Parctica 2 CONSTRUCCIÓN DE ESCALAS DE POTENCIAL Y SU APLICACIÓN A LA PREDICCIÓN DE REACCIONES

PROBLEMA No. 1

¿Cuál es la fuerza reductora relativa de Fe, Cu y Zn, cuando se introduce un clavo de hierro dentro de una disolución de sulfato de cobre(II) o de sulfato de zinc?

CUESTIONARIO No. 1

Después de haber hecho tus observaciones, da una explicación a los fenómenos observados.

1.- ¿Cómo podrías identificar inequívocamente a la sustancia depositada sobre el clavo usado en el punto 2 del procedimiento del problema 1? ¿Basta mirar al clavo del punto 3 del procedimiento para saber si ocurrió algún cambio?¿Por qué?

En la solución con cobre fue en donde ocurrió una reacción de óxido-reducción con el clavo, más que nada por la capa de color rojiza depositada sobre el clavo y el cambio de color en la disolución. Como en la otra disolución no ocurrió cambio aparente podemos decir que no ocurre reacción alguna. Para que una reacción sea posible debe reaccionar el agente más oxidante con el agente más reductor, en este caso el Cu2+ y el Fe0; en cambio el Zn2+ y Fe0 son agentes oxidante y reductor débiles respectivamente, por lo cual no se lleva acabo reacción alguna.

Para el tubo 1 de CuSO4 y el clavo:

Fe+ Cu2+  Fe2+ + Cu0

La capa rojiza que se deposita en el clavo es Cu0, el cual se redujo en la reacción.

2. Determina la fuerza reductora relativa de Fe, Cu y Zn

En base a lo realizado experimentalmente el reductor más fuerte es el zinc (Zn), seguido por el hierro (Fe) y el cobre (Cu) es el reductor más débil

PROBLEMA No. 2

Mídase la diferencia de potencial creada por las celdas siguientes:

Zn ⎢ Zn2+ ⎢⎢ Fe2+ ⎢ Fe

Zn ⎢ Zn2+ ⎢⎢ Cu2+ ⎢ Cu

Fe ⎢ Fe2+ ⎢⎢ Cu2+ ⎢ Cu

Y plantéense las reacciones generadas espontáneamente, calculando al mismo tiempo los valores de las constantes de equilibrio correspondientes.

Celda ∆E (V)

Zn|〖Zn〗^(2+) (1M)||〖Fe〗^(2+) |Fe 0.37

Zn|〖Zn〗^(2+) (1M)||〖Cu〗^(2+) |Cu 1.08

Fe|〖Fe〗^(2+) (1M)||〖Cu〗^(2+) |Cu 0.687

SISTEMA ΔE TEORICO (V) ΔE EXP (V)

Zn/ Fe 0.32 0.37

Zn/Cu 1.1 1.08

Fe/Cu 0.78 0.68

CUESTIONARIO No. 2

1. Representa en un diagrama cada una de las pilas que construiste, indicando claramente el ánodo, el cátodo y la dirección en la que fluyen los electrones.

2. Describe cada una de las pilas representadas en el inciso anterior, de acuerdo a la

nomenclatura aceptada por la IUPAC.

1. Zn°|Zn(NO3)2(ac) (1M)| |FeSO4(ac) (1M)|Fe°

Ánodo Cátodo

a) Zn°|Zn(NO3)2(ac) (1M)| |Cu(NO3)2(ac) (1M)|Cu°

Ánodo Cátodo

b) Fe°|FeSO4(ac) (1M)| |Cu(NO3)2(ac) (1M)|Cu°

Ánodo Cátodo

3. Con base en los datos de diferencia de potencial, establece una escala de potencial en donde se representen los tres pares redox propuestos en el experimento indicando claramente su fuerza óxido-reductora relativa. Compara y discute estos resultados con los que generaste después de resolver el problema No. 1.

4. Empleando la escala propuesta en 3 de este cuestionario, plantea las reacciones redox balanceadas que pueden ocurrir espontáneamente entre las especies de los pares redox estudiados.

a) Cu2+ + Zn° <--> Cu° + Zn2+

b) Cu2+ + Fe° <--> Cu° + Fe2+

c) Fe2+ + Cu° <--> Fe° + Cu2+

5. Escribe las ecuaciones de Nernst para cada semirreacción propuesta.

Semi reacción Ecuación de Nerntz

Zn□(⇔┴ ) Zn^(2+)+〖2e〗^- E_(Zn/〖Zn〗^(2+) )=〖E^0〗_(Zn/〖Zn〗^(2+) )+(0.06)/2 log|〖Zn〗^(2+) |

〖Fe^(2+)+ 2e〗^- □(⇔┴ ) Fe E_(〖Fe〗^(2+)/Fe)=〖E^0〗_(〖Fe〗^(2+)/Fe)+(0.06)/2 log|〖Fe〗^(2+) |

