ejercicios de quimica IV resueltos-61

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EXÁMENES RESUELTOS DE QUÍMICA 181 JUNIO 2007 
 
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Resolución 
a) La ecuación de velocidad para la reacción, de primer orden respecto a 
cada reactivo es: 
 
v = k A B⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎣ ⎦⎣ ⎦⋅ ⋅ 
 
A partir de la tabla anterior se pueden plantear las siguientes ecuaciones: 
 
2
3
mol mol mol1 0,1 = k 0,2 0,05 L s L L
mol mol2 0,2 = k A 0,05 L s L
mol mol3 0,8 = k 0,8 BL s L
⋅
⎡ ⎤ ⋅⎣ ⎦
⎡ ⎤⋅ ⎣ ⎦
→ ⋅
⋅
→ ⋅
⋅
→ ⋅
⋅
 
 
Dividiendo la ecuación 2 entre la 1 se obtiene que la concentración de A en 
el segundo experimento: 
 
2k A 0,05 0,2 = 0,1 k 0,2 mol/L 0,05 
⎡ ⎤
⎣ ⎦ ⎡ ⎤
⎣ ⎦
⋅ ⋅
⇒
⋅ ⋅ 2
molA = 0,4 L 
 
Dividiendo la tercera ecuación entre la primera, se obtiene la concentración 
de B en el tercer experimento: 
 
3k 0,8 B0,8 = 0,1 k 0,2 mol/L 0,05 
⎡ ⎤
⎣ ⎦ ⎡ ⎤
⎣ ⎦
⋅ ⋅
⇒
⋅ ⋅ 3
mol B = 0,1 L 
 
b) El cálculo de la constante cinética se puede hacer a partir de 
cualquiera de las ecuaciones planteadas en el apartado anterior: 
 
mol mol mol0,1 = k 0,2 0,05 L s L L⋅ ⋅ ⇒⋅ ⋅
L k = 10 mol s 
 
 
 
 
 
 
182 EXÁMENES RESUELTOS DE QUÍMICA BÁSICACAPÍTULO 3 
 176 
 
5.- Se construye una pila con dos electrodos. Uno de ellos consta de una 
placa de Cu sumergida en una disolución de CuSO4 y el otro está 
constituido por una placa de Al sumergida en una disolución de AlCl3. 
a) Razonar qué electrodo actúa como cátodo y cuál como ánodo. Dibujar el 
esquema de la pila y escribir las reacciones parciales y el proceso global 
que tiene lugar. 
b) Calcular el potencial estándar de la pila y la variación de energía libre 
de Gibbs estándar. 
c) Hallar el potencial de la pila si [Cu2+] es 0,1 M y [Al3+] es 0,2 M. 
Razonar si la reacción es espontánea o no y qué tipo de pila se ha formado. 
 
 
Datos 
Eo(Cu2+/Cu) = 0,34 V; Eo(Al3+/Al) = -1,68 V; F= 96500 C/mol e- 
 
Resolución 
a) Primeramente se debe determinar qué semipila actúa como ánodo y cuál 
como cátodo. Para ello se deben analizar los potenciales estándar de 
reducción de ambas. La que tenga mayor potencial de reducción se 
reducirá y, por lo tanto, actuará como cátodo. En este caso la semipila de 
cobre será el cátodo y la de aluminio el ánodo. 
Por lo tanto, el esquema de la pila será el siguiente: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Al3+ 
Al 
Ánodo 
Cu2+
Cátodo 
Cu 
e- 
- +
Puente salino 
 EXÁMENES RESUELTOS DE QUÍMICA 183 JUNIO 2007 
 
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El esquema de la pila también se puede indicar de la siguiente manera: 
3+ 2+Al(s) Al (0,2 M) Cu (0,1 M) Cu(s) 
Los procesos que ocurren en la pila anterior serán: 
 
2+ -
3+ -
Cátodo : (Cu + 2e Cu(s)) × 3
Ánodo : (Al(s) Al + 3e ) × 2 _____________________________ 
Proceso global : 2 Al(
→
→
2+ 3+s) + 3 Cu 2 Al + 3 Cu(s)→
 
 
b) El potencial estándar de la pila se calcula mediante la siguiente 
expresión: 
 
o o
cátodo ánodo = E + E = 0,34 V + 1,68 V = 
oE 2,02 V 
 
A partir de este valor, y sabiendo que en el proceso redox se intercambian 
6 moles de electrones, se puede determinar la variación de la energía libre 
de Gibbs estándar: 
 
o - -= - n E F = - 6 mol e 2,02 V 96500 C/mol e = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅o 3ΔG -1.169.580 J -1,2·10 kJ
 
Este valor es negativo como corresponde al proceso espontáneo que tiene 
lugar en una pila galvánica. 
 
c) El potencial de la pila se calcula mediante la ecuación de Nernst: 
 
23+
o o
32+
Al0,059 0,059E = E - log Q = E - log n n Cu
⎡ ⎤
⎢ ⎥⎣ ⎦
⎡ ⎤
⎢ ⎥⎣ ⎦
 
 
2
3
0,059 0,2 = 2,02 V - log = 6 0,1
E 2,00 V 
 
Como el potencial obtenido es positivo, la energía libre de Gibbs es 
negativa, por lo tanto, se puede decir que el proceso es espontáneo, es 
decir, la pila es galvánica.