PRACTICA 7b. Electroquimica. Celdas Electrolíticas

PRÁCTICA 7b

PRÁCTICA 7b

ELECTROQUÍMICA: CELDAS ELECTROLÍTICAS

ELECTROQUÍMICA: CELDAS ELECTROLÍTICAS

1.

1. Co

Comp

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cia

a..

 Al terminar ésta práctica, el experimentador debe haber logrado:  Al terminar ésta práctica, el experimentador debe haber logrado:

1.1.

1.1.

Realizar el montaje de celdas electrolíticas.Realizar el montaje de celdas electrolíticas.

1.!.

1.!.

EfectEfectuar la uar la electrelectrlisis de lisis de solucsoluciones acuosasiones acuosas, , obserobser!ar los !ar los cambicambiosos "u

"uímímicicos os e e ididenentitifificacar r lalas s rereacaccicionones es de de xxidido o # # rereduducccciin n nono esp

espontontáneáneas, as, "ue "ue ocuocurrerren n en en estestas as celceldas das al al aplaplicaicarles rles eneenergírgíaa eléctrica de corriente continua.

eléctrica de corriente continua.

1.".

1.".

$tilizar las le%es de &arada% para efectuar cálculos electrolíticos.$tilizar las le%es de &arada% para efectuar cálculos electrolíticos.

1.#.

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Realizar la electrlisis del agua.Realizar la electrlisis del agua.

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Efectuar Efectuar un un cobrizado cobrizado 'cuprizado(.'cuprizado(.

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$na celda o cuba ele

$na celda o cuba electrolítica es un monctrolítica es un montaje o dispositi!taje o dispositi!o "ue o "ue sir!e para forzsir!e para forzar aar a "u

"ue e ococurrurra a ununa a rereaccaccin in de de xxido ido # # rereduducciccin n no no esesponpontántánea, ea, medmedianiante te elel su

suminminististro ro de de enenerergía gía eléeléctctricrica a de de corcorrieriente nte didirecrecta ta o o concontintinuaua. . El El prprococesoeso electrolítico ocurre cuando a tra!és de un electrolito circula suficiente electricidad electrolítico ocurre cuando a tra!és de un electrolito circula suficiente electricidad pa

para ra "ue "ue se se efefectect)e )e ununa a rereaccacciin n de de xixido do # # rereducduccicin n no no esespopontántánenea. a. ElEl electrolito utilizado para este proceso puede ser:

electrolito utilizado para este proceso puede ser: a.

a. $na sol$na solucin acucin acuosa de uuosa de una sal, dna sal, de un ácido o de un ácido o de una base una base.e. b.

b. $n co$n compuesto mpuesto fundido, fundido, como: uncomo: una sal, a sal, un hidrun hidrxido o xido o un xidun xido.o.

$na corriente eléctrica puede circular a tra!és de soluciones acuosas de ácidos, $na corriente eléctrica puede circular a tra!és de soluciones acuosas de ácidos, bases, sales % de xidos fundidos, mediante el mo!imiento de iones "ue sufren bases, sales % de xidos fundidos, mediante el mo!imiento de iones "ue sufren ca

cambmbioios s "u"uímímicicosos. . *a *a cocondnducuccicin n elelecectrtroolílítitica ca prpresesenenta ta lalas s sisiguguieientnteses características:

características: a.

a. Al Al efeefectuctuarsarse e ununa a elelectectrlrlisiisis, s, ococurrurren en cacambimbios os "u"uímiímicocos s en en los electlos electrorodosdos sumergid

sumergidos os en el sol!ente % + o en algunos den el sol!ente % + o en algunos de los iones de los electroe los iones de los electrolitos "uelitos "ue están alrededor

están alrededor de los de los electrodos sumergidos. *os electrodos electrodos sumergidos. *os electrodos inertes no sufreninertes no sufren cambios "uímicos.

cambios "uímicos. b.

b. *a corri*a corriente es traente es transportadnsportada por la miga por la migracin de racin de iones "uiones "ue se mue!e se mue!en hacia en hacia lala superficie sumergida de los electrodos. *os cationes migran hacia el cátodo % superficie sumergida de los electrodos. *os cationes migran hacia el cátodo % los aniones hacia el ánodo.

c. eneralmente, la resistencia a la conduccin en soluciones es ma%or "ue en el estado slido de los metales.

d. *a Resistencia a la conduccin disminu%e al aumentar la temperatura en la celda.

e. *a conduccin electrolítica depende del n)mero % tipo de iones de la solucin, del área % de la separacin de los electrodos sumergidos en la solucin.

*as *e%es de -ichael &arada% relacionan la cantidad de electricidad suministrada a una celda electrolítica, con los cambios "uímicos "ue ocurren alrededor de los electrodos al progresar la electrlisis. Estas le%es se pueden enunciar así:

. *a cantidad de una sustancia "ue se libera o deposita en un electrodo, es directamente proporcional a la cantidad de electricidad "ue pasa a tra!és de la celda.

