07. reacciÓns de transferencia electrons

7/29/2019 07. REACCINS DE TRANSFERENCIA ELECTRONS

1/39

247

TEMA 7.REACCINS DE TRANSFERENCIA DE ELECTRNS

1. Axusta, polo mtodo in-electrn, as seguintes ecuacins en forma inica:a) NO3 + Sn 2+ NO + Sn 4+b) MnO4 + H2S + H+ Mn 2+ + S + H2Oc) Ag + NO3 Ag+ + NO2d) Br + MnO4 Mn2+ + Br2e) Bi2O3 + ClO BiO3 + Cl (en medio bsico)f) ClO3 + Cr3+ Cl + CrO42g) Co2+ + H2O2 Co3+ + OH (en medio bsico)Resolucin:

a) NO3 + Sn 2+ NO + Sn 4+

Comezamos escribindo os nmeros de oxidacin e determinando que especie se oxida e cal se

reduce:Oxdase

+

+

+

+

++4

222

3

25

SnONSnON

Redcese

Escribimos as semirreaccins en forma inica:

NO3 NO

Sn2+ Sn4+

Axustamos a masa:

4 H+

+ NO3

NO + 2 H2OSn2+ Sn4+

Axustamos a carga:

4 H+ + NO3 + 3 e NO + 2 H2O

Sn2+ 2 e Sn4+

Igualamos o nmero de electrns nas das semirreaccins e sumamos:

(4 H+ + NO3 + 3 e NO + 2 H2O) x 2(Sn2+ 2 e Sn4+) x 3

8 H+ + 2 NO3 + 3 Sn2+ 2 NO + 4 H2O + 3 Sn

4+

A ecuacin igualada :8 H+ + 2 NO3 + 3 Sn

2+ 2 NO + 4 H2O + 3 Sn4+

b) MnO4 + H2S + H

+ Mn 2+ + S + H2O

Comezamos escribindo os nmeros de oxidacin e determinando que especie se oxida e cal sereduce:

Oxdase

2

2

102

2

2

1

4

27

OHSMnHSHOMn

+

++

+

+

++++

Redcese



2/39

248

MnO4 Mn2+

S2 S

Axustamos a masa:

8 H+ + MnO4 Mn2+ + 4 H2O

S2 S

Axustamos a carga:8 H+ + MnO4

+ 5 e Mn2+ + 4 H2O

S2 2 e S


(8 H+ + MnO4 + 5 e Mn2+ + 4 H2O) x 2

(S2 2 e S) x 5

16 H+ + 2 MnO4 + 5 S2 2 Mn2+ + 8 H2O + 5 S

A ecuacin igualada :

2 MnO4 + 5 H2S + 6 H+ 2 Mn2+ + 5 S + 8 H2O

c) Ag + NO3 Ag+ + NO2

Comezamos escribindo os nmeros de oxidacin e determinando que especie se oxida e cal se reduce:

Oxdase

2

-24

3

-250

ONAgONAg+

+

+

++

Redcese


NO3 NO2

Ag Ag+

Axustamos a masa e a carga:

2 H+ + NO3 + 1 e NO2 + H2O

Ag 1 e Ag

O nmero de electrns nas das semirreaccins igual, polo que xa se poden sumar:

2 H+ + NO3 + 1 e NO2 + H2O

Ag 1 e Ag

2 H+ + NO3 + Ag NO2 + H2O + Ag

A ecuacin igualada :Ag + NO3 + 2 H+ Ag+ + NO2 + H2O

d) Br + MnO4Mn2+ + Br2

Comezamos escribindo os nmeros de oxidacin e determinando que especie se oxida e cal se reduce: Oxdase

BrMnOMnBr

0

2

24

27

+++

+

Redcese



3/39

249

MnO4 Mn2+

Br Br2


8 H+ + MnO4 + 5 e Mn2+ + 4 H2O

2 Br 2 e Br2

Igualamos o nmero de electrns nas das semirreaccins e sumamos:(8 H+ + MnO4

+ 5 e Mn2+ + 4 H2O) x 2(2 Br 2 e Br2) x 5

16 H+ + 2 MnO4 + 10 Br 2 Mn2+ + 8 H2O + 5 Br2


10 Br + 2 MnO4 + 16 H+ 2 Mn2+ + 5 Br2 + 8 H2O

e) Bi2O3 + ClO BiO3

+ Cl (en medio bsico)


Oxdase

-

ClOBi-

-

OClOBi 3

2521

3

2

2

3

++

+++

Redcese


ClO Cl

Bi2O3 BiO3


H2O + ClO + 2 e Cl + 2 OH

6 OH

+ Bi2O3 4 e

2 BiO3

+ 3 H2OIgualamos o nmero de electrns nas das semirreaccins e sumamos:

(H2O + ClO + 2 e Cl + 2 OH) x 2

6 OH + Bi2O3 4 e 2 BiO3 + 3 H2O

2 H2O + 2 ClO + 6 OH+ Bi2O3 2 Cl

+ 4 OH + 2 BiO3 + 3 H2O


Bi2O3 + 2 ClO + 2 OH 2 BiO3 2 Cl + H2Of) ClO3

+ Cr3+ Cl + CrO42


+

+

+

++2

4

263

3

25

OCrClCrOCl

Redcese


ClO3 Cl

Cr3+ CrO42


6 H+ + ClO3 + 6 e Cl + 3 H2O

4 H2O + Cr3+ 3 e CrO42 + 8 +


4/39

250


6 H+ + ClO3 + 6 e Cl + 3 H2O

(4 H2O + Cr3+ 3 e CrO4

2 + 8 +) x 2

6 H+ + ClO3 + 8 H2O + 2 Cr

3+ Cl + 3 H2O + 2 CrO4

2 + 16 +


ClO3 + 2 Cr3+ + 5 H2O Cl + 2 CrO42g) Co2+ + H2O2 Co

3+ + OH(en medio bsico)


Oxdase12

32

1

2

12

HOCoOHCo

+

+

+

+

++

Redcese


H2O2 OH

Co2+ Co3+


H2O2 + 2 e 2 OH

Co2+ 1 e Co3+


H2O2 + 2 e 2 OH

(Co2+ 1 e Co3+) x 2

H2O2 + 2 Co2+ 2 OH+ + 2 Co3+

A ecuacin igualada :2 Co2+ + H2O2 2 Co3++ + 2 OH

2. Axusta as seguintes ecuacins redox:a) KMnO4 + HCl MnCl2 + Cl2 + H2O + KClb) HNO3 + I2 HIO3 + NO2 + H2Oc) Al + NaOH + H2O H2 + NaAlO2 (en medio bsico)d) HNO3 + S H2SO4 + NOe) Cl2 + H2O + As2O3 H3AsO4 + HClf) H2S + K2Cr2O7 + H2SO4 S + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2Og) H2SO4 + HI I2 + H2S + H2OResolucin:

a) KMnO4 + HClMnCl2 + Cl2 + H2O + KCl


Oxdase

112

2

10

22

1211

4

271

ClKOHCl

-

ClMnClHOMnK

++++++

++++

Redcese

Escribimos as semirreaccins en forma inica:MnO4

Mn2+

Cl Cl2


5/39

251


8 H+ + MnO4 + 5 e Mn2+ + 4 H2O

2 Cl 2 e Cl2


(8 H+ + MnO4 + 5 e Mn2+ + 4 H2O) x 2

(2 Cl

2 e

Cl2) x 516 H+ + 2 MnO4 + 10 Cl 2 Mn

2+ + 8 H2O + 5 Cl2

Obtemos a ecuacin molecular a partir da ecuacin inica, se engadimos os elementos que actuaroncomo espectadores:

2 KMnO4 + 16 HCl 2 MnCl2 + 5 Cl2 + 8 H2O + 2 KCl

b) HNO3 + I2 HIO3 + NO2 + H2O


Oxdase

2

2

1

2

-24

3

251

2

0

3

-251

OHONOIHIONH

++++++

+++

Redcese


NO3 NO2

I2 IO3


2 H+ + NO3 + 1 e NO2 + H2O

6 H2O + I2 10 e 2 IO3

+ 12 H+

Igualamos o nmero de electrns nas das semirreaccins e sumamos:(2 H+ + NO3

+ 1 e NO2 + H2O) x 106 H2O + I2 10 e

2 IO3

+ 12 H+

20 H+ + 10 NO3 + 6 H2O + I2 10 NO2 + 10 H2O + 2 IO3

+ 12 H+

Simplificando:

8 H+ + 10 NO3 + I2 10 NO2 + 4 H2O + 2 IO3


10 HNO3 + I2 2 HIO3 + 10 NO2 + 4 H2Oc) Al + NaOH + H2O H2 + NaAlO2 (en medio bsico)


Oxdase

-

OAlNaHOHH

-

ONaAl 2

231

2

0-2

2

H210 ++++

+++

Redcese


Al AlO2

OH H2


6/39

252


Al + 4 OH 3 e AlO2 + 2 H2O

2 H2O + 2 e H2 + 2 OH


(Al + 4 OH 3 e AlO2 + 2 H2O) x 2

(2 H2O

+ 2 e

H2 + 2 OH

) x 32 Al + 6 H2O + 8 OH

2 AlO2

+ 4 H2O + 3 H2 + 6 OH

Simplificando:

2 Al + 2 H2O + 2 OH 2 AlO2

+ 3 H2


2 Al + 2 NaOH + 2 H2O 3 H2 + 2 NaAlO2

d) HNO3 + S H2SO4 + NO


-22

4

26

2

10

3

-251

ONOSHSONH

+++++

++

Redcese


NO3 NO

S SO42


4 H+ + NO3

+ 3 e NO + 2 H2O

4 H2O + S 6 e SO4

2+ 8 H+


(4 H+ + NO3 + 3 e NO + 2 H2O) x 2

4 H2O + S 6 e SO42+ 8 H+

8 H+ + 2 NO3 + 4 H2O + S 2 NO + 4 H2O + SO4

2+ 8 H+

Simplificando:

2 NO3 + S NO + SO4

2

Obtemos a ecuacin molecular a partir da ecuacin inica, engadindo os elementos que actuaron

como espectadores:2 HNO3 + S H2SO4 + 2 NOe) Cl2 + H2O + As2O3 H3AsO4 + HCl


Oxdase11

4

251

33

2

2

321

22

0

ClHOAsHOAsOHCl

+++++

+++

Redcese


As2O3 AsO43

Cl2 Cl


7/39

253


5 H2O + As2O3 4 e 2 AsO43 + 10 H+

Cl2+2 e 2 Cl


5 H2O + As2O3 4 e 2 AsO43 + 10 H+

(Cl2

+

2 e

2 Cl

) x 25 H2O + As2O3 + 2 Cl2 2 AsO4

3 + 10 H+ + 4 Cl

Obtemos a ecuacin molecular a partir da ecuacin inica, engadindo os elementos que actuaroncomo espectadores:

2 Cl2 + 5 H2O + As2O3 2 H3AsO4 + 4 HClf) H2S + K2Cr2O7 + H2SO4 S + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O


Oxdase

OHOSK)OS(CrSOSHOCrKSH

2

2

1

4

26

2

1

34

26

2

30

4

26

2

1

7

26

22

12

2

1 ++++++++++

+++++

Redcese


Cr2O72 Cr3+

H2S S


14 H+ + Cr2O72 + 6 e 2 Cr3++ 7 H2O

H2S 2 e S + 2 H+

Igualamos o nmero de electrns nas das semirreaccins e sumamos:14 H+ + Cr2O7

2 + 6 e 2 Cr3++ 7 H2O

(H2S 2 e S + 2 H+) x 3

14 H+ + Cr2O72 + 3 H2S

2 Cr3+ + 7 H2O + 3 S + 6 H

+

Simplificando:

8 H+ + Cr2O72 + 3 H2S

2 Cr3+ + 7 H2O + 3 S


3 H2S + K2Cr2O7 + 4 H2SO4 3 S + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7 H2O

g) H2SO4 + HI I2 + H2S + H2O


Oxdase

-

OHSHI

-

IHOSH

2

2

12

2

10

2

112

4

6

2

1 +++++

+++

Redcese


SO42 H2S

I

I2


8/39

254


10 H+ + SO42 + 8 e H2S + 4 H2O

2 I 2 e I2


10 H+ + SO42 + 8 e H2S + 4 H2O

(2 I

2 e

I2) x 410 H+ + SO4

2 + 8 I H2S + 4 H2O + 4 I2


H2SO4 + 8 HI 4 I2 + H2S + 4 H2O

3. Para a reaccin Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O: a) Sinala o oxidante e o redutor. b) Axustaa reaccin. c) Cantos moles de electrns se producen por mol de cobre oxidado (SelectividadeCOU. Xu-95)

Resolucin:Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O


Oxdase2

2

1-22

23

252

3

-2510

OHON)ON(CuONHCu++++++

+++

Redcese

a) O oxidante o que se reduce, polo tanto o cido ntrico.

