Seminario 6: Equilibrio redox.

Objetivos:

Identificar el tipo de reacción química, determinar el número de oxidación de cada elemento y su cambio.

Determinar agente oxidante y reductor. Balancear ecuaciones redox. Calcular el potencial de celda (E). Manejar notación de celdas. Empleo de ecuación de Nernst para calcular E de la celda y constantes de

equilibrio. Aplicación a celdas de concentración. Diferenciar entre celdas galvánicas y electrolíticas y describir su operación.

Identificar cátodo, ánodo y dirección de la corriente en cada caso. Predecir los productos de electrólisis de una solución acuosa sobre la base de la

serie electroquímica.

Cuestionario:

1) Explique la utilidad de un puente salino en una celda galvánica.

2) Diferenciar y dar ejemplos prácticos de celdas primarias y secundarias.

3) Una celda voltaica usa la siguiente reacción:Al (s) + 3 Ag + (ac) Al +3 (ac) + 3 Ag (s)Como afecta la FEM de la celda cada uno de los siguientes cambios:a) Adición de Al (NO3)3 al compartimiento anódico b) Aumento del tamaño del electrodo de aluminio.c) Agregado de agua al compartimiento catódico.d) Agregado de solución de AgNO3 al compartimiento catódico (aumento de cantidad

pero no de concentración).

4) Usando tabla de potenciales, escribir ecuaciones químicas balanceadas de las siguientes reacciones. Si no existe reacción, indicarlo. a) Zn se adiciona a una solución de AgNO3.b) Fe se adiciona a una solución de Al2(SO4)3

c) HCl se adiciona a Co.d) Hg (g) se burbujea en solución acuosa de FeCl2.e) Li se adiciona a H2O.

5) Indique cual será el electrolito, quién el agente oxidante, durante la descarga de una batería ácido-Pb. Escribir la reacción que ocurre en el cátodo durante la descarga de la batería.

6) Defina Faradio, Culombio, Voltio, Ampere.

7) Escribir la semirreacción y especificar el electrodo en el cual sucede cada uno de los siguientes procesos:a) Producción de Al a partir de Al2O3 molidob) Electro plateado (deposición) de Ag de una cuchara.c) Producción de O2 a partir de una solución acuosa ácida.d) Producción de ClO- a partir de una solución concentrada de NaCl.

8) Una solución de CoSO4 (ac) 1M es electrolizada usando electrodos inertes. Escribir:a) Reacción del cátodo.

b) Reacción del ánodo.c) Asumiendo que no existe sobrepotencial o pasivación de los electrodos ¿cuál será

el potencial mínimo que debe aplicarse a la celda para iniciar la electrólisis?

Problemas:

1) Usando tabla de potenciales, determine cual es el mejor agente reductor:a) Ca (s) o Mg (s)b) Mn (s) o Al (s)c) H2SO3 (aq) o H3AsO3 (aq)

2) Usando tabla de potenciales, determine cual es el mejor agente oxidante:a) Cl2 (g) o Br2 (l)b) Ni +2 (aq) o Cd +2(aq)c) BrO3

- (aq) o IO3-(aq)

3) Basándose en tabla de potenciales, cuál será el resultado de las siguientes reacciones:Al (s) + NiCl2Ag (s) + Pb (NO3)2 (ac) Cr (s) + Ni (SO4) (ac) Mn(s) + HBr (ac)

4) Balancee las siguientes hemireacciones:En medio ácido:a) VO2+ (ac) V+3 (ac)b) PbSO4 (s) PbO2 (s) + SO4

-2 (ac)c) H2O2 (ac) O2 (g)d) Cr2O7

-2 (ac) Cr+3

en medio alcalino:a) NO3

- (ac) NO2- (ac)

b) CrO4-2(ac) Cr(OH)3 (s)

c) MnO4-2 (ac) MnO2(s)

5) Balancee las siguientes reacciones: En medio ácido:a) MnO4- (ac)+ H2SO3 (ac) Mn+2 (ac) + SO4

-2

b) SH2 (ac) + Cl2 (g) S(s) + Cl-(ac)c) Cl2 (g) ClOH (ac) + Cl-(ac)d) Fe+2 (ac) + Cr2O7

-2 (ac) Fe+3 (ac) + Cr+3 (q)En medio alcalino: a) O3 (g) + Br- (ac) O2 (g) + BrO3

- (ac)b) Cr+3 (ac) + MnO2(s) Mn+2(ac) + CrO4

-2 (ac)c) P4(s) H2PO3

-(ac) + PH3(g)d) Cl2O7 (g) + H2O2ClO2

-(ac) + O2(g)

6) Calcular la FEM para las siguientes reacciones:a) F2 (g) + 2 Cl- (ac) 2 F- (ac) + Cl2 (g)b) Zn (s) + Ba +2 (ac) Zn +2 (ac) + Ba (s)c) 3 Fe +2 (ac) Fe (s) + 2 Fe +3 (ac)d) Hg 2 +2 (ac) + 2 Cu + (ac) 2 Hg (l) + 2 Cu+2 (ac)

7) Una celda voltaica usa la siguiente reacción y opera a 298 K:

3 Ce +4 (ac) + Cr (s) 3 Ce+3 (ac) + Cr +3 (ac)

a) ¿Cuál es la FEM de la celda en condiciones estándar?b) ¿Cuál es la FEM de la celda cuando [Ce+4] = 1.5 M, [Ce+3] = 0.010 M, [Cr+3] = 0.01

