CONTENIDO
PRACTICA No. 1 ________________________________ ___ _____________________________ _____________________
1
ELECTROQUÍMICA ESTUDIO CUALITATIVO DE LA ELECTROLISIS __________ 1 1.1. OBJETIVO __________________________________________________________________ 1 1.2. FUNDAMENTO TEÓRICO ____________________________________________________ 1 1.3. PARTE EXPERIMENTAL ___________________________________________________ 2 1.4. CONCLUSIONES: CONCLUSIONES: ______________________________________ _______________________ ______________________________ _____________________ ______ 3 1.5. CUESTIONARIO __________________________________________________________ 4 1.6. BIBLIOGRAFIA ___________________________________________________________ 6 ________________________________ ___ _____________________________ _____________________ PRACTICA No. 2
7
______________________ 7 CONDUCTIVIDAD DE SOLUCIONES ELECTROLÍTICAS ______________________ ______________ ________________________ _________ 7 2.1. OBJETIVO _________________________ _____________________________ 2.2. FUNDAMENTO TEÓRICO _________________________________________________ 7 2.4. DATOS Y CALCULOS _____________________________________________________ 9 _______________ _______________________ ________ 11 2 5. - Graficar A = f (N) para cada solución. ______________________________ 2.6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES _________________ __ ______________________________ _________________________ __________ 12 __________ _____________________________ ______________________________ ____________________ _____ 12 2.7. CUESTIONARIO ________________________ 2.8. BIBLIOGRAFIA BIBLIOGRAFIA _____________________________________________________________ 14
LABORATORIO ELECTROQUIMICA INDUSTRIAL
SEMESTREII / 2014
INGENIERIA QUIMICA, AMBIENTAL Y ALIMENTOS
PRACTICA No. 1 ELECTROQUÍMICA ESTUDIO CUALITATIVO DE LA ELECTROLISIS 1.1. OBJETIVO Estudiar los aspectos fundamentales que se desarrollan durante la electrólisis. 1.2. FUNDAMENTO TEÓRICO La conducción de electricidad en las disoluciones electrolíticas supone el desplazamiento simultaneo de cantidades de electricidad positiva y negativa transportadas por partículas, materiales; dichos iones se neutralizan (se descargan al ponerse en contacto con los electrodos). El paso de la corriente eléctrica por una disolución electrolítica origina transformaciones químicas; reacciones redox, en el contacto de los iones con los electrodos y sobre estos aparecen los productos de reacción. El número de electrones captado por el ánodo es igual al cedido por el cátodo. En el compartimento anódico tiene lugar una oxidación y es el electrodo positivo o ánodo el que gana los electrones que cede al circuito. En el compartimento catódico se verifica la reducción y es el cátodo o electrodo negativo quien provee de electrones a los cationes, para que estos se reduzcan. El número de iones presentes en la disolución y su velocidad determinan la conductividad. La intensidad de corriente en los electrolitos es proporcional a la diferencia de potencial aplicada a los electrodos, depende de su separación y del área que presenten y además de la naturaleza y concentración de la disolución. Para que la electrólisis se lleve a cabo es necesario aplicar una diferencia de potencial mínima a los electrodos, puesto que entre electrodos y disolución se presenta, una diferencia de potencial que se opone a que la electrólisis se realice. Por otra parte las reacciones son reversibles y si se forman gases, aislarán al electrodo de la disolución (polarización). De las consideraciones anteriores se deduce que además de la conductividad y reacciones, se debe considerar otros aspectos como ser la polarización, fuerza contraelectromotriz, potenciales de oxidación de los electrodos.
1
LABORATORIO ELECTROQUIMICA INDUSTRIAL
SEMESTREII / 2014
INGENIERIA QUIMICA, AMBIENTAL Y ALIMENTOS
1.3.
PARTE EXPERIMENTAL
1.3.1. MATERIALES • Tubo de vidrio en "U" •
Dos electrodos de grafito
•
Fuentes de corriente continúa
•
Tapón de goma con orificio
•
Cables conductores
1.3.2. REACTIVOS • Solución diluida de HCI •
Indigo (PUEDE UTILIZAR OTROS INDICADORES)
1.3.3. PROCEDIMIENTO
.
Verter la disolución de HCI, en el tubo en "U"
.
Disponer unas gotas del indicador índigo en la rama del ánodo (+).
.
Armar el circuito de la figura 1.1.
.
Observar y anotar los fenómenos observados.
