Ejercicios Química PAU Comunidad de Madrid 2000-2016. Soluciones enrique!iqui"edia.es #e$isado 11 !e%rero 201&
Electroquímica
2016-Septiembre Pregunta A5.-
a) Nitrato de plata: AgNO3. Sulfato de cobre (II): CuSO 4. En el cátodo se produce la reduccin: son los iones de !etal de la sal disuelta los "ue se reducen Cátodo pri!era cuba: Ag # # $e% & Ag Ag '# % Cátodo segunda cuba: Cu # 'e & Cu b) Al Al estar las cubas en serie la corriente el n!ero de electrones electrones "ue circulan circulan es el !is!o -
1 mol Ag 1 mole 1 molCu 63,5 g Al =0,88 g Cu 3 g Ag Ag · · · · 107,9 g Ag 1 mol mol Ag 2 mol e- 1 molCu
c) ' A* ' C+s &
Ag · 3 g Ag
1 mol Ag
·
1 mole
-
mol Ag 107,9 g Ag 1 mol
·
96485 C 1 s 1 mole
-
·
=1341 s
2 C
0,5 mol Ag 1 mol Ag −3 g A g · =0,47 mol Ag 1 L 107,9 g Ag 0,2 molCu 1 molCu −0,88 gCu· =0,39 molCu 2 L · 1 L 63,5 g Cu
d) En la pri!era cubeta "uedan en disolucin 1 L · En la segunda cubeta "uedan en disolucin Pregunta B1.-
a) Mismo a) Mismo ajuste en 2005 Modelo Cuestión Cuestión 4 '# Se!irreaccin o,idacin: Sn & Sn4# # 'e% - / % # % '# Se!irreaccin reduccin: 0nO 4 # 12 # /e & 0n # 42'O - ' eaccin inica global: '0nO 4% # $2# # /Sn'# & '0n'# # 12'O # /Sn4# eaccin global: '50nO 4 # $2Cl # /SnCl ' & '0nCl' # 12'O # /SnCl4 # '5Cl b) Se!irreaccin o,idacin: o,idacin: S'6 & S # 'e6 -3 6 # 6 Se!irreaccin reduccin: NO 3 # 42 # 3e & NO # '2'O -' 6 # '% eaccin inica global: 'NO 3 # 12 # 3S & 'NO # '2'O # 3S eaccin global: '2NO 3 # 32'S & 3S # 'NO # 42'O 2016-Junio Pregunta A3.-
a) 7ara obtener Cd !etálico los iones Cd '# de la disolucin se deben reducir8 luego la barra introducida se debe o,idar. El potencial de reduccin del !etal de la barra introducida debe ser !enor "ue el potencial de reduccin del cad!io8 por lo "ue debe introducirse la de alu!inio Se puede ra9onar "ue en esa situacin E pila*Ecátodo%Eánodo*%84%(%$81); Se!irreaccin ánodo8 o,idacin: Al & Al3# # 3e% -,' '# % Se!irreaccin cátodo8 reduccin: Cd # 'e & Cd -,3 '# 3# eaccin global: 'Al # 3Cd & 'Al # 3Cd b)
0,25 L·
1 molCd 1 L
2+
·
2 mol Al 3 molCd
· 2+
27 g Al 1 mol mol Al
= 4,5 g Al
Pregunta B4.-
a) El cloro se está reduciendo de estado de o,idacin #/ en ClO 3% a estado %$ en Cl%8 por lo "ue es el agente o,idante. El cro!o se está o,idando de estado de o,idacin #3 en CrCl 3 a estado de o,idacin # en CrO 4'%8 por lo "ue es el el agente reductor. reductor. 7lantea!os las reacciones a
5Cl # /2 'O c) A'% # $42# # e% & 'Cr 3# # >2'O 7ágina $ de 3
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7ara "ue sea capa9 de o,idar un anillo de oro8 deberá =aber una pila con potencial positi?o en la "ue el oro sea el ánodo el dicro!ato el cátodo. E pila*Ecátodo%Eánodo*$833%$8/@ por lo tanto no será capa9 de reducir un anillo de oro. 2016-Modelo Pregunta A4.-
a) El bro!uro de sodio NaBr en disolucin acuosa está disociado en sus iones8 Br % Na#8 ta!bin tene!os presentes 2 # O2% asociados al e"uilibrio de disociacin del agua8 para los "ue se conocen (el electrodo de =idrgeno es la referencia) o se indica (O2 %)el potencial de reduccin. En el ánodo se produce la o,idacin la o,idacin Br %+Br tiene potencial %$8> D O2 %+O' tiene %84 D8 por lo "ue se produce pri!ero la segunda nodo8 o,idacin: 4O2 % & O' # '2'O # 4e% En el cátodo se produce la reduccin la reduccin Na #+Na tiene potencial %'8>$ D 2 #+2' tiene potencial D al ser la referencia8 por por lo "ue se produce produce pri!ero la segunda segunda # % Cátodo8 reduccin: '2 # 'e & 2' b) 7lantea!os la reaccin reaccin global8 !ultiplicando !ultiplicando la se!irreaccin se!irreaccin del cátodo por ' su!ando su!ando # % 42 # 4O2 & O' # '2' # 42'O Segn la este"uio!etrFa de la reaccin r eaccin a
c)
mol H 2 60 s 1,5 C 1 mole 1 mol =0,042 mol H 2 90 min· · · · 1 min 1 s 96485 C 2 mol e-
Gtili9ando la le de los gases ideales D*nH+7*84'81' D*nH+7*84'81'('>3#3)+(>+>)* ('>3#3)+(>+>)*$8$3 $8$3 2 ' Comentario similar a 2014-Junio-A5 : aunque junto al modelo PAU PAU Química Química Madrid 2016 , en sus orientaciones se indicaba explícitamente “ o se considera considera incluida la le! de ernst ” y no aparece en los contenidos de uímica de 2! de "ac#illerato de Madrid$ siendo puristas se podría comentar que aunque las concentraciones de %a & y "r ' sí son ( M$ como las concentraciones de ) & y *) ' no son ( M$ los +alores de potenciales no ser,n s er,n los est,ndar$ y #abr, que calcularlos con la ecuación de %ernst .osible aplicación %ernst al apartado a: el %a"r es una sal de ,cido /uerte y base /uerte que no produce #idrólisis$ #idrólisis$ por lo que su p) ser, $ y la concentración de de ) & y *) ' ser, (0' M E= E º −
0,05916 log Q n
E(2#+2')*%8/Jlog($+K2#L)*%84$ D E(O'+O2 M )*84%8/Jlog($+KO2%L)*81$ D (es positi?o por ser una reducin8 pero lo =e!os planteado co!o co!o ánodo8 se o,ida) o,ida) Co!parando: a o,idacin Br %+Br tiene potencial %$8> D8 la o,idacin O2 %+O' tiene %81$ D8 por lo "ue se sigue produciendo pri!ero pri!ero la segunda a reduccin Na #+Na tiene potencial %'8>$ D 2 #+2' tiene potencial %84$ D al ser la referencia8 por lo "ue se sigue produciendo pri!ero la segunda .osible aplicación %ernst al apartado b: no aplica .osible aplicación %ernst al apartado c: no aplicaPregunta B5.-
a) El =ierro se o,ida8 pasa de estado de o,idacin #' a #3. El cloro se reduce8 pasa de estado de o,idacin #/ en el clorato a %$ en el cloruro. 7lantea!os se!irreacciones a
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b) El agente o,idante o,idante es el "ue se reduce8 "ue es el cloro dentro del clorato de potasio. potasio. 2,5 mol mol FeCl FeCl2 1 mol mol KClO KClO3 39,0 +35,5 + 3 · 16,0 g KClO KClO3 =2,04 g KClO 0,040 L· 0,040 L· · · KClO3 1 L 2015-Septiembre Pregunta A3.-
mol FeCl FeCl 2 6 mol
mol KClO KClO3 1 mol
a) El 9inc se o,ida8 pasa de estado de o,idacin a #'. El nitrgeno se reduce8 pasa de estado de o,idacin #/ en el nitrato a %3 en a!onio. 7lantea!os se!irreacciones a
a proporcin este"uio!trica es !ol(2NO 3)+!ol(n)*$+4*'8/ a proporcin de los reacti?os es $8'$+8'*8/. Es !uc=o !aor el ácido nFtrico está en e,ceso el n es el reacti?o li!itante. 1 mol mol NH 4 NO3 14 + 4 · 1+ 14 + 3 · 16 g NH 4 NO3 = 4,0 g NH 4 NO 3 0,2 molZn· · 4 mol mol Zn
1 mol mol NH 4 NO3
Pregunta B5.
a) Co!o o,idante se reduce. En !edio ácido pasa de estado de o,idacin #> a #'. Se!irreaccin reduccin: 0nO 4% # 12# # /e% & 0n'# # 42'O En !edio básico pasa de estado de o,idacin #> a #4. Se!irreaccin reduccin: 0nO 4% # '2'O # 3e% & 0nO' # 4O2% b) Si se "uiere "ue "ue la plata se o,ide8 o,ide8 la plata debe ser el ánodo8 el potencial de reduccin reduccin de la se!irreaccin de reduccin para el ion per!anganato debe ser !aor "ue el de la reduccin de la plata8 por lo "ue ?iendo ?iendo los ?alores ?alores de potenciales será será en !edio ácido8 ácido8 de !odo "ue "ue la reaccin sea sea espontánea a "ue E pila*Ecátodo%Eánodo*$8/$%81 ; c) 7lantea!os la se!irreaccin del ánodo la reaccin inica global para conocer la este"uio!etrFa Se!irreaccin o,idacin: Ag & Ag # # $e% eaccin inica global: 0nO 4% # 12# # /Ag & /Ag# # 0n'# # 42'O mol KMnO KMnO4 1 L disolución 1 mol Ag 1 mol · · 0,1 L disolución KMnO 4 0,2 M 0,2 M =0,1 L 108 g Ag 5 mol Ag 0,2mo 0,2 moll KMnO KMnO 4 2015-Junio-Coinidente! Pregunta A4.10,8 g Ag Ag ·
a) El estado de o,idacin de Sb en Sb 'S3 es #3 en Sb 'O/ es #/: el Sb se o,ida8 la especie "ue se o,ida es Sb 3#. El estado de o,idacin de N en 2NO 3 es #/ en NO ' es #4: el N se reduce8 la especie "ue se reduce es NO 3%. HNO 3 puro 1 mol mol HNO HNO 3 1,41 g ác . com. com . 67 g HNO =0,0112 mol · · mol HNO HNO3 b) 1 mLác . com. com . 100 g ác . com. com . 1 + 14 + 3 · 16 g HNO3 1 molSb 2 S3 =0,012 mol 5,0 g Sb2 S 3 · mol Sb2 S 3 2 · 32 + 3 · 121,8 g Sb 2 S3 0,75 mLác . com. com . ·
a proporcin este"uio!trica es !ol(2NO 3)+!ol(Sb'S3)*$+$*$ a proporcin de los reacti?os es 8$$'+8$'*8J33. 8$$'+8$'*8J33. Es !uc=o !enor el ácido nFtrico es el 7ágina 3 de 3
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reacti?o li!itante el Sb 'S3 está en e,ceso. 3 molS
32 g S
c) 0,0112 mol H NO3 · 10 mol H NO · 1 molS =0,108 g S 3 d) 0,0112 mol H NO3 ·
10 mol NO2 10 mol H NO3
= 0,0112 mol NO2
Gtili9ando la le de los gases ideales D*nH+7*8$$'81''J1+81*834' NO ' Pregunta B1.-
a) Enunciado indica PfundidosQ parece "ue =ace referencia a a!bas sales8 asu!i!os "ue se trata de disolucin acuosa de sulfato de cobre. 1e piden reacciones en c,todo pero indicamos ambas$ asumimos condiciones normales y que disolución es ,cida$ realmente no se dan datos Celda con sulfato de cobre (II)8 CuSO 4. 3nodo$ oxidación: 2) 2* *2 & 4) & &4e' 6!1 2*72' 81 2*42' 92$0 y 6!*2 8) 2*9($2; Cátodo8 reduccin: Cu '# # 'e% & Cu Celda con tricloruro de alu!inio8 AlCl 3 3nodo$ oxidación: 2Cl ' Cl 2 & 2e' Cátodo8 reduccin: Al 3# # 3e% & Al b) Celda con sulfato de cobre (II)8 CuSO48 se deposita en el cátodo el cobre. -
3600 s 6,5 C 1 mol e 1 molCu 63,5 g Cu 3· 3600 ·6,5 · 63,5 = =23,1 g Cu 3· · · · · 1 1 s 96485 C 2 mole - 1 molCu 2 · 96485
Gsa!os factores de con?ersin: Con el pri!er factor reali9a!os la con?ersin del tie!po a segundos. Con el segundo factor usa!os intensidad para obtener la carga. Con el tercer factor usa!os el arada para obtener el n!ero de !oles de electrones. Con el cuarto factor usa!os la este"uio!etrFa para obtener el n!ero de !oles de Cu. Con el "uinto factor usa!os la !asa at!ica de Cu para obtener la !asa en los !oles obtenidos. Celda con tricloruro de alu!inio8 AlCl 38 se deposita en el cátodo el alu!inio -