O redutor o que se oxida, polo tanto o cobre.b) Para axustar a reaccin polo mtodo do in-electrn, escribimos as semirreaccins en forma inica:

NO3 NO

Cu Cu2+


4 H+ + NO3 + 3 e NO + 2 H2O

Cu 2 e Cu2+

Igualamos o nmero de electrns nas das semirreaccins e summolas:

(4 H+ + NO3 + 3 e NO + 2 H2O) x 2

(Cu 2 e Cu2+) x 3

8 H+ + 2 NO3 + 3 Cu 2 NO + 4 H2O + 3 Cu

2+

Por ltimo, obtemos a ecuacin molecular a partir da ecuacin inica, engadindo os elementos queactuaron como espectadores:3 Cu + 8 HNO3 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O

c) Observando a semirreaccin de oxidacin do cobre: Cu 2 e Cu2+, vemos que, por cada mol decobre oxidado, se producen 2 moles de electrns.


9/39

255

4. Dada a reaccin H2S + HNO3 S + NO2: a) Axusta a reaccin. b) Indica razoadamente se algunhadas especies que interveen nela se oxida. (Selectividade COU. Xu-96)

Resolucin:

a) H2S + HNO3 S + NO2


Oxdase

2

-240

3

-2512

2

1

ONSONHSH

++++

++

Redcese


NO3 NO2

H2S S


2 H+ + NO3 + 1 e NO2 + H2O

H2S 2 e S + 2 H+

Igulase o nmero de electrns nas das semirreaccins e sumamos:

(2 H+ + NO3 + 1 e NO2 + H2O) x 2

H2S 2 e S + 2 H+

4 H+ + 2 NO3 + H2S 2 NO2 + 2 H2O + S

+ 2 H+

Simplificando:

2 H+ + 2 NO3 + H2S 2 NO2 + 2 H2O + S

Obtemos a ecuacin molecular a partir da ecuacin inica:

H2S + 2 HNO3 S + 2 NO2 + 2 H2O

b) Neste procesos hai unha especie que se oxida: o S2 do H2S, que perde electrns para dar xofre: S.

5. O dicromato de potasio [heptaoxodicromato(VI) de potasio] reacciona co sulfato de ferro(II)[tetraoxosulfato(VI) de ferro(II)] en medio cido sulfrico [tetraoxosulfato(VI) de hidrxeno],dando sulfato de ferro(III) [tetraoxosulfato(VI) de ferro(III)], sulfato de cromo(III)[tetraoxosulfato(VI) de cromo(III)], sulfato de potasio [tetraoxosulfato(VI) de potasio] e auga:a) Axusta a reaccin. b) Indica que especie se oxida e que especie se reduce c) Cantos gramos desulfato de cromo(III) podern obterse a partir de 5 gramos de dicromato de potasio se orendemento da reaccin do 60% (Selectividade COU. Set-99 eSet-95)

Resolucin:a) K2Cr2O7 + FeSO4 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O


Oxdase

OHOSK)OS(Cr)OS(FeOSHOSFeOCrK2

2

1

4

26

2

1

34

26

2

3

34

26

2

3

4

26

2

1

4

262

7

26

2

1

2

+++++++++++++

+++++

Redcese


Cr2O72 Cr3+

Fe2+ Fe3+


10/39

256


14 H+ + Cr2O72 + 6 e 2 Cr3++ 7 H2O

Fe2+ 1 e Fe3+


14 H+ + Cr2O72 + 6 e 2 Cr3++ 7 H2O

( Fe2+

1 e

Fe3+

) x 614 H+ + Cr2O7

2 + 6 Fe2+ 2 Cr3+ + 6 Fe3+ + 7 H2O


K2Cr2O7 + 6 FeSO4 + 7 H2SO4 3 Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7 H2O

b) Oxdanse os ins Fe2+ a Fe3+.

Redcense os ins dicromato: Cr2O72 a ins Cr3+.

c) Realizamos os clculos estequiomtricos a partir da ecuacin axustada do proceso:

Mr(K2Cr2O7) = 392 + 522 + 167 = 294Mr(Cr2(SO4)3) = 522 + 323 + 1612 = 392

5 g K2Cr2O7 =tericosg100

obtidosg60

)(SOCrmol1

)(SOCrg392

OCrKmol1

)(SOCrmol1

OCrKdeg294

OCrKmol1

342

342

722

342

722

722

= 4 g deCr2(SO4)3

6. De 1 litro dunha disolucin acuosa de cloruro de ferro(II) tmanse 100 ml e fanse reaccionar, enmedio cido, cunha disolucin 0,35 M de dicromato de potasio, sendo necesarios 64,4 ml desta ltimapara completar a oxidacin. Sabendo que nesta reaccin o Fe(II) se oxida a Fe(III) e o in dicromato,

Cr2O72

, se reduce a Cr(III): a) Formula e axusta, polo mtodo do in-electrn, a ecuacin dareaccin; b) Calcula a molaridade da disolucin de cloruro de ferro(II). (Selectividade COU. Xu-92)

Resolucin:

a) A reaccin da que se nos fala incle o proceso:

FeCl2 + K2Cr2O7 + H+ Fe3+ + Cr3+


Oxdase

CrFeHOCrKClFe33

7

26

2

1

22

12+++

+++

+++

Redcese


Cr2O72 Cr3+

Fe2+ Fe3+


14 H+ + Cr2O72 + 6 e 2 Cr3++ 7 H2O

Fe2+ 1 e Fe3+


14 H+ + Cr2O72 + 6 e 2 Cr3++ 7 H2O

( Fe2+ 1 e Fe3+ ) x 6

14 H+ + Cr2O72 + 6 Fe2+ 2 Cr3+ + 6 Fe3+ + 7 H2O


11/39

257

Obtemos a ecuacin molecular a partir da ecuacin inica, engadindo os elementos que actuaroncomo espectadores. Teremos en conta que nos produtos teremos os ins cloruro que acompaaban oferro nos reactivos e como medio cido imos poer HCl, no que tamn temos estes ins:

6 FeCl2 + K2Cr2O7 + 14 HCl 6 FeCl3 + 2 CrCl3 + 2 KCl + 7 H2O

b) Realizamos os clculos estequiomtricos a partir da ecuacin axustada do proceso:

64,4 ml disolucin =722

2722

OCrKmol1

FeClmol6

disolucinL1

OCrKmol0,35

disolucinml1000

disolucinL1 0,135 mol FeCl2

Os moles de FeCl2 estaban en 100 ml de disolucin acuosa (0,1 litros); entn, podemos calcular amolaridade desta disolucin:

===

1,0

14,0

disolucindelitros

solutodemolesM 1,4 M

7. A 1,2 g dun mineral de ferro engdeselle cido sulfrico diludo [tetraoxosulfato(VI) dehidrxeno], co cal todo o ferro que contn o mineral se disolve como ferro(II). Para oxidar esteferro(II) a ferro(III) consmense 20 ml dunha disolucin de permanganato de potasio[tetraoxomanganato(VII) de potasio] 0,10 M: a) Escribe e axusta a reaccin inica, sabendo que opermanganato redcese a sal de manganeso(II). b) Calcula a porcentaxe de ferro no mineral.(Selectividade COU. Xu-00)

Resolucin:

a) Polo enunciado sabemos que neste proceso ten lugar a oxidacin do Fe2+ a Fe3+, ao tempo que sereduce o permanganato (MnO4

) a Mn2+. Segundo isto, escribimos as das semirreaccins en formainica:

MnO4 Mn2+

Fe2+ Fe3+

Axustamos as semirreaccins estequiometricamente e electricamente:8 H+ + MnO4

+ 5 e Mn2+ + 4 H2O

Fe2+ 1 e Fe3+

Igualamos o nmero de electrns e sumamos as das semirreaccins:

8 H+ + MnO4 + 5 e Mn2+ + 4 H2O

(Fe2+ 1 e Fe3+) x 5

8 H+ + MnO4 + 5 Fe2+ Mn2+ + 4 H2O + 5 Fe

3+

A ecuacin inica xa est axustada.

b) Unha vez axustada, a ecuacin podemos facer os clculos estequiomtricos que nos permitancoecer canto ferro haba no mineral do principio:

0,020 L disolucin de KMnO4 =+

+

Femol1

Feg55,9

Femol1

Femol1

KMnOmol1

Femol5

disolucinL1

KMnOmol0,12

4

24 0,56 g de Fe

% de Fe = == 1002,1

56,0100

mineraldemasa

ferrodemasa47%


12/39

258

8. O cido sulfrico concentrado reacciona co bromuro de potasio transformndose en dixido dexofre e bromo elemental. Formula e axusta a reaccin global polo mtodo in-electrn e determinaos equivalentes redox dos compostos oxidante e redutor.

Resolucin:

H2SO4 + KBr SO2 + Br2


Oxdase

BrOS

-

BrKOSH

0

22

2411

4

26

2

1

++

++++

Redcese


SO42 SO2

Br

Br2


4 H+ + SO42 + 2 e SO2 + 2 H2O

2 Br 2 e Br2

Xa igual o nmero de electrns nas das semirreaccins; entn, sumamos:

4 H+ + SO42 + 2 e SO2 + 2 H2O

2 Br 2 e Br2

4 H+ + SO42 + 2 Br SO2 + Br2+ 2 H2O


2 H2SO4 + 2 KBr SO2 + Br2+ 2 H2O + K2SO4

Nesta reaccin o oxidante o cido sulfrico e o redutor o bromuro de potasio. Para estas especies,a masa equivalente ou equivalente-gramo, a masa desa especie que capaz de ceder ou captar unmol de electrns. Polo tanto, podemos coecer o valor dun equivalente: dividindo a masa dun molentre o nmero de electrns gaados ou perdidos no proceso (por cada mol).

dostransferielectrnsden

molarMasaeq =M

Mr(H2SO4) = 1 2 + 32 + 16 4 = 98

Masa dun equivalente do oxidante:===

2

98

)SO(H

r

42eq n

MM

49 g

Mr(KBr) = 39,1 + 79,9 = 119

Masa dun equivalente do redutor: ===1

119(KBr) req

n

MM 119 g

9. Dada a seguinte reaccin: 2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g); _H < 0. Contesta razoadamente:a) Absrbese ou librase calor cando ten lugar a reaccin? b) Como afecta ao equilibrio unhadiminucin da temperatura? Como afecta ao equilibrio un aumento de presin? unha reaccinredox? (Selectividade COU. Set-01)

Resolucin:

a) Se _ H< 0, o proceso exotrmico; polo tanto, desprndese enerxa, cando ten lugar a reaccin.


13/39

259

b) Segundo o principio de Le Chatelier: cando nun sistema en equilibrio se modifica algn factorexterno (presin, temperatura ou concentracin), o sistema evoluciona, desprazndose no sentido quetenda a contrarrestar esta modificacin. Segundo este principio, ao diminur a temperatura exterior, oequilibrio desprazarase cara a onde desprende calor, tratando de contrarrestar o efecto doarrefriamento, dicir, no sentido exotrmico ou cara dereita, neste caso.

