El disseny de les medalles d'or dels Jocs Olímpics de París del 2024 és el resultat d'un projecte en què es van voler associar les medalles amb un monument icònic de París. El centre de cada medalla conté una peça hexagonal de ferro que és original de la torre Eiffel. Aquesta peça de ferro s'ha tractat perquè no es faci malbé. La corona de la medalla és de plata i s'ha recobert d'or mitjançant un procés electrolític amb una solució aquosa d'una sal d'or (AuCl₃). La quantitat final d'electrodeposit que té cada medalla és de 6,0 g.
Dades: Massa atòmica relativa de l'or: Au = 196,97 g mol⁻¹. Constant de Faraday: F = 96 500 C mol⁻¹. 1 A = 1 C s⁻¹.
1.1) Quin procés es produiria si no es fes un tractament al ferro? Quins són els principals agents causants d'aquest procés? En el procés electrolític utilitzat per a recobrir d'or la corona de plata, la medalla actua com a ànode o com a càtode? Raoneu la resposta. Feu un dibuix esquemàtic d'aquest procés electrolític i indiqueu-hi el nom i la polaritat dels elèctrodes i la reacció que tindrà lloc a l'elèctrode on hi ha la medalla. (Descriviu l'esquema per escrit.) [1,25 punts]
1.2) Si per la cel·la electrolítica hi circula una intensitat de corrent de 0,3 A, quantes hores han de transcórrer per a aconseguir recobrir d'or (6,0 g) la corona de la medalla? [1,25 punts]
Les persones amb deficiències de ferro i de vitamines, com els adolescents en creixement, les dones embarassades o els atletes, sovint han de prendre comprimits multivitamínics amb ferro i vitamines dels grups B i C per a ajudar a reduir el cansament i la fatiga, promoure la formació de glòbuls vermells i millorar el metabolisme. La determinació quantitativa de ferro en aquests comprimits es pot portar a terme mitjançant la reacció redox de l'ió Fe²⁺ amb una solució de Ce⁴⁺ de concentració coneguda.
Dades: Potencials estàndard de reducció a 25 °C: E°(Fe³⁺/Fe²⁺) = 0,77 V; E°(Ce⁴⁺/Ce³⁺) = 1,44 V. Productes de solubilitat a 25 °C: Kps(FeS) = 8,00 × 10⁻¹⁹; Kps(Ag₂S) = 8,00 × 10⁻⁵¹.
2.1) Escriviu la reacció redox entre els ions Fe²⁺ i Ce⁴⁺ i justifiqueu quin dels reactius és el reductor i quin és l'oxidant. Determineu si aquesta reacció té lloc de forma espontània en condicions estàndard a 25 °C. Justifiqueu la resposta. [1,25 punts]
2.2) L'ió Fe²⁺ forma una sal insoluble amb l'anió sulfur, de manera anàloga al que passa amb altres ions de metalls de transició com els ions Pb²⁺, Ag⁺ o Cu²⁺. Calculeu la solubilitat del sulfur de ferro(II) en aigua a 25 °C. Expliqueu de manera raonada si l'addició d'alguna de les següents sals solubles en aigua permetria augmentar la solubilitat del sulfur de ferro(II): a) Na₂S i b) AgNO₃. [1,25 punts]
El llautó és un aliatge de zinc i coure molt present en la vida quotidiana. Per la seva brillantor i el seu color daurat, s'utilitza en joieria, en bijuteria, en rellotgeria i en la fabricació d'instruments musicals.
Dades: Potencials estàndard de reducció a 25 °C: E°(Zn²⁺/Zn) = −0,76 V; E°(Cu²⁺/Cu) = 0,34 V; E°(H⁺/H₂) = 0,00 V. Constant de Faraday: F = 96 500 C mol⁻¹. Constant universal dels gasos ideals: R = 0,082 atm L K⁻¹ mol⁻¹. Massa atòmica relativa: Cu = 63,5.
a) Se submergeix una mostra de llautó en una dissolució d'àcid clorhídric i s'observa que es desprenen unes bombolles d'hidrogen. Escriviu les semireaccions d'oxidació-reducció del zinc i del coure amb l'àcid clorhídric. A partir dels potencials estàndard de reducció, justifiqueu si les bombolles d'hidrogen que s'observen són conseqüència de la reacció del zinc, del coure o de tots dos elements amb l'àcid clorhídric. [1,25 punts]
b) Una peça d'un aliatge de massa 20,0 g que conté coure metàl·lic s'utilitza com a ànode en una cel·la electrolítica. Aquesta peça se submergeix en una dissolució d'àcid clorhídric i s'hi fa circular un corrent de 2,0 A fins que tot el coure ha reaccionat. Calculeu quantes hores cal fer passar aquest corrent perquè es desprenguin 2,8 L d'hidrogen gasós a 1,0 atm de pressió i a 25 °C. Calculeu la massa de coure que ha reaccionat. [1,25 punts]
Al laboratori disposem de làmines de plata i coure, així com de dues solucions aquoses de concentració 1,00 M, una de sal de nitrat de plata (AgNO₃) i l'altra de sal de nitrat de coure(II) (Cu(NO₃)₂). També disposem del material per a fer un pont salí.