3600 s 6,5 C 1 mol e 1 mol Al 27,0 g Al 3 · 3600 ·6,5 · 27,0 = =6,55 g Al 3· · · · · 1 1 s 96485 C 3 mole - 1 mol Al 3 ·96485
Gsa!os factores de con?ersin: Con el pri!er factor reali9a!os la con?ersin del tie!po a segundos. Con el segundo factor usa!os intensidad para obtener la carga. Con el tercer factor usa!os el arada para obtener el n!ero de !oles de electrones. Con el cuarto factor usa!os la este"uio!etrFa para obtener el n!ero de !oles de Al. Con el "uinto factor usa!os la !asa at!ica de Al para obtener la !asa en los !oles obtenidos. 2015-Junio Pregunta A5.-
a) Nitrato de 9inc: n(NO 3)' 8 "ue en disolucin está disociada en iones n '# NO3% Sulfato de alu!inio: Al '(SO4)3 8 "ue en disolucin está disociada en iones Al 3# SO4'% En los cátodos se produce la reduccin de los iones !etálicos Cátodo pri!era cubeta: n '# # 'e% & n Cátodo segunda cubeta: Al 3# # 3e% & Al b) Gsa!os factores de con?ersin8 lla!a!os I a la corriente teniendo en cuenta "ue I*R+t8 "ue A*C+s "ue $ arada es $ !ol de electrones -
1 mol Al 3 mole 96485 C 1 s 1 =1 5,0 g Al · · · · · 27 g Al 1 mol Al 1 mole - ! C 3600 s 5,0 ·3 · 96485 ≈15 A ! = 27 ·3600
Con el pri!er factor usa!os !asa at!ica para obtener los !oles de alu!nio en / g de alu!inio. Con el segundo factor usa!os la este"uio!etrFa para obtener el n!ero de !oles de electrones. 7ágina 4 de 3
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Con el tercer factor usa!os el arada para obtener la carga. Con el cuarto factor usa!os la intensidad para obtener el tie!po. Con el "uinto factor reali9a!os la con?ersin del tie!po a =oras8 para igualar al dato de enunciado. c) Co!o a!bas cubetas están en serie8 circula la !is!a intensidad de corriente. Gsa!os factores -
3600 s 15 C 1 mole 1 molZn 65,4 g Zn 3600 ·15 · 65,4 1 · · · · · = =18,3 g Zn 1 1 s 96485 C 2 mole - 1 mol Zn 96485 · 2
Con el pri!er factor reali9a!os la con?ersin del tie!po a segundos. Con el segundo factor usa!os intensidad para obtener la carga. Con el tercer factor usa!os el arada para obtener el n!ero de !oles de electrones. Con el cuarto factor usa!os la este"uio!etrFa para obtener el n!ero de !oles de n. Con el "uinto factor usa!os la !asa at!ica de n para obtener la !asa en los !oles obtenidos. d) os !oles "ue "uedan en disolucin son los "ue =abFa inicial!ente !enos los depositados en los cátodos. os !oles de iones disueltos están asociados a los de las sales a "ue se disocian total!ente. Segunda cubeta: 3+ 0,2 mol Al 2 ( SO4 )3 2mol Al −5 g A l · 1 mol Al =0,61 mol Al3+ 2 L · · 1 L 1 mol Al 2 ( SO 4)3 27 g Al 7ri!era cubeta: 2+ 0,5 mol Zn( NO 3)2 1 mol Zn −18,3 gZn· 1 mol Zn = 0,22mol Zn2+ 1 L · · 1 L 1 mol Zn( NO 3)2 65,4 g Zn Pregunta B1.-
eali9a!os por el !todo del in%electrn a!bos a'% # $42# #e% & 'Cr 3# # >2'O O,idacin: 'I% & I' # 'e% - 3 '% # Inica global: Cr 'O> # $42 # I% & 'Cr 3# # >2'O # 3I' 0olecular lobal: 5 'Cr 'O> # $42I & 'CrI3 # >2'O # 3I' # '5I b) educcin: SO4'% # 42# #'e% & SO' # '2'O O,idacin: 'Br % & Br ' # 'e% Inica global: SO 4'% # 42# # 'Br % & SO' # '2'O # Br ' 0olecular lobal: '2'SO4 # '5Br & SO' # '2'O # Br ' # 5 'SO4 2015-Modelo Pregunta A2.-
a) also. El o,Fgeno se reduce8 a "ue pasa de estado de o,idacin en O ' a estado de o,idacin %' en SO'8 por lo "ue el o,Fgeno es el o,idante es el "ue o,ida a S "ue pasa de a #4. b) also. El ácido =ipocloroso es un o,ácido en el "ue 2 tiene estado de o,idacin #$8 O tiene estado de o,idacin %'8 el ele!ento central acta co!o !etal tiene estado de o,idacin positi?o8 "ue es #$8 a "ue al ser un co!puesto neutro la su!a de los estados de o,idacin debe ser cero. c) Derdadero. Es una pila donde el cobre se o,ida (es el ánodo) a "ue tiene !enor potencial de reduccin !enor tendencia a reducirse8 la plata se reduce (es el cátodo). El potencial de la pila es ET pila*ETcátodo%ETánodo*81%834*84 D d) Derdadero. El =ierro se reduce a "ue tiene !enor potencial de reduccin !aor tendencia a reducirse (es un ?alor negati?o de !enor ?alor absoluto)8 el n se o,ida. Si plantea!os las se!irreacciones a
a) En los co!puestos neutros la su!a de todos los estados de o,idacin debe ser cero 5 'Cr 'O> : estados de o,idacin 5:#$8 O:%' '(#$)#',#>(%')* ,*($4%')+'*# Cr '(SO4)3 : estados de o,idacin S:# (es el "ue tiene en ácido sulfrico)8 O:%' 7ágina / de 3
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Electroquímica
',#3(#4(%'))* ,* +'*#3 En 5Cl el estado de o,idacin de Cl es %$8 en Cl ' es . Se o,ida el Cl "ue pasa de %$ a 8 5Cl es la especie reductora. Se reduce el Cr "ue pasa de # a #38 5 'Cr 'O> es la especie o,idante. b) A'% # $42# #e% & 'Cr #3 # >2'O O,idacin: 'Cl% & Cl' # 'e% - 3 '% # Inica global: Cr 'O> # $42 # Cl% & 'Cr 3# # >2'O # 3Cl' 0olecular lobal: 5 'Cr 'O> # 5Cl # >2 'SO4 & Cr '(SO4)3 # >2'O # 3Cl' # 45 'SO4 c)
' mol
3 mol Cl ' mol
=$ mol Cl '
2014-Septiembre Pregunta A5.-
a) El nBr ' fundido está disociado en sus iones8 n '# Br % Cátodo8 se!irreaccin de reduccin: n '# # 'e% & n nodo8 se!irreaccin de o,idacin: 'Br % & Br ' # 'e% %
b)
$ mol ?n ' mol e J41/ C $ s = = = $ > ?n = ='J/ s /84 > ?n $ mol ?n $ mol e % $: C
c) Cátodo8 se!irreaccin de reduccin: D ,# # ,e% & D %
$ mol : xmole J41/ C $ s 381 > : = = 3:: s = = = /:8J > : $ mol ?n $ mol e % $: C >':83 x =3:: ⇒ x =
3:: ≈/ >':83
a carga del ion ?anadio será #/ Pregunta B1.-
a) O,idacin: Cd & Cd '# # 'e% educcin: Cl ' # 'e% & 'Cl% lobal: Cl' # Cd & Cd'# # 'Cl% ET*$83%(%84)*$8> D ; 8 sF es espontánea. b) O,idacin: Cr & Cr 3# # 3e% -,' '# % educcin: Cu # 'e & Cu -,3 '# 3# lobal: 'Cr # 3Cu & 'Cr # 3Cu ET*834%(%8>4)*$81 D ; 8 sF es espontánea. 2014-Junio-Coinidente! Pregunta A3.-
b) 7ara desprender 2 ' el 2# del ácido se debe reducir8 por lo "ue el !etal se debe o,idar8 para "ue se desprenda espontánea!ente el potencial de reduccin del cátodo debe ser !aor "ue el del ánodo donde se produce la o,idacin. Asu!iendo condiciones nor!ales8 el potencial de =idrgeno es D8 por lo "ue co!o cátodo tiene !aor potencial "ue "ue los electrodos 7b '#+7b8 Ni'#+Ni8 Sn'#+Sn en esos casos sF se desprenderá =idrgeno8 pero no para Sn 4#+Sn'# Ag#+Ag. Co!o el enunciado dice Ppara los !etales 7b8 Ni AgQ8 se puede asu!ir "ue se parte de los !etales con estado de o,idacin 8 en ese caso la respuesta serFa P7b NiQ b) 7ara "ue el 7b8 Ni o Ag redu9can el Sn 4# a Sn'#8 "ue serFa el cátodo8 tienen "ue ser los ánodos8 tienen "ue tener !enor potencial de reduccin+!aor tendencia a o,idarse8 lo "ue ocurre para 7b Ni. 7ara "ue esos !etales no redu9can el Sn '# a Sn8 su potencial de reduccin tiene "ue ser !aor "ue el del Sn'#+Sn8 de !odo "ue ellos tengan !ás tendencia a reducirse8 lo "ue8 de los dos casos anteriores8 sola!ente ocurre para el 7b. Es decir8 se producirFa la o,idacin 7b & 7b '# # 'e% 8 la reduccin Sn4# # 'e% & Sn'# 8 el potencial 7ágina de 3
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serFa E pila*Ecátodo%Eánodo*8$/%(%8$')*8'> ; 8 pero no se producirFa la o,idacin 7b & 7b '# # 'e% la reduccin Sn '# # 'e% & Sn 8 a "ue el potencial serFa E pila*Ecátodo%Eánodo*%8$4%(%8$')*%8' @ c) a barra de plo!o se o,idará8 será el ánodo. a plata se reducirá8 será el cátodo. Se!irreaccin o,idacin: 7b & 7b '# # 'e% - , $ Se!irreaccin reduccin: Ag # # $e% & Ag - , ' eaccin inica global: 7b # 'Ag # & 7b'# # 'Ag E pila*Ecátodo%Eánodo*81%(%8$')*8J' D ; 8 espontánea. %ota: enunciado da potenciales est,ndar$ y se indica disolución acuosa de @>Cl pero no datos de concentración$ y no se indica que inicialmente #ay iones de .b 2& en la disolución$ por lo que sería una situación similar a los comentarios de 20(4'Aunio'@5 Pregunta B4.-
a) Uicloruro de cobalto8 CoCl ' nodo: 'Cl% & Cl' # 'e% Cátodo: Co'# # 'e% & Co -
b)
60 s 5 C 1 mole 1 molCl 2 60 · 60 ·5 = =0,104 molCl2 60 min· · · · 1 min 1 s 96485 C 2 mole - 96485 · 2
Gsa!os factores de con?ersin: Con el pri!er factor reali9a!os la con?ersin del tie!po a segundos. Con el segundo factor usa!os intensidad para obtener la carga. Con el tercer factor usa!os el arada para obtener el n!ero de !oles de electrones. Con el cuarto factor usa!os la este"uio!etrFa para obtener el n!ero de !oles de Cl '. Gtili9ando la le de los gases ideales D*nH+7*8$481'('>3#3)+$8/*$8>' Cl ' c) Segn la este"uio!etrFa de la reaccin8 el n!ero de !oles de Cl ' es el !is!o "ue el n!ero de !oles de Co depositado8 "ue el n!ero de !oles de CoCl' consu!idos8 por lo "ue plantea!os 58,9 + 2 ·35,5 gCoCl 2 =13,5 gCoCl2 0,104 molCoCl 2 · 1molCoCl 2
Co!o inicial!ente tenFan / g8 la !asa "ue "ueda sin reaccionar son 38/ g de CoCl '. 2014-Junio Pregunta A5.-
a) Co!o enunciado =abla P"u barraQ introducir8 no se considera "ue estn introducidas a!bas al tie!po "ue sea una pila con puente salino entre disoluciones ni cone,in entre a!bas barras. Ue acuerdo a los potenciales estándar de reduccin "ue se dan co!o dato8 la plata tiene !aor tendencia a reducirse "ue el cad!io8 por lo "ue la plata se depositará8 el cad!io pasará de la barra a la disolucin. 2abrá "ue introducir la barra de cad!io en la disolucin de nitrato de plata. Si se introdu de 3
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Electroquímica
