9
McGraw-Hill/Interamericana de España, S.A.U Química 2. Batxillerat SOLUCIONARI Unitat 7 Unitat 7. Reaccions de transferència d’electrons. Piles Qüestions inicials Per què hi ha metalls que no són atacats per alguns àcids? Els metalls que tenen un valor del potencial normal de reducció > 0 no poden ser atacats pels pro- tons dels àcids, és a dir, no poden ser oxidats pels àcids, només poden ser atacats per l’anió resul- tant de la dissociació de l’àcid que s’ha de poder reduir perquè té un valor del potencial normal de reducció major que el del metall considerat. Digueu algun procés bioquímic pel qual s’obté energia a partir de processos d’oxidació-reducció. La respiració, el cicle de l’àcid cítric o cicle de Krebs i la glucolisi. Per què el sodi s’ha de guardar en un bany de petroli? El sodi és un metall amb un valor del potencial normal de reducció igual a – 2,71 V, i, per tant, té molta tendència a oxidar-se. D’aquesta manera, l’oxigen present a l’atmosfera el pot oxidar fàcilment, men- tre que el contacte amb el vapor d’aigua de l’atmosfera provoca una reacció espontània molt exotèr- mica que resulta perillosa. En quin mètode químic es basen els xapats d’algunes peces de joieria? I els cromats d’alguns instruments musicals? Els xapats d’algunes peces de joieria es basen en l’electròlisi, mètode químic que es fonamenta en el pas del corrent elèctric per una dissolució i provoca una reacció redox espontània que correspon a la reducció del catió plata i or, els quals es dipositen sobre el material que es vol xapar. Mentre que els cromats dels instruments musicals es basen en la reducció del crom a crom metàl·lic. Per què alguns metalls no van ser descoberts fins fa relativament poc temps? Els metalls alcalins i alcalinoterris són espècies químiques que presenten molta tendència a ser oxi- dades. La presència d’oxigen en un alt contingut, al voltant del 21 % en l’atmosfera, fa que aquest oxigen actuï d’agent oxidant de molts metalls, que es troben a la natura formant compostos on el metall està en forma oxidada. Va ser per aquest motiu que no van ser descoberts fins que la tècnica es va desenvolupar. Qüestions i problemes 1. Escriviu i igualeu les reaccions químiques següents: a) L’ió ferro(II) reacciona amb l’ió dicromat en medi àcid i forma l’ió crom(III), ferro(III) i aigua. b)L’ió crom(III) reacciona amb l’ió nitrit en medi bàsic i forma l’ió cromat, monòxid de nitrogen i aigua. c) L’àcid nítric reacciona amb l’estany i forma diòxid d’estany, diòxid de nitrogen i aigua. d )L’àcid sulfhídric reacciona amb l’àcid nítric i forma sofre, diòxid de nitrogen i aigua. L’àcid sulfúric reacciona amb el bromur de potassi i forma sulfat de potassi, brom, diòxid de sofre i aigua. a) Cr 2 O 7 2– + Fe 2+ $ Cr 3+ + Fe 3+ + H 2 O El ferro s’oxida de II a III, mentre que el crom es redueix de VI a III. oxidació: Fe 2+ $ Fe 3+ reducció: Cr 2 O 7 2– $ 2 Cr 3+ oxidació: (Fe 2+ $ Fe 3+ + 1 e ) · 6 reducció: Cr 2 O 7 2– + 14 H + + 6 e $ 2 Cr 3+ + 7 H 2 O –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Cr 2 O 7 2– + 6 Fe 2+ + 14 H + + 6 e $ 2 Cr 3+ + 6 Fe 3+ + 7 H 2 O + 6 e Cr 2 O 7 2– + 6 Fe 2+ + 14 H + $ 2 Cr 3+ + 6 Fe 3+ + 7 H 2 O

cat sol 3 7 1 - xtec.cataboix24/batxillerat/quimica/solquimpdf/cat_sol_3_7_1.pdf · 5. Al laboratori, es vol determinar la concentració de ferro(II) d’una dissolució mitjançant

  • Upload
    lecong

  • View
    220

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: cat sol 3 7 1 - xtec.cataboix24/batxillerat/quimica/solquimpdf/cat_sol_3_7_1.pdf · 5. Al laboratori, es vol determinar la concentració de ferro(II) d’una dissolució mitjançant

McGraw-Hill/Interamericana de España, S.A.U Química 2. Batxillerat

S O L U C I O N A R I Unitat 7

Unitat 7. Reaccions de transferència d’electrons. Piles

Qüestions inicials

• Per què hi ha metalls que no són atacats per alguns àcids?

Els metalls que tenen un valor del potencial normal de reducció > 0 no poden ser atacats pels pro-tons dels àcids, és a dir, no poden ser oxidats pels àcids, només poden ser atacats per l’anió resul-tant de la dissociació de l’àcid que s’ha de poder reduir perquè té un valor del potencial normal dereducció major que el del metall considerat.

