Electroquímica 2 bach jano

ELECTROQUÍMICA Transparencias 01/05/11 16:03

CONCEPTOS PREVIOS
REDUCTOR: reduce a otra sustancia. El se oxida
OXIDANTE: oxida a otra sustancia. El se reduce
Reacción espontánea:  G < 0
Reacción espontánea en un proceso REDOX: se produce cuando existe transferencia espontánea de electrones del reductor al oxidante.
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EJEMPLO REDOX ESPONTÁNEA
2 Ag + (aq) + Cu (s)  2 Ag (s) + Cu 2+ (aq)
Se produce energía disipada en calor.
Pero si se controla el proceso de transferencia de electrones se puede conseguir corriente eléctrica .
01/05/11 16:03 La disolución adquiere un color azul debido a la formación del ion complejo Cu(H 2 O) 4 2+

PILAS GALVÁNICAS La obtención de corriente eléctrica gracias a las reacciones químicas 01/05/11 16:03

PILAS GALVÁNICAS (1)
¿Cómo controlar el tránsito de electrones?
Separando las dos semirreacciones, en recipientes separados. ELECTRODOS .
Uniéndolos mediante un cable en un CIRCUITO EXTERNO

ANODO : se produce la oxidación. Al perder electrones queda cargado negativamente.
CÁTODO : se produce la reducción. Al tomar electrones queda cargado positivamente.
A N OX Regla nemotécnica

CÁTODO: reducción 2 Ag + (aq) + 2e  2 Ag (s)
ÁNODO: oxidación Cu (s)  Cu 2+ (aq) + 2e
Global: 2 Ag + (aq) + Cu (s)  Cu 2+ (aq) +2 Ag (s)
01/05/11 16:03 La energía generada en la reacción espontánea producida en una pila galvánica se manifiesta como energía eléctrica.

EQUILIBRIO DE CARGAS EN UNA PILA
Los electrones se acumulan en la barra de Cu
Negativa
Ánodo
Por el circuito externo se dirigen hacia el cátodo donde son tomadas por los Ag + .
¡¡ATENCIÓN!! La disolución anódica queda cargada (+) y la catódica (-) y esto impediría el flujo de electrones.
Solución: PUENTE SALINO .
NOTA: aunque un elemento pierda electrones, éstos nunca van a la disolución. ¡NUNCA HAY ELECTRONES LIBRES EN UNA DISOLUCIÓN!

PUENTE SALINO
Para evitar el desequilibrio de cargas. Se busca la neutralidad eléctrica.
Iones (-) : difunden hacia el ánodo.
Iones (+) difunden hacia el cátodo.
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CONVENIO SOBRE ESQUEMA DE PILAS
La semirreacción de oxidación se escribe a la izquierda con las especies separadas por una barra vertical (  )
La semirreacción de reducción se escribe, de igual forma, a la derecha.
Ambos procesos se separan con una doble barra (   )

ANÁLISIS CUANTITATIVO Potencial de electrodo - F.EM. (fuerza electromotriz de una pila) 01/05/11 16:03

FUERZA ELECTROMOTRIZ DE UNA PILA
Def. es la fuerza electromotriz suministrada por la pila galvánica.
La f.e.m. de un electrodo depende de las concentraciones de las sustancias.
Fuerza electromotriz estándar o normal E o de una pila o electrodo:
Concentración de iones 1 M.
Presión de los gases 1 atm.
Temperatura: 25 o C
f.e.m. = potencial cátodo - potencial ánodo E pila = E cátodo - E ánodo E o pila = E o cátodo - E o ánodo

IMPOSIBILIDAD DE MEDIR LA f.e.m. DE UN ELECTRODO
EL ELECTRODO DE H
No se pude medir Eo de un modo absoluto.
Se hace en relación con otro cuando forma una pila
Se toma como estándar el de H 2
Electrodo de platino
Burbujro de H 2 (1 atm.)
[H + ] = 1 M
Se le asigna el valor de 0 ’ 00 v.
01/05/11 16:03 2 H + (aq; 1M) + 2 e  H 2 (1 atm) ; E o H + /H 2 = 0 ’ 0 v a 25 o C

MEDIADA DEL POTENCIAL RELATIVO DE ELECTRODO
El voltímetro mide el potencial del electrodo de cobre, pues el de hidrógeno es cero.
El valor es: + 0 ’ 34 v

SIGNIFICADO DEL POTENCIAL DE ELECTRODO
Indica la tendencia de que se produzca en el electrodo una reducción.
Por eso se le llama también POTENCIAL DE REDUCCIÓN.
A mayor potencial de reducción. Mayor tendencia a reducirse (es más oxidante y menos reductor)
Cuanto más negativo sea el potencial de reducción de un electrodo, más reductor será. (por lo tanto el se oxidará)

PODER DE REDUCCIÓN DE UN ELECTRODO. SIGNIFICADO FÍSICO (1)
Para el electrodo de cobre:
0 ’ 34 V = E o pila = E o Cu - E o H 2 = E o Cu = 0 ’ 43 > 0
CÁTODO (red.) Cu 2+ (aq) + 2e  Cu (s) ÁNODO (ex) H 2 (g)  2 H + (aq) + 2e Cu 2+ (aq) + H 2 (g)  Cu (s) + 2 H + (aq) El electrodo de cobre tiene más tendencia a reducirse que el de hidrógeno.

