Ejercicios Resueltos de Electroquímica y Termodinámica: Cálculos de Potencial y Leyes de Faraday

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La electrolisis de una disolución acuosa de sulfato de cobre (II) se efectúa según la reacción ionica neta siguiente: 2Cu²⁺(ac)+2H₂O --> 2Cu(s)+O₂(g)+4H⁺(ac) Calcule:
a)La cantidad que se necesita consumir de sulfato de cobre(II)para obtener 4,1moles de O_2.

moles Cu

²⁺ =2x4,1=8,2moles. Moles CuSO₄=moles Cu²⁺. MasaCuSO₄= 8,2x159,5=1307,9gr
b)¿cuantos litros de O₂ se han producido en el apartado anterior a 25^oC y 1atm?

PV=nRT;

 1xV=4,1x0,082x298; V=100,2L de 0₂
c)¿cuanto tiempo es necesario para q se depositen 2,9g de cobre con 1,8A?
Cu^2-+2e^---> Cu; t=(moles e^-xF) /i= (2xmoles CuxF)/i= [(2x2,9/63,5)x96485]/1,8= 4896s=81,6min
•En un vaso q contiene 100mL de disolución de [ ] 10^-3M del ion Au³⁺ se introduce una placa de cobre metálico
a)Ajuste la reacción redox y calcule su potencial normal e indiuqe si es espontanea.

(Au

³⁺+3e^- --> Au)x2 E^o1=+1,52V
(Cu-->Cu²⁺+2e^-)x3 E^o2= -0,34V
-------------------------------------------------
2Au³⁺3Cu-->2Au+3Cu²⁺ E=E1+E2= 1,18V > 0 (espontanea)
b)se reduce todo el Au³⁺ calcule la [ ] deCu²⁺ y determine los moles
n(Au
³⁺)=V·c=(0,1)·(10^-3)=10^-4mol
n(Cu²⁺)=n(Au³⁺)·3/2=1,5·10^-4mol ---> [Cu²⁺]=n(Cu²⁺)/V=(1,5·10^-4)/(0,1)=1,5·10^-3M
n(e^-)=n(Au³⁺)·3=3·10^-4mol
•En el cátodo de una pila de reduce el dictromato potasito en medio ácido a Cromo(III).
a)¿cuantos moles debe llegar al cátodo para reducir 1mol?
Cr₂O₇^2-+14H+6e-->2Cr³⁺+7H₂O Para reducir 1mol de Cr₂O₇^2- se necesitan 6moles de e^-

b)Faraday q se consume si pasa una corriente 2,2A durante 15min.
Q=i·
t=2,2x15x60=1980C= 1980/96500=0,0205F
c)[ ]inicial de dicromato si el volumen es de 20mL

MolesCr

₂O₇^2-=0,0205/6=3,42

·

10^3-moles Cr₂O₇^2-
[Cr₂O₇^2-]=3,42

·

10^-3mol/0,020L=0,17M 
•Se realiza electrolisis de una dis acuosa Cu²⁺ Calcule:
a)la carga eléctrica necesaria para 5g deCu en el cátodo. (en culombios)
Cu²⁺+2e^--->Cu; Carga(Q)=i·t=n(e)·F= 2·n(Cu)·F= 2x5/63,5x96500=15197C
b)volumen de H₂(g) a 30^oC y 770mm Hg para reducir H⁺(ac) en un cátodo.
2H⁺+2e-->H₂; n(H₂)=n(Cu)= 5/63,5
P·V=n(H₂)·R·T ---> 770/760xV= 5/63,5x0,082x303 --> V=1,93L
•Para la reacc de combustión del etanol, C₂H₅OH, liquido a 25^oC, conteste con ayuda de la tabla:
a)escriba la reacc y calcule su AG a 25C
C₂H₅OH(l)+3O₂(g)-->2CO₂(g)+3H₂O(l)
AH^o=&AH_f(prod)-&AH_f(reacc)=2(-393,50)+3(-285,8)+277,3= -1367,1KJ
AS^o=&S^o(prod)-&S^o(reacc)=2(213,6)+3(69,9)-160,5-3(205,0)= -138,6
AG=AH-TAS= -1367,1 - (298)(-138,6)10^-3= -1325,8KJ
b)calcula la variación de energía interna a 25C

AU=AH-AnRT= -1367,1-(-1)(8,31)10

^-3(298)= -1364,6KJ
c)espontanea o no a 727C AG=AH-TAS= -1367,1 - 1000(-138,6)10
^-3= -1228,5
•El bromuro potásico reacc con el ácido sulfúrico para dar sulfato de potasio, bromo libre diox de azufre y agua. Consteste:
a)formule y ajuste las semirreacc ioncas de redox y la reacc neta molecular.

