Celle elettrochimiche: esercizi svolti e commentati

Le celle elettrochimiche sia galvaniche che di elettrolisi, sono costituite in generale da una fase liquida capace di condurre corrente elettrica con trasporto di materiali in cui sono immersi due elettrodi  collegati a un circuito elettrico esterno che consentono lo scambio di elettroni tra la fase liquida e il circuito esterno.

Prima di passare alla rappresentazione celle elettrochimiche è tuttavia necessario individuare oltre le semireazioni che avvengono ai due elettrodi, anche l’elettrodo che funge da anodo e quello che agisce da catodo. Vengono quindi proposti alcuni esercizi con la relativa strategia di soluzione

Esercizi

• Una cella galvanica è costituita da due semicelle: nella prima vi è una lamina di stagno immersa in una soluzione di acido solforico mentre nella seconda è presente un elettrodo di platino immerso in una soluzione di acido nitrico.

Dopo aver collegato i due elettrodi tramite un filo e le due soluzioni tramite un ponte salino si ha una conversione di energia chimica in energia elettrica e sull’elettrodo di platino gorgoglia il monossido di azoto.

La reazione che avviene è:

Sn_(s) + NO₃^–_(aq) + H⁺_(aq) → Sn²⁺_(aq) + NO_(g) + H₂O_(l)

Dopo aver bilanciato la reazione:

scrivere la semireazione che avviene a ciascun elettrodo

indicare quale elettrodo agisce da anodo e quale da catodo

indicare quale è l’elettrodo positivo e quale è l’elettrodo negativo

Le due semireazioni sono:

Sn → Sn²⁺

NO₃^– → NO

Bilanciamo secondo il metodo delle semireazioni:

Sn → Sn²⁺ + 2 e^–

NO₃^– + 4 H⁺ + 3 e^– → NO +2 H₂O

Moltiplichiamo la prima semireazione per 3 e la seconda per 2 in modo che gli elettroni scambiati siano gli stessi:

3 Sn →3 Sn²⁺ + 6 e^–

2 NO₃^– + 8 H⁺ + 6 e^– → 2 NO + 4 H₂O

Sommiamo membro a membro e semplifichiamo gli elettroni:

3 Sn_(s) +2 NO₃^–_(aq) +8 H⁺_(aq) → 3 Sn²⁺_(aq) +2 NO_(g) +4 H₂O_(l)

La semireazione di riduzione è:

NO₃^– + 4 H⁺ + 3 e^– → NO +2 H₂O

La semireazione di ossidazione è:

Sn → Sn²⁺ + 2 e^–

Poiché la semireazione di riduzione avviene sull’elettrodo di platino questo costituisce il catodo mentre poiché la semireazione di ossidazione avviene sull’elettrodo di stagno questo costituisce l’anodo.

Gli elettroni fluiscono attraverso il filo che connette i due elettrodi dall’elettrodo di stagno a quello di platino quindi l’elettrodo di stagno è negativo mentre quello di platino è positivo

• Una cella galvanica è costituita da due semicelle: nella prima vi è una soluzione di permanganato in acido solforico diluito in cui è immerso un elettrodo di platino mentre nella seconda vi è una soluzione di ione stagno (II) in acido solforico diluito in cui è immerso un elettrodo di platino.

Dopo aver collegato i due elettrodi tramite un filo e le due soluzioni tramite un ponte salino si ha una conversione di energia chimica in energia elettrica e si verifica la seguente reazione:

MnO₄^–_(aq) + Sn²⁺_(aq) + H⁺_(aq) → Mn²⁺_(aq) + Sn⁴⁺_(aq) + H₂O_(l)

Dopo aver bilanciato la reazione:

scrivere la semireazione che avviene a ciascun elettrodo

indicare quale elettrodo agisce da anodo e quale da catodo

indicare quale è l’elettrodo positivo e quale è l’elettrodo negativo

Le due semireazioni sono:

MnO₄^– → Mn²⁺

Sn²⁺ → Sn⁴⁺

Bilanciamo secondo il metodo delle semireazioni:

MnO₄^– + 8 H⁺ + 5 e^–  → Mn²⁺+ 4 H₂O

Sn²⁺ → Sn⁴⁺ + 2 e^–

Moltiplichiamo la prima semireazione per 2 e la seconda per 5 in modo che gli elettroni scambiati siano gli stessi:

2 MnO₄^– + 16 H⁺ + 10 e^–  → 2 Mn²⁺+ 8 H₂O

5 Sn²⁺ → 5 Sn⁴⁺ + 10 e^–

Sommiamo membro a membro e semplifichiamo gli elettroni:

2 MnO₄^–_(aq) + 5 Sn²⁺_(aq) +16  H⁺_(aq) → 2 Mn²⁺_(aq) + 5 Sn⁴⁺_(aq) +8 H₂O_(l)

La semireazione di riduzione è:

MnO₄^– + 8 H⁺ + 5 e^–  → Mn²⁺+ 4 H₂O

La semireazione di ossidazione è:

Sn²⁺ → Sn⁴⁺ + 2 e^–

Poiché la semireazione di riduzione coinvolge il permanganato l’elettrodo di platino presente nella soluzione è il catodo e costituisce l’elettrodo positivo mentre l’altro elettrodo di platino immerso nella soluzione di ioni stagno (II) che si ossidano costituisce l’anodo e costituisce l’elettrodo negativo.