Construcción De Escalas De Potencial Y Su Aplicación A La Predicción De Reacciones.

CONSTRUCCIÓN DE ESCALAS DE POTENCIAL Y SU APLICACIÓN A LA PREDICCIÓN DE REACCIONES.

MÉXICO UNAM 2011
Problema 1
¿Cuál es la fuerza reductora relativa de Fe, Cu y Zn, cuando se introduce un clavo de hierro dentro de una disolución de sulfato de cobre(II) o de sulfato de zinc?
Resultados: Para el primer experimento el clavo reaccionó con el Cu2SO4,dejándolo negro y a la disolución naranja. El clavo se oxidó y sigue la siguiente reacción:

Segundo experimento:
El clavo en la solución de ZnSO4 no reaccionó, dada la escala de potencial se observa que la reacción no es cuantitativa porque la pendiente es negativa.

Cuestionario No. 1
Después de haber hecho tus observaciones, da una explicación a los fenómenos observados:
¿Cómo podríasidentificar inequívocamente a la sustancia depositada sobre el clavo usado en el punto 2 del procedimiento del problema 1?
Introduciendo el clavo en un tubo de ensaye con 100 mL de ácido nítrico 3 M.
Una coloración azul significa la presencia de cobre en la sustancia, lo que es nitrato de cobre (II) trihidratado.
Determina la fuerza reductora relativa de Fe, Cu y Zn.
〖Fe〗^(2+)/〖Fe〗^0 -0.44V〖Cu〗^(2+)/〖Cu〗^0 +0.34V

〖Zn〗^(2+)/〖Zn〗^0 -0.76V
Problema 2.
Mídase la diferencia de potencial creada por las celdas siguientes:
Zn|〖Zn〗^(2+) ┤ ‖〖Fe〗^(2+) ┤ |Fe┤
〖Zn〗^(2+)/Zn (-0.76V)-----(-0.44V) 〖Fe〗^(2+)/Fe→E^0
-0.76+0.44= -0.32V
├ Zn┤|├ 〖Zn〗^(2+) ┤‖├ 〖Cu〗^(2+) ┤|Cu
〖Zn〗^(2+)/Zn (-0.76V)-----(0.34V) 〖Cu〗^(2+)/Cu→E^0
-0.34 + (-0.76)= -1.1V
├ Fe┤|├ 〖Fe〗^(2+) ┤‖├ 〖Cu〗^(2+) ┤|Cu〖Fe〗^(2+)/Fe (-0.44V)-----(0.34V) 〖Cu〗^(2+)/Cu→E^0
0.44+0.34= 0.78V
Resultados
Celda ∆E(V) teórico ∆E(V) experimental Q* K*
Zn|〖Zn〗^(2+) ┤ ‖〖Fe〗^(2+) ┤ |Fe┤ -0.32 -0.408 1 〖1.57x10〗^(-14)
├ Zn┤|├ 〖Zn〗^(2+) ┤‖├ 〖Cu〗^(2+) ┤|Cu -1.1 -1.13 1 〖5.93x10〗^(-39)
├ Fe┤|├ 〖Fe〗^(2+) ┤‖├ 〖Cu〗^(2+) ┤|Cu 0.78 -0.601 1 〖4.68x10〗^(-21)

Formulas:
Q=([productos] pre-equilibrio)/([reactivos]pre-equilibrio)K=e^((∆E°nF)/RT)
RT=2477.62
*Para estos metales n=2
nF=193000 C/mol
Cálculos:
Zn|〖Zn〗^(2+) (0.02mol)┤ ‖〖Fe〗^(2+) (0.02mol)┤ |Fe┤
Zn+〖Fe〗^(2+)→〖Zn〗^(2+)+Fe
K=e^(((-0.408V)(193000))/((2477.62)))
K= 〖1.57x10〗^(-14)
├ Zn┤|├ 〖Zn〗^(2+) (0.02mol)┤‖├ 〖Cu〗^(2+) (0.02mol)┤|Cu
Zn+〖Cu〗^(2+)→〖Zn〗^(2+)+Cu
K=e^(((-1.13V)(193000))/((2477.62)))
K=〖5.93x10〗^(-39)
├ Fe┤|├ 〖Fe〗^(2+) (0.02mol)┤‖├ 〖Cu〗^(2+)(0.02mol)┤|Cu
Fe+〖Cu〗^(2+)→〖Fe〗^(2+)+Cu
K=e^(((-0.601)(193000))/((2477.62)))
K= 〖4.68x10〗^(-21)

Cuestionario No. 2
Representa en un diagrama cada una de las pilas que construiste, indicando claramente el ánodo, el cátodo y la dirección en la que fluyen los electrones.

Representación de la pila Zn ⎢ Zn2+ ⎢⎢ Fe2+ ⎢ Fe

Representación de la pila Zn ⎢ Zn2+ ⎢⎢ Cu2+ ⎢ Cu

Representación de la pilaFe ⎢ Fe2+ ⎢⎢ Cu2+ ⎢ Cu

Describe cada una de las pilas representadas en el inciso anterior, de acuerdo a la nomenclatura aceptada por la IUPAC.

Zn^0 |Zn^(2+) (1M)|| Fe^(2+) (1M)| Fe^0

Zn^0 |Zn^(2+) (1M)|| Cu^(2+) (1M)| Cu^0

Fe^0 |Fe^(2+) (1M)|| Cu^(2+) (1M)|Cu^0

Con base en los datos de diferencia de potencial, establece una escala de potencial en donde se representen los trespares redox propuestos en el experimento indicando claramente su fuerza óxido-reductora relativa. Compara y discute estos resultados con los que generaste después de resolver el problema No. 1.
〖Zn〗^(2+) 〖Fe〗^(2+) H^+ 〖Cu〗^(2+)






0,0
〖Zn〗^0 〖Fe〗^0 H_2 〖Cu〗^0

En esta tabla es posible observar la diferencia de potencial generada al poner encontacto dos celdas de diferente potencial normal estándar, de modo que puede observarse que la diferencia de potencial más grande se presenta en la celda formada por el Zn2+ (menos oxidante) y el Cu2+(más oxidante).Las flechas indican que todas las reacciones se llevan a cabo(reacciones cuantitativas). Para que una reacción sea muy cuantitativa deben estar muy separados en la escala...