UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SANCHEZ CARRIÓNCENTRO PRE UNIVERSITARIO QUÍMICA GUÍA Nº 10 DOCENTE: DOC. ING. JUAN VILLANUEVA ELECTROQUÍMICA ELECTROQUIMICA Estudia las relaciones que existen entre las reacciones redox y la energía eléctrica. Numerosas son las aplicaciones de la electroquímica; tales como, la obtención de energía eléctrica por medio de pilas o baterías, como pilas para relojes y calculadoras, pilas para radio y otros artefactos, baterías para automóviles hasta las baterías de hidrógeno-oxígeno usadas en los transbordadores espaciales. También se obtienen muchos elementos en estado puro por descomposición de compuestos a través de energía eléctrica, tal como el cloro, usado como purificador de agua. La electroquímica estudia las celdas electrolíticas y las celdas galvánicas. Estos son dispositivos donde se llevan a cabo los procesos electroquímicos. CELDAS ELECTROLITICAS ELECTROLISIS Es la obtención de una reacción redox no espontánea al suministrar energía eléctrica a los reactantes. Se realiza en una celda electrolítica. ELEMENTOS DE UNA CELDA ELECTROLITICA Electrodo.- Es un dispositivo en donde se deposita o libera un producto de la reacción redox. Está hecho de material no reactivo, tal como Pt, Hg o C (grafito). Puede ser: - Cátado (atrae cationes).- Electrodo donde ocurre la reducción. Es negativo Θ. - Anodo (atrae aniones).- Electrodo donde ocurre la oxidación. Es positivo ⊕. - Electrólito.- Es el líquido puro o la solución que permite el flujo de electrones. - Batería.- Es, en este caso, una fuente de corriente continua. ELECTROLISIS DEL CLORURO DE SODIO FUNDIDO NaCl ( l ) Sabiendo que la temperatura de fusión de NaCl es 801 ºC, la reacción tiene lugar a una temperatura no menor a esta. En el ánodo se obtiene Cl2(g). Un esquema representativo de la electrólisis es el siguiente: Cl2(g) e- e- Na(l) + Anodo Catodo NaCl(l) Electrólito Conceptos Electrolíticos: a) b) Equivalente Electroquímico (K): Es la masa de un elemento depositado o liberado por un electrodo, cuando atraviesa la carga de 1 Coulomb. Equivalente gramo o Químico (Eq): Es la masa de un elemento depositado o liberado por un electrodo, cuando atraviesa la carga de 1 Faraday. 1 Faraday (Fd) = 96 500 Coulomb (Cb) Entonces: K= c) Eq gramos 96500 Al pasar la carga de 1 Fd por una celda electrolítica, atraviesan por la misma 6,023 . 10 23 electrones, es decir el Nº de Avogadro. Escribimos las ecuaciones respectivas en el proceso redox: Cátodo (reducción) : Anodo (oxidación) : Reacción neta : 2Na+1 + 2e- → 2Na( l ) 2Cl-1 → Cl2(g) + 2e2Na+1 + 2Cl-1 → 2Na( l ) + Cl2(g) 2NaCl( l ) En el cátodo se obtiene Na( l ). Leyes de Faraday: 1ª. Ley: “las masas de los elementos depositados o liberados por los electrodos de una celda electrolítica son proporcionales a la carga eléctrica que circula por ella”. W(x) = K(x) q (I) Pero: W(x) = K(x) . I . t (II) Además: K (x) = Se obtiene: Eq(x) 96500 Eq(x) . I . t 96500 gramos (III) W(x) = ( I → Amperio (A) ; t → segundos (s) ) ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------CICLO SETIEMBRE – DICIEMBRE 2006-III Pag. 1 ε ºcelda = +1. para lo cual cambia su sentido de semirreacción y su potencial cambia de signo: Zn(s) → Zn+2(ac) + 2e. el diagrama de celda es el siguiente: Zn(s) / Zn+2(ac) . 