PROBLEMAS DE PILAS Y ELECTRÓLISIS

1. En el laboratorio se hace el montaje de una pila con una lámina de cobalto sumergida en

una solución 1 M de nitrato de cobalto (II) y un electrodo estándar de cloro (en una solución 1

M de KCl). La fuerza electromotriz estándar de esta pila a 25 °C es 1,64 V. a) Identifica qué

electrodo es el ánodo y cuál es el cátodo y escribe las reacciones que se dan en estos. b) Indica

y justifica cuál es el sentido del movimiento de los electrones por el circuito. c) Encuentra el

potencial estándar de reducción del par Co2+/Co. ε°(Cl2/Cl-) = 1,36 V.

2. La reacción rédox que se indica a continuación tiene lugar espontáneamente:

Zn(s) + 2 AgNO3(aq) → 2 Ag(s) + Zn(NO3)2(aq)

a) Explica cómo se puede construir una pila basada en la reacción anterior. b) Indica las

reacciones que tienen lugar en cada uno de los electrodos (ánodo y cátodo). c) Calcula la

fuerza electromotriz estándar de la pila. d) Calcula la masa de zinc que habrá reaccionado

cuando la pila haya hecho circular una carga de 19300 C. Zn:65,4 , 1 F = 96500 C , ε°(Zn2+/Zn) =

-0,76 V , ε°(Ag+/Ag) = 0,80 V .

3. Cuando un trozo de hierro se introduce en una solución de sulfato de cobre (II), al cabo de

poco tiempo se observa que el hierro adquiere un color oscuro. a) Justifica este hecho. b) ¿Por

qué se utilizan más las tuberías de cobre que las de hierro para transportar agua? ε°(Fe2+/Fe) =

-0,44 V , ε°(Cu2+/Cu) = 0,34 V.

4. Se construye una pila, a 25 °C, con una varilla de cobre sumergida en una solución 1 M en

iones cobre (II) y una varilla de cadmio sumergida en una solución 1 M en iones cadmio. a)

Indica la reacción global y calcula la fem estándar de la pila. b) ¿Qué metal es más reductor, el

cobre o el cadmio? Justifica la respuesta. ε°(Cu2+/Cu) = 0,34 V , ε°(Cd2+/Cd) = -0,40 V .

5. Se dispone de la pila galvánica Cr|Cr(NO3)3(aq) 1M||AgNO3(aq) 1M|Ag de fem igual a 1,54 V.

a) Indica el ánodo y el cátodo, escribe las correspondientes semirreacciones e indica qué

electrodo disminuirá de masa al funcionar la pila. b) Justifica si es posible cromar (recubrir de

cromo) un objeto de plata sumergiéndolo en una disolución que contenga ion cromo (III) a la

concentración 1 M. ε°(Ag+/Ag) = 0,8 V .

6. A partir de los valores siguientes de potenciales normales de reducción ε° para los sistemas

que se indican:

Mg2+/Mg -2,34 V Zn2+/Zn -0,76 V K+/K -2,93 V

Ag+/Ag +0,80 V Cd2+/Cd -0,40 V Cu2+/Cu +0,34 V

a) Indica qué metales de la lista se disolverán espontáneamente en una disolución acuosa de

H2SO4 1 M. b) Si introducimos una varilla de zinc en disoluciones acuosas de nitrato de plata,

nitrato de cadmio y nitrato de magnesio, justifica en qué casos se formará una capa del otro

metal sobre la varilla de zinc.

7. Se construye una pila con los electrodos Ag+/Ag y Zn2+/Zn. a) Indica el ánodo y el cátodo, sus

polaridades y el sentido de circulación de los electrones por el circuito externo. b) Calcula la

fem estándar de la pila y la energía eléctrica máxima suministrada cuando hayan circulado

3500 C por el circuito exterior. ε°(Ag+/Ag) = 0,80 V , ε°(Zn2+/Zn) = -0,76 V .

8. Para una pila cuya notación es Cd|Cd2+(1M)||S2O82-(1M), SO4

2-(1M)|Pt . a) Dibuja el montaje

que harías e indica el material y los reactivos que emplearías en la construcción de la pila. b)

Calcula la fem de la pila. c) Calcula la disminución de la masa del ánodo cuando la pila ha

suministrado una corriente de 0,05 A durante media hora. ε°(Cd2+/Cd) = -0,40 V ,

ε°(S2O82-/SO4

2-) = +2,01 V , 1 F = 96500 C , Cd:112,4

9. A partir de las soluciones de Zn2+ 1 M y Ag+ 1 M, y utilizando una solución de KNO3 2 M como

puente salino, se construye en el laboratorio la pila siguiente, a una temperatura de 25 °C:

Zn(s) | Zn2+(aq) || Ag+(aq) | Ag(s)

a) Escribe las ecuaciones de las semirreacciones de oxidación y reducción y la ecuación iónica

global de la pila. Calcula la fuerza electromotriz. b) Dibuja un esquema de la pila. Indica la

polaridad y el nombre de cada electrodo y señala en qué sentido se mueven los iones del

puente salino. εo(Zn2+/Zn) = -0,76 V , εo(Ag+/Ag) = 0,80 V.

10. En el laboratorio disponemos de una solución acuosa de Zn2+ 1 M, de una solución acuosa

de Cu2+ 1 M y de hierro y aluminio sólidos. a) ¿Qué reacción realizarías para obtener zinc

sólido? Justifica la respuesta. b) Escribe la ecuación de la reacción entre la solución acuosa de

Cu2+ y el aluminio sólido y calcula la energía libre de Gibbs de esta reacción. Considera que las

reacciones se dan a 25 °C. F = 96500 C/mol

11. La pila de combustible de electrolito polimérico que se muestra en la figura es una pila de

combustible típica. El funcionamiento consiste en introducir en la celda hidrógeno y oxígeno

gaseosos de forma continuada y, al mismo tiempo, se elimina el producto de la reacción

(agua). Así se puede generar energía eléctrica mientras se mantiene el suministro de reactivos.

