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title: "Pilas electroquímicas y electrólisis"
book: "Química escolar — Años 1 a 12"
subject: chemistry
language: es
chapter: 47
exercises: 15
source: https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/47-pilas-electroquimicas-y-electrolisis
license: CC-BY-NC-SA-4.0
credit: "One Chemistry Book, One Course (one-course.com)"
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# Capítulo 47 — Pilas electroquímicas y electrólisis

Un teléfono marca un 1 % una tarde de invierno y se apaga. Enchufado durante la noche, por la mañana vuelve a estar lleno. Dentro de su batería, la misma [reacción química](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/12-las-reacciones-quimicas-reactivos-y-productos#def-g7-chemical-reactions-reaction) funciona en un sentido durante el día, liberando energía eléctrica, y el cargador la obliga a ir en el otro sentido por la noche. Una [reacción redox](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-reaction) se convierte en una fuente de electricidad cuando se obliga a sus [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) a viajar por un cable; y la electricidad, empujada a través de una disolución, puede forzar una [reacción redox](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-reaction) que nunca ocurriría por sí sola.

**Lo que ya sabes.**

Los [oxidantes](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-oxidant) ganan [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) y los [reductores](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-oxidant) los pierden; [semiecuaciones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-couple), [pares redox](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-couple) y [reacciones redox](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-reaction) ([Capítulo 35](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#ch-g11-redox)). Un sistema evoluciona hasta que $Q = K$ ([Capítulo 43](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/43-equilibrio-quimico-cociente-y-constante#ch-g12-equilibrium)). Las disoluciones de [iones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion) conducen la electricidad ([Capítulo 17](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#ch-g9-ions)); el [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/25-el-mol-y-la-masa-molar#def-g10-the-mole-amount) y la [constante de Avogadro](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/25-el-mol-y-la-masa-molar#def-g10-the-mole-avogadro) ([Capítulo 25](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/25-el-mol-y-la-masa-molar#ch-g10-the-mole)).

![Cargar un teléfono: una reacción forzada en sentido inverso durante la noche.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-cells-and-electrolysis/img-49517e36d302.jpg)

*Cargar un teléfono: una reacción forzada en sentido inverso durante la noche.*

## 47.1 Una reacción redox partida en dos

Cuando se sumerge una lámina de cinc en una disolución de sulfato de cobre, el cinc se oxida y los [iones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion) cobre se reducen en la superficie de la lámina, $\ce{Zn + Cu^{2+} -> Zn^{2+} + Cu}$: los [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) pasan directamente del [metal](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/20-la-tabla-periodica-un-primer-vistazo#def-g9-periodic-table-first-look-metal) a los [iones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion), y la energía se pierde en forma de un poco de calor. Si se separan las dos mitades y se unen con un cable, los [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) tienen que viajar ahora por el cable, y pueden encender una lámpara por el camino.

**Definición 47.1 (Pila electroquímica, semipila, puente salino).**

Una *pila electroquímica* produce energía eléctrica a partir de una [reacción redox](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-reaction) cuya [oxidación](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-oxidation) y cuya [reducción](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-oxidation) tienen lugar en dos compartimentos separados. Cada compartimento, un electrodo metálico sumergido en una disolución de sus [iones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion), es una *semipila*. Un *puente salino*, un tubo o una tira de papel empapada en una disolución de [iones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion), une las dos disoluciones y cierra el circuito sin dejar que se mezclen.

**Definición 47.2 (Ánodo, cátodo).**

El electrodo donde tiene lugar una [oxidación](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-oxidation) es el *ánodo*; el electrodo donde tiene lugar una [reducción](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-oxidation) es el *cátodo*.

