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Esercizi sulla cella elettrochimica

Elettrochimica

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In questa sezione è possibile accedere a una raccolta di 11 esercizi sulla cella elettrochimica, sviluppati per supportare gli studenti di ingegneria, biologia, chimica e fisica. Ogni esercizio è presentato con rigore metodologico e chiarezza espositiva, esplicitando ogni passaggio logico per garantire una comprensione completa. Questo materiale è particolarmente utile anche per chi si avvicina per la prima volta all’argomento.

In chimica generale, una cella elettrochimica è un dispositivo che converte energia chimica in energia elettrica o viceversa, basandosi su reazioni redox (ossidoriduzioni). Durante queste reazioni, il trasferimento di elettroni tra le specie chimiche coinvolte genera una corrente elettrica o promuove una trasformazione chimica.

Per affrontare con successo questi esercizi, è essenziale comprendere a fondo il comportamento delle reazioni redox e il ruolo delle semireazioni anodiche e catodiche. Un aspetto chiave dell’elettrochimica è la relazione tra il potenziale elettrochimico e le condizioni del sistema. In particolare, questi esercizi mettono alla prova la comprensione dell’equazione di Nernst, utilizzata per calcolare il potenziale di una cella elettrochimica in condizioni non standard, e dei potenziali standard di riduzione, fondamentali per determinare la spontaneità delle reazioni redox.

 

Esercizi sulla cella elettrochimica: autori e revisori

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Autore: Fulvio Benintende .  

Revisori: Joan Pasqual Guilabert.  

 

Testi degli esercizi

 

Esercizio 1 (\bigstar\largewhitestar\largewhitestar\largewhitestar\largewhitestar). Se durante il funzionamento di una pila Daniell \text{Cu}^+/\text{Cu}^{2+}//\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}^{-}, in condizioni standard, la massa dell’elettrodo di zinco (A_r = \text{65,38}) è diminuita di 1,5\, \text{g}, di quanto è aumentata la massa dell’elettrodo di rame (A_r = \text{63,55})?

Svolgimento.

Poiché in una reazione chimica la massa si conserva1 , ragionando sulle moli delle specie in gioco si fa presto a rispondere al quesito. Si scrivono dapprima le semireazioni coinvolte per stabilire la proporzione tra le moli di Cu e di Zn (anche se già evincibile dal testo del quesito):

\begin{align*} \text{Cu}^{2+} + 2e^- &\longrightarrow \text{Cu}^0 \\ \text{Zn}^0 &\longrightarrow \text{Zn}^{2+} + 2e^- \end{align*}

È ora evidente che per “n” moli di zinco che vanno in soluzione, “n” moli di rame si depositano sul rispettivo elettrodo.

\[ n_{\text{Zn}} = \frac{m_{\text{Zn}}}{A_r \text{Zn}} = \frac{\text{1,5} \, \text{g}}{65,38 \, \text{g/mol}} = \text{0,023} \, \text{mol} \]

\[\boxcolorato{chimica}{m_{\text{Cu}} = n_{\text{Cu}} \cdot A_r_{\text{Cu} }= \text{0,023} \cdot \text{63,55} = \text{1,46} \, \text{g}. }\]

   

\[\]

  1. Legge della conservazione della massa, A.L. Lavoisier: In una reazione chimica la somma delle masse dei reagenti è uguale alla somma delle masse dei prodotti. ↩

 

Esercizio 2 (\bigstar\largewhitestar\largewhitestar\largewhitestar\largewhitestar). Calcolare il potenziale all’elettrodo di una semi-pila costituita da una barretta di Zn immersa in una soluzione contenente ioni \text{Zn}^{2+} in concentrazione \text{1,5} \, \text{M}. Tieni conto che, nel caso di
\text{Zn}^0 \longrightarrow \(\text{Zn}^{2+} + 2e^- in condizioni standard2, E^0 = \text{-0,76} \, \text{V}.

 
 

\[\]

  1. T = 25^\circ\text{C}, P = 1\, \text{atm}, c = 1\, \text{M}. ↩

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