Con el pri!er factor obtene!os los !oles de nitrato de plata ( de plata) en $ ! disolucin 8$ 0 en la "ue su!ergi!os la barra de cad!io. Con el segundo factor obtene!os los gra!os de plata asociados a esos !oles de plata. %ota comentario su>erido por .aula: aunque junto al modelo PAU Química Madrid 2014, en sus orientaciones se indicaba explícitamente “ o se considera incluida la le! de ernst ” y no aparece en los contenidos de uímica de 2! de "ac#illerato de Madrid$ siendo puristas se podría comentar que como las concentraciones no son ( M$ los +alores de potenciales no ser,n los est,ndar$ y #abr, que calcularlos con la ecuación de %ernst .osible aplicación %ernst al apartado a: como en Bl se trataba de comparar tendencias relati+as a la reducción$ el planteamiento con los potenciales est,ndar es +,lido se trata de una situación similar a la “#abitual8conocida” de #ierro ó cinc en una disolución con iones de cobre .osible aplicación %ernst al apartado b: parece claro que obtendríamos un potencial$ que es lo que se pide$ distinto del est,ndar1i utiliamos la ley de %ernst para cada semirreacción E= E º −
0,05916 log Q n
obtendríamos los
potenciales relati+os al potencial est,ndar de #idró>eno en que D) & E /uese ( M y .) 2 9( atm Feducción: @> & & (e' @> *xidación G ) 2 (e' & ) & Hlobal: @> & & G ) 2 @> & ) & +
E ( Ag / Ag )=0,80 −
0,05916 1 =0,74 # log 1 0,1
Feducción: )& & (e' G ) 2 *xidación: Cd Cd 2& & 2e' Hlobal: ) & & (e' G ) 2 E ( Cd
2+
/ cd )=−0,40 −
0,05916 1 =−0,43 # log 2 0,1
Con lo que podríamos plantear 696@> & 8@>'6Cd 2& 8Cd90$4''0$4;9($( .ero puede sur>ir la duda Icómo inter+iene en ese resultado la concentración 0$( M de Cd 2& $ asociable al nitrato de cadmio 0$( M del enunciado$ si inicialmente no #ay cadmio disuelto$ ya que introducimos una barra de cadmio en una disolución de nitrato de plataJ 1i lo planteamos utiliando la reacción iónica >lobal en la que se intercambian 2 e ' 2@> & ac & 2%*;' ac & Cd 2@> & Cd 2& ac & 2%*;' ac quedaría [ Cd2+ ][ NO -3 ]2 0,05916 + 2+ E= Eº ( Ag / Ag )− Eº ( Cd / Cd )− log 2 [ Ag+ ]2 [ NO -3 ]2 1i sustituimos DCd 2& E90$( M obtenemos el mismo resultado$ pero sur>e la misma duda E= 0,80−(−0,40)−
0,05916 0,1 =1,17 # log 2 2 0,1
1i sustituimos DCd 2& E90$ el cociente de reacción ser, 0$ tendremos 69($2''K9K $ Lnicialmente al sumer>ir la barra de cadmio no tenemos productos$ por lo que la +ariación de ener>ía de Hibbs H9'nN6 ser, 'K$ y el proceso ser, espont,neo$ pero en cuanto #aya un mínimo de concentración de DCd 2& E$ ya no ser, 0$ y tenderemos 6 ele+ado y H ne>ati+o pero no tan ele+ado .osible aplicación %ernst al apartado c: a medida que se +a depositando el cadmio$ +aría su concentración y el potencial de reducción del cadmio +aría$ por lo que podría ocurrir que antes de que se depositasen todos los iones de plata$ el potencial /uese 0$ dejase de ser espont,nea y no se depositase totalmente toda la plata- .or cada 2 mol de plata que se depositan pasa a la disolución ( mol de cadmio$ por lo que podemos plantear$ inicialmente con moles nCd 2& disolución92=n@> & depositados Oado que c9n8$ y dado que n@> & depositados 90$(='n@> & iniciales $ y el +olumen de la disolución es 7ágina 1 de 3
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Electroquímica
constante$ DCd & E920$('D@> & E- .or ejemplo si D@> & E90$ DCd 2& E90$2 todo se #a depositado [ Cd2+ ] 0,05916 + 2+ 0= Eº ( Ag / Ag )− Eº ( Cd / Cd )− log 2 [ Ag+ ]2 + 0,05916 0,2−2 [ Ag ] ) 1,2= log ( 2 [ Ag+ ] 40 + + + 1,86 ·10 [ Ag ]=0,2 −2 [ Ag ]⇒[ Ag ]≈ 0 M Pregunta B5.-
a) Gtili9a!os la definicin de estado de o,idacin8 la su!a de estados de o,idacin en co!puesto es igual a su carga8 el estado de o,idacin de los ele!entos en su estado estándar es cero. En el ion per!anganato8 0nO 4%8 el !anganeso tiene estado de o,idacin #>8 el o,Fgeno tiene estado de o,idacin %'. En el dicloruro de !anganeso8 0nCl '8 el !anganeso tiene estado de o,idacin #'8 el cloro tiene estado de o,idacin %$. En el per,ido de =idrgeno8 2 'O'8 el o,Fgeno tiene estado de o,idacin %$8 el =idrgeno tiene estado de o,idacin #$. En el o,Fgeno !olecular8 O '8 el o,Fgeno tiene estado de o,idacin . a especie "ue se reduce es el ion per!anganato8 donde el !anganeso pasa de estado #> a estado #'. a especie "ue se o,ida es el per,ido de =idrgeno8 donde el o,Fgeno pasa de estado %$ a estado . a especie reductora es la se o,ida8 "ue es el per,ido de =idrgeno. a especie o,idante es la se reduce8 "ue es el ion per!anganato. b) 7lantea!os la se!irreacciones a
0,1 mol KMn O4
5 mol H 2 O 2
·
1000 mLKMnO4 ( "c ) 2 mol KMnO 4
=5,75 · 10−3 mol H 2 O2
Con el pri!er factor obtene!os los !oles de 50nO 4 en '3 ! disolucin 8$ 0. Con el segundo factor obtene!os los !oles de 2 'O' asociados a esos !oles de 50nO 4. a concentracin de 2 'O' será /8>/$%3+8$*/8>/$%' 0 d) Gtili9a!os factores de con?ersin 23 mLKMnO 4 ( "c ) ·
0,1 mol KMn O 4
5 molO2
·
1000 mL KMnO 4 ( "c ) 2 mol KMnO 4
=5,75 · 10−3 molO 2
Con el pri!er factor obtene!os los !oles de 50nO 4 en '3 ! disolucin 8$ 0. Con el segundo factor obtene!os los !oles de O ' obtenidos a partir de esos !oles de 50nO 4. Gtili9a!os la le de los gases ideales8 7D*nH D*nH+7*/8>/$ %381'('>3#3)+(>+>)*8$// de O ' 2014-Modelo Pregunta A4.-
a) El alu!inio !etálico se o,ida8 es la especie reductora. El cobre se reduce8 es la especie o,idante. Se!irreaccin o,idacin: Al & Al 3# # 3e% Se!irreaccin reduccin: Cu '# # 'e% & Cu eaccin inica global: 'Al # 3Cu '# & 'Al3# # 3Cu eaccin !olecular global: 'Al # 3CuSO 4 & Al'(SO4)3 # 3Cu b) ET*834%(%$8J)*'83 D ; 8 espontánea. c)
−3
3: = $: P =
:8$ molCu1* 4 $ P
=
' mol @l 3 mol Cu1* 4
=
'> > @l =:8:/4 > @l $ mol @l
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Electroquímica
2013-Septiembre Pregunta A5.-
a) El cloro pasa de n!ero de o,idacin %$ en 2Cl a en Cl '8 se o,ida. El !anganeso pasa de n!ero de o,idacin #4 en 0nO ' a #' en 0nCl '8 se reduce. El !edio es ácido al estar presente 2Cl. Se!irreaccin o,idacin: 'Cl % & Cl' # 'e% Se!irreaccin reduccin: 0n 4# #'e% & 0n'# eaccin inica global: 'Cl % # 0n4# & Cl' # 0n'# eaccin !olecular global: 42Cl # 0nO ' & Cl' # 0nCl' # '2'O b) Gsa!os factores de con?ersin $ mol Mn* ' 4 mol )Cl ($+3/8/) > )Cl $ > )Cl com $ cm3 )Cl com 8/ > Mn* ' = = = = = (//+' = $) > Mn* ' $ mol Mn* ' $ mol )Cl 3/ > )Cl $8$> > )Cl com Operando tene!os '8/ c!V de 2Cl co!ercial Pregunta B3.-
a) En este caso la plata se o,ida (n!ero de o,idacin pasa de a $)8 luego tene!os "ue conseguir "ue otra sustancia se redu9ca tiene "ue tener un potencial de reduccin (tendencia a reducirse) !aor. El iodo !olecular no tiene un potencial de reduccin suficiente!ente grande co!o para o,idar la plata ET*ET(I'+I%)%ET(Ag#+Ag)*8/3%(81) @ no espontáneo. Gtili9arFa!os cloro !olecular8 donde ET*ET(Cl '+Cl%)%ET(Ag#+Ag)*$8%(81)*8' D ; espontáneo. Se!irreaccin o,idacin: Ag & Ag # # $e% Se!irreaccin reduccin: Cl ' # 'e% & 'Cl% Se!irreaccin global: 'Ag # Cl ' & 'Ag# # 'Cl% b) En este caso el bro!o se o,ida (n!ero de o,idacin pasa de %$ a )8 luego tene!os "ue conseguir "ue la otra sustancia se redu9ca tiene "ue tener un potencial de reduccin (tendencia a reducirse) !aor. El iodo lo tiene !enor no puede reducir el bro!o ET*ET(I'+I%)%ET(Br '+Br %)*8/3%($8) @ no espontáneo. Gtili9arFa!os cloro !olecular8 donde ET*ET(Cl '+Cl%)%ET(Br '+Br %)*$83%($8)*83 D ; espontáneo. Se!irreaccin o,idacin: 'Br % & Br ' # 'e% Se!irreaccin reduccin: Cl ' # 'e% & 'Cl% Se!irreaccin global: 'Br % # Cl' & Br ' # 'Cl% 2013-Junio-Coinidente! Pregunta A3.-
a) 7lantea!os a'% # $42# # e% & 'Cr 3# # >2'O b) El C se o,ida8 es la especie reductora: pasa de estado de o,idacin en C a #4 en el CO '. El ion dicro!ato se reduce8 es la especie o,idante8 al pasar el Cr de estado de o,idacin # en Cr 'O>'% a estado de #3 en Cr 3#. c) Se!irreaccin inica global: (o,idacin , 38 reduccin , ') 3C # 2 'O # 'Cr 'O>'% # '12# & 3CO' # $'2# # 4Cr 3# # $42'O 3C # 'Cr 'O>'% # $2# & 3CO' # 4Cr 3# # 12'O d) 7ara "ue la reaccin est en e"uilibrio8 el potencial debe ser 8 por lo "ue potenciales de reduccin de ánodo (E (CO'+C)) cátodo ( E(Cr 'O>'M +Cr 3#)) deberFan coincidir8 deberFa tenerse E(CO'+C)*$844 D Pregunta B4.-
a) nodo8 se!irreaccin o,idacin: 'Cl % (ac) & Cl' (g) # 'e% En el cátodo no se reduce el Na # a Na8 sino el 2 # a 2' (g)8 a "ue lo indica el enunciado. Co!o se indica "ue se produce =idr,ido de sodio8 en lugar de usar en el cátodo la se!irreaccin 7ágina $ de 3
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Electroquímica
de reduccin co!o '2 # (ac) # 'e% & 2' (g)8 la plantea!os con O2 % co!o producto (cualitati?a!ente es la se!irreaccin anterior aWadiendo 'O2 % en a!bos lados) Cátodo8 se!irreaccin reduccin: '2 'O # 'e% & 2' (g) # 'O2% eaccin global: 'NaCl (ac) # '2 'O & 'NaO2 # Cl ' (g) # 2' (g) b) Gsa!os factores de con?ersin8 lla!ando R a la carga en culo!bios. -
1 molCl 2
2 mole 96485 C 500 · 2· 96485 500 g Cl 2 · · · = =1,36 · 106 C 2· 35,5 g Cl 2 1 molCl 2 1 mole 2 ·35,5
Gsa!os factores de con?ersin: Con el pri!er factor obtene!os los !oles de Cl '. Con el segundo factor usa!os la este"uio!etrFa para obtener el n!ero de !oles de electrones. Con el tercer factor usa!os el arada para obtener el n!ero de culo!bios c) Gsando la este"uio!etrFa de la reaccin a
1 molCl 2
1 mol N"OH
d) Gsando la este"uio!etrFa de la reaccin a
1 molCl 2
·
1 molH 2
2· 35,5 g Cl 2 1 molCl 2
=7,04 mol H 2
Gtili9ando la le de los gases ideales D*nH+7*>8481'('>3#'/)+(>1+>)*$1 2 ' 2013-Junio Pregunta A3.-
a) Si la barra de n se disuel?e8 se está o,idando for!ando iones n & n '# # 'e% 8 aportará esos electrones a otra sustancia "ue se reduce for!a el gas8 "ue es el =idrgeno '2 # # 'e% & 2' (g) b) os potenciales estándar de reduccin !iden la tendencia a reducirse8 "ue es a captar electrones8 co!parada con la tendencia "ue tiene el =idrgeno. Uado "ue el inc se o,ida =ace "ue el =idrgeno se redu9ca8 su potencial será negati?o. a plata no se o,ida por el =idrgeno8 luego su potencial será positi?o. (Dalores reales: Eo (n'#+n)*%8> D E o (Ag#+Ag)*#81 D) c) En la disolucin acuosa tendre!os iones Ag # Cl%. El n sola!ente se puede o,idar (es una barra)8 en la disolucin sola!ente se puede reducir Ag # (el Cl% a está en su estado de o,idacin !ás ba
