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

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