M?c) ¿Cuál es la FEM de la celda cuando [Ce+4] = 0.55 M, [Ce+3] = 0.85 M, [Cr+3] = 1.2

M?Resp: a) 2.183V b)2,350V c) 2,174V

8. Las siguientes reacciones redox son acopladas para formar una celda galvánica:a) Cr3+(1.0 M) / Cr2+(1.0 M) y I2 (0,1M)/ I-(0.01M) b) Zn2+ (1,0 M)/ Zn y Zn2+ (0.01M)/ Zn Escribir el diagrama de la celda en notación de pila, identificando el ánodo y el cátodo. Escribir la hemirreacción que ocurre en cada electrodo y calcular la FEM standard.Potenciales de reducción estándar (Eº: en voltios ): Cr3+ / Cr2+ = -0.41I2 / I- = 0,54Zn2+ / Zn = -0,76Resp: a) 1.039V b)0,059V

9) Una celda voltaica está basada en la siguiente reacción:

Sn +2 (ac) + Pb (s) Sn (s) + Pb +2 (ac)

a) Si la [Sn +2] en el compartimiento catódico es 1.00 M y la celda genera una FEM de 0.22 V, cual es la [Pb +2 ] en el compartimiento anódico?

b) Si el compartimiento anódico contiene [SO4-2] = 1,00 M en equilibrio con PbSO4(s),

cual es el Kps del PbSO4?Resp : a)1,58 10-8M b) Kps: 1,58 10-8M

10) Usando tablas, calcular las constantes de equilibrio de las siguientes reacciones:

a) VO2+ (ac) + 2H+ (ac) + Ni (s) VO+2 (ac) + H2O (l) + Ni+2 (ac)

b) 3Ce+4 (ac) + Bi (s) + H2O (l) 3 Ce+3 (ac) + BiO+(ac) + 2 H+(ac)c) N2H5

+ (ac) + 4 Fe(CN)63-(ac) N2(g) + 5 H+ (ac) + 4 Fe(CN)6

4- (ac) E° N2H5

+/ N2H5+= -0.23V

11) La f.e.m. estándar de la pila Ag / AgCl (s)/KCl (ac) // Fe3+ (ac),Fe2+ (ac) / Pt tiene un valor de 0,548 v. Se pide: a.- Describir el proceso anódico, catódico y global indicando si la reacción es o no espontánea.b.- Calcular el valor de la constante del equilibrio que se establece.c.- Calcular el valor de la f.e.m. de la pila si se supone que [Cl-]=0,5 M, [Fe2+]=0,01 M y [Fe3+]=0,1 M. Resp: b) 1,9 109 M b)1.17 V

12) Los potenciales normales de reducción de los sistemas I 2 /2I - y H2AsO4- /H2AsO3

-

son, respectivamente, +0,54 y +0,56 V. Calcular la constante de equilibrio de la reacción:I2 + H2AsO3

- + H2O 2I - + H2AsO4- + 2H +

e indicar el sentido de la misma cuando [H3O+ ] = 10 -7 (disolución neutra) y [H3O+] =10-3

(disolución ácida) y concentraciones 1 M del resto de los componentes en solución.13) ¿Qué masa de cobre (PA = 63,5) se depositaría por electrólisis si se hace pasar una corriente de 1,62 amperios durante 1 hora por una solución de CuSO4?

14) Una disolución de CdCl2 y HCl en agua se electroliza con una corriente de 2,0 A. Se desprende 1,00 lde cloro (medido a 25ºC y 770 mm Hg) en un electrodo y se depositan 4,50 g de cadmio en el otro. Calcular el tiempo que dura la electrolisisR:1,11 hs

Problemas adicionales:

1) Dadas las siguientes hemireacciones

Fe +3 (ac) + e- Fe +2 (ac) E red = 0.77 VS2O6

2- (ac) + 4 H+ (ac) + 2 e- 2 H2SO3 (ac) E red = 0.6 VN2O (ac) + 2 H+ (ac) + 2 e- N2 (g) + H2O (l) E red = 1.77 VVO2 + (ac) + 2 H+ (ac) + e- VO+2 (ac) + H2O (l) E red = 1.0V

Escribir las ecuaciones químicas balanceadas para la oxidación del Fe+2 (ac) por S2O62-

(ac), N2O (ac) y VO2 + (ac).

2) Una reacción de desproporción es una redox donde la misma sustancia se oxida y se reduce. Complete y balancee las siguientes reacciones:

a) MnO42- (ac) MnO4

- (ac) + MnO2 (s) (solución ácida)b) H2SO3 (ac) S(s) + HSO4

-(ac) (solución ácida)c) Cl2 (ac) Cl- (ac) + ClO- (ac) (solución alcalina)

3) Una celda voltaica usa la siguiente reacción y opera a 298 K:

4 Fe +2 (ac) + O2 (g) + 4 H+ (ac) 4 Fe +3 (ac) + 2 H2O (l)

a) Calcular la FEM de la celda en condiciones estandar (FEM).b) Calcular la FEM de la celda cuando [Fe +2] = 0.2 M, [Fe +3] = 0.001 M, PO2 = 0.5 atm y el pH en la solución del compartimiento anódico es de 3.00.