PODER DE REDUCCIÓN DE UN ELECTRODO. SIGNIFICADO FÍSICO (2)
Para el electrodo de cadmio:
0 ’ 40 V = E o pila = E o H 2 - E o Cd= - E o Cd = -0 ’ 40 < 0
CÁTODO (red.) 2 H + (aq) + 2 e  H 2 (g) ÁNODO (ex) Cd (s)  Cd 2+ (aq) + 2e 2 H + (aq) + Cd (s)  Cd 2+ (aq) + H 2 (g) El electrodo de cadmio tiene menos tendencia a reducirse que el de hidrógeno.

SIGNIFICADO DEL POTENCIAL DE ELECTRODO
Indica la tendencia de que se produzca en el electrodo una reducción.
Por eso se le llama también POTENCIAL DE REDUCCIÓN.
A mayor potencial de reducción. Mayor tendencia a reducirse (es más oxidante y menos reductor)
Cuanto más negativo sea el potencial de reducción de un electrodo, más reductor será. (por lo tanto el se oxidará)

PREDICCIÓN DE REACCIONES REDOX Una pila siempre tiene que tener f.e.m. positiva 01/05/11 16:03

TABLA DE POTENCIALES A mayor potencial de reducción, más oxidante es. Mide el desplazamiento del equilibrio a la derecha

ESTUDIO DE TABLA DE POTENCIALES
Par oxidante-reductor conjugado:
Difieren en “ n ” electrones
MnO 4 - (oxidante) / Mn 2+ (reductor)
El mejor oxidante sería el F 2 y el peor el Li.
Au 3+ : oxidante fuerte (pues E o  ). Equilibrio desplazado a la derecha. Au será un reductor débil.
Mg 2+ : será un oxidante débil pues (pues E o  ) . El Mg será un reductor fuerte.

¿CUANDO SE FORMA UNA PILA?
Cuando el proceso es espontáneo, es decir, cuando E o pila > 0
Ejemplo: Zn 2+ (aq) + Sn (s)  Zn (s) + Sn 2+ (aq) E o pila = E o ca´t - E o án = E o Zn - E o Sn = = -0 ’ 76 - (-0 ’ 14) = - 0 ’ 62 v.
No forma pila pues el cinc es más reductor que el estaño. Como se observa su fem es negativo. Debería ser:
Zn (s) + Sn 2+ (aq)  Zn 2+ (aq) + Sn (s)

Ejercicio resuelto : 259 01/05/11 16:03

PILA DANIELL AMPLIACIÓN 1 01/05/11 16:03

PILA DANIELL
ÁNODO: barra de Zn en ZnSO 4
CÁTODO: barra de Cu en CuSO 4
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INFLUENCIA DE LA CONCENTRACIÓN EN LA F.E.M. DE UNA PILA. ECUACIÓN DE NERNST AMPLIACIÓN 2 01/05/11 16:03

INFLUENCIA DE LA [] EN FEM
P.ej.: Zn (s)  Zn 2+ (1M)   Cu 2+ (1M)  Cu (s) E o = 1 ’ 1v
¿Qué pasaría si se modificasen las [iones]
Por le Chatelier, el aumento de uno o de otro desplazaría el equilibrio en un sentido o en otro, modificándose el valor de E o (o  o )
Si  [Cu 2+ ] o  [Zn 2+ ] va a la derecha y  fem
Si  [Cu 2+ ] o  [Zn 2+ ] va a la izquierda y  fem
01/05/11 16:03 Zn (s) + Cu 2+  Zn 2+ + Cu (s)

ECUACIÓN DE NERNST (1)
Dada la ecuación aA + bB  cC + dD, se puede demostrar que:
Además:  G = -n .  . F y  G o = -n .  o . F
Sustituyendo:

ECUACIÓN DE NERNST (2)
Operando:
Como a 25oC R, T y F son constantes, y aplicando que Ln Q = 2 ’ 3 . Log Q:
01/05/11 16:03 Que es la expresión de la Ecuación de Nernst

CÁLCULO DE Kc EN UNA PILA GALVÁNICA
Cuando Q = Kc, se cumple que  = 0. Entonces:

PROBLEMA RESUELTO Nº 6

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Electroquímica 2 bach jano

by VICTOR M. VITORIA

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