17.19: Problemas

1. Equilibrar las siguientes ecuaciones químicas asumiendo que ocurren en solución acuosa.

a)\({Cu}^0+{Ag}^+\to {Cu}^{2+}+{Ag}^0\)

b)\({Fe}^{2+}+{Cr}_2O^{2-}_7\to {Fe}^{3+}+{Cr}^{3+}\)

c)\({Cr}^{2+}+{Cr}_2O^{2-}_7\to {Cr}^{3+}\)

d)\({Cl}_2+{Br}^-\to {Cl}^-+{Br}_2\)

e)\(ClO_3\to {Cl}^-+ClO^-_4\)

f)\(I^-+{IO}^-_3\to I_2\)

g)\(I^-+O_2\to I_2+{OH}^-\) (solución básica)

h)\(H_2C_2O^{2-}_4+MnO^-_4\to {CO}_2+{Mn}^{2+}\)

i)\({Fe}^{2+}+MnO^-_4\to {Fe}^{3+}+{Mn}^{2+}\)

j)\(H_2O_2+MnO^-_4\to {Mn}^{2+}+O_2\)

k)\(PbO_2+{Pb}^0+H_2SO_4\to {PbSO}_4\)

l)\({Fe}^{2+}\to {Fe}^0+{Fe}^{3+}\)

(m)\({Cu}^{2+}+{Fe}^0\to {Cu}^0+{Fe}^{3+}\)

(n)\({Al}^0+{OH}^-\to H_2+Al{\left(OH\right)}^-_4\) (solución básica)

(o)\({Au}^0+{CN}^-+O_2\to Au{\left(CN\right)}^-_4\) (solución básica)

(p)\({Cu}^0+{HNO}_3\to {Cu}^{2+}+NO_2\)

q)\({Al}^0+{Fe}_2O_3\to {Al}_2O_3+{Fe}^0\)

(r)\(I^-+H_2O_2\to I_2+{OH}^-\) (solución básica)

(s)\(HFeO^-_4+{Mn}^{2+}\to {Fe}^{3+}+{MnO}_2\)

(t)\({Fe}^{2+}+S_2O^{2-}_8\to {Fe}^{3+}+SO^{2-}_4\)

(u)\({Cu}^++O_2\to {Cu}^{2+}+{OH}^-\) (solución básica)

2. Calcular la constante de equilibrio\(K_a\),, para la reacción\({Cu}^0+2{Ag}^+\to {Cu}^{2+}+2{Ag}^0\). Un exceso de alambre de cobre limpio se coloca en una solución de nitrato de\({10}^{-1}\ \underline{\mathrm{M}}\) plata. Suponiendo que las molaridades se aproximan adecuadamente a las actividades de los iones, encontrar las concentraciones de equilibrio de\({Ag}^+\) y\({Cu}^{2+}\).

3. Los potenciales estándar para la reducción de\({Fe}^{2+}\) y\({Fe}^{3+}\) para\({Fe}^0\) son

\[{Fe}^{2+}+2e^-\to {Fe}^0 {\mathcal{E}}^o=-0.447\ \mathrm{v}\]\[{Fe}^{3+}+3e^-\to {Fe}^0 {\mathcal{E}}^o=-0.037\ \mathrm{v}\]

(a) Encontrar el potencial estándar para la desproporción de\({Fe}^{2+}\) a\({Fe}^{3+}\) y\({Fe}^0\):\(\ \ \ {Fe}^{2+}\to {{Fe}^0+Fe}^{3+}\).

(b) Encontrar el potencial estándar de media celda para la reducción de\({Fe}^{3+}\) a\({Fe}^{2+}\):\({Fe}^{3+}+e^-\to {Fe}^{2+}\).

4. El potencial estándar para la reducción de tris-etilendiaminerutenio (III) a tris-etilendiaminerutenio (II) es

\[{\left[Ru{\left(en\right)}_3\right]}^{3+}+e^-\to {\left[Ru{\left(en\right)}_3\right]}^{2+} {\mathcal{E}}^o=+0.210\ \mathrm{v}\]

Los datos de potencial de media celda se dan a continuación para varios oxidantes. ¿Cuál de ellos puede\({\left[Ru{\left(en\right)}_3\right]}^{2+}\) oxidarse\({\left[Ru{\left(en\right)}_3\right]}^{3+}\) en solución ácida (\(\left[H^+\right]\approx {\tilde{a}}_{H^+}={10}^{-1}\)) acuosa?