1 M // Cu+2(ac) . baterías o pilas. Puede ser: Cátodo ⇒ Electrodo donde ocurre la reducción. y Zn+2 . en términos comunes.. ε º = -0.76 V El potencial de reducción de Cu +2 a Cu es mayor.0. (ε ) WA WB WC = = = constante PEqA PEqB PEqC O también: # EqA = #EqB = #EqC = constante CELDAS GALVANICAS También conocidas como celdas voltánicas o.→ Cu(s) Anodo (oxidación) : Zn(s) → Zn+2(ac) + 2eReacción neta: Cu+2(ac) + Zn(s) → Cu(s) + Zn+2(ac) DIAGRAMA DE CELDA.80 V 2Ag+1(ac) + 2e. ε º = . reducción : Z+2n(ac) + 2e.. las medidas celdas están conectadas por el puente salino. escribimos las respectivas semireacciones del proceso redox: Cátodo : Cu+2(ac) + 2e. El cátado y el ánodo se encuentran en soluciones separadas. Anodo ⇒ Electrodo donde ocurre la oxidación. la especie que presenta mayor potencial de reducción (ε ) º red se reduce.76 V Ahora..→ Zn(s) . es una barra de metal. En la celda galvánica. siempre que la ecuación esté balanceada: Ag+1(ac) + e. ε º = +0.76 V oxidación: Zn(s) → Zn+2(ac) + 2e. la oxidación libera electrones y éste queda cargado negativamente. Es positivo ⊕.CENTRO PRE UNIVERSITARIO QUIMICA –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– º POTENCIAL ESTANDAR DE CELDA celda 2ª..10 V Observaciones: . ELEMENTOS DE UNA CELDA GALVANICA Electrodo. ε ºox = + 0.34 V Zn+2(ac) + 2e. Cuanto más negativo sea el potencial de reducción (ε ) º red .80 V Importante: ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------CICLO SETIEMBRE – DICIEMBRE 2006-III Pag.76 V Cuanto más positivo sea el potencial de reducción ( ) ( ) (ε ) º red . En los reactantes de una reacción redox. Por lo general. pues. εº cambia de signo.34 V Anodo : Zn(s) → Zn+2(ac) + 2e. Reacciones de cada media celda: Cátodo (reducción) : Cu+2(ac) + 2e. ε º = + 0. ε º = + 0. ε ºred = + 0.→ Cu(s) ..Es una solución de una sal contenida en un tubo en U invertido. En nuestro ejemplo. Voltímetro.Es la solución que contiene el electrodo y el electrólito. Los potenciales de reducción estándar no dependen de los coeficientes estequiométricos. significa también que. por lo tanto Cu +2 se reduce a Cu. son proporcionales a sus Pesos estándar de reducción εred del agente oxidante y el potencial Equivalentes”. Es negativo Θ. es más probable que ocurra la reacción - inversa.→ 2Ag(s) .→ Cu(s) . 1 M/Cu(s) media celda media celda de oxidación de reducción puente salino º º º ε celda = ε red + ε ox En la celda vista en nuestro ejemplo anterior. Ley: “Las masas de los elementos depositados o liberados por El potencial estándar de una celda se obtiene sumando el potencial los electrodos de 2 ó más celdas conectadas en serie por donde º circula una misma corriente. ε º = +0. ε º = +0. Son dispositivos en donde el agente oxidante y el agente reductor de una reacción redox espontánea permiten el flujo de electrones por un conductos externo generado de esta manera energía eléctrica. la reducción consume electrones y éste queda cargado positivamente. los datos que proporciona la tabla para los reactantes son: Cu+2(ac) + 2e.→ Zn(s) .Es el que permite la conducción del flujo de electrones a través de la solución. cada una de las cuales representa una media celda.76 V +2 Reacción neta: Cu (ac) + Zn(s) → Cu(s) + Zn+2(ac) . º estándar de oxidación εox del agente reductor. 