• Digueu algun procés bioquímic pel qual s’obté energia a partir de processos d’oxidació-reducció.

La respiració, el cicle de l’àcid cítric o cicle de Krebs i la glucolisi.

• Per què el sodi s’ha de guardar en un bany de petroli?

El sodi és un metall amb un valor del potencial normal de reducció igual a – 2,71 V, i, per tant, té moltatendència a oxidar-se. D’aquesta manera, l’oxigen present a l’atmosfera el pot oxidar fàcilment, men-tre que el contacte amb el vapor d’aigua de l’atmosfera provoca una reacció espontània molt exotèr-mica que resulta perillosa.

• En quin mètode químic es basen els xapats d’algunes peces de joieria? I els cromats d’alguns

instruments musicals?

Els xapats d’algunes peces de joieria es basen en l’electròlisi, mètode químic que es fonamenta enel pas del corrent elèctric per una dissolució i provoca una reacció redox espontània que correspona la reducció del catió plata i or, els quals es dipositen sobre el material que es vol xapar. Mentre queels cromats dels instruments musicals es basen en la reducció del crom a crom metàl·lic.

• Per què alguns metalls no van ser descoberts fins fa relativament poc temps?

Els metalls alcalins i alcalinoterris són espècies químiques que presenten molta tendència a ser oxi-dades. La presència d’oxigen en un alt contingut, al voltant del 21 % en l’atmosfera, fa que aquestoxigen actuï d’agent oxidant de molts metalls, que es troben a la natura formant compostos on elmetall està en forma oxidada. Va ser per aquest motiu que no van ser descoberts fins que la tècnicaes va desenvolupar.

Qüestions i problemes

1. Escriviu i igualeu les reaccions químiques següents:

a) L’ió ferro(II) reacciona amb l’ió dicromat en medi àcid i forma l’ió crom(III), ferro(III) i aigua.

b)L’ió crom(III) reacciona amb l’ió nitrit en medi bàsic i forma l’ió cromat, monòxid de nitrogen

i aigua.

c) L’àcid nítric reacciona amb l’estany i forma diòxid d’estany, diòxid de nitrogen i aigua.

d)L’àcid sulfhídric reacciona amb l’àcid nítric i forma sofre, diòxid de nitrogen i aigua.

L’àcid sulfúric reacciona amb el bromur de potassi i forma sulfat de potassi, brom, diòxid

de sofre i aigua.

a) Cr2O72– + Fe2+ $ Cr3+ + Fe3+ + H2O

El ferro s’oxida de II a III, mentre que el crom es redueix de VI a III.

oxidació: Fe2+ $ Fe3+

reducció: Cr2O72– $ 2 Cr3+

oxidació: (Fe2+ $ Fe3+ + 1 e–) · 6reducció: Cr2O7

2– + 14 H+ + 6 e– $ 2 Cr3+ + 7 H2O––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––Cr2O7

2– + 6 Fe2+ + 14 H+ + 6 e– $ 2 Cr3+ + 6 Fe3+ + 7 H2O + 6 e–

Cr2O72– + 6 Fe2+ + 14 H+ $ 2 Cr3+ + 6 Fe3+ + 7 H2O

Page 2: cat sol 3 7 1 - xtec.cataboix24/batxillerat/quimica/solquimpdf/cat_sol_3_7_1.pdf · 5. Al laboratori, es vol determinar la concentració de ferro(II) d’una dissolució mitjançant

McGraw-Hill/Interamericana de España, S.A.U Química 2. Batxillerat

b) NO2– + Cr3+ $ NO + CrO4

2– + H2O

El nitrogen es redueix en disminuir el nombre d’oxidació de III a II, mentre que el crom s’oxi-da i augmenta el nombre d’oxidació de III a VI.

oxidació: Cr3+ $ CrO42–

reducció: NO2– $ NO

oxidació: Cr3+ + 8 OH– $ CrO42– + 4 H2O + 3 e–

reducció: (NO2– + H2O + 1 e– $ NO + 2 OH–) · 3

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––Cr3+ + 8 OH– + 3 NO2

– + 3 H2O + 3 e– $ CrO42– + 4 H2O + 3 e– + 3 NO + 6 OH–

Cr3+ + 2 OH– + 3 NO2– $ CrO4

2– + H2O + 3 NO

c) Sn + HNO3 $ SnO2 + NO2 + H2OSn + H+ + NO3

– $ SnO2 + NO2 + H2OEl nitrogen es redueix en disminuir el nombre d’oxidació de V a IV, mentre que l’estanys’oxida i augmenta el nombre d’oxidació de 0 a IV.