Dades: Potencials estàndard de reducció a 25 °C: E° (Ag⁺/Ag) = 0,80 V; E° (Cu²⁺/Cu) = 0,34 V.
a) Feu el dibuix de la pila que es podria muntar amb els elèctrodes de coure i plata, indicant tot el material necessari. Indiqueu quin dels elèctrodes de la pila funciona com a ànode i quin com a càtode, la seva polaritat i la direcció en què circulen els electrons pel circuit extern. Escriviu les semireaccions i la reacció global. [1,25 punts]
b) Considerant la pila de l'apartat anterior, calculeu la força electromotriu estàndard a 25 °C i escriviu la notació esquemàtica de la pila. Argumenteu si la làmina de coure que actua com a elèctrode augmenta o disminueix de massa a mesura que avança la reacció. [1,25 punts]
Per a muntar una pila, en condicions estàndard i a 25 °C, disposem d'una placa metàl·lica de coure i una altra d'alumini, una ampolla que conté una solució 1,0 M de sulfat de coure(II) i una altra ampolla que conté una solució 1,0 M de clorur d'alumini.
Dades: Potencials estàndard de reducció a 25 °C: E°(Cu²⁺/Cu) = 0,34 V; E°(Al³⁺/Al) = −1,68 V.
a) Justifiqueu quin elèctrode actuarà de càtode i quin d'ànode en aquesta pila. Escriviu les semireaccions que tindran lloc a cada elèctrode, la reacció iònica global i la notació de la pila. Calculeu-ne la força electromotriu estàndard (FEM). [1,25 punts]
b) Expliqueu com muntaríeu aquesta pila al laboratori, i indiqueu el material i les altres substàncies químiques que necessitaríeu. Feu un dibuix del muntatge experimental. [1,25 punts]
La descarbonització del planeta és un dels grans reptes mundials per a combatre el canvi climàtic. Per a aconseguir-ho, es postula l'hidrogen com la principal alternativa als combustibles fòssils. Ara bé, per a assolir una descarbonització completa cal produir l'hidrogen d'una manera sostenible. L'anomenat hidrogen verd s'obté per electròlisi de l'aigua, això és, la descomposició de l'aigua en hidrogen i oxigen aplicant-hi un corrent elèctric, però fent servir electricitat obtinguda de fonts renovables.
Dades: Constant de Faraday: F = 9,65 × 10⁴ C mol⁻¹. Constant universal dels gasos ideals: R = 0,082 atm L K⁻¹ mol⁻¹.
a) Indiqueu les semireaccions que tenen lloc en el càtode i l'ànode en un procés d'electròlisi de l'aigua. Indiqueu la reacció global. Raoneu, qualitativament, en quin dels dos elèctrodes s'alliberarà més gas a 1 atm de pressió i a 20 °C. [1,25 punts]
b) Es prepara una cel·la electrolítica amb una solució que conté àcid sulfúric (H₂SO₄) i s'hi fa passar durant 2 h un corrent elèctric d'1,0 A. Calculeu el volum d'hidrogen produït, mesurat a 1 atm de pressió i a 20 °C. Considereu la solució suficientment àcida i que l'hidrogen es comporta idealment. [1,25 punts]
El recobriment electrolític amb crom s'utilitza per a protegir superfícies metàl·liques de la corrosió, així com per a millorar-ne l'aspecte i les prestacions.
Potencials estàndard de reducció a 298 K: E°(Cu⁺/Cu) = 0,52 V; E°(Co²⁺/Co) = −0,28 V; E°(Fe²⁺/Fe) = −0,44 V; E°(Zn²⁺/Zn) = −0,76 V; E°(Al³⁺/Al) = −1,66 V; E°(Mg²⁺/Mg) = −2,37 V.
Dades: Densitat del crom: 7,1 g cm⁻³. Constant de Faraday: F = 9,65 × 10⁴ C mol⁻¹. Massa atòmica relativa: Cr = 52,0.
a) Es vol cromar un objecte d'acer rectangular que té una superfície de 1 400 cm² amb una capa de crom de 0,1 mm de gruix. Per a fer-ho, es col·loca aquest objecte com a càtode en una cubeta d'electròlisi que conté ions Cr³⁺ en solució. Escriviu la reacció d'electrodeposició del crom. Si el corrent és de 20,0 A, quantes hores ha de durar l'electròlisi? [1,25 punts]
b) Els ànodes de sacrifici també s'utilitzen com a sistema de protecció anticorrosiu. Aquests recobriments s'oxiden abans que el metall que protegeixen. Justifiqueu quins dels metalls de la taula següent podrien utilitzar-se com a ànodes de sacrifici per a protegir una superfície que conté ferro. Definiu oxidant i reductor. En la vida quotidiana, quins són els principals agents causants de la corrosió dels metalls? [1,25 punts]