Semirreacc ionicas SO

₄^2-+4H⁺+2e>₂+2H₂O
2Br^-->
₂+2e
--------------------------------------------------
reacc neta 2KB_r+2H₂SO₄>₂SO₄+Br₂+SO₂+H₂O
b)cuantos cm³ de bromo se producirán al reacc 20g de bromuro pot con ac sulf.

MolesKBr=20/119=0,168. A partir de 2moles de KBr se forma1mol de Br

₂ se producen 0,168/2=0,084moles de Br₂ gBr₂=0,084x160=13,44g
V=m/d= 13,44/2,8=4,8cm³de Br₂ 
•En la oxidación de agua ox. Con 0,2moles de permanganato, realizada en medio ácido a 25C y 1atm, se producen 2L de O₂ y Mn²⁺ y agua
a)escriba la reacc ionica y ajustela.

2MnO

₄^-+5H₂O₂+6H⁺><2Mn²⁺+5O₂+8H₂O
b)si es espontanea en cond estándar y 25C SI xq E^o>0 E=1,51-0,68=0,83V
c)determine los gr de agua ox necesario xa la reacc

N(H

₂O₂)=n(O₂)=PV/RT=0,82moles m(g)=0,082x34=2,8g
d)moles de permanganato en exceso.

2/5=x/0,082; x=0,0328; 0,2-0,0328=0,167

•Se sabe q el ion permanganato oxida el hierro(II) a hierro(III) en presencia de ac sulfúrico reduciéndose a Mn(II)
a)escriba y ajuste las semirreacc de ox y reduc y la ec ionica global

[Fe

²⁺-->Fe³⁺+1e]x5
MnO₄^-+8H⁺+5e-->Mn²⁺+4H₂O
---------------------------------------------------
5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺+5e-->5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
b)que volumen de permanganeso potásico 0,02M se reqiere xa oxidar 40mL de dis 0,1M de sulfato de hierro(II) en dis ac sulf?
moles de Fe
²⁺=40x0,1/1000=4·10^-3
moles de MnO₄^-=4·10^-3x1mol de MnO₄^-/5moles de Fe²⁺ =8·10^-4
mL de MnO₄^- = 8·10^-4x1000/0,02= 40mL
•En una celda voltaica de produce K₂Cr₂O₇+7H₂SO₄+6Ag.....
a)potencial estándar de la celda E^o=1,33 - 0,80= 0,53V
b)gr de sulfato formador a partir de 2,158g de plata

MolesAg=2,158/107,9=0,02. MolesAg

₂SO₄=3x0,02/6=0,01
masa molar Ag₂SO₄=311,8. G Ag₂SO₄=0,01x311,8=3,118
c)[ ] 1,47g·L^-1 calcule el volumen xa oxidar 2,158g de plata

Masa molar H

₂SO₄=98; [H₂SO₄]=1,47/98=0,015M: moles Ag=0,02
moles H₂SO₄=7x0,02/6=0,023; VH₂SO₄=0,023/0,015=1,53L
•Un vaso de 100cm³ de dis Au⁺ 0,03M se reduce y ox a oro metálico (Au) y catión Au³⁺ hasta agotarse todo el catión Au³+
a)ajuste la reacc 2x(Au⁺+1e --> Au)
Au⁺ --> Au³⁺+2e
-----------------------------------------
3Au⁺ --> 2Au+Au³⁺
b)potencial E^o=1,7-1,25=+0,45V
c)[ ] deAu³⁺en dis [Au³⁺]=[Au³⁺]·1/3= 0,03/3=0,01M
d)masa de Au n(Au)=n(Au⁺)·2/3=0,002mol m(Au)=(0,002)·(197)=0,394g