PRÁCTICA 7b ELECTROQUÍMICA: CELDAS ELECTROLÍTICAS 1. Comp Compet eten enci cia a.. Al terminar ésta práctica, el experimentador debe haber logrado:
1.1. 1.!.
1.". 1.#. 1.$.
Realizar el montaje de celdas electrolíticas. Efectuar Efectuar la electrlisis electrlisis de soluciones soluciones acuosas, acuosas, obser!ar obser!ar los cambios cambios "uím "uímic icos os e iden identi tifi fica carr las las reac reacci cion ones es de xid xido o # redu reducc cci in n no espont espontáne áneas, as, "ue ocurre ocurren n en estas estas celdas celdas al aplica aplicarles rles energí energía a eléctrica de corriente continua. $tilizar las le%es de &arada% para efectuar cálculos electrolíticos. Realizar la electrlisis del agua. Efectuar un cobrizado 'cuprizado(.
!. A Apec pecto to te%&i te%&ico co.. $na celda o cuba electrolítica electrolítica es un montaje montaje o dispositi!o dispositi!o "ue sir!e para forzar forzar a "ue "ue ocurr ocurra a una una reacc reaccin in de xido xido # redu reducci ccin n no espon espontán tánea, ea, median mediante te el sumin suminist istro ro de ener energía gía eléct eléctric rica a de corrie corriente nte direc directa ta o contin continua ua.. El proc proceso eso electrolítico ocurre cuando a tra!és de un electrolito circula suficiente electricidad para para "ue se efect efect)e )e una una reacc reacci in n de xido xido # reduc reducci cin n no espo espontá ntáne nea. a. El electrolito utilizado para este proceso puede ser: a. $na solucin solucin acuosa acuosa de una una sal, de de un ácido o de de una base. base. b. $n compuesto compuesto fundido, como: una una sal, un hidrxido hidrxido o un xido. xido. $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 camb cambio ios s "uím "uímic icos os.. *a cond conduc ucci cin n elec electr tro olíti lítica ca pres presen enta ta las las sigu siguie ient ntes es características: a. Al efectu efectuars arse e una una elect electrl rlisi isis, s, ocurr ocurren en cambi cambios os "uími "uímico cos s en los electro electrodos dos sumergidos sumergidos en el sol!ente % + o en algunos de de los iones de los electrolitos electrolitos "ue están alrededor de los electrodos sumergidos. *os electrodos inertes no sufren cambios "uímicos. b. *a corriente corriente es transportad transportada a por la migracin migracin de iones "ue "ue se mue!en mue!en hacia la superficie sumergida de los electrodos. *os cationes migran hacia el cátodo % los aniones hacia el ánodo.
c. eneralmente, la resistencia a la conduccin en soluciones es ma%or "ue en el estado slido de los metales. d. *a Resistencia a la conduccin disminu%e al aumentar la temperatura en la celda. e. *a conduccin electrolítica depende del n)mero % tipo de iones de la solucin, del área % de la separacin de los electrodos sumergidos en la solucin.
*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 electrlisis. 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/x4/0 electrones % e"ui!ale a 12344 6oulombios.
•
*a cantidad de electricidad suministrada en 6oulombios es igual a Amperios x 7egundos.
E'ect&%'ii (e e'ect&o'ito ac)oo. 6uando se electroliza una solucin 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 oxidacin 'en el ánodo( o de reduccin 'en el cátodo(. 9ero, se debe recordar "ue en cada electrodo, slo puede ocurrir una % solo una de tres reacciones posibles, % "ue al sumarlas se obtendrá la reaccin neta "ue realmente ocurrirá en la celda. *as tres posibles semi8 reacciones "ue se presentan en cada electrodo, son: •
Reaccin del electrodo.
•
Reaccin de la solucin "ue rodea al electrodo o dicho de otra forma, la reaccin de los iones'*os cationes se reducirán en el cátodo % los aniones se oxidarán en el ánodo(.
•
Reaccin del agua.
a. 7emi # reacciones posibles en el cátodo de una electrlisis. •
*os cationes de los metales de transicin son relati!amente fáciles de reducir a sus respecti!os metales, al electrolizar una solucin acuosa "ue contenga uno de estos cationes, por ejemplo: 6u / 'ac( / e8
•
6u 's(
*os ; de los ácidos fuertes: ;6l, ;<= 0 o ;/7=5 se reduce a ; /, de acuerdo a la siguiente semi # reaccin: / ;
•
⇒
/ e8
⇒
;/'g(
El catin Al 0 % 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 # reaccin: / ; /= / e8
⇒
;/'g( / =; 8 'ac
b. 7emi # reacciones posibles en el ánodo de una electrlisis.
•
Al electrolizar una solucin acuosa "ue contenga un anin monoatmico 'excepto & 8(
puede oxidarse a su correspondiente forma molecular, por
ejemplo: / 6l 8 'ac(
⇒
6l/ 'g( / e8
En la electrlisis de soluciones acuosas de bases solubles % fuertes como:
⇒
=/ '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 ecuacin: / ;/= 'l(
". E*)ipo + &eacti,o. E"uipo. •
@eaBer de 44 ml.
•
/ @eaBer de 34 ml.
⇒
=/ 'g( 5 ; 5 e8
•
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 carbn.
•
&uente de poder.
•
Cermmetro.
•
6ronmetro, regla.
•
Electrodo de 6obre.
•
/ 6la!os de hierro.
Reacti!os. •
Agua destilada.
•
•
6u7=5 0 -.
•
&enolftaleina.
•
9apel indicador uni!ersal.
#. Pa&te e-pe&imenta'. A discrecin del profesor, los estudiantes realizarán todos o solo algunos de los numerales del procedimiento .
5.. •
Electrlisis de una solucin acuosa de
*lenar el tubo en $, con solucin de
•
=bser!ar la acidez o basicidad de la solucin 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 carbn 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 reaccin.
•
=bser!ar el color % la acidez o basicidad de la solucin "ue rodea a los electrodos sumergidos. Reportar sus obser!aciones.
•
Fesmontar % la!ar el e"uipo.
7
8 D
A
6
&igura . Electrlisis de una solucin acuosa
5./. Electrlisis de una solucin acuosa de 6u7= 5 . •
*lenar el tubo en $, con la solucin 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 carbn limpios. 6errar el circuito en 7 % dejar funcionar durante 3 minutos.
•
=bser!ar los depsitos 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 % jabn / 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 solucin 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 solucin 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.
2D
7 8
6u
&e 6u7=5
;/7=5
&igura /. 9roceso de 6obrizado /
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 electrlisis del cloruro de sodio. a. p; aproximado de cada electrodo inicialmente. b. Ciempo de electrlisis. c. p; aproximado de cada electrodo al final. d. =bser!aciones.
/. 9ara la electrlisis del sulfato de cobre: >gual "ue a. p; aproximado de cada electrodo inicialmente. b. Ciempo de electrlisis. 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 electrlisis del
E'ect&o( o
Áci(o 0 2ico
Co'o&
3a (ep&en(i(o
Semi 4 &eacci%n
Áno(o C2to(o
. 6ompletar un cuadro igual al anterior , con las obser!aciones de la electrlisis del 6u7= 5 acuoso con electrodos de carbn, 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 cuprizacin sin % con electricidad. d. Reaccin en c+u de los electrodos. 0. Expli"ue cuáles competencias tericas 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