oxidació: Sn $ SnO2

reducció: NO3– $ NO2

oxidació: Sn + 2 H2O $ SnO2 + 4 H+ + 4 e–

reducció: (NO3– + 2 H+ + 1 e– $ NO2 + H2O) · 4

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––Sn + 2 H2O + 4 NO3

– + 8 H+ + 4 e– $ SnO2 + 4 H+ + 4 e– + 4 NO2 + 4 H2OSn + 4 NO3

– + 4 H+ $ SnO2 + 4 NO2 + 2 H2OSn + 4 HNO3 $ SnO2 + 4 NO2 + 2 H2O

d) H2S + HNO3 $ S + NO2 + H2O2 H++ S2– + H+ + NO3

– $ S + NO2 + H2OEl nitrogen es redueix en disminuir el nombre d’oxidació de V a IV, mentre que l’ió sulfurs’oxida i augmenta el seu nombre d’oxidació de – II a 0.

oxidació: S2– $ Sreducció: NO3

– $ NO2

oxidació: S2– $ S + 2 e–

reducció: (NO3– + 2 H+ + 1 e– $ NO2 + H2O) · 2

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––S2– + 2 NO3

– + 4 H+ + 2 e– $ S + 2 e– + 2 NO2 + 2 H2OS2– + 2 NO3

– + 4 H+ $ S + 2 NO2 + 2 H2OH2S + 2 HNO3 $ S + 2 NO2 + 2 H2O

e) H2SO4 + KBr $ K2SO4 + Br2 + SO2 + H2O2 H++ SO4

2– + K+ + Br– $ K+ + SO42– + Br2 + SO2 + H2O

El sofre es redueix en disminuir el nombre d’oxidació de VI a IV, mentre que l’ió bromurs’oxida i augmenta el nombre d’oxidació de – I a 0.

oxidació: Br– $ Br2

reducció: SO42– $ SO2

oxidació: 2 Br– $ Br2 + 2 e–

reducció: SO42– + 4 H+ + 2 e– $ SO2 + 2 H2O–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

2 Br– + SO42– + 4 H+ + 2 e– $ Br2 + 2 e– + SO2 + 2 H2O

2 Br– + SO42– + 4 H+ $ Br2 + SO2 + 2 H2O

2 KBr + 2 H2SO4 $ Br2 + SO2 + K2SO4 + 2 H2O

2. Ordeneu els compostos següents en ordre creixent de nombre d’oxidació del carboni:

CH3OH, HCOOH, HCHO, CH4

De més oxidat a més reduït:HCOOH > CH2O > CH3OH > CH4

II 0 –II –IV

Page 3: cat sol 3 7 1 - xtec.cataboix24/batxillerat/quimica/solquimpdf/cat_sol_3_7_1.pdf · 5. Al laboratori, es vol determinar la concentració de ferro(II) d’una dissolució mitjançant

McGraw-Hill/Interamericana de España, S.A.U Química 2. Batxillerat

3. En el revelat de la pel·lícula fotogràfica en blanc i negre es produeix un procés redox entre

l’emulsió de la pel·lícula constituïda per bromur de plata i el revelador d’hidroquinona, C6H6O2.

Aquest procés forma com a productes plata metàl·lica, àcid bromhídric i quinona, C6H4O2.

Escriviu i igualeu la reacció.

2 AgBr + C6H6O2 $ 2 Ag + 2 HBr + C6H4O2

La plata es redueix de I a 0 mentre que l’hidroquinona s’oxida, ja que perd hidrogen.

oxidació: C6H6O2 $ C6H4O2

reducció: Ag+ $ Ag

oxidació: C6H6O2 $ C6H4O2 + 2 H+ + 2 e–

reducció: (Ag+ + 1 e– $ Ag) · 2–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––2 Ag+ + 2 e– + C6H6O2 $ 2 Ag + 2 H+ + 2 e– + C6H4O2

4. Quan afegim una dissolució de permanganat de potassi a una dissolució d’àcid oxàlic en pre-

sència d’àcid sulfúric, es formen unes bombolles de diòxid de carboni, mentre que el manga-

nès el trobem dissolt en forma de sulfat de manganès(II). Escriviu i igualeu l’equació.

KMnO4 + H2C2O4 + H2SO4 $ MnSO4 + CO2

El carboni s’oxida de III a IV, mentre que el manganès es redueix de VII a II.

oxidació: C2O42– $ CO2

reducció: MnO4– $ Mn2+

oxidació: (C2O42– $ 2 CO2 + 2 e–) · 5

reducció: (MnO4– + 8 H+ + 5 e– $ Mn2+ + 4 H2O) · 2

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––5 C2O4

2– + 2 MnO4– + 16 H+ + 10 e– $ 10 CO2 + 2 Mn2+ + 8 H2O + 10 e–

5 H2C2O4 + 2 KMnO4 + 6 H+ $ 10 CO2 + 2 MnSO4 + 8 H2O

Els protons que falten els afegim en forma d’àcid sulfúric i així igualem els sulfats i el potassique falten com a productes en forma de sulfat de potassi:5 H2C2O4 + 2 KMnO4 + 3 H2SO4 $ 10 CO2 + 2 MnSO4 + 8 H2O + K2SO4

5. Al laboratori, es vol determinar la concentració de ferro(II) d’una dissolució mitjançant una

volumetria amb permanganat. Quan el permanganat reacciona amb els ions ferro(II) en medi

àcid, s’obtenen ions manganès(II), ions ferro(III) i aigua.