![La pila Daniell. Los electrones salen del ánodo de cinc por el cable y entran en el cátodo de cobre; en el puente salino, los iones se desplazan para mantener neutra cada disolución.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-cells-and-electrolysis/fig-866406e26701.svg)

*La pila Daniell. Los [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) salen del [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) de cinc por el cable y entran en el [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) de cobre; en el [puente salino](#def-g12-cells-and-electrolysis-cell), los [iones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion) se desplazan para mantener neutra cada disolución.*

**Proposición 47.3 (Adónde van los electrones).**

En una pila que suministra corriente, los [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) salen de la pila por el [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), donde los libera la [oxidación](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-oxidation), recorren el circuito exterior y entran por el [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), donde los capta la [reducción](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-oxidation). El [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) es el polo negativo, y el [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), el positivo. En el interior, la corriente la transportan los [iones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion): los [cationes](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion) se desplazan hacia el [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) y los [aniones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion) hacia el [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode).

**Demostración.** La [oxidación](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-oxidation) produce [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) en el [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode); la [reducción](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-oxidation) los consume en el [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode); el cable es el único camino entre ambos. De lo contrario, cada disolución se cargaría eléctricamente, cosa que impiden los [iones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion) del puente. ∎

**Método 47.4 (Describir una pila).**

1. Escribe la [reacción redox](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-reaction) global que tiene lugar espontáneamente.
2. Divídela en dos [semiecuaciones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-couple) : la [oxidación](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-oxidation) ( [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) ) y la [reducción](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-oxidation) ( [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) ).
3. Indica la polaridad: [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) $-$ , [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) $+$ ; el sentido de los [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) en el cable (del [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) al [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) ) y el de la corriente (del [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) al [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) ).
4. Describe el movimiento de los [iones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion) en el puente.

**Historia — La pila de Volta, 1800.**

En 1800, el físico Alessandro Volta apiló discos de dos [metales](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/20-la-tabla-periodica-un-primer-vistazo#def-g9-periodic-table-first-look-metal) distintos, cinc y cobre o plata, separados por trozos de tela empapados en salmuera, y obtuvo una corriente eléctrica estable: la primera pila. Dio a los físicos su primera fuente continua de electricidad, y a los químicos una herramienta nueva: en pocos años, la [electrólisis](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) había aislado por primera vez el sodio y el potasio.

![Una pila voltaica en un museo. Foto de GuidoB, CC BY-SA 3.0.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-cells-and-electrolysis/img-90c8f7e514de.jpg)

*Una pila voltaica en un museo. Foto de GuidoB, CC BY-SA 3.0.*

## 47.2 La tensión de una pila

**Definición 47.5 (Tensión de una pila).**

La *tensión de una pila* es la tensión medida con un voltímetro entre los bornes de una pila que no suministra corriente (en circuito abierto); es positiva cuando el borne positivo del voltímetro está en el [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode).

**Ejemplo 47.6 (La pila Daniell).**

Con las dos disoluciones a $1\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$, la pila Daniell da $1.10\,\mathrm{V}$. Cómo se predice esa tensión a partir de tablas de potenciales de electrodo se muestra en el volumen del primer año.

**Observación 47.7 (Por qué se gasta una pila).**

La reacción de la pila, $\ce{Zn + Cu^{2+} -> Zn^{2+} + Cu}$, tiene una constante $K$ muy grande. Mientras la pila funciona, $Q = [\ce{Zn^{2+}}]/[\ce{Cu^{2+}}]$ aumenta, y la reacción sigue mientras $Q < K$. Cuando se agota un [reactivo](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/12-las-reacciones-quimicas-reactivos-y-productos#def-g7-chemical-reactions-reactant) (el cinc, o los [iones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion) cobre), la corriente se detiene: la pila está “gastada”.

## 47.3 Carga y capacidad

**Definición 47.8 (Constante de Faraday, capacidad).**

La *constante de Faraday* $F$ es la carga eléctrica de un [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/25-el-mol-y-la-masa-molar#def-g10-the-mole-amount) de [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus), $F = N_A e = 96\,485\,\mathrm{C}/\mathrm{mol}$. La *capacidad* de una pila es la mayor carga eléctrica que puede suministrar, a menudo expresada en amperios hora: $1\,\mathrm{A}\,\mathrm{h} = 3600\,\mathrm{C}$.

