semireacciones que se dan en cada electrodo y sumándolas obtenemos la reacción de la pila Hg Hg + e + (oxidación) Cu + + e Cu + + Hg + Cu Hg + Cu (reducción)

6 OXIDACIÓN REDUCCIÓN QCA 9 ANDALUCÍA 5.- c) En el cátodo (polo +) se produce la reducción, en este caso el cobre y en el ánodo (p olo ) se produce la oxidación, en este caso el mercurio 6.- a) La electrólisis de disoluciones acuosas suelen ser difíciles de interpretar, a cusa de presencia en la disolución de los iones H + la y OH procedentes de la ionización del agua, y que en algunos casos, se pueden descargar en los electrodos preferentemente a los iones producidos en la disociación del compuesto en disolución, en este caso el ácido sulfúrico. Con objeto de señalar el orden con que se descargan los distintos iones existentes en la disolución, conviene señalar que lo harán primero aquellos cuyos potenciales de reducción (en el caso de cationes) o de oxidación (si se trata de aniones) sean inferiores. Según este criterio, las semirreacciones iónicas serán: Semirreacción catódica: Reducción + + e H H Semirreacción anódica: Oxidación. De los aniones presentes en la cuba ( SO 4 y OH ) sólo puede oxidarse el OH ya que el ion sulfato está en su máximo estado de oxidación (S 6+ ) 4OH O + H O + 4e Calculamos los moles de oxígeno desprendidos en el ánodo ( L en condiciones normales) L no = =,45 mol,4 Lmol Mm m T eniendo en cuenta las siguientes expresiones M = y n = y que el ne º Mm ne º, es el número de electrones transferidos por mol de compuesto, en el caso del O, cuatro electrones, podemos obtener el número de uivalentes de O desprendidos n = m m m nº e = = = n Mm nº e =, 45 4 =,8 ne º O O O M Mm Aplicamos la ley de Faraday para calcular la carga n Q = F Q= n F = C = C,8 O b) Si ajustamos los electrones y sumamos las dos semirreacciones, obtenemos la reacción global que se produce en la cuba que es la electrólisis del agua H O H + O

7 OXIDACIÓN REDUCCIÓN QCA 9 ANDALUCÍA 6.- b) (continuación) Como vemos se producen el doble de moles de hidrógeno que de oxígeno n = n =,45 =,9 mol H O 7.- a) El cinc metálico no puede reducirse (no forma iones negativos), por lo tanto, la única reacción que podría darse es + Reducción: Pb + e Pb Oxidación: Zn Zn + + e Pb + Zn Pb + Zn + + La reacción será espontánea si su potencial es positivo, calculamos el potencial o o E = E + E =,3V +,76V =,63V red oxi La reacción se produce espontáneamente. b) La plata metálica no puede reducirse (no forma iones negativos), por lo tanto, la única reacción que podría darse es + Reducción: Pb + e Pb Oxidación: Ag Ag + e + Pb + Ag Pb + Ag + + La reacción será espontánea si su potencial es positivo, calculamos el potencial o o E = E + E =,3 V + (,8 V) =,93V red oxi No se producirá ninguna reacción. 8.- a) Sn + HNO3 SnO + NO + H O Si calculáramos los números de oxidación de los elementos de esta reacción veríamos que solo cambian el estaño de en el estaño metálico, a +4 en el óxido de estaño (IV) y el nitrógeno de +5 en el ácido nítrico, a +4 en el dióxido de nitrógeno, por lo tanto planteamos las semireacciones iónicas y las ajustamos sabiendo que en medio ácido se añade H O donde falte oxígeno y H + donde falte hidrógeno Sn H O SnO 4H + 4e (oxidación) NO3 + H + e NO + H O (reducción) Multiplicamos la reducción x4 para ajustar los electrones transferidos y sumamos para obtener la ecuación iónica ajustada

8 OXIDACIÓN REDUCCIÓN QCA 9 ANDALUCÍA 8.- a) (continuación) + Sn + H O SnO + 4H + 4e 4NO + 8H + 4e 4NO + 4H O + 3 Sn + 4NO + 4H + SnO + 4NO + H O 3 Traspasamos los coeficientes de la reacción iónica ajustada a la molecular Sn + 4 HNO 3 SnO + 4 NO + H O b) Calculamos los moles de ácido nítrico que hay en L de disolución M n= M V = moll L= 4mol Observamos en la reacción molecular ajustada que 4 moles de ácido nítrico, reaccionan con mol de estaño que uivale a 8,7 g.