ejercicios de quimica IV resueltos-87

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EXÁMENES RESUELTOS DE QUÍMICA 259 SEPTIEMBRE 2009 
 
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5.- Se prepara una pila con un electrodo de cobre sumergido en una 
disolución de cobre (II) nitrato, una barra de hierro sumergida en una 
disolución que contiene iones Fe3+ y un puente salino de KCl. 
a) Escribe las semirreacciones y la reacción global que tiene lugar. 
b) Calcular la concentración de iones Fe3+ presentes en el sistema cuando 
se alcanza el equilibrio si la concentración de Cu2+ es de 2·10-6 M. 
c) Calcular el valor de la variación de la energía libre de Gibbs de la 
reacción en condiciones estándar y razonar hacia donde se produce de 
forma neta la reacción. 
 
 
Datos 
Eº(Cu2+/Cu)= 0,336 V ; Eº(Fe3+/Fe)= -0,037 V; F= 96.500 C/mol e- 
 
Resolución 
a) Primeramente se debe determinar qué semicelda 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 hierro el ánodo. El esquema de la pila será el 
siguiente: 
 
 
 
El esquema de la pila, también se puede indicar de la siguiente manera: 
Fe (s) | Fe3+ (ac) | | Cu2+ (ac) | Cu (s) 
 
Los procesos que ocurren en la pila anterior serán: 
260 EXÁMENES RESUELTOS DE QUÍMICA BÁSICACAPÍTULO 3 
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Cátodo: [Cu2+ + 2e- → Cu(s)]·3 
Ánodo: [Fe(s) → Fe3+ + 3e-]·2 
 Proceso global: 3 Cu2+ + 2 Fe(s) → 3 Cu(s) + 2 Fe3+ 
 
b) Para calcular la concentración de iones Fe3+ presentes en el equilibrio, 
cuando la concentración de Cu2+ es 2·10-6 M, hay que conocer el valor del 
potencial estándar de la pila, que se calcula mediante la siguiente 
expresión: 
 
o o o
cátodo ánodoE = E + E = 0,336 V + 0,037 V = 0,373 V 
 
El potencial de la pila, en el equilibrio es cero, según la ecuación de 
Nernst: 
E = Eº - 
3+ 2
2+ 3
0,059 0,059 [Fe ]logQ = Eº - log
6 6 [Cu ]
 
 
0 = 0,373 - 
3+ 2
-6 3
0,059 [Fe ]log
6 [2·10 ]
 
 
 
[Fe3+]= 2,6·1010 M 
 
c) A partir del potencial estándar de la pila, y sabiendo que en el proceso 
redox se intercambian 6 moles de electrones, se puede calcular la variación 
de la energía libre de Gibbs en condiciones estándar: 
 
ΔGº= - n·F·Eº 
 
ΔG= - 6 mol e- · 96.500 C/mol e- · 0,373 V= -215.937 J 
 
Este valor es negativo como corresponde al proceso espontáneo que tiene 
lugar en una pila galvánica; por lo tanto, el sistema se desplaza netamente 
hacia la derecha hasta alcanzar el estado de equilibrio. 
 EXÁMENES RESUELTOS DE QUÍMICA 261 
 
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NOMENCLATURA 
 
[i]: concentración de la sustancia i 
cp: calor específico a presión constante 
Cp: capacidad calorífica de un calorímetro o de una bomba calorimétrica 
dis.: disolución 
Ei: potencial de la celda galvánica, de la celda electrolítica o del electrodo 
(ánodo o cátodo) 
G: energía libre de Gibbs 
H: entalpía 
i: factor de van’t Hoff 
ν : número de iones que surgen en una ionización 
I: intensidad de la corriente eléctrica 
k: constante cinética 
Kc: constante de equilibrio en términos de concentración 
Kp: constante de equilibrio en términos de presión 
m: molalidad 
M: molaridad 
mi: masa de la sustancia i 
min.: mineral 
Mmolar (i): masa molar del elemento o del compuesto químico i 
n: número de moles 
P: presión 
P1: presión de vapor de un disolvente en una disolución 
Pi: presión parcial de la sustancia i en una mezcla de gases 
o
1P : presión de vapor del disolvente puro 
Pv (H2O, T): presión de vapor del agua a la temperatura T 
Q: cantidad de corriente eléctrica 
Qi: calor intercambiado por la sustancia o el cuerpo i 
Qc: cociente de reacción en términos de concentración 
QP: cociente de reacción en términos de presión 
T: temperatura 
t: tiempo 
v: velocidad de reacción 
V: volumen 
x: fracción molar 
Z: número atómico 
α: grado de disociación 
Π: presión osmótica 
ρ: densidad 
	ÍNDICE
	NOMENCLATURA