Si valorem 10 cm3 d’una dissolució de sulfat de ferro(II) amb una dissolució 0,1 M de perman-

ganat, s’assoleix el punt d’equivalència quan han reaccionat 11,5 cm3 de permanganat de

potassi. Calculeu la concentració de ferro(II) en la dissolució.

R: 0,58 M.

a) oxidació: (Fe2+ $ Fe3+ + 1 e–) · 5reducció: MnO4

– + 8 H+ + 5 e– $ Mn2+ + 4 H2O––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––5 Fe2+ + MnO4

– + 8 H+ + 5 e– $ 5 Fe3+ + 5 e– + Mn2+ + 4 H2O10 FeSO4 + 2 KMnO4 + 8 H2SO4 $ 5 Fe2(SO4)3 + 2 MnSO4 + 8 H2O + K2SO4

b) 0,1 mol MnO4– 10 mol Fe2+ 1

11,5 cm3 MnO4– · ––––––––––––– · ––––––––––– · –––––– = 0,58 M

1 L 2 mol MnO4– 0,01 L

6. En l’electròlisi de l’aigua, en quin elèctrode es forma l’oxigen? I l’hidrogen? En quin dels dos

elèctrodes s’allibera més gas?

L’oxigen emigra a l’ànode (+), elèctrode on es produeix l’oxidació, i l’hidrogen emigra al càto-de (–), on hi ha la reducció. Cal destacar que els ions emigren a l’elèctrode de signe contrari.S’allibera més gas en el càtode, ja que per a una mateixa quantitat de corrent s’obté el dobled’hidrogen.

Page 4: cat sol 3 7 1 - xtec.cataboix24/batxillerat/quimica/solquimpdf/cat_sol_3_7_1.pdf · 5. Al laboratori, es vol determinar la concentració de ferro(II) d’una dissolució mitjançant

McGraw-Hill/Interamericana de España, S.A.U Química 2. Batxillerat

7. Es fa passar un corrent elèctric de 3 A durant mitja hora a través de dues cel·les electrolítiques

connectades en sèrie que contenen 200 cm3 de dissolució de sulfat de coure(II) 0,5 mol · dm–3

i 300 cm3 de dissolució d’àcid clorhídric 0,2 mol · dm–3.

a) Calculeu la concentració final d’ions coure(II) a la primera cel·la i d’ions hidrogen a la sego-

na, suposant que el volum de la dissolució es manté constant.

b) Determineu la variació de pH produïda a la segona cel·la.

R: a) [Cu2+] = 0,36 M; [H+] = 0,013 M; b) pH = – 1,18.

Q = I · t

Q = 3 A · 1800 s = 5400 C

1 mol e– 1 mol Cu2+5400 C · –––––––– · –––––––––– = 0,028 mol Cu2+ que han reaccionat

96500 C 2 mol e–

0,5 mol CuSO4 1 mol Cu2+0,2 L · ––––––––––––– · ––––––––––– = 0,1 mol Cu2+ inicial

1 L 1 mol CuSO4

0,1 mol Cu2+ inicial – 0,028 mol Cu2+ reacció = 0,072 mol Cu2+ final[Cu2+] = 0,072 mol/0,2 dm3 = 0,36 M

1 mol e– 1 mol H+5400 C · –––––––– · –––––––– = 0,056 mol H+ que han reaccionat

96500 C 1 mol e–

0,2 mol HCl 1 mol H+0,3 L · ––––––––––– · ––––––––– = 0,06 mol H+ inicial

1 L 1 mol HCl

0,06 mol H+ inicial – 0,056 mol H+ reacció = 0,004 mol H+ final[H+] = 0,004 mol/0,3 dm3 = 0,013 M∆pH = pH inicial – pH final = 0,69 – 1,87 = – 1,18

8. Una cel·la electrolítica conté una dissolució concentrada de clorur de potassi. Quan s’hi fa

passar un corrent elèctric de 3 kA durant 1 h, a l’ànode s’obté clor i al càtode, hidrogen i ions

hidròxid provinents de la reducció de l’aigua.

Calculeu les masses d’hidròxid de potassi i de clor obtingudes.

R: 3973,1 g Cl2, 6267,4 g KOH.

