REDOX - PILAS - ELECTRÓLISIS PROBLEMAS. Se pide: a) Fuerza

REDOX - PILAS - ELECTRÓLISIS
PROBLEMAS.
1.
Se pide:
a)
Fuerza electromotriz de la pila formada por electrodos normales de hierro y cobre, señalando la polaridad de
cada uno en el funcionamiento de la pila.
b)
Reacción que ocurrirá al introducir una barra de hierro en una disolución 1 M de ácido clorhídrico.
c)
Reacción que ocurrirá al introducir una barra de cobre en una disolución 1 M de ácido clorhídrico.
d)
Reacción que ocurrirá al introducir una barra de cobre en una disolución de yodo.
e)
Reacción que ocurrirá al introducir una barra de plata en una disolución de yodo.
Electrodo
Al3+/Al
Fe2+/Fe
H+/H2
Cu2+/Cu
I2/I-
Ag+/Ag
Eo(volt)
- 1,67
- 0,44
0
0,35
0,54
0,80
2.
Al introducir una mezcla de cinc y cobre eu una disolución de ácido clorhídrico se observa lo siguiente:
a)
El cinc reacciona con el ácido clorhídrico dando el correspon diente cloruro y desprendiendo hidrógeno
(gas).
b)
El cobre no reacciona con el ácido clorhídrico, quedando por tanto, como residuo sólido.
Escribe la ecuación química que describe la reacción química citada.
Si 13,08 g de la mezcla al reaccionar con ácido clorhídrico en exceso forman 0,20 g de hidrógeno, )cuál es
la masa de cinc en la mezcla? )cuál es el % de cobre en la mezcla?.
c)
) Qué cantidad de cinc, en gramos, existe en el cloruro de cinc obtenido en las condiciones expresadas en el
apartado b ?.
DATOS. M.a(Zn)=65,4
3.
El permanganato de potasio reacciona con los iones oxalato (C2O42-) para firmar en medio ácido, CO2 y Mn2+ .
a)
Escribir la reacción iónica ajustada.
b)
)Cuál es la concentración de una disolución de oxalato de sodio si para valorar 26,2 ml de esta disolución
son necesarios 18,4 ml de una disolución de permanganato 0,150 M ?.
4.
Se ha construido una célula galvánica con un hilo de cobre y otro de plata y disolución 0,010 M en Cu2+ y 0,010 M en
Ag+ .
a)
Se ha observado que el cobre metal actúa como reductor en la reacción global. Escribir la reacción global y
las reacciones en los electrodos.
b)
Justificar la observación anterior demostrando que la reacción es espontánea según el sentido descrito en el
apartado a .
c)
)Cuál es el valor de la constante de equilibrio para esta reacción química, a 298 K?.) Está muy desplazada
hacia la formación de productos de reacción?.
DATOS.
Electrodo ....... Ag+/Ag ..... Cu2+/Cu
Eo(volt) ........ 0,799
..... 0,339
5.
Considere la celda galvánica siguiente:
Cu(s)/Cu2+(1M)//Ag+(1M)//Ag(s)
a.
Escriba el proceso redox que tiene lugar en la celda.
b.
)Qué electrodo actúa como ánodo y cuál como cátodo? )Qué especie química se oxida y cuál se reduce ?.
c.
)Cuál es el potencial normal de la celda ?.
DATOS. Electrodo ........ Ag+/Ag
........ Cu2+/Cu
o
E (volt) ........ 0,8
........ 0,34
6.
Se quiere platear electrolíticamente una superficie metálica de 12,5 cm2 utilizando una intensidad de corriente de 0,5
A.) Cuánto tiempo ha de mantenerse el paso de corriente para conseguir que el recubrimiento de plata tenga un
espesor de medio milímetro ?.
DATOS. M.a(Ag)=108 Densidad de la plata = 10,5 g/cm3
7.
Ajústese la reacción iónica entre Fe2+ y MnO4- en medio ácido sabiendo que se producen iones Fe(III),Mn(II) y
REDOX-PILAS-ELECTRÓLISIS. Selectividad
H.C.B.
