FQ-Engel

272 CAPÍTULO 11 Células electroquímicas, de combustible y baterías
Pd 4Cl PdCl
P11.7 Usando las reacciones de semicélula apropiadas,
calcule la constante de equilibrio a 298.15 K para las
siguientes reacciones:
a. 2 Cd(OH) 2
→ 2 Cd + O 2
+ 2H 2
O
2–
b. 2MnO 4
+ 2H 2
O → 2MnO 2
+ 4OH – + O 2
P11.8 Considere la célula
Hg() l Hg2SO4() s FeSO4( aq, a= 0. 0100) Fe()
s .
a. Escriba la reacción global.
b. Calcule el potencial de la célula, la constante de equilibrio
para la reacción de la célula y G o a 25°C.
P11.9 Determine las reacciones de semicélula y la reacción
de célula global, calcule el potencial de célula y determine la
constante de equilibrio a 298.15 K para la célula
Cu( s) Cu2+ ( aq, a H+
aq a H
Cu2+ = 0. 0150) ( ,
H + = 0. 100)
2( g)
Pt( s)
¿Es espontánea la reacción de la célula tal como está escrita?
P11.10 Determine las reacciones de semicélula y la reacción
de célula global, calcule el potencial de la célula y determinar
la constante de equilibrio a 298.15 K para la célula
Ag( s) AgCl( s) Cl− ( aq, a . ) Cd 2 +
aq a
Cl− = 0 00500 ( ,
Cd2+ = 0. 100) Cd( s)
¿Es espontánea la reacción de la célula tal como está escrita?
P11.11 Determine las reacciones de semicélula y la reacción
de célula global, calcule el potencial de la célula y determine
la constante de equilibrio a 298.15 K para la célula
Pt( s) Mn2+
( aq, a±
= 0. 0150),
Mn3
+
( aq, a±
= 0. 200)
Zn
2+
± = Zn( )
¿Es espontánea la reacción de la célula tal como está escrita?
P11.12 El potencial de semicélula para la reacción O 2
(g) +
4H + (aq) + 4e – → 2H 2
O es 11.03 V a 298.15 K cuando a O2
= 1.
Determine a H + .
P11.13 Nos dan las siguientes reacciones de célula:
Pd 2+ (aq) + 2e - Pd(s)
PdCl2− 4
( aq) + 2e− Pd( s) + 4Cl−( aq)
E ° = 0.83 V
E ° = 0.64 V
a. Calcule la constante de equilibrio para la reacción
2+ ( aq) +
−( aq)
2−
4
( aq)
b. Calcule G o para esta reacción.
P11.14 Determine E ° para la reacción Cr 2+ + 2e – → Cr a
partir del potencial de reducción del electrón para Cr 3+ y el
potencial de reducción de tres electrones para Cr 3+ dado en la
Tabla 11.1 (véase el Apéndice B).
P11.15 La célula acumulador de Edison se describe por
Fe ( s) FeO() s KOH( aq, a) Ni O () s NiO() s Ni()
s
2 3
y las reacciones de semicélula son las siguientes:
Ni 2
O 3
(s)+H 2
O(l)+2e – 2NiO(s) + 2OH – (aq)
FeO(s) + H 2
O(l) + 2e – Fe(s) + 2OH – (aq)
E ° = 0.40 V
E ° = −0.87 V
a. ¿Cuál es la reacción de la célula global?
b. ¿Cómo depende el potencial de la célula de la actividad de
KOH?
c. ¿Cuánto trabajo eléctrico se puede obtener por kilogramo
de materiales activos de la célula?
P11.16 Determiner K ps
para AgBr a 298.15 K usando la
célula electroquímica descrita por
Ag() s AgBr() s Br
−
( aq, a ) Ag+
( aq, a ) Ag()
s
Br − Ag+
P11.17 El potencial estándar E ° para una célula dada es
1.100 V a 298.15 K y ( ∂Eo ∂ T) = − . ×
− −
P
650 10 5 VK 1 .
Calcule Go reacción
, So reacción
y H
o
reacción. Suponga que n =2.
P11.18 Para una reacción de célula global dada,
S
. Calcule E ° y
R
= 17.5 Jmol−
1K−1
y H
R
=−225.0 kJm
( ∂Eo
∂T)
P . Suponga que n =1.
P11.19 Considere la célula Daniell para las molalidades:
Zn( s) ZnSO
4( aq, 0.300m) CuSO
4( aq, 0.200m) Cu(
s) . El
coeficiente de actividad g ± tiene el valor de 0.1040 para
CuSO 4
y 0.08350 para ZnSO 4
a las concentraciones
indicadas. Calcule E haciendo el coeficiente de actividad
igual a la molalidad y usando los anteriores valores de g ± .
¿Cuál es el error relativo si se usan las concentraciones en
lugar de las actividades?
P11.20 El potencial de semicélula estándar para la reacción
O 2
(g) + 4H+(aq) + 4e – 2H 2
O es 11.03 V a 298.15 K.
Calcule E para una disolución 0.500 molal de HCl para
a O2
= 1 (a) suponiendo que la a H + es igual a la molalidad y
(b) usando el coeficiente de actividad iónico medio para esta
concentración, g ± = 0.757. ¿Cuál es el error relativo si se usan
las concentraciones en lugar de las actividades?
P11.21 Considere la reación de semicélula O 2
(g) + 4H + (aq)
+ 4e – → 2H 2
O. ¿En qué factor cambian n, Q, E y E ° si todos
los coeficientes estequiométricos se multiplican por un factor
dos? Justifique las respuestas.
P11.22 El potencial de célula, E para Pt( s) H 2
( g, a H
= 1)
2
H +
( aq, a NaCl aq m
H + = 1) ( , = 0.
300) AgCl( s) Ag( s)
es
+ 0.260 V. Determine g suponiendo que g± = g =
Cl −
g
Na+ Cl−.
P11.23 Considere la célula Daniell, para la que la reacción
total es Zn(s) + Cu 2+ (aq) → Zn 2+ (aq) + Cu(s). Las
concentraciones de CuSO 4
y ZnSO 4
son 2.500 y
1.100 × 10 –3 m, respectivamente.
a. Calcule E haciendo las actividades de las especies iónicas
igual a sus molalidades.
b. Calcule g ± para cada una de las disoluciones de
semicélula, usando la ley límite de Debye–Huckel.
c. Calcule E usando los coeficientes de actividad iónicos
medios determinados en el apartado (b).
P11.24 Considere la célula Pt() s H ,1atm) H
Fe 3 + ( aq ), Fe 2 +
( aq ) P t( s )
2( g
+
( aq, a = 1)
dando que Fe 3 +
+ e− Fe
2 +
y
E ° = 0.771 V.
a. Si el potencial de célula es 0.712 V, ¿cuál es la ratio de
Fe 2 + (aq) a Fe 3+ (aq)?