Q = I · t

Q = 3000 A · 3600 s = 108 · 105 C

1 mol e–108 · 105 C · –––––––– = 111,92 mol e–

96500 C

1 mol Cl2 71 g Cl2111,92 mol e– · ––––––––– · –––––––– = 3973,16 g Cl22 mol e– 1 mol Cl2

1 mol H+ 1 mol OH– 1 mol KOH 56 g KOH111,92 mol e– · –––––––– · ––––––––––– · –––––––––– · –––––––––– = 6267, 4 g KOH

1 mol e– 1 mol H+ 1 mol OH– 1 mol KOH

9. Una cel·la electrolítica conté sulfat de cadmi.

a) Indiqueu el nom i la polaritat de l’elèctrode en què es produirà la transformació dels ions

cadmi.

b) Calculeu el temps necessari perquè siguin dipositats 6 · 1021 ions cadmi si utilitzem un

corrent elèctric de 2 A.

R: b) 16 min 18 s.

a) Cd2+ + 2 e– $ Cd càtode (–)

b) 1 mol Cd 2 mol e– 96500 C6 · 1021 ions Cd2+ · ––––––––––––––––– · –––––––– · –––––––– = 1923,6 C

6,02 · 1023 ions Cd2+ 1 mol Cd 1 mol e–

t = Q/It = 1923,6 C/2 At = 961,79 s = 16 min 18 s

Page 5: cat sol 3 7 1 - xtec.cataboix24/batxillerat/quimica/solquimpdf/cat_sol_3_7_1.pdf · 5. Al laboratori, es vol determinar la concentració de ferro(II) d’una dissolució mitjançant

McGraw-Hill/Interamericana de España, S.A.U Química 2. Batxillerat

10. Dues cel·les electrolítiques contenen dissolucions aquoses de nitrat de plata i d’àcid sulfúric,

respectivament. Si hi fem passar la mateixa intensitat de corrent durant el mateix temps, obte-

nim 0,12 g de plata. Calculeu els mols d’hidrogen alliberats a la segona cel·la.

R: 5,56 · 10–4 mol H2.

1 mol Ag 1 mol e– 96500 C0,12 g Ag · ––––––––– · –––––––– · –––––––– = 107,32 C

107,9 g Ag 1 mol Ag 1 mol e–

1 mol e– 1 mol H2107,32 C · –––––––– · ––––––––– = 5,56 · 10–4 mol H296500 C 2 mol e–

11. Dues cel·les electrolítiques connectades en sèrie contenen una dissolució de clorur de

coure(II) i una de nitrat de plata, respectivament. En circular-hi el corrent elèctric, a la primera

cel·la es dipositen 3 · 1022 àtoms de coure. Determineu la massa de plata dipositada a la sego-

na cel·la.

R: 10,75 g de Ag.

1 mol Cu 2 mol e–3 · 1022 àtoms Cu · –––––––––––––––– · –––––––– = 0,0996 mol e–

6,02 · 1023 ions Cu 1 mol Cd

1 mol e– 107,9 g Ag0,0996 mol e– · –––––––– · –––––––––– = 10,75 g Ag

1 mol e– 1 mol Ag

12. En passar un corrent continu de 10 A d’intensitat per una cuba electrolítica que conté una dis-

solució d’una sal de níquel(II), s’obtenen 58 g de níquel metàl·lic al cap de 5 h i 20 min.

Calculeu, a partir d’aquestes dades, el nombre d’Avogadro.

R: NA = 6,07 · 1023.

a) Q = I · t

Q = 10 A · 19200 s = 192000 C

1 mol Ni 2 mol e–58 g Ni · –––––––––– · –––––––– = 1,976 mol e–

58,71 g Ni 1 mol Ni

192000 C 1 mol e–1 mol e– · ––––––––––– · –––––––––––– = 6,07 · 1023

1,976 mol e– 1,602 · 10–19 C

13. En l’electròlisi del clorur de sodi en dissolució aquosa s’obté clor a l’ànode, i hidrogen i medi

bàsic al càtode. Feu circular un corrent de 3 A durant 5 min per 100 mL d’una dissolució aquo-

sa de clorur de sodi.

a) Indiqueu les equacions dels processos anòdic i catòdic i de la reacció global.

b) Calculeu el pH de la solució final suposant que el volum de la solució es manté constant.

R: b) pH = 12, 97.

a) (+) Ànode semireacció d’oxidació 2 Cl– $ Cl2 + 2 e–

(–) Càtode semireacció de reducció 2 H2O + 2 e– $ H2 + 2 OH––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

reacció global 2 Cl– + 2 H2O $ Cl2 + H2 + 2 OH–

b) Q = I · t

Q = 3 A · 300 s = 900 C

1 mol e– 2 mol OH–900 C · ––––––––– · –––––––––– = 0,01 mol OH–

96500 C 2 mol e–

[OH–] = 0,01 mol/0,1 dm3 = 0,1 MpOH = 1,03pH = 12,97

Page 6: cat sol 3 7 1 - xtec.cataboix24/batxillerat/quimica/solquimpdf/cat_sol_3_7_1.pdf · 5. Al laboratori, es vol determinar la concentració de ferro(II) d’una dissolució mitjançant