a) educcin: el N pasa de n!ero de o,idacin #/ en nitrato a #' en NO O,idacin: en S pasa de n!ero de o,idacin %' en sulfuro a en S slido. 7lantea!os a )%*3 $ mol )%* 3 $84 > disolución $ cm3 =$484 M = = = c) $ > disolución ($+$4+$ = 3) > )%* 3 $ P $ cm3 $484 mol )%* 3 3 molCu1 (38/+3') > Cu1 −3 =484 > Cu1 = = d) J =$ P = $ P 1 mol )%* 3 $ mol Cu1 2013-Modelo
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Electroquímica
Pregunta A2.-
a) Derdadera. En la reaccin redo, el Sn se o,idarFa el 7b '# se reducirFa8 por lo "ue ET*ET(7b'#+7b)%ET(Sn'#+Sn)*8$'/%(%8$3>) ; 8 espontánea. b) Derdadera. En la reaccin redo, en !edio ácido el Sn se o,idarFa la reduccin serFa del 2 # a 2'(g)8 "ue tiene potencial cero. ET*ET(2 #+2')%ET(Sn'#+Sn)*%(%8$3>) ; 8 espontánea. c) alsa. os potenciales de se!irreaccin no se !odifican por coeficientes este"uio!tricos. 7b'# # 'Na & 7b # 'Na # ET*ET(7b'#+7b)%ET(Na#+Na)*8$'/%(%'8>$3)*'8131 D d) Derdadera. ET*ET(Sn '#+Sn)%ET(Na#+Na)*%8$3>%(%'8>$3)*'8/> D Pregunta B3.-
d) a reaccin "ue se produce es CaCO 3 # '2Cl & Ca'# (ac) # 'Cl% (ac) # CO' (g) # 2'O No es una reaccin redo, a "ue no ?arFa el estado de o,idacin de ningn ele!ento. Pregunta B5.-
a) El e es el "ue se o,ida8 es el reductor8 se!irreaccin o,idacin: e & e 3# #3e% El Cu es el "ue se reduce8 es el o,idante8 se!irreaccin reduccin: Cu '# # 'e% & Cu a reaccin inica global8 !ultiplicando la pri!era por ' la segunda por 3 'e # 3Cu '# & 'e3# # 3Cu b) ET*ET(Cu'#+Cu)%ET(e3#+e)*834%(%84)*831 D ; 8 espontánea. c) En 3 ! de disolucin CuSO 4 8$ 0 tene!os 83 8$ !ol+ * 83 !ol Cu '# Segn la este"uio!etrFa de la reaccin n(Cu '#)+n(e)*3+'8 luego n(e)*('+3)83*8' !ol a !asa de e necesaria será 8' !ol / g+!ol * 8$$' g 2012-Septiembre Pregunta B1.-
A!bas son en !edio ácido8 a
a) Derdadera. Si se produce reaccin la barra de cobre se o,ida pasando iones a la disolucin los iones de plata se reducen depositándose8 por lo "ue ET*81%834*84;8 serFa espontánea. b) alsa. as dos especies son cationes tene!os los potenciales estándar de reduccin de a!bos8 por lo "ue no puede producirse una reaccin redo, si no =a una especie "ue se o,ide (una posible reaccin de o,idacin serFa 7b '# a 7b4#8 pero no se proporciona el potencial) c) Derdadera. Si se produce reaccin el plo!o se o,ida pasando iones a la disolucin los iones de cobre se reducen depositándose8 por lo "ue ET*834%(%8$4)*841 ; 8 serFa espontáneo. d) alsa. Si es una pila es por"ue es espontánea8 luego tendrFa "ue tener ET;8 pero to!ando co!o ánodo el electrodo de plata co!o cátodo el de n8 ET*ET cátodo%ETánodo*%8>%(81)*%$8/ D @ . El electrodo plata serFa el cátodo Pregunta B4.-
a) Cátodo es reduccin8 es la deposicin Ni'# # 'e% & Ni b) El ?olu!en de la capa de nF"uel serFa 348'*8'4 c! 3 Gtili9ando el dato de la densidad8 !*d?*18J8'4*'8$3 g c) El n!ero de !oles de Ni a depositar es n(Ni)*'8$3+/18>*83 !ol 7ágina $' de 3
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Electroquímica
$+'*n(Ni)+n(e%) n(e%)*'n(Ni)*8>' !ol n(e%)*R+ & R*n(e%) I*R+t * (n(e%))+t & t*(n(e%))+I*(8>'J41/)+3*'3$/84 s 2012-Modelo Pregunta 3A.-
a) El !aor potencial se conseguirá colocando co!o cátodo (reduccin) el "ue tenga !aor potencial de reduccin (7t'#+7t)8 co!o ánodo (o,idacin)8 el "ue tenga !enor potencial de reduccin (Al3#+Al). El cátodo será una disolucin con iones 7t '# el ánodo un a barra !etálica de Al. ET pila * ET cátodo M ET ánodo * $8' % (%$8>J)*'8JJ D b) Se!irreaccin ánodo8 o,idacin: Al (s) & Al3# # 3e% Se!irreaccin cátodo8 reduccin: 7t '# # 'e% & 7t (s) c) Con !is!o ra9ona!iento "ue en apartado a8 pero =aciendo "ue sea !aor "ue cero para "ue sea espontánea por lo tanto pila8 serFa cátodo de Cu '#+Cu ánodo de Sn'#+Sn. ET pila * ET cátodo M ET ánodo * 834 % (%8$4)*841 D d) Se!irreaccin ánodo8 o,idacin: Sn (s) & Sn '# # 'e% Se!irreaccin cátodo8 reduccin: Cu '# # 'e% & Cu (s) Pregunta 5B.-
a) Se!irreaccin de o,idacin: 2 'O' & O' # '2# # 'e% Se!irreacin de reduccin: 0nO 4% # 12# # /e% & 0n'# # 42'O eaccin inica global: '0nO 4% # $2# # /2'O' & '0n'# # 12'O # /O' # $2# '0nO4% # 2# # /2'O' & '0n'# # 12'O # /O' eaccin !olecular global: '50nO 4 # 32'SO4 # /2'O' & '0nSO4 # 12'O # /O' # 5 'SO4 b) Gtili9ando factores de con?ersin 0,2 mol KMnO4 5 mol H 2 O2 ( 2 + 2 ·16 ) g H 2 O2 =0,255 g H 2 O2 15 mL KMnO4 ( "c ) · · · 1000 mL KMnO4 ( "c ) 2 mol KMnO4 1mol H 2 O 2 Con el pri!er factor obtene!os los !oles de 50nO 4 8' 0 en $/ ! de disolucin Con el segundo factor usando la este"uio!etrFa obtene!os los !oles de 2 'O' Con el tercer factor usando la !asa !olar del 2 'O' obtene!os los gra!os de * 8'// g de 2 'O' 0,255 g = 0,1275 =12,75% a ri"ue9a en peso es 2g
Gtili9ando factores de con?ersin 15 mL KMnO 4 ( "c ) ·
0,2 mol KMnO 4
·
5 molO 2
1000 mL KMnO4 ( "c ) 2 mol KMnO4
=0,0075 molO2
Con el pri!er factor obtene!os los !oles de 50nO 4 8' 0 en $/ ! de disolucin Con el segundo factor usando la este"uio!etrFa obtene!os los !oles de O ' Aplicando la le de los gases ideales D*nH+7*8>/81'('>3#'>)+(>+>)*8' 2011-Septiembre Pregunta 3A.-
a) Se!irreacciones de reduccin: cido nFtrico: NO3 M # 4 2# # 3 e M & NO # ' 2'O cido sulfrico: SO4'M # 4 2# # ' e M & SO' # ' 2'O cido clor=Fdrico: '2# # ' e M & 2' Es i!portante tener en cuenta "ue para el ácido clor=Fdrico no se puede plantear 'Cl M & Cl' # ' e M por"ue es una o,idacin Cl' # ' e M & 'Cl M por"ue aun"ue es una reduccin8 el punto de partida es ácido clor=Fdrico b) El potencial E * Ereduccin M Eo,idacin Con ácido nFtrico: E * 8J M (834) * 8' D ; reaccin espontánea Con ácido sulfrico: E * 8$> M (834) * M8$> D @ reaccin no espontánea Con ácido clor=Fdrico: E * 8 M (834) * M834 D @ reaccin no espontánea Pregunta 4B.-
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Electroquímica
a) O,idacin: Ni & Ni'## ' e6 educcin: 0nO4 M # 12# # /e M & 0n'# # 42'O Obtene!os la reaccin inica global su!ando a!bas tras igualar el n!ero de electrones: !ultiplicando la pri!era por la segunda por '. ' 0nO4 M # / Ni # $2 # & ' 0n'# # / Ni'# # 12'O b) Calcula!os el n!ero de !oles iniciales de cada uno n(0nO4 M ) * $8'8/ * 8 !ol n(Ni) * $48>+/18> * 8'/ !ol Segn la este"uio!etrFa de la reaccin8 para una reaccin co!pleta n(0nO 4 M )+n(Ni)*'+/*84 En este caso n (0nO4 M )+n(Ni)*8+8'/*8'48 !enor "ue el ?alor de reaccin co!pleta8 luego está en e,ceso el reacti?o indicado en el deno!inador8 el reacti?o li!itante es 0nO 4 M c) Segn la este"uio!etrFa de la reaccin8 n f (Ni'#) * n (0nO4 M )(/+') * 8$/ !ol KNi'#Lf * 8$/ + 8/ * 3 0 nf (0n'#) * n(0nO4 M ) * 8 !ol K0n'#Lf * 8 + 8/ * $8' 0 d) nf (Ni) * n (Ni) % nf (Ni'#) * 8'/ M 8$/ * 8$ !ol Ni !f (Ni) * 8$/18> * /81> g Ni 2011-Junio Pregunta 3A.-
a) 7ara decidir "u !etal se o,ida cual se reduce8 !ira!os los potenciales de reduccin: la plata tiene !aor potencial de reduccin8 luego tiene !enor tendencia a o,idarse se reducirá8 por lo "ue será el cátodo8 el plo!o será el ánodo nodo8 o,idacin: 7b & 7b '# # 'e% b) Cátodo8 reduccin: Ag # # e% & Ag c) eaccin inica: iguala!os el n!ero de electrones su!a!os se!irreacciones 7b & 7b'# # 'e% '(Ag# # e% & Ag) 7b # 'Ag# & 7b'# # 'Ag eaccin global 7b # 'AgNO 3 & 7b(NO3)' # 'Ag d) ET pila * ET cátodo M ET ánodo * 81 % (%8$3)*8J3 D Pregunta 4B.-
a) El cloro gaseoso tiene n!ero de o,idacin cero8 luego se =a o,idado desde ion Cl % El ion 0n'# se =a reducido desde ion 0n 4# Se!irreaccin o,idacin: 'Cl % & Cl' # 'e% Se!irreaccin reduccin: 0nO ' # 42# # 'e% & 0n'# # '2'O eaccin inica: 'Cl % # 0nO' # 42 # & Cl' # 0n'# #2'O b) 42Cl # 0nO' & Cl' # 0nCl' # 2'O c) Calcula!os el n!ero de !oles en >83 de gas en esas condiciones: n*7D+H * $>83+81'('>3#')*83 !ol Cl ' 1 mol MnO2 ( 55 + 2 ·16 ) gMnO 2 = 26,1 g MnO2 0,3 molCl 2 · · 1 molCl 2
1mol MnO 2
d) Ue acuerdo a la este"uio!etrFa de la reaccin8 el n!ero de !oles de ácido clor=Fdrico es cuatro ?eces "ue el de cloro gaseoso8 $8'. a !asa !olecular del ácido clor=Fdrico es $#3/8/ * 38/ 7ara tener $8' !oles necesitare!os $8' !ol 38/ g+!ol * 4381 g 2Cl Co!o la ri"ue9a en peso es del
31 X =
4381 >
x >
⋅$:: 8 "uiere decir "ue necesitare!os
4381+831*$$/8' g. Gtil9ando la densidad proporcionada ca!biando unidades8 el ?olu!en será $$/8' g+$$1 g M$*8J>> * J>8> ! 2011-Modelo
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Electroquímica
Pregunta 3A.-
a) a9ona!os la situacin: es una disolucin con iones n '#8 "ue se tendrFan "ue reducirse para pasar a n lá!ina de cobre Cu se tendrFa "ue o,idarse (pasarFa a Cu '#). E * Ereduccin M Eo,idacin * %8> %834 * %$8$ D8 negati?o8 no se producirFa. Heniendo clara la situacin se puede decir "ue co!o ET (n '#+n) @ ET (Cu'#+Cu)8 no se produce reaccin. b) n'# # ' e6 & n ET$ * 68> D '# 6 Cu & Cu # ' e ET' * 6834 D (potencial de o,idacin8 ca!bia!os el signo) '# '# n # Cu & n # Cu ET * 6$8$ D Al !enos es necesario aplicar $8$ D c) 7olo negati?o * CHOUO * se!irreaccin de reduccin * n 7olo positi?o * NOUO * se!irreaccin de o,idacin * Cu Nota: es celda electrolFtica8 no pila8 se !antiene cátodo%reduccin ánodo%o,idacin8 pero co!o ca!bian polos respecto a pila8 en este caso: ánodo * positi?o8 cátodo * negati?o d) eaccionarán espontánea!ente pues E ; Cu'## ' e6 & Cu ET$ * 834 D '# 6 n & n # ' e ET' * 8> D (potencial de o,idacin8 ca!bia!os el signo) '# '# n # Cu & n # Cu ET * $8$ D Pregunta 4B.-