2
LABORATORIO ELECTROQUIMICA INDUSTRIAL
SEMESTREII / 2014
INGENIERIA QUIMICA, AMBIENTAL Y ALIMENTOS
1.4. CONCLUSIONES:
Desarrollar una descripción de la práctica y sacar conclusiones respectivas. ETAPA INICIAL INICIAL EVENTO EN EL CATODO (+) ANODO(-) CATODO (+) ANODO(-) CATODO (+) ANODO(-) INICIAL INICIAL FINAL FINAL FINAL 2 FINAL 2
R O D A I C D N I
Color
Cambio de color
Cambio de color
Rojo de Fenol
H+ Cl-
H+ Cl-
H+
Cl-
Cl-
H+
Verde de malaquita
H+ Cl-
H+ Cl-
H+
Cl-
Cl-
H+
Naranja de metilo
H+ Cl-
H+ Cl-
H+
Cl-
Cl-
H+
Azul de metileno
H+ Cl-
H+ Cl-
H+
Cl-
Cl-
H+
S E N O I C V A R E S B O
3
LABORATORIO ELECTROQUIMICA INDUSTRIAL
SEMESTREII / 2014
INGENIERIA QUIMICA, AMBIENTAL Y ALIMENTOS
Se concluye del experimento que la capacidad de conducción de la electricidad en una dilución de HCl al 10 % se es verificable donde sometida a distintos indicadores existe una difusión de electrones, confirmando la reducción en el cátodo y la oxidación en el ánodo, visualmente comprobado.
Determinar posibles causas de error. o
o
o
1.5.
Las posible causas del experimentos pueden ser debido a la preparación de reactivos utilizados fueron preparados no el mismo día sino con tres días de anterioridad. También puede varias la velocidad debió a que el voltaje en el laboratorio no tiene un valor constante que se verifico con un teste el cual daba una varios de hasta 231 V. Puede también existir errores debido a que solo se utilizó para varias pruebas solo un par de electrodos de grafito, donde lo ideal sería tener varios para hacer distintas pruebas y evitar el lijado de los mismos el cual maltrata al electrodo y es una perdida de tiempo.
CUESTIONARIO
1.5.1. Escribir las semireacciones que se desarrollan en el ánodo y en el cátodo respectivamente.
1.5.2. Escribir la reacción total del sistema.
4
LABORATORIO ELECTROQUIMICA INDUSTRIAL
SEMESTREII / 2014
INGENIERIA QUIMICA, AMBIENTAL Y ALIMENTOS
1.5.3. Indicar mediante un gráfico el desplazamiento de los electrones.
1.5.4. Si en vez de utilizar como electrolito una disolución de HCI utilizamos otra disolución de CuCI2l explicar todos los efectos que se producirían; de igual manera, responder para este caso las preguntas anteriores.
5
LABORATORIO ELECTROQUIMICA INDUSTRIAL
SEMESTREII / 2014
INGENIERIA QUIMICA, AMBIENTAL Y ALIMENTOS
1.6.
BIBLIOGRAFIA Ingeniería Electroquímica Mantell C. L. Tratado General de Química Física Díaz Peña M Química General Matamala - Gonzales
6
LABORATORIO ELECTROQUIMICA INDUSTRIAL
SEMESTREII / 2014
INGENIERIA QUIMICA, AMBIENTAL Y ALIMENTOS
PRACTICA No. 2 CONDUCTIVIDAD DE SOLUCIONES ELECTROLÍTICAS 2.1. OBJETIVO Determinar la Conductancia "C", Conductancia específica "K", Conductancia equivalente A de soluciones a diferentes concentraciones. Además analizar el comportamiento de éstas. 2.2. FUNDAMENTO TEÓRICO La resistencia de los electrolitos está en función de las dimensiones de los electrodos y de la distancia entre estos.
donde: p es la resistividad específica Ohm.cm / es la distancia entre electrodos cm A es la superficie de los electrodos cm2 La conductancia "C" es la inversa de la resistencia
La conductividad específica “K" es la inversa de la resistividad específica.
7
LABORATORIO ELECTROQUIMICA INDUSTRIAL
SEMESTREII / 2014
INGENIERIA QUIMICA, AMBIENTAL Y ALIMENTOS
En la determinación de la conductancia de las soluciones electrolíticas no se puede usar corriente continua, ya que esto daría lugar a reacciones químicas en los electrodos. Por tal motivo se utiliza corriente alterna. (Fig. 2.1). Para poder determinar la conductividad específica V de una solución electrolítica se debe conocer la constante de la celda "Z" que prácticamente nos da la geometría de la celda.
La conductividad equivalente A se puede determinar según:
donde N es la normalidad de la solución. La conductividad equivalente, es aquella conductividad de una solución que contiene un equivalente de soluto, que se encuentra entre dos placas paralelas separadas en 1 cm. En la figura 2.2. se puede ver la relación entre la conductividad equivalente A y la conductividad específica V. Experimentalmente resulta prácticamente imposible determinar por lo que se obtiene su valor en base a K.