McGraw-Hill/Interamericana de España, S.A.U Química 2. Batxillerat

14. Indiqueu si són certes o falses les afirmacions següents i justifiqueu la resposta:

a) En l’electròlisi, al càtode es produeix la reducció i en una pila, l’oxidació.

b) Mitjançant l’electròlisi es produeixen reaccions redox no espontànies.

c) A l’ànode sempre es produeix la reacció d’oxidació.

d) En una pila, en la qual una de les espècies implicades és l’ió clorur, el trobem al càtode.

e )Tots els elements amb potencial normal de reducció positiu són oxidats per l’ió hidrogen, H+.

a) Falsab) Certac) Certad) Falsae) Falsa

15. Una pila consta d’una cel·la amb una vareta de platí submergida en una solució 1 M de Fe2 + i 1 M

de Fe3 +. L’altra cel·la consisteix en un elèctrode de tal·li metàl·lic en una solució 1 M de Tl+.

a) Escriviu les equacions de les reaccions que tenen lloc a l’ànode i al càtode, i la reacció global.

b) Escriviu la notació de la pila i calculeu la seva fem.

c) Calculeu el valor de la variació de l’energia lliure de Gibbs estàndard de la reacció.

Dades: E° (Tl+/Tl) = – 0,34 V; E° (Fe3+/Fe2+) = 0,77 V.

R: b) E° = 1,11 V; c) G° = – 107,12 kJ.

a) (–) Ànode semireacció d’oxidació Tl $ Tl+ + e– Eº = 0,34 V(+) Càtode semireacció de reducció Fe3+ + e– $ Fe2+ Eº = 0,77 V––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

reacció global Fe3+ + 2 Tl $ Fe2+ + Tl+ Eº = 1,11 V

b) (–) Tl(s) | Tl+(aq) (1 M) || Fe3+(aq) (1 M), Fe2+

(aq) (1 M) | Pt (s) (+)

c) ∆Gº = – n F Eº = –1 · 96500 · 1,11 = –107115 J = –107,12 kJ

16. Teniu una pila amb la notació següent:

Pt(s)|H2(1,01·105 Pa)|H+(1mol/L)||Ag+(1mol/L)|Ag(s)

Indiqueu:

a) La polaritat, el nom dels elèctrodes i les reaccions espontànies de cada elèctrode i de la

pila.

b) El valor de la fem de la pila.

c) El valor de la variació de l’energia lliure de Gibbs estàndard de la reacció.

Dades: E° (Ag+/Ag) = 0,80 V.

R: b) E° = 0,80 V; c) G° = – 154,4 kJ.

a) (–) Ànode semireacció d’oxidació H2 $ 2 H+ + 2 e– Eº = 0,0 V(+) Càtode semireacció de reducció Ag+ + e– $ Ag Eº = 0,80 V––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

reacció global 2 Ag+ + H2 $ 2 Ag + 2 H+

b) Eº pila = Eº càtode – Eº ànode = 0,80 V – 0 V = 0,80 V

c) ∆Gº = – n F Eº = – 2 · 96500 · 0,80 = – 154400 J = – 154,4 kJ

Page 7: cat sol 3 7 1 - xtec.cataboix24/batxillerat/quimica/solquimpdf/cat_sol_3_7_1.pdf · 5. Al laboratori, es vol determinar la concentració de ferro(II) d’una dissolució mitjançant

McGraw-Hill/Interamericana de España, S.A.U Química 2. Batxillerat

17. Per a una pila la notació de la qual és:

Cd | Cd2+ (1M) || S2O82– (1M), SO4

2– (1M) | Pt

a) Dibuixeu el muntatge que faríeu i indiqueu el material i els reactius que empraríeu per cons-

truir la pila.

b) Calculeu la força electromotriu de la pila.

c) Calculeu la disminució de massa de l’ànode quan la pila hagi subministrat un corrent de

0,05 A durant 1/2 h.

Dades: E°(Cd/Cd2+) = – 0,40 V; E° (S2O82–) = 2,01 V

R: b) 2,41 V; c) 0,10 g Cd.

a)

b) (–) Ànode semireacció d’oxidació Cd $ Cd2+ + 2 e–

(+) Càtode semireacció de reducció S2O82– + 2 e– $ 2 SO4

2––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

reacció global Cd + S2O82– $ Cd2+ + 2 SO4

2–

Eº pila = Eº càtode – Eº ànode > 0Eº pila = Eº (S2O8

2–/SO42–) – Eº (Cd2+/Cd) = 2,01 V – (– 0,40 V) = 2,41 V

c) Q = I · t

Q = 0,05 A · 1800 s = 90 C

1 mol e– 1 mol Cd 112,4 g Cd90 C · –––––––– · ––––––––– · –––––––––– = 0,05 g Cd

96500 C 2 mol e– 1mol Cd

18. a) Dissenyeu i escriviu la notació d’una pila basada en la reacció següent:

2 Ag+(aq) + Sn2+

(aq) → 2 Ag(s) + Sn4+(aq)

b) Indiqueu la polaritat dels elèctrodes i escriviu les equacions de les semireaccions que tenen

lloc al càtode i a l’ànode.

c) Calculeu la fem estàndard de la pila.