/. *a masa de las diferentes sustancias liberadas o depositadas por la misma cantidad de electricidad, es directamente proporcional a sus e"ui!alentes "uímicos.

0. *a cantidad de electricidad "ue debe suministrarse a una celda electrolítica con el fin de entregar  mol de electrones, con una carga eléctrica de 12344 '!alor  exacto 1251/( coulombios, recibe el nombre de  &aradio '&(.

•  &aradio es la carga eléctrica de  mol de electrones, es decir es la carga de

2.4/x4/0 _{electrones % e"ui!ale a 12344 6oulombios.}

• *a cantidad de electricidad suministrada en 6oulombios es igual a Amperios x

7egundos.

E'ect&%'ii (e e'ect&o'ito ac)oo.

6uando se electroliza una solucin acuosa de una sal, de un ácido o de una base, se debe analizar en cada uno de los electrodos, !arias semi # reacciones posibles. Estas semi8reacciones pueden ser de oxidacin 'en el ánodo( o de reduccin 'en el cátodo(. 9ero, se debe recordar "ue en cada electrodo, slo puede ocurrir una % solo una de tres reacciones posibles, % "ue al sumarlas se obtendrá la reaccin neta "ue realmente ocurrirá en la celda.

*as tres posibles semi8 reacciones "ue se presentan en cada electrodo, son:

• Reaccin de la solucin "ue rodea al electrodo o dicho de otra forma, la

reaccin de los iones'*os cationes se reducirán en el cátodo % los aniones se oxidarán en el ánodo(.

• Reaccin del agua.

a. 7emi # reacciones posibles en el cátodo de una electrlisis.

• *os cationes de los metales de transicin son relati!amente fáciles de reducir a

sus respecti!os metales, al electrolizar una solucin acuosa "ue contenga uno de estos cationes, por ejemplo: 6u/ _{'ac(  / e}8 _{⇒ 6u 's(}

• *os ; de los ácidos fuertes: ;6l, ;<=₀ o ;_/7=₅ se reduce a ;_/, de acuerdo a

la siguiente semi # reaccin: / ; _{ / e}8 _{⇒ ;} /'g(

• El catin Al0 % los cationes metálicos de los grupos >A % >>A son difíciles de

reducir % por tanto, cuando se electrolizan soluciones acuosas de estos cationes, el agua "ue rodea el cátodo, se reduce más fácilmente "ue ellos, de acuerdo a la siguiente semi # reaccin: / ;/=  / e8 ⇒ ;/'g(  / =;8 'ac

b. 7emi # reacciones posibles en el ánodo de una electrlisis.

•  Al electrolizar una solucin acuosa "ue contenga un anin monoatmico

'excepto &8_{( puede oxidarse a su correspondiente forma molecular, por} 

ejemplo: / 6l8 _{'ac( ⇒ 6l}

/ 'g(  / e8

En la electrlisis de soluciones acuosas de bases solubles % fuertes como: <a=;, ?=;, *i=;, @a'=;(/, 6a'=;(/ o 7r'=;(/ % las bases débiles como el

<;5=;, los iones =;8 se oxidan para producir moléculas de =/ % ;/=, seg)n la

ecuacin:

/ =;8 _{'ac( ⇒  =}

/ 'g(  ;/= 'l(  / e8

• *os aniones &8, <=₀8 o 7=₅/8  son difíciles de oxidar % por tanto, cuando se

electrolizan soluciones acuosas de estos aniones, el agua "ue rodea al ánodo se oxida más fácilmente "ue ellos, produciendo =/ % ;, seg)n la ecuacin:

/ ;/= 'l( ⇒ =/ 'g(  5 ;  5 e8

". E*)ipo + &eacti,o.

E"uipo.

•  @eaBer de 44 ml. • / @eaBer de 34 ml.

•  9ipeta graduada de 4 ml. • / Cubos de ensa%o grandes . • 9inzas para bureta.

• Cubo en $. •  Agitador de Didrio. • 9apel de lija. •  / 9inzas caimán8banana • Electrodos de carbn. • &uente de poder. • Cermmetro. •  6ronmetro, regla. • Electrodo de 6obre. • / 6la!os de hierro. Reacti!os. •  Agua destilada. • <a6l al 3 en peso. • 6u7=₅ 0 -. • &enolftaleina.

• 9apel indicador uni!ersal.

#. Pa&te e-pe&imenta'.

 A discrecin del profesor, los estudiantes realizarán todos o solo algunos de los numerales del procedimiento

.

5.. Electrlisis de una solucin acuosa de <a6l.

• *lenar el tubo en $, con solucin de <a6l al 3 % sujetarlo con una pinza a un

soporte uni!ersal

• =bser!ar la acidez o basicidad de la solucin impregnando, con un agitador de

!idrio, una tira de papel tornasol.

•  Adicionar / o 0 gotas del indicador fenolftaleina en cada extremo del tubo en $. • Realizar el montaje de la figura .

• $tilizar una fuente de energía eléctrica de / !oltios corriente directa %

electrodos inertes de carbn limpios, "ue con cables adecuados deben ser  conectados a la fuente.

• 6errar el circuito en 7 % dejar funcionar durante 3 minutos o hasta "ue pueda

efectuar obser!aciones "ue le indi"uen "ue ocurri reaccin.

• =bser!ar el color % la acidez o basicidad de la solucin "ue rodea a los

electrodos sumergidos. Reportar sus obser!aciones.

• Fesmontar % la!ar el e"uipo.

7

8 D



 A 6

&igura . Electrlisis de una solucin acuosa

5./. Electrlisis de una solucin acuosa de 6u7=5 .

• *lenar el tubo en $, con la solucin de 6u7= ₅ 0 - . 7ujetar con una pinza a

un soporte uni!ersal.

• Realizar el montaje de la figura . $tilizar una fuente de energía eléctrica de 2

!oltios corriente directa % electrodos inertes de carbn limpios. 6errar el circuito en 7 % dejar funcionar durante 3 minutos.

• =bser!ar los depsitos en uno de los electrodos. Reportar sus obser!aciones. • Fesmontar % la!ar el e"uipo.

5.0.9roceso de 6obrizado de un cla!o de hierro.

#.".1

9roceso de 6obrizado sin electricidad

.

• *a!ar con agua % jabn / cla!os de hierro, sumergirlos en una mezcla

iso!olumétrica de agua # etanol durante unos 4 minutos. 7ecar % pesarlos, manipulándolos por la cabeza para no engrasarlos.

• *lenar un tubo de ensa%o limpio, hasta las G partes con solucin de 6u7= ₅

-. e introducir uno de los cla!os.

• Esperar 4 minutos. =bser!ar % analizar la textura % acabado de la capa de

cobre depositada en el cla!o. 7ecar en el horno % pesar el cla!o.

5.0./ 9roceso electrolítico de 6obrizado .

• *lenar un tubo en $ con solucin de 6u7=₅ 0 - acidulada con ;_/7=₅ al 4 .

6omprobar con papel indicador un p; menor de 3.

• 6onectar el segundo cla!o como cátodo % como ánodo una lámina de cobre. • 6errar el circuito en 7 % con !oltaje de 2! , dejarlo funcionar durante 4

minutos.

• 7ecar % pesar el cla!o.

• =bser!ar % analizar la textura % acabado de la capa de cobre depositada en el

cla!o % compararlo con el otro cla!o.

2 D 7

 8

6u &e

6u7=5 ;/7=5

PREI/ORME.

Febidamente rotulado con el título de la práctica, los nombres de los experimentadores, la fecha % la hora, elaborar % presentar, al finalizar la práctica, un preinforme "ue contenga:

. 9ara la electrlisis del cloruro de sodio.

a. p; aproximado de cada electrodo inicialmente. b. Ciempo de electrlisis.

c. p; aproximado de cada electrodo al final. d. =bser!aciones.

/. 9ara la electrlisis del sulfato de cobre: >gual "ue  a. p; aproximado de cada electrodo inicialmente. b. Ciempo de electrlisis.

c. p; aproximado de cada electrodo al final. d. =bser!aciones.

0. 9ara el cuprizado:

7in electricidad: a. grs de 6u, b. E"8gr de 6u, c. textura del cuprizado. 6on electricidad: a.grs de 6u b. e"8gr de 6u, c. textura del cuprizado.

5. Anexe la consulta indi!idual sobre riesgos % normas de seguridad de los reacti!os "ue utiliz en la práctica % el diagrama de flujo sobre el desarrollo de la misma.

I/ORME.

Febidamente rotulado, como se indic en el preinforme, el e"uipo de trabajo debe presentar en la fecha "ue se le indi"ue, un informe "ue contenga:

. 6ompletar el siguiente cuadro, con las obser!aciones de la electrlisis del <a6l acuoso con electrodos de carbn, procedimiento 5..

E'ect&o(

o

Áci(o 0

2ico

Co'o& 

3a

(ep&en(i(o

Semi 4 &eacci%n

Áno(o

C2to(o

. 6ompletar un cuadro igual al anterior , con las obser!aciones de la electrlisis del 6u7=5 acuoso con electrodos de carbn, procedimiento 5./

/. 9ara el cuprizado

a. 6alcule el n)mero de e"ui!alentes gramo de 6u "ue se depositaron en c+u de los cla!os

b. 6alcule el n)mero de 6oulombios "ue circularon por la celda de cuprizado. c. 7us conclusiones acerca de la cuprizacin sin % con electricidad.

d. Reaccin en c+u de los electrodos.

0. Expli"ue cuáles competencias tericas logr desarrollar al realizar e informar sobre celdas electrolíticas. =perati!amente aprendi algoH

5. 6onclu%a sobre las dificultades "ue present ésta práctica % sobre sus fortalezas en el proceso de aprendizaje