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Pila de Daniell. Pilas de Concentración.

Cinética y Electroquímica

José Manuel Serrano Del Río

Práctica 1. Determinación experimental de la conductividad. Aplicación de la ley

de Kohlrausch.

1. INTRODUCCION

La pila Daniell consiste en dos compartimentos: en uno de ellos un ánodo de zinc metálico

inmerso en una disolución de sulfato de zinc, y, en el otro, un cátodo de cobre sumergido

en una disolución de sulfato de cobre. Ambas soluciones se mantienen conectadas

eléctricamente mediante un puente salino que impide su mezcla. Un hilo conductor

conecta las barras de Zn y Cu y constituye el circuito externo de dicha pila.

Para que funcione de manera espontánea y se produzca energía eléctrica con intercambio

de electrones, es necesario que las reacciones de oxidación-reducción se lleven a cabo en

compartimentos separados ya que de no ser así se llegaría al equilibrio (proceso directo)

sin generar corriente.

En esta práctica también estudiaremos las pilas de concentración, que consisten en una

celda electroquímica formada por dos semiceldas de un mismo metal pero que difieren en

las concentraciones de sus iones. Dicha celda producirá una diferencia de potencial en su

deseo de alcanzar el equilibrio, que se logrará cuando ambas semiceldas igualen sus

concentraciones. La semipila de mayor concentración actuará de cátodo y la de menos

como ánodo. Como el potencial de semicelda es el mismo, el potencial de la celda

electroquímica será 0 y la fuerza electromotriz vendrá dada por:

E =

RT

𝑛𝐹

ln

M

( mayor cocentración

)

M

( menor concentración

)

2. OBJETIVOS

En esta práctica construiremos una pila o celda Daniell para posteriormente determinar

experimentalmente su potencial. Por otro lado, montaremos una pila de concentración en

la cuál iremos variando las concentraciones de las semiceldas e iremos obteniendo sus

potenciales.

3. MÉTODO EXPERIMENTAL Y RESULTADOS

3.1. Formación de la Pila Daniell

Como tenemos que preparar 50 mL de cada disolución, tomaremos 5 mL y diluiremos

hasta 50 ml y así sucesivamente teniendo como resultado final para la medición 3

disoluciones de 45 ml y una de 50 ml.

− 1

= 1M ∙ V(ml) → V(ml) = 5ml

Cociente entre dos concentraciones sucesivas

Ponemos en un vaso CuSO 4

1M y en otro CuSO4 10

• 4

M y medimos la diferencia de

potencial. Repetimos la experiencia con el resto de las concentraciones. Para esta pila de

concentraciones hemos anotado los datos en el APARTADO 4 donde podremos observar y

comparar con el valor teórico. Hemos calculado el potencial teórico a partir de la Ecuación 1.

4. RESULTADOS Y CUESTIONES

PILAS DE DANIELL

• Escribir la reacción redox de la pila, ajustarla e indicar el número de electrones

intercambiados.

La reacción redox que tiene lugar en la pila Daniell es la siguiente

Z 𝒏 + 𝑪𝒖𝑺𝑶

𝟒

𝟒

𝟐+

−

𝟎

𝟐+

−

𝟎

+𝟐

+𝟐

𝒄𝒆𝒍

𝒄𝒂𝒕

𝒂𝒏𝒐𝒅𝒐

En esta reacción vemos como el número de electrones intercambiados es 2.

A continuación, recogemos en la siguiente tabla los resultados obtenidos en la medida

además de los valores teóricos.

Notación de la pila Zn(s)|ZnSO 4

(aq)|| CuSO 4

(aq)|Cu(s)

Semipila que actúa como ánodo Zn\Zn2+

Semipila que actúa como cátodo Cu2+\Cu

E

cel

(V) teórico 1,1 V

E

cel

(V) experimental 1,091 V

ΔG (kJ/mol) teórico - 212267,

ΔG (kJ/mol) experimental - 210531,

Keq teórico 1,591∙ 10

37

Keq experimental 8,01 9 ∙ 10

36

• ¿Qué potencial se leería en el voltímetro si se hubiesen conectado los electrodos

con polaridad inversa?

En este caso el electrodo de cobre se disuelve y el zinc se deposita en su electrodo. Esto

formaría una celda electrolítica que necesita energía eléctrica para que tenga lugar una

reacción no espontanea luego:

2 +

−

2 +

−

Los electrones fluyen del ánodo al cátodo

𝑐𝑒𝑙

𝑐𝑎𝑡𝑜𝑑𝑜

𝑎𝑛𝑜𝑑𝑜

= − 1. 10 𝑉 < 0 (luego ΔG >0)

• Si se dejara funcionar la pila Daniell durante un tiempo, ¿es de esperar que se

observe algún cambio en la superficie del electrodo de cobre? ¿por qué?

Los electrones que pasan a través del hilo conductor hasta dicho electrodo se combinan

con el Cu

2+

y se transforman en Cu que se deposita sobre el electrodo aumentando su

grosor.

• Un mismo electrodo puede actuar como ánodo o como cátodo, dependiendo del

electrodo con el que se enfrente. Consultar una tabla de potenciales de electrodo y

escribir la notación de dos pilas, tales que en una de ellas un electrodo de Ni

(sumergido en Ni2+) actúe como cátodo y en la otra como ánodo. Escribir la

reacción global y las semirreacciones de las dos pilas, y explicar el porqué del

distinto comportamiento del electrodo de níquel.

Esto es debido a que posee un potencial de reducción muy bajo por lo que dependiendo

del electrodo con el que lo enfrentemos este electrodo de níquel actuara como ánodo o

como cátodo

• COMO CATODO: Pila de cadmio y níquel Cd(s)|Cd

2 +

(aq)||Ni

2+

(aq)| Ni(s)

−

( 2 +

)

𝑜

2 +

−

𝑜

2 +

2 +

E

cel

o

= + 0 , 15 V

• COMO ANODO: Pila de níquel y cobre Ni(s)|Ni

2+

(aq)||Cu

2+

(aq)|Cu(s)

2 +

−

𝑜

−

2 +

𝑜

2 +

2 +

E

cel

o

= + 0 , 573 V

PILAS DE CONCENTRACION

• Rellenar la siguiente tabla con los datos de las dos pilas de concentración

formadas:

Notacion de la pila Cu|Cu2+||Cu2+|Cu

Semipila que actúa como ánodo Cu|Cu2+

Semipila que actúa como cátodo Cu2+|Cu

Ecel(V) teórico 118, 25 88.7 59,13 29,

Ecel(V) experimental 117,6 88 , 2 59