**Proposición 47.9 (Carga y cantidad de electrones).**

Una corriente $I$ que circula durante un tiempo $\Delta t$ transporta la carga $Q = I\,\Delta t$, es decir, una cantidad de [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus)

$$
n(e^-) = \frac{Q}{F} = \frac{I\,\Delta t}{F} .
$$

**Demostración.** Cada [electrón](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) lleva la carga elemental $e$; $n$ [moles](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/25-el-mol-y-la-masa-molar#def-g10-the-mole-amount) de [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) llevan $n N_A e = n F$. ∎

**Ejemplo 47.10 (Capacidad de una pila Daniell).**

El electrodo de cinc contiene $6.5\,\mathrm{g}$ de cinc que puede reaccionar, es decir, $6.5/65.4 = 0.099\,\mathrm{mol}$. Cada [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de cinc cede dos [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus): $n(e^-) = 0.199\,\mathrm{mol}$, así que $Q = 0.199 \times 96485 = 1.9 \times 10^{4}\,\mathrm{C}$, unos $1.9 \times 10^{4}\,/3600 = 5.3\,\mathrm{A}\,\mathrm{h}$, si los [iones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion) cobre no se agotan antes.

## 47.4 Electrólisis

**Definición 47.11 (Electrólisis, acumulador).**

Una *electrólisis* es una [reacción redox](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-reaction) forzada por un generador eléctrico, en el sentido opuesto al que tomaría por sí sola. Un *acumulador* es una pila que se puede recargar: durante la carga, el generador la obliga a ir en sentido inverso, como en una electrólisis.

**En el laboratorio — Electrólisis del agua.**

Dos electrodos se sumergen en agua que se ha hecho conductora con un poco de sulfato de sodio, cada uno bajo un tubo de ensayo invertido lleno de la disolución. Con un generador de unos pocos voltios, suben burbujas de ambos electrodos: en el [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) (conectado al borne $-$), dihidrógeno; en el [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), dioxígeno; del primero se forma el doble que del segundo. Una astilla encendida produce una pequeña detonación en el primer gas; una astilla incandescente se reaviva en el segundo.

![Electrólisis del agua: sobre los electrodos se recoge el doble de dihidrógeno que de dioxígeno.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-cells-and-electrolysis/fig-76dcef1fda6d.svg)

*[Electrólisis](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) del agua: sobre los electrodos se recoge el doble de dihidrógeno que de dioxígeno.*

**Ejemplo 47.12 (El agua, descompuesta).**

En el [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode): $\ce{2H2O + 2e- -> H2 + 2OH-}$; en el [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode): $\ce{6H2O -> O2 + 4H3O+ + 4e-}$. Por cada cuatro [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus), dos [moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) de dihidrógeno y una de dioxígeno, mientras que los [iones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion) $\ce{H3O+}$ y $\ce{OH-}$ formados en los dos electrodos se recombinan en agua: en conjunto, $\ce{2H2O -> 2H2 + O2}$, la inversa de la [combustión](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-burning) del hidrógeno, que necesita energía para producirse.

**Método 47.13 (Masa depositada por una electrólisis).**

1. Escribe la [semiecuación](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-couple) en el electrodo donde se forma el [metal](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/20-la-tabla-periodica-un-primer-vistazo#def-g9-periodic-table-first-look-metal) , por ejemplo $\ce{Cu^{2+} + 2e- -> Cu}$ .
2. Calcula la carga $Q = I \Delta t$ y $n(e^-) = Q/F$ .
3. Divide por el número de [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) por [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) : $n(\ce{Cu}) =  n(e^-)/2$ ; después, $m = n \times M$ .