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agua.)Qué volumen de disolución de permanganato de potasio 0,1 M es necesario para valorar el Fe 3+ procedente de
la oxidación de 0,0558 g de hierro puro?.
DATOS.
M.a(Fe)=55,8
8.
Se hace pasar una corriente eléctrica a través de una disolución acuosa que contiene Cu 2+,durante 5 minutos. El cátodo,
constituido por una lámina de Cu metal, incrementa, durante ese tiempo, su masa en 1,24 g.
a.
)Cuál es el proceso químico que ha tenido lugar en el cátodo?.
b.
)Qué número de electrones y qué cantidad de electricidad ha circulado por el cátodo?.
c.
)Cuál es la intensidad de la corriente empleada en la experiencia?
DATOS. 1 Faraday = 96500 C ; Na = 6,023.1023
9.
El cloro gas reacciona con ión yoduro en disolución acuosa para dar como productos de la reacción yodo e ión cloruro.
a.
Escriba la ecuación iónica ajustada del proceso redox que tiene lugar.
b.
A partir de los datos que se indican determinar el potencial normal de la reacción.
c.
Determinar ΔGo para el proceso.
DATOS. Electrodo ....... 2Cl2/Cl- ...... 2I2/IEo (volt) ....... 1,36 ...... 0,52
10.
En la electrólisis de una disolución acuosa de cloruro de potasio se produce la siguiente reacción global:
2 KCl + 2 H2O ---> 2 KOH + H2(g) + Cl2(g)
a.
Indique los procesos redox que se producen en el ánodo y en el cátodo.
b.
Con una corriente de 2,5 A,)cuánto tiempo debe circular ésta para producir 14,2 g de cloro gas ?.
c.
) Qué volumen de hidrógeno gas, medido en C.N ,se produce en estas condiciones ?.
11.
Dispone en el laboratorio de tres disoluciones 1 molar de Ag+ , Zn2+ y Cu2+ así como de tres láminas de dichos metales.
Dibuje un esquema de una celda galvánica eligiendo, de los compuestos, aquellos semipares que le proporcionen un
mayor valor de la fem (en voltios). Indique cuál sería el valor de ésta y la reacción de oxidación-reducción que se
produciría.
DATOS. Electrodo ...... Ag+/Ag ...... Cu2+/Cu ..... Zn2+/Zn
Eo (volt) ...... 0,8 ...... 0,34 ..... - 0,76
12.
De un litro de una disolución acuosa de cloruro de hierro(II) se toman 100 ml y se hacen reaccionar, enmedio ácido, con
una disolución 0,35 M de dicromato de potasio, siendo necesarios 64,4 ml de esta última para completar la oxidación.
Sabiendo que en esta reacción el Fe(II) se oxida a Fe(III) y el ión dicromato (Cr 2O72-) se reduce a Cr(III):
a.
Formule y ajuste, por el método del ión-electrón la ecuación de la reacción.
b.
Calcule la molaridad de la disolución de cloruro de hierro(II).
13.
Se hace pasar a través de una disolución de sulfato de cobre una corriente de 0,2 amperios durante 10 minutos. Calcula:
a.
El número de gramos de cobre depositados.
b.
El número de átomos de cobre depositados.
Formula los procesos que tienen lugar.
c.
Cantidad de electrones que han circulado.
DATOS. 1F = 96.500 C ; Na = 6,023.1023 ; M.a(Cu) = 63,5
14.
Al pasar una corriente a través de una disolución de sulfato de cobre, usando electrodos de platino, se produce cobre
elemental y oxígeno. Escribe la ecuación de la reacción que tiene lugar en el cátodo y en el ánodo. Calcula el peso de
cobre depositado y el volumen de oxígeno producido, medido en C.N, si se hicieron pasar 1000 Culombios por la cuba
electrolítica.
DATOS.
F = 96500 C ; M.a(Cu) = 63,5
15.
