Examen Equipo 8

Instituto Politécnico NacionalEscuela Superior de Ingeniería Química

e Industrias Extractivas

Electroquímica3IV55

Prof. : M. en C. Carlos Ortiz Herrera.

•Propuesta de Resolución de Problemas

Equipo 8

•Meneses Palma Jessica•Rosales Cano Sandra Menezaret

•Caudillo Brenda•Carmona Rodríguez Andrea Elizabeth

PROBLEMA 1UN ELECTROLITO DE H2SO4 0.1 N. CON ELECTRODOS DE 26X30 CM, SE ENCUENTRAN SEPARADOS DE 1.5 CM. LA CONDUCTIVIDAD IÓNICA DEL H+ ES DE 428 MHOS X CM2 X EQ-1 DE 180 MHOS X CM2 X EQ-1, EL GRADO DE DISOCIACIÓN ES DE 0.1. SE APLICA UNA DENSIDAD DE CORRIENTE DE 6 AMP/DM2. ¿QUÉ POTENCIAL SE UTILIZA?SOLUCIÓN PROPUESTADATOS.H2SO4 N26 X 30 CML= 1.5 CM

Α = 0.1D.C= 6 AMP / DM2

I= D* A

A= 26 * 30 = 780 CM2

PROBLEMA 2EN UN SISTEMA DE 3 COULOMBIMETROS, CONECTADOS EN SERIE, EN LA CIUDAD DE MÉXICO, CIRCULA UNA CORRIENTE DE 55 MILIAMPERES EN UN TIEMPO DE 410 SEGUNDOS, CON LOS SIGUIENTES RESULTADOS:COULOMBIMETRO DE PESO. ELECTRÓLITO SOLUCIÓN ÁCIDA DE CUSO₄CÁTODO INICIAL 40.51090GCÁTODO FINAL 40.51817GCOULOMBÍMETRO DE VOLUMEN. ELECTRÓLITO SOLUCIÓN DE NAOH. VOLUMEN OBTENIDO EXPERIMENTALMENTE DE MEZCLA DETONANTE 5.6ML.COULOMBÍMETRO DE TITULACIÓN. ELECTRÓLITO DE KI. VOLUMEN GASTADO DE TIOSULFATO DE SODIO 0.11N FUE 1.1ML.PM DEL CU=63.54; PM DEL I₂ ; TEMPERATURA DE TRABAJO 22ᵒC ; PV= 18MM HG

PREGUNTAS PROPUESTAS

Obtener las semi reacciones catódicas de los Coulombímetro de peso y volumenAsí como la sema reacción anódica de la titulación.

Las eficiencias catódicas de los productos de los culombímetros de peso, volumen, así como también la eficiencia anódica de titulación.

SOLUCIÓN PROPUESTA

Datos Peso Volumen

Titulación

Pi cátodo 40.51090 g

Pf ánodo 40.51817 g

Vm (NaOH) 5.6 ml

T (ºC) 22 ºC

Patm (C.d de México mmHg)

18 mmHg

N tiosulfato de sodio 0.11 g*eq/l

V gastado 1.1 ml

SEMIREACCIONES Coulombímetros de peso:

DISOLUCION ELECTROLITICA

1e + CuSO4 Cuᵒ + SO4-

AL PASO DE ENERGIA ELECTRICA

CATODO:

Cu⁺2 + 2 e- Cuᵒ

ANODO: Cu° -2 e- Cu2+

CON REACCIONES SECUNDARIAS

Anodo

H2SO4 + 2 e- 2H + + SO4-

H2O 2H + + 12 O2 +2e-

SO4- - 2e- SO4

SO4 + H2O H2SO4 +12 O2

Coulombímetro de volumen:


NaOH Na+ + OH-


CATODO:

Na⁺ + 1e- Na H2O NaOH +12 H2

ANODO: OH- -1 e- OH 12 H2O+

14 O2

H2O H+ + OH-

H+ + 1 e 12 H2

OH- -1 e- 12 H2O+

14 O2

H2O= H2O

Coulombimetro de titulación:


KI K+ + I-


ANODO:

I- - 1 e- Iᵒ = 2 I- -2 e- I2

CATODO: K+ + H2O - KOH + 12 H2

Na2S2O3 + I2 Na2S2O3 +2 NaI

EFICIENCIAS CATÓDICAS DE LOS PRODUCTOS DE LOS CULOMBÍMETROS DE PESO Y VOLUMEN

COULOMBIMETRO DE PESO

Mreal= Mf-Mi

Mreal= (40.51817-40.51090)= 0.00727g

𝑀𝑇 = 𝐼(𝑡)(𝐸𝑄)𝑓

1 EQ - 96500 coulombs, 1 Faraday = 96500 coulombs

EQ= PM/ #eq

EQ= 63.54/1 = 63.54 geq/g

I=55 mA = 0.055 A

Mteorico=(0.055 𝐴)(410 𝑠 )(63.54/2𝑔𝑒𝑞𝑔 )96500 𝐶 = 7.42397 X 10 -3 g

ɳ=0.00727𝑔0.00742397𝑔 x 100 = 97.92%

COULOMBIMETRO DE VOLUMEN

V=volumen (1)= 5.3 ml

P= presión atmosférica en (mm Hg) =585

T= temperatura ambiente (°C)= 22 °C

Q=cantidad de electricidad (C)

Pv=presión de vapor a 18 mm Hg

I=intensidad (A)= 0.055

T=tiempo (s) =410 S

ῃ=eficiencia (%)

V1= a condiciones CD de México

Q= (I) (t)

Q= (0.055) (410 s)= 22.55 C

Vreal= (V1) (𝑃−Pv760 ) ( 273𝑇+273)

Vreal= (5.6 ml) (585 𝑚𝑚𝐻𝑔−18 mmHg760 ) ( 27322+273)

Vreal= 3.8663 ml

VTeórico =0.174 Q

VTeórico =0.174 (22.55 C)

VTeórico = 3.9237 ml

ῃ= 𝑉real𝑉teorica (100)

ῃ=3.8663 𝑚𝑙3.9737 𝑚𝑙 (100)= 98.5370%

COULOMBIMETRO DE TITULACIÓN

Condiciones normales: 0ᵒC y P= 1 atm

Condiciones del sistema: T= 22ᵒC y P= 1 atm

aI₂=V N EQ EQ=2542 =127

aI₂=(0.0011 L) (0.11 N) (127)= 0.015367g

MTeorica= ሺ0.055 𝐴ሻሺ410 𝑠𝑒𝑔ሻቀ127𝑔𝑒𝑞𝑔 ቁ96500 = 0.02967g

ɳanodo= 0.015367𝑔0.02967𝑔 𝑥100= 51.7808 %

La palabra electrólisis procede de dos radicales:

Electro que hace referencia a electricidad

lisis que quiere decir ruptura.

En definitiva lo que ha ocurrido es una reacción de oxidación-reducción, donde la fuente de alimentación eléctrica ha sido la encargada de aportar la energía necesaria

ElectrólisisLa electrólisis es un proceso donde la

energía eléctrica cambiará a energía

química.

El proceso sucede en un electrólito, una

solución acuosa o sales disueltas que den la

posibilidad a los iones de ser transferidos

entre dos electrodos. El electrolito es la

conexión entre los dos electrodos que

también están conectados con una corriente

directa.

ELECTROLISIS-LEYES DE FARADAYLa electrolisis tiene lugar en las cubas electrolíticas.

que son

Recipientes que contienen un electrolito con dos electrodos: ánodo y cátodo. Los electrodos se conectan a una fuente de corriente continua; el ánodo es el polo positivo y el cátodo el negativo .como sabemos

en ellas

Se transforma energía eléctrica en energía química.

o sea

Proceso inverso al que se da en una célula, celda o pila galvánica.

esquema

el estudio cuantitativo de la electrolisis se debe

a Faraday

quien dedujo

Primera Ley: la cantidad de sustancia que se oxida o se reduce en un electrodo es proporcional a la cantidad de electricidad que la atraviesa (Q).

Segunda ley: la cantidad de electricidad necesaria (Q) para liberar un equivalente de cualquier sustancia es de 96 500 C, o sea, 1 Faraday (F).

combinando ambas leyes obtenemos

segundosentiempot

AmperiosencorrientedeintensidadI

50096tI

FQ

sdepositadoesequivalentdenº

teniendo en cuenta que

(g)Meq(g)m

esequivalentdenº

Electrólisis y cambios de masa

Carga (C) = corriente (A) x tiempo (s)

1 mol de e- = 96 500 C

Un equivalente electroquímico corresponde a la masa de una substancia que cede o acepta un mol de electrones (1 Faraday) en una reacción redox.

Las celdas electroquímicas se clasifican en:

Celdas electrolíticas: Cuando la energía eléctrica procedente de una fuente externa hace que tenga lugar una reacción química no espontánea.

Celdas galvánicas o voltaicas: En las que la energía que se libera en una reacción redox espontánea se puede usar, para realizar un trabajo eléctrico.

CELDA GALVÁNICA

ÁNODO

(El Cu se oxida)

-+

CÁTODO

(La plata se

reduce)

CELDA ELECTROLÍTICA

CÁTODO

(El Cu se reduce)

- +

ÁNODO

(La plata oxida)

+-

Comparación entre una celda voltaica y una celda electrolítica

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ELECTROLISIS

Ionización Orientacion Descarga

IONIZACIÓNLa ionización es el fenómeno químico o físico mediante el cual se producen iones, estos son átomos o moléculas cargadas eléctricamente debido al exceso o falta de electrones respecto a un átomo o molécula neutra.

Los iones pueden ser positivos ”cationes” ó negativos “aniones”.

Dependiendo del soluto si es una SAL un ACIDO o una BASE se forman distintos iones en la solución estos se rigen por los principios del equilibrio químico.

Cada especie formada actúa independientemente con características físicas y químicas propias que afectan las propiedades coligativas del solvente.

Sales

La disociación en sales por solvatación en un solvente como agua significa la separación de los aniones y cationes.

Bases : se separan los iones OH del acompañante

ÁcidosLa disociación de los ácidos en una solución significa la liberación de un protón H+, éste es un proceso de equilibrio, esto quiere decir que disociación y la recombinación ocurren al mismo tiempo con la misma velocidad. Esto en caso de ácidos polibásicos como H3PO4 , H2SO4 y la ionización 1° es mayor que la 2° esta mayor que la 3° esto influye de manera directa en la eficiencia del proceso electrolítico.

H3PO4 >>>

ELECTROLITOS Un electrólito es una

disolución que conduce la electricidad y se dividen en:

FUERTES Ácidos, Bases o hidróxidos, Saleso Ácido nítrico (HNO3)o Hidróxido de potasio o potasa

(KOH)o Nitrato de potasio (KNO3)

o Ácido sulfúrico (H2SO4)o Hidróxido de sodio o sosa

(NaOH)o Cloruro de potasio (KCl)o Ácido clorhídrico (HCl)o Cloruro de sodio (NaCl)

DÉBILESSu disociación es poca,

alrededor del 10%, y por consiguiente conducen con dificultad la electricidad) es el ácido acético (vinagre): CH3COOH

Los no electrólitos son compuestos que no generan iones al disolverse; por ejemplo:

o O2 (molécula de oxígeno) o Glucosa (azúcar) o Alcohol (etanol): CH3CH2OH

DISOCIACIÓNLa Disociación es un proceso general en el cual complejos, moléculas o sales se separan en moléculas más pequeñas, iones o radicales, usualmente de manera reversible. Disociación es lo opuesto de la asociación, síntesis química o a la recombinación.

Para disociaciones reversibles en equilibrio químico.

La constante de disociación Kc es la relación del componente disociado con respecto del asociado.

GRADO DE DISOCIACIÓN

El grado de disociación, α, se define como el cociente entre la cantidad de sustancia disociada, respecto de la cantidad de sustancia inicial o total. Estas cantidades de sustancia se miden en moles, o en cualquier magnitud proporcional a los moles: masa, volumen de gas medidos en iguales condiciones...

Suele darse en forma de porcentaje o de tanto por ciento:

TEORIA DE ARRHENIUS1. De los átomos totales que constituyen una sustancia

electrolítica, una parte se va cargando de electricidad a medida que se produce la disolución y el resto queda en estado de neutralidad.

2. La formación de iones es un proceso independiente del paso de la corriente eléctrica.

3. Los iones actúan independientemente unos de los otros y de las moléculas sin disociar, y son diferentes en sus propiedades físicas y químicas.

4. La disociación electrolítica es un proceso reversible.

5. Las partículas con carga eléctrica son atraídas por el electrodo de signo contrario.

6. Cuando los iones se dirigen a sus respectivos electrodos, pierden sus cargas eléctricas, se transforman en átomos y adquieren propiedades químicas ordinarias

FENÓMENOS REDOX QUE OCURREN EN UNA CELDA ELECTROLÍTICA

Existen dos reacciones una de oxidación y otra de reducción en un electrodo se colocan todos los electrones quedando este con carga negativa, se le llama cátodo y por lo tanto atrae a los iones positivos.

En el electrodo que queda pierde sus electrones y queda con carga positiva, atrayendo a los iones con carga negativa.

PROPIEDADES COLIGATIVAS CON SOLUTOS ELECTROLITOS

El Factor de Van´t Hoff: Al formarse los pares iónicos, disminuye la presencia de iones libres en la solución, y por lo tanto, provoca una leve caída en los valores de las propiedades coligativas.

Estas se ven afectadas por la constante de ionización que puede ser calculada por diversos métodos y dependiendo si el electrolito es fuerte o débil

Siendo: i = factor de corrección de Van't Hoff a = grado de ionización del soluto, que indica

que cantidad de soluto se disoció. q = número total de iones liberados en la

ionización de un compuesto.

PROPIEDADES COLIGATIVAS ARA LAS SOLUCIONES ELECTROLÍTICAS SON:

Disminución del Punto de Congelación

Tºc - Tc = i . m . Kc

Aumento del Punto de Ebullición

Teb - Tºeb = i . Keb . m

Presión Osmótica

π = M .R .T . i

PRESIÓN OSMÓTICA

Es cuando en una disolución acuosa los iones formados por el soluto se comportan como las moléculas de un gas encerrado en un recipiente los movimientos en todas direcciones o sea el grado de desorden da origen a la presión osmótica.

PRESIÓN DE DISOLUCIÓN

Es la tendencia de un metal a disolverse y es particular para cada elemento metálico.

En un metal perfecto las uniones atómicas se forman como enrejado al entrar en contacto con una solución sufren ataques atómicos de H2O y los iones disueltos en ella y procuran un equilibrio en las energías de enlace separando átomos del metal dando a este cargas negativas.

EFECTOS TERMODINÁMICOS

Esta presión de disolución ( Pd )se equilibra con la presión osmótica (Po)de la solución y cuando

Po=Pd genera dos fenómenosDe acorde con el tipo de metal esto se rige por la serie electromotriz del hidrogeno como referencia

Corrosión

Metales no nobles

Metales nobles

∆G=-nfeReacción espontanea

∆G=+nFEReacción no espontanea

Sientese callese y no pregunte gracias por su atencion…..

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