Domanda su un esercizio con redox?
Ho un problema con il seguente esercizio:
Date le semireazioni di riduzione che coinvolgono le coppie Cu2+/Cu e Fe3+/Fe2+:
a) Bilanciare con il metodo delle semireazioni la reazione spontanea in condizioni standard
Calcolare la fem nei casi b,c indicando per ciascuno di essi quale elettrodo funge da catodo e quale da anodo. La pila è costituita da un elettrodo di rame immerso in una soluzione 0,0400 M in CuSO4 e da un elettrodo inerte a contatto con
b) una soluzione 0,120 M in Fe(NO3)3 e 0,520 M in FeCl2
c) una soluzione saturata con FeCO3 e contenente 0,250 M di Fe3+ (Kps = 3,5 E-11, prodotto di solubilità).
Usare i dati E°(Fe3+/Fe2+)= + 0,77 V, E°(Cu2+/Cu) = + 0,340 V
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Le due semireazioni REDOX sono:
Fe(3+) + e(-) <----> Fe(2+)
Cu(2+) + 2e(-) <----> Cu
I potenziali standard per le due semireazioni sono rispettivamente 0,77 V e 0,340 V.
La semireazione REDOX con il potenziale più elevato avverrà effettivamente come semireazione di riduzione, mentre quella con il potenziale inferiore avverrà in senso contrario, ovvero come reazione di ossidazione.
In conclusione Fe(3+) si ridurrà a Fe(2+) ossidando Cu a Cu(2+). La reazione complessiva si ottiene sommando alla prima semireazione moltiplicata per 2, la seconda semireazione invertita:
2Fe(3+) + Cu -----> 2Fe(2+) + Cu(2+)
Parte b)
Calcoliamo il potenziale redox per la coppia Cu2+/Cu, alla concentrazione 0,0400 M di CuSO4, mediante l’equazione di Nernst:
E = E°(Cu2+/Cu) + 0,059/2*log[Cu2+] = 0,340 + 0,059/2*log(0,0400) = 0,299 V
Calcoliamo il potenziale redox per la coppia Fe(3+)/Fe(2+), alle concentrazioni indicate al punto b), [Fe(3+)] = 0,120 M, [Fe(2+)] = 0,520 M:
E = E°(Fe3+/Fe2+) + 0.059*log[Fe3+]/[Fe2+] = 0,77 + 0.059*log(0,12/0,52) = 0,77 – 0,038 = 0,732 V
Funge da catodo l’elettrodo relativo alla coppia Fe3+/Fe2+ (potenziale più elevato) e quindi da anodo l’elettrodo relativo alla coppia Cu2+/Cu.
f.e.m. = Ecatodo – Eanodo = 0,732 – 0,299 = 0,433 V
Parte c)
Dobbiamo calcolare la concentrazione di Fe(2+), tenendo conto dell’equilibrio di solubilità di FeCO3:
FeCO3 <------> Fe(2+) + CO3(2-)
Kps = [Fe(2+)]*[ CO3(2-)]
Possiamo porre [CO3(2-)] = [Fe(2+)]. Quindi:
Kps = [Fe(2+)]^2
[Fe(2+)] = radq(Kps) = radq(3,5*10^-11) = 5,92*10^-6 M
Sappiamo che [Fe(3+)] = 0,250 M
Sostituendo questi valori nell’equazione di Nernst, otteniamo:
E = E°(Fe3+/Fe2+) + 0.059*log[Fe3+]/[Fe2+] = 0,77 + 0.059*log(0,250/5,92*10^-6) = 0,77 + 0,273 = 1,043 V .
Anche in questo caso l’elettrodo Fe3+/Fe2+ funge da catodo:
f.e.m. = Ecatodo – Eanodo = 1,043 – 0,299 = 0,744 V