Se desea depositar sobre un objeto metálico plata metal electrolizando una disolución que contiene Ag + .
a.
Indique el proceso químico que tendrá lugar.
b.
Si en 2125 segundos, el objeto metálico ha ganado 0,1741 g de peso. )Cuántos moles de electrones han
circulado por la celda?. ) Cuál es la intensidad de la corriente a través de la celda ?
DATO.
1F = 96500 C .
16.
Cuando se trata una disolución de yoduro de sodio con ácido sulfúrico, se forma yodo elemental, SO2(g) y agua. Escriba
REDOX-PILAS-ELECTRÓLISIS. Selectividad
H.C.B.
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una ecuación ajustada para el proceso anterior y calcúlese el volumen de disolución de H 2SO4 3,0 M necesario para
formar 1,0 g de yodo.
DATOS. M.a(I)=126,9
17.
Cuando se mezclan disoluciones acuosas de permanganato de potasio y sulfato de hierro (II) en presencia de ácido
sulfúrico, se forman sulfato de manganeso (II), sulfato de hierro (III),sulfato de potasio y agua.
a.
Escribir y ajustar la reacción (método del ión-electrón).
b.
Suponiendo que 50 ml de una disolución de sulfato de hierro (II) 0,2 M necesitan 28 ml de una disolución de
permanganato de potasio para su oxidación, calcular la concentración molar de la disolución de permanganato.
(Sept-1993)
18.
a.
b.
c.
d.
Ajustar la siguiente reacción:
K2Cr2 O7 + H2SO4 ---> K2SO4 + Cr2(SO4)3 + Fe2(SO4)3 + H2O
) Qué especie se oxida y qué especie se reduce ?.
) Cuántos gramos de sulfato de cromo podrán obtenerse a partir de gramos de dicromato de potasio si el
rendimiento de la reacción es del 60% ?.
(Sept-1995)
CUESTIONES TEÓRICAS.
2.
Los potenciales normales de los semipares Zn2+/Zn y Ag+/Ag son respec tivamente - 0,76 v y 0,8 v. Indique
razonadamente:
a.
) Cuáles son las formas oxidadas y reducidas de cada semipar ?.
b.
) Qué especie química presenta mayor poder oxidante y cuál mayor poder reductor ?.
c.
) Cuál sería la reacción química espontánea que tendría lugar si coexistiesen las cuatro especies en condiciones
normales ?.
3.
) Cuál o cuáles de las siguientes especies pueden actuar como oxidante y cuál o cuáles como reductor:
a) Fe
b) Fe2+
c) Ag+
4.
Teniendo en cuenta los potenciales normales siguientes:
Electrodo
Ag+/Ag
Zn2+/Zn
Cu2+/Cu
o
E (volt)
0,8
-0,76
0,34
a.
Ordene los metales en orden creciente en cuanto a su carácter reductor.
b.
) Cuál o cuales de ellos, debe liberar hidrógeno gas cuando se les hace reaccionar con disoluciones ácidas?.
5.
Considere la siguiente reacción química:
a.
b.
Fe3+(ac) + I-(ac) ---> Fe2+(ac) + 2I2(s)
Diga si se trata de una reacción de oxidación-reducción, justificando su respuesta.
En caso afirmativo indique que especie química se oxida, cuál se reduce, cuál actúa como agente oxidante y cuál
como reductor.
6.
) Existe alguna sustancia capaz de oxidar los iones F- a F2 ?.En la naturaleza no existe F2, )como se puede preparar?.
7.
Cuatro metales A,B,C y D presentan las siguientes propiedades: Solo A y C reaccionan con disoluciones 1 M de ácido
clorhídrico para desprender hidrógeno gas. Si se añade C a una disolución que contiene A 2+ ,B2+ y D2+ se obtienen los
metales A B y D. Finalmente D es capaz de depositar B de una disolución que contiene B 2+. Basándote en la información
anterior ordene, razonadamente, los cuatro metales según su capacidad reductora.