Dades: E° (Sn4+/Sn2+) = 0,15 V; E° (Ag+/Ag) = 0,80 V

R: c) 0,65 V.

a) (–) (Pt) Sn2+(aq) (1 M), Sn4+

(aq) (1 M) || Ag+(aq) (1 M) | Ag(s) (Pt)(+)

b) (–) Ànode semireacció d’oxidació Sn2+ $ Sn4+ +2 e–

(+) Càtode semireacció de reducció (Ag+ + e– $ Ag) · 2––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

reacció global Sn2+ + 2 Ag+ $ Sn4+ + 2 Ag

c) Eº pila = Eº càtode – Eº ànode > 0Eº pila = Eº (Ag+/Ag) – Eº (Sn4+/Sn2+) = 0,80 V – 0,15 V = 0,65 V

Page 8: cat sol 3 7 1 - xtec.cataboix24/batxillerat/quimica/solquimpdf/cat_sol_3_7_1.pdf · 5. Al laboratori, es vol determinar la concentració de ferro(II) d’una dissolució mitjançant

McGraw-Hill/Interamericana de España, S.A.U Química 2. Batxillerat

19. Donades les reaccions següents:

Zn2+(aq) + 2 Ag(s) 2 Ag+

(aq) + Zn(s)

Cu2+(aq) + Zn(s) Zn2+

(aq) + Cu(s)

a) Justifiqueu si podeu muntar una pila o no i calculeu-ne la fem estàndard.

b) Feu un esquema del muntatge experimental de la pila i indiqueu el material, els productes i

les dissolucions que empraríeu.

Dades: E° (Zn2+/Zn) = – 0,76 V; E° (Cu2+/Cu) = 0,34 V; E° (Ag+/Ag) = 0,80 V.

R: a) 1,10 V.

a) Eº pila = Eº (Zn2+/Zn) – Eº (Ag+/Ag) = – 0,76 V – 0,80 V < 0 no funcionaEº pila = Eº (Cu2+/Cu) – Eº (Zn2+/Zn) = 0,34 V – (– 0,76 V) = 1,10 V

b) Consulteu figura 7.7 de la pàgina 183 del llibre de text.

20. Al laboratori, disposem de plata, iode, ferro i fluor. Segons els potencials estàndard de reducció,

quins dels compostos següents podem preparar mitjançant una reacció redox espontània?

a) AgI2 b) FeI3 c) AgF

Justifiqueu les respostes.

Dades: E°(Ag+/Ag) = 0,80 V; E° (I2 /I–) = 0,54 V; E° (Fe3+/Fe2+) = 0,77 V; E° (F2 /F–) = 2,87 V.

Mitjançant una reacció redox espontània podem preparar el compost AgF. Resposta c).

Eº pila = Eº càtode – Eº ànode > 0

Eº pila = Eº (I2/I–) – Eº (Ag+/Ag) = 0,54 V – 0,80 V < 0 no funcionaEº pila = Eº (I2/I–) – Eº (Fe3+/Fe2+) = 0,54 V – 0,77 V < 0 no funcionaEº pila = Eº (F2/F–) – Eº (Ag+/Ag) = 2,87 V – 0,80 V = 2,07 V

21. Justifiqueu quines de les reaccions següents es produiran espontàniament a 298 K i en con-

dicions estàndard:

a) Ag(s) + H+(aq) Ag+

(aq) + 1/2 H2(g)

b) Ag+(aq) + I–(aq) Ag(s) + 1/2 I2(aq)

c) Fe3+(aq) + I–(aq) Fe2+

(aq) + 1/2 I2(aq)

Dades: E° (Ag+/Ag) = 0,80 V; E° (I2 /I–) = 0,54 V; E°(Fe3+/Fe2+) = 0,77 V.

a) Ag(s) + H+(aq) $ Ag+

(aq) + 1/2 H2(g)

Eº pila = Eº (H2/H+) – Eº (Ag+/Ag) = 0 V – 0,80 V = – 0,80 V No funciona

b) Ag+(aq) + I–(aq) $ Ag(s) + 1/2 I2(aq)

Eº pila = Eº (Ag+/Ag) – Eº (I2/I–) = 0,80 V – 0,54 V = 0,26 V

c) Fe3+(aq) + I–

(aq) $ Fe2+(aq) + 1/2 I2(aq)

Eº pila = Eº (Fe3+/Fe2+) – Eº (I2/I–) = 0,77 V – 0,54 V = 0,23 V

22. L’ió peroxodisulfat és un oxidant enèrgic. Voleu oxidar l’ió fluorur a fluor i l’ió manganès(II) a

permanganat.

a) Serà capaç l’ió peroxodisulfat de provocar aquestes oxidacions en condicions estàndard?