a) S o,idacin: ' I 6 & I' # ' e6 S reduccin: Cr 'O>'6 # $4 2# # e6 & ' Cr 3# # > 2'O b) inica: Cr 'O>'6 # I6 # $4 2# & ' Cr 3# # 3 I' # > 2'O o,idante: 5 'Cr 'O> reductor: NaI (ta!bin es ?álido Cr 'O>'6 I68 respecti?a!ente) c) 5 'Cr 'O> # NaI # > 2'SO4 & Cr '(SO4)3 # 3 Na'SO4 # 5 'SO4 #3 I' # > 2'O d) En $ ! de disolucin 8' 0 de dicro!ato8 =a n * 0 Y D * 8$Y 8' * 8' !oles de dicro!ato "ue o,idan a 8' Y * 8$' !oles de NaI 0 * 8$' !oles + 8$' * $ 0 2010-Septiembre-"a!e #eneral Cue!ti$n 3A.-
Uados los siguientes pares redo,: 0g '#+0g Cl'+Cl M Al3#+Al Ag#+Ag a) 0g'# # 'e6 & 0g Cl' # 'e6 & 'Cl6 Al3# # 3e6 & Al Ag# # e6 & Ag b) En una reaccin red%o,8 Z * 6nE8 a !aor potencial !aor tendencia a producirse. El o,idante !ás fuerte es el ele!ento "ue tiene !aor tendencia a reducirse8 es decir8 la for!a o,idada del par de !aor potencial de reduccin8 el Cl '. c) El reductor !ás fuerte es el ele!ento "ue tiene !aor tendencia a o,idarse8 es decir8 el "ue tenga !aor potencial de o,idacin8 lo "ue e"ui?ale a !enor potencial de reduccin8 "ue corresponde con la for!a reducida del par de !enor potencial 7ar de !enor potencial [ 0g '#+0g. or!a reducida del par [ 0g. El reductor !ás fuerte es el 0g. d) No. El Al3# está en su !á,i!o estado de o,idacin por lo tanto no puede ser o,idado por ningn agente o,idante. Problema 2B.-
a) En los dos recipientes de producirse alguna reaccin será la reduccin del catin !etálico !ediante la o,idacin del Cu. • 7ri!er recipiente. Cobre !etálico en disolucin de sulfato de cinc (n '#8 SO4'6). nSO4 # Cu & CuSO 4 # n Se!irreaccin de reduccin: n '# # ' e6 & n ET * 68> D '# 6 Se!irreaccin de o,idacin: Cu & Cu # ' e ET * 6834 D '# '# n # Cu & n # Cu ET H * %$8$ D 7ara la reaccin redo,8 la energFa libre se relaciona con el potencial 7ágina $/ de 3
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ZT * 6nET ET @ & ZT ; 7roceso no espontáneo • Segundo recipiente. Cobre !etálico en disolucin de nitrato de plata (Ag #8 NO36). 'AgNO3 # Cu & Cu(NO3)' # 'Ag Se!irreaccin de reduccin: '(Ag # # e6 & Ag) ET * 81 D '# 6 Se!irreaccin de o,idacin: Cu & Cu # ' e ET * 6834 D # '# 'Ag # Cu & 'Ag # Cu ETH * 84 D ET ; & ZT @ 7roceso espontáneo Se o,ida el cobre (Cu) se reduce el catin plata (Ag #) b) 'AgNO3 # Cu & Cu(NO3)' # 'Ag 7or este"uio!etria8 conocida la !asa de nitrato de plata "ue reacciona se calcula la cantidad de cobre "ue se o,ida. molesCu= n ( Cu ) n ( Cu ) $ $ = ⇒ n ( Cu )= n ( @>%* 3) ' n ( @>%* 3 ) ' Como se trata de una disolución M =n / : ⇒ n = M ⋅: $ '
−3
n (Cu )= M ⋅: =:8/⋅$⋅$::
=:8:/ moles
m ( Cu )= n ( Cu )⋅ M ( Cu)= :8:/ mol ⋅38/ > / mol =38$>/ > 2010-Septiembre-"a!e %!pe&'ia Cue!ti$n 3A.-
5 'Cr 'O> # NaI # 2'SO4 & Cr '(SO4)3 # I' # Na'SO4 El cro!o gana electrones se reduce de n!ero de o,idacin DI a III El odo se o,ida su n!ero de o,idacin pasa de %$ a a) Se!irreacciones inicas en !edio ácido S reduccin: Cr 'O>'6 # $4 2# # e6 & ' Cr 3# # > 2'O S o,idacin: ' I 6 & I' # ' e6 b) Se co!binan las reacciones para eli!inar los electrones (!ultiplica!os la S o,idacin por 3) Cr 'O>'6 # I6 # $4 2# & ' Cr 3# # 3 I' # > 2'O O,idante: 5 'Cr 'O> reductor: NaI (ta!bin es ?álido Cr 'O>'6 I68 respecti?a!ente) c) Se co!pletan las especies inicas for!ando sales8 los protones se transfor!an en !olculas de ácido. 5 'Cr 'O> # NaI # > 2 'SO4 & Cr '(SO4)3 # 3 Na'SO4 # 5 'SO4 #3 I' # > 2'O d) 7ara "ue un proceso red%o, sea espontáneo8 el potencial debe ser positi?o (Z * 6nE). El potencial de un proceso red%o, es la su!a de los potenciales de cada una de las se!irreacciones. Eo * Eo (Cr 'O>6+ Cr 3#) # Eo (Cl6+Cl') * Eo (Cr 'O>6+ Cr 3#) # (6 Eo (+Cl'+Cl6)) Eo * $833 # (6$83) * 683D @ 7roceso no espontáneo Problema 1B.-
Se nos plantea a
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transfor!an en ácidos sales. Heniendo en cuenta "ue el ácido "ue se ?a a e!plear es el ácido nFtrico8 las sales "ue se for!arán serán nitratos. 12NO3 # 3Cd & 'NO # 3Cd(NO3)' # 42'O b) El potencial de un proceso red%o, es la su!a de los potenciales de cada una de las se!irreacciones. Eo * Eo (NO36+ NO) # Eo (Cd+Cd'#) * Eo (NO36+ NO) # (6 Eo (+Cd'#+Cd)) Eo * 8J # (6 84) * $83 D ; 7ara "ue un proceso red%o, sea espontáneo8 el potencial debe ser positi?o (Z * 6nE)8 por lo "ue es una reaccin espontánea. c) Gtili9ando factores de con?ersin 1 molCd 8 mol HNO3 1 L HNO3 ( "c ) =0,04 L =40 mL HNO3 ( "c ) 20,2 gCd· · · 112g Cd
3 molCd
12 mol HNO3
Con el pri!er factor obtene!os los !oles de Cd en '8' g Con el segundo factor usando la este"uio!etrFa obtene!os los !oles de ácido nFtrico. Con el tercer factor usando la concentracin obtene!os el ?olu!en de disolucin. 2010-Junio-Coinidente! Cue!ti$n 3A.-
El potencial de reduccin nor!al del cobre es !aor "ue el del !agnesio8 luego tiene !aor tendencia a reducirse: el electrodo de Cu será el cátodo el de 0g el ánodo. a) nodo8 o,idacin 0g(s)& 0g'# #'e% b) Cátodo8 reduccin Cu'# # 'e% & Cu(s) c) 0g(s) # Cu'# & 0g'# # Cu(s) d) E*Ecátodo%Eánodo*834%(%'83>)*'8>$ D ; Problema 1B.-
a) Se!irreaccin de o,idacin: Bi(s) & Bi 3# # 3e% Se!irreaccin de reduccin: NO 3% #42# #3e% & NO # '2'O b) Bi(s) # 42NO3 & Bi(NO3)3 # NO # '2'O c) Segn la este"uio!etrFa de la reaccin8 4n(Bi)*n(2NO 3) n(Bi)*/18/+'J*8'1 !ol n(2NO3)*48'1*$8$' !ol $4*n(2NO3)+D(disolucin 2NO3) D(disolucin 2NO3)*$8$'+$4*81 * 1 ! d) Segn la este"uio!etrFa de la reaccin n(Bi)*n(NO) Gtili9ando la le de los gases ideales: D* nH+7*(8'181'('>3#'/))+$*814 de NO 2010-Junio-"a!e #eneral Cue!ti$n 3A.-
a) ASO. a reaccin de reduccin tiene lugar en el cátodo la de o,idacin en el ánodo. b) DEUAUEO. a reduccin en una pila Uaniell se lle?a a cabo en el cátodo cuando los cationes Cu'# presentes en el electrolito se ad=ieren sobre el electrodo aceptando dos electrones cargando al electrodo positi?a!ente. c) ASO. En una pila el polo negati?o es el ánodo. d) DEUAUEO. El n !etálico "ue se encuentra en el electrodo se o,ida a n '# cediendo sus electrones a la barra (ánodo) "ue se carga negati?a!ente pasando el a la disolucin en for!a inica (n'#). Problema 1B.-
a) Se!irreaccin catdica: os cationes calcio (II) se reducen a calcio !etálico Ca'# # 'e6 & Ca Se!irreaccin andica: os iones cloruro se o,idan for!an cloro !olecular 'Cl6 & Cl' # 'e6 7ágina $> de 3
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b) Gtili9ando factores de con?ersin -
12 C 1 mole 1 molCl2 =1,79 molCl 2 8 ·3600 s · · · 1 s 96485 C 2 mol e-
Con el pri!er factor obtene!os la carga "ue circula en 1 =oras con una corriente de $' A * $' C+s Con el segundo factor usando el arada obtene!os los !oles de electrones "ue =an circulado Con el tercer factor usando la este"uio!etrFa obtene!os los !oles de Cl ' Gtili9ando la le de los gases ideales (se podrFa pensar en usar ''84 co!o ?olu!en en condiciones nor!ales a "ue son '>3 5 $ at!8 pero el dato a usar de enunciado es ) 7D*nH & D*$8>J81''>3*48$ Cl ' c) Gtili9ando factores de con?ersin -
1 molC" 2 mole 96485 C 1 s 1 =2,23 20 gC"· · · · · 40 g C" 1 molC" 1 mole - 12C 3600 s
Con el pri!er factor obtene!os los !oles de Ca en ' g Con el segundo factor usando la este"uio!etrFa obtene!os los !oles de electrones Con el tercer factor usando el arada obtene!os la carga "ue =a circulado Con el cuarto factor usando la corriente de $' A * $' C+s obtene!os el tie!po en segundos 2010-Junio-"a!e %!pe&'ia Cue!ti$n 3A.-
a) O,idantes (se reducen): Cl '8 l'8 e3# eductores (se o,idan): Cl M 8 I M e'# b) Eo * $83 6 8/3 * 813 D ; Espontánea c) Eo * 8/3 6 8>> * 68'4 D @ No espontánea d) educcin: Cl ' # 'e6 & 'Cl6 O,idacin: 'I6 & I' # 'e6 Inica global: Cl' # 'I6 & 'Cl6 # I' Problema 2B.-
a) O,idacin: S'6 & S # 'e6 educcin: NO 36 # ' 2# # $e6 & NO' # 2'O b) 2'S # '2NO3 & S # 'NO ' # '2'O O,idante: 2NO3 eductor: 2'S c) a proporcin es $ !ol S por cada ' de ácido nFtrico. !(S) * n(S)0(S)*3'\n(2NO3) * $!(2NO3)+0(2NO3) * $+($#$4#3$)$83J'48/* /8/ g d) a proporcin es $ a $ en !oles n(NO ' )* n(2NO3) * 834 D* nH+7 * 83481''J1+(>+>) * J 2010-Modelo Cue!ti$n 3A.-
c) Derdadera. 2 tiene estado de o,idacin #$ en 2 'O en 2 ' se reduce8 luego acta co!o o,idante. Problema 2B.-
a) Cátodo: Bi3# # 3e6 & Bi (s) ET*8'J D 6 6 nodo: 'Cl & Cl' (g) # 'e ET*6$83 D ' BiCl3 & 'Bi (s) # 3Cl' (g) ETH*6$8> D 3# 6 o bien ' Bi # Cl & ' Bi (s) # 3 Cl' (g) b) n (e6) * It+ * $8/ >' + J41/ * 8$$' !oles de e M n(Cl') * 8$$' + ' * 8/ !oles D (Cl ') * nH + 7 * 8/ 81' 'J1 + $ * $83> de Cl ' n(Bi) * 8$$' + 3 * 83> !oles ! (Bi) * 83> 'J8 * >8>3 g de Bi 200(-Septiembre Problema 2B.)
a) O,idar el ion bro!uro (Br %) con n!ero de o,idacin %$ pasará a bro!o gas (Br ') con n!ero de o,idacin . 7ágina $1 de 3
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a reduccin será del o,Fgeno en el per,ido de =idrgeno donde tiene n!ero de o,idacin %$ "ue pasará a %' en el agua. Se!irreaccin o,idacin: 'Br % & Br ' (g) # 'e6 Se!irreaccin reduccin: 2 'O' # '2# # 'e6& '2'O eaccin global: 2 'O' # 'NaBr # 2'SO4 & Br ' (g) # '2'O # Na'SO4 b) ETlobal*ETeduccin 6ETO,idacin *$8>>%$8*8>$ D c) 0*n(2'O' )+D(2'O'): El n!ero de !oles de per,ido de =idrgeno será 8'8*8$' Segn la este"uio!etrFa de la reaccin8 la proporcin entre !oles de per,ido de =idrgeno de bro!uro de sodio es de $ a '8 n(2'O') +n(NaBr) * \ luego n(NaBr) serFan '8$'*8'4 !oles de bro!uro de sodio. a !asa !olecular del bro!uro de sodio es '3#1*$3 El n!ero de gra!os de 8'4 !oles es de 8'4 !ol$3 g+!ol*'84> g d) Segn la este"uio!etrFa de la reaccin8 la proporcin entre !oles de per,ido de =idrgeno de bro!o gaseoso es $ a $8 luego el n!ero de !oles de bro!o gasesoso es ta!bin 8$' Gtili9ando la le de los gases ideales D*nH+7 * 8$'81'('>3#$/)+(>J+>) * 84 200(-Junio Cue!ti$n 4.)