8.
Se desea recubrir de plata un objeto metálico mediante un proceso de electrólisis. Realice un esquema de una celda
electrolítica en la que pueda llevar a cabo dicha experiencia. Si sabe que el paso de 894 C de electricidad a través de la
celda han producido la deposición de 1 g de Ag .
) Podría determinar el número de Avogadro a partir de estos datos?.
DATOS.
e- = 1,6.10-19C
9.
A una disolución que contiene iones Fe2+ , Fe3+ y Cu2+ ,todos en concentración 1 M, se le añaden limaduras de hierro.
REDOX-PILAS-ELECTRÓLISIS. Selectividad
H.C.B.
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Indica, justificadamente, si tiene lugar alguna reacción, y, en caso afirmativo,formula las correspondientes ecuaciones
químicas.
DATOS. Elemento .... Fe2+/Fe .... Fe3+/Fe .... Cu2+/Cu
Eo(volt) .... -0,44 ... 0,77 .... 0,34
10.
El potencial normal del semipar Cu2+/Cu es 0,34 v y el del semipar Ag+/Ag es 0,80 v. Indica razonándolo:
a.
Cuáles son las formas oxidadas y reducidas de cada semipar.
b.
Qué especie química presenta mayor poder oxidante y cuál mayor poder reductor.
c.
Cuál sería la reacción química espontánea que tendría lugar si coexistiesen las cuatro especies en condiciones
normales.
Escribe la ecuación global.
11.
El potencial de reducción estándar para el semipar Zn2+/Zn vale -0,76v. ) Qué le sugiere este dato ?:
a.
Que el Zn2+ es un buen oxidante en disolución acuosa.
b.
Que el Zn es un buen agente reductor en disolución acuosa.
c.
Que el Zn2+ es un buen agente reductor en disolución acuosa.
Razone adecuadamente sus respuestas.
12.
La introducción de una lámina de cinc en una disolución 1 M de ácido clorhídrico supone la disolución del metal y
desprendimiento de hidrógeno.
a.
Escriba la ecuación química del proceso redox que tiene lugar.
b.
Identifique la especie química que actúa como agente oxidante y la que actúa como agente reductor.
c.
Admitiendo que trabaja en condiciones estándar, )Qué signo asignaría al valor de Eo para el semipar Zn2+/Zn ?.
13.
Considere los siguientes potenciales estándar de reducción:
Eo(Cl2/Cl-) = 1,36 v ; Eo(I2/I-) = 0,52 v
indique razonadamente:
a.
) Cuál de las cuatro especies químicas antes mencionadas presenta mayor poder oxidante ?.
b.
) Cuál de ellas es la más reductora ?.
c.
) Cuál será el proceso redox que, en condiciones estándar, podrá tener lugar entre estas especies ?.
14.
De las ecuaciones químicas que a continuación se proponen:
a.
BaCl2 + H2SO4 ---> BaSO4 + 2 HCl
b.
NH3 + HCl ---> NH4Cl
c.
Cl2 + 2 NaBr ---> Br2 + 2 NaCl
Indique razonadamente cuál de ellas representa un proceso redox . En él indique que especie química se oxida, cuál se
reduce, qué especie actúa como agente oxidante y cuál como reductor.
15.
Describir la pila o célula galvánica formada por dos semipilas: una con un electrodo de cobre sumergido en una
disolución tipo de sulfuro de cobre (II) 1 M ; y la otra es un electrodo de plata sumergido en una disolución de nitrato de
plata 1 M . Indicar:
a)
Quién es el cátodo y quién el ánodo. Reacción que se produce en cada electrodo y reacción total.
b)
Sentido del flujo de electrones por el circuito externo.
c)
Eo de la pila.
d)
Quién se oxida y quién se reduce, así como el agente oxidante y el agente reductor.
(Jun-1995)
16.
Comente las siguientes afirmaciones indicando, de forma razonada, si le parecen correctas o corrigiendolas en su caso.
a.
