Exercici 2 · Química Aplicada II UB Juny 2010

a. Dibuixeu un diagrama funcional representant la configuració d'aquesta pila (elèctrodes, solucions, polaritats i pont salí).

Solución: Esquema funcional de la pila Daniell: - Ànode (pol negatiu): barra metàl·lica de zinc immersa en una dissolució aquosa d'ions $\mathrm{Zn^{2+}}$ (ex. $\mathrm{ZnSO_4}$). - Càtode (pol positiu): barra metàl·lica de coure immersa en una dissolució d'ions $\mathrm{Cu^{2+}}$ (ex. $\mathrm{CuSO_4}$). - Pont salí: tub en U amb un electròlit inert (com $\mathrm{KCl}$ o $\mathrm{KNO_3}$) en gel d'agar-agar, que permet la migració iònica tancant el circuit i preservant la neutralitat elèctrica. - Circuit exterior: connexió elèctrica entre els elèctrodes mitjançant un voltímetre/potenciòmetre d'alta impedància.

b. Formuleu les semireaccions que tenen lloc a l'ànode:

Solución: $\mathrm{Zn\ (s) \rightarrow Zn^{2+}\ (aq) + 2\ e^-}$

b. Formuleu les semireaccions que tenen lloc al càtode:

Solución: $\mathrm{Cu^{2+}\ (aq) + 2\ e^- \rightarrow Cu\ (s)}$

b. Equació redox global espontània:

Solución: $\mathrm{Zn\ (s) + Cu^{2+}\ (aq) \rightarrow Zn^{2+}\ (aq) + Cu\ (s)}$

c. Determineu el potencial estàndard de la pila ($E^\circ_{\text{pila}}$).

Solución: $1{,}10\text{ V}$ / $1100\text{ mV}$

d. Calculeu la força electromotriu (FEM) resultant amb l'expressió de Nernst.

Solución: $1{,}13\text{ V}$ / $1{,}1296\text{ V}$ / $1130\text{ mV}$

e. Quin valor pren el corrent elèctric que travessa el potenciòmetre en l'instant precís en què es registra la mesura de la FEM? S'observa l'avenç apreciable de la reacció química mentre es pren la lectura?

Solución: La intensitat que circula pel sistema de mesura és nul·la ($I = 0$). No s'observa cap avenç apreciable de la reacció química.

f. Raoneu el fenomen físic i químic que tindria lloc si es posessin en contacte directe els extrems dels dos conductors metàl·lics sense cap càrrega externa intercalada.

Solución: Es produiria un curtcircuit amb descàrrega ràpida i espontània d'electrons fins a l'esgotament dels reactius o l'equilibri ($E = 0\text{ V}$), dissipant tota l'energia en forma de calor.