Zn□(⇔┴ ) Zn^(2+)+〖2e〗^-

E_(Zn/〖Zn〗^(2+) )=〖E^0〗_(Zn/〖Zn〗^(2+) )+(0.06)/2 log|〖Zn〗^(2+) |

Cu^(2+)+〖2e〗^- □(⇔┴ ) Cu E_(〖Cu〗^(2+)/Cu)=〖E^0〗_(〖Cu〗^(2+)/Cu)+(0.06)/2 log|〖Cu〗^(2+) |

〖Fe^(2+)+ 2e〗^- □(⇔┴ ) Fe E_(〖Fe〗^(2+)/Fe)=〖E^0〗_(〖Fe〗^(2+)/Fe)+(0.06)/2 log|〖Fe〗^(2+) |

Cu^(2+)+〖2e〗^- □(⇔┴ ) Cu E_(〖Cu〗^(2+)/Cu)=〖E^0〗_(〖Cu〗^(2+)/Cu)+(0.06)/2 log|〖Cu〗^(2+) |

6. Calcula las constantes de las reacciones propuestas, tomando en cuenta los datos

experimentales.

K= (10^(0.37V/0.06))2 = 2.1544x〖10〗^12

K=(10^(1.08V/0.06))2 =1.0000x〖10〗^36

K=(10^(0.68V/0.06)2 =4.6441x〖10〗^22

PARA CALCULAR Q: E° ─ 0.06 log Q

n

Dónde:

E = Valor experimental

E° = Valor teórico

Dando:

n-(E ─ E°)

0.06

a) Zn/Zn2+||Fe2+/Fe E= 0.370 V E°= 0.320 V

(2)(0.370 ─ 0.320)

0.06

─ log Q= 1.667 Q= 10-1.667= 2.15x10-2

b) Zn/Zn2+||Cu2+/Cu E= 1.08 V E°= 1.00 V

(2)(1.08 ─ 1.000)

0.06

─ log Q= 2.66 Q= 10-2.66= 2.18x10-3

c) Fe/Fe2+||Cu2+/Cu E= 0.687 V E°= 0.780 V

(2)(0.687 ─ 0.780)

0.06

─ log Q= ─3 Q= 1x103

Para todas las reacciones:

K > Q por lo tanto las reacciones son espontaneas.

7. Compara los valores de las constantes de cada reacción y concluye. ¿Qué reacción es más cuantitativa?

a) Fe2+ + Zn° Fe° + Zn2+

K= 2.1544x1012 Q= 2.15x10-2

K >> Q

b) Cu2+ + Zn° Cu° + Zn2+

K= 1.00x1036 Q= 2.18x10-3

K >>> Q

c) Cu2+ + Fe° Cu° + Fe2+

K= 4.6444x1022 Q= 1x103

K > Q

Con base a las constantes (Q’s y K’s) calculadas para cada reacción se puede concluir que las 3 reacciones son espontaneas ya que K > Q y la reacción

Cu2+ + Zn° <--> Cu° + Zn2+

Es la más cuantitativa de todas con una K= 1.00x1036

PROBLEMA No. 3

Después de medir el potencial de electrodo de los pares redox siguientes:

Ag+|Ag0

Ni2+|Ni0

Fe2+|Fe0

Fe3+|Fe2+

Cu2+|Cu0

NO3-|NO2-

Plantea las reacciones que pueden darse espontáneamente, calculando los valores de las constantes de equilibrio correspondientes.

Par Redox ∆E (V)/(respecto a calomel) Semireacción

〖Ag〗^+/ Ag 0.462 〖Ag〗^++e^-→Ag

〖Fe〗^(3+)/〖Fe〗^(2+) 0.448 〖Fe〗^(3+)+e^-→ 〖Fe〗^(2+)

〖Cu〗^(2+)/Cu 0.39 〖Cu〗^(2+)+〖2e〗^-→Cu

〖〖NO〗_3〗^-/〖〖NO〗_2〗^- 0.96

〖Fe〗^(2+)/Fe -0.476 〖Fe〗^(2+)+〖2e〗^-→Fe

〖Ni〗^(2+)/Ni -0.220 〖Ni〗^(2+)+〖2e〗^-→Ni

PAR E° CAL E° ENH E° TEORICO ENH E° TEORICO ECS % ERROR ENH % ERROR ECS

Ag+/Ag0 0.46 0.7015 0.799 0.5575 12.2027534 17.4887892

Fe3+/Fe2+ 0.44 0.6815 0.771 0.5295 11.6083009 16.9027384

Cu2+/Cu0 0.39 0.6315 0.337 0.0955 -87.388724 -308.376963

NO3-/NO2- 0.96 1.2015 0.94 0.6985 -27.8191489 -37.4373658

Fe2+/Fe0 -0.47 -0.2285 -0.44 -0.6815 48.0681818 31.0344828

Ni2+/Ni0 -0.22 0.0215 -0.25 -0.4915 108.6 55.2390641

CUESTIONARIO No. 3

1. Dibuja diagramas que representen cada una de las celdas que construiste.

2. Describe cada una de las celdas representadas en el inciso anterior, de acuerdo con la nomenclatura aceptada por la IUPAC.

a) Pt/ Hg2Cl2(s),Hg(l),KCl(sat)// Ag NOз (0.1M)/

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