En una celda electroquímica la oxidación tiene lugar en el ánodo.
b.
Condiciones estándar, referidas a una celda electroquímica, implican concentraciones 1 M.
c.
Toda reacción de oxidación-reducción que, en condiciones estándar, transcurre espontáneamente en disolución
acuosa presenta un Eo<0
Dada la ecuación:
H2S + HNO3 ---> S + NO2
a.
Ajustar la reacción.
b.
Indique razonadamente si alguna de las especies que intervienen en ella se oxida.
(Junio-96)
17.
18.
Para la reacción: Cu + HNO3 ----> Cu(NO3)2 + NO + H2O
a.
Señale el oxidante y el reductor.
REDOX-PILAS-ELECTRÓLISIS. Selectividad
H.C.B.
4
b.
Ajuste la reacción.
c.
) Cuántos electrones se producen por mol de cobre oxidado ?.
DATOS: N1 de Avogadro = 6,023.1023 .
(Junio-95)
19.
Sabiendo que el E1 de los sistemas Na+/Na ; Zn2+/Zn ; Ag+/Ag y Cl2/Cl- vale, respectivamente, -2,71v ; -0,76v ; 0,80v y
1,36v ,y partiendo en todos los casos de reactivos y productos en las condiciones en que se defina el potencial normal,
indique razonadamente, cuáles de las siguientes reacciones se darían en sentido directo, cuáles en sentido inverso y cuáles
no se darían:
a) Na+ + 2 H2 <===> Na + H+ ; b) 2 Ag+ + Zn <===> 2 Ag + Zn2+
c) Zn + 2 H+ <===> H2 + Zn2+ ; d) Cl- + Na+ <===> 2 Cl2 + Na
e) Ag+ + H+ <===> Ag + 2 H2
(Sept-1993)
20.
A partir de los valores siguientes de potenciales normales de reducción para los sistemas que se indican:
Cr2O72-/Cr3+ = + 1,33 V
Cd2+/Cd = - 0,40 V
Br2/Br = + 1,06 V
Zn2+/Zn = - 0,76 V
+
Ag /Ag = + 0,80 V
Mg2+/Mg = - 2,43 V
Cu2+/Cu = + 0,30 V
K+/K = - 2,93 V
Contestar razonadamente a las siguientes cuestiones:
a.
) Qué metales de la lista anterior se disolverán espontáneamente en disolución acuosa de HCl 1M ?.
b.
Si se introduce una barra de cinc en disoluciones acuosas de nitrato de plata, nitrato de cadmio y nitrato de
magnesio, ) en qué casos se formará una capa de otro metal sobre la barra de cinc ?.
( J - 1994 )
21.
Dados los potenciales normales de reducción, Eo, de los siguientes pares:
Na+/Na = -2,71 v ; Cl2/Cl- = 1,36 v ; K+/K = -2,92 v ; Cu+/Cu = 0,34 v
Indicar:
El elemento químico más oxidante y el más reductor.
) Qué pareja de semielementos proporcionará la pila de mayor potencial normal ?.
) Cuál será este valor ?.
) Qué reacción tendrá lugar en esa pila ?. Escríbela.
(Sept-96)
Desde el punto de vista electrónico ) qué se entiende por reductor ?) cómo varía el carácter reductor en un grupo del sistema
periódico ?)y en un grupo ?.
(Sept-96)
CUESTIONES PRACTICAS.
) Es posible siempre distinguir experimentalmente entre ánodo y cátodo, en una electrólisis ?.
Dibuje un esquema de un montaje para la deposición electrolítica de un metal y explique las reacciones que tienen lugar.
) Cuál es la diferencia fundamental entre un proceso redox que tiene lugar en una celda galvánica respecto a otro proceso redox que
ocurre en una celda electrolítica ?.
) Se podría obtener hidrógeno por electrólisis del agua ?. ) Como realizaría la experiencia en el laboratorio ?.
) Qué se obtiene en el cátodo y el ánodo al electrolizar agua?. ) En qué proporción están en volumen ?.
