Cuestionario
1. Durante el experimento se llevo a cabo la reacción de electrólisis del agua, escriba la ecuación balanceada que responde a este proceso. ¿Qué gases se formaron durante el experimento? Reducción: -
+1
-2
0
4 e + 4 H2 0 (l)
-
2H2 (g) + 4 0H (aq)
Oxidación: +1 -2
0
2 H2 0 (l)
+
-
O2 (g) + 4H (aq) + 4e
En el tubo A (conectado al ánodo +) se obtuvo oxígeno gaseoso y en el tubo B (conectado al cátodo -) obtuvimos hidrógeno gaseoso. El hidrógeno del agua se redujo y el oxígeno se oxidó. 2. ¿Por qué se utilizó una disolución acuosa de sulfato de sodio en vez de agua? ¿Sufre alguna alteración el Na2SO4 durante el experimento? ¿Por qué? Se utilizó una disolución de Na2SO4 porque el agua destilada o pura no conduce sola, necesita una sal para que puedan circular los electrones a través del circuito. Esta sal, Na2SO4, no sufre ningún cambio pues solo convierte a la disolución en un electrolito para que se trasmita energía eléctrica. 3. ¿Cuál es la función de la corriente eléctrica en el experimento? La función de la corriente eléctrica es romper los enlaces entre hidrógeno y oxígeno para que se puedan separar 4. ¿Cómo es la relación de los volúmenes de los gases obtenidos en el experimento? ex perimento? ¿Por qué? El hidrógeno es lo doble del volumen del oxígeno, esto se debe a que por cada oxígeno que se libera también lo hacen dos hidrógenos. Lo podemos ver en esta ecuación química: el hidrógeno tiene el doble de átomos que el oxígeno: 2 H2O
2 H2 + O2
5. En el tubo que está conectado a la terminal negativa tuvo lugar la semirreacción de reducción, ¿qué gas se produjo? -
+1
-2
2e + 2H2 0
0
-
H2 + 20H en este tubo se produjo hidrógeno gaseoso
6. ¿Qué gas se obtiene en el tubo que esta conectado a la terminal positiva? ¿Por qué? 0 + O2 + 4H + 4e se obtiene oxígeno, esto debido a que el numero de oxidación de este elemento es -2, lo cual quiere decir que tiene un carácter negativo, puesto que lo positivo atrae a lo negativo, el oxígeno se vio desplazado hacia la terminal positiva
+1 -2 2H2 0
7. ¿Qué proporción existe en los tiempos t iempos requeridos para generar los volúmenes de gas hidrógeno solicitados en el inciso 7? Entre el primer tiempo y el segundo existe casi el doble en proporción y entre el primer tiempo y el último es casi el triple en proporción
8. ¿Qué proporción existe en los tiempos requeridos para generar los 3 volúmenes de gas hidrógeno solicitados en el inciso 9? Para generar 3 ml se requirió 1:20 min. Para generar el doble, es decir 6 ml es casi el doble de tiempo 2:34 min y para generar el triple del volumen inicial, es decir 9 ml, se requirió casi el triple de tiempo 3:45 min 9. Trace en la hoja de papel milimetrado las gráficas de volumen (mL) (ordenadas) en función del tiempo (s) (abscisas) para ambos casos. 10 9 8 o d a r e n e g s a g e d L m
7 6 Producción de Hidrógeno
5 4 3
Producción de Oxígeno
2 1 0 0
50
100
150
200
250
Tiempo (S)
Pa
a) ¿Por qué para volúmenes similares se requiere de tiempos diferentes? Porque se produce la mitad de oxigeno que de hidrogeno, por unidad de tiempo b) ¿Existe para cada uno de los volúmenes obtenidos en ambos casos, alguna relación entre el tiempo requerido para obtenerlos y la intensidad de corriente aplicada? Se necesita el doble de tiempo para generar el mismo volumen de oxígeno que de hidrógeno, y se necesita menor tiempo para una mayor intensidad de corriente 10. Calcule en cada caso el número de coulombios que se utilizaron para generar los volúmenes de gas hidrógeno que se le solicitaron. Recuerde que el ampere (A) es la unidad de intensidad de corriente eléctrica y puede relacionarse con el coulombio (C) que es la unidad de carga eléctrica, de la siguiente manera: 1A=1C/s. Registre sus datos en la tabla 3. Volumen de H2
(mL)
Intensidad de corriente (A)
Tiempo (s)
Carga eléctrica (C)
Cantidad de H2 (mol)
Cantidad de electrones (mol)
3 3 6
.25 .5 .25
1:20 1:28 2:34
20 44 38.5
1.33 x 10-4 1.33 x 10-4 2.67 x 10-4
2.08 x 10-4 4.56 x 10-4 4.01 x 10-4
6 9 9
.5 .25 .5
2:26 3:45 3:24
2.67 x 10-4 4.01 x 10-4 4.01 x 10-4
73 56.25 102
7.58 x 10-4 5.83 x 10-4 1.05 x 10-3
oye lo de los moles se cacula bn facil solo c agarran los ml de hidrogeno k se producieron y luego se convierten a litros y se hace la conversion de 22.4 l ekivale un mol y ya
11. Calcule la cantidad de gas hidrógeno (moles) producido en cada caso. Considérelo como gas ideal. Registre sus datos en la tabla 3. ¿Qué relación encuentra en los datos obtenidos? Se produce la misma cantidad de moles de Hidrógeno, pero se requiere de tiempos y de intensidades de corrientes diferentes 12. Escriba la ecuación balanceada de reducción del agua (los productos son H2 y OH-) y calcule la cantidad de electrones (moles) que se necesitaron para generar los volúmenes de gas hidrógeno obtenidos. Registre sus datos en la tabla 3. Reducción: -
+1
-2
2 e + 2 H2 0 (l)
0
-
H2 (g) + 2 0H (aq)
13. ¿Qué relación encuentra entre la cantidad de electrones requeridos para generar cada uno de los volúmenes de gas hidrógeno solicitados Entre más volumen se generó de hidrogeno mayor fue el número de electrones necesarios para ello. 14- Trace la gráfica volumen (ordenadas) en función de la cantidad de electrones (abscisas).
Volumen de H2 (ml) generado con 0.25 A 10 9 ) 8 l m 7 ( 2 H 6 e d 5 n e 4 m u 3 l o V 2 1 0
5.83, 9
4.01, 6 Volumen de H2 (ml) 2.08, 3
0
2
4
6
8 -4
Cantidad de electrones necesarios (mol x10 )
Volumen de H2 (ml) generado con 0.5 A (arbitrario)
) l m ( 2
H e d n e m u l o V
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
10.58, 9
7.58, 6
Volumen de H2 (ml)
4.56, 3
0
2
4
6
8
10
12
Cantidad de electrones necesarios (mol x10 -4)
15- Establezca el tipo de relación que existe entre las dos variables graficadas. El volumen del gas generado es directamente proporcional la cantidad de electrones utilizados o necesarios. 16. Calcule la carga que se requeriría para generar una mol de electrones para cada uno de los casos estudiados. Registre sus datos en la tabla 4 Tabla 4
Volumen de Cantidad de hidrogeno H2 (mol) obtenido (ml) 3 1.33 x 10-4 3 1.33 x 10-4 6 2.67 x 10-4 6 2.67 x 10-4 9 4.01 x 10-4 9 4.01 x 10-4 1 mol electrones
Cantidad de electrones (mol) 2.08 x 10-4 4.56 x 10-4 4.01 x 10-4 7.58 x 10-4 5.83 x 10-4 1.05 x 10-3
Carga para generar una
mol de electrones (C/mol) 96,153.84 96,491.22 96,009.97 96,306.06 96,483.70 97,142.85
No. De electrones en una mol 6.02 x 1023 6.02 x 1023 6.02 x 1023 6.02 x 1023 6.02 x 1023 6.02 x 1023
20 coulumbs 2.08 moles de electrones
17. Calcule el número de electrones que corresponde a la carga utilizada para generar una mol de electrones. Recuerde que la carga de un electrón es de 1.6022 x 10 -19 C. Registre sus datos en la tabla 4 18. ¿Qué relación encuentra con la constante de Avogadro 19. ¿Qué volumen ocuparían los 3, 6 y 9 mL de gas hidrógeno obtenidos en el laboratorio, en condiciones normales (0 o C y 1 atm)? Por las leyes de los gases se calculó que los volúmenes en condiciones normales: -En lugar de ser 3 ml, serian aproximadamente 2.1 ml. -En lugar de ser 6 ml, serian aproximadamente 4.3 ml.
-En lugar de ser 9 ml, serian aproximadamente 6.4 ml. 20. Con base en la cantidad de electrones requeridos para obtener los volúmenes en condiciones normales, calcule el volumen que se obtendría al utilizar 1 mol de electrones Volumen de H2 (mL)
Cantidad de electrones (mol)
Volumen (mL)/mol de electrones
3 3 6 6 9 9
2.08 x 10-4 4.56 x 10-4 4.01 x 10-4 7.58 x 10-4 5.83 x 10-4 1.05 x 10-3
14,423.07 6,578.94 14,962.59 7,915.56 15,437.39 8,571.42
21. ¿Qué relación encuentra entre el volumen que acaba de calcular y el volumen molar? Justifique su respuesta con base a la reacción de reducción del agua.
Reducción: -
+1
-2
0
2 e + 2 H2 0 (l)
-
H2 (g) + 2 0H (aq)
Para 3 ml se necesitan 2.08 x 10-4 moles de e-, para 1 ml 6.93 x 10 -5 moles de e-, en 1 ml se producen 3.46 x 10-5 (6.022 x 10 23) reacc de reducción, es decir, 3.46 x 10-5 (6.022 x 10 23) H20. Para llegar a los 22. 4 l se necesitan 22,400 ml, por lo tanto, también se priduycen 4.667 x 1023 22. Escriba la reacción de oxidación del agua Oxidación: +1 -2
2 H2 0 (l)
0
+
O2 (g) + 4H (aq) + 4e
-
23. ¿Qué volúmenes de gas oxígeno se obtienen cuando se generan 3 mL, 6 mL y 9 mL de gas hidrógeno? No se registraron los volúmenes a los 3 y 6 ml. Solo a los nueve. El promedio del volumen obtenido en la primera prueba y la prueba del indicador (misma sustancia e intensidad) es el siguiente: 9.7 ml de oxígeno, casi el doble que el hidrogeno (4.75 ml) Según con esta relación se obtendrían casi el doble de volumen del hidrogeno para el oxígeno.
Volumen (ml) 3 3
Tiempo (s) oxigeno
Tiempo (s) hidrogeno
6
2.93
6 9
4.4
10.2
9
5.1
9.2
Experimento
Intensidad de corriente (A)
Tiempos a los 3, 6 y 9 ml
Intensidad de corriente dada por profesor Intensidad de corriente arbitraria
0.25
Con indicador universal
0.25
Con agua destilada NO CONDUJO
0.25
1:20 2:34 3:45 1:28 2:26 3:24 2:05 3:17 4:24 -
0.5
ml que ocuparon productos del tuvo a (lado izquierdo)
2.99 4.4 5.1 5.1 -
ml que ocuparon productos del tubo b (lado derecho)
10.2 10.2 9.2 -
24. Haga los cálculos necesarios para calcular la constante de Avogadro a partir de 3 mL de gas oxígeno generado. 0.003 L
mol/22.4 L = moles en 0.003 L
25. ¿Qué condiciones experimentales de intensidad de corriente (A) y de tiempo (s), se requieren para generar la cantidad de electrones necesarias para obtener en el laboratorio, 20 mL de gas hidrógeno por electrólisis del agua
Ánodo+ (oxidación)
2H2+1 O-2 (l)
0
+
Cátodo- (reducción) 4H+ (aq) + 4e- + 2 H2+1 0-2 → 2H20 (g) ↑ Global 2H2O
→ 2H2
+ O2
-
O2 (g)↑ + 4H (aq) + 4e
