Reacciones redox · Nivel: 2-Bachillerato · Dificultad: alta

Pilas galvánicas y FEM: ejercicios resueltos

Cálculo de FEM de pilas galvánicas con la ecuación de Nernst y potenciales estándar.

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:

Resolución paso a paso:

  1. Identificar el ánodo y el cátodo:
    • Ánodo: Zn (donde ocurre la oxidación)
    • Cátodo: Cu (donde ocurre la reducción)
  2. 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:

Resolución paso a paso:

  1. Identificar el ánodo y el cátodo:
    • Ánodo: Fe (donde ocurre la oxidación)
    • Cátodo: Ag (donde ocurre la reducción)
  2. 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:

Resolución paso a paso:

  1. Calcular la FEM estándar:
    • FEM estándar = 1,10 V (calculado previamente)
  2. 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:

Resolución paso a paso:

  1. Identificar el ánodo y el cátodo:
    • Ánodo: Mg (donde ocurre la oxidación)
    • Cátodo: Cu (donde ocurre la reducción)
  2. 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:

Resolución paso a paso:

  1. Identificar el ánodo y el cátodo:
    • Ánodo: Na (donde ocurre la oxidación)
    • Cátodo: Cl₂ (donde ocurre la reducción)
  2. 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:

Resolución paso a paso:

  1. Identificar el ánodo y el cátodo:
    • Ánodo: Al (donde ocurre la oxidación)
    • Cátodo: Ni (donde ocurre la reducción)
  2. 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

  1. Confundir el ánodo con el cátodo: Recordar que el ánodo es donde ocurre la oxidación y el cátodo donde ocurre la reducción.
  2. No ajustar correctamente las ecuaciones redox: Asegúrate de que el número de electrones transferidos sea el mismo en ambas semirreacciones.
  3. Olvidar el signo negativo en la ecuación de Nernst: Es crucial para obtener el resultado correcto.

Preguntas frecuentes

¿Qué es una pila galvánica?
Una pila galvánica es un dispositivo que convierte energía química en energía eléctrica mediante reacciones redox espontáneas.
¿Cómo se determina el ánodo y el cátodo en una pila?
El ánodo es el electrodo donde ocurre la oxidación y el cátodo es el electrodo donde ocurre la reducción.
¿Qué es la FEM de una pila?
La FEM (fuerza electromotriz) es la diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo de una pila.
¿Cómo se aplica la ecuación de Nernst?
La ecuación de Nernst se usa para calcular el potencial de una pila en condiciones no estándar, teniendo en cuenta las concentraciones de los reactivos y productos.

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