Reacciones de Transferencia de Electrones

Problemas y ejercicios relacionados con los procesos redox, ajuste de reacciones y electroquímica para alumnos de 2º de Bachillerato.

Artículos de esta sección

  • PAU Andalucía: química (junio 2026) - ejercicio 5 (8673)

    , por F_y_Q

    ARSÉNICO O EL LUJO DE BEBER UN VASO DE AGUA POTABLE

    El arsénico se conoce desde tiempos remotos y ha tenido múltiples usos en diversas áreas, desde la medicina hasta la industria. Se trata de un elemento esencial para la vida y, sin embargo, se da la gran paradoja de que también es muy tóxico. Una exposición continuada a este elemento causa lesiones en la piel, neuropatías y aumenta significativamente el riesgo de padecer cáncer. A esto hay que añadir que es el contaminante natural más abundante de las aguas subterráneas, lo que constituye un motivo de gran preocupación a nivel mundial. Para proteger la salud humana, el nivel máximo permitido de arsénico en agua potable establecido por la Organización Mundial de la Salud (OMS) es de $$$ 0.01\ \text{mg}\cdot \text{L}^{-1}$$$.

    Hasta la fecha, se han desarrollado diversas técnicas para la eliminación de este contaminante del agua potable. Una de las más habituales conlleva la oxidación de $$$ \text{H}_3\text{AsO}_3$$$ (forma predominante en ambientes donde no hay oxígeno) a $$$ \text{H}_3\text{AsO}_4$$$ y posterior precipitación en forma de un compuesto altamente insoluble.

    Se sabe que con oxígeno la reacción de oxidación ocurre muy lentamente, alcanzando un rendimiento del $$$ 57\ \%$$$ al cabo de 5 días, lo que obliga a usar otros agentes oxidantes mucho más rápidos, tales como $$$ \text{Cl}_2$$$, peróxido de hidrógeno, HClO o permanganato de potasio.

    Para eliminar el arsénico del agua y hacerla apta para el consumo humano, es habitual añadir $$$ \bf FeCl_3$$$ que genera hidróxido de hierro(III). Este reacciona con el ácido arsénico formando $$$ \text{FeAsO}_4$$$, compuesto muy poco soluble ($$$ \text{K}_\text{S}= 6.3\cdot 10^{-21}$$$).

    a) Escribe y ajusta la reacción de oxidación del $$$ \text{H}_3\text{AsO}_3$$$ a $$$ \text{H}_3\text{AsO}_4$$$ con $$$ \text{O}_2$$$ en medio ácido empleando el método del ion-electrón.

    b) Sabiendo que el aire contiene un $$$ 21\ \%$$$ en volumen de $$$ \text{O}_2$$$, ¿qué volumen de aire, medido a 273 K y 1 atm, se debe burbujear por mol de $$$ \text{H}_3\text{AsO}_3$$$ en un agua natural contaminada? ¿Qué volumen del oxígeno quedaría sin reaccionar al cabo de 5 días?

    c) Demuestra que, tras precipitar $$$ \text{FeAsO}_4$$$, el agua tratada cumple las recomendaciones de la OMS.

    d) Nombra o formula, según corresponda, las sustancias que aparecen en negrita en el texto.

    Masa atómica relativa: As= 75.

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  • Problema competencial sobre reciclaje de baterías alcalinas (8600)

    , por F_y_Q

    En el contexto de la economía circular y la sostenibilidad, una empresa de reciclaje está desarrollando un proceso para recuperar cobre y cinc de baterías alcalinas agotadas, aprovechando estos metales para construir una pila de aluminio-aire como alternativa ecológica a las baterías tradicionales.

    Los siguientes potenciales estándar de reducción a considerar son:

    Par redox $$$E^\circ\ (\text{V})$$$
    $$$\text{Al}^{3+}/\text{Al}$$$ −1.66
    $$$\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}$$$ −0.76
    $$$\text{Fe}^{2+}/\text{Fe}$$$ −0.44
    $$$\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}$$$ +0.34
    $$$\text{O}_2/\text{OH}^- , (\text{en medio básico})$$$ +0.40

    Apartado a)

    En el proceso de recuperación, se tiene una disolución que contiene iones $$$\text{Cu}^{2+}$$$ 1 M e iones $$$\text{Fe}^{2+}$$$ 1 M. Se dispone de láminas de cinc y aluminio para seleccionar el metal reductor más adecuado.

    a.1) Justifica qué metal (cinc o aluminio) es más adecuado utilizar para recuperar cobre metálico por reducción selectiva, sin que se reduzca el hierro presente en la disolución. Escribe las semirreacciones que tendrían lugar en el ánodo y en el cátodo, y calcula la fuerza electromotriz de la pila formada.

    a.2) Si en lugar de usar la disolución anterior se construye una pila de aluminio-aire donde el aluminio se oxida y el oxígeno del aire se reduce en medio básico según la semirreacción: $$$\text{O}_2 + 2\text{H}_2\text{O} + 4e^- \rightarrow 4\text{OH}^-$$$, calcula el potencial estándar de esta pila y justifica por qué es una fuente de energía prometedora para vehículos eléctricos.

