Pilas

Procesos físico-químicos aplicados
Año 2010

Marcelo Antón (Ing. en Electrónica)



1. Qué ecuación se utiliza para determinar el potencial de reacciones reversibles que vinculan reactivos y productos. Que se entiende por potencial normal de electrodo. Se utiliza la ecuación de óxido-reducción (REDOX) Ecuación de la fem (fuerza electromotriz inducida) Dada una pila de Zn y Cu Su fem = E(Zn/Z2+) + E (Cu2++/Cu) La fem obtenida es la resultante de la suma de la fuerza reductora del Zn y la fuerza oxidante del Cu Potencial normal de electrodo (E0) se refiere a la fem medida experimentalmente, cuando las concentraciones de las especies, que componen los electrodos, en solución, son 1 molar y las presiones parciales para los gases intervinientes son de 1 atmósfera y están medidas a25°C. Estas tendencias están referidas a una hemipila que contiene un electrodo de platino sumergido en una solución 1 molar (1mol/litro) de H+ y por el cual pasa una corriente de H2 a una presión de 1 atmósfera. 2 a) Cual es la constante de equilibrio para la siguiente reacción a 25ºC.? Mg(s) + Zn+2(ac)Mg+2 + Zn(s) EMg++/Mg= -2.37V Mg → Mg+2 + 2e∆Eo = -0,76 – (-2,37) ∆Eo = 1,61 V R.T/F = 0,059, paraR= constante universal de los gases, F=96500 cb, T=298°K (25°C) E = Eo – ( ) . log ( ) ) EZn++/Zn= -0.76V

En el equilibrio E=0 y llamo C a la constante de equilibrio ( Eo = (0,059/n) . log ( Eo / (0,059/n) = log (K) K= K = 3,76 x 1054 b) Cual es la relación entre la energía libre y la FEM. )

La fuerza electromotriz FEM de una pila se define como la diferencia de potencial entre susterminales cuando la resistencia del circuito conectado a las terminales tiende a infinito.
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Si las celdas operan en condiciones estándar (25°C,1 M y 1 atm) se denomina, fem estándar o potencial estándar ΔΕ° En una celda electroquímica toda la energía química se transforma en energía eléctrica. La carga eléctrica total que pasa a través de la celda es calculada por: C = n.F F = cte de Faraday y n =n° de moles de e⁻. Como la FEM es el potencial máximo de la celda y el trabajo eléctrico es la cantidad máxima de trabajo (W) que se puede hacer, tenemos: Weléctrico = Wmáx Weléctrico = C.∆E° Wmáx = - n.F.∆E° La energía libre de Gibbs es la energía libre para hacer trabajo, eso significa que el cambio de energía libre representa la cantidad máxima de trabajo útil, o sea: Wmáx = ∆G = - n.F.∆E° Si ∆Ges negativo, hay energía libre y por lo tanto la reacción es espontánea. Para que ocurra eso el ∆E° debe ser positivo. Si ∆G es positivo, la energía libre el ∆E° debe ser negativa, por lo que la reacción no es espontánea. Si ∆G = 0, la energía libre el ∆E° = 0, por lo que la reacción está en equilibrio. c) Cual es el potencial de una pila con los pares (Zn, Zn++) y (Cu,C u++) si la concentraciónde Zn++y Cu++ son 0.2 y 10-7 mol por litro respectivamente. ECu++/Cu=0.34V, EZn++/Zn=-0.76V Como EZn++/Zn=-0.76V es ánodo, por ser más chico que el ECu++/Cu=0.34V, por lo tanto le invierto su signo o usar ∆E° = E°cátodo – E°ánodo FEM = 0.34 V + 0.76 V= 1.1 V

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d) Construir la posible pila entre los siguientes pares, indicando la hemireacción que ocurre en el cátodo y en el ánodo, laecuación total y FEM de la pila. EI2/I-=0,62V, ECl2/Cl-=1,36V EAg+/Ag=0.799, EFe+3/Fe+2=0,68V , ESn+4/Sn+2=0,154, ENi++/Ni=-0,25V i) I2/I- y Cl2/Cl-

2I- → I2 + 2 e- = - 0,62 V Cl2 + 2e- → 2 Cl- = 1,36 V 2I- + Cl2 → I2 + 2 ClFEM = 1,36 V – 0,62 = 0,74V ii) Ni+2/Ni y Cl2/Cl-

Ni → Ni++ + 2 e- = 0,25 V Cl2 + 2e- → 2 Cl- = 1,36 V Ni + Cl2 → Ni++ + 2 ClFem= 1,36 V – 0,25 = 1,61V iii)Fe+3/Fe+2 y Ag+/Ag

Fe++ → Fe+++ + 1 e- = -0,68 V Ag+ + 1e- → Ag = 0,799 V Fe++ + Ag+ → Fe+++ + Ag Fem = 0,799 V – 0,68 V = 0,119V iv) Mg+2/Mg y Sn+4/Sn+2

Mg → Mg++ + 2 e- = 2,37 V Sn++++ + 2e- → Sn++ = 0,154 V Mg + Sn++++ → Mg++ + Sn++ Fem= 2,37 V – 0,154 V = 2,52V

e) Se hacen pasar exactamente 0,2 faraday a través de 3 celdas electroquímicas en serie. Una contiene ion Ag+, la otra Zn++ y la...