Esercizio elettrochimica

Buongiorno a tutti! Avrei bisogno di una mano con questo esercizio di elettrochimica!

Date le semireazioni di riduzione per le coppie Co2+/Co e Sn4+/Sn2+: 

a) bilanciare con il metodo delle semireazioni la reazione chimica spontanea in condizioni standard. 

Calcolare la differenza di potenziale erogata dalla pila descritta nei casi b-c-d, indicando per ciascun caso quale elettrodo funge da catodo e quale da anodo. La pila è costituita da un elettrodo inerte di platino immerso in una soluzione contenente SnCl2 0,100 M e SnCl4 0,500 M e da un elettrodo di cobalto a contatto con: 

b) una soluzione 0,150 M in Co(NO3)2 

c) una soluzione saturata con Co(OH)2 (Kps = 1,6 x 10-15) 

d) una soluzione 1,00 M in Na2S e saturata con CoS (Kps = 4,0 x 10-21) 

E°(Co2+/Co) = -0,28 V; E°(Sn4+/Sn2+) = +0,15 V 

Per il punto a) ho seguito questo procedimento. Siccome il potenziale elettronico standard di Co2+/Co è inferiore a quello di Sn4+/Sn2+, ho invertito la sua reazione, ho bilanciato le semi-reazioni, unite e calcolato il potenziale standard di cella.

Sn4+ -> Sn2+

Sn4+ + 2e -> 2n2+ (catodo)

Co -> Co2+

Co -> Co2+ + 2e (anodo)

Unisco le due reazioni e ottengo questa reazione

Sn4+ + Co -> Sn2+ + Co2+

A questo punto posso calcolare la differenza di potenziale

ΔE = +0,15 V - (-0,28 V) = + 0,43

A questo punto non riesco a ben decifrare i dati nel testo per i punti b), c), d). Ho pensato che per esempio nel punto b) debba considerare la seguente reazione:

SnCl2 + SnCl4 + Co + Co(NO3)2  -> 

Però non so da qui come proseguire o se ho sbagliato a interpretrare il testo in questo modo. Grazie mille per l'aiuto!

0,43 V è il potenziale elettrico (non elettronico ) di riduzione standard della pila in questione.

La reazione che avviene nella pila è sempre quella che hai scritto.

La pila però non è in condizioni standard perché le concentrazioni delle specie ioniche sono diverse da 1 M, devi perciò applicare l'equazione di Nernst nei tre casi:

- il potenziale della semicoppia Sn4+/Sn2+ non si modifica mai nei tre casi (quanto vale???)

- quello dell'altra semicoppia Co2+/Co invece sì; devi calcolare di volta in volta quanto vale la [Co2+] nei tre casi:

b) ovviamente [Co2+] = 0,150 M

c) nella semicella è presente una soluzione satura acquosa di Co(OH)2(s); quanto vale [Co2+]???

d) nella semicella è presente una soluzione satura di CoS(s) in presenza di ione in comune S(2-) 1,00 M; quanto vale [Co2+]???

Penso di aver capito. Mi corregga se sbaglio. (Seguirò il suo schema)

Il potenziale della semicoppia Sn4+/Sn2+ non si modifica mai nei tre casi in quanto l'elettrodo immerso di Pt è inerte.

Quindi dobbiamo calcolare quello dell'altra semicoppia Co2+/Co.

Nel caso b) come detto esplicitamente da lei e dal testo la concentrazione è di 0,150M, per la concentrazione di Sn4+ nei tre casi dovrei usare quella di SnCl4 (0,500 M) non quella di SnCl2 (0,100M) perché SnCl2 non mi rilascia ioni SnCl4, giusto?

No, direi che non hai capito.

Il platino immerso nella soluzione contenente contemporaneamente Sn4+ (specie ossidata) e Sn2+ (specie ridotta) serve solo per trasportare gli elettroni provenienti dall'altra semicella con potenziale minore che, a sua volta, contiene contemporaneamente il Co2+ (specie ossidata) e Co(s) (specie ridotta).

Il potenziale della semicella Sn4+/Sn2+ non cambia perché non cambiano le concentrazioni delle due soluzioni, mentre il potenziale della semicella Co2+/Co cambia perché nei tre casi cambia la concentrazione della soluzione di Co2+; la concentrazione del Co solido non cambia perché, essendo un solido puro, la sua concentrazione (equiparata alla sua attività) è sempre unitaria.

Nella cella con potenziale minore avviene una semireazione di ossidazione e prende il nome di anodo (polo negativo).

Nella semicella con potenziale maggiore avviene una semireazione di riduzione e prende il nome di catodo (polo positivo).

Nella pila l'energia chimica dovuta alla reazione chimica viene trasformata in energia elettrica, perciò si genera una differenza di potenziale fra i due elettrodi.

La risoluzione del punto b) è la seguente:

Prova tu a svolgere gli altri due punti, però solo dopo aver riguardato cos'è una pila o cella elettrochimica e tutta la teoria che ci sta dietro.