Ejercicios

Identifique cada una de las semirreacciones siguientes como oxidación o reducción.

(a) ${\text{Cl}}^{\text{–}}⟶{\text{Cl}}_2$

(b) ${\text{Mn}}^{\mathrm{2+}}⟶{\text{MnO}}_2$

(c) ${\text{H}}_2⟶{\text{H}}^{\text{+}}$

(d) ${\text{NO}}_3{}^{–}⟶\text{NO}$

Balancee las siguientes ecuaciones suponiendo que se producen en una solución ácida.

(a) ${\text{H}}_2{\text{O}}_2+{\text{Sn}}^{\mathrm{2+}}⟶{\text{H}}_2\text{O}+{\text{Sn}}^{\mathrm{4+}}$

(b) ${\text{PbO}}_2+\text{Hg}⟶{\text{Hg}}_2{}^{\mathrm{2+}}+{\text{Pb}}^{\mathrm{2+}}$

(c) $\text{Al}+{\text{Cr}}_2{\text{O}}_7{}^{\mathrm{2-}}⟶{\text{Al}}^{\mathrm{3+}}+{\text{Cr}}^{\mathrm{3+}}$

Balancee las siguientes ecuaciones suponiendo que se dan en una solución básica.

(a) ${\text{SO}}_3{}^{\mathrm{2-}}(aq)+{\text{Cu(OH)}}_2(s)⟶{\text{SO}}_4{}^{\mathrm{2-}}(aq)+\text{Cu(OH)}(s)$

(b) ${\text{O}}_2(g)+{\text{Mn(OH)}}_2(s)⟶{\text{MnO}}_2(s)$

(c) ${\text{NO}}_3{}^{\text{–}}(aq)+{\text{H}}_2(g)⟶\text{NO}(g)$

(d) $\text{Al}(s)+{\text{CrO}}_4{}^{\mathrm{2-}}(aq)⟶{\text{Al(OH)}}_3(s)+{\text{Cr(OH)}}_4{}^{\text{–}}(aq)$

¿Por qué los iones de hidróxido no aparecen en las ecuaciones de las semirreacciones que se producen en una solución ácida?

¿Por qué debe equilibrarse la carga en las reacciones de reducción-oxidación?

Suponiendo que los siguientes esquemas representan las celdas galvánicas tal y como están escritas, identifique las reacciones de media celda que ocurren en cada una de ellas.

(a) $\text{Mg}(s)│{\text{Mg}}^{\mathrm{2+}}(aq)║{\text{Cu}}^{\mathrm{2+}}(aq)│\text{Cu}(s)$

(b) $\text{Ni}(s)│{\text{Ni}}^{\mathrm{2+}}(aq)║{\text{Ag}}^{\text{+}}(aq)│\text{Ag}(s)$

Balancee cada una de las reacciones que aparecen a continuación y escriba un esquema de celda que represente la reacción tal y como se produciría en una celda galvánica.

(a) $\text{Al}(s)+{\text{Zr}}^{\mathrm{4+}}(aq)⟶{\text{Al}}^{\mathrm{3+}}(aq)+\text{Zr}(s)$

(b) ${\text{Ag}}^{\text{+}}(aq)+\text{NO}(g)⟶\text{Ag}(s)+{\text{NO}}_3{}^{\text{–}}(aq)(\text{solución ácida})$

(c) ${\text{SiO}}_3{}^{\mathrm{2-}}(aq)+\text{Mg}(s)⟶\text{Si}(s)+\text{Mg}{\left(\text{OH}\right)}_2(s)\text{(solución básica)}$

(d) ${\text{ClO}}_3{}^{\text{–}}(aq)+{\text{MnO}}_2(s)⟶{\text{Cl}}^{\text{–}}(aq)+{\text{MnO}}_4{}^{\text{–}}(aq)\text{(solución básica)}$

A partir de la información proporcionada, utilice la notación de celdas para describir los siguientes sistemas:

(a) En una semicelda, una solución de Pt(NO₃)₂ forma un Pt metal, mientras que en la otra semicelda, el Cu metal entra en una solución de Cu(NO₃)₂ con todas las concentraciones de soluto de 1 M.

(b) El cátodo consiste de un electrodo de oro en una solución 0,55 M Au(NO₃)₃ y el ánodo es un electrodo de magnesio en una solución 0,75 M Mg(NO₃)₂.

(c) Una semicelda consiste de un electrodo de plata en una solución de 1 M de AgNO₃, y en la otra semicelda se oxida un electrodo de cobre en 1 M de Cu(NO₃)₂.

Se comprobó que un electrodo activo (metal) ganaba masa a medida que se permitía que se produjera la reacción de reducción-oxidación. ¿El electrodo era un ánodo o un cátodo? Explique.

Se midieron las masas de tres electrodos (A, B y C), cada uno de ellos procedente de tres celdas galvánicas diferentes, antes y después de dejar pasar la corriente por las celdas durante un tiempo. La masa del electrodo A aumentó, la del electrodo B no cambió y la del electrodo C disminuyó. Identifique cada electrodo como activo o inerte, y anote (si es posible) si funcionó como ánodo o cátodo.