En el laboratorio dispones de cuatro láminas metálicas de níquel, cinc, hierro y plata, así como de las cuatro sales cloruro de
níquel(II), sulfato de cinc ,sulfato de hierro(II), nitrato de plata y cloruro de potasio. Explica cómo construirías una pila
para obtener el máximo valor posible del potencial normal. ) Cuál sería ese valor ?. ) Qué electrodo actuaría como ánodo
y cuál como cátodo ?.
DATOS.
Electrodo ... Ni2+/Ni .. Zn2+/Zn .. Fe2+/Fe ..
Ag+/Ag
Eo(volt) ... -0,25 . -0,76 .. -,044 ..
0,80
Esquematiza un montaje para realizar una electrólisis. ) Cómo podría saberse en qué electrodo está teniendo lugar el proceso de
REDOX-PILAS-ELECTRÓLISIS. Selectividad
H.C.B.
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reducción en una electrólisis ?.
Dibuje el esquema de una celda galvánica. Comente la misión del puente salino. )Qué tipo de especie química utilizaría
para que formara parte de dicho puente salino ?.
En un tubo de ensayo se coloca un trozo de cinc metálico y se añaden unas gotas de ácido clorhídrico.) Qué sucede ?.
) Cómo se efectuaría una valoración redox ?.
) Qué tipo de corriente (continua o alterna) se produce en una célula galvánica ?. Describa gráficamente esta última.
Considera la siguiente reacción:
2 Ag(ac)+ + Cu(s) ---> Cu(ac)2+ + 2 Ag(s)
Si los potenciales normales de reducción son Eo(Ag+/Ag) = 0,80 v y Eo(Cu2+/Cu) = 0,34 v , explica como
podrías construir una pila basada en la reacción anterior y dibuja un esquema de la misma. ) Cuál será la f.e.m
de la pila ?. )Qué electrodo disminuirá de peso ?.
Realice un esquema de una pila en la que participen los semipares Zn 2+/Zn y Cu2+/Cu .) Qué tipo de especie química
utilizaría para la construcción del puente salino ?.Si los potenciales normales de ambos semipares son
respectivamente -0,76 v y 0,34 v. Indique qué electrodo actuará como ánodo y cuál como cátodo.
Realice el esquema de una celda en la que tiene lugar la descomposición electrolítica del agua. Indique la naturaleza de
los gases que se generan en el ánodo y cátodo. Si a través de los electrodos se hace pasar una corriente de 96500
C (equivalente al paso de un mol de electrones). ) Qué volumen de hidrógeno en C.N se puede obtener en el
proceso ?.
Dispone en el laboratorio de las siguientes especies químicas: Zn y Cu como metales en forma de láminas, nitrato de
cinc, nitrato de cobre (II) y nitrato de amonio. Construya con ellas una celda galvánica, indicando los pasos a
seguir para ello. Si dispone de los datos:
Eo(Cu2+/Cu) = 0,34 v y Eo(Zn2+/Zn) = -0,76 v .
) Podría predecir el voltaje que suministra su celda ?.
Los potenciales normales de los semipares Zn2+/Zn y Cu2+/Cu valen respectivamente : -0,76 v y 0,34 v. Realice un
esquema de una pila en la que participen estas especies químicas. Indique el electrodo que actúa como ánodo y
el que actúa como cátodo. Determine el voltaje que suministra la pila enc ondiciones estándar.
Explique cómo construiría en el laboratorio una célula galvánica y otra electrolítica. Describa el material y los productos
que utilizaría. ) Qué analogías y diferencias hay entre ellas ?. Comante las posibles aplicaciones.
(S-1993)
) Sabe qué es una célula galvánica ?. Explique cómo la construiría en el laboratorio. Comente sus aplicaciones.
(J-1994)
Indique como construiría en el laboratorio una pila con electrodos de cinc y cobre. Haga el dibujo correspondiente.
(Junio-96)
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H.C.B.
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