**Ejemplo 47.14 (El refinado del cobre).**

El cobre impuro que sale de la fundición se usa como [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) de una cuba de [electrólisis](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) con disolución de sulfato de cobre, y una lámina fina de cobre puro como [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode). En el [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), el cobre se [disuelve](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/2-mezclar-y-disolver#def-g2-mixing-and-dissolving-dissolve), $\ce{Cu -> Cu^{2+} + 2e-}$; en el [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) se deposita cobre puro, $\ce{Cu^{2+} + 2e- -> Cu}$; las impurezas caen al fondo o se quedan en disolución. Una corriente de $100\,\mathrm{A}$ durante $24\,\mathrm{h}$ transporta $Q = 100 \times 86400 = 8.64 \times 10^{6}\,\mathrm{C}$, es decir, $n(e^-) = 89.5\,\mathrm{mol}$, que depositan $89.5/2 = 44.8\,\mathrm{mol}$ de cobre: $2.84\,\mathrm{kg}$.

![Refinado del cobre por electrólisis: el cobre pasa del ánodo impuro al cátodo puro a través de la disolución.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-cells-and-electrolysis/fig-405bf3f984c2.svg)

*Refinado del cobre por [electrólisis](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis): el cobre pasa del [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) impuro al [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) puro a través de la disolución.*

## 47.5 Pilas, acumuladores y pilas de combustible

Toda pila desechable es una [pila electroquímica](#def-g12-cells-and-electrolysis-cell), y toda batería recargable, un [acumulador](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis). El [acumulador](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) de plomo de un coche funciona con plomo, óxido de plomo y ácido sulfúrico; el [acumulador](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) de ion-litio de un teléfono desplaza [iones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion) litio entre dos electrodos, uno de grafito y otro de un óxido metálico, a través de un electrolito líquido o polimérico, mientras los [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) recorren el circuito exterior. Una pila de [combustible](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) es una pila cuyos [reactivos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/12-las-reacciones-quimicas-reactivos-y-productos#def-g7-chemical-reactions-reactant) se suministran de forma continua: una pila de [combustible](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) de hidrógeno lleva a cabo la reacción $\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}$, la inversa de la [electrólisis](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) del agua, y da electricidad y agua. El dihidrógeno obtenido por [electrólisis](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) con electricidad eólica o solar, y usado después en pilas de [combustible](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-fuel), es una forma de almacenar esa electricidad.

![Una nave de electrolizadores: el agua se descompone en dihidrógeno y dioxígeno.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-cells-and-electrolysis/img-2386bb811d27.jpg)

*Una nave de electrolizadores: el agua se descompone en dihidrógeno y dioxígeno.*

## 47.6 Ejercicios

**Ejercicio 47.1 ★.**

En la pila Daniell, ¿qué electrodo es el [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode)? ¿Y el [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode)? Escribe la [semiecuación](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-couple) en cada uno.

**Solución de Ejercicio 47.1.**

El electrodo de cinc es el [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), $\ce{Zn -> Zn^{2+} + 2e-}$; el electrodo de cobre es el [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), $\ce{Cu^{2+} + 2e- -> Cu}$.

**Ejercicio 47.2 ★.**

Una corriente de $0.20\,\mathrm{A}$ circula durante $30\,\mathrm{min}$. Calcula la carga transportada y la cantidad de [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus).

**Solución de Ejercicio 47.2.**

$Q = 0.20 \times 1800 = 360\,\mathrm{C}$; $n(e^-) = 360/96485 =
3.7 \times 10^{-3}\,\mathrm{mol}$.

**Ejercicio 47.3 ★.**

¿Cuál es el papel del [puente salino](#def-g12-cells-and-electrolysis-cell)? ¿Qué ocurre si se retira?

**Solución de Ejercicio 47.3.**

Cierra el circuito y mantiene eléctricamente neutra cada disolución, ya que sus [iones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion) pasan a los compartimentos. Sin él, el circuito está abierto: no circula corriente, el voltímetro marca cero y una lámpara sigue apagada.

**Ejercicio 47.4 ★.**

Convierte una [capacidad](#def-g12-cells-and-electrolysis-capacity) de $2.5\,\mathrm{A}\,\mathrm{h}$ en culombios.