Justifiqueu la resposta.

b) Igualeu pel mètode de l’ió-electró la o les equacions corresponents a les reaccions esmen-

tades.

Dades: E° (S2O82–/SO4

2–) = 2,01 V; E° (MnO4–/Mn2+) = 1,51 V; E° (F2/F

–) = 2,87 V.

a) Eº pila = Eº càtode – Eº ànode > 0 Eº pila = Eº (S2O8

2–/SO42–) – Eº (MnO4

–/Mn2+) = 2,01 V – 1,51 V = 0,50 V

b) (–) Ànode oxidació (4 H2O + Mn2+ $ MnO4– + 8 H++ 5 e–) · 2

(+) Càtode reducció (S2O82– + 2 e– $ 2 SO4

2–) · 5––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––8 H2O + 2 Mn2+ + 5 S2O8

2– + 10 e– $ 2 MnO4– + 16 H+ + 10 e– + 10 SO4

2–

8 H2O + 2 Mn2+ + 5 S2O82– $ 2 MnO4

– + 16 H+ + 10 SO42–

Page 9: cat sol 3 7 1 - xtec.cataboix24/batxillerat/quimica/solquimpdf/cat_sol_3_7_1.pdf · 5. Al laboratori, es vol determinar la concentració de ferro(II) d’una dissolució mitjançant

McGraw-Hill/Interamericana de España, S.A.U Química 2. Batxillerat

23. Sabent que E° (Cd2+/Cd) = – 0,40 V i E° (Cu2+/Cu) = 0,34 V:

a) Calculeu el potencial de la pila, indiqueu-ne el càtode i l’ànode i el sentit en què es mouen

els electrons pel circuit exterior.

b) Justifiqueu quin dels dos cations és més oxidant.

c) Si aquesta pila produeix un corrent de 4,6 mA, calculeu el temps que durarà si el metall de

l’ànode pesa 2 g.

R: a) 0,74 V; c) 207,4 h.

a) (–) Ànode semireacció d’oxidació Cd $ Cd2+ + 2 e–

(+) Càtode semireacció de reducció Cu2+ + 2 e– $ Cu

reacció global Cd + Cu2+ $ Cu + Cd2+

Eº pila = Eº càtode – Eº ànode > 0 Eº pila = Eº (Cu2+/Cu) – Eº (Cd2+/Cd) = 0,34 V – (– 0,40V) = 0,74 V

b) El Cu2+ és més oxidant, perquè el seu potencial normal de reducció és més gran.

c) 1 mol Cd 2 mol e– 96500 C2 g Cd · ––––––––– · –––––––– · –––––––– = 3434,16 C

112,4 g Cd 1 mol Cd 1 mol e–

t = Q/It = 3434,16 C/0,0046 A = 746557,3 s = 207,4 h

24. En electrolitzar una dissolució de clorur de coure(II) s’obté clor i coure.

S’electrolitzen 500 mL d’una dissolució de clorur de coure(II) 0,1 M emprant un corrent de 5 A

durant 30 min.

a) Escriviu les reaccions que tenen lloc als elèctrodes.

b) Calculeu la massa de coure i el volum de clor mesurat a 27 °C i 1 atm.

c) Calculeu la concentració en mol/L de la dissolució de coure(II) en acabar el procés d’elec-

tròlisi.

R: b) 2,96 g Cu, 1,15 L Cl2; c) 6,74 · 10–3 M.

a) (+) Ànode semireacció d’oxidació 2 Cl– $ Cl2 + 2 e–

(–) Càtode semireacció de reducció Cu2+ + 2 e– $ Cu––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

reacció global 2 Cl– + Cu2+ $ Cl2 + Cu

b) Q = I · t

Q = 5 A · 1800 s = 9000 C

1 mol e– 1 mol Cu 63,5 g Cu9000 C · –––––––– · ––––––––– · ––––––––– = 2,96 g Cu

96500 C 2 mol e– 1 mol Cu

1 mol e– 1 mol Cl29000 C · –––––––– · ––––––––– = 0,047 mol Cl296500 C 2 mol e–

p V = n R T

V = 0,047 · 0,082 · 300 = 1,15 L Cl2

c) 0,1 mol CuCl2 1 mol Cu2+0,5 L · –––––––––––– · –––––––––– = 0,05 mol Cu2+ inicial

1 L 1 mol CuCl2

1 mol e– 1 mol Cu2+9000 C · –––––––– · ––––––––– = 0,04663 mol Cu2+ han reaccionat

96500C 2 mol e–

0,05 mol Cu2+ inicial – 0,04663 mol Cu2+ reacció = 0,000337 mol Cu2+ final

[Cu2+] = 0,000337 mol/0,5 dm3 = 6,74 · 10–3 M