Segundo o principio de Le Chatelier: cando nun sistema en equilibrio se modifica algn factor

externo (presin, temperatura ou concentracin), o sistema evoluciona, desprazndose no sentido quetenda a contrarrestar esta modificacin. Segundo este principio, ao aumentar a presin total, oequilibrio tende a contrarrestar a modificacin, desprazndose cara a onde dimine a presin; polotanto, cara a onde hai menor nmero de moles de gas, cara dereita, neste caso.

Esta reaccin unha reaccin redox: hai unha oxidacin e unha reducin que se poden apreciarvendo como varan os nmeros de oxidacin:

Oxdase

3

26

2

02

2

4

OS2OOS2

++

+

Redcese

10.En medio cido o in MnO42 oxida o in Fe2+ a Fe3+. Nese proceso o in MnO4 redcese a inMn2+ e ademais frmase auga: a) Axusta a correspondente ecuacin inica total, indicando ascorrespondentes semirreaccins de oxidacin e reducin. b) Calcula a molaridade dunhadisolucin de FeSO4 se 10 cm

3 desta disolucin consumiron 22,3 cm3 dunha disolucin de KMnO40,02 M para a sa oxidacin. (Selectividade COU. Set-01)

Resolucin:

a) Escribimos as das semirreaccins en forma inica:

Reducin : MnO4 Mn2+

Oxidacin: Fe2+ Fe3+

Axustamos as semirreaccins estequiometricamente e electricamente:Reducin : 8 H+ + MnO4

+ 5 e Mn2+ + 4 H2O

Oxidacin: Fe2+ 1 e Fe3+

Igualamos o nmero de electrns e sumamos as das semirreaccins:

Reducin : 8 H+ + MnO4 + 5 e Mn2+ + 4 H2O

Oxidacin: (Fe2+ 1 e Fe3+) x 5

Ecuacin inica axustada: 8 H+ + MnO4 + 5 Fe2+ Mn2+ + 4 H2O + 5 Fe

3+

b) Unha vez axustada a ecuacin, podemos facer os clculos estequiomtricos:

0,0223 L disolucin =+

+

2

4

4

2

4

44

Femol1

FeSOmol1

MnOmol1

Femol5

KMnOmol1

MnOmol1

disolucinL1

KMnOmol0,022,2310

3mol FeSO4

Os moles de FeSO4 estaban en 10 ml de disolucin acuosa (0,01 litros); entn, podemos calcular amolaridade desta disolucin:

=

==

01,0

1023,2

disolucindelitros

solutodemoles3

M 0,223 M


14/39

260

11.A introducin dunha lmina de Zn nunha disolucin 1 molar de cido clorhdrico supn adisolucin do metal e desprendemento de hidrxeno: a) Escribe a ecuacin qumica do procesoredox que ten lugar. b) Identifica a especie qumica que acta como axente oxidante e a que actacomo axente redutor. c) Admitindo que se traballa en condicins estndar, que signo lle asignarasao valor deE para o semipar Zn2+/Zn (Selectividade COU.Set-91)

Resolucin:

a) Oxidacin: Zn(s) 2 e

Zn2+

(ac)Reducin: 2 H+(ac) + 2 e2(g)

Ecuacin global: Zn(s) + 2 H+(ac) Zn2+(ac)+ 2(g)

b) A especie qumica que acta como axente oxidante a que se reduce; polo tanto, o in H+. Aespecie qumica que acta como axente redutor a que se oxida; polo tanto, o Zn.

c) Dado que ao elctrodo normal de hidrxeno se lle asignou un valor nulo en condicins estndar, osemipar Zn2+/Zn debe ter un E negativo, porque a sa tendencia a reducirse menor que a do H+;entn, o seu potencial normal de reducin menor de cero.

12.Consultando a tboa 7-1, indica razoadamente se, a 25 C, son verdadeiras ou falsas asafirmacins:a) En disolucin acuosa e 1 M, os ins Fe3+ oxidan os ins I a I2, reducndose os ins Fe3+ a Fe2+.b) En disolucin acuosa e 1 M, os ins Fe3+ oxidan aos ins Br a Br2, reducndose eles a Fe2+.c) O cido sulfrico diludo reacciona co cobre e desprndese hidrxeno.d) En disolucin acuosa e medio cido, os ins MnO4 oxidan os ins Ce3+ a Ce4+.e) O cido sulfrico diludo reacciona co ouro e obtense sulfato de ouro(III) con desprendemento

de hidrxeno.f) O sodio moi redutor e o flor un poderoso oxidante.g) O cido clorhdrico reacciona co magnesio e desprndese hidrxeno.Resolucin:

Se observamos os potenciais de reducin das especies implicadas nas afirmacins, lembrando que, cantomaior sexa o potencial normal de reducin, maior ser a tendencia a reducirse desa especie:

a) E(Fe3+/Fe2+) = 0,77 V;E(I2/ I) = 0,53 V

maior o potencial normal do ferro, polo que o que se reduce e o iodo, o que se oxida. Aafirmacin verdadeira.

b) E(Fe3+/Fe2+) = 0,77 V;E(Br2/ Br) = 1,06 V

maior o potencial normal do bromo, polo que o que se reduce e o ferro, o que se oxida. Aafirmacin falsa.

c) E(Cu2+/Cu) = 0,34 V; E(Cu+/Cu) = 0,52 V; E(H+/ H2) = 0 V

Para que o cido reaccione co cobre, debe de oxidalo, ao reducirse os ins H + a hidrxeno. Para que

ocorrese isto, o cobre debera ter un potencial normal de reducin negativo e non o ten. A afirmacin falsa.

d) E(MnO4/MnO2) = 1,68 V;E(Ce4+/Ce3+) = 1,61 V

A afirmacin verdadeira, porque o potencial normal do permanganato maior que o do cerio: esteltimo oxidarase e o primeiro reducirase.

e) E(Au3+/Au) = 1,31 V;E(H+/ H2) = 0 V

Para que o cido reaccione co ouro, debe de oxidalo, ao reducirse os ins H+ a hidrxeno. Para queocorrese isto, o ouro debera ter un potencial normal de reducin negativo e non o ten. A afirmacin falsa.

f) E(Na+/Na) = 2,71 V;E( F2/ F) = 2,87 V


15/39

261

A afirmacin verdadeira. O sodio ten un potencial normal de reducin moi baixo; polo tanto, tenmoita tendencia a oxidarse e ser moi redutor. O flor ten un potencial normal de reducin moi alto;

polo tanto, ten moita tendencia a reducirse e ser un poderoso oxidante.

e) E(Mg2+/Mg) = 2,37 V;E(H+/ H2) = 0 V

Para que o cido reaccione co magnesio, debe de oxidalo, ao reducirse os ins H+ a hidrxeno. Isto o que ocorre, porque o magnesio ten un potencial normal de reducin negativo. A afirmacin

verdadeira.

13.A unha disolucin que contn ins Fe2+, Fe3+ e Cu2+, todos en concentracin 1 M, engdensellelimaduras de ferro. Indica, xustificadamente, se ten lugar algunha reaccin e, en caso afirmativo,formula as correspondentes ecuacins qumicas. Datos:E(Fe2+/Fe) = 0,44 V.E(Fe3+/Fe2+) = 0,77V.E (Cu2+/Cu) = 0,34 V. (Selectividade COU. Set-92)

Resolucin:

Se observamos os potenciais normais de reducin, vemos que o maior o que corresponde reducin deFe3+ a Fe2+. Se ten lugar esta reducin, outra especie, con menor potencial, debe de oxidarse e, nestecaso, como non temos cobre que se poida oxidar a Cu2+, ten que oxidarse o ferro a Fe2+. Escribimos aecuacin deste proceso:

Reducin : Fe3+(ac) + 1 e Fe2+(ac)

Oxidacin: Fe(s) 2 eFe2+(ac)

Proceso global: 2 Fe3+(ac) + Fe(s) 3 Fe2+(ac)

Este o proceso mis probbel.

Se observamos de novo os potenciais, atopamos que, como o potencial normal de reducin do Cu2+ maior que o do Fe2+, tamn pode reducirse o Cu2+ a Cu e oxidarse o ferro a Fe2+:

Reducin : Cu2+(ac) + 2 e Cu(s)

Oxidacin: Fe(s) 2 eFe2+(ac)

Proceso global: Cu2+

(ac) + Fe(s) Cu(s) + Fe2+

(ac)

14.a) Que sucedera se se utilizase unha culler de aluminio para axitar unha disolucin de nitrato deferro(II)? b) E se se utilizase unha culler de ferro para axitar unha disolucin de aluminio. Datos:

E(Fe2+/Fe) = 0,44 V;E(Al3+/Al) = 1,67 V. (Selectividade COU. Set-94)*

Resolucin:

a) Como o potencial normal de reducin do Fe2+/Fe maior que o do Al3+/Al, o Fe2+ ter tendencia areducirse a Fe, oxidando o Al a Al3+, polo que a culler se disolve. O proceso ser:

Reducin : Fe2+(ac) + 2 e Fe(s)

Oxidacin: Al(s) 3 eAl3+(ac)

Proceso global: 3 Fe2+

(ac) + 2 Al(s) 3 Fe(s) + 2 Al3+

(ac)b) Se empregamos unha culler de ferro para axitar unha disolucin que contn Al3+, non haber

reaccin, porque a oxidacin do ferro, ao tempo que se reduce o Al 3+, non un proceso espontneo(tera que ser maior o potencial normal de reducin do aluminio).

15.Ao somerxer un cravo de ferro nunha disolucin 1 M de tetraoxosulfato(VI) de cobre(II) [sulfatode cobre(II)], obsrvase que sobre o cravo se forma unha capa avermellada. Interpreta o fenmenopropoendo unha reaccin qumica. Datos: E (Cu2+/Cu) = 0,34 V e E(Fe2+/Fe) = 0,44 V.(Selectividade COU. Set-00)**

Resolucin:

Na disolucin hai ins Cu2+ do sulfato de cobre(II) e temos o ferro do cravo. O potencial normal de

reducin do cobre maior que o do ferro, polo que espontaneamente se reducir o Cu2+

a Cu e se oxidar* Pregunta dun exercicio de tres cuestins.** Pregunta dun exercicio de das cuestins


16/39

262

o Fe a Fe2+. Isto explica que sobre o cravo se deposite unha capa avermellada, que se debe ao depsitode cobre metlico (Cu).

Os procesos que teen lugar son:

Oxidacin: Fe(s) 2 e Fe2+(ac)


Proceso global: Cu

2+

(ac) + Fe(s) Cu(s) + Fe

2+

(ac)16.Razoa se son verdadeiras ou falsas as seguintes afirmacins: a) Non pode realizarse unha oxidacin

en ausencia de osxeno. b) Cando un metal se ioniza oxidase. (Selectividade COU. Set-94)***

Resolucin:

a) Falsa. A oxidacin unha perda de electrns que pode ter lugar en ausencia de osxeno, sempre queexista outra especie que poida captar os electrns, reducndose.

b) Verdadeira. Cando un metal se ioniza, aumenta a sa carga positiva formando un catin; polo tanto,perde electrns, oxidndose.

17.Indica se o cobre metal pode disolverse en cido clorhdrico 1 M, obtndose cloruro de cobre(II) ehidrxeno molecular. Datos:E(Cu2+/Cu) = +0,34 V e E(2H+/H2) = +0,00 V. Razoa a resposta.(Selectividade COU. Xu-01)

*

Resolucin:

O cido clorhdrico 1 M un cido forte que libera ins H +, de potencial de reducin nulo, polo queoxidar os metais que tean potencial negativo (menor que cero), disolvndoos. Os ins H+ reduciransecon desprendemento de hidrxeno gasoso. Como o potencial de reducin do cobre maior que cero, nonse disolver en cido clorhdrico.

Podemos xustificar o dito, supoendo a oxidacin do cobre en medio cido:

Oxidacin: Cu(s) 2 e Cu2+(ac)

Reducin : 2 H+(ac) + 2 e H2(g)

Proceso global: 2 H+(ac) + Cu(s)H2(g) + Cu2+(ac)

E =E(2H+/H2) E(Cu2+/Cu) = 0 0,34 = 0,34 V

O potencial da pila as formada negativo. Se substitumos na expresin: G = n F E, obtemosque G > 0, polo que o proceso de oxidacin do cobre en presenza de cido clorhdrico non espontneo.

