Esercizi svolti di elettrochimica


Gli esercizi di elettrochimica attengono svariati argomenti tra cui la valutazione della spontaneità di una reazione, il calcolo del potenziale di una cella in condizioni standard e non standard, il calcolo della variazione di energia libera, l’applicazione delle leggi di Faraday.

La valutazione dei potenziali standard di riduzione, ovvero del potenziale riferito all’elettrodo standard a idrogeno a cui viene assegnato per convenzione un potenziale E° = 0.00 V consente di determinare se una reazione redox possa avvenire spontaneamente in condizioni standard.

Esercizi

  • Calcolare la f.e.m. relativa alle seguenti reazioni e prevedere la loro spontaneità:
  1. H2(g) + F2(g) → 2 H+(aq) + 2 F(aq)
  2. Cu(s) + Ba2+(aq) → Cu2+(aq) + Ba(s)
  3. 3 Fe2+(aq) → Fe(s) + 2 Fe3+(aq)

a) Dalla tabella dei potenziali standard di riduzione:

2 H+ + 2 e → H2   E° = 0.00 V

F2 + 2 e→  2 F     E° = + 2.87 V

Per la semireazione di ossidazione di H2 il potenziale E° vale 0.00 V quindi il potenziale della reazione vale + 2.87 + 0.00 = + 2.87 V che, essendo maggiore di zero, indica che la reazione è spontanea

b) Dalla tabella dei potenziali standard di riduzione:

Cu2+ + 2 e → Cu   E° = + 0.337 V

Quindi per la semireazione di ossidazione Cu → Cu2+ + 2 e il potenziale E° vale – 0.337 V

Ba2+ + 2 e → Ba   E° = – 2.90 V

Il potenziale della reazione vale E° = – 0.337 – 2.90 = – 3.24 V quindi la reazione non è spontanea

c) Dalla tabella dei potenziali standard di riduzione:

Fe2+ + 2 e → Fe   E° = – 0.440 V

Fe3+  + 1 e → Fe2+   E° = 0.771 V

Quindi per la semireazione di ossidazione Fe2+ → Fe3+  + 1 e il potenziale E° vale – 0.771 V

Il potenziale della reazione vale E° = – 0.440 – 0.771 = – 1.211 V quindi la reazione non è spontanea

  • Calcolare la f.e.m. e la variazione di energia libera a 298 K per la reazione in ambiente acido:

Cu+ + NO3 → Cu2+ + NO

Innanzi tutto si bilancia la reazione per conoscere il numero n di elettroni coinvolti:

Cu+ → Cu2+ + 1 e

NO3 + 4 H+ + 3 e → NO + 2 H2O

Affinché il numero di elettroni persi sia uguale a quelli acquistati è necessario moltiplicare per 3 la prima semireazione:

3 Cu+ →3 Cu2+ + 3 e

che, sommata alla seconda, ci dà la reazione bilanciata:

3 Cu+ NO3 + 4 H+ →3 Cu2+ + NO + 2 H2O

Il numero n di elettroni coinvolti è pari a 3

Dalla tabella dei potenziali standard di riduzione:

NO3 + 4 H+ + 3 e → NO + 2 H2O  E° = + 0.96 V

Cu2+ + 1 e→ Cu+    E° = + 0.153 V

Quindi per la semireazione di ossidazione Cu+    → Cu2+ + 1 e   E° = – 0.153 V

Il potenziale della reazione vale E° = + 0.96 – 0.153 = 0.81 V

ΔG° = – nFE° = – 3 ∙ 96500 ∙ 0.81 = – 2.3 ∙ 105 J

  • Calcolare la massa di magnesio ottenuta dall’elettrolisi del cloruro di magnesio fuso se viene fatta passare una corrente di 5.25 ampere per 2.50 giorni

Convertiamo i giorni in secondi:

2.50 giorni ∙ 24 ore/giorno ∙ 3600 s/ora = 216000 s

216000 s ∙ 5.25 C/s = 1134000 C

Poiché 1 faraday è pari a 96500 coulomb

1134000 C/96500 C/faraday = 11.8 faraday

La semireazione di riduzione che avviene al catodo è:

Mg2+ + 2 e → Mg

Ovvero per ogni 2 faraday di elettricità consumata si forma una mole di Mg

11.8 faraday ( 1 mole di Mg/2 faraday) = 5.90 moli

5.90 mol ∙ 24.305 g/mol=143 g

Autore: Chimicamo

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