Proceso Galvánico

I) Concepto: Es el proceso donde a partir de una reacción redox espontánea se logra generar electricidad. II) Celda galvánica o voltaica:

Vemos que la estructura de la celda galvánica es similar al de la celda electrolítica, salvo que en esta no se requiere una fuente de energía, ya que este sistema lo produce. Además, que el ánodo y el cátodo se encuentran separados (esto es para que pueda ser aprovechado la corriente eléctrica generada). Adicionalmente se puede colocar un voltímetro para medir el voltaje generado. Puente salino: se compone de un tubo en forma de "U" que contiene una solución muy concentrada de un electrólito, (por ejemplo: NaNO3(ac), NH4NO3(ac), NaCl(ac), KNO3(ac), entre otros) cuya función es neutralizar las cargas producidas en las soluciones de cada celda y así pueda mantenerse el flujo de electrones

Lunes 16 de febrero 2017 / /

III) Representación de una celda galvánica: Por convención, el ánodo (oxidación) se escribe primero a la izquierda y los demás componentes aparecen en el mismo orden en que se encontrarían al moverse los electrones del ánodo al cátodo (reducción)

Ejemplo 1.- Realizar la representación de la siguiente reacción que sucede en una celda galvánica.

Reacción química Representación

Na + Cu2+ Na+ + Cu Na /Na+ // Cu2+ /Cu

Ejemplo 2.- Realizar la representación de la siguiente reacción que sucede en una celda galvánica.

Reacción química Representación

Mg + I2 Mg2+ + 2I- Mg / Mg2+ // I2 / 2I- Ejemplo 3.- Realizar la representación de la reacción que sucede en la siguiente celda galvánica.

Cu/Cu2+ // Ag1+ /Ag

Ánodo Cátodo

Ejemplo 4.- Realizar la representación de la reacción que sucede en la siguiente celda galvánica.

Fe/Fe3+ // Ag1+ /Ag

Ánodo Cátodo

Ejemplo 5.- Realizar la representación de la reacción que sucede en la siguiente celda galvánica.

Cu (s) / Cu2+ (ac, 0,025 M) // Cu2+ (ac, 1,50 M) / Cu (s)

Ánodo Cátodo

* Esta es una celda de concentración debido a que el potencial de celda depende de las concentraciones de los electrolitos (ya que se tratan de las mismas sustancias) * En el diagrama de celdas se puede apreciar que, la reducción ocurrirá en el compartimento más concentrado y la oxidación se producirá en el lado más diluido.

* La fuerza electromotriz de las celdas de concentración, casi siempre es pequeña, y disminuye de manera continua a medida que tienen a igualarse las concentraciones de los dos compartimentos.

IV) Fuerza electromotriz: (FEM) En una pila hay un transporte de electrones desde el ánodo, donde tiene lugar el proceso de oxidación, al cátodo, donde se produce la reducción. El trabajo necesario para realizar este transporte de electrones será proporcional a la diferencia de potencial existente entre ánodo y cátodo. A esta diferencia de potencial (ε°) se la denomina fuerza electromotriz de la pila. * La fuerza electromotriz de la pila será igual a la diferencia entre los potenciales de reducción del cátodo y del ánodo:

FEM = ∆E0Celda= E0

cátodo - E0ánodo

Ejemplo 1.- Teniendo en cuenta los potenciales de reducción de los pares E° (Ag1+ /Ag) = +0,80v y E° (Ni2+ /Ni) = -0,25v La plata (Ag) se reduce y el niquel (Ni) se oxida

FEM = ∆E0

Celda= E0 cátodo - E0

ánodo

FEM = ∆E0Celda= 0,80 – (-0,25)

FEM = 1,05 v

Ejemplo 2.- Calcular la fuerza electromotriz de la pila:

Cd /Cd2+(1M) // Ag1+(1M) /Ag. Datos E° (Ag1+ /Ag) = +0,80v y E° (Cd /Cd2+) = -0,40v La plata (Ag) se reduce y el niquel (Ni) se oxida

FEM = ∆E0Celda= E0

cátodo - E0ánodo

FEM = ∆E0Celda= 0,80 – (-0,40)

