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QUI-116 Sección 301 PAUTA DE SOLUCIÓN - TAREA Nº2 Equilibrios Redox Una amalgama dental está compuesta por Ni, Sn y Cu. Cuál de estos metales es el ánodo de sacrificio si es posible la formación de los hidróxidos de cobre, estaño y níquel, bajo las condiciones de acidez bucales? 2H2O(ac) O2(g) + 4H+(ac) + 4ē Ni+2(ac) + 2ē Ni(s) Sn+2(ac) + 2ē Sn(s) Cu(s) Cu+2(ac) + 2ē Ni(OH)2(s) Ni+2(ac) +2OH-(ac) Sn(OH)2(s) Sn+2(ac) + 2OH-(ac) Cu(OH)2(s) Cu+2(ac) + 2OH-(ac) Solución: Para determinar cuál es el ánodo de sacrificio, es necesario calcular el potencial no estándar de la reacción global de formación de los respectivos hidróxidos frente a la reacción de reducción del oxígeno. Así para la formación del Ni(OH)2 a partir de níquel metálico se siguen los siguientes pasos: 1. Se invierte lasemirreaccion de reducción del níquel, por lo tanto se cambia el signo del potencial: Ni+2(ac) + 2ē Ni(s) Eº = -0,257 V Ni(s) Ni+2(ac) + 2ē Eº = 0,257 V 2. Se calcula el valor de la constante de equilibrio de la semirreacción de oxidación del
nEº

Eº = 1,229 V Eº = -0,257 V Eº = -0,138V Eº = 0,342 V Kps=2,0—10-15 Kps=1,4—10-28 Kps=2,2—10-20

níquel. Para convertir el valor de Eº en K se emplea lasiguiente ecuación: K = 10 0,0591 Ni(s) Ni+2(ac) + 2ē

K = 10

2⋅(0,257 ) 0,0591

= 5,0—108

(1)

3. Se invierte la reacción de disolución del hidróxido de níquel, por lo tanto, para calcular el valor de la constante de equilibrio para la formación del Ni(OH)2, se invierte el valor del Kps: Ni(OH)2(s) Ni+2(ac) + 2OH-(ac) Ni+2(ac) + 2OH-(ac) Ni(OH)2(s) Kps=2,0—10-15 (Kps)-1=5,0—1014

(2)4. Se suman las reacciones (1) y (2), el nuevo valor de K se calcula como el producto de las constantes de cada reacción: Ni(s) Ni+2(ac) + 2ē Ni+2(ac) + 2OH-(ac) Ni(OH)2(s) Ni(s) + 2OH-(ac) Ni(OH)2(s) + 2ē K= 5,0—108 K=5,0—1014 K=2,5—1023

5. Para convertir el valor de K en un valor de Eº, se emplea la siguiente ecuación: 0,0591 Eº= logK n Ni(s) + 2OH-(ac) Ni(OH)2(s) + 2ē

Eº=

0,0591log 2,5—1023 =0,691V n

(

)

6. La reacción de formación del hidróxido de níquel, se suma ahora con la ecuación de reducción del oxígeno entregada: O2(g) + 4H+(ac) + 4ē 2H2O(ac) Ni(s) + 2OH-(ac) Ni(OH)2(s) + 2ē Eº = 1,229 V Eº=0,691V

Para poder sumar las reacciones se balancean los electrones, por lo tanto, la reacción del níquel se multiplica por dos, y al sumar las reacciones se sumanlos potenciales: 2Ni(s) + 4OH-(ac) 2Ni(OH)2(s) + 4ē 2H2O(ac) O2(g) + 4H+(ac) + 4ē + 4OH (ac) +O2(g) + 4H+(ac) 2Ni(OH)2(s) + 2H2O(ac) Eº=0,691V Eº = 1,229 V Eº = 1,920 V

2Ni(s)

La suma de los H+ y OH- al lado izquierdo da H2O, por lo tanto cancelando las 4 moles de agua en los reactantes menos las 2 moles que hay en los productos, se obtiene: 2Ni(s) + 2H2O +O2(g) 2Ni(OH)2(s) Eº = 1,920 V

Quees la reacción global de formación del hidróxido de níquel a partir del níquel metálico en presencia de oxígeno. Se sigue el mismo procedimiento para el estaño: Sn(s) Sn+2(ac) + 2ē +2 Sn (ac) + 2OH-(ac) Sn(OH)2(s) Sn(s) + 2OH-(ac) Sn(OH)2(s) + 2ē Sn(s) + 2OH-(ac) Sn(OH)2(s) + 2ē Eº = 0,138V (Kps)-1=(1,4—10-28)-1 K=4,7—104 K=7,1 1027 K=3,3 1032 Eº=0,961 V

Multiplicamos por 2 la semirreacción deoxidación del estaño para balancear electrones y sumamos con la semirreacción de reducción del oxígeno: 2Sn(s) + 4OH-(ac) 2Sn(OH)2(s) + 4ē O2(g) + 4H+(ac) + 4ē 2H2O(ac) + 4OH-(ac) +O2(g) + 4H+(ac) 2Sn(OH)2(s) + 2H2O(ac) Eº=0,961 V Eº = 1,229 V Eº = 2,190 V

2Sn(s)

2Sn(s) + 2H2O +O2(g)

2Sn(OH)2(s)

Eº = 2,190 V

Que es la reacción global de formación del hidróxido de estaño a partir deestaño metálico en presencia de oxígeno.

Se sigue el mismo procedimiento para el cobre: Cu(s) Cu+2(ac) + 2ē +2 Cu (ac) + 2OH-(ac) Cu(OH)2(s) Cu(s) + 2OH-(ac) Cu(OH)2(s) + 2ē Cu(s) + 2OH-(ac) Cu(OH)2(s) + 2ē Eº = -0,342V (Kps)-1=(2,2—10-20)-1 K=2,7—10-12 K=4,6 1019 K=1,2 108 Eº=0,239 V

Multiplicamos por 2 la semirreacción de oxidación del cobre para balancear electrones y sumamos con la...