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