**Solución de Ejercicio 47.4.**

$2.5 \times 3600 = 9000\,\mathrm{C}$.

**Ejercicio 47.5 ★.**

En una [electrólisis](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis), ¿es espontánea la reacción? ¿Qué aporta la energía?

**Solución de Ejercicio 47.5.**

No: la reacción va en el sentido opuesto al espontáneo. El generador aporta la energía.

**Ejercicio 47.6 ★★.**

Una pila está formada por un electrodo de plata en nitrato de plata y un electrodo de cobre en sulfato de cobre. El voltímetro muestra que los [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) salen por el cobre. Escribe las [semiecuaciones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-couple), nombra el [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) y el [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), y da la reacción global.

**Solución de Ejercicio 47.6.**

[Ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) (cobre, $-$): $\ce{Cu -> Cu^{2+} + 2e-}$. [Cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) (plata, $+$): $\ce{Ag+ + e- -> Ag}$. Global: $\ce{Cu + 2Ag+ -> Cu^{2+} + 2Ag}$.

**Ejercicio 47.7 ★★.**

La pila de un reloj suministra $10\,\text{µ}\mathrm{A}$ de forma continua durante tres años. ¿Cuál es su [capacidad](#def-g12-cells-and-electrolysis-capacity) en $\mathrm{mA}\,\mathrm{h}$?

**Solución de Ejercicio 47.7.**

Tres años son $3 \times 365 \times 24 = 26\,280\,\mathrm{h}$; $0.010 \times 26280 = 263\,\mathrm{mA}\,\mathrm{h}$.

**Ejercicio 47.8 ★★.**

Una cuchara se platea con una corriente de $0.50\,\mathrm{A}$ durante $40\,\mathrm{min}$, $\ce{Ag+ + e- -> Ag}$. ¿Qué masa de plata se deposita?

**Solución de Ejercicio 47.8.**

$Q = 0.50 \times 2400 = 1200\,\mathrm{C}$; $n(e^-) = n(\ce{Ag}) =
1200/96485 = 0.0124\,\mathrm{mol}$; $m = 0.0124 \times 107.9 =
1.34\,\mathrm{g}$.

**Ejercicio 47.9 ★★.**

En la figura de la pila Daniell, da el sentido de la corriente en el cable y el sentido en el que se desplazan los [iones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion) $\ce{K+}$ y $\ce{NO3-}$ del puente.

**Solución de Ejercicio 47.9.**

La corriente va por el cable del cobre ($+$) al cinc ($-$), en sentido opuesto a los [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus). Los [iones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion) $\ce{K+}$ se desplazan hacia el compartimento del cobre, que pierde $\ce{Cu^{2+}}$; los [iones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion) $\ce{NO3-}$, hacia el compartimento del cinc, que gana $\ce{Zn^{2+}}$.

**Ejercicio 47.10 ★★.**

Compara una pila y una [electrólisis](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis): el signo del [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode), el sentido de la reacción y la conversión de energía.

**Solución de Ejercicio 47.10.**

En ambos casos, el [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) es donde ocurre la [oxidación](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-oxidation). En una pila, el [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) es $-$, la reacción es espontánea y la energía química se convierte en energía eléctrica; en una [electrólisis](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis), el [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) está unido al $+$ del generador, la reacción es forzada y la energía eléctrica se convierte en energía química.

**Ejercicio 47.11 ★★.**

En la [electrólisis](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) del agua se recogen $24\,\mathrm{mL}$ de dihidrógeno. ¿Qué volumen de dioxígeno se recoge al mismo tiempo? ¿Por qué?

**Solución de Ejercicio 47.11.**

$12\,\mathrm{mL}$: la ecuación $\ce{2H2O -> 2H2 + O2}$ da dos [moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) de dihidrógeno por cada una de dioxígeno, y cantidades iguales de gas ocupan volúmenes iguales.

