Las pilas galvánicas son dispositivos que convierten la energía química en energía eléctrica mediante reacciones redox. Estos ejercicios están diseñados para ayudar a los estudiantes de Bachillerato a comprender cómo funcionan las pilas galvánicas, cómo calcular su fuerza electromotriz (FEM) y cómo aplicar la ecuación de Nernst.
Ejercicios resueltos
Ejercicio 1
Enunciado: Dibuja una pila Daniell y calcula su FEM estándar. La pila Daniell está formada por un electrodo de zinc y un electrodo de cobre.
Datos:
- Potencial estándar de reducción del Cu²⁺/Cu: +0,34 V
- Potencial estándar de reducción del Zn²⁺/Zn: -0,76 V
Resolución paso a paso:
- Identificar el ánodo y el cátodo:
- Ánodo: Zn (donde ocurre la oxidación)
- Cátodo: Cu (donde ocurre la reducción)
- Calcular la FEM estándar:
- FEM = E°cátodo - E°ánodo = 0,34 V - (-0,76 V)
- FEM = 1,10 V
Solución: La FEM estándar de la pila Daniell es 1,10 V.
Ejercicio 2
Enunciado: Calcula la FEM de una pila formada por un electrodo de hierro y un electrodo de plata.
Datos:
- Potencial estándar de reducción del Ag⁺/Ag: +0,80 V
- Potencial estándar de reducción del Fe²⁺/Fe: -0,44 V
Resolución paso a paso:
- Identificar el ánodo y el cátodo:
- Ánodo: Fe (donde ocurre la oxidación)
- Cátodo: Ag (donde ocurre la reducción)
- Calcular la FEM estándar:
- FEM = E°cátodo - E°ánodo = 0,80 V - (-0,44 V)
- FEM = 1,24 V
Solución: La FEM estándar de la pila Fe/Ag es 1,24 V.
Ejercicio 3
Enunciado: Determina la FEM de una pila Zn/Cu con concentraciones de 0,1 M para Zn²⁺ y 1 M para Cu²⁺ usando la ecuación de Nernst.
Datos:
- Potencial estándar de reducción del Cu²⁺/Cu: +0,34 V
- Potencial estándar de reducción del Zn²⁺/Zn: -0,76 V
- Ecuación de Nernst: E = E° - (0,059/n) * log(Q)
- n = 2 (número de electrones transferidos)
Resolución paso a paso:
- Calcular la FEM estándar:
- FEM estándar = 1,10 V (calculado previamente)
- Aplicar la ecuación de Nernst:
- Q = [Zn²⁺]/[Cu²⁺] = 0,1/1 = 0,1
- E = 1,10 - (0,059/2) * log(0,1)
- E = 1,10 - 0,0295 * (-1)
- E = 1,10 + 0,0295
- E = 1,1295 V
Solución: La FEM de la pila Zn/Cu es 1,1295 V.
Ejercicio 4
Enunciado: Calcula la FEM de una pila formada por un electrodo de magnesio y un electrodo de cobre.
Datos:
- Potencial estándar de reducción del Cu²⁺/Cu: +0,34 V
- Potencial estándar de reducción del Mg²⁺/Mg: -2,37 V
Resolución paso a paso:
- Identificar el ánodo y el cátodo:
- Ánodo: Mg (donde ocurre la oxidación)
- Cátodo: Cu (donde ocurre la reducción)
- Calcular la FEM estándar:
- FEM = E°cátodo - E°ánodo = 0,34 V - (-2,37 V)
- FEM = 2,71 V
Solución: La FEM estándar de la pila Mg/Cu es 2,71 V.
Ejercicio 5
Enunciado: Una pila galvánica está formada por un electrodo de sodio y un electrodo de cloro. Calcula su FEM estándar.
Datos:
- Potencial estándar de reducción del Cl₂/Cl⁻: +1,36 V
- Potencial estándar de reducción del Na⁺/Na: -2,71 V
Resolución paso a paso:
- Identificar el ánodo y el cátodo:
- Ánodo: Na (donde ocurre la oxidación)
- Cátodo: Cl₂ (donde ocurre la reducción)
- Calcular la FEM estándar:
- FEM = E°cátodo - E°ánodo = 1,36 V - (-2,71 V)
- FEM = 4,07 V
Solución: La FEM estándar de la pila Na/Cl₂ es 4,07 V.
Ejercicio 6
Enunciado: Calcula la FEM de una pila formada por un electrodo de aluminio y un electrodo de níquel.
Datos:
- Potencial estándar de reducción del Ni²⁺/Ni: -0,25 V
- Potencial estándar de reducción del Al³⁺/Al: -1,66 V
Resolución paso a paso:
- Identificar el ánodo y el cátodo:
- Ánodo: Al (donde ocurre la oxidación)
- Cátodo: Ni (donde ocurre la reducción)
- Calcular la FEM estándar:
- FEM = E°cátodo - E°ánodo = -0,25 V - (-1,66 V)
- FEM = 1,41 V
Solución: La FEM estándar de la pila Al/Ni es 1,41 V.
Errores frecuentes
- Confundir el ánodo con el cátodo: Recordar que el ánodo es donde ocurre la oxidación y el cátodo donde ocurre la reducción.
- No ajustar correctamente las ecuaciones redox: Asegúrate de que el número de electrones transferidos sea el mismo en ambas semirreacciones.
- Olvidar el signo negativo en la ecuación de Nernst: Es crucial para obtener el resultado correcto.