Problema 4 · Química Bàsica Ii UB 2023

Tema: Electroquímica: piles, equació de Nernst i electròlisi · Del examen Examen de Química Bàsica II (2023) (2023)

Enunciado

Problema 4. Estudi d'una pila electroquímica i aplicació de l'equació de Nernst

Es munta una pila galvànica representada pel diagrama cel·lular següent:

Pt(s)∣Fe2+(0,020 M), Fe3+(0,010 M)∥Mn2+(0,025 M), MnO4−(0,050 M), H+(aq)∣Pt(s)\mathrm{Pt}(s) \mid \mathrm{Fe}^{2+}(0{,}020\ \mathrm{M}),\ \mathrm{Fe}^{3+}(0{,}010\ \mathrm{M}) \parallel \mathrm{Mn}^{2+}(0{,}025\ \mathrm{M}),\ \mathrm{MnO}_4^-(0{,}050\ \mathrm{M}),\ \mathrm{H}^+(aq) \mid \mathrm{Pt}(s)

Dades (25 ∘C25\ ^\circ\mathrm{C})

E∘(MnO4−/Mn2+)=1,51 VE^\circ(\mathrm{MnO}_4^-/\mathrm{Mn}^{2+}) = 1{,}51\ \mathrm{V}; E∘(Fe3+/Fe2+)=0,77 VE^\circ(\mathrm{Fe}^{3+}/\mathrm{Fe}^{2+}) = 0{,}77\ \mathrm{V}.

R=8,314 J⋅K−1⋅mol−1R = 8{,}314\ \mathrm{J\cdot K^{-1}\cdot mol^{-1}}; F=96485 C⋅mol−1F = 96485\ \mathrm{C\cdot mol^{-1}}.

a)

Escriviu les semireaccions d'elèctrode i la reacció cel·lular global. Indiqueu quin és l'ànode i el càtode, així com les seves polaritats respectives.

b)

Calculeu el valor de la constant d'equilibri a 25 ∘C25\ ^\circ\mathrm{C} per a la reacció de la pila i interpreteu el seu significat físic.

c)

Calculeu la força electromotriu (FEM) de la cel·la a pH=2,00\mathrm{pH} = 2{,}00.

d)

Com varia la FEM si el procés té lloc a pH=5,00\mathrm{pH} = 5{,}00? Justifiqueu per quin d'aquests dos valors de pH l'ió permanganat presenta un poder oxidant superior.

Enunciado: Problema 4 · Química Bàsica Ii UB 2023

Solución

Según los criterios oficiales de corrección

a) Semireacció a l'ànode

Solución: 5×(Fe2+→Fe3++e−)5 \times (\mathrm{Fe}^{2+} \rightarrow \mathrm{Fe}^{3+} + e^-) / Fe2+→Fe3++e−\mathrm{Fe}^{2+} \rightarrow \mathrm{Fe}^{3+} + e^-

a) Elèctrode i polaritat de l'ànode

Solución: Ànode (pol negatiu, oxidació)

a) Semireacció al càtode

Solución: MnO4−+8H++5e−→Mn2++4H2O\mathrm{MnO}_4^- + 8\mathrm{H}^+ + 5e^- \rightarrow \mathrm{Mn}^{2+} + 4\mathrm{H}_2\mathrm{O}

a) Elèctrode i polaritat del càtode

Solución: Càtode (pol positiu, reducció)

a) Reacció cel·lular global

Solución: MnO4−+5Fe2++8H+⇌Mn2++5Fe3++4H2O\mathrm{MnO}_4^- + 5\mathrm{Fe}^{2+} + 8\mathrm{H}^+ \rightleftharpoons \mathrm{Mn}^{2+} + 5\mathrm{Fe}^{3+} + 4\mathrm{H}_2\mathrm{O}

b) Calculeu el valor de la constant d'equilibri a 25 °C per a la reacció de la pila

Solución: 3,5×10623{,}5\times 10^{62}

b) Interpreteu el seu significat físic

Solución: El valor de la constant és extremadament elevat (K≫1K \gg 1), fet que demostra que la reacció està completament desplaçada cap als productes i és pràcticament quantitativa.

c) Calculeu la força electromotriu (FEM) de la cel·la a pH = 2,00

Solución: 0,5720{,}572 V / 572572 mV

d) FEM de la cel·la a pH = 5,00

Solución: 0,2880{,}288 V / 288288 mV

d) Com varia la FEM i justificació de per quin d'aquests dos valors de pH l'ió permanganat presenta un poder oxidant superior

Solución: La FEM disminueix fins a 0,288 V. L'ió permanganat manifesta un poder oxidant més gran a pH = 2,00 que a pH = 5,00, ja que com més àcid és el medi (menor pH, major [H+]), major és el potencial de reducció de la semireacció.

La explicación paso a paso, hecha con IA, es Premium. Premium

Resuélvelo aquí mismo: corrección automática, pistas y solución paso a paso.

Pregunta 3 · 2017 ›

Más ejercicios de Electroquímica: piles, equació de Nernst i electròlisi