Esta pila está formada por dos electrodos recubiertos de platino, que actúa como catalizador,

separados por una membrana polimérica que contiene un electrolito y que permite el paso de

H+. a) Escribe las semirreacciones anódica y catódica y la reacción global de la pila de

combustible polimérico. Indica la polaridad de los electrodos. b) La cantidad teórica máxima de

energía eléctrica disponible en una pila electroquímica es la variación de energía libre (ΔGo),

mientras que la cantidad máxima de energía liberada cuando se quema un combustible es su

variación de entalpía (ΔH°). Para evaluar una pila de combustible se utiliza el parámetro del

valor de eficiencia (η) que se define η = ΔG°/ΔH°. Calcula la fuerza electromotriz y la eficiencia

de la pila de combustible de electrolito polimérico, en condiciones estándar y a 298 K. F =

96500 C/mol , entalpía estándar de formación del agua líquida a 298 K: -285,8 kJ/mol ,

ε°(H+/H2) = 0,00 V , ε°(O2/H2O) = 1,23 V.

12. Una pieza metálica de 0,36 m2 de superficie total se quiere recubrir con una capa de cromo

de 10-7 m de grosor. Se sumerge la pieza en una celda electrolítica que contiene una disolución

de una sal de cromo (III) por la cual circula una corriente eléctrica de una intensidad de 100 A.

a) Escribe el proceso catódico e indica el número de moles de electrones necesario para

depositar un mol de átomos de cromo. b) ¿Cuál será la masa de cromo necesaria para recubrir

la pieza? c) Calcula el tiempo que tardará en depositarse la capa metálica. Cr: 52 , ρ(Cr) = 7,19

g/cm3 , 1 F = 96500 C .

13. Una celda electrolítica contiene una disolución de cloruro de cobre (II) en la que se han

introducido dos electrodos de platino unidos externamente a un generador de corriente

continua. Se hace circular por la celda una corriente de 5 A durante 30 minutos y se observa la

aparición de un sólido rojizo que se deposita sobre uno de los electrodos, mientras que en el

otro se produce un desprendimiento de gas. a) Razona en qué electrodo se da cada fenómeno

e indica las reacciones que se producen en cada uno. b) Calcula la masa de sólido que se

deposita. H:1 O:16 Cl:35,5 Cu:63,5 1F = 96500 C

14. Una corriente eléctrica circula por dos celdas de electrólisis conectadas en serie. La primera

contiene una disolución acuosa de cloruro de oro (III) y la segunda una disolución acuosa de

sulfato de cobre (II). En el cátodo de la primera celda se depositan 5 g de oro. a) Calcula la

masa de cobre que se ha depositado en el cátodo de la segunda celda. b) ¿Cuántos electrones

habrán circulado por el circuito? Cu:63,5 Au:197 NA = 6,023·1023

15. En una electrólisis de cloruro de sodio fundido se producen en el ánodo 2,75 dm 3 de cloro a

un a presión de 1 atm y a la temperatura de 298 K. a) Calcula la masa que se deposita en el

cátodo de sodio. b) ¿Cuánto tiempo habrá transcurrido si hemos utilizado una corriente

eléctrica de 5 A? R = 0,082 atmL/molK = 8,314 J/Kmol , Na:23 Cl:35,5

16. Aunque los cubiertos de plata se oscurecen por la reacción con los compuestos sulfurados

que contienen los alimentos, es normal recubrir de plata cubiertos fabricados con otros

metales más baratos. Queremos recubrir de plata una cuchara mediante el proceso

electrolítico de una solución acuosa de una sal de plata. a) Justifica si la cuchara ha de actuar

como ánodo o como cátodo de la celda electrolítica. Haz un dibujo esquemático de este

proceso electrolítico: indica el nombre y la polaridad de los electrodos y la reacción que se

dará en el electrodo en el que está la cuchara. b) Determina cuántas horas se necesitan para

realizar el recubrimiento, si la cuchara tiene una superficie de 20 cm 2, el grosor del

recubrimiento ha de ser de 0,010 cm y por el baño utilizado pasa una corriente de 0,020 A.

ρ(Ag) = 10,5 g/cm3 , F = 96500 C/mol , Ag:107,87.

17. Al hacer la electrólisis del cloruro de litio fundido, se obtiene Cl2 en el ánodo y Li en el

cátodo. a) Escribe el proceso que se da en cada uno de los electrodos e indica cuál es el

proceso de oxidación y cuál el de reducción. ¿Qué polaridad tienen los electrodos? b) Calcula

la intensidad de corriente necesaria para descomponer 15 g de cloruro de litio fundido en una

hora. Cl:35,5 , Li:6,9 , F = 96500 C/mol

18. Mediante el proceso de electrólisis del agua se puede obtener hidrógeno y oxígeno

gasesos. a) Indica el material que necesitarías para llevar a cabo este proceso en el laboratorio

y haz un esquema del montaje experimental. Escribe las ecuaciones de las semirreacciones

que se dan en cada uno de los electrodos. b) Determina el volumen de hidrógeno, medido a 1

atm y 25 °C, que se obtendrá al efectuar la electrólisis del agua durante media hora con una

intensidad de corriente de 2 A. R = 0,082 atmL/molK = 8,314 J/Kmol , F = 96500 C/mol.