FEM = 1,20 v

Ejemplo 3.- Se introduce una barra de hierro en una disolución 1M de iones Fe2+ y otra de estaño en una disolución de Sn2+, se conectan eléctricamente ambas y se unen ambas disoluciones con un puente salino. Escribir las reacciones que tienen lugar en cada electrodo, la global de la pila y calcular la fuerza electromotriz:

Datos E° (Fe2+ /Fe) = -0,44v y E° (Sn2+ /Sn) = -0,14v Solución: El hierro (Fe) se oxida y el estaño (Ni) se reduce Semireacción anódica: Fe – 2 e- → Fe2+ oxidación (ánodo) Semireacción catódica: Sn2+ + 2 e- → Sn reducción (cátodo) Reacción global: : Fe + Sn2+ → Fe2+ + Sn

FEM = ∆E0

Celda= E0 cátodo - E0

ánodo

FEM = ∆E0Celda= -0,14 – (-0,44)

FEM = 0,30 v

1. De:

I. Una celda galvánica produce voltaje II. En una celda galvánica, la reducción ocurre en el ánodo III. El puente salino en una celda galvánica sirve para mantener la neutralidad en las soluciones

son no correctas: A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) I; II E) Todas

2. Respecto a una pila o celda galvánica

I. El cátodo es el polo positivo II. El ánodo es el polo negativo III. El sentido de la corriente es de ánodo a cátodo

son correctas: A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) I; II E) Todas

3. Entre los mencionados a continuación señale un elemento no indispensable en toda celda galvánica

I. Conductor metálico II. Puente salino III. Electrolito IV. Batería a fuerza electromotriz V. Electrodo metálico A) I B) II C) III D) IV E) V

4. Según los siguientes potenciales:

I. Zn2+ + 2e- ⇌ Zn° ........... E° = -0,34 V II. Cu2+ + 2e- ⇌ Cu° ........... E° = +0,76 V III. Ag1+ + e- ⇌ Ag° ........... E° = +0,80 V ¿Qué especie se oxida fácilmente? A) Cu B) Cu2+ C) Ag D) Zn E) Ag1+

5. En base a los siguientes potenciales:

Sn4+ + 2e- ⇌ Sn2+ ........... E°= +0,13 V Al3+ + 3e- ⇌ Al ........... E° = -1,66 V ¿cuál de las siguientes proposiciones es incorrecta? I. La reacción de pila, sería espontánea 2Al3+ + 3Sn2+ ⇀ 2Al + 3Sn4+ II. El ion Al3+ tiene mayor fuerza oxidante que Sn4+ III. El Al es un agente reductor más fuerte que Sn2+ IV. En una pila normal, el ánodo sería Sn2+ V. La notación de la pila sería: Al |Al3+|| Sn4+ |Sn2+

A) I B) II C) III D) IV E) V

6. Según:

Fe2+ + Co2+ ⇌ Fe3+ + Co Fe3+ + e- ⇌ Fe2+ ........... E° = +0,78 V Co2+ - 2e- ⇌ Co ........... E° = -0,28 V I. Es una reacción espontánea II. El potencial estándar de la pila espontánea es +1,06 V III. La constante de equilibrio de II está entre 1034 y 1037 son no correctas: A) Sólo I B) II; III C) Sólo II D) I; II E) Sólo III

7. Indique cuántas proposiciones son correctas I. En el galvanizado, el Zn es un mejor protector que el Cu Zn - 2e- ⇌ Zn2+ ........... E° = +0,76 V Cu - 2e- ⇌ Cu2+ ........... E° = -0,34 V II. La corrosión es un proceso redox III. Se denominan metales refinables: Cu; Ni; Zn IV. Si: Fe - 2e- ⇌ Fe2+ ........... E° = -0,44 V Sn - 2e- ⇌ Sn2+ ........... E° = -0,14 V entonces el Fe es el cátodo A) I; II; III B) Il; III; IV C) I; IV D) II; IV E) Sólo IV 8. Se tiene la siguiente reacción de una media celda:

Fe3+ + e- ⇌ Fe2+ ........... E° = +0,77 V

¿Cuál de los siguientes sistemas debe ponerse en contacto para que ocurra en sentido contrario? A) I2 ⇌ I1- ........... E° = +0,53 V B) Ag1+ ⇌ Ag ........... E° = +0,80 V C) Cu2+ ⇌ Cu ........... E° = +0,34 V D) Cu2+ ⇌ Cu1+ ........... E° = +0,14 V E) Sn ⇌ Sn2+ ........... E° = +0,14 V 9. Calcular el voltaje para:

Fe |Fe2+|| Sn4+ | Sn2+ Fe ⇌ Fe2+ + 2e- ........... E° = 0,44 V Sn4+ ⇌ Sn2+ - 2e- ........... E° = 0,15 V A) -0,59 V B) +0,29 V C) +0,59 V D) -0,29 V E) 0 10. Calcular el potencial normal de la pila de Daniel:

Zn|Zn2+|| Cu2+ | Cu

Zn - 2e- ⇌ Zn2+ ........... E° = +0,763 V Cu - 2e- ⇌ Cu2+ ........... E° = -0,337 V A) -1,10 V B) +0,426 V C) -0,426 V D) +1,10 V E) +0,348 V

11. La celda de óxido de plata - cinc que se emplea en los aparatos auditivos y en los relojes eléctricos se basa en las siguientes medias reacciones.

Zn2+(ac) + 2e- ⇌ Zn(s) .... E° = -0,763 V

Ag2O(s)+H2O(L)+2e- ⇌ 2Ag(s) ... E°= -0,344V + 2 OH1 (ac) indicar en el orden que se menciona: ¿Qué sustancia se oxida y cuál se reduce en la celda durante la descarga? A) Ag, Zn B) Zn, Ag C) Zn, H2O D) Ag2O, Zn E) Zn, Ag2O 12. Calcular la f.e.m. de la siguiente pila:

Sn + Fe3+(0, 3M) ⇌ Sn2+(0,1 M) + Fe

si: Sn ⇌ Sn2+ ........... E° = +0,136 V Fe ⇌ Fe3+ ........... E° = +0,036 V A) + 0,01 V B) + 0,20 V C) -0,01 V D) + 0,12 V E) - 0,12 V

13. Hallar el potencial de la reacción a 25°C

H2 ⇌ 2H1+ + 2e- ........... E° = +0,000 V

si la solución tiene pOH = 12 A) 0,000 V B) 0,0118 V C) 0,366 V D) 0,474 V E) 0,0592 V

14. Calcular el potencial de la pila:

Cd |Cd2+(0,4 M)|| Ag1+ (0,2 M)| Ag

si: Cd2+ + 2e- ⇌ Cd ........... E° = -0,40 V Ag1+ + e- ⇌ Ag ........... E° = +0,80 V A) +1,17 V B) -1,17 V C) +1,20 V D) -1,20 V E) 0,000 V

15. Se tiene una celda de concentración con electrodos de Ag cuyas concentraciones son 0,01 M y 0,2 M. Determine el potencial de la celda.

si: Ag - 1e- ⇌ Ag1+ ........... E° = -0,799 V

A) -0,0770 V B) -0,4545 V C) +0,0770V D) +0,4545 V E) +0,0032 V

16. Al disminuir la concentración molar de H1+ a 10-4 M. ¿Cuál será el potencial del electrodo de hidrógeno, suponiendo que la presión del hidrógeno sigue siendo 1 atm a 25°C?

A) -1,052 V B) +1,180 V C) - 0,590 V D) +0,236 V E) +0,41 V

17. Una celda galvánica consta de los electrodos:

Ag(s) ⇌ Ag1+ + e- ........... E° = -0,80 V F1-(ac) ⇌ F2(g) + 2e- ........... E° = -2,87 V

se sabe además la concentración [Ag1+] ... = 0,01 M [F1-] = 1 M y la 𝑃𝐹2

= 0,2 atm determinar el potencial de celda:

A) 1,76 V B) 2,16 V C) 3,21 V D) 4,2 V E) 4,22 V 18. Una pila galvánica está formada de un electrodo normal de hidrógeno y electrodo de hidrógeno sumergido en una solución en la cual se cumple la siguiente relación:

𝐽 =[𝐻1+]

[𝑂𝐻1−]= 10−10

determinar el potencial de dicha pila A) 0,71 V B) 0,592 V C) 0,93 V D) 0,03 V E) 0,059 V 19. Determinar el potencial de una pila galvánica cuyo esquema es:

Ag|AgNO3(0,001 M) || AgNO3 (0,1 M) |Ag

si:

Ag1+ ⇌ Ag ........... E° = 0,80 V A) 0,17 V B) 0,12 V C) 0,24 V D) 0,36 V E) 0,42 V 20. Calcular el potencial para la pila Cu - Ag, si: [Cu2+] = 0,1 M [Ag1+] = 2,2.10-7

Cu2+ + 2e- ⇌ Cu ........... E° = +0,34 V Ag1+ + e- ⇌ Ag ........... E° = +0,80 V A) 0,39 V B) 0,35 V C) 0,49 V D) 0,54 V E) 0,63 V 21. Se tiene una solución de CuSO4.5H2O de color azul característico, en el cuál se introduce un clavo de hierro dejándose reaccionar suficientemente. como producto de la reacción el clavo se disuelve en el líquido y el color azul desaparece formando un sólido. Indique la ecuación química que representa la reacción : Cu2+(ac) + 2e- ⇌ Cu(s) ........... E° = 0,337 V Cu2+(ac) + e- ⇌ Cu(s) ........... E° = 0,153 V Fe2+(ac) + 2e- ⇌ Fe(s) ........... E° = -0,440 V Fe3+(ac) + 3e- ⇌ Fe(s) ........... E° = -0,037 V A) Cu2+(ac) + Fe(s) ⇌ Cu(s) + Fe2+(ac) B) 3Cu2+(ac) + 2Fe(s) ⇌ 3Cu(s) + 2Fe3+(ac) C) 2Cu2+(ac) + Fe(s) ⇌ 2Cu1+(ac) + Fe2+(ac) D) 3Cu2+(ac) + Fe(s) ⇌ 3Cu1+(ac) + Fe3+(ac) E) 2Cu2+(ac) + Fe(s) ⇌ 2Cu(s) + Fe2+(ac) 22. De:

I. En una celda de concentración la semicelda que contiene el electrolito más diluido es el cátodo

II. En una celda galvánica se genera corriente de modo espontáneo III. El puente salino de una celda galvánica evita la acumulación de cargas eléctricas netas en las semiceldas

son correctas:

A) I; II B) II; III C) I; III D) Sólo II E) Sólo I

23. La figura describe una pila de concentración

A

CuSO4 CuSO4

0;1 N 0;1 M

I. El ánodo es el lado derecho II. No hay flujo de electrones III. En el lado izquierdo: Cu2++2e- ⇀ Cu IV. El potencial de la pila es diferente de cero V. Hay electrones fluyen hacia la izquierda

son no correctas: A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) I; II; IV E) I; II; V

24. Se tiene una celda de concentración como la indicada en la figura [Cu2+]J = 0,05 M y [Cu2+]L = 1 M. Se agrega 0,049 moles de Na2S en la semicelda “J” consumiéndose totalmente para formar 0,049 moles de CuS insoluble. Determinar el potencial de la celda en estas condiciones

Cu2+ Cu2+

0,05 M 1 M

A

A) 0,038 V B) -0,077 V C) 0,088 V D) 0,00 V E) -0,05 V

25. Se considera una celda galvánica formada por una lámina de cobre sumergida en una solución de CuSO4 1,0 M y una lámina de plata sumergida en una solución de AgNO3 1,0 M. El cable conductor y el puente salino completan el circuito I. El potencial de la celda es 0,462 V II. El electrodo de cobre es el ánodo

III. En el lado del electrodo de plata se produce la oxidación IV. Los electrones fluyen del electrodo de cobre al electrodo de plata V. El cátodo incrementa su masa y el ánodo la disminuye Datos:

Cu2+ + 2e- ⇌ Cu ........... E° = 0,337 V Ag1+ + e- ⇌ Ag ........... E° = 0,799 V son no correctas:

A) I; II B) Sólo III C) II; III; IV D) Sólo V E) IV; V