a)\(UO^{2+}_2+e^-\to UO^+_2\)\({\mathcal{E}}^o=+0.062\ \mathrm{v}\)

b)\({\left[Ru{\left(NH_3\right)}_6\right]}^{3+}+e^-\to {\left[Ru{\left(NH_3\right)}_6\right]}^{2+}\)\[{\mathcal{E}}^o=+0.10\ \mathrm{v}\] c)\({Cu}^{2+}+e^-\to {Cu}^+\)\({\mathcal{E}}^o=+0.153\ \mathrm{v}\)

d)\(AgCl+e^-\to {Ag}^0+{Cl}^-\)\({\mathcal{E}}^o=+0.222\ \mathrm{v}\)

e\({Hg}_2{Cl}_2+2e^-\to 2{Hg}^0+2{Cl}^-\)\[{\mathcal{E}}^o=+0.268\ \mathrm{v}\]) f)\(AgCN+e^-\to {Ag}^0+{CN}^-\)\({\mathcal{E}}^o=-0.017\ \mathrm{v}\)

g)\(SnO_2+4H^++4e^-\to {Sn}^0+2H_2O\)\[{\mathcal{E}}^o=-0.117\ \mathrm{v}\]

5. Se construye una celda electroquímica en la que una media celda es un electrodo de hidrógeno estándar y la otra es un electrodo de hidrógeno sumergido en una solución de\(pH=7\)\(\left(\left[H^+\right]\approx {\tilde{a}}_{H^+}={10}^{-7}\right)\). ¿Cuál es la diferencia de potencial entre los terminales de la celda? ¿Qué cambio químico ocurre en esta celda?

6. El potencial estándar de media celda para la reducción de gas oxígeno en un electrodo inerte (como el metal platino) es

\[O_2+4H^++4e^-\to 2H_2O {\mathcal{E}}^o=+1.229\ \mathrm{v}\]

Se construye una celda electroquímica en la que una media celda es un electrodo de hidrógeno estándar y la otra celda es una pieza de metal platino, sumergida en una\(1\ \underline{M}\) solución de\(HClO_4\), que está continuamente en contacto con burbujas de gas oxígeno a una presión de\(1\) bar.

a) ¿Cuál es la diferencia de potencial entre los terminales de la celda? ¿Qué cambio químico ocurre en esta celda?

b) La\(1\ \underline{M}\)\(HClO_4\) solución de la parte (a) se sustituye por agua pura\(\left(\left[H^+\right]\approx {\tilde{a}}_{H^+}={10}^{-7}\right)\). ¿Cuál es la diferencia de potencial entre los terminales de esta celda?

c) La\(1\ \underline{M}\)\(HClO_4\) solución de la parte (a) se sustituye por\(1\ \underline{M}\)\(NaOH\)\(\left(\left[H^+\right]\approx {\tilde{a}}_{H^+}={10}^{-14}\right)\). ¿Cuál es la diferencia de potencial entre los terminales de esta celda?

7. Una fuente de potencial eléctrico variable se introduce en el circuito externo de la celda en la parte (a) del problema

6. El terminal negativo de la fuente de potencial está conectado al electrodo de oxígeno y el terminal positivo de la fuente de potencial está conectado al electrodo de hidrógeno estándar. Si el potencial eléctrico aplicado es 1.3 v, ¿qué cambio químico ocurre? ¿Cuál es el potencial eléctrico mínimo que se debe aplicar para electrolizar el agua si el electrodo de oxígeno contiene una\(1\ \underline{M}\)\(HClO_4\) solución? ¿Una solución neutra (\(pH=7\))? ¿Una\(1\ \underline{M}\)\(NaOH\) solución?

8. Dos electrodos de platino están sumergidos en\(1\ \underline{M}\)\(HClO_4\). ¿Qué diferencia de potencial se debe aplicar entre estos electrodos para electrolizar el agua? (Supongamos que\(P_{O_2}=1\ \mathrm{bar}\) y\(P_{H_2}=1\ \mathrm{bar}\) en sus respectivos electrodos, como será el caso en cuanto se hayan acumulado algunas burbujas de gas en cada electrodo). ¿Qué diferencia de potencial se requiere si los electrodos están sumergidos en agua pura? En\(1\ \underline{M}\)\(NaOH\)?