    Apartado b)

    Se necesita determinar si una muestra de cobre metálico contiene impurezas de cinc para verificar su pureza. Se sumerge la muestra en una disolución de ácido clorhídrico 1 M.

    b.1) Razona, utilizando los potenciales de reducción, si el cobre puro se disolverá en HCl. Escribe las semirreacciones ajustadas por el método del ion-electrón si la reacción es espontánea, o justifica por qué no lo es.

    b.2) Si la muestra contiene impurezas de cinc, ¿qué observación experimental permitiría detectarlas? Justifica la respuesta con la correspondiente reacción química ajustada.

    Apartado c)

    Una vez recuperado el cobre metálico, se utiliza como cátodo en una celda electrolítica para recubrir con una capa de cobre de 0.05 mm de espesor un objeto de hierro con superficie total de 200 $$$\text{cm}^2$$$. La densidad del cobre es $$$8.96\ \text{g/cm}^3$$$.

    c.1) Calcula la masa de cobre que debe depositarse sobre el objeto.

    c.2) Determina el tiempo necesario para realizar este recubrimiento si se aplica una corriente constante de 3.50 A.

    Datos: Masa atómica relativa: Cu = 63.5; Al = 27.0; Zn = 65.4; Fe = 55.8. Constante de Faraday: $$$\text{F} = 96\ 485\ \text{C} \cdot \text{mol}^{-1}$$$.

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  • PAU Andalucía: química (junio 2025) - ejercicio 5 (8492)

    , por F_y_Q

    El deterioro como consecuencia de la oxidación es un gran problema económico para industrias que utilizan estructuras de hierro o de acero, sobre todo si se encuentran en ambientes húmedos o directamente en contacto con el agua, como plataformas sumergidas en el mar, tuberías subterráneas o cascos de barcos. En estos casos, la oxidación para formar óxido de hierro(III) es muy rápida y supondría grandes inversiones económicas tener que sustituir frecuentemente las partes oxidadas.

    Una solución para evitar la oxidación del hierro y del acero es incorporar a la estructura piezas de otros metales que puedan formar con el hierro una pila galvánica en la que este sea el cátodo y el otro metal funcione como ánodo. A este método de protección se le llama «protección catódica» y a las piezas metálicas utilizadas para ello se les llama ánodos de sacrificio.

    \begin{tabular}{|c|c|} \hline \tex{Electrodo} & E^o\ (V)} \\\hline \ce{Ag+/Ag} & +0.80\\\hline \ce{Cu^{2+}/Cu} & +0.34\\\hline \ce{Fe^{3+}/Fe} & -0.04\\\hline \ce{Zn^{2+}/Zn} & -0.76\\\hline \ce{Al^{3+}/Al} & -1.67\\\hline \ce{Mg^{2+}/Mg} & -2.38\\\hline \end{tabular}

    Uno de los metales más usados como ánodo de sacrificio es el magnesio, que puede obtenerse a partir del agua del mar, donde se encuentra disuelto en forma de \textbf{\ce{MgCl2}} y de sulfato de magnesio. Una vez separado el \ce{MgCl_2} sólido, se procede a su electrolisis en estado fundido obteniéndose magnesio y cloro gaseoso.

    En la corteza terrestre también está presente el magnesio en forma de \textbf{\ce{MgCO3}} (K_S= 3.5\cdot 10^{-8}), compuesto insoluble al igual que otras especies de este metal como el fosfato de magnesio (K_S= 1.04\cdot 10^{-24}), el \ce{MgF_2} (K_S= 5.16\cdot 10^{-11}) o el \ce{Mg(OH)_2} (K_S= 5.61\cdot 10^{-12}).

    a) Justifica cuáles de los metales de la tabla pueden utilizarse como ánodo de sacrificio.

    b) Calcula la intensidad de corriente necesaria para obtener una producción diaria de 10 kg de magnesio metálico por electrólisis de \ce{MgCl_2} fundido, escribiendo la reacción correspondiente.

    c) A partir del equilibrio de solubilidad del \ce{MgCO3}, determina la masa de magnesio que hay disuelta en 25 L de disolución saturada de dicha sal.

    d) Nombra o formula los cuatro compuestos que aparecen en negrita en el texto.

    Datos: F = 96\ 500 \ C\cdot mol^{-1}; Mg = 24.3

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