Exercici 1.1 · Química UB 2024

Exercici 1.1. Pila electroquímica de ferro i manganès

Es pretén dissenyar una pila per a un rellotge basada en els següents parells redox:

$$\varepsilon^\circ(\text{Fe}^{3+}/\text{Fe}^{2+}) = 0{,}77\text{ V} \quad\text{i}\quad \varepsilon^\circ(\text{MnO}_4^-/\text{Mn}^{2+}) = 1{,}51\text{ V} \text{ en medi àcid.}$$

Es disposa de $\text{HCl}$, $\text{KMnO}_4$, $\text{MnCl}_2$, $\text{FeCl}_2$ i $\text{FeCl}_3$. Tenint en compte aquesta informació, es demana:

Exercici 1.1. Pila electroquímica de ferro i manganès

Es pretén dissenyar una pila per a un rellotge basada en els següents parells redox:

$\varepsilon^\circ(\mathrm{Fe^{3+}/Fe^{2+}}) = 0{,}77\text{ V}$ i $\varepsilon^\circ(\mathrm{MnO_4^-/Mn^{2+}}) = 1{,}51\text{ V}$ en medi àcid.

Es disposa de $\mathrm{HCl}$, $\mathrm{KMnO_4}$, $\mathrm{MnCl_2}$, $\mathrm{FeCl_2}$ i $\mathrm{FeCl_3}$. Tenint en compte aquesta informació, es demana:

a)

Formuleu i igualeu les dues semireaccions, escriviu la reacció iònica global i la reacció molecular completa de forma que el procés sigui espontani en condicions estàndard.

b)

Si se sap que cal una tensió mínima de $0{,}9\text{ V}$ perquè el dispositiu funcioni, indiqueu si serà operativa la pila en condicions estàndard i calculeu la variació d'energia lliure estàndard ($\Delta G^\circ$).

Sí

No

c)

Trobareu la relació molar necessària $[\mathrm{Mn^{2+}}]/[\mathrm{MnO_4^-}]$ a una temperatura de $25\text{ }^\circ\text{C}$ perquè el rellotge funcioni a $\mathrm{pH} = 1$ quan el quocient $[\mathrm{Fe^{2+}}]/[\mathrm{Fe^{3+}}] = 1000$.

Dades addicionals: $F = 96500\text{ C/mol e}^-$; $R = 8{,}314\text{ J}\cdot\mathrm{K^{-1}}\cdot\mathrm{mol^{-1}} = 0{,}082\text{ atm}\cdot\mathrm{L}\cdot\mathrm{K^{-1}}\cdot\mathrm{mol^{-1}}$.