a) No se puede producir la pri!era8 a "ue en ella slo =a o,idacin (tanto ion Br% co!o Cl% se o,idan pasan a bro!o cloro gas respecti?a!ente)8 pero no =a ele!entos "ue se redu9can8 por lo "ue no es un proceso redo, posible. b) Se!irreaccin o,idacin: n (s) & n'#(ac) # 'e% Se!irreaccin reduccin: NO 3 M (ac) # 42# # 3e% & NO (g) # '2'O c) 3(n (s) & n'#(ac) # 'e%) '(NO3 M (ac) # 42# # 3e% & NO (g) # '2'O ) 3n(s) # 'NO3% # 12# & 'NO (g) # '2'O # 3n'# d) ETlobal*ETeduccin 6ETO,idacin *8J%(%8>)*$8>' ; sF es espontánea a "ue ZT * 6nET es negati?o. Problema 2B.)
a) Se trata de una electrolisis: la reduccin de los iones Cu '# es un proceso no espontáneo de acuerdo a la se!irreaccin catdica Cu'# # 'e% & Cu (s) Calcula!os el n!ero de !oles de electrones "ue =an circulado: n(e %) * It+ *//+J41/ * 834 Ue acuerdo a la este"uio!etrFa de la reaccin n(e %)*'n(Cu)8 luego sabe!os "ue se =an depositado n(Cu)*834+'* 8$> !oles de Cu. Co!o se =an depositado $81 g8 0*$81 g + 8$> !oles * 38/ g+!ol es la !asa at!ica Cu b) En el ánodo se o,idan los iones Cl % a cloro gas de acuerdo a la se!irreaccin andica 'Cl% & Cl' # 'e% Ue acuerdo a la este"uio!etrFa de la reaccin n(e %)*'n(Cl')8 luego se deprenderán n(Cl ')*834+'* 8$> !oles de Cl '. Gtili9ando la le de los gases ideales8 D*nH+7 * 8$>81'('>3#')+(>+>)*841 c) Si el peso del cátodo no ?ariaba es por"ue se =abFan depositado todo el cobre "ue =abFa en la pie9a !etálica con un peso total de 48$$ g. Calcula!os el n!ero de !oles de electrones "ue =an circulado: n(e %) * It+ */'/+J41/ * 8>>> Ue acuerdo a la este"uio!etrFa de la reaccin n(e %)*'n(Cu)8 luego sabe!os "ue se =an depositado n(Cu)*8>>>+'* 8311/ !oles de Cu. Co!o la !asa at!ica del cobre es 38/ g+!ol8 se =an depositado 8311/ !oles 38/ g+!ol * '84> g Co!o la pie9a !etálica era de 48$$ g8 el contenido en X peso era de ('84>+48$$)$ * X 7ágina $J de 3
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200(-Modelo Cue!ti$n 4.)
a) En reacti?os8 Cr 'O>'6 8 el n!ero de o,idacin del cro!o es # En productos8 Cr 3# 8 el n!ero de o,idacin del cro!o es #3 b) Se!irreaccin o,idacin: e'# & e3# # $e% Se!irreaccin reduccin: Cr 'O>'6 # $42 # #e%& 'Cr 3# # >2'O c) 0ultiplicando la se!irreaccin de o,idacin por su!ando con la de reduccin: e'# # Cr 'O>'6 # $42# & e3# # 'Cr 3# # >2'O d) ETHotal * ETreduccin M ETo,idacin * $833 M 8>> * 8/ D ; luego sF es espontánea Problema 2A.)
a) Cátodo8 se!irreaccin reduccin: 0 #, # ,e% & 0 nodo8 se!irreaccin o,idacin: Cl% & Cl ' # 'e% b) Aplicando la le de los gases ideales calcula!os el n!ero de !oles de cloro !olecular liberados en el ánodo n*7D+H*$8>J+81'('>3#'/)*83'3 !ol de Cl ' Segn la este"uio!etrFa de la reaccin8 el n!ero de !oles de electrones "ue =an circulado es el doble n(e%)*'n(Cl')* 84 !ol Co!o n(e%)*It+8 despe844 g+!ol 200*-Septiembre Cue!ti$n 4.)
a) nodo8 se!irreaccin o,idacin: Cu & Cu '# # 'e% Cátodo8 se!irreaccin reduccin: Ag # # $e% & Ag b) 0ultiplicando la se!irreaccin de reduccin por ' su!ando la de o,idacin: eaccin global inica: Cu #'Ag # & Cu'# # 'Ag eaccin global !olecular: Cu # 'AgNO 3 & Cu(NO3)' # 'Ag c) Es una pila gal?ánica por"ue per!ite obtener energFa elctrica a partir de energFa "uF!ica de for!a espontánea8 a "ue ET pila*ETcátodo%ETánodo*81%834*84 D ; a plata tiene !aor tendencia a reducirse "ue el cobre8 por lo "ue al cerrar un circuito !ediante conductores !ediante un puente salino con iones NO 3%8 la plata se reduce o,idando al cobre circula corriente elctrica. d) ZT* 6nET8 co!o ET ; 8 ZT @ es espontánea. 200*-Junio Problema 2A.)
a) 0nO4% o,ida8 es el o,idante8 se reduce: n!ero de o,idacin 0n pasa de #> a #' 2'O' se o,ida n!ero de o,idacin de O pasa de %$ a 8 o,Fgeno gas. Se!irreaccin o,idacin: (2 'O' & '2# #'e% # O'),/ Se!irreaccin reduccin: (0nO 4% # 12# # /e% & 0n'# # 42'O),' eaccin inica global: '0nO4% # /2'O' #2# & '0n'# # 12'O # /O' eaccin !olecular global: '50nO4 # /2'O' #32'SO4 & '0nSO4 # 5 'SO4 # 12'O # /O' b) Segn la este"uio!etrFa de la reaccin8 por cada / !oles de per,ido de =idrgeno se liberan / !oles de o,Fgeno. En ' ! de per,ido de =idrgeno 8$ 0 tene!os 8$ !ol+ 8' * 8' !ol de 2 'O' Se liberarán ta!bin 8' !ol de O ' a !asa !olecular de O ' 8 0(O')*'$ * 3' g+!ol Se liberarán 8' !ol 3' g+!ol * 84 g c) D*nH+7 * 8'81'('>3#'$)+(>'+>)*8/$ * /$ ! de O ' 7ágina ' de 3
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200*-Modelo Problema 2B.-
a) 0nO4% o,ida8 es el o,idante8 se reduce: n!ero o,idacin 0n pasa de #> a #' SO' se o,ida: n!ero de o,idacin S pasa de #4 a # Se!irreaccin o,idacin: (SO ' #'2'O & SO4'% # 42# #'e% ),/ Se!irreaccin reduccin: (0nO 4% # 12# #/e% & 0n'# #42'O ),' eaccin inica global '0nO 4% # /SO' #'2'O & '0n'# # /SO4'% # 42# b) ET pila*ETcátodo%ETánodo*$8/$%8$>*$834 D ; por lo "ue sF es espontánea8 a "ue ]T@. c) Segn la este"uio!etrFa de la reaccin8 por cada / !oles de di,ido de a9ufre necesita!os ' !oles de per!anganato. a !asa !olecular de SO ' es 0(SO')*3'#'$*4 g+!ol En 83' g de SO ' tene!os 83' g+4 g+!ol * 8/ !ol8 luego necesitare!os 8' !ol de per!anganato. Co!o la concentracin de per!anganato es 8$/ 08 necesitare!os 8' !ol + 8$/ !ol+ * 8$333 * $333 ! 200+-Septiembre Problema 2A.)
a) El potencial de reduccin indica la tendencia a reducirse8 co!o el Cd tiene !aor ?alor (n!ero negati?o !ás pe"ueWo)8 será el "ue se reducirá8 pasando de cationes en la disolucin a depositarse co!o slido en el cátodo. nodo8 Se!irreaccin o,idacin: 0g (s) & 0g '# (ac) # 'e% Cátodo8 Se!irreaccin reduccin: Cd '# (ac) # 'e% & Cd (s) eaccin global: 0g (s) # Cd '# (ac) & 0g'# (ac)# Cd (s) ET pila*ETcátodo M ETánodo*%4%(%'83>)*$8J> D ; 8 espontánea. b) Co!o la plata tiene !aor ?alor de potencial de reduccin8 será la "ue se reducirá8 pasando de cationes en la disolucin a depositarse co!o slido en el cátodo. A=ora el electrodo de Cd será el ánodo. nodo8 Se!irreaccin o,idacin: Cd (s) & Cd '# (ac) # 'e% Cátodo8 Se!irreaccin reduccin: Ag # (ac) # $e% & Ag (s) eaccin global: Cd (s) # 'Ag # (ac) & Cd'# (ac)# 'Ag (s) ET pila*ETcátodo M ETánodo*81%(%84)*$8' D ; 8 espontánea. 200+-Junio Cue!ti$n 4.-
a) eacti?os: 0nO4% : ion per!anganato ion tetrao,ido!anganato($%) (segn IG7AC '/ a no tetrao,o!anganato(DII))) 2'O' : per,ido de =idrgeno (agua o,igenada) 7roductos: 0n'#: ion !anganeso('#)8 O ': o,Fgeno !olecular8 2 'O: agua. Estado de o,idacin de O: %$ en 2 'O' 8 en O'8 %' en 2'O Estado de o,lidacin de 0n: #> en 0nO 4% #' en 0n '# b) Se!irreaccin o,idacin: (2'O' & '2# #'e% # O'),/ Se!irreaccin reduccin: (0nO 4% # 12# # /e% & 0n'# # 42'O),' c) eaccin inica global: '0nO 4% # /2'O' #2# & '0n'# # 12'O # /O' eaccin !olecular global: '50nO4 # /2'O' #32'SO4 & '0nSO4 # 5 'SO4 # 12'O # /O' d) ETtotal*ETcátodo%ETánodo*$8/$%8>*81$ D. ZT* 6nET8 co!o ET ; 8 ZT @ es espontánea. Problema 2A.-
a) Segn la este"uio!etrFa de la reaccin8 ?e!os "ue necesita!os ' !oles de Cu '# por cada !ol de O'8 luego necesitare!os 18' !oles de CuSO 4. 0asa !olecular de CuSO 4 * 38/ # 3' # 4$ * $/J8/ g+!ol. 7or lo tanto necesitare!os 18' !ol $/J8/ g+!l * $3>8J g de CuSO 4. b) D*nH+D*48$81'('>3#'/)+$*$8' c) Si plantea!os la se!irreaccin de reduccin en el cátodo Se!irreaccin reduccin: Cu '# (ac) #'e% & Cu (s) 7ágina '$ de 3
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Electroquímica
De!os "ue por cada !ol de Cu (s) necesita!os ' !oles de electrones. En '8J g de Cu tene!os '8J g+38/ g+!ol * 84/> !ol de Cu. El n!ero de !oles de electrones n(e %)* 84/>'*8J$34 !ol n(e%)*It+8 luego t * n(e%)+I*8J$34J41/+$81*41J s * 1$8 !in 200+-Modelo Problema 1B.-
a) Se!irreaccin inica en el cátodo donde se deposita cobre Cu'# (ac) # 'e% & Cu (s) /48/ g + 38/ g+!ol * 81 !ol de Cu se =an depositado. Segn la este"uio!etrFa de la reaccin8 se necesitan el doble de n!ero de !ol de electrones8 luego =an circulado n(e %)* '81*$8>' !ol Co!o n(e%)* It+8 despe'J/+()* 48$ A b) Se!irreaccin inica en el electrodo donde se deposita plata Ag# (ac) # $e% & Ag (s) n(e%)* It+*48$'3+J/ * $8>'J/+()* 3844 !ol Segn la este"uio!etrFa de la reaccin8 se necesitan el !is!o n!ero de !oles de electrones "ue de plata8 luego en 3844 !ol de Ag tendre!os 3844 !ol $>8J g+!ol * 3>$8' g de Ag. 2006-Septiembre Cue!ti$n 4.-
a) Estados de o,idacin Cr: # en Cr 'O>'6 8 #3 en Cr 3# Estados de o,idacin O: %' en Cr 'O>'6 8 2'C'O4 CO' Estados de o,idacin C: #3 en 2 'C'O4 8 #4 en CO ' Estados de o,idacin 2: #$ en 2 'C'O4 b) Se!irreaccin o,idacin: 2'C'O4 & 'CO' #'2# # 'e% Se!irreaccin reduccin: Cr 'O>'6 # $42# # e%& 'Cr 3# # >2'O c) eaccin global !ultiplicando la de o,idacin por 3 su!ando: Cr 'O>'6 # 32'C'O4 #12# & 'Cr 3# # >2'O # CO' d) ETtotal*ETreduccin %ETo,idacin *$833%(%84J)*$81' D ; 8 luego sF es espontánea. Problema 2A.-
a) 0nO4% o,ida8 luego se reduce: n!ero de o,idacin pasa de #> a #' Se!irreaccin o,idacin: (e '# & e3# # $e% ),/ Se!irreaccin reduccin: 0nO 4% # 12# # /e% & 0n'# # 42'O Ecuacin inica global: 0nO 4% # /e'# # 12# & 0n'# # 42'O # /e3# b) En 4 ! de eSO4 8$ 0 =a 8$ !ol+ 84 * 84 !ol. El sulfato de =ierro (II) en disolucin está total!ente disociado tendre!os el !is!o n!ero de !oles de iones e '#. Segn la este"uio!etrFa de la reaccin por cada / !oles de e '# necesitare!os $ !ol de iones per!anganato8 luego el n!ero de !oles de iones per!anganato8 de per!anganato de potasio8 será 84+/*81 !ol. El ?olu!en necesario de una disolucin de per!anganato de potasio 8' 0 será 81 !ol + 8' !ol+ * 84 * 4 ! 2006-Junio Problema 2B.-