18.A partir dos seguintes datos de potenciais normais de reducin: Cu2+ + 2 e _ Cu(s), E = +0,34 V e2 H+ + 2 e _ H2(g), E = +0,00 V. Razoa cal das seguintes reaccins ter lugar espontaneamente:Cu2+ + H+ _ ......... ; Cu2+ + H2(g) _ ......... ; Cu(s) + H

+ _ ......... ; Cu(s) + H2(g) _ ........ (SelectividadeCOU. Set-01).

Resolucin:Como G = n F E,para que a variacin de enerxa libre de Gibbs sexa negativa e, polo tanto, o

proceso espontneo, o valor do potencial do proceso debe ser positivo. Se observamos os potenciais dosdous semipares, E(2H+/H2) = 0 V e E(Cu

2+/Cu) = 0,34 V, vemos que obtemos un potencial globalpositivo, cando se reduce o in Cu2+ e se oxida o H+:

E =E(Cu2+/Cu) E(2H+/H2) = 0,34 0 = 0,34 V

O proceso espontneo ser:


Oxidacin: H2(g) 2 e 2 H+(ac)

Proceso global: Cu2+

(ac) + H2(g) Cu(s) + 2 H+

(ac)*** Pregunta dun exercicio de catro cuestins.* Pregunta dun exercicio de tres cuestins.


17/39

263

19.Sabendo que o E dos sistemas: Na+/Na; Zn2+/Zn; Ag+/Ag e Cl2/2Cl vale, respectivamente, 2,71;0,76; 0,80 e 1,36 V, e partindo en todos os casos de reactivos e produtos nas condicins nas que se

define o potencial normal, indica razoadamente cales das seguintes reaccins se daran en sentidodirecto, cales en sentido inverso e cales non se daran: a) Na + + 1/2 H2 Na + H

+;b) 2 Ag+ + Zn Zn2+ + 2 Ag; c) Zn + 2 H+ Zn2+ + H2; d) Cl + Na

+ 1/2 Cl2 + Na;e) Ag+ + H+ Ag + 1/2 H2. (Selectividade COU. Set-93)

Resolucin:

a) Na+ + 1/2 H2 Na + H+

E(Na+/Na) = 2,71 V E(Zn2+/Zn) = 0,76V, polo que a prata ten tendencia a reducirse, oxidandoo cinc. Entn, esta reaccin darase en sentido directo.

c) Zn + 2 H+ Zn2+ + H2

E(Zn2+/Zn) = 0,76V < E(2H+/H2) = 0V, polo que o hidrxeno ten tendencia a reducirse,

oxidando o cinc. Segundo isto, a ecuacin citada darase en sentido directo.d) Cl + Na+ 1/2 Cl2 + Na

E(Na+/Na) = 2,71 V


18/39

264

b) E(I2/ I) = 0,53 V

c) E(Ag+/Ag) = 0,80 V

d) E(Na+/Na) = 2,71 V

e) E(Mg2+/Mg) = 2,37 V

A orde crecente de poder redutor : Ag(s) < Fe2+(ac) < I (ac) < Mg(s) < Na(s).

22.A 25 C, tense separadamente disolucins acuosas que conteen Ag+, H+, Pb2+, Cr2O72 e Zn2+,todas elas en concentracin 1 M. Consultando a tboa 7-1, ordena estes ins por orde crecente depoder oxidante.

Resolucin:

Canto maior o poder oxidante dunha especie, maior a tendencia a reducirse desa especie; polo tanto,maior o seu potencial normal de reducin. Segundo isto, a orde crecente de poder oxidante unha ordecrecente de potencial de reducin. Os potenciais normais de reducin das especies citadas son:

E(Ag+/Ag) = 0,80 V

E(H+/H2) = 0V

E(Pb

2+

/Pb) =

0,13 VE(Cr2O7

2/Cr3+) = 1,33 V

E(Zn2+/Zn) = 0,76V

A orde crecente de poder oxidante : Zn2+ < Pb2+ < H+ < Ag+ < Cr2O72 .

23.No laboratorio disps de catro lminas metlicas de nquel, cinc, ferro e prata, as como das salescloruro de nquel(II), sulfato de cinc, sulfato de ferro(II), nitrato de prata e cloruro de potasio.Explica como construiras unha pila para obter un mximo valor posbel do potencial normal. Calsera ese valor Que elctrodo actuara como nodo e cal como ctodo Datos:E(V): Ni2+/Ni = 0,25;Zn2+/Zn = 0,76; Fe2+/Fe = 0,44; Ag+/Ag = 0,80. (Selectividade COU. Set-92)

Resolucin:

A pila de maior potencial normal obtense empregando o elctrodo de maior potencial normal xunto co demenor potencial normal. Neste caso, deberiamos empregar o elctrodo de prata e o de cinc.

Para construr a pila, debemos dispoer de dous recipientes, nundeles somerxese a lmina de prata nunha disolucin que conteains Ag+, neste caso nitrato de prata 1 M, no outro somerxese almina de cinc nunha disolucin de sulfato de cinc 1 M. Acontinuacin, conctanse as lminas mediante un fo condutor ecomuncanse os dous recipientes mediante unha ponte salina feitacun tubo en forma de U recheo coa disolucin de cloruro de

potasio.

Os procesos que teen lugar na pila son:nodo: Oxidacin: Zn(s) 2 e Zn2+(ac)

Ctodo: Reducin: Ag+(ac) + 1 e Ag(s)

O potencial desta pila ser:

E=Ectodo Enodo = 0,80 (0,76) = 1,56 V24.Sabes que unha clula galvnica Explica como a construiras no laboratorio. Comenta as sas

aplicacins. (Selectividade COU. Xu-94 e Xu-01)

Resolucin:

Unha clula galvnica (tamn chamada clula voltaica, clula electroqumica, pila voltaica, pilagalvnica, pila electroqumica, pila elctrica ou, simplemente, pila) un dispositivo que produce unhacorrente elctrica continua a partir dun proceso redox, dicir, transforma a enerxa qumica en elctrica.


19/39

265

Para construr unha clula galvnica no laboratorio, hai que encher at as das terceiras partes, un vasode precipitados pequeno cunha disolucin de sulfato de cinc. Noutro ponse unha cantidade similar desulfato de cobre(II). A continuacin, somrxese un elctrodo de cinc (lmina de cinc) na disolucin desulfato de cinc e un de cobre (lmina de cobre) na disolucin de sulfato de cobre(II). Comuncanse asdas disolucins mediante unha ponte salina feita cun tubo en forma de U cheo dunha disolucinconcentrada de cloruro de potasio e cos seus extremos taponados con la de vidro. Por ltimo, mediantedas pinzas de crocodilo e dous cables de conexin, conctanse os elctrodos aos bornes dun voltmetro

de corrente continua para coecer o potencial da pila.

A clula galvnica descrita a de Daniell, que se empregou no sculo XX en telegrafa e sinalizacin deferrocarrs. En xeral, as clulas galvnicas producen corrente continua, polo que serve para facerfuncionar calquera dispositivo que funcione con este tipo de corrente. O seu fundamento tamn seemprega para resolver problemas de corrosin.

25.Desxase construr unha pila baseada na reaccin espontnea: Zn(s) + 2 Fe3+(ac) Zn2+(ac) + 2Fe2+(ac): a) Debuxa un esquema da pila indicando nodo, ctodo e o sentido de movemento doselectrns no circuto exterior. b) Calcula a sa fem estndar a partir dos datos da tboa 7-1.

Resolucin:

a) En primeiro lugar, observamos a reaccin que se quere empregar:Zn(s) + 2 Fe3+(ac) Zn2+(ac) + 2 Fe2+(ac)

Vemos que nela o cinc se oxida e o Fe 3+ se reduce. O cinc oxidarase no nodo e o Fe3+ reducirase noctodo.

O esquema da pila o seguinte:

b) Consultando a tboa 8-1, anotamos os valores dos potenciais normais de reducin das especies queinterveen no proceso:

E(Fe2+/Fe2+) = 0,77 V (ctodo)

E(Zn2+

/Zn) = 0,76 V (nodo)Con eles podemos calcular a fem estndar desta pila:

E =Ectodo Enodo = 0,77 (0,76) = 1,53 V

26.Describe a pila ou clula galvnica formada por das semipilas: unha cun elctrodo de cobresomerxido nunha disolucin de sulfato de cobre(II) 1 M; e a outra un elctrodo de prata somerxidonunha disolucin de nitrato de prata 1 M. Indica: a) Cal o ctodo e cal o nodo Reaccin que seproduce en cada elctrodo e a reaccin total. b) Sentido do fluxo de electrns polo circuto externo.c)E da pila. d) Que especie se oxida e cal se reduce, as como o axente oxidante e o axente redutor.Datos:E (Cu2+/Cu) = 0,34 V.E (Ag+/Ag) = 0,84 V. (Selectividade COU.Xu-93 e Set-02)

Resolucin:

Se observamos os potenciais das especies implicadas no proceso:

E (Cu2+/Cu) = 0,34 V


20/39

266

E (Ag+/Ag) = 0,84 V

Vemos que maior o potencial de reducin da prata (mis tendencia a reducirse). Nese elctrodo terlugar a reducin ser o ctodo. Posto que o potencial de reducin para o cobre menor, en presenza doelctrodo de prata oxidarase e ser o nodo.O esquema desta pila e o que segue:

a) As semirreaccin que se producen no nodo (cobre) e no ctodo (prata) e o proceso global sern:

Ctodo: (Ag+ + e Ag) x 2

nodo: Cu Cu2+ + 2 e

2 Ag+ + 2 e 2 Ag

Cu Cu2+ + 2 e

Proceso global: Cu + 2 Ag+ Cu2+ + 2 Ag

b) O sentido do movemento dos electrns polo circuto externo do elctrodo de cobre (negativo) ao

de prata (positivo), como se pode apreciar no esquema.

c) O potencial da pila en condicins estndar:

E =Ectodo Enodo = 0,84 0,34 = 0,5 V

d) A especie que se oxida o cobre (Cu), xa que perde electrns; polo tanto, acta como axenteredutor.

A especie que se reduce o in prata (Ag+) que gaa electrns, actuando como axente oxidante.

27.Dados os potenciais normais de reducin,E, dos seguintes pares: Na+/Na = 2,71 V; Cl2/Cl = 1,36 V;K+/K = 2,92 V; Cu2+/Cu = 0,34 V. Indica: a) O elemento qumico mis oxidante e o mis redutor.b) Que parella de semielementos proporcionar a pila de maior potencial normal? c) Cal ser estevalor? d) Que reaccin ter lugar nesta pila? Escrbea. (Selectividade COU. Set-96)

Resolucin:

a) Se observamos os potenciais normais de reducin do enunciado, vemos que:

E(Cl2/Cl)

= 1,36 V o maior, entn o cloro (Cl2) ser o elemento dos citados que ten mistendencia a reducirse. Polo tanto, o cloro ser o mis oxidante.

E(K+/K) = 2,92 V o menor, entn o potasio (K) ser o elemento dos citados que ten menostendencia a reducirse e mis tendencia a oxidarse. Polo tanto, o potasio ser o mis redutor.

b) A parella de semielementos que proporcionar unha pila de maior potencial normal aquela formada

polo elemento de maior potencial e o elemento de menor potencial. Segundo isto, ser a formada porcloro e potasio.

c) E =Ectodo Enodo = 1,36 (2,92) = 4,28 V


21/39

267

d) Nesta pila ten lugar a reducin do cloro e a oxidacin do potasio, segundo:

Ctodo: Cl2 + 2 e 2 Cl

nodo: (K K+ + 1 e) x 2

Cl2 + 2 e 2 Cl

2 K 2 K+ + 2 e

Proceso global: Cl2 + 2 K 2 Cl+ 2 K+

28.Explica como construiras no laboratorio unha pila con elctrodos de cinc e cobre. Fai o debuxocorrespondente. Indica as reaccins que teen lugar, as como o sentido de circulacin dos electrns.Cales son as especies oxidante e redutora Datos: E(Zn2+/Zn) = 0,76 V; E(Cu2+/Cu) = +0,34 V.(Selectividade COU. Xu-96, Xu-98 eSet-99)

Resolucin:

Para construr esta pila no laboratorio necestanse: dous vasos de precipitados pequenos, unha lmina decobre, unha lmina de cinc, tubo en forma de U, das pinzas de crocodilo, dous cables de conexin e un

voltmetro de corrente continua (0-5 V), ademais de disolucins de sulfato de cobre(II) 1 M; de sulfatode cinc 1 M e de cloruro de potasio concentrada.

