redox

Química
Reacciones redox
DEPARTAMENTO DE
FÍSICA E QUÍMICA
10-03-08
Nombre:
Cuestiones y problemas
1. Se construye una pila conectando mediante un hilo metálico una lámina de plata y otra de cinc. La lámina de plata está sumergida en una disolución de nitrato de plata y la de cinc en una de nitrato de cinc, ambas de concentración 1 M. Entre ambas hay un puente salino que contiene nitrato de sodio.
a) Indica cuál es la especie oxidante y cuál la reductora, el sentido de los electrones en el circuito exterior
y el sentido de los iones nitrato y sodio del puente salino.
[1 PUNTO]
b) Escribe la notación de la pila, las semirreacciones en cada electrodo y la reacción global y calcula la diferencia de potencial de la celda.
[1 PUNTO]
Solución
2. a) ¿Durante cuánto tiempo tiene que pasar por la celda electrolítica una corriente de 5,0 A para platear una
superficie de 20 cm2 si se desea que la capa depositada sea de 2,0 mm de espesor y en la celda hay una disolución 0,50 mol/dm3 de nitrato de plata (trioxonitrato(V) de plata)?
[2 PUNTOS]
b) Escribe las semirreacciones ajustadas en el ánodo y en el cátodo, y la reacción global iónica y completa.
[1 PUNTO]
Solución
3. Calcula la presión parcial del dióxido de azufre gas (principal responsable de la lluvia ácida) en el aire si
al hacer pasar 500 cm3 de aire en condiciones normales a través de 100 cm3 de una disolución de dicromato de potasio (heptaoxodicromato (VI) de potasio) la concentración del ión cromo(III) obtenido fue
0,0140 mol/dm3 sin variación de volumen de la disolución. También se obtiene ácido sulfúrico. [3 PUNTOS]
Solución
Laboratorio
Dibuja, esquemáticamente, un embudo Büchner, un matraz kitasato. Explica para qué sirve cada uno de
ellos. Dos de ellos se acoplan para poder utilizarlos en una operación de laboratorio. Di cuáles y en qué operación. Dibuja el esquema correspondiente.
[2 PUNTOS]
Solución
Datos: 1 atm = 760,0 mmHg = 101 325 Pa
Constante de los gases ideales: R = 0,08204 atm·L·mol-1·K-1 = 8,314 J·mol-1·K-1
E0(Zn2+/Zn) = -0,76 V; E0(Ag+/Ag) = 0,80 V
Densidad de la plata = 10,5×103 kg/m3
1 F = 96 500 C
1 mol = 6,02×1023 partículas/mol
Soluciones
1. Se construye una pila conectando mediante un hilo metálico una lámina de plata y otra de cinc. La lámina
de plata está sumergida en una disolución de nitrato de plata y la de cinc en una de nitrato de cinc, ambas de
concentración 1 M. Entre ambas hay un puente salino que contiene nitrato de sodio.
a) Indica cuál es la especie oxidante y cuál la reductora, el sentido de los electrones en el circuito exterior y
el sentido de los iones nitrato y sodio del puente salino.
b) Escribe la notación de la pila, las semirreacciones en cada electrodo y la reacción global y calcula la diferencia de potencial de la celda.
EXAMEN
PROBLEMA 1
PROBLEMA 2
PROBLEMA 3
Laboratorio
Solución:
La especie oxidante es el ión plata (Ag+) porque tiene el potencial de reducción más alto (= mayor poder oxidante) y la especie reductora es el cinc metálico (Zn).
Los electrones viajan por los cables desde el ánodo de cinc (–) hacia el cátodo de plata (+). La placa metálica
de cinc está cargada negativamente porque los átomos de Zn han pasado a la disolución en forma de iones
Zn2+ dejando exceso de electrones en la placa.
Los cationes Na+ se mueven hacia la disolución del cátodo de plata(+), porque el metal Ag está cargado positivamente por los iones Ag+ que se han depositado, dejando la disolución con exceso de aniones NO3–
Los aniones NO3– del puente salino se mueven en sentido contrario.
La notación de la pila es:
Zn (s) / Zn2+ (1 M) // Ag+ (1 M) / Ag (s)
Semirreacciones:
Ánodo (oxidación):
Cátodo (reducción:):
Reacción global:
Zn (s)
2 Ag+ (aq) + 2 e–
2 Ag+ (aq) + Zn (s)
→ Zn2+ (aq) + 2 e–
→ Ag (s)
→ Zn2+ (aq) + 2 Ag (s)
E0 = +0,76 V
E0 = +0,80 V
E0 = +1,56 V
2. a) ¿Durante cuánto tiempo tiene que pasar por la celda electrolítica una corriente de 5,0 A para platear una
superficie de 20 cm2 si se desea que la capa depositada sea de 2,0 mm de espesor y en la celda hay una disolución 0,50 mol/dm3 de nitrato de plata (trioxonitrato(V) de plata)?
b) Escribe las semirreacciones ajustadas en el ánodo y en el cátodo, y la reacción global iónica y completa.