Calcule el potencial estándar de celda para cada una de las reacciones que aparecen a continuación, y anote si la reacción es espontánea en condiciones de estado estándar.

(a) $\text{Mn}(s)+{\text{Ni}}^{\mathrm{2+}}(aq)⟶{\text{Mn}}^{\mathrm{2+}}(aq)+\text{Ni}(s)$

(b) $3{\text{Cu}}^{\mathrm{2+}}(aq)+\text{2Al}(s)⟶{\text{2Al}}^{\mathrm{3+}}(aq)+\text{3Cu}(s)$

(c) $\text{Na}(s)+{\text{LiNO}}_3(aq)⟶{\text{NaNO}}_3(aq)+\text{Li}(s)$

(d) ${\text{Ca(NO}}_3{)}_2(aq)+\text{Ba}(s)⟶{\text{Ba(NO}}_3{)}_2(aq)+\text{Ca}(s)$

Determine la reacción de la celda y el potencial estándar de celda a 25 °C para una celda hecha de una semicelda catódica que consiste de un electrodo de plata en una solución 1 M de nitrato de plata y una semicelda anódica que consiste de un electrodo de zinc en 1 M de nitrato de zinc. ¿La reacción es espontánea en condiciones estándar?

Escriba la reacción balanceada de la celda para el esquema de celda que se muestra a continuación, calcule el potencial estándar de celda y anote si la reacción es espontánea en condiciones de estado estándar.
$\text{Pt}(s)│{\text{H}}_2(g)│{\text{H}}^{\text{+}}(aq)║{\text{Br}}_2(aq),{\text{Br}}^{\text{–}}(aq)│\text{Pt}(s)$

Para cada par de valores de cambio de energía libre estándar y de estequiometría de los electrones que aparecen a continuación, calcule un potencial estándar de celda correspondiente.

(a) 12 kJ/mol, n = 3

(b) -45 kJ/mol, n = 1

Determine el ΔG y el ΔG° para cada una de las reacciones del problema anterior.

Considere una batería hecha de una semicelda que consiste de un electrodo de cobre en una solución de 1 M de CuSO₄ y otra semicelda que consiste de un electrodo de plomo en una solución de 1 M de Pb(NO₃)₂.

(a) ¿Cuál es el potencial estándar de celda de la batería?

(b) ¿Cuáles son las reacciones en el ánodo, el cátodo y la reacción global?

(c) La mayoría de los dispositivos diseñados para utilizar pilas secas pueden funcionar entre 1,0 y 1,5 V. ¿Podría utilizarse esta celda para fabricar una batería que pudiera sustituir a una pila seca? Por qué sí o por qué no.

(d) Supongamos que se añade ácido sulfúrico a la semicelda con el electrodo de plomo y se forma algo de PbSO₄(s). ¿El potencial de celda aumenta, disminuye o permanece igual?

Utilice la ecuación de Nernst para explicar la caída de voltaje que se observa en algunas baterías al descargarse.

¿Qué miembro de cada par de metales tiene más probabilidades de corroerse (oxidarse)?

(a) Mg o Ca

(b) Au o Hg

(c) Fe o Zn

(d) Ag o Pt

Aluminio $(E_{{\text{Al}}^{\text{3+}}\text{/Al}}^{°}=\text{-2,07 V})$ se oxida más fácilmente que el hierro $(E_{{\text{Fe}}^{\text{3+}}\text{/Fe}}^{°}=\text{-0,477 V}),$ y, sin embargo, cuando ambos están expuestos al ambiente, el aluminio sin tratar tiene una muy buena resistencia a la corrosión, mientras que la resistencia a la corrosión del hierro sin tratar es pobre. ¿Qué puede explicar esta observación?

Suponga que tiene tres metales diferentes, A, B y C. Cuando los metales A y B entran en contacto, B se corroe y A no se corroe. Cuando los metales A y C entran en contacto, A se corroe y C no se corroe. Según esta información, ¿qué metal se corroe y qué metal no se corroe cuando B y C entran en contacto?

Si una corriente de 2,5 A circula por un circuito durante 35 minutos, ¿cuántos culombios de carga se han movido por el circuito?

Para el escenario de la pregunta anterior, ¿cuántos electrones se movieron por el circuito?

Escriba las semirreacciones y la reacción de celda que se producen durante la electrólisis de cada una de las sales fundidas que aparecen a continuación.

(a) CaCl₂

(b) LiH

(c) AlCl₃

(d) CrBr₃

¿Cuánto tiempo se necesita para reducir 1 mol de cada uno de los siguientes iones utilizando la corriente indicada?

(a) Al³⁺, 1,234 A

(b) Ca²⁺, 22,2 A

(c) Cr⁵⁺, 37,45 A

(d) Au³⁺, 3,57 A

Una pieza metálica de forma irregular fabricada con una aleación determinada se galvanizó con zinc utilizando una solución de Zn(NO₃)₂. Cuando se utilizó una corriente de 2,599 A, se tardó exactamente 1 hora en depositar una capa de zinc de 0,01123 mm en la pieza. ¿Cuál era la superficie total de la pieza? La densidad del zinc es de 7,140 g/cm³.