Nun dos vasos de precipitados btase a disolucin desulfato de cinc e no outro a disolucin de sulfato decobre(II). Somrxese o elctrodo de cinc (lmina de cinc)na disolucin de sulfato de cinc e o de cobre (lmina decobre) na disolucin de sulfato de cobre(II). Comuncanseas das disolucins mediante unha ponte salina feita co tuboen forma de U cheo coa disolucin concentrada de clorurode potasio e cos seus extremos taponados con la de vidro.Con das pinzas de crocodilo e a travs dos cables de

conexin, conectamos os elctrodos aos bornes dunvoltmetro de corrente continua, no que se poder ver ovalor da diferenza de potencial que xera a pila.

As reaccins que teen lugar son a oxidacin do cinc e a reducin dos ins Cu2+:

nodo: Zn Zn2+ + 2 e

Ctodo: Cu2+ + 2 e Cu

Zn(s) + Cu2+(ac) Zn2+(ac) + Cu(s) Proceso global

O sentido do movemento dos electrns polo circuto externo do elctrodo de cinc (negativo) ao decobre (positivo), como se pode apreciar no esquema.

A especie oxidante a que se reduce, gaando electrns, dicir, a que ten un potencial de reducinmaior: os ins do cobre (Cu2+).

A especie redutora a que se oxida, perdendo electrns, dicir, a que ten menor potencial normal dereducin: o cinc (Zn).

29.Consultando a tboa 7-1, calcula o valor da constante de equilibrio correspondente reaccin deoxidacin dos ins Fe2+ polo permanganato de potasio en medio cido: MnO4 + 5 Fe

2+ + 8 H+Mn2+ + 5 Fe3+ + 4 H2O, e indica o sentido de desprazamento de tal equilibrio.

Resolucin:MnO4

+ 5 Fe2+ + 8 H+Mn2+ + 5 Fe3+ + 4 H2O


22/39

268

Se observamos a reaccin, vemos que, cando a reaccin dada transcorre da esquerda dereita, se reduceo MnO4 a Mn

2+ e se oxida o Fe2+ a Fe3+.

Buscamos na tboa os potenciais normais de reducin para as especies implicadas:

Fe3+ + 1 eFe2+ E = 0,77 VMnO4 + 8 H

+ + 5 eMn2+ + 4 H2O E = 1,49 V

E =EctodoE nodo = 1,49 0,77 = 0,72 VO nmero de electrns transferidos no proceso global n = 5.

logKc =n E

o

0 059,=

059,0

)72,0(5 = 61

Kc = 1061

Como esta constante moi grande, o equilibrio estar totalmente desprazado cara dereita.

30.Como construiras unha pila no laboratorio? Fai o esquema correspondente do exemplo quemanexaches. Indica as reaccins que teen lugar, as como o sentido de circulacin dos electrns.(Selectividade COU. Xu-02)

Resolucin:

Para construr unha pila no laboratorio, por exemplo a pila deDaniell, hai que encher, at aproximadamente a metade, dousvasos de precipitados pequenos: un cunha disolucin de sulfatode cinc 1 M e outro cunha disolucin de sulfato de cobre(II) 1M. A continuacin, somrxese un elctrodo de cinc (lmina decinc) na disolucin de sulfato de cinc e un de cobre (lmina decobre) na disolucin de sulfato de cobre(II). Comuncanse asdas disolucins mediante unha ponte salina feita cun tubo en

forma de U cheo dunha disolucin concentrada de cloruro depotasio e cos seus extremos taponados con la de vidro. Porltimo, mediante das pinzas de crocodilo e dous cables deconexin, conctanse os elctrodos aos bornes dun voltmetrode corrente continua, no que mediremos o potencial da pila.


nodo: Zn Zn2+ + 2 eCtodo: Cu2+ + 2 e Cu

Zn(s) + Cu2+(ac) Zn2+(ac) + Cu(s) Proceso global


31.Ao electrolizar cloruro de litio fundido, obtense cloro no nodo e litio no ctodo. Calcula aintensidade de corrente necesaria para descompoer, nunha hora, 15,0 g de cloruro de litio fundido.

Resolucin:

a) O cloruro de litio fundido est ionizado, segundo:

LiCl Li+ + Cl

No ctodo ten lugar a reducin: Li+ + 1 e LiNo nodo ocorre a oxidacin: 2 Cl 2 e Cl2

2 Li+ + 2 Cl 2 Li + Cl2

Proceso global: 2 LiCl 2 Li + Cl2


23/39

269

Empregando a frmula obtida das leis de Faraday:

Mr(LiCl) = 6,9 + 35,5 = 42,4

m =M I t

.

eq

96500=

50096

rtI

n

M

15,0 =50096

360014,42

I

I= 9,48 A

Outra forma de resolvelo:

=

emol1

C50096

LiClmol1

emol1

LiClg42,4

LiClmol1

s3600

LiClg159,48 A

32.Realiza o esquema dunha cela na que ten lugar a descomposicin electroltica da auga. Indica anatureza dos gases que se xeran no nodo e ctodo. Se a travs dos elctrodos se fai pasar unhacorrente de 96 500 C (equivalente ao paso dun mol de electrns), que volume de H 2 medido encondicins normais se pode obter no proceso (Selectividade COU. Set-91)

Resolucin:

Na descomposicin electroltica da auga, as reaccins que teen lugar son a oxidacin dos ins OH e areducin dos ins H+:

nodo: 2 OH 1/2 O2 + H2O + 2 e

Ctodo: 2 H+ + 2 e H2

Os gases producidos son osxeno no nodo e hidrxeno no ctodo.Se se fai pasar a corrente equivalente ao paso dun mol de electrns, libranse:

=

2

2

Hmol1

L22,4

emol2

Hmol1emol1 11,2 litros de H2

33.a) Que intensidade de corrente se necesita para depositar no ctodo dunha cuba electroltica 5 g decobalto a partir dunha disolucin de bistrioxonitrato(V) de cobalto [nitrato de cobalto(II)] en 30minutos b) Cal ser o nmero de tomos de cobalto depositados Datos: 1 F = 96 500;

NA = 6,0231023. (Selectividade COU. Xu-98)

Resolucin:a) Da ionizacin da disolucin de nitrato de cobalto(II) xorden ins Co2+:

Co(NO3)2 Co2+ + 2 NO3


24/39

270

No ctodo ocorre a reducin que fai que se deposite cobalto, segundo a semirreaccin:

Co2+ + 2 e Co

Calculamos a intensidade da corrente para que se depositen 5 g de cobalto en 30 minutos:

Ar(Co) = 58,9

=

emol1

C50096

Comol1

emol2

Cog58,9

Comol1

s8001

Cog59,1 A

b) Podemos calcular o nmero de tomos de cobalto depositados a partir dos gramos:

=

Comol1

tomos106,022

g58,9

Comol1Cog5

23

5,11022 tomos de Co

34.Qurese dourar un obxecto que ten unha superficie exterior de 50 cm2, de xeito que a capa de ourotea un grosor de 0,10 mm. Para isto introdcese o obxecto como ctodo dunha cuba electrolticaque contn unha disolucin de cloruro de ouro(III) e conctase a unha corrente continua deintensidade 3,5 A. Calcula o tempo necesario para dourar ese obxecto. Dato: Densidade do ouro a20 C = 19,3 g/cm3.

Resolucin:

En primeiro lugar, calculamos a masa de ouro que se quere depositar no obxecto:

Volume = Superficie Espesor

V = 50 cm2 0,01 cm = 0,5 cm3

Coecida a densidade do ouro, podemos calcular a masa:

m = V

m = 19,3 g/cm3 0,5 cm3 = 9,65 g de Au

No ctodo ten lugar a reducin do Au3+, segundo:

Au3+

+ 3 e

AuEstabelecemos as relacins estequiomtricas para calcular o tempo que se tardan en depositar os 0,965 gde ouro, lembrando que a intensidade de 3,5 A se corresponde co paso de 3,5 C nun segundo:

Ar(Au) = 197

=

C3,5

s1

emol1

C96500

Aumol1

emol3

Aug197

Aumol1Aug9,65 4,05103 s

35.Ao electrolizar cloruro de sodio fundido obtense cloro gas no nodo e sodio no ctodo. Por unhacuba electroltica que contn cloruro de sodio fundido faise pasar unha corrente continua de 3 Adurante 1 hora: a) Escribe as semirreaccins que teen lugar no nodo e no ctodo e a ecuacin

qumica do proceso global. b) Calcula a masa de sodio obtida no ctodo. c) Calcula o volume decloro gas, medido en condicins normais, que se desprende no nodo.

Resolucin:

a) O cloruro de sodio est disociado en ins: NaCl Na+ + Cl. Cando se fai a electrlise, os catinsNa+ dirxense cara ao ctodo (polo +), onde se reducen a sodio metlico. Os anins Cl dirxense caraao nodo (polo ), onde se oxidan a cloro gas. As, as semirreaccins que teen lugar son:

nodo: 2 Cl Cl2 + 2 e

Ctodo: Na+ + 1 e Na

Proceso global: 2 Na+ + 2 Cl 2 Na + Cl2


25/39

271

b) Se se fai pasar unha corrente de 3 A durante 1 hora (3600 s), coecemos a carga que circulou:

Q = I t= 3 3600 = 10800 C

Ar(Na) = 23

=

Namol1

Nag23

emol1

Namol1

C96500

emol1C10800 2,57 g de Na

c) Para a mesma cantidade de corrente circulando pola disolucin:

=

2

22

Clmol1

ClL22,4

emol2

Clmol1

C96500

emol1C10800 1,25 litros de Cl2

36.Por electrlise dunha disolucin de nitrato de prata obsrvase experimentalmente que se depositaprata no ctodo e se desprende osxeno no nodo. Ao electrolizar durante certo tempo unhadisolucin de nitrato de prata, depostanse 54,20 g de prata: a) Escribe as semirreaccins queteen lugar no nodo e no ctodo e a ecuacin qumica do proceso global. b) Calcula o volume deosxeno, medido a 300 K e 1 atm, que se desprende no nodo.

Resolucin:

a) O nitrato de prata disolto est disociado en ins, segundo:

AgNO3 Ag+ + NO3

No ctodo ten lugar a reducin dos ins Ag+. No nodo ocorre unha oxidacin, que non pode ser dosins nitrato, porque neles o nitrxeno est no seu estado de oxidacin mis alto, polo que ten lugar aoxidacin dos ins OH da auga con desprendemento de osxeno gasoso. As semirreaccins sern:

Ctodo: Ag+ + 1 e Ag

nodo: 2 OH 2 e 1/2 O2 + H2O

Proceso global: 2 Ag+ + 2 OH 2 Ag + 1/2 O2 + H2O

b) Se sabemos que se depositaron 54,20 g de prata, podemos estabelecer as relacins estequiomtricasnecesarias para calcular o volume de osxeno desprendido no nodo:

Ar(Ag) = 107,9

22 Omol126,0

Agmol2

Omol0,5

Agg107,9

Agmol1Agg20,54 =

Supoendo comportamento ideal:

P V = n R T

1 V= 0,126 0,082 300

V= 3,1 litros de O2

37.Explica como construiras no laboratorio unha clula galvnica e outra electroltica. Describe omaterial e os produtos que empregaras. Que analoxas e diferenzas hai entre elas Comenta assas posbeis aplicacins. (Selectividade COU. Set-93)

Resolucin:

Para construr unha clula galvnica no laboratorio, por exemplo a pila de Daniell, hai que encher, ataproximadamente as das terceiras partes, dous vasos de precipitados pequenos: un cunha disolucin desulfato de cinc 1 M e outro cunha disolucin de sulfato de cobre(II) 1 M. A continuacin, somrxese un

elctrodo de cinc (lmina de cinc) na disolucin de sulfato de cinc e un de cobre (lmina de cobre) nadisolucin de sulfato de cobre(II). Comuncanse as das disolucins mediante unha ponte salina feita cuntubo en forma de U cheo dunha disolucin concentrada de cloruro de potasio e cos seus extremostaponados con la de vidro. Por ltimo, mediante das pinzas de crocodilo e dous cables de conexin,


26/39

272

conctanse os elctrodos aos bornes dun voltmetro de corrente continua, no que mediremos o potencialda pila.