**Ejercicio 47.12 ★★★.**

Una pila Daniell contiene $5.0\,\mathrm{g}$ de cinc y $100\,\mathrm{mL}$ de sulfato de cobre a $0.50\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$. ¿Qué [reactivo](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/12-las-reacciones-quimicas-reactivos-y-productos#def-g7-chemical-reactions-reactant) se agota primero? ¿Cuál es la [capacidad](#def-g12-cells-and-electrolysis-capacity) de la pila? ¿Durante cuánto tiempo puede suministrar $50\,\mathrm{mA}$?

**Solución de Ejercicio 47.12.**

$n(\ce{Zn}) = 5.0/65.4 = 0.076\,\mathrm{mol}$; $n(\ce{Cu^{2+}}) = 0.100 \times 0.50 = 0.050\,\mathrm{mol}$; reaccionan [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/25-el-mol-y-la-masa-molar#def-g10-the-mole-amount) a [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/25-el-mol-y-la-masa-molar#def-g10-the-mole-amount), así que los [iones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion) cobre se agotan primero. $n(e^-) = 2 \times 0.050
= 0.100\,\mathrm{mol}$, $Q = 9.65 \times 10^{3}\,\mathrm{C} = 2.68\,\mathrm{A}\,\mathrm{h}$. A $50\,\mathrm{mA}$: $2.68/0.050 = 54\,\mathrm{h}$.

**Ejercicio 47.13 ★★★.**

Una pila de $1.5\,\mathrm{V}$ suministra $2.0\,\mathrm{A}\,\mathrm{h}$. Calcula la energía que almacena ($E = Q U$), en julios y en vatios hora.

**Solución de Ejercicio 47.13.**

$Q = 2.0 \times 3600 = 7200\,\mathrm{C}$; $E = 7200 \times 1.5 =
1.08 \times 10^{4}\,\mathrm{J}$, es decir, $1.5 \times 2.0 = 3.0\,\mathrm{W}\,\mathrm{h}$.

**Ejercicio 47.14 ★★★.**

Se electroliza agua con $2.0\,\mathrm{A}$ durante $1.0\,\mathrm{h}$. Calcula las cantidades, y después los volúmenes a $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ($V_m = 24.1\,\mathrm{L}/\mathrm{mol}$), de dihidrógeno y de dioxígeno producidos.

**Solución de Ejercicio 47.14.**

$Q = 7200\,\mathrm{C}$, $n(e^-) = 0.0746\,\mathrm{mol}$. Dos [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) por $\ce{H2}$: $n(\ce{H2}) = 0.0373\,\mathrm{mol}$, $V = 0.90\,\mathrm{L}$. Cuatro por $\ce{O2}$: $n(\ce{O2}) = 0.0187\,\mathrm{mol}$, $V = 0.45\,\mathrm{L}$.

**Ejercicio 47.15 ★★★.**

En el refinado del cobre, el [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) pierde $3.00\,\mathrm{kg}$ de material mientras el [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) gana $2.84\,\mathrm{kg}$ de cobre. ¿Cuál es el porcentaje de cobre del [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) impuro, suponiendo que en el [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) solo se oxida el cobre y que las impurezas simplemente se desprenden?

**Solución de Ejercicio 47.15.**

El cobre disuelto en el [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) es igual al cobre depositado, ya que por ambos pasan los mismos [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus): $2.84/3.00 = 94.7\,\%$ de cobre.

## 47.7 Problema: la batería del teléfono

**Problema 47.1.**

Problema de fin de semana — ¿qué masa de litio va y viene entre los electrodos de una batería de teléfono de $4000\,\mathrm{mA}\,\mathrm{h}$?

La batería de un teléfono lleva la indicación “$3.7\,\mathrm{V}$, $4000\,\mathrm{mA}\,\mathrm{h}$”. En una imagen simplificada, durante la descarga cada [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de litio almacenado en el electrodo de grafito cede un [electrón](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) y sale como [ion](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion) litio, $\ce{Li -> Li+ + e-}$; el [ion](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion) atraviesa el electrolito y lo capta el electrodo de óxido metálico, que gana un [electrón](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) al mismo tiempo.

