Reaccions de transferència d'electrons
- 1. 1. Al laboratori disposem de les substàncies següents Metalls Sn(s) Cu(s) Ni(s) Solucions KNO3(aq) 3M CuSO4(aq) 1M NiSO4(aq) 1M a) Quina relació faríeu al laboratori per aconseguir tenir una solució aquosa que contingués ions Sn2+ ? Justifiqueu la resposta. b) Emprant només les substàncies de la taula anterior, expliqueu el procediment experimental per a construir al laboratori una pila en condicions estàndard i a 25o C, tot indicant el material necessari. Digueu el nom i la polaritat de cada elèctrode. Dades: Potencial estàndard de reducció, 𝐸 𝑜 , a 25o C; 𝐸 𝑜 (Cu2+ /Cu) = +0,34𝑉; 𝐸 𝑜 (Sn2+ /Sn) = −0,14V; 𝐸 𝑜 (Ni2+ /Ni) = −0,25V 2. Una bateria que es podria utilitzar en els vehicles elèctrics és la de zinc-clor, que té l’avantatge de desenvolupar una potència pràcticament constant, fins i tot durant el procés de descàrrega. Aquesta bateria està formada per un conjunt de piles amb la notació següent: Zn(s)|Zn2+ (aq)||Cl2(g)|Cl- (aq)|Pt(s) a) Dibuixeu un esquema d’aquesta pila. Indiqueu-hi la polaritat i el nom de cada elèctrode i assenyaleu el sentit de circulació dels electrons pel circuit exterior. Quina funció hi exerceix el platí? b) Escriviu les equacions de les semireaccions d’oxidació i reducció, l’equació de la reacció global que hi té lloc. Calculeu la força electromotriu (FEM) de la pila, en condicions estàndard i a 298 K. Dades: Potencial estàndard de reducció a 298 K: Eo (Zn2+ |Zn)= -0,76 V; Eo (Cl2|Cl- )= 1,36 V 3. Amb l’ajut d eles figures, que representen experiències dutes a terme al laboratori, contesteu les qüestions següents i justifiqueu les respostes. Experiències realitzades al laboratori, a 25o C a) En l’experiència de la figura A, introduïm una peça de ferro en una solució aquosa de ZnSO4. La peça de ferro quedarà recoberta d’una capa de zinc sòlid? b) En l’experiència de la figura B, es connecten les solucions aquoses de CuSO4 i ZnSO4 amb un pont salí de NaNO3. Què marcarà el potenciòmetre? Cap a on es mouran els ions Na+ i NO3 − ?
- 2. 4. El magnesi és un element metàl·lic que forma part de molts aliatges, però no es troba pur a la naturalesa. Es pot obtenir a partir d’alguna d eles seves sals emprant una cel·la electrolítica. a) Escriviu les semireaccions que es produeixen en cada elèctrode, i la reacció global, quan es duu a terme l’electròlisi de clorur de magnesi fos, i indiqueu el nom i la polaritat dels elèctrodes. b) Justifiqueu per què cal fer el procés d’obtenció de magnesi en una cel·la electrolítica i no en una cel·la galvànica (pila). Si per la cel·la electrolítica de clorur de magnesi fos hi circula una intensitat de corrent de 5,0 A, quantes hores han de transcórrer per a aconseguir 100 g de magnesi? Dades: Massa atòmica relativa: Mg = 24,3 Constant de Faraday: F = 9,65 x 104 C mol-1 Potencial estàndard de reducció, a 298 K: Eo (Cl2/Cl- )= +1,36 V; Eo (Mg2+ /Mg)= -2,38 V 5. El brom s’utilitza en la producció de colorants, desinfectants i insecticides. Una font important per a obtenir-lo és l’aigua de mar, on s’hi troba en forma de bromur. L’obtenció de brom a partir de l’aigua de mar es duu a terme industrialment mitjançant una reacció del tipus: 2 Br- (aq) + X2(aq) Br2(l) + 2 X- (aq) on X és un altre halogen. c) Expliqueu raonadament quin o quins halògens poden fer que la reacció anterior sigui espontània, i calculeu la variació d’energia lliure estàndard, a 298 K, d’una d’aquestes reaccions. d) A partir de la configuració electrònica dels àtoms o ions, i utilitzant el model atòmic de càrregues elèctriques, compareu el radi atòmic dels elements Cl i Br, així com el radi de les espècies químiques Br i Br- . Dades: Potencial estàndard de reducció, a 298 K: Eo (F2/F- )= +2,87 V; Eo (Cl2/Cl- )= +1,36 V; Eo (Br2/Br- )= +1,07 V; Eo (I2/I- )= +0,54 V Constant de Faraday: F = 9,65 x 104 C mol-1 Nombres atòmics (Z): Z(Cl) = 17 ; Z(Br) = 35 6. Volem separar la plata d’un aliatge format per plata i estany. Per aconseguir-ho, podem escollir entre afegir a l’aliatge una solució aquosa d’àcid sulfúric 1M o una d’àcid nítric 1 M, i, posteriorment, obtenir la plata sòlida per filtració. e) Justifiqueu, des d’un punt de vista electroquímic, si escolliríeu afegir àcid sulfúric o àcid nítric. f) Escriviu la reacció de l’àcid nítric en aigua, segons el model àcid-base de Brönsted-Lowry. Si tenim una solució d’àcid nítric i una altra d’àcid sulfúric de la mateixa concentració molar, quina de les dues solucions té un pH més alt? Expliqueu-ho raonadament. Dades: Potencial estàndard de reducció, a 298 K: Eo (NO3 − /NO)=+0,96 V; Eo (SO4 2− /SO3 2− )= +0,17 V; Eo (Ag+ /Ag)= +0,80 V; Eo (Sn2+ /Sn)= -0,14 V 7. Moltes monedes trobades en excavacions arqueològiques són de coure 1, habitualment, estan corroïdes. Un procediment per a netejar-les consisteix a penjar-les d’un fil de coure, submergir-les en una solució aquosa de NaOH, afegir un elèctrode de grafit a la solució i connectar el fil de coure i el grafit a una pila, com s’observa en la figura. La reacció iònica global que es produeix és la següent: 2 Cu2+ + 4 OH- 2 Cu + O2 + 2 H2O Procés de neteja d’una moneda de coure
- 3. a) Escriviu les semireaccions que tindran lloc en cadascun dels elèctrodes durant el procés de neteja de la moneda corroïda i indiqueu el nom i la polaritat dels elèctrodes. Per què és necessari unir el fil de coure i el grafit amb una pila? b) Expliqueu en què consisteix el procés de corrosió d’un metall i indiqueu els factors ambientals que el produeixen. Indiqueu a partir de quin criteri deduïm quin metall es corroirà més fàcilment, d’una sèrie de metalls sotmesos a les mateixes condicions ambientals i durant el mateix temps. Dades: Potencial estàndard de reducció, a 298 K: Eo (O2/OH- )= +0,40 V; Eo (Cu2+ /Cu) = +0,34 V