Para construr unha clula electroltica, necestase unha cubeta, recipiente no que se pon un electrlitofundido ou disolto (por exemplo, sulfato de cobre(II) 1 M). No lquido introdcense dous elctrodosinertes, de platino ou grafito, conectados a un xerador de corrente continua. Entre os elctrodosconectados ao xerador orixnase un campo elctrico tal que os ins negativos (anins) se dirixen cara ao

elctrodo positivo, onde perden electrns, oxidndose. Os ins positivos (catins) dirxense cara aoelctrodo negativo, no que captan electrns, reducndose.

Principais similitudes entre a clula galvnica e a electroltica:

Nos dous casos ocorre un proceso redox.

Os elctrodos dunha cuba electroltica, como nas pilas, reciben os nomes de nodo e ctodo.

Tanto no nodo das pilas como no das cubas electrolticas, ten lugar a oxidacin.

No ctodo das pilas e no das cubas electrolticas ten lugar a oxidacin.

Principais diferenzas entre a clula galvnica e a electroltica:

O nodo da pila o polo negativo e na electrlise o positivo.

O ctodo da pila o polo positivo e na electrlise o negativo. Na pila prodcese corrente elctrica e na electrlise consmese corrente elctrica.

O proceso redox que ten lugar na pila espontneo e o que ten lugar na electrlise non.

En xeral, as clulas galvnicas producen corrente continua, polo que serven para facer funcionar calqueradispositivo que funcione con este tipo de corrente. O seu fundamento tamn se emprega para resolver

problemas de corrosin.

As electrlises emprganse na carga dos acumuladores, obtencin de metais, obtencin de cloro,hidrxeno e hidrxido de sodio, descomposicin da auga en hidrxeno e osxeno, purificacin e refino decertos metais e no recubrimento con metais ou galvanotecnia.


27/39

273

PROBLEMAS E CUESTINS DE SELECTIVIDADE

O KMnO4 en presenza de H2SO4 transforma o FeSO4 en Fe2(SO4)3, formndose tamn K2SO4,MnSO4 e auga: a) Axusta a reaccin molecular. b) Cantos cm

3 de disolucin de KMnO4 0,5 Msern necesarios para reaccionar con 2,40 gramos de FeSO4? (Xu-96)

Resolucin:a) KMnO4 + FeSO4 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O


Oxdase

OHOSKOSMn)OS(FeOSHOSFeOMnK2

2

1

4

26

2

1

4

262

34

26

2

3

4

26

2

1

4

262

4

271 +++++++++++++

+++++

Redcese


MnO4 Mn2+

Fe2+

Fe3+


8 H+ + MnO4 + 5 e Mn2++ 4 H2O

Fe2+ 1 e Fe3+


8 H+ + MnO4 + 5 e Mn2++ 4 H2O

( Fe2+ 1 e Fe3+ ) x 5

8 H+ + MnO4 + 5 Fe2+ Mn2+ + 5 Fe3+ + 4 H2O

Obtemos a ecuacin molecular, a partir da ecuacin inica, engadindo os elementos que actuaron

como espectadores:KMnO4 + 5 FeSO4 + 4 H2SO4 5/2 Fe2(SO4)3 + MnSO4 + 1/2 K2SO4 + 4 H2O

Ou ben:

2 KMnO4 + 10 FeSO4 + 8 H2SO4 5 Fe2(SO4)3 + 2 MnSO4 + K2SO4 + 8 H2Ob) Realizamos os clculos estequiomtricos a partir da ecuacin axustada do proceso:

Mr(FeSO4) = 56 + 32 + 164 = 152

2,40 g FeSO4 =L1

cm1000

KMnOmol0,5

disolucinL1

FeSOmol10

KMnOmol2

FeSOdeg152

FeSOmol1 3

44

4

4

4 6,3 cm3

O KMnO4 en presenza de H2SO4 capaz de oxidar ao H2S a S elemental, formndose MnSO4;K2SO4 e auga: a) Axusta a reaccin. b) Indica o oxidante e o redutor. c) Indica a especie que seoxida e a que se reduce. (Set-96)

Resolucin:

a) KMnO4 + H2S + H2SO4 S + MnSO4 + K2SO4 + H2O


Oxdase2

2

1

4

26

2

1

4

2620

4

26

2

121

24

271

OHOSKOSMnOSH

-

SHOMnK

++++++++++

+++++ S

Redcese


28/39

274


MnO4 Mn2+

S2 S

Axustamos a masa:

8 H+ + MnO4 Mn2+ + 4 H2O

S2

SAxustamos a carga:

8 H+ + MnO4 + 5 e Mn2+ + 4 H2O

S2 2 e S


(8 H+ + MnO4 + 5 e Mn2+ + 4 H2O) x 2

(S2 2 e S) x 5

16 H+ + 2 MnO4 + 5 S2 2 Mn2+ + 8 H2O + 5 S

Obtemos a ecuacin molecular, a partir da ecuacin inica, engadindo os elementos que actuaroncomo espectadores:

2 KMnO4 + 5 H2S + 3 H2SO4 5 S + 2 MnSO4 + K2SO4 + 8 H2Ob) O oxidante a substancia que favorece a oxidacin doutra, captando electrns e, polo tanto,

reducndose. Neste caso, o oxidante o KMnO4 o oxidante.

O redutor substancia que favorece a reducin doutra, cedendo electrns e, polo tanto, oxidndose.Neste caso, o H2S o redutor.

c) A especie que se oxida o in sulfuro: S2 , e a que se reduce o in permanganato: MnO4 .

Tendo en conta os potenciais normais de reducin, E, dos seguintes pares: Ag+/Ag = +0,80 V;Zn2+/Zn = 0,76 V; Cu2+/Cu = +0,34 V: a) Ordena os metais en orde crecente segundo o seucarcter redutor. b) Cal ou cales deben liberar hidrxeno cando se fan reaccionar con disolucinscidas? Razoa as respostas. (Xu-97)

Resolucin:

a) A orde crecente de carcter redutor unha orde crecente de tendencia a oxidarse; polo tanto, unhaorde decrecente de potenciais de reducin. As, a orde crecente de poder redutor :

Ag < Cu < Zn

b) Os cidos liberan ins H+, de potencial de reducin cero, polo que oxidarn os metais que teanpotencial negativo (menor que cero), disolvndoos. Os ins H+ reduciranse con desprendemento de

hidrxeno gasoso. Dos anteriores, s liberar hidrxeno gasoso en medio cido o cinc.

Explica como construiras no laboratorio unha clula galvnica. Describe o material e os produtosque empregaras. (Xu-97)

Resolucin:

Para construr unha clula galvnica no laboratorio, por exemplo a pila de Daniell, hai que encher, ataproximadamente as das terceiras partes, dous vasos de precipitados pequenos: un cunha disolucin desulfato de cinc 1 M e outro cunha disolucin de sulfato de cobre(II) 1 M. A continuacin, somrxese unelctrodo de cinc (lmina de cinc) na disolucin de sulfato de cinc e un de cobre (lmina de cobre) nadisolucin de sulfato de cobre(II). Comuncanse as das disolucins mediante unha ponte salina feita cuntubo en forma de U cheo dunha disolucin concentrada de cloruro de potasio e cos seus extremos

taponados con la de vidro. Por ltimo, mediante das pinzas de crocodilo e dous cables de conexin,conctanse os elctrodos aos bornes dun voltmetro de corrente continua, no que mediremos o potencialda pila.


29/39

275

a) Ao somerxer un cravo de ferro nunha disolucin 1,0 M de tetraoxosulfato(VI) de cobre(II)[sulfato de cobre(II)], obsrvase que sobre o cravo se forma unha capa avermellada. Interpreta ofenmeno, propoendo unha reaccin qumica. b) Indica se se producir a seguinte reaccin:Fe3+ + Zn2+ Fe2+ + Zn, sabendo que os potenciais estndar de reducin das semirreaccins son:

E(Fe3+/Fe2+) = +0,77 V eE(Zn2+/Zn) = 0,76 V. (Set-97)

Resolucin:

a) Na disolucin hai ins Cu2+ do sulfato de cobre(II) e temos o ferro do cravo. A capa avermellada unha capa de cobre que se produce pola reducin do in Cu2+ a Cu, proceso que ocorre ao tempo quese oxida o ferro de Fe a Fe2+. Os procesos que teen lugar son:

Oxidacin: Fe(s) 2 e Fe2+(ac)

Reducin: Cu2+(ac) + 2 e Cu(s)

Proceso global: Cu2+(ac) + Fe(s) Cu(s) + Fe2+(ac)

b) Fe3+ + Zn2+ Fe2+ + Zn

Neste proceso vemos que hai das reducins; polo tanto, non se produce, porque a oxidacin e areducin son procesos que ocorren simultaneamente. Se unha especie qumica se reduce (ganaelectrns). outra especie ten que oxidarse (perde electrns).

Explica como construiras no laboratorio unha pila con elctrodos de cinc e cobre.E(Zn2+/Zn)= 0,76 V e E(Cu2+/Cu)= +0,34 V. Fai o debuxo correspondente. En que sentidocirculan os electrns? Cales son as especies oxidante e redutora (Set-97, Set-01 e Xu-03)

Resolucin:

Para construr esta pila no laboratorio, necestanse: dous vasos de precipitados pequenos, unha lmina decobre, unha lmina de cinc, tubo en forma de U, das pinzas de crocodilo, dous cables de conexin e unvoltmetro de corrente continua (0-5 V), ademais de disolucins de sulfato de cobre(II) 1 M, de sulfatode cinc 1 M e de cloruro de potasio concentrada.

Nun dos vasos de precipitados btase a disolucin de sulfato de cinc e no outro a disolucin de sulfato de

cobre(II). Somrxese o elctrodo de cinc (lmina de cinc) na disolucin de sulfato de cinc e o de cobre(lmina de cobre) na disolucin de sulfato de cobre(II). Comuncanse as das disolucins mediante unhaponte salina feita co tubo en forma de U cheo coa disolucin concentrada de cloruro de potasio e cosseus extremos taponados con la de vidro. Con das pinzas de crocodilo e a travs dos cables deconexin, conectamos os elctrodos aos bornes dun voltmetro de corrente continua, no que se poderver o valor da diferenza de potencial que xera a pila.


nodo: Zn Zn2+ + 2 e

Ctodo: Cu2+ + 2 e CuZn(s) + Cu2+(ac) Zn2+(ac) + Cu(s) Proceso global


30/39

276


A especie oxidante a que se reduce, gaando electrns, dicir, a que ten un potencial de reducinmaior: os ins do cobre (Cu2+).

A especie redutora a que se oxida, perdendo electrns, dicir, a que ten menor potencial normal dereducin: o cinc (Zn).

Frmase unha pila cos semisistemas: Sn2+/Sn e Fe3+/Fe2+. Se os potenciais normais de reducin son0,14 e + 0,77 V, respectivamente: a) Escribe o proceso redox que ten lugar na pila. b) Explica que

semisistema acta como nodo e cal como ctodo. (Xu-98)

Resolucin:

a) Observamos os potenciais de reducin e vemos que maior o do par Fe3+/Fe2+, polo que o Fe3+ oque se reducir, actuando como ctodo da pila. O estao actuar como nodo, oxidndose a Sn2+.Segundo isto, os proceso que teen lugar na pila son:

nodo: Oxidacin: Sn 2 e Sn2+

Ctodo: Reducin: (Fe3+ + 1 e Fe2+) x 2

Proceso global: Sn + 2 Fe3+ Sn2+ + 2 Fe2+

b) Como se dixo no apartado anterior, o semisistema que acta como nodo Sn2+/Sn e o que actuarcomo ctodo Fe3+/Fe2+. Deste xeito, o potencial da pila ser:

E =E(Fe3+/Fe2+) E(Sn2+/Sn) = 0,77 ( 0,14) = 0,91 V

Como o potencial da pila as formada positivo, o proceso ser espontneo, xa que G = n F E ser negativo.

Unha corrente de 5,00 A que circula durante 30 minutos deposita 3,048 gramos de cinc no ctodo:a) Calcula a masa equivalente do cinc. b) Cantos gramos de cobre se depositarn ao pasar 10,00 A

durante unha hora? (Xu-98)Resolucin:

a) Empregando a frmula obtida das leis de Faraday:

m =M I t

.

eq

96500

3,048 =50096

18005 eqM

Meq = 32,7 g

b) Se supoemos que os ins que temos na disolucin que se vai electrolizar son ins Cu2+, o procesoque ter lugar no ctodo ser:

Cu2+ + 2 e Cu

A cantidade de cobre que se depositar, ao pasar unha corrente de 10 A durante unha hora (3600 s):

Q = I t= 10 3600 = 36000 C

Ar(Cu) = 63,6

=

Cumol1

Cug63,6

emol2

Cumol1

C96500

emol1C00063 11,86 g de Cu

Chegariamos ao mesmo resultado, empregando a frmula:

m = =

=

96500

3600102

63,6

96500

eq tIM11,86 g de Cu


31/39

277

Pred se se producir unha reaccin espontnea nos seguintes casos: a) Cando se introduce unarame de prata nunha disolucin de sulfato de cinc [tetraoxosulfato(VI) de cinc]. b) Cando seemprega unha culler de aluminio para axitar unha disolucin de nitrato de ferro(II)[trioxonitrato(V) de ferro(II)]. Datos: E(Ag+/Ag) = 0,80 V, E(Zn2+/Zn) = 0,76 V,E(Al3+/Al) =

1,67 V eE(Fe2+/Fe) = 0,44 V. Xustifica a resposta. (Set-98)

Resolucin:

a) Como G = n FE,para que a variacin de enerxa libre de Gibbs sexa negativa e, polo tanto, oproceso espontneo, o valor do potencial da pila debe ser positivo. Se observamos os potenciais dosdous semipares, E(Ag+/Ag) e E(Zn2+/Zn), vemos que obtemos un potencial global positivo, candose reduce o in Ag+ e se oxida o Zn:

E =E(Ag+/Ag) E(Zn2+/Zn) = 0,80 (0,76) = 1,56 V

Como no sistema dado non temos ins Ag+ nin cinc metlico, senn Ag e Zn2+, non ocorrerningunha reaccin espontnea.

b) Como G = n FE,para que a variacin de enerxa libre de Gibbs sexa negativa e, polo tanto, oproceso espontneo, o valor do potencial da pila debe ser positivo. Se observamos os potenciais dos

dous semipares, Fe2+

/Fe e Al3+

/Al, vemos que obtemos un potencial global positivo cando se reduceo in Fe2+ (de potencial de reducin maior) e se oxida o Al:

E =E(Fe2+/Fe) E(Al3+/Al) = 0,44 (1,67) = 1,23 V

Segundo isto, a culler dislvese. O proceso ser:

Reducin: Fe2+(ac) + 2 e Fe(s)

Oxidacin: Al(s) 3 eAl3+(ac)

Proceso global: 3 Fe2+(ac) + 2 Al(s) 3 Fe(s) + 2 Al3+(ac)

Constrese unha pila cos elementos Cu2+/Cu e Al3+/Al, cuxos potenciais estndar de reducin sonE = +0,34 V e 1,66 V, respectivamente: a) Escribe as reaccins que teen lugar en cada un dos

elctrodos e a reaccin global da pila. b) Fai un esquema desa pila, indicando todos os elementosnecesarios para o seu funcionamento. En que sentido circulan os electrns? (Set-99)

Resolucin:

a) Observamos os potenciais das especies implicadas no proceso:

E (Cu2+/Cu) = +0,34 V

E (Al3+/Al) = 1,66 V

Vemos que maior o potencial de reducin do cobre (mis tendencia a reducirse). Nese elctrodoter lugar a reducin ser o ctodo. Posto que o potencial de reducin para o aluminio menor en

presenza do elctrodo de cobre, oxidarase e ser o nodo.

Escribimos as semirreaccin que se producen no nodo (aluminio) e no ctodo (cobre), xunto coproceso global:

Ctodo: (Cu2+ + 2e Cu) x 3

nodo: (Al Al3+ + 3 e ) x 2

3 Cu2+ + 6e 3 Cu

2 Al 2 Al3+ + 6 e

Proceso global: 3 Cu2+ + 2 Al 3 Cu + 2 Al3+


32/39

278

b)

O sentido do movemento dos electrns polo circuto externo do elctrodo de aluminio (negativo)ao de cobre (positivo), como se pode apreciar no esquema.

Que pasar se poemos unha disolucin de tetraoxosulfato(VI) de cobre(II) [sulfato de cobre(II)]:a) Nun recipiente de cinc. b) Nun recipiente de prata. Razoa as respostas. Datos:E[Cu(II)/Cu(s)]= +0,34 V;E[Zn(II)/Zn(s)] = 0,76 V eE[Ag(I)/Ag(s)] = +0,80 V. (Xu-00)

Resolucin:

a) Como G = n FE,para que a variacin de enerxa libre de Gibbs sexa negativa e, polo tanto, oproceso espontneo, o valor do potencial da pila debe ser positivo. Se observamos os potenciais dosdous semipares, Cu2+/Cu e Zn2+/Zn, vemos que obtemos un potencial global positivo, cando sereduce o Cu (de potencial de reducin maior) e se oxida o Zn2+:

E =E(Cu2+/Cu) E(Zn2+/Zn) = 0,34 (0,76) = 1,1 V

Segundo isto, o recipiente de cinc oxidarase e haber depsitos de cobre metlico. O proceso ser:

Oxidacin: Zn Zn2+ + 2 e

Reducin: Cu2+ + 2 e Cu

Proceso global: Zn(s) + Cu2+(ac) Zn2+(ac) + Cu(s)

b) Como G = n FE,para que a variacin de enerxa libre de Gibbs sexa negativa e, polo tanto, oproceso espontneo, o valor do potencial da pila debe ser positivo. Se observamos os potenciais dosdous semipares, E(Ag+/Ag) e E(Zn2+/Zn), vemos que obtemos un potencial global positivo, candose reduce o in Ag+ e se oxida o Zn:

E =E(Ag+/Ag) E(Zn2+/Zn) = 0,80 (0,76) = 1,56 V

Como no sistema dado non temos ins Ag+ nin cinc metlico, senn Ag e Zn2+, non ocorrer

ningunha reaccin espontnea.

Durante a electrlise do MgCl2 fundido: a) Cantos gramos de Mg se producen cando pasan8,80103 coulombs a travs da clula? b) Canto tempo se tarda en depositar 0,500 gramos de Mgcunha corrente de 25,0 amperes? c) Cantos litros de cloro se obtern no punto (b) a unha presinde 1,23 atm e a unha temperatura de 27 C. d) Escribe os procesos electrolticos que ocorren nonodo e no ctodo. (Set-00)

Resolucin:

a) O cloruro de magnesio fundido est disociado en ins, segundo:

MgCl2Mg2+ + 2 Cl

Os catins Mg2+

dirxense ao ctodo onde se reducen a Mg: Mg2+

+ 2 e

MgCalculamos os gramos de Mg que se producen, cando pasan 8,80103 coulombs a travs da clula:


33/39

279

Ar(Mg) = 24,3

=

Mgmol1

g24,3

-emol2

Mgmol1

C96500

-emol1C108,8

3 1,1 g de Mg

b) O tempo necesario para que se depositen 0,5 g de Mg cunha corrente de 25 amperes (25 C/s):

= C25

s1emol1C96500

Agmol1

-emol2

Mgg24,3Mgmol1Mgg,50 16 s

c) Os anins Cldirxense cara ao nodo onde se oxidan: 2 Cl 2 e Cl2. Se circula unha corrente de25 A durante 6 s:

=

emol2

Clmol1

C96500

-emol1

s1

C25s16

2 2,1103 mol Cl2

Supoendo comportamento ideal:

P V = n R T

1,23 V= 2,1103 0,082 300

V= 0,042 litros de Cl2

d) As semirreaccins sern:

Ctodo: Mg2+ + 2 eMg

nodo: 2 Cl 2 e Cl2

Proceso global: Mg2+ + 2 Cl Mg + Cl2

Os potenciais normais (estndar) de reducin dos pares Zn2+/Zn e Fe2+/Fe son, respectivamente,0,76 V e 0,44 V. a) Que ocorrera se a unha disolucin de sulfato de ferro(II) [tetraoxosulfato(VI)de ferro(II)] lle engadimos cachios de Zn? b) E se lle engadimos limaduras de Cu? Datos:

E(Cu2+

/Cu) = +0,34 V. Razoa as contestacins. (Xu-01)Resolucin:

a) Como G = n F E,para que a variacin de enerxa libre de Gibbs sexa negativa, e tea lugarun proceso espontneo, o valor do potencial da pila formada debe ser positivo. Se observamos os

potenciais dos dous semipares, E(Fe2+/Fe) e E(Zn2+/Zn), vemos que obtemos un potencial globalpositivo, cando se reduce o in Fe2+ e se oxida o Zn:

E =E(Fe2+/Fe) E(Zn2+/Zn) = 0,44 (0,76) = 0,32 V

Segundo isto, os cachios de Zn dislvense, ao oxidarse, e os ins Fe2+ da disolucin depostansecomo ferro metlico.

O proceso ser:

Reducin: Fe2+(ac) + 2 e Fe(s)

Oxidacin: Zn(s) 2 eZn2+(ac)

Proceso global: Fe2+(ac) + Zn(s)Fe(s) + Zn2+(ac)

b) Como G = n FE,para que a variacin de enerxa libre de Gibbs sexa negativa e, polo tanto, oproceso espontneo, o valor do potencial da pila debe ser positivo. Se observamos os potenciais dosdous semipares, Fe2+/Fe e Cu2+/Cu, vemos que obtemos un potencial global positivo, cando se reduceo in Cu2+ (de potencial de reducin maior) e se oxida o Fe:

E =E(Cu2+/Cu) E(Fe2+/Fe) = 0,34 (0,44) = 0,78 V

Como no sistema dado non temos ins Cu2+

ni ferro metlico (Fe), senn Fe2+

e Cu, non ocorrerningunha reaccin espontnea.


34/39

280

Debuxa un esquema dunha cuba ou cela electroltica cun exemplo prctico. Indica os seuselementos constitutivos explicando a funcin que desempea cada elemento no procesoelectroltico. (Xu-04)

Resolucin:

Para construr unha cela electroltica, necestase unha cubeta, recipiente no que se pon un electrlitofundido ou disolto. No lquido introdcense dous elctrodos inertes, de platino ou grafito, conectados a

un xerador de corrente continua. Entre os elctrodos conectados ao xerador orixnase un campo elctricotal que os ins negativos (anins) se dirixen cara ao elctrodo positivo (nodo), onde perden electrns,oxidndose. Os ins positivos (catins) dirxense cara ao elctrodo negativo (ctodo), no que captanelectrns, reducndose.

Por exemplo, se facemos a electrlise dunha disolucin de sulfato de cobre(II) 1 M, os ins positivos(Cu2+) dirxense cara ao ctodo, reducndose a cobre metlico (Cu) que se deposita no elctrodo e os insnegativos da auga (OH) dirxense cara ao nodo, oxidndose a osxeno gasoso (O2), segundo asreaccins:

O sulfato de cobre(II) disolto est disociado en ins, segundo:

CuSO4 Cu2+ + SO4

2

Ctodo: Cu2+ + 2 e Cu

nodo: 2 OH 2 e 1/2 O2 + H2O

Proceso global: Cu2+ + 2 OH Cu + 1/2 O2 + H2O

O cido trioxonitrato(V) de hidrxeno (cido ntrico) concentrado reacciona co cobre para formarbistrioxonitrato(V) de cobre (nitrato de cobre(II)), dixido de nitrxeno e auga: a) Escribe areaccin axustada. b) Cantos mL de HNO3, do 95% de pureza e densidade 1,5 g/mL sonnecesarios para que reaccionen totalmente 3,4 gramos de cobre? c) Que volume de NO 2 seformar, medido a 29 C de temperatura e 748 mmHg de presin? (Set-04)

Resolucin:

a) Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO2 + H2O


Oxdase2

2

1-2

2

4

23

252

3

-2510

OHON)ON(CuONHCu++++++

+++

Redcese

Para axustar a reaccin polo mtodo do in-electrn, escribimos as semirreaccins en forma inica:

NO3 NO2

Cu Cu2+


35/39

281


2 H+ + NO3 + 1 e NO2 + H2O

Cu 2 e Cu2+


(2 H+ + NO3 + 1 e NO2 + H2O) x 2

Cu 2 e Cu2+

4 H+ + 2 NO3 + Cu 2 NO2 + 2 H2O + Cu2+

Por ltimo, obtemos a ecuacin molecular a partir da ecuacin inica, engadindo os elementos queactuaron como espectadores:Cu + 4 HNO3 Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O

b) Unha vez axustada a ecuacin, podemos facer os clculos estequiomtricos:

Mr(HNO3) = 1 + 14 + 16 3 = 63

Ar(Cu) = 63,6

3,4 g Cu =disolucing1,5

disolucinml1

HNOg95

disolucing100

HNOmol1

HNOg63

Cumol1

HNOmol4

Cug63,6

Cumol1

33

339,45 ml

c) Do mesmo xeito calculamos o volume de NO2:

3,4 g Cu =Cumol1

NOmol2

Cug63,6

Cumol1 20,107 mol NO2

302082,0107,0

760

748

=

=

V

TRnVP

V= 2,7 litros de NO2

Unha pila est formada polos elctrodos: Al3+/Al (E = 1,67 V) e por Au3+/Au (E = +1,42 V).Indica: a) Semirreaccins que teen lugar en cada elctrodo. b) Reaccin global. c) Forzaelectromotriz da pila. d) Representacin simblica da pila. (Set-04)

Resolucin:

a) Observamos os potenciais das especies implicadas no proceso:

E (Au3+/Au) = +1,42 V

E (Al3+/Al) = 1,67 V

Vemos que maior o potencial de reducin do ouro (mis tendencia a reducirse). Nese elctrodo terlugar a reducin ser o ctodo. Posto que o potencial de reducin para o aluminio menor, enpresenza do elctrodo de ouro oxidarase e ser o nodo.

As semirreaccin que se producen no nodo (aluminio) e no ctodo (ouro)sern:

Ctodo: (Au3+ + 3e Au)

nodo: (Al Al3+ + 3 e )

b) A reaccin global obtense da suma das das semirreaccins:

Proceso global: Au3+ + Al Au + Al3+

c)

E =Ectodo

Enodo = 1,42

(

1,67) = 3,09 V


36/39

282

d) Representacin simblica da pila ou notacin da pila:

Al(s)/Al3+(ac) // Au3+(ac)/Au(s) A reaccin de cido clorhdrico con dixido de manganeso xera cloruro de manganeso(II), cloro e

auga. a) Escribe a reaccin molecular redox axustada. b) Que volume de cloro, medido a 0,92 atme 30 C, se obtn ao reaccionar 150 ml de cido clorhdrico do 35% e densidade 1,17 g/mL, coa

cantidade necesaria de dixido de manganeso? (Xu-05)Resolucin:

a) HCl + MnO2MnCl2 + Cl2 + H2O


Oxdase

OHCl

-

ClMnOMnClH

2

2

10

22

12

2

2411 ++++

+++

Redcese

Escribimos as semirreaccins en forma inica:MnO2 Mn

2+

Cl Cl2

Axustamos a masa e a carga e sumamos as das semirreaccins:

4 H+ + MnO2 + 2 e Mn2+ + 2 H2O

2 Cl 2 e Cl2

4 H+ + MnO2 + 2 Cl Mn2+ + Cl2 + 2 H2O


4 HCl + MnO2 MnCl2 + Cl2 + 2 H2O

b) Realizamos os clculos estequiomtricos a partir da ecuacin axustada do proceso:

150 ml disolucin =HClmol4

Clmol1

HClg36,5

HClmol1

disolucing100

HClg35

disolucinml1

disolucing1,17 2 0,421 mol Cl2

Supoendo que o cloro se comporta como gas ideal, podemos calcular o volume nas condicinsdadas:

P V = n R T

0,92 V= 0,421 0,082 303

V= 11,36 litros

Considerando o seguinte proceso qumico de oxidacin-reducin: Cu + HNO3 _ Cu(NO3)2 + NO +H2O: a) Escribe as semirreaccins de oxidacin e de reducin. b) Indica cal o oxidante e cal oredutor. c) Axusta a reaccin. (Set-05)

Resolucin:

Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O


Oxdase2

2

1-22

23

252

3

-2510

OHON)ON(CuONHCu

++++++

++

+

Redcese


37/39

283

a) As semirreaccins en forma inica son:

Oxidacin: Cu Cu2+

Reducin: NO3 NO

b) O oxidante o que se reduce; polo tanto, o cido ntrico.

O redutor o que se oxida; polo tanto, o cobre.

c) Para axustar a reaccin polo mtodo do in-electrn, axustamos a masa e a carga:

4 H+ + NO3 + 3 e NO + 2 H2O

Cu 2 e Cu2+


(4 H+ + NO3 + 3 e NO + 2 H2O) x 2

(Cu 2 e Cu2+) x 3

8 H+ + 2 NO3 + 3 Cu 2 NO + 4 H2O + 3 Cu

2+

Por ltimo, obtemos a ecuacin molecular a partir da ecuacin inica, engadindo os elementos queactuaron como espectadores:

3 Cu + 8 HNO3 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O

Indica razoadamente se, a 25 C, son verdadeiras ou falsas as afirmacins seguintes: a) O cidosulfrico diludo [tetraoxosulfato(VI) de dihidrxeno] reacciona co cobre e desprndesehidrxeno. Datos:E(Cu2+/Cu) = +0,34 V; E(Cu+/Cu) = +0,52 V e E(H+/H2) = 0 V. b) O sodio moi redutor e o flor un poderoso oxidante. Datos:E(Na+/Na) = 2,71 V e E(F2/F

) = + 2,87 V.(Xu-06)

Resolucin:

a) E(Cu2+/Cu) = 0,34 V; E(Cu+/Cu) = 0,52 V; E(H+/ H2) = 0 V

O cido sulfrico un cido forte que libera ins H+, de potencial de reducin nulo, polo que oxidaros metais que tean potencial negativo (menor que cero), disolvndoos. Os ins H + reduciranse condesprendemento de hidrxeno gasoso. Como o potencial de reducin do cobre maior que cero, nonreaccionar co cido sulfrico con desprendemento de hidrxeno.

Podemos xustificar o dito, supoendo a oxidacin do cobre en medio cido:

Oxidacin: Cu(s) 2 e Cu2+(ac) ou ben Cu(s) 1 e Cu+(ac)

Reducin: 2 H+(ac) + 2 e H2(g)

Os posbeis potenciais do proceso son:

E =E(H+/H2) E(Cu2+/Cu) = 0 0,34 = 0,34 V ou

E =E(H+/H2) E(Cu+/Cu) = 0 0,52 = 0,52 VO potencial da pila as formada negativo. Se substitumos na expresin: G = n F E ,obtemos que G> 0, polo que o proceso de oxidacin do cobre en presenza de cido sulfrico non espontneo e a afirmacin falsa.

b) E(Na+/Na) = 2,71 V;E( F2/ F) = 2,87 V

A afirmacin verdadeira. O sodio ten un potencial normal de reducin moi baixo; polo tanto, tenmoita tendencia a oxidarse e ser moi redutor. O flor ten un potencial normal de reducin moi alto;

polo tanto, ten moita tendencia a reducirse e ser un poderoso oxidante.


38/39

284

Por oxidacin do in bromuro con in permanganato [tetraoxomanganato(VII)] en medio cido,obtense bromo (Br2) e o sal de manganeso(II): a) Escribe a reaccin inica e axstaa polo mtododo in-electrn. b) Calcula cantos gramos de permanganato de potasio poden ser reducidos, por250 ml dunha disolucin 0,1 M de bromuro de potasio, ao sal de manganeso(II). (Set-06)

Resolucin:

a) A reaccin da que se nos fala incle o proceso:

Br + MnO4Mn2+ + Br2


BrMnOMnBr

0

2

24

27

+++

+

Redcese


MnO4 Mn2+

Br Br2

Axustamos a masa e a carga:8 H+ + MnO4 + 5 e Mn

2+ + 4 H2O2 Br 2 e Br2


(8 H+ + MnO4 + 5 e Mn2+ + 4 H2O) x 2

(2 Br 2 e Br2) x 5

16 H+ + 2 MnO4 + 10 Br 2 Mn2+ + 8 H2O + 5 Br2

A ecuacin inica axustada :

10 Br + 2 MnO4 + 16 H+ 2 Mn2+ + 5 Br2 + 8 H2O

b) Unha vez axustada a ecuacin inica, podemos escribir a ecuacin molecular e facer os clculosestequiomtricos:

10 KBr + 2 KMnO4 + 8 H2SO4 2 MnSO4+ 5 Br2 + 8 H2O + 6 K2SO4

Mr(KMnO4) = 39 + 55 + 16 4 = 158

0,250 L disolucin de KBr =4

44

KMnOmol1

KMnOg158

KBrmol10

KMnOmol2

disolucinL1

KBrmol0,1 0,79 g de KMnO4

Describe a pila ou clula galvnica formada por un elctrodo de cobre somerxido nunhadisolucin de sulfato de cobre(II) 1 M; e un elctrodo de prata somerxido nunha disolucin de

nitrato de prata 1 M. Indica: a) A reaccin que se produce en cada elctrodo e a reaccin total,indicando o ctodo e o nodo. b) O sentido do fluxo de electrns polo circuto externo. c) E dapila. d) A especie que se oxida e cal se reduce, as como os axentes oxidante e redutor. Datos:

E(Cu2+/Cu) = +0,34 V;E(Ag+/Ag) = +0,84 V. (Set-06)

Resolucin:

a) Se observamos os potenciais das especies implicadas no proceso:

E (Cu2+/Cu) = 0,34 V

E (Ag+/Ag) = 0,84 V

Vemos que maior o potencial de reducin da prata (mis tendencia a reducirse). Nese elctrodo terlugar a reducin ser o ctodo. Posto que o potencial de reducin para o cobre menor, en

presenza do elctrodo de prata oxidarase e ser o nodo.


39/39

O esquema desta pila o que segue:

As semirreaccin que se producen no nodo (cobre) e no ctodo (prata) e o proceso global sern:

Ctodo: (Ag+ + e Ag) x 2

nodo: Cu Cu2+ + 2 e

2 Ag+ + 2 e 2 Ag

Cu Cu2+ + 2 e

Proceso global: Cu + 2 Ag+ Cu2+ + 2 Ag

b) O sentido do movemento dos electrns polo circuto externo do elctrodo de cobre (negativo) aode prata (positivo), como se pode apreciar no esquema.

c) O potencial da pila en condicins estndar:

E =Ectodo Enodo = 0,84 0,34 = 0,5 V

d) A especie que se oxida o cobre (Cu), xa que perde electrns; polo tanto, acta como axenteredutor.

A especie que se reduce o in prata (Ag+) que gaa electrns, actuando como axente oxidante.

07. reacciÓns de transferencia electrons

Documents