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Steve Jurvetson from Menlo Park, USAFlickrCreative Commons Attribution 2.0 Generic license.http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Electrochemistry.jpg
Práctica laboratorio:
“Determinación de magnitudes
termodinámicas de una reacción
redox”
Práctica laboratorio:
“Determinación de magnitudes
termodinámicas de una reacción
redox”
Jorge Bañuelos, Luis Lain, Leyre Pérez, Maria Nieve s Sánchez Rayo, Alicia Torre, Miren Itziar Urrecha
Dpto Química Física
Zn ZnSO4(aq) K3Fe(CN)6(aq), K4Fe(CN)6(aq)Pt
PRÁCTICA LABORATORIO: “Determinación de magnitudes termodinámicas para una reacción redox ”
OBJETIVO:
Determinar ∆∆∆∆Sº, ∆∆∆∆Gº eta ∆∆∆∆Hº para una reacción oxidación-reducción .
MEDIDA EXPERIMENTAL:
Determinación de la fuerza electromotriz de una pila a diferentes temperaturas
FUNDAMENTO PRÁCTICO
MATERIALES
2 vaso precipitados de 150 cm3
1 matraz aforado de 100 cm3
1 pipeta graduada de 10 cm3
2 pipetas Pasteur1 pipeteadorUna célula de vidrio en forma de HElectrodo de PtElectrodo de ZnPotenciómetroPila patrónBaño termostáticoTermómetro digital
Sulfato de zinc (s)Ferrocianuro de potasio (s)Ferricianuro de potasio (s)Cloruro potásico (ac. sat.)Ácido nítrico-agua (2:3)
SUBSTANCIAS
Determinación de magnitudes termodinámicas de una r eacción redox
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Preparar disoluciones determinando la molaridad por pesada (exactas)
A B C D
1.Disolución [ZnSO4] 0,8 1,0 1,3 1,5
2.Disolución[K3Fe(CN)6] 0,08 0,10 0,13 0,15[K4Fe(CN)6] 0,08 0,10 0,13 0,15
Limpiar los electrodos de Pt y Zn (emplear ácido nítrico si fuera necesario)
Determinación de magnitudes termodinámicas de una r eacción redox
K3Fe(CN)6
K4Fe(CN)6
Disolución 2Disolución 1
Ajustar potenciómetro con pila patrón
Medir f.e.m. a diferentes Tª 10-50ºC (cada 5ºC)
ZnSO4 (ac)
Zn
Cu´
Pt´
Determinación de magnitudes termodinámicas de una r eacción redox
Cuál es el ánodo? Cuál es el cátodo? Por qué?
Zn ZnSO4(aq) K3Fe(CN)6(aq), K4Fe(CN)6(aq)Pt(-) (+) ánodo cátodo
oxidación reducción
ANÁLISIS DE RESULTADOS
Determinación de magnitudes termodinámicas de una r eacción redox
ZnSO4(aq)Znsemielemento
K3Fe(CN)6(aq), K4Fe(CN)6(aq)Ptsemielemento
Determinación de ∆∆∆∆Sº
En el laboratorio se determinará ε, no εº , pero
nF
ºS
Tº
Tiin,Pn,P
∆∆∆∆====∂∂∂∂εεεε∂∂∂∂≈≈≈≈∂∂∂∂
εεεε∂∂∂∂
P constante: P = P(atmosférica)ni constante: la pila está en equilibrio no hayreacción neta
ε vs T representar (Excel)
Pendiente (a 25º C) =nF
S º∆
Determinación de magnitudes termodinámicas de una r eacción redox
E vs T y = -0,00284x + 2,54300R2 = 1,00000
1,60
1,62
1,64
1,66
1,68
1,70
1,72
1,74
1,76
280,0 290,0 300,0 310,0 320,0 330,0
T/K
E/V
E vs T y = 0,00284x + 0,78900R2 = 1,00000
1,58
1,60
1,62
1,64
1,66
1,68
1,70
1,72
280,0 290,0 300,0 310,0 320,0 330,0
T/K
E/V
(A) (B)
Pendiente =nF
ºS∆∆∆∆
(A) figura: ∆∆∆∆Sº < 0
(B) figura: ∆∆∆∆Sº > 0
Línea recta ∆Sº constante
Determinación de magnitudes termodinámicas de una r eacción redox
F: Constante de Faraday 96485 C.mol-1n:2
cátodo: (Fe(CN)63- + 1 e- → Fe(CN)6
4-).2ánodo: Zn → Zn2+ + 2e-
2Fe(CN)63- + Zn → 2Fe(CN)6
4- + Zn2+
Determinación de ∆∆∆∆Gº
∆Gº = -nFεº (se determina a 25,0ºC) εº = εºcátodo - εºánodo
(tablas )
Determinación de ∆∆∆∆Hº
Después de conocer ∆Sº y ∆Gº: ∆Gº = ∆Hº - T∆Sº
Determinación de magnitudes termodinámicas de una r eacción redox
Relación con el Coeficiente de actividad
Usando puente salino εJ ≈ 0 eta f.e.e. = εNerst = εorek
Zn
2
)CN(Fe
Zn
2
)CN(Feo
Nerst
aa
aa
lnnFRT
36
246
−−−−
++++−−−−−−−−==== εεεεεεεε
2 Fe(CN)63- + Zn → 2 Fe(CN)6
4- + Zn2+
Como, ai = γi.mi
Zn sólido puro: a Zn = 1
2
)CN(Fe)CN(Fe
ZnZn
2
)CN(Fe)CN(Feo
Nerst
36
36
2246
46
m
mm
lnnFRT
−−−−−−−−
++++++++−−−−−−−−
γγγγ
γγγγγγγγ−−−−==== εεεεεεεε
Determinación de magnitudes termodinámicas de una r eacción redox
2
)CN(Fe
Zn
2
)CN(Fe
2
)CN(Fe
Zn
2
)CN(Feo
Nerst
36
246
36
246 ln
nFRT
m
mm
lnnFRT
−−−−
++++−−−−
−−−−
++++−−−−
γγγγ
γγγγγγγγ−−−−−−−−==== εεεεεεεε
25,0ºC-tan: ε(de la gráfica), εº(de las tablas), n y m conocidas :
2
)CN(Fe
Zn
2
)CN(Fe
36
246
−−−−
++++−−−−
γγγγ
γγγγγγγγSe puededeterminar elcociente:
)ZnSO(4
Zn2 ±±±±γγγγ≈≈≈≈γγγγ ++++
Usando la teoría Debye eta Hückel se puede determinar también +2Zn
γ
Determinación de magnitudes termodinámicas de una r eacción redox