EXAMEN
PROBLEMA 1
PROBLEMA 2
PROBLEMA 3
LABORATORIO
Rta.: a) 2 h 5 min
Solución:
b) Ánodo (oxidación):
Cátodo (reducción):
Global:
Completa:
2 H2O → O2 + 4 H+ + 4 e–
4 Ag+ + 4 e– → 4 Ag
2 H2O + 4 Ag+ → O2 + 4 H+ + 4 Ag
2 H2O + 4 AgNO3 → O2 + 4 HNO3 + 4 Ag
a) Volumen de plata: V = 20 cm2 · 0,20 cm = 4,0 cm3 = 4,0×10-6 m3 Ag
Masa de plata:
m(Ag) = V · ρ = 4,0×10-6 m3 · 10,5×103 kg/m3 = 42×10-3 kg = 42 g Ag
Cantidad de plata:
n(Ag) = 42 g Ag / (108 g/mol) = 0,39 mol Ag
Cantidad de electrones: n(e–) = 0,39 mol Ag · 4 mol e– / 1 mol Ag = 0,39 mol e–
Carga que circuló:
Q = 0,39 mol e– · 96 500 C / mol e– = 3,8×104 C
Como
I = Q / ∆t
el tiempo trancurrido es:
∆t = 3,8×104 C / 5,0 A = 7,5×103 s = 2,1 h = 2 h 5 min.
3. Calcula la presión parcial del dióxido de azufre gas (principal responsable de la lluvia ácida) en el aire si al
hacer pasar 500 cm3 de aire en condiciones normales a través de 100 cm3 de una disolución de dicromato de
potasio (heptaoxodicromato (VI) de potasio) la concentración del ión cromo(III) obtenido fue 0,0140
mol/dm3 sin variación de volumen de la disolución. También se obtiene ácido sulfúrico.
EXAMEN
PROBLEMA 1
PROBLEMA 2
PROBLEMA 3
LABORATORIO
Rta.: P = 9,5 kPa
Solución:
Se ajusta la reacción por el método del ión electrón:
Oxidación:
SO2 + 2 H2O
→ SO42– + 4 H+ + 2 e–
2–
+
–
Reducción:
Cr2O7 + 14 H + 6 e → 2 Cr3+ + 7 H2O
Multiplicando la primera por 3 y sumando, para eliminar los electrones:
3 SO2 + 6 H2O
→ 3 SO42– + 12 H+ + 6 e–
2–
+
–
Cr2O7 + 14 H + 6 e → 2 Cr3+ + 7 H2O
3 SO2 + Cr2O72– + 2 H+ → 3 SO42– + 2 Cr3+ + H2O
La cantidad de ión cromo(III) obtenida es:
n(Cr3+) = 0,0140 mol/dm3 · 0,100 dm3 = 1,4×10-3 mol Cr3+
Por estequiometría, la cantidad de dióxido de azufre que reacciona es:
n(SO2) = 1,4×10-3 mol Cr3+ · 3 mol SO2 / 2 mol Cr3+ = 2,1×10-3 mol SO2
Condiciones normales, P = 1,00 atm y T = 273 K
Volumen de aire: V = 500 cm3 = 0,500 dm3
Suponiendo comportamiento ideal: P · V = n · R · T
P=
−3
3
−1
−1
n · R ·T 2,1×10 mol SO2 · 0,082atm ·dm · mol ·K · 273 K
=
=0,094 atm =9,5 kPa
V
0,500dm 3
Laboratorio
Dibuja, esquemáticamente, un embudo Büchner, un matraz kitasato. Explica para qué sirve cada uno de
ellos. Dos de ellos se acoplan para poder utilizarlos en una operación de laboratorio. Di cuáles y en qué operación. Dibuja el esquema correspondiente.
EXAMEN
PROBLEMA 1
PROBLEMA 2
PROBLEMA 3
LABORATORIO
Solución:
Embudo Büchner
Matraz kitasato
Embudo Büchner: para filtrar un precipitado y separarlo de la disolución. Debe llevar un papel de filtro.
Matraz kitasato: Se acopla a un embudo Büchner, para la filtración a Agua a
vacío. La conexión con la trompa de vacío se hace por el vástago late- presión
Büchner
ral.
Matraz erlenmeyer: para contener disoluciones. Se usa en las valoraciones para poder agitar sin que se derrame líquido.
Matraz aforado: Para medida exacta de volúmenes de líquidos.
Quitasato
Se acoplan el embudo Büchner al matraz kitasato tal como se muestra
en la figura, para la filtración a vacío, en la práctica de precipitación.
Trompa
de
agua