**Parte I — La pila.**

1. Durante la descarga, ¿el electrodo de grafito es el [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) o el [cátodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) ? ¿Por qué?
2. ¿Cuál es el polo negativo?
3. ¿En qué sentido viajan los [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) a través del teléfono? ¿Y los [iones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion) litio dentro de la batería?
4. ¿Por qué esta pila es un [acumulador](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) ?

**Parte II — La carga.**

5. Convierte $4000\,\mathrm{mA}\,\mathrm{h}$ en amperios hora, y después en culombios.
6. Calcula la cantidad de [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) que representa esta carga.
7. ¿Cuántos [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) son?
8. El teléfono consume en promedio $0.25\,\mathrm{A}$ . ¿Cuánto dura una batería llena?
9. La pantalla muestra un 20 %. ¿Qué carga, en culombios, queda?

**Parte III — La energía.**

10. Calcula la energía almacenada, $E = Q U$ , en julios.
11. Conviértela en vatios hora.
12. Compárala con la energía liberada al quemar $1\,\mathrm{g}$ de metano ( $55.7\,\mathrm{kJ}$ ).
13. ¿Cuántas cargas completas da $1\,\mathrm{kW}\,\mathrm{h}$ de electricidad, si no se perdiera energía?

**Parte IV — La recarga.**

14. Durante la carga, ¿qué reacción tiene lugar en el electrodo de grafito? ¿Es una [oxidación](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-oxidation) o una [reducción](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-oxidation) ?
15. ¿Por qué la recarga es una [electrólisis](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) ?
16. El cargador suministra $2.0\,\mathrm{A}$ . ¿Cuánto tarda como mínimo una recarga completa?
17. ¿Qué cantidad de [iones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion) litio atraviesa el electrolito durante una carga completa?
18. Calcula su masa.
19. Da la respuesta final: ¿qué masa de litio va y viene entre los electrodos en una carga completa?

**Solución de Problema 47.1.**

**1.** El [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode): allí se oxida el litio.

**2.** El electrodo de grafito, el [ánodo](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode).

**3.** Los [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) atraviesan el teléfono del electrodo de grafito al electrodo de óxido; los [iones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion) litio cruzan el electrolito en el mismo sentido, del grafito al óxido.

**4.** Un cargador puede obligar a su reacción a ir en sentido inverso.

**5.** $4.000\,\mathrm{A}\,\mathrm{h}$, es decir, $4.000 \times 3600 =
14\,400\,\mathrm{C}$.

**6.** $14400/96485 = 0.1492\,\mathrm{mol}$.

**7.** $0.1492 \times 6.022 \times 10^{23} = 8.99 \times 10^{22}$ [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus).

**8.** $4.000/0.25 = 16\,\mathrm{h}$.

**9.** $0.20 \times 14400 = 2880\,\mathrm{C}$.

**10.** $E = 14400 \times 3.7 = 5.3 \times 10^{4}\,\mathrm{J}$, unos $53\,\mathrm{kJ}$.

**11.** $53280/3600 = 14.8\,\mathrm{W}\,\mathrm{h}$.

**12.** Quemar $1\,\mathrm{g}$ de metano libera algo más de energía ($55.7\,\mathrm{kJ}$) de la que almacena una batería de teléfono llena.

**13.** $1000/14.8 = 67.6$: 67 cargas completas.

**14.** $\ce{Li+ + e- -> Li}$: una [reducción](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/35-oxidacion-y-reduccion#def-g11-redox-oxidation).

**15.** El cargador obliga a la reacción a ir en el sentido opuesto al espontáneo.

**16.** $14400/2.0 = 7200\,\mathrm{s}$, $2.0\,\mathrm{h}$.

**17.** Un [ion](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion) litio por [electrón](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus): $0.1492\,\mathrm{mol}$.

**18.** $0.1492 \times 6.9 = 1.03\,\mathrm{g}$.

**19.** Alrededor de $1.03\,\mathrm{g}$ de litio va y viene entre los electrodos en una carga completa.