9.7: Problemas

9.1. Una solución de 50 litros contiene\(^+\) iones\(8 \cdot 10^{19}\) H. Calcular el pH. ¿Esta solución es ácida o básica?

9.2. Una botella contiene 3 litros de una solución química con un pH de 8.

a) ¿La botella contiene un ácido o una base?

(b) Aproximadamente ¿cuántos\(^+\) iones H hay en la botella?

(c) ¿Una botella de 3 litros con un pH de 9 contendría más o menos iones de H\(^+\) que la botella con un pH de 8?

(d) ¿Cuántas veces como muchos/pocos\(^+\) iones H hay en la botella con solución de pH 8 que en la botella con solución de pH 9?

9.3. Considera una batería con un electrodo de litio y un electrodo de cloruro de plata (AgCl). Supongamos que ocurren las siguientes reacciones químicas en la batería, y se muestra el potencial redox para cada reacción.

\(\text{AgCl} + e^- \rightarrow \text{Ag} + \text{Cl}^-\)\(V_{rp} = 0.22 V\)

\(\text{Li} \rightarrow \text{Li}^+ + e^-\)\(V_{rp} = 3.04 V\)

(a) ¿Qué reacción es probable que ocurra en el cátodo y qué reacción es probable que ocurra en el ánodo? Justifica tu respuesta.

(b) ¿Cuál es el voltaje teórico general de la celda?

(c) Si la batería está conectada a una\(1 k\Omega\) carga, aproximadamente, ¿cuál es la potencia entregada a esa carga?

9.4. Supongamos que las reacciones químicas y los potenciales redox correspondientes en una batería están dados por [137]:

\(\text{Li} \rightarrow \text{Li}^+ + e^-\)\(V_{rp} = 3.04 V\)

\(\text{S} + 2e^- \rightarrow \text{S}^{2-}\)\(V_{rp} = -0.57 V\)

(a) Encontrar la capacidad específica teórica general de la batería en\(\frac{C}{g}\).

(b) Encontrar la energía específica teórica general de la batería en\(\frac{J}{g}\).

c) ¿Qué material, litio o azufre, se oxida y qué material se reduce?

9.5. Una batería tiene una capacidad específica 252\(\frac{C}{g}\) y una masa de 50 g. Su densidad total es de 2.245\(\frac{g}{m^3}\).

(a) Encontrar la capacidad específica en\(\frac{mA \cdot h}{g}\).

b) Encontrar la capacidad en\(mA \cdot h\).

(c) Encontrar la densidad de carga en\(\frac{mA \cdot h}{m^3}\).

9.6. Una batería tiene una capacidad específica de 55\(\frac{mA \cdot h}{g}\) y una tensión nominal de 2.4 V. La batería tiene una masa de 165 g. Encuentra la energía almacenada en la batería en J.

9.7. Una batería tiene un cátodo de azufre donde\(\text{S} + 2e^- \rightarrow \text{S}^{2-}\) ocurre la reacción. El ánodo está hecho de un material misterioso\(X\), y en el ánodo,\(X \rightarrow X^{2+} + 2e^-\) se produce la reacción. La capacidad específica teórica de la reacción de azufre es 1.76\(\frac{A \cdot h}{g}\) y la capacidad específica teórica del material X es 0.819\(\frac{A \cdot h}{g}\). La capacidad teórica específica de los materiales combinados es de 0.559\(\frac{A \cdot h}{g}\). ¿Qué es el material\(X\) y cuál es\(V_{rp}\) el potencial redox de la batería? (Pista: Utilice una tabla periódica y una lista de potenciales redox.)

9.8. ¿Cuál es la diferencia entre cada uno de los artículos de los pares a continuación?

• Una batería y una pila de combustible
• Una batería primaria y una batería secundaria
• Potencial redox y potencial químico

9.9. Considere la celda de combustible de membrana de electrolito polimérico que se muestra a continuación Las reacciones en los electrodos son:

\(\text{H}_2 \rightarrow 2\text{H}^+ + 2e^-\)

\(4e^- + 4\text{H}^+ + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}\)

Haga coincidir la etiqueta de la imagen con el nombre del componente.

Nombre del componente	Etiqueta
1. Ánodo
2. Cátodo
3. Electrolito
4. Cargar
5. Membrana de electrolito polimérico

9.10. Haga coincidir el nombre de los componentes de la celda de combustible con un material utilizado para fabricar ese componente.

Nombre del componente de pila de combustible	Material
1. Ánodo	A. Platino
2. Subproducto (residuos producidos)	B. Carbono (sólido, pero poroso)
3. Catalizador	C. Agua
4. Electrolito	D. Ácido sulfúrico
5. Combustible	E. Hidrógeno líquido