Diferencias entre Pilas y Electrolisis

Básicamente las pilas son lo contrario a la electrolisis. Es decir, las pilas se usan para obtener energía como por ejemplo las pilas para que funcione el mando de la tele.

En la electrolisis, al contrario, tú das energía (le metes una corriente eléctrica) para conseguir que un metal se deposite en una superficie. Por ejemplo, para platear, es decir,  dar un baño de plata a una pulsera.

 

Pilas y Electrolisis Ejercicios y Exámenes Resueltos



Metiendo una intensidad e corriente, por medio de  la electrólisis, conseguimos que el metal plata se deposite sobre la superficie que nos interesa.

En resumen, las pilas dan energía y la electrólisis la consume.

 

¿Cómo funciona una pila?

Una pila funciona por transferencia electrones.

Esto está muy unido a las reacciones redox que ya te he explicado. Si has entendido bien los conceptos en redox, las pilas te van a resultar muy fácil.

Si no te recomiendo que revises las reacciones de oxidación reducción aquí.




redox ajuste medio acido

Redox Reacciones de Transferencia de Electrones: Ajuste método Ion-Electrón

¿Qué es una reacción redox y para que se utiliza? Una reacción de transferencia de electrones se puede separar en dos ...
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Una pila está compuesta por dos semi-reacciones:

  • Una reducción que ocurre en el cátodo que es el electrodo positivo de la pila (cuidado con esto que en la electrolisis cambia).
  • Una oxidación que ocurre en el ánodo, que es el electrodo negativo de la pila

Y es así de sencillo. En la reducción se ganan electrones y en la oxidación se pierde como en redox.

Potenciales de reducción en Pilas

El potencial de reducción es un valor que esta tabulado que te indica la capacidad de reducción de una determinada reacción.

Los valores más altos de la tabla corresponden a las reacciones que tienen más capacidad de reducirse y los más bajos a las que menos, es decir, tendrían más capacidad de oxidarse.

Se toma como cero el potencial estándar de reducción del hidrógeno.

Los potenciales de reducción estándar s miden en voltios (v).

 

Potenciales de reducción en Pilas

Básicamente lo que tienes que saber, sin tanto rollo, es que la reacción o par redox que tenga el valor del potencial estándar más alto se reduce y el que tenga el potencia  más bajo se oxida.

En la práctica, en los ejercicios te dan los datos de los potenciales estándar de reducción.

Bastaría con comparar cual es el más grande y escribir:

Este tiene el potencial más grade así que se reduce, es el cátodo de la reacción.

El otro tiene el potencial más pequeño así que se oxida, es el ánodo.



Esto es así porque la fórmula del potencial estándar de una pila es:

pilas ejercicios y examenes resueltos

 

Y lógicamente si se monta una pila es para que funcione ⇒ luego el potencial estándar total de la pila tiene que ser positivo ⇒ lo que nos lleva a que el potencial del cátodo tiene que ser mayor que el ánodo.

En caso de que el potencial total estándar de la pila te de negativo eso quiere decir que la reacción es al revés porque, de la manera en la que está formulada la pila, no funcionaria.

potencial estándar de una pila ejercicios resueltos




Si al hacer un problema el potencia estándar de la pila te da cero eso quiere decir que la reacción está en el equilibrio.

Sino lo recuerdas repasa el tema de equilibrio químico aquí:

relacion kp y kc equilibrio

Equilibrio químico Constantes de Equilibrio Kc y Kp

El concepto de equilibrio químico es un poco complicado de entender. A ver si con unos ejemplos te lo puedo ...
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 Los potenciales que están tabulados son los potenciales estándar  (con el cerito, como las entalpias). Te recuerdo que las condiciones estándar no son las normales.

ERROR COMÚN: Las condiciones estándar son  T= 298 k   P= 1 atm.

 

 

Notación estándar de una pila

En algunos ejercicios de selectividad (la verdad que en pocos) te piden que escribas la notación científica de la pila:

A la izquierda se escribe el ánodo (electrodo negativo donde ocurre la oxidación).

A la derecha el cátodo (electrodo positivo de la pila donde ocurre al reducen).

 

notación estándar de una pila



Entre paréntesis se escriben los estados en los que se encuentran los reactivos:

solido, líquidos, gas, aq o ac (disolución acuosa)

y su concentración.

Recuerda que en condiciones estándar  la concentración de reactivos y productos es 1 M (molar= mol/l).

Entre medios se escriben dos barras que representan el puente salino.

 

 

 

IMPORTANTE:

Lo tienes que escribir en el orden en que se producen las reacciones:

A la izquierda, en el ánodo el zinc solido pasa a ion zinc, lo escribes como ocurre en la semi-reacción, en ese orden.

 

Pila Daniell Zinc y Cobre

Seria conveniente que te estudiarás la pila Daniell de memoria ya que ha caído muchas ves en selectividad, al menos aquí en el País Vasco:

pila daniell de zinc y cobre

 

Tanto en las pilas como en las cubas electrolíticas, que te explicaré después, los electrones siempre van del ánodo al cátodo.



Esto es lógico porque el ando se oxida y pierde electrones, y el cátodo se reduce ganando los electrones que ha perdido el ánodo.

 
electrodo estándar de hidrogeno en pilas
 

Electrolisis – Leyes de Faraday

La electrolisis se desarrolla en una cuba electrolítica y sigue las leyes de Faraday.

Como ya te he explicado, la electrolisis sirve para depositar un metal como plata u oro en una superficie haciendo pasar una corriente eléctrica.

A pesar de que a muchos alumnos les cuesta entender la electrolisis, ya verás cómo es muy sencilla. Además solo tiene una o dos fórmulas que se corresponden a las leyes de Faraday.

 

Cuba Electrolítica.

Una cuba electrolítica es cómo una pila pero con los dos electrodos juntos.

cuba electrolítica ánodo y cátodo

 

Como ves, la estructura de una celda electrolítica es muy sencilla:

  • A la izquierda tenemos el ánodo, al igual que las pilas, excepto que en este caso es el electrodo positivo.
  • A la derecha el cátodo, que es el electrodo negativo de la celda electrolítica.
  • En el ánodo ocurre la oxidación al igual que en las pilas, es decir, pierde electrones.
  • En el cátodo la reducción, gana electrones.
  • Los electrones se transfieren del ánodo al cátodo.




En las cubas electrolíticas no hay ni potencial de reducción ni puente salido. Lo cual es lógico porque el puente salido de la pilas servía para conectar los dos electrodos que estaban en recientes distintos, pero en  este caso están el mismo recipiente que es la celda electrolítica.

Por lo cual, no necesitan puente salido para conectarlos.

formulas de la electrolisis ley de faraday

 

Fórmulas de la electrolisis: Leyes de Faraday

Como te he comentado, la electrolisis es mucha más sencilla que las pilas porque solo hay una o dos fórmulas.

Normalmente en los exámenes de selectividad de química te piden calcular la cantidad de masa que se deposita en el cátodo:

formula de faraday electrolisis

 




En cuanto a la primera fórmula de las leyes de Faraday:

  • m: es la masa que deposita en el cátodo medida en gramos (g)
  • M: es la masa molecular del metal (cobre, hierro, plata, oro, aluminio…) en gramos.
  • Q: es la cantidad de carga que pasa a través de la celda electrolica medica en Coulomb (c)
  • Z: es el número de electrones que se gana en la reducción (solo en la reducción, no tengas en cuenta la reacción global porque no te la suelen pedir en los exámenes de selectividad)
  • F: constante de Faraday que es 96.500 C, dato que estaría bien que te aprendieras de memoria aunque en los examen te lo suelen dar.

 

El segundo trozo de la fórmula de Faraday se utiliza cuando en lugar de darte la cantidad de carga Q.

Es decir, te dicen que a través de la cuba electrolítica se hace pasar una corriente de no sé cuántos amperios durante una hora, por ejemplo:

  • I: intensidad de corriente en amperios (A).
  • T: tiempo en segundos. Si te lo dan en horas o en minutos recuerda pasarlo a segundos.

Normalmente la fórmula de Faraday que más se utiliza y te deberías aprender será esta:

formula de faraday resumida pilas

 

Como te he mencionado, en casi todos los exámenes te piden:

  • La cantidad de masa que se deposita en el cátodo.
  • En otros te dan esa cantidad y te piden la masa molecular del metal como el cobre.
  • También te pueden poder la intensidad de corriente que pasa por la celda electrolítica dándote los demás datos, pero eso es cuestión de despejar.



Salvo raras excepciones, lo que interesa es el cátodo, porque es lo  que importa en la electrolisis. Para eso se hace, para depositar un metal en una superficie.

En esta raras excepciones te pueden preguntar qué reacciones ocurren en el ánodo y algún que otro dato para el que puedes utilizar la misma fórmula de Faraday (ya te he dicho que solo hay una fórmula).

 

♦ Lo que tienes que tener muy en cuenta es que para ambos, cátodo y ánodo, la intensidad de la corriente es la misma, porque están en la misma celda electrolítica.

En el ánodo, las reacciones típicas son en la que un ion de un no metal pasa a gas, como en el caso del ion cloruro que pasa a cloro. (Recuerda ajustar la reacción ya que el cloro es di-molecular).

Si no te dan ningún otro electrodo, supones que lo que se oxida en el ánodo es el agua.

No estaría mal que, por si acaso, te supieras la reacción de oxidación del agua.

Electrolisis del agua:




electrolisis del agua reducción oxidación

 

Ejercicios y Exámenes Pilas y Electrolisis. Leyes de Faraday

Todos los ejercicios están en formato pdf para que te los puedas descargar cómodamente.

Es necesario tengas una cuenta gratuita de google drive.

Por motivos de espacio y velocidad de carga no me ha sido posible subirlos directamente a Dnota10.

 

 




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