8
LABORATORIO ELECTROQUIMICA INDUSTRIAL
SEMESTREII / 2014
INGENIERIA QUIMICA, AMBIENTAL Y ALIMENTOS
2.3.1. Materiales
Vasos de precipitación de 250 ml 1 amperímetro AC. 0-1A. 1 Foco 2 Electrodos de cobre Soporte Alambres conductores Probeta 2.3.2. Reactivos
CH3COOH concentrado NaCI 2.3.3. Procedimiento
Se arma el circuito de la Fig.2.1 Se conecta el circuito uniendo los electrodos y se lee la intensidad de corriente en el amperímetro. Preparar soluciones de CH3COOH 0, 01N; 0.1N; 0,25N; 0,5N y 1N. Medir de cada solución 50ml y colocar en un vaso de 250 m en el cual se sumergen los electrodos de Cu y se lee en el Amperímetro la Intensidad de corriente "I" para cada solución. Preparar soluciones de NaCI 0.01N; 0,1N; 0.25N; 0,5N y 1N. Repetir el procedimiento anterior con estas soluciones 2.4. DATOS Y CALCULOS Determinar las resistencias del Foco "Rf" y de las disoluciones. Rsl para cada concentración. Resistencia Total: RT= Rf + Rs a) Hallar la Conductancia "C" para las disoluciones. b) Determinar la conductividad específica V para cada solución. c) Determinar la conductividad equivalente "A"
9
LABORATORIO ELECTROQUIMICA INDUSTRIAL
SEMESTREII / 2014
INGENIERIA QUIMICA, AMBIENTAL Y ALIMENTOS
a)
Hallar la Conductancia "C" para las disoluciones.
C NaCl
I [mA]
I [Amp]
RTi[ohm]
Rsx[ohm]
Ci=1/Rsx
0,01
115,8
0,1158
1994,81865
1846,81865
0,1
118,1
0,1181
1955,96952
1807,96952
0,25
118,2
0,1182
1954,31472
1806,31472
0,5
118,7
0,1187
1946,08256
1
118,8
0,1188
1944,44444
C CH3COOH
I [mA]
I [Amp]
RTi[ohm]
Ksi=Z/Rsi
0,00054147
Λsx=1000*Ksi/N
0,00010153
10,152594
0,00010371
1,03707501
0,00055361
0,0001038
0,41521004
1798,08256
0,00055615
0,00010428
0,2085555
1796,44444
0,00055666
0,00010437
0,10437284
Rsx[ohm]
Ci=1/Rsx
0,00055311
Ksi=Z/Rsi
Λsx=1000*Ksi/N
0,01
105,6
0,1056
2187,5
2039,5
0,00049032
9,1934E-05
9,19342976
0,1
112,4
0,1124
2055,16014
1907,16014
0,00052434
9,8314E-05
0,98313716
0,25
114,5
0,1145
2017,46725
1869,46725
0,00053491
0,0001003
0,40118381
0,5
115,2
0,1152
2005,20833
1857,20833
0,00053844
0,00010096
0,20191596
1
116,1
0,1161
1989,66408
1841,66408
0,00054299
0,00010181
0,1018101
A[cm]= D[cm]= Ireal[amp] Ifoco Rintfoco[oh Z=l/A
16 3 0,1185 0,10822511 2134,44 0,1875 10
LABORATORIO ELECTROQUIMICA INDUSTRIAL
SEMESTREII / 2014
INGENIERIA QUIMICA, AMBIENTAL Y ALIMENTOS
2 5. - Graficar A = f (N) para cada solución. Sugerencia: A = f[-íc) c: concentración normal
11
LABORATORIO ELECTROQUIMICA INDUSTRIAL
SEMESTREII / 2014
INGENIERIA QUIMICA, AMBIENTAL Y ALIMENTOS
2.6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES Desarrollar una descripción de la práctica y sus resultados. o De acuerdo a nuestros resultados un electrolito débil tiene menor conductividad equivalente límite que un electrolito fuerte. o En la gráfica la representación es una curva asintótica; muy característica de los - electrólitos débiles, como lo es el ácido acético. o Las K del ácido acético tiene valores bajos en soluciones diluidas y crecen más rápido en comparación con el otro acido, se verifica que la conductancia en inferior en crecimiento que en los electrólitos fuertes. Determinar posibles causas de error y sugerir recomendaciones. o Para la práctica es recomendable el uso de agua destilada y des ionizada lo cual beneficia a verificar el fenómeno del experimento que es la intensidad de luz que genera el foco. o El electrodo para la medición deberá ser lavado muy bien y totalmente secado para evitar en paso de diferencia de potencial el cual estamos verificando. o La temperatura debe ser mantenida constante para evitar el aumento de flujo ya que su aumento varía según el incremento temperatura. 2.7. CUESTIONARIO Indicar a qué tipo de electrolitos pertenecen las disoluciones utilizadas. Fundamentar. o Existen dos tipos tanto fuertes como electrolitos débiles o El electrolito fuerte como ser nuestro caso es el NaCl sucede que al disolverse en agua lo hace completamente y provoca exclusivamente la formación de iones con una reacción de disolución prácticamente irreversible. o El electrolito débil es el ácido acético el cual que al disolverse en agua lo hace parcialmente y produce iones parcialmente, con reacciones de tipo reversible. Cómo se pueden determinar las conductividades equivalentes a diluciones infinitos A(co)? o La variación de la conductividad con la concentración puede 12
visualizarse representando la conductividad molar frente a N . Para electrolitos débiles, describe una curva con una brusca disminución a bajas concentraciones, mientras que para electrolitos fuertes, hay una disminución prácticamente lineal. En este último caