equilibrio redox - academia ciencias galilei · ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas...
TRANSCRIPT
![Page 1: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/1.jpg)
1
Equilibrio redox
![Page 2: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/2.jpg)
2
CONTENIDOCONTENIDO
� Introducción. Reacciones redox y Electroquímica.� Números o estados de oxidación.� Ajuste de ecuaciones redox.� Electroquímica.� Celdas galvánicas, voltaicas o pilas. La pila Daniell.� Potenciales de electrodo.� Potencial de celda o fuerza electromotriz.� Condiciones no estándar. Ecuación de Nernst.
![Page 3: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/3.jpg)
3
Reacciones Redox
Semirreacción de oxidaciónLa forma reducida de la especie 2 reduce a la forma oxidada de la especie 1 y ella se oxida.
Semirreacción de reducciónLa forma oxidada de la especie 1 oxida a la forma reducida de la especie 2 y ella se reduce.
Intervienen dos pares redox conjugadosOx1/Red1Ox2/Red2
Red2 Ox2 + ne-
Ox1 + ne- Red1
Ox1 + Red2 Red1 + Ox2
Reacción de oxidación-reducción: Aquélla en la que ocurreuna transferencia de electrones.
![Page 4: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/4.jpg)
4
Reacciones Redox
Semirreacción de oxidaciónZn pierde electrones: se oxida; es el agente reductor
Semirreacción de reducciónCu2+ gana electrones: se reduce; es el agente oxidante
Intervienen dos pares redox conjugadosZn2+/ZnCu2+/Cu
Zn Zn2+ + 2e-
Cu2+ + 2e- Cu
Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu
![Page 5: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/5.jpg)
5
El cobre reacciona con el nitrato de plata y se forma platametálica. ¿Quién es el agente oxidante de la reacción?
Cu (s) + 2AgNO3 (aq) Cu(NO3)2 (aq) + 2Ag (s)
Cu Cu2+ + 2e-
Ag+ + 1e- Ag Ag+ es reducido Ag+ es el agente oxidante
![Page 6: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/6.jpg)
6
![Page 7: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/7.jpg)
7
• La oxidación (pérdida de e-) siempre vaacompañada de una reducción (ganancia de e-).
• El agente oxidante es reducido y el agentereductor es oxidado.
• El número de e- ganados por el agente oxidantees igual al número de e- que pierde el agentereductor.
Reacciones Redox
![Page 8: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/8.jpg)
8
Electroquímica
• Rama de la química que se encarga del estudiode procesos electroquímicos.
• Tipos de procesos electroquímicos:
• Electrolíticos : La energía eléctrica procedente de una fuente externa hace que tenga lugar unareacción química no espontánea.
• Voltaicos (o galvánicos): Reacciones químicasespontáneas producen electricidad.
![Page 9: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/9.jpg)
9
A cada elemento se le asigna un número o estado de oxidación:
Una reacción será redox si hay cambios en dichos estados.
Ventajas
• Proporciona un mecanismo para reconocer reacciones redox.
• Ayuda a ajustar reacciones redox.
Números o estados de oxidación
0 -2-2+2 +4
CO + ½ O2 CO2
La carga de un átomo que debería tener una molécula (o un compuesto iónico) si los electrones fueran transferidos completamente
![Page 10: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/10.jpg)
10
1. Elementos libres tienen un número de oxidación de 0.
Na, Be, K, Pb, H2, O2, P4 = 0
2. En iones monoatómicos, el número de oxidación esigual a la carga del ión.
Li+, Li = +1; Fe3+, Fe = +3; O2-, O = -2
3. El número de oxidación del oxígeno es generalmente –2.En H2O2 y O2
2- es –1.
Número de oxidación
![Page 11: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/11.jpg)
11
4. El número de oxidación del hidrógeno es +1 exceptocuando está unido a metales en compuestos binarios. En esos casos, el número de oxidación es –1.
6. La suma de los números de oxidación de los átomosen una molécula o en un ión es igual a la carga de la molécula o el ión.
5. Para el grupo de los metales IA es +1, metales IIA son +2y para el fluor es siempre –1.
HCO3-
O = -2 H = +1
3x(-2) + 1 + ? = -1
C = +4
¿Cuáles son los númerosde oxidación de los átomos de HCO3
- ?
![Page 12: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/12.jpg)
12
Zn (s) + 2H+(aq) Zn2+(aq) + H2(g)
El Zn pierde 2e-
Zn es el agente reductor y se oxida
El nº de oxidación del Zn ↑ (de 0 a +2)
Un reactivo pierde e-
El reductor reduce y se oxida
↑ el nº de oxidación
H+ gana e-
H+ es el agente oxidante y se reduce
El nº de oxidación del H ↓ (de +1 a 0)
Un reactivo gana e-
El oxidante oxida y se reduce
↓ el nº de oxidación
Oxidación
Reducción
0 - 2e-
+2+ 1e-
0 +1
Terminología de las reacciones rédox
![Page 13: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/13.jpg)
13
Ajuste de ecuaciones redox
Método del cambio en el número de oxidación
Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O
Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2OPrimer paso:0 +2+2+5
Segundo paso:-3
+2
Cuarto paso:
3 Cu + 8 HNO3 → 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O
Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas
Tercer paso:
3 Cu + 2 HNO3 → 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + H2O
Igualar el incremento y la disminución de los nn.oo.
![Page 14: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/14.jpg)
14
Ajuste de ecuaciones redox
Las ecuaciones ajustadas deben cumplir dos criterios:
- Balance de masas: Deben aparecer el mismo númerode átomos de cada elemento en los reactivos y en los productos.
- Balance de cargas: La suma de las cargas reales a la izquierda y a la derecha de la ecuación deben ser iguales.
Métodos para ajustar reacciones redox:- Método de la semireacción- Método del ión-electrón.
![Page 15: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/15.jpg)
15
Ajuste de ecuaciones redox
Método de la semirreacción
Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O
Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2OPrimer paso:0 +2+2+5
Segundo paso:
Tercer paso: Igualar el número de electrones y sumar.
Cuº → Cu+2 + 2 e- Oxidación
N+5 + 3 e- → N+2 Reducción
3×(Cuº → Cu+2 + 2 e-)
2×(N+5 + 3 e- → N+2)
3 Cuº + 2 N+5 → 3 Cu+2 + 2 N+2
Plantear y ajustar las semirreacciones.
![Page 16: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/16.jpg)
16
Ajuste de ecuaciones redox
Método de la semirreacción
Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O
Cuarto paso: Ajustar por tanteo las especies que no se oxidan ni se reducen
3 Cuº + 2 N+5 → 3 Cu+2 + 2 N+2
3 Cu + 2 HNO3 → 3 Cu(NO3)2+ 2 NO
3 Cu + 8 HNO3 → 3 Cu(NO3)2+ 2 NO
8 H y 24 O 0 H y 20 O Faltan 8 H y 4 O
3 Cu + 8 HNO3 → 3 Cu(NO3)2+ 2 NO + 4 H2O
2 Nfaltan 6 N 8 N
![Page 17: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/17.jpg)
17
Ajuste de ecuaciones redox
Método de la semirreacción
I2 + S2O32- → I- + S4O6
2-
� Semi-reacción de reducción
I2 → I- I2 → 2 I- I2 + 2e- → 2 I-
� Semi-reacción de oxidación
S2O32- → S4O6
2- 2 S2O32- → S4O6
2-
2 S2O32- → S4O6
2- + 2e-I2 + 2e- → 2 I-
2 S2O32- → S4O6
2- + 2e-
I2 + 2 S2O32- → 2 I- + S4O6
2-
![Page 18: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/18.jpg)
18
Ajuste de ecuaciones redox
Método del ion-electrón
En medio ácido:
� Para ajustar H se añade H+
� Para ajustar O se añade H2O .... + H2O → .... + H+
En medio básico:
� Para ajustar H se añade H2O
� Para ajustar O se añade OH-
.... + H2O → .... + OH-
.... + OH- → .... + H2O
![Page 19: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/19.jpg)
19
1. Escribir la ecuación no balanceada de la reacción en suforma iónica.
Oxidacion del Fe2+ a Fe3+ por iones Cr2O72- en medio ácido
Fe2+ + Cr2O72- Fe3+ + Cr3+
2. La ecuación se divide en dos semireacciones.
Oxidacion:
Cr2O72- Cr3+
+6 +3Reducción:
Fe2+ Fe3++2 +3
3. Balance de masa. Se balancean los átomos de O e H en cada semireacción.
Cr2O72- 2Cr3+
Ajuste de ecuaciones redox
Método del ion-electrón
![Page 20: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/20.jpg)
20
4. Para reacciones en medio ácido , se añade H2O parabalancear los átomos de O y H+ para balancear los de H.
+ 7H2O14H+ +
5. Balance de cargas. Se añaden e- a un lado de cadasemireacción.
Fe2+ Fe3+ + 1e-
6e- + 14H+ + Cr2O72- 2Cr3+ + 7H2O
6. Si es necesario, se iguala el nº de e- en las dos semireacciones multiplicando una de ellas o ambas por los coeficientes apropiados.
6Fe2+ 6Fe3+ + 6e-
6e- + 14H+ + Cr2O72- 2Cr3+ + 7H2O
Cr2O72- 2Cr3+
![Page 21: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/21.jpg)
21
7. Se suman las dos semireacciones y se balancea la ecuaciónfinal por inspección. Los e - a ambos lados de la ecuaciónse deben cancelar.
6e- + 14H+ + Cr2O72- 2Cr3+ + 7H2O
6Fe2+ 6Fe3+ + 6e-Oxidación:
Reducción:
14H+ + Cr2O72- + 6Fe2+ 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O
8. Se verifica que la ecuación contenga los mismos tipos y nº de átomos, así como las mismas cargas en ambos lados de la ecuación.
14x1 – 2 + 6x2 = 24 = 6x3 + 2x3
![Page 22: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/22.jpg)
22
Ajustar la siguiente reacción en medio ácido
Cr2O72-(aq) + I-(aq) Cr3+(aq) + I2(aq)
Cr2O72- I- Cr3++ I2
+ 7H2O(l)Cr2O72-(aq) + 6I-(aq) 2Cr3+(aq) + 3I2(s)14H+(aq) +
+ 7H2O(l)14H+ + Cr2O72- Cr3+6e- + 2
× 3+ 2e-I - I226I - 3I2 + 6e-
![Page 23: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/23.jpg)
23
1. Escribir la ecuación no balanceada de la reacción en suforma iónica.
Oxidacion del CrO2- a CrO4
2- por iones ClO- en medio básico
ClO- + CrO2- CrO4
2- + Cl-
2. La ecuación se divide en dos semireacciones.
Oxidacion:
ClO- Cl-+1 -1
Reducción:
CrO2- CrO4
2-+3 +6
3. Balance de masa. Se balancean los átomos de O e H en cada semireacción.
ClO- Cl-
Ajuste de ecuaciones redox
Método del ion-electrón
![Page 24: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/24.jpg)
24
4. Para reacciones en medio básico , se añaden 2 OH- y se quita 1 H2O por cada átomo de O que hay que balancear.
+ 2 OH-H2O +
5. Balance de cargas. Se añaden e- a un lado de cadasemireacción.
6. Si es necesario, se iguala el nº de e- en las dos semirreacciones multiplicando una de ellas o ambas por los coeficientes apropiados.
ClO- Cl-
CrO2- CrO4
2-4 OH- + + 2 H2O
+ 2 OH-+ H2O + ClO- Cl-
CrO2- CrO4
2-4 OH- + + 2 H2O
2 e-
+ 3 e-
3 ClO- + 3 H2O + 6 e- → 3 Cl- + 6 OH-
2 CrO2- + 8 OH- → 2 CrO4
2- + 4 H2O + 6 e-
![Page 25: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/25.jpg)
25
7. Se suman las dos semireacciones y se balancea la ecuaciónfinal por inspección. Los e - a ambos lados de la ecuaciónse deben cancelar.
Oxidación:
Reducción:
2 CrO2- + 3 ClO- + 2 OH- → 3 Cl- + 2 CrO4
2- + H2O
8. Se verifica que la ecuación contenga los mismos tipos y nº de átomos, así como las mismas cargas en ambos lados de la ecuación.
2x(-1) + 3x(-1) + 2x(-1) = -7 = 3x(-1) + 2x(-2)
3 ClO- + 3 H2O + 6 e- → 3 Cl- + 6 OH-
2 CrO2- + 8 OH- → 2 CrO4
2- + 4 H2O + 6 e-
![Page 26: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/26.jpg)
26
Rama de la química que estudia la interconversión entre la energía eléctrica y la energía química.
Electroquímica
Pila, celda galvánica o voltaica:Una reacción químicaproduce electricidad
Celda electroquímica:Una corriente eléctrica produce una reacción química
Sistemas electroquSistemas electroquíímicosmicos: Aquéllos en los que ocurrenreacciones de transferencia de electrones.
![Page 27: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/27.jpg)
27
La reacción espontánea entre el cinc y ion cobre (II) produce intercambio de e-, es decir, una corriente eléctrica.
Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)
![Page 28: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/28.jpg)
28
Células voltaicas o galvánicas
Si se separan físicamente los procesos de oxidación y reducción y se fuerza a los electrones a pasar a través de un circuito externo, entonces la reacción redox generará una corriente eléctrica.
Los componentes de una célula voltaica o galvánica son:- Un electrodo sumergido en una disolución y otro electrodo sumergido en otra disolución. Ambas disoluciones separadas físicamente. - Un hilo conductor que conecta los dos electrodos y por el que circulan los electrones.- Un puente salino que garantiza la neutralidad eléctrica de las disoluciones.
Al dispositivo en el que se produce una corriente eléctrica (flujo de e- a través de un circuito) gracias a una reacción espontánea se le conoce como celda, pila o célula galvánica o voltaica.
![Page 29: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/29.jpg)
29
Reacción redoxespontánea
ánodo–
oxidación
cátodo+
reducción
Semirreacción de oxidaciónZn(s) Zn2+(aq) + 2e-
Semirreacción de reducciónCu2+(aq) + 2e- Cu(s)
Reacción globalZn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)
Pila Daniell
![Page 30: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/30.jpg)
30
Células voltaicas o galvánicas
� Cualquier reacción redox espontánea puede servir como fuente de energía en una célula voltaica. Los e- producidos en el ánodo (oxidación), se transfieren al cátodo (reducción), donde se consumen. � El flujo de e- produce un potencial, que podemos medir en un circuito externo. El potencial depende de la naturaleza de las semirreacciones y la concentración de las especies implicadas.
� Ánodo (oxidación) a la izquierda.� Cátodo (reducción) a la derecha.� La unión entre la fases se representa por|.� La unión entre las dos medias células, que normalmente se hace
mediante el uso de un puente salino se representa por ||.
Diagrama de la célula:
![Page 31: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/31.jpg)
31
componentes del compartimento del ánodo(semicelda de óxidación)
componentes del compartimento del cátodo(semicelda de reducción)
Límite de las fases
Puente salino
Ánodo (s) | Dción. Anódica (M) || Dción. Catódica (M) | Cátodo (s)
Diagrama de una célula voltaica
![Page 32: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/32.jpg)
32
Ejemplos:
grafito | I-(aq) | I2(s) || H+(aq), MnO4-(aq) | Mn2+(aq) | grafito
electrodo inerte
Límite de las fases
Zn (s) + Cu2+ (aq) Cu (s) + Zn2+ (aq)
[Cu2+] = 1 M y [Zn2+] = 1 M
Zn (s) | Zn2+ (1 M) || Cu2+ (1 M) | Cu (s)
ánodo cátodo
Diagrama de una célula voltaica
![Page 33: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/33.jpg)
33
Ag+Cr3+
Una celda voltaica consta de una barra de Cr sumergida en una disolución de Cr(NO3)3, y en unabarra de Ag sumergida en una disolución de AgNO3. Se usa KNO3 para el puente salino. Si el electrodo de Cr es negativo con respecto al electrodo de Ag, haz un dibujo de la celda, escribe la reacción global y el diagrama de celda.
Voltímetro
Cr AgK+NO3
-
Cr(s) | Cr3+(aq) || Ag+(aq) | Ag(s)
Semirreacción de oxidaciónCr(s) Cr3+(aq) + 3e-
Semirreacción de reducciónAg+(aq) + e- Ag(s)
Reacción globalCr(s) + 3Ag+(aq) Cr3+(aq) + 3Ag(s)
e- e-
![Page 34: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/34.jpg)
34
Otras células con puente salino
Cu → Cu2+ + 2e-
Ánodo-oxidaciónAg+ + 1e- → AgCátodo- reducción
Cu(s)|Cu2+ (aq)||Ag+ |Ag
![Page 35: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/35.jpg)
35
Semirreacción de reducciónMnO4
-(aq) + 8H+(aq) + 5e-
Mn2+(aq) + 4H2O(l)
Semirreacción de oxidación2I-(aq) I2(s) + 2e-
Reacción global2MnO4
-(aq) + 16H+(aq) + 10I-(aq) 2Mn2+(aq) + 5I2(s) + 8H2O(l)
Células voltaicas con electrodos inertes
![Page 36: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/36.jpg)
36
Potenciales de electrodo
Cuando entre dos puntos fluye una corriente eléctrica es porque existe una diferencia de potencial entre ellos, de manera que lacorriente siempre fluye desde el punto de mayor al de menor potencial
Este potencial depende de las concentraciones de los iones, de la temperatura y de la presión parcial de cualquier gas implicado en la reacción. Cuando las concentraiciones son 1 M, las presiones parciales 1 atm. Y la temperatura 25 ºC, tenemos el potencial estándar de la celda(∆∆∆∆E0).
La diferencia de potencial eléctrico entre el ánodo y el cátodo(∆E) recibe el nombre de:• voltaje de celda
• fuerza electromotriz (fem)
• potencial de celda
∆∆∆∆E0 = E0(cátodo) – E0(ánodo)[reducción] [oxidación]
![Page 37: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/37.jpg)
37
Para calcular la diferencia de potencial eléctrico que existe entre los dos electrodos de una pila es necesario conocer previamente los potenciales de ambos electrodos y, después, restarlos.
Para conocer el potencial de cada electrodo se ha medido en condiciones estándar frente a un electrodo de referencia a cuyo potencial se le asignó por convenio el valor de 0,00 V de manera que los potenciales de los demás electrodos son calculados con respecto a él.Este electrodo de referencia es el electrodo estándar de hidrógeno.
Potenciales de electrodo
![Page 38: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/38.jpg)
38
Electrodo estándar de hidrógeno
Potenciales de electrodo
Pt|H2(1 atm)|H+ (1 M)
Semi-reacción ENH Eº (potencial normal de electrodo) H2 2 H+ + 2 e-
2 H+ + 2 e- H2
Exactamente 0.00...V (ENH como ánodo) Exactamente 0.00...V (ENH como cátodo)
![Page 39: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/39.jpg)
39
Zn (s) | Zn2+ (1 M) || H+ (1 M) | H2 (1 atm) | Pt (s)
2e- + 2H+ (1 M) H2 (1 atm)
Zn (s) Zn2+ (1 M) + 2e-Ánodo (oxidación):
Cátodo (reducción):
Zn (s) + 2H+ (1 M) Zn2+ + H2 (1 atm)
Potenciales de electrodo Célula de Cinc - ENH
![Page 40: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/40.jpg)
40
0.76 V = 0 - EZn /Zn0
2+
EZn /Zn = -0.76 V02+
Zn2+ (1 M) + 2e- Zn E0 = -0.76 V
E0 = EH /H - EZn /Zncel0 0
+ 2+2
Zn (s) | Zn2+ (1 M) || H+ (1 M) | H2 (1 atm) | Pt (s)
E0 = 0.76 Vcel
E0 = Ecátodo – Eánodocel0 0
Potenciales de electrodo Célula de Cinc - ENH
![Page 41: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/41.jpg)
41
Pt (s) | H2 (1 atm) | H+ (1 M) || Cu2+ (1 M) | Cu (s)
2e- + Cu2+ (1 M) Cu (s)
H2 (1 atm) 2H+ (1 M) + 2e-Ánodo (oxidación):
Cátodo (reducción):
H2 (1 atm) + Cu2+ (1 M) Cu (s) + 2H+ (1 M)
E0 = Ecátodo – Eánodocel0 0
E0 = 0.34 Vcel
Ecel = ECu /Cu – EH /H 2+ +2
0 0 0
0.34 = ECu /Cu - 00 2+
ECu /Cu = 0.34 V2+0
Potenciales de electrodo Célula de Cobre - ENH
![Page 42: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/42.jpg)
42
Br2(aq) + Zn(s) Zn2+(aq) + 2Br-(aq)
Calcula E0bromo conociendo E0
zinc = -0.76V y E0cel = 1.83V
cátodo: Br2 (aq) + 2e- 2 Br-(aq) Eº = ¿?
como Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) E0Zn= -0.76V
E0cel = E0
cátodo - E0ánodo ; 1.83 = E0
bromo - (-0.76)
E0bromo = 1.83 - 0.76 = 1.07V
![Page 43: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/43.jpg)
43
• Por convenio, los potencialesde electrodo se escriben comoreducciones
• Cuanto más positivo sea el E0,mayor será la tendencia de la forma oxidada a reducirse, esdecir, más oxidante será.
• Las reacciones de semiceldason reversibles
• El signo de E0 no cambiacuando se da la vuelta a la reacción
• El cambio en los coeficientesestequiométricos de unareacción de semicelda no afecta el valor de E0
![Page 44: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/44.jpg)
44
Voltaje de celda, potencial de celda o fuerza electromotriz
� Se tabulan potenciales estándar (E0) de reducción� A mayor E0 mayor tendencia a reducirse tiene la especie
oxidada del par redox (más oxidante es).
∆∆∆∆E0 = E0(cátodo) – E0(ánodo) = 0.34 – (-0.76) = 1.10 V [reducción] [oxidación]
Zn2+ + 2e- → Zn E0 = -0.76 VCu2+ + 2e- → Cu E0 = +0.34 V Más tendencia a reducirse;
más oxidante
� La fem de una pila se calcula como:
Cu2+ + 2e- → CuZn → Zn2+ + 2e-
Cu2+ + Zn → Cu + Zn2+
![Page 45: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/45.jpg)
45
¿Cuál es la fem estandar de una celda voltaica que tieneun electrodo de Cd en una disolución 1 M de Cd(NO3)2 y un electrodo de Cr en una disolución Cr(NO3)3?
Cd2+ (aq) + 2e- Cd (s) E0 = -0.40 V
Cr3+ (aq) + 3e- Cr (s) E0 = -0.74 V
Cd es un oxidante másfuerte y oxidará al Cr
2e- + Cd2+ (1 M) Cd (s)
Cr (s) Cr3+ (1 M) + 3e-Ánodo (oxidación):
Cátodo (reducción):
2Cr (s) + 3Cd2+ (1 M) 3Cd (s) + 2Cr3+ (1 M)
x 2
x 3
E0 = Ecátodo – Eánodocel0 0
E0 = -0.40 – (-0.74) cel
E0 = 0.34 V cel
![Page 46: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/46.jpg)
46
Espontaneidad de las reacciones redox
Si el potencial calculado para una reacción redox es una cantidad positiva, la reacción será espontánea. Si el potencial calculado es negativo la reacción no será espontánea.
∆G° = -nF∆E°n= nº de moles de e- transferidos en la reacciónF= constante de Faraday = 9,648x104 J/mol·V
� ∆∆∆∆E0 > 0 ⇒⇒⇒⇒ ∆∆∆∆G0 < 0 ⇒⇒⇒⇒ Reacción espontánea ⇒⇒⇒⇒ la pila funciona
![Page 47: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/47.jpg)
47
Ecuación de Nernst
� La relación entre el potencial estándar y el cambio de energía libre estándar, viene dado por la siguiente expresión:
∆G° = -nF∆E°n= nº de moles de e- transferidos en la reacciónF= constante de Faraday = 9,648x104 J/mol·V
� La relación entre el potencial estándar y la constante de equilibrio viene dado por la siguiente expresión:
∆G° = -RT ln Keq = -nF∆E°cel
E°cel =nFRT ln Keq
![Page 48: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/48.jpg)
48
Ecuación de Nernst
∆G = ΔG° -RT ln Q -nF∆Ecel = -nF∆Ecel° -RT ln Q
∆Ecel = ∆Ecel° - ln QnF
RT
∆Ecel = ∆Ecel° - log Qn
0.059
Si lo convertimos a log10 y calculamos las constantes, obtengo la ecuación de Nernst:
� Si Q > 1 ⇒ E < Eo
� Si Q = 1 ⇒ E = Eo
� Si Q < 1 ⇒ E > Eo
El potencial aumentará si aumenta la concentración de los reactivos o disminuye la de un producto.
![Page 49: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/49.jpg)
49
Ecuación de Nernst
Así pues, para la reacciónaA + bB � cC + dD
dc
ba
[D][C]
[B][A]log
n
0,059∆Eº∆E +=logQ
n
0,059∆Eº∆E −=
Y para la semirreacciónOx + n e- � Red
[Red]
[Ox]log
n
0,059EºE +=logQ
n
0,059∆Eº∆E −=
![Page 50: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/50.jpg)
50
Ajustar la ecuación y escribir la ecuación de Nernst paralas semirreacciones y para la reacción completa de oxidación de Fe2+ a Fe3+ por MnO4
- en medio ácido
MnO4- + 8 H+ + 5 e- � Mn2+ + 4 H2O E0 = 1,51 V
Fe3+ + e- � Fe2+ E0 = 0,77 V
MnO4- + 8 H+ + 5 e- � Mn2+ + 4 H2O
Ánodo (oxidación):
Cátodo (reducción):
x 5
x 1
Fe2+ � Fe3+ + e-
MnO4- + 8 H+ + 5 Fe2+ � Mn2+ + 4 H2O + 5 Fe3+
][Fe
][Felog
1
0,0590,77E
2
3
+
+
+=
Ánodo (oxidación)
][Mn
]][H[MnOlog
5
0,05951,1E
2
8-4
+
+
+=
Cátodo (reducción)
532
852-4
]][Fe[Mn
][H]][Fe[MnOlog
5
0,05977,051,1E ++
++
+−=∆Reacción global
![Page 51: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/51.jpg)
51
∆E0cel
∆G0
K
∆G0
= -RT lnK∆G
0 = -n
F∆
E0 ce
l
< 0 Espontánea
En equilibrioNo espontánea
0> 0
> 0
0< 0
> 1
1< 1
∆G0 K Reacción en condiciones estandar
∆E0cel
-RTnF∆E0
cel = lnK
Relación entre ∆∆∆∆G0, ∆∆∆∆E0 y K
![Page 52: Equilibrio redox - Academia Ciencias Galilei · Ajuste por tanteo de las especies aún no ajustadas Tercer paso: 3Cu + 2HNO 3→3Cu(NO 3)2+ 2NO + H2O Igualar el incremento y la disminución](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022042611/5ac8e6b47f8b9acb688cf258/html5/thumbnails/52.jpg)
52
• Por:
Dr. J.A. Organero Gallegowww.quimicafisica.es
Universidad de Castilla la-ManchaUCLM