2 . más fácilmente se reducirá la sustancia del lado izquierdo de una semirreacción.Es un instrumento que mide la diferencia de potencial o voltaje entre los electrodos. Media celda.Es la notación de una celda galvánica. la especie con mayor potencial de oxidación - (ε ) º ox se oxida..Cuando se invierte el sentido de la semirreacción. Puente salino. que es una sal del mismo metal con que está hecho el electrodo.. Su lectura está dada en volts (V).→ Ag(s) . cuyos extremos se encuentran obstruidos por membranas porosas impidiendo la mezcla de las soluciones y permitiendo el flujo de iones de una a otra media celda. pues. 5) 7.1 M es electrolizado por durante 4 horas a través de una solución de agua acidulada. (Ag = 108 .5 Amperios durante 30 minutos. d) 8.74 c) 16. Siendo el potencial de 40). a) 10. Hallar cuantos litros de H2 metidos a 27º C y 900 Torre se e) Calorímetros podrán liberar al paso de una corriente de 10 amperios 2. Un litro de solución de Cd (SO4). Señale la proposición correcta: d) 270 g e) 180 g a) Para un mismo elemento.0648 a) 0. si es del 60%. P. protege al hierro.A. circula una corriente de 96. oxidación de Zn (+0. S=32. ¿Cuántos a) 1. c) Celdas electrolíticas d)Extinguidores 11. 3 .Si ⇒ La reacción ocurre en sentido a) 8.Se colocaron dos celdas electrolíticas en serie.A.1 depositan en 2 horas.= I.4) 12.635 g b) 1.55A. (Ag = 107. P. que a) 19.A.6 d) 43.5 A durante 10 horas? P. 9. º . 16. P.A.69 g Faraday libera 1. Una durante 8 horas? contenía solución de AgNO3 y la otra una solución de P.552 b) 1. depositó 36 g de plata. Durante 0.8 e) 40.A. 10.6 en Fe2+ durante 5 horas. (Zn = 65) 600mA a través de 100ml de CuSO 4 0. Cuantos gramos de agua descompondrá una corriente de 1.76 e) 29.525 c) 15.6 c) 68.35 A 4.5 g b) 4. (Cd = 112. una corriente de 0. si pasa a través de solución acuosa de H 2SO4. a) 3.44 c) 23.76 V) mayor que el potencial de oxidación a) 63 g b) 3. A través de 4 litros de una solución 2M de Sulfato PROBLEMAS cúprico para depositar el cátodo todo el cobre que se 1.6 g c) 36 g de Fe (+0.1A b) 20. (Al = 27).7). ¿Qué peso de cobre se deposito en a) 3223212 g b) 322684 g c) 322467 g otro cátodo? P. entonces. P. 0=16).2 producir mediante la converción de 200 gramos de Fe3+ d) 40.A. en Amperios.25 celda d) 17.88 b) 14. ¿Cuánto tiempo en horas debe circular una corriente de 20A. (Ag = 108).89 g aproximadamente 40.3 g e) N.3 g cantidad de cobre se depositó en el mismo tiempo?.157 g de plata. P.A. Determinar celda a la formación de Ni. si cada cuba funciona con una intensidad de AgNO3 y CuSO4. P. 10.5 d) 160 g e) 1060 Amperios. se hace pasar una misma carga eléctrica.270 g c) 2.A. Por dos celdas electrolíticas que contienen soluciones de Aluminio.A.3 g celdas hasta que se depositaron 2. 0.000 Amperios y el rendimiento catódico de corrientes es Al poco tiempo. 13. Se producen por la aplicación de la corriente eléctrica se encuentra disuelto?.46 a) 53.A.59 g b) 0. sus potenciales normales de 8. O = 16 ) CuSO4.A.53A Zinc en la electrolisis del C 2 Zn cuando se usan 0.87 .CENTRO PRE UNIVERSITARIO QUIMICA –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– depositarse Ni se forma H2.36 todos los iones de Cu2+. Debido a que en el cátodo. además de ε >0 ε <0 < << < ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------CICLO SETIEMBRE – DICIEMBRE 2006-III Pag.A.A.35 A e) 4.49 g c) 0.7 14. ¿Qué cantidad de calcio se depositará en el electrodo de una a) 0.46 inverso.8 b) 40 c) 40.6 horas. solución de sulfato de calcio por donde ha circulado una .Calcule la cantidad de corriente eléctrica.A.Como ejemplo.15 b) 8. utilizando una solución de NiSO4. realiza en: a) 22. (Cu = 63.44 e) N.53A b) 5. el hierro galvanizado es el recubrimiento de corriente de 96. (Ca = hierro con una capa delgada de zinc.06 g 6. se pasó una corriente eléctrica a través de las a) 4. Calcular el peso de calcio depositado en el cátodo de una No es espontánea en sentido directo.79 g e) 0.575 g e) N. 3.5) d) 322637 e) N.A. Cual será el promedio de corriente eléctrica. gramos de Ni se depositan en el cátodo? Es espontánea en sentido directo.44 b) 21.6g c) 4.1M para depositar a) 8. en la primera celda en el cátodo se del 80%. Determinar cuántos directo. ( H.302 g del elemento.Si ⇒ La reacción ocurre en sentido con relación a la formación de Ni.1 c) 18. Se utiliza una corriente de 10 amperios durante 4865 oxidación y reducción son los mismos.Calcular el peso atómico del calcio sabiendo que 0.1 e) 23.6 e) N.1 de Nitrato de Plata. Cu = 63.A. el rendimiento de la corriente º . Calcular la cantidad de Aluminio que podría obtenerse en un día de 50 cubas de electrolisis de una fusión de óxido de 15. (Fe = 56).5. 5. (Ca = 40) a) 720 g b) 540 g c) 360 g 17.150 g cuba electrolítica que contiene sulfato de calcio cuando d) 3.25 c) 8. Cu = 63. Cuantas horas se requieren para depositar 7 gramos de d) 3. 27 gramos de Plata de una disolución d) 22.44 V). ¿Qué d) 4 g e) 5.6 b) 38.Durante cuantos minutos tendrá que fluir una corriente de amperios de intensidad de corriente.515 P.33A c) 4. segundos para realizar un niquelado.46 e) 9. la capa de zinc se oxida antes y d) 6.25 gramos de Cd se depositarán? d) 15. que puede a) 39.44 a) Pilas o Celdas Galvánicas b)Acumuladores d) 25. El peso atómico es d) 0.A.49 e) 2.6 g b) 106 g c) 1. (Ni = 58. P. es del 60%. P. 3 A durante 50 s en la electrólisis del agua.323 g e) 0.004v d) 0. ¿Cuál es el potencial de la celda: Zn/Zn + 2 (0.0.461 g Eº = . para la pila cuya reacción es: al pasar una corriente de 0. a) 0.24 l b) 3.N. Dadas las afirmaciones: Eº = + 0.73 V .2M usando una corriente de 96. ¿Qué corriente se requiere para tal fin? a) 12. a) 56 ml b) 12 ml c) 100 ml d) 240 Calcular el peso atómico del calcio sabiendo que 0. Se colocaron dos celdas electrolíticas en serie.6 l d) 4. durante 5 horas? MH2O = 18 Dato: Zn/Zn+2 + 2e a) 0.33 v c) 3.036 v ¿Cuantas son verdaderas? Se pide calcular el potencial. La primera Ag/Ag + 1 .Calcular la cantidad total de oro que se depositaría en dos celdas electrolíticas conectadas en serie.302g del elemento. Al pasar una a) 1. 4 .2 v e) 1. Si por la solución de nitrato de plata se pasa una carga de 9 650 couloms.136 v elemento que se deposita en el electrodo. que se desprende al pasar una corriente de 4A en 2 horas. Considere que el denomina potencial normal.650 g de cromo en uno de los cátodos.0436 l c) 43.34 l c) 11. 29.CENTRO PRE UNIVERSITARIO QUIMICA –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– b) El potencial resultante de una celda de concentración se corriente de 8 amperios durante 2 horas.e. a) 39. 28.24 g e) 2.1v c) 2.5) Dato: Zn+2 + 2eZn(s) .236 Kg de cobre usando una solución de vitriolo azul en un tiempo de 40 horas.80 V con una solución de sulfato de cromo (II) y la segunda con una solución de cloruro de cobre (II).5 A? (PA: Ca = 40) a) 1800 s b) 1500 s c) 1200 s d) 2000 s e) 2200 s ¿Cuántos litros de O2 en CN se desprenderán por el ánodo de una sol de ácido sulfúrico diluido. obtenido al pasar una corriente de 19.823 g c) 0.N. Calcular el potencial del electrodo Mn +2/MnO4.16 v d)-0.1 v b) -1. Además los electrolisis c) Electrolisis es la generación de electricidad a partir de una usados son Au2SO4 en la primera celda Au2(SO 4)3 en la reacción química. rendimiento catódico es 95%.8 b) 40 c) 40.05 g c) 6. Determinar la f.8 e) 40.2M)/Zn? H2SO4.0 lt d) 2. a) 3.72 g d) 1.4 d) 20. 35. • Al electrolizar el agua se recoge O2 en el cátodo a) +1.76 v d) 0.586 l Datos: Zn/Zn + 2 . E 0 = 0.0648 Faraday liberá 1.6 A e) 26. a) 2.76 v Zn .2 lt e) 4 lt Calcule el volumen de oxígeno.0.32 v • El cátodo recoge a los cationes los cuales se oxidan.6 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------CICLO SETIEMBRE – DICIEMBRE 2006-III Pag. Qué masa de agua se logra descomponer con una a) 0. de la Celda: Sn/Sn 2+ a) 0 b) 1 c) 2 d) 3 e) 4 (0.8 g b) 180.en una solución que contiene: [Mn+2]= 1x10-8 M.A.02 g b) 4.86 g Determine el volumen de H2 en C.0295v 22.80 v • En la electrolisis del aguase usa corriente alterna. ( ) b) 1. [H+]= 1 x 10-5 M [MnO-4]= 1x10-2M A 25º C MnO-4 /Mn+2 Eº =1.56 v b) +0.08 24.6 l e) 2.47 30.8 l ¿Qué tiempo se necesitará para que todo el metal se deposite en el cátodo de una solución de 500 ml de CaCl 2 1.m.111g Ag+ +1eAg(s) .. si se usa una corriente de 9. Eº = 0.78g su semicelda. Una cuchara metálica de 80 gramos se usa como electrodo para platearla.083v 31.023v c) 0.91 v 32.25 A c) 18.12 c) 22 v d) 12 v e) 15 v corriente de 1.1M)//Fe3+ (0.83 g c) 156.94 g b) 126. 23. O 2. El peso atómico del calcio es aproximadamente 40. Al = 27 a) 300 Kg b) 223 Kg c) 4 128 Kg d ) 3 220 Kg e) 780 g 25. si se emplea una 33. con cada cuba circulan 10 000 amperes y el rendimiento es del 80%? P. 34. Cu= + +2 2Ag + Zn (s) Zn + 2 Agº 63. a través de una solución acuosa de H2SO4.72 g e) 96.56 g e) Todas las anteriores son correctas. 27.A.51 v a) 1.2 v d) -2.76 V e) 0. Dados los potenciales normales de reducción: 2 • La corriente eléctrica define con el tiempo.14 v d) 0.07 v e) 0.0. Determine el potencial de la celda galvánica normal (pila). ¿Qué volumen de H2 gas a 27º C y 800 mm Hg se obtendrá 18. : Cr= 52 .72 v e) -2.8 lt b) 2.8 A que cruza una solución acuosa de 21.794 g b) 0. Calcular la masa de aluminio que se ha obtenido en un día con 50 cubas electrolíticas. Se desea cobrar una pieza metálica con 1.6 amperes durante 10 minutos a través de agua acidulada? 2Ag + ( g) + Zn 0 2 ( g) Zn + 2 2Ag 0 a) 0.8 g c) 188 g d) 98. d) El elemento que tiene mayor potencial de reducción es aquel (P.40 v c) +1. d) 132.2 l d) 5.18 v b) 0.5 v corriente eléctrica a través de las celdas se depositan 19.56 v b) 2. 0. medido a C.02M)//Zn 2 + (0.8 g e) 200 g 26.5 lt c) 3.436 l b) 0.65 A durante 5000 s? ( PA : O = 16) a) 2.36 l e) 0. segunda celda.2 d) 40.5 A b) 13. : Au = 197) que tiene mayor tendencia a “coger” cationes de la solución de a) 148. 20. Eº = 0. Eº= . la masa de Sn + 2e Sn . a 25ºC. Fe3+ + 3eFe .A. ¿Qué masa tiene la cuchara al final del proceso? a) 90. Eº = .3M)/Fe Dato= log 3 = 0. ¿Qué cantidad de cuya reacción es: cobre se deposita en el otro cátodo? (P.