a) Se!irreaccin o,idacin: (2 'O' & '2# #'e% # O'),/ Se!irreaccin reduccin: (0nO 4% # 12# # /e% & 0n'# # 42'O),' eaccin inica global: '0nO4% # /2'O' #2# & '0n'# # 12'O # /O' b) ETtotal*ETreduccin %ETo,idacin *$8/$%81*813 D ; 8 luego sF es espontánea. c) Gsa!os la este"uio!etrFa de la reaccin8 pero los 8' !oles de per!anganato por"ue no sabe!os si =a reaccionado todo lo aWadido (de =ec=o no es asF co!o se puede ?er en apartado d): utili9a!os los !oles de O ' producidos8 sabe!os "ue por cada / !oles de O ' producidos se necesitan / de 2'O' 8 luego n(O')*n(2'O') El n!ero de !oles de O ' * 7D+H*$'+81'('>3#'/) * 81' !ol 0asa !olecular 2 'O' * '$ # '$ * 34 g+!ol 7ágina '' de 3
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Electroquímica
Necesitare!os 81' !ol 34 g+!ol * '81 g de 2 'O' d) Segn le este"uio!etrFa de la reaccin8 por cada / !oles de 2 'O' se necesitan ' de per!anganato8 luego =an reaccionado 81''+/*83'1 !ol de per!anganato. El n!ero de !oles de per!anganato en e,ceso son 8' M 83'1 * 8$> !ol 2006-Modelo Cue!ti$n 4.-
a) a facilidad de o,idarse8 perder electrones8 es opuesta a la facilidad para reducirse8 "ue es captar electrones8 luego el orden será el in?erso al orden de potenciales de reduccin. Ordenados de !aor a !enor facilidad de o,idacin: 0g; n ; e; 7b b) 7ara "ue redu9ca a otro !etal8 se o,idará8 por lo "ue su potencial de reduccin será pe"ueWo. Co!o E^(e 3#+ e'#) * 8>> D E^(e'#+e) * 6_44 D 8 para "ue pueda reducir al pri!ero pero no al segundo8 su potencial de reduccin tiene "ue ser !enor "ue el pri!ero pero !aor "ue el segundo8 luego es el 7b "ue se o,ida: 7b & 7b '# # 'e% Si reduccin es e 3#+ e'#' ETtotal*ETreduccin %ETo,idacin*8>>%(%8$3)*81 D ; espontáneo. Si reduccin es e '#+ e' ETtotal*ETreduccin %ETo,idacin *%844%(%8$3)*%83$ D @ no espontáneo. Problema 1B.-
a) Se!irreaccin inica en el electrodo donde se deposita plata Ag# (ac) # $e% & Ag (s) Se!irreaccin inica en el electrodo donde se deposita cobre Cu'# (ac) # 'e% & Cu (s) ' g+$>81> g+!ol * 8$1/ !ol de Ag depositados. Co!o a!bos electrodos están en serie8 por a!bos pasa la !is!a corriente8 la !is!a cantidad de electrones. Segn la este"uio!etrFa de la reaccin8 por cada !ol de Ag (s) depositado se depositará !edio !ol de Cu (s)8 luego se depositarán 8$1/+'*8J'/ !ol de Cu (s)8 "ue suponen 8J'/ !ol 38/4 g+!ol * 8/J g de Cu (s) b) Segn la este"uio!etrFa de la reaccin8 el n!ero de !oles de electrones8 n(e %)8 es igual al n!ero de !oles de Ag (s) depositada8 8$1/ !ol. Co!o n(e%)* It+8 despe18/ s 2005-Septiembre Problema 2B.-
a) Se!irreaccin o,idacin: Au # (ac) & Au3# (ac) # 'e% Se!irreaccin reduccin: Au # (ac) # $e% & Au (s) Se!irreaccin inica global: 3Au # (ac) & 'Au (s) # Au 3# (ac) b) ETtotal*ETreduccin %ETo,idacin *$8>%$8'/*84/ D c) Gsando factores de con?ersin +
3+
0,03 mol Au 1 mol Au =0,001 mol Au3+ 0,1 Ldisolución · · + 1 Ldisolución 3 mol Au
KAu3#L*8$ !ol+8$ * 8$ 0 d) Gsando factores de con?ersin +
0,1 Ldisolución ·
0,03 mol Au 2 mol Au 197 g Au · · = 0,394 g Au ( s ) 1 Ldisolución 3 mol Au+ 1mol Au
2005-Junio Cue!ti$n 4.-
a) SO3'6 : S estado de o,idacin #48 O estado de o,idacin %' 0nO46 : 0n estado de o,idacin #>8 O estado de o,idacin %' SO4'6 : S estado de o,idacin #8 O estado de o,idacin %' 0n'# : 0n estado de o,idacin #' b) SO3'6 : ion sulfito o ion trio,idosulfato('%) (segn IG7AC '/ a no trio,osulfato(ID)) 0nO46 : ion per!anganato o ion tetrao,ido!anganato($%) (segn IG7AC '/ a no tetrao,o!anganato(DII)) 7ágina '3 de 3
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Electroquímica
SO4'6 : ion sulfato o ion tetrao,idosulfato('%) (segn IG7AC '/ a notetrao,osulfato(DI)) 0n'# : ion !anganeso('#) c) Se!irreaccin o,idacin: (SO 3'% # 2'O & SO4'% # '2# # 'e% ),/ Se!irreaccin reduccin: (0nO 46 # 12# # /e% & 0n'# # 42'O ),' d) Se!irreaccin inica global8 !ultiplicando por / la se!irreaccin de o,idacin por ' la se!irreaccin de reduccin /SO3'% # '0nO46 # 2# & '0n'# # 32'O # /SO 4'% Problema 2A.-
a) Identifica!os reduccin o,idacin: Se!irreaccin de reduccin: El Cr pasa de n!ero de o,idacin #> a #3 Se!irreaccin de o,idacin: a Ag pasa de n!ero de o,idacin a #$ ETtotal*ETreduccin%ETo,idacin*$833%81 * 8/3 D b) Segn la este"uio!etrFa de la reaccin8 por cada !oles de plata8 se for!an 3 !oles de sulfato de plata8 es decir 'n(Ag)*n(Ag'SO4) En '8$/1 g de Ag tene!os '8$/1 g+$>8J g+!ol * 8' !ol * n(Ag)8 luego tendre!os n(Ag 'SO4)* 8'3+ * 8$ !ol de sulfato de plata. a !asa !olecular de Ag 'SO4 es de '$>8J # 3' # 4$ * 3$$81 g+!ol8 luego tendre!os 8$ !ol 3$$81 g+!ol * 38$$1 g de Ag 'SO4 c) Segn la este"uio!etrFa de la reaccin8 por cada !oles de plata8 se necesitan > !oles de ácido sulfrico8 es decir >n(Ag)*n(2 'SO4). 7or apartado anterior sabe!os "ue n(Ag)*8' !ol8 luego n(2 'SO4)*8'>+*8'33 !ol. a !asa !olecular de 2 'SO4 es de '$ # 3' # 4$ * J1 g+!ol8 luego necesitare!os 8'33 !ol J1 g+!ol * '8'1 g de 2 'SO4 El ?olu!en necesario de una disolucin $84> g+ será '8'1 g + $84> g+ * $8// 2005-Modelo Cue!ti$n 4.-
a) Se!irreaccin o,idacin: S '% S # 'e% Se!irreaccin reduccin: Cr 'O>'6 # $42# # e% 'Cr 3# # >2'O eaccin inica global: Cr 'O>'6 # $42# # 3S'% 'Cr 3# # >2'O # 3S ETtotal*ETreduccin%ETo,idacin*$833%8$4*$8$J D ; espontánea. b) Se!irreaccin o,idacin: (Sn'# Sn4# # 'e%) ,/ Se!irreaccin reduccin: (0nO 4% # 12# # /e% 0n'# # 42'O ) ,' eaccin inica global: '0nO 4% # $2# # /Sn'# '0n'# # 12'O # /Sn4# eaccin global: '50nO 4 # $2Cl # /SnCl ' '0nCl' # 12'O # /SnCl4 # '5Cl ETtotal*ETreduccin%ETo,idacin*$8/$%8$/*$83 D ; espontánea. 2004-Septiembre Cue!ti$n 5.-
a) 5 'Cr 'O> : estado de o,idacin de 5 es #$8 de Cr es # de O es %' 2I : estado de o,idacin de 2 es #$ de I es %$ 5I : estado de o,idacin de 5 es #$ de I es %$ CrI3 : estado de o,idacin de Cr es #3 de I es %$ I' : estado de o,idacin de I es 2'O : estado de o,idacin de 2 es #$ de O es %' b) Se!irreaccin o,idacin: 'I% & I' # 'e% Se!irreaccin reduccin: Cr 'O>'6 # $42# # e% & 'Cr 3# # >2'O eaccin inica global: Cr 'O>'6 # $42# # I% & 'Cr 3# # >2'O # 3I' eaccin global: 5 'Cr 'O> # $42I & 'CrI3 # >2'O # 3I' # '5I Problema 1B.-
a) Cátodo8 se!irreaccin de reduccin: Cr 'O>'6 # $42# # e% & 'Cr 3# # >2'O (Curiosidad: !is!a se!irreaccin "ue en cuestin / del !is!o e,a!en) 7or la este"uio!etrFa de la reaccin ?e!os "ue por cada !ol de dicro!ato se necesitan !oles de electrones. 7ágina '4 de 3
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Electroquímica
b) n(e%)*It+*'8'$/+J/*8'/ !ol de e%8 "ue es la cantidad de arada a "ue $ es $ !ol de e%. c) Segn apartado a b8 teniendo en cuenta "ue se =a reducido todo el dicro!ato8 el n!ero de !oles es 8'/+*834 !ol. a concentracin será 834 !ol + 8' * 8$> 0 2004-Junio Cue!ti$n 4.-
a) also. En el cátodo la plata se reduce de Ag # a Ag necesita $ !ol de electrones por cada !ol de Ag depositada. b) also. os protones tienen n!ero de o,lidacin #$ no pueden o,idarse "ue es su n!ero de o,idacin !ás alto. c) also. En el cátodo se produce la reduccin de los cationes de Ag # a Ag. d) Derdadero. areduccin se produce en el cátodo. Problema 2B.-
a) Identifica!os se!irreaccin o,idacin reduccin: el potencial de reduccin !aor es el del oro8 luego ste se reducirá8 será el cobre el "ue se o,ide. Ha!bin se puede plantear "ue el cobre slido tan slo puede o,idarse8 a "ue no =a iones de cobre inicial!ente en la disolucin. Se!irreaccin de o,idacin: Cu & Cu '# # 'e% Se!irreaccin de reduccin: Au 3# # 3e% & Au eaccin inica global: 'Au 3# # 3Cu & 'Au # 3Cu'# ETtotal*ETreduccin%ETo,idacin*$8/'%834*$8$1 D ; espontánea. b) Segn la este"uio!etrFa de la reaccin8 por cada ' !oles de Au 3# obtene!os 3 !oles de Cu '#8 'n(Cu'#)*3n(Au3#) En $ ! de disolucin $ 63 0 del ion Au3# tene!os $63 !ol+ 8$ * $ 64 !ol *n(Au3#) uego obtendre!os n(Cu '#)*3+'$64 !ol de Cu8 la concentracin KCu'#L8 será 3+'$ 64 !ol + 8$ * $8/ $ 63 0 2004-Modelo Cue!ti$n 4.-
a) i) 'Br % # I' & Br ' # 'I% ETtotal*ETreduccin%ETo,idacin*8/4%$8>*%8/3 D @ no espontánea. ii) Cl' # 'Br % & 'Cl% # Br ' ETtotal*ETreduccin%ETo,idacin*$83%$8>*8'J D ; espontánea. iii) 'I% # Cl' & I' # 'Cl% ETtotal*ETreduccin%ETo,idacin*$83%8/4*81' D ; espontánea. b) a !ás o,idante es la "ue !ás fácil!ente se redu9ca8 por lo "ue será la "ue !aor potencial de reduccin tenga8 ' a !ás reductora de entre las dadas (real!ente son =algenos son o,idantes) será la "ue !ás fácil!ente se o,ide8 por lo "ue será la "ue !enor potencial de reduccin tenga8 "ue será I ' Problema 2A.-
a) eaccin en el electrodo donde se deposita plata Ag# (ac) # $e% & Ag (s) eaccin en el electrodo donde se desposita cobre. Cu'# (ac) # 'e% & Cu (s) Co!o están en serie8 el n!ero de !oles de electrones "ue circula será el !is!o8 el n!ero de !oles de cobre depositado será la !itad "ue el de plata 'n(Cu)*n(Ag) En 3 g de Ag tene!os 3 g +$>8J g+!ol * 8'>1 !ol*n(Ag) uego se =abrán depositado 8'>1+'*8$3J !ol de Cu8 "ue suponen 8$3J !ol 38/ g+!ol * 811 g de Cu. b) El n!ero de !oles de electrones es el !is!o "ue el n!ero de !oles de Ag. Co!o n(e %)*It+8 despe1J/+' * $34$ s 2003-Septiembre Problema 1B.-
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Electroquímica
a) El Br pasa de estado de o,idacin %$ a 8 se o,ida. El S pasa de estado de o,idacin # a #48 se reduce Se!irreaccin inica o,idacin: 'Br % & Br ' # 'e% Se!irreaccin inica reduccin: SO 4'% # 42# #'e% & SO' # '2'O Se!irreaccin inica total: 'Br % # SO4'% # 42# & Br ' # SO' # '2'O Se!irreaccin neta !olecular: '5Br # '2 'SO4 & Br ' # SO' # '2'O # 5 'SO4 b) Segn la este"uio!etrFa de la reaccin a
a) ETtotal*ETreduccin%ETo,idacin* Eo(e'#+ e) % Eo(n'#+ n) * %844 %(%8>>)*833 ; & ] @8 espontánea b) ETtotal*ETreduccin %ETo,idacin * Eo(2#+2') % Eo(O'+2'O) * % $8'3*%$8'3 @ & ] ; 8 no espontánea8 slo puede lle?arse a cabo por electrlisis. c) ETtotal*ETreduccin%ETo,idacin* Eo(I'+ I%) % Eo(e3#+e'#) * 8/3 %(8>>)*%8'4 @ & ] ;8 no espontánea8 slo puede lle?arse a cabo por electrlisis. d) ETtotal*ETreduccin %ETo,idacin * Eo(Cr 3#+Cr '#) % Eo(e'#+ e) * %84' %(%844)*8' ; & ] @8 espontánea Problema 1B.-
a) Se!irreaccin inica en el cátodo Cu '# # 'e% & Cu Segn la este"uio!etrFa la relacio` entre n!ero de !oles8 n(e %)+n(Cu)*' En /g de Cu tene!os /g+ 38/ g+!ol * 8>1> !ol8 luego n(e %)* '8>1>*8$/>4 !ol Co!o n(e%)*R+8 despe4 !ol J/ C+!ol * $/$1J8$ C b) Se!irreaccin inica en el ánodo '2 # # 'e% & 2' (g) Segn la este"uio!etrFa la relacin entre n!ero de !oles8 n(e %)+n(2')*'8 luego n(2')* 8>1> !ol Aplicando la le de los gases ideales D*nH+7*8>1>81'('>3#3)+(>>+>)* $8J3 2003-Modelo Cue!ti$n 4.-
a) El o,idante !ás fuerte es el "ue !ás tendencia tiene a reducirse8 "ue tendrá el !aor potencial de reduccin8 de entre las especies dadas es Ag # El reductor !ás fuerte es el "ue !ás tendencia tiene a o,idarse8 "ue tendrá el !enor potencial de reduccin8 de entre las especies dadas es 0g. b) En el pri!er caso (recipiente de Cu disolucin con iones e '#) las se!irreacciones inicas son educcin e '# # 'e% & e O,idacin Cu & Cu'# # 'e% ETtotal*ETreduccin%ETo,idacin* %844 % 834 *%8$ @ 8 no espontánea. No ocurrirFa nada. En el segundo caso (recipiente de e disolucin con iones Cu '#) las se!irreacciones inicas son educcin Cu '# # 'e% & Cu O,idacin e & e '# # 'e% ETtotal*ETreduccin%ETo,idacin* 834 %(%844) * 8$ ; 8 espontánea8 parte del recipiente pasarFa a la disolucin a "ue el Cu '# o,idarFa al e. c) as se!irreacciones inicas son educcin Ag # # e% & Ag O,idacin 7b & 7b '# # 'e% ETtotal*ETreduccin%ETo,idacin* 81%(%8$3) * 8J3 ; 8 espontánea8 sF "ue se producirFa la reaccin redo, se depositarFa Ag sobre la barra. Problema 2A.-
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Electroquímica
a) Cátodo8 se!irreaccin reduccin: '2 # # 'e% & 2' nodo8 se!irreaccin o,idacin: 'Cl % & Cl' # 'e% Lmportante: en el c,todo se reduce el #idró>eno y no el sodio no se produce la semirreacción %a& & (e' %a ya que que el potencial de reducción del sodio no se da como dato$ pero es un elemento con tendencia a oxidarse$ lue>o no tiene tendencia a reducirse y se puede raonar que 6!Q0 dato real 6!9'2$( por lo que 6!%a & 8%a Q 6!) & 8) 2 que es cero- Cualitati+amente se puede +er que los iones ) & tienen un potencial de reducción tendencia a captar electrones superior a la de los iones %a& y por lo tanto se reduce los iones ) & y no los %a &- 6n >eneral en los electrodos se descar>ar,n primero aquellos iones de la disolución que ten>an el potencial de reducción m,s ele+ado en el caso de cationes o m,s bajo en el caso de aniones b) eaccin global: '2 # # 'Cl% & Cl' (g) # 2' (g) Segn la este"uio!etrFa de la reaccin8 n(e %)+n(Cl')*' n(Cl')*7D+H*$>+(81'('>3#'/))*8'1 !ol8 luego n(e%)*'8'1 * 8/>' !ol Co!o n(e%)*It+8 despe'J/+'* '>/JJ s >8> = 2002-Septiembre Cue!ti$n 4.-
a) Se!irreaccin o,idacin: Al & Al 3# # 3e% Se!irreaccin reduccin: Cu '# # 'e% & Cu Se!irreaccion inica global: 'Al # 3Cu '# & 'Al3# # 3Cu ETtotal*ETreduccin%ETo,idacin* 834 %(%$8) * ' ; 8 espontánea b) Se!irreaccin o,idacin: 0n & 0n'# # 'e% Se!irreaccin reduccin: 7b '# # 'e% & 7b Se!irreaccion inica global: 0n # 7b '# & 0n'# # 7b eaccion global: 0n # 7b(NO 3)' & 0n(NO3)' # 7b ETtotal*ETreduccin%ETo,idacin* %8$' %(%$8$1) * $8 ; 8 espontánea 2002-Junio Cue!ti$n 4.-
a) 7ara reaccionar con el e8 lo tendrá "ue o,idar8 lo "ue i!plica "ue el potencial de reduccin de 0nO4% debe ser !aor "ue el del e: co!o lo es8 el 0n se reducirá o,idará al e8 producindose reaccin. Se!irreaccin inica reduccin: 0nO 4% # 12# # /e% & 0n'# # 42'O Se!irreaccin inica o,idacin: e & e '# # 'e% Se!irreaccin inica global: '0nO 4% # $2# # /e & '0n'# # 12'O # /e'# ETtotal*ETreduccin%ETo,idacin* $8/$ %(%844) * $8J/ ; 8 espontánea b) 7ara o,idar al 2'O' el potencial de reduccin de 0nO 4% debe ser !aor "ue el del 2 'O': co!o lo es8 el 0n se reducirá o,idará al 2 'O'8 producindose reaccin. Se!irreaccin inica reduccin: 0nO 4% # 12# # /e% & 0n'# # 42'O Se!irreaccin inica o,idacin: 2 'O' & O' # '2# # 'e% Se!irreaccin inica global: '0nO 4% # $2# # / 2'O' & '0n'# # 12'O # /O' # $2# '0nO4% # 2# # / 2'O' & '0n'# # 12'O # /O' ETtotal*ETreduccin%ETo,idacin* $8/$ %(8>) * 81$ ; 8 espontánea 2002-Modelo Cue!ti$n 3.-
a) El o,idante es Cr 'O>'% en la "ue el Cr tiene estado de o,idacin # se reduce a Cr 3# en la "ue el Cr tiene estado de o,idacin #38 por lo "ue gana 3 electrones. b) El reductor es e'# en la "ue el e tiene estado de o,idacin #' se o,ida a e 3# en la "ue el e tiene estado de o,idacin #38 por lo "ue pierde $ electrn. c) Se!irreaccin inica o,idacin: e '# & e3# # $e% Se!irreaccin inica reduccin: Cr 'O>'% # $42# # e% & 'Cr 3# # >2'O Se!irreaccin inica global: Cr 'O>'% # $42# # e'# & 'Cr 3# # >2'O # e3# Se!irreaccin global: 5 'Cr 'O> # >2'SO4# eSO 4 & Cr '(SO4)3 # >2'O # 3e'(SO4)3 #5 'SO4 7ágina '> de 3
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Electroquímica
Prob,ema 1B.-
a) Cátodo8 se!irreaccin reduccin 0 ,# # ,e% & 0 la!a!os 0 al no!bre del ele!ento !etálico , a la carga del catin. Gtili9ando factores de con?ersin -
1 mol M $mol e 96500 C 1 s 1,26 g M · · · · =30 · 60 s 101,1 g M 1 mol M 1 mole - 2 C
Con el pri!er factor obtene!os los !oles de 0 en $8' g Con el segundo factor usando la este"uio!etrFa obtene!os los !oles de electrones Con el tercer factor usando el arada obtene!os la carga "ue =a circulado Con el cuarto factor usando la corriente de ' A * ' C+s obtene!os el tie!po en segundos Sustituendo despe
1,26 · $· 96500 1800 · 101,1 · 2 =1800 ⇒ $ = = 2,99≈ 3 101,1· 2 1,26 · 96500
b) Se!irreacin o,idacin: 'Cl% & Cl' (g) # 'e% Gtili9ando factores de con?ersin -
1 mol M 3 mole 1 molCl2 =0,01869 molCl 2 1,26 g M · · · 101,1 g M 1 mol M 2mol e-
Con el pri!er factor obtene!os los !oles de 0 en $8' g Con el segundo factor usando la este"uio!etrFa obtene!os los !oles de electrones Con el tercer factor usando la este"uieo!etrFa obtene!os los !oles de Cl ' Gtili9ando la le de los gases ideales D*nH+7*8$1J81'('>3#'>)+$* 84 2001-Septiembre Cue!ti$n 4.-
a) Se pide escribir el es"ue!a8 luego aparte de incluir un dibu
a) a o,idacin se produce al pasar Cl % a Cl'8 n!ero de o,idacin %$ a 7ágina '1 de 3
Ejercicios Química PAU Comunidad de Madrid 2000-2016. Soluciones enrique!iqui"edia.es #e$isado 11 !e%rero 201&
Electroquímica
a reduccin se producirá al pasar NO 3% a NO'8 n!ero de o,idacin / a 4 'Cl% & Cl' # 'e% NO3% # '2# #$e% & NO' # 2'O 0ultiplicando la se!irreaccin de reduccin por dos su!ando8 obtene!os la reaccin inica global 'NO3% # 42# #'Cl% & 'NO' # '2'O # Cl' '2NO3#'2Cl & 'NO' # '2'O # Cl' b) En / ! de disolucin ' 0 tene!os 8/ ' !ol+ * $ !ol de 2Cl. Segn la este"uio!etrFa de la reaccin n(2Cl)+n(Cl ')*'8 luego n(Cl ')*' !ol si el rendi!iento fuese del $ X8 pero co!o es del 1X8 tendre!os '81*$8 !ol de Cl '. Aplicando la le de los gases ideales D*nH+7*$881'('>3#'/)+$*3J8$ Problema 2B.-
a) En / g de Cu tene!os / g + 38/ g+!ol * 8>1>4 !ol de Cu. a reaccin de reduccin es Cu '# # 'e% & Cu Segn la este"uio!etrFa de la reaccin n(e %)+n(Cu)*'8 luego para "ue se =aa depositado esa cantidad de cobre =an tenido "ue circular '8>1>4*8$/>41 !ol de electrones. I*R+t8 co!o n(e%)*R+8 I*n(e%)+t*J/8$/>41+(3)*1844 A b) En los 8>1>4 !ol de Cu "ue se =an depositado =a 8>1>4 !ol 8'3$ '3 áto!os+!ol * 48>4$'' áto!os 2001-Modelo Cue!ti$n 3.-
a) C # O' & CO': C n!ero de o,idacin #4 C # \ O' & CO: C n!ero de o,idacin #' S # O' & SO': S n!ero de o,idacin #4 S # 3+' O' & SO3: S n!ero de o,idacin # 2000-Septiembre Cue!ti$n 3.-
a) El Sn'# se o,idarFa a Sn 4# el 0n># tendrFa "ue reducirse a 0n '# por lo "ue el potencial serFa ET*ET(0nO4%+0n'#)%(Sn4#+Sn'#)*$8/$%8$/ ; luego sF serFa espontánea se producirFa. A#8 el NO3% reducirse a NO por lo "ue el potencial serFa ET*ET(NO3%+NO)%ET(0nO4%+0n'#)*8J%$8/$@ luego no serFa espontánea no se producirFa. c) El IO3% se o,idarFa a IO 4% el 0n># tendrFa "ue reducirse a 0n '#8 por lo "ue el potencial serFa ET*ET(0nO4%+0n'#)%ET(IO4%+IO3%)*$8/$%$/@ luego no serFa espontánea no se producirFa. d) El Sn'# se o,idarFa a Sn 4# el NO3% tendrFa "ue reducirse a NO por lo "ue el potencial serFa ET*ET(Sn4#+Sn'#)%ET(NO3%+NO)*8$/%8J @ luego no serFa espontánea no se producirFa. Problema 1A.-
a) En el co!puesto 0Cl ' el !etal tiene n!ero de o,idacin #'8 luego la reaccin en el cátodo será 0'# # 'e% & 0 I*R+t & R*It*$83'3*J3 C8 "ue suponen n(e%)*R+* J3+ J/ *8J> !ol Segn la este"uio!etrFa de la reaccin8 n(e%)+n(0)*'8 luego n(0)*8J>+'*841/ !ol Si se =an depositado 381 g8 co!o n(0)*!+0 at!ica8 0at!ica* 381+841/*38/ (a !asa at!ica es apro,i!ada!ente el del Cobre8 coincide ta!bin el n!ero de o,idacin) b) a reaccin en el ánodo será 'Cl% & Cl' # 'e% Segn la este"uio!etrFa de la reaccin n(e %)+n(Cl')*'8 luego n(Cl ')* 8J>+'*841/ !ol 7ágina 'J de 3
