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Introduccion al equilibrio de reacciones de oxido-reduccion

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Academic year: 2021

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(1)

Introduccion al equilibrio de reacciones de oxido-reduccion

Elaborado por:

Gustavo Gomez Sosa

Facultad de Quimica UNAM

Q U ÍM IC A A N A L ÍTIC A I C L AV E 1402 G rupo 4, s em es tre 2010-2

(2)

Resumen de celdas electroquimicas: Convenciones

Ecuacion de Nerst para la reaccion de reduccion a Ox + ne- <---> b Red

Para calcular la ∆E de una celda electroquimica

celda catodo anodo

red ox

E E E

E E

∆ = −

= −

Ered =potencial de media celda donde se lleva a cabo la reduccion.

Eox = potencial de media celda donde se lleva a cabo la oxidacion.

Siempre se utilizan los potenciales estandar de reduccion, aunque se verifique una reaccion de oxidacion.

Cu2+

+

2 e- Cu 2

0 0

Re

0.34

Cu Cu Ox d

E

+

= E = + V

Cu2+ e-

Cu

+

2

2

0 0

Re

0.34

Cu d

Cu Ox

E E V

+

= = −

Si

No

0 0

0 0

0 0

celda celda celda

G E

G E

G E

∆ < ⇒ >

∆ > ⇒ <

∆ = ⇒ =

Celda galvanica (genera Wel) Celda electrolitica (necesita Wel) Celda en equilibrio (se agoto Wel)

Anodo: Media celda donde se observa la reaccion de oxidacion y por convencion tiene signo negativo.

Catodo: Media celda donde se observa la reaccion de reduccion y por convencion tiene signo positivo.

0

0

0.059 [Re ]

log [ ]

0.059 [ ]

log [Re ]

b a

a b

ductor

E E n Oxidante

Oxidante

E E n ductor

= −

= +

Actividad de los solidos =1 M Presion parcial de los gases = 1 atm

Cu _ 2 e- Cu2+

(3)

Electrodo de Referencia de Hidrogeno (ENH)

El electrodo de referencia termodinamico, al que podemos llamar

“clasico”, es el electrodo normal de hidrogeno, que como ya estudiamos en ocasionees anteriores, consiste de:

Una placa o barra de platino platinado con 1 cm2 de area, que funciona como electrodo, el cual se sumerge en...

Una disolucion acuosa de iones H+, de actividad fija 1M (pH=0), a la cual se le burbujea...

Hidrogeno gaseoso puro, a una presion constante de 1 bar Todo el sistema se mantiene a una T constante de 298.15 K

2H

+

(ac) + 2e- → H

2

(g)

Para la reaccion de reduccion

La ecuacion de Nerst es

٢ ٢ ٢

٠

٠.٠٥٩ ٢ log

H

H H

H H H

E E a

p

+

+

=

+

+

Como la actividad de los iones aH+=1M y la presion parcial pH2=1 bar

٢ ٢

٠ ٠.٠٠

H H

H H

E + = E + = V

Por convencion

El valor absoluto del potencial normal E0 del ENH se estima en 4.44 ± 0.02 V a 25 C, pero se convino asignarle un valor de 0.00 V a cualquier temperatura, para tener un patron de comparacion con cualquier

(4)

Object 2

Potenciales de reduccion estandar con respecto a ENH

Cu2+

+

2 e- Cu

Reaccion de media celda del catodo (Reduccion)

2

0 0

Re 0.34

Cu Cu Ox d

E + = E = + V

Zn Zn

2+

+ 2 e-

2

0 0.76

Zn Zn

E V

+ = −

Reaccion de media celda del anodo (Oxidacion)

2H

+

(ac) + 2e- → H

2

(g)

celda catodo anodo

red ox

E E E

E E

∆ = −

= −

H

2

(g) → 2H

+

(ac) + 2e-

(5)

Anodo (-) Oxidacion

Catodo (+) Reduccion

Anodo (-) Oxidacion

Catodo (+) Reduccion

Flujo de e

-

Flujo de e-

Cu٢+

+

٢ e- Cu

Reaccion de media celda del catodo (Reduccion)

٢

٠ ٠

Re ٠.٣٤

Cu Cu Ox d

E + = E = + V

Reaccion de media celda del anodo (Oxidacion)

Ecuacion de Nerst para el catodo

٢ ٢

٢

٢

٢

٠ ٠.٠٥٩ [ ]

٢ log [ ] ٠.٠٥٩ ]

٠.٣٤ log

٢ [١]

٠.٣٤

Cu Cu

Cu Cu

Cu Cu

Cu Cu

E E Cu

Cu E M

E V

+ +

+

+

= + +

= +

=

Zn Zn٢+

+

٢ e- Zn٠٢ ٠.٧٦

Zn

E + = − V Ecuacion de Nerst para el anodo

٢ ٢

٢

٢

٠ ٠.٠٥٩ [ ٢ ]

٢ log [ ] ٠.٠٥٩ ]

٠.٧٦ log

٢ [١]

٠.٧٦

Zn Zn

Zn Zn

Zn Zn

Zn Zn

E E Zn

Zn

E V M

E V

+ +

+

+

= + +

= − +

= −

٠.٣٤ ( ٠.٧٦) ١.١

celda catodo anodo

red ox

E E E

E E V

∆ = −

= − = − − =

Diferencia de potencial de la celda electroquimica (anodo y catodo)

Potencial reduccion Potencial reduccion

Transporte de los iones Cu2+desde la

disolucion al

Transporte de los iones Zn2+desde el electrodo a la

disolucion

Flujo de e- Flujo

de e-

(6)

Representacion “condensada” de celdas electroquimicas Para la reaccion total redox

La representacion condensada general de la celda electroquimica es:

M٢ Red٢ Ox٢ [x] Ox١ [y] Red١ M١

Anodo

(oxidacion) Catodo (reduccion)

M١,٢

Ox٢ Ox١ Metal ١, ٢

[x] Concentracion de la especie [y] Concentracion

de la especie

Cu٢+

+

٢ e- Cu

Zn Zn٢+

+

٢ e-

Catodo (reduccion)

Anodo (oxidacion) Para el ejemplo anterior

Cu٢+ Cu

Zn٢+

Zn [١ M] [١ M]

Anodo

(oxidacion) Catodo (reduccion)

Cu٢+

+

Zn Cu

+

Zn٢+

٠.٣٤ ( ٠.٧٦) ١.١

celda catodo anodo

red ox

E E E

E E V

∆ = −

= − = − − =

Diferencia de potencial de la celda electroquimica

Ox١ n١ e- Red١

Red٢ Ox٢ n٢ e- n٢ x

n١ x

n٢ Ox١ n١ Red٢ n٢ Red١ n١ Ox٢

+

+

( )

( )

Reduccion Oxidacion

+ +

(7)

Ejercicios

Object 1

Ag

+

1M y Cu

2+

1M Zn

2+

2M y Cu

2+

1M Zn

2+

1M y Cu

2+

2M

Definir la Ecuacion de Nerst para cada semicelda y escribir la notacion condensada.

Calcular la diferencia de potencial de la celda y verificar el cambio con la concentracion.

Verificar la tabla de potenciales de reduccion y observar si existe

alguna tendencia con los ejemplos nuevos propuestos.

Identificar el oxidante mas fuerte y el reductor mas fuerte.

Describir que sucede cuando se tienen las disoluciones iguales en las dos semiceldas.

http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/

sections/projectfolder/animationsindex.htm

(8)

Constante de equilibrio para una reaccion redox

Ox1 n1 e- Red1

Red2 Ox2 n2 e- n2 x

n1 x

n2 Ox1 n1 Red2 n1n2 e- n2 Red1 n1 Ox2 n1n2 e-

+

+

( )

( )

Reduccion Oxidacion

+ + + +

Para la reaccion total redox

Se puede verificar que a condiciones estandar (P=1 atm y T=298.15 K)

1 2 0

2 1

1 1

1 2 0.06

1 2

[Re ] [ ] [ ] [Re ] 10

n n E

n n

eq n n

K d Ox

Ox d

= = ∆

E

10

E

20

0 0 0

1 2

E E E

∆ = −

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