Escribir correctamente la representación de una célula electroquímica

Question

Las respuestas a las siguientes preguntas me parecen erróneas. Los libros dicen claramente que la respuesta correcta es (3), pero a mí me parece incorrecta. Por favor, ayúdenme.

14. La reacción química $\ce{2AgCl(s) + H2(g) -> 2 HCl(aq) + 2 Ag(s)}$ que tiene lugar en una célula galvánica (en condiciones estándar) se representa mediante la notación $$\ce{Pt(s) | H2(g), \pu{1 bar} | 1 M KCl(aq) | AgCl(s) | Ag(s)}\tag{1}$$ $$\ce{Pt(s) | H2(g), \pu{1 bar} | 1 M HCl(aq) | 1 M Ag+(aq) | Ag(s)}\tag{2}$$ $$\ce{Pt(s) | H2(g), \pu{1 bar} || 1 M HCl(aq) | AgCl(s) | Ag(s)}\tag{3}$$ $$\ce{Pt(s) | H2(g), \pu{1 bar} | 1 M HCl(aq) | Ag(s) | AgCl(s)}\tag{4}$$

Foto del problema: https://i.stack.imgur.com/Oflyg.jpg

Answer 1

Esta pregunta es muy similar a la que respondí hace poco: ¿Es correcta esta representación de la célula galvánica? . Me gusta la respuesta dada por Karsten Theis en otro lugar, pero parece que OP todavía no entendía la notación de línea para las células electroquímicas. Por lo tanto, me gustaría dar la misma descripción aquí para aclarar las dudas de OP.

El capítulo 1 de la referencia 1 describe la Notación lineal para células galvánicas como sigue:

Una forma abreviada de describir completamente una célula electroquímica, como la célula galvánica, se denomina notación lineal. Es una forma abreviada de expresar la reacción redox que se produce en la célula electroquímica. En esta notación

1. Una barra (/) o una línea vertical (|) representa un límite de fase, y una coma separa dos componentes en la misma fase. Una doble barra (//) o una doble línea vertical (||) representa un límite de fase cuyo potencial se considera un componente despreciable del potencial global de la célula ( Por ejemplo puente de sal).
2. Cuando se trata de una fase gaseosa, se escribe adyacente a su elemento conductor correspondiente.
3. Los componentes del cátodo a la derecha y los componentes del ánodo a la izquierda.
4. Se enumeran las fases de todas las especies reactivas y se indican sus concentraciones o presiones si dichas especies no se encuentran en sus estados estándar ( es decir $\pu{1 bar}$ para gases y $\pu{1M}$ para las soluciones).

Por lo tanto, la notación lineal para la célula galvánica dada (en condiciones de estrangulamiento) para la reacción, $\ce{2AgCl(s) + H2(g) -> 2 HCl(aq) + 2 Ag(s)}$ (como correctamente ha dicho Karsten Theis) es:

$$\ce{Pt(s) | H2(g, \pu{1 bar}) | H+(aq, \pu{1 mol/L}) , Cl- (aq, \pu{1 mol/L}) | AgCl(s) | Ag(s)}$$

Cualquier cambio en esta notación que no sea combinar $\ce{H+ (aq)}$ y $\ce{Cl- (aq)}$ a $\ce{HCl (aq)}$ se le daría una notación incorrecta para la reacción celular dada.

Nota: Básicamente, las 4 respuestas son erróneas en esta medida.

Referencias:

1. Allen J. Bard, Larry R. Faulkner, En Métodos electroquímicos: Fundamentos y aplicaciones Segunda edición, John Wiley & Sons, Inc: Nueva York, NY, 2001 (ISBN 0-471-04372-9).

Answer 2

La reacción química es:

$$\ce{2AgCl(s) + H2(g) -> 2 HCl(aq) + 2 Ag(s)}$$

Si dividimos esto en medias reacciones, obtenemos una media reacción de oxidación en el ánodo de:

$$\ce{H2(g) -> 2 H+(aq) + 2 e-}$$

Y una media reacción de reducción en el cátodo de:

$$\ce{2AgCl(s) + 2e- -> 2 Ag(s) + 2 Cl-(aq)}$$

Si quieres todas las especies en estado estándar, necesitas una presión parcial de $\pu{1 bar}$ de gas hidrógeno, un $\mathrm{pH}$ de aproximadamente 0, y una concentración de cloruro de $\pu{1 mol/L}$ .

En las células en las que los reactivos no pueden reaccionar directamente, no se necesita un puente salino. En la reacción que estamos viendo, $\ce{AgCl}$ está confinado en el cátodo porque se pega a él, y el gas hidrógeno está confinado en el ánodo porque es ahí donde lo estamos liberando, y tiene baja solubilidad en agua.

La notación de la célula comienza con el conductor de la semirreacción anódica y termina con el conductor de la semirreacción catódica. Las distintas fases están separadas por líneas verticales. Si hay más de una especie en una fase, se separan por comas.

$$\ce{Pt(s) | H2(g, \pu{1 bar}) | H+(aq, \pu{1 mol/L}) , Cl- (aq, \pu{1 mol/L}) | AgCl(s) | Ag(s)}$$

Los libros han dicho claramente 3. ser correctos.

La respuesta es (5) ninguna de las anteriores. Utilizando el formato de la clave de respuestas, la mejor respuesta sería:

$$\ce{Pt(s) | H2(g), \pu{1 bar} | 1 M HCl(aq) | AgCl(s) | Ag(s)}$$

Se obtiene esta respuesta a partir de la respuesta 3 cambiando el límite del puente salino ("||") por un límite de fase ("|"). Tener un puente de sal entre el hidrógeno gaseoso y los iones de hidrógeno acuosos significaría que estás generando iones de hidrógeno en el electrodo donde no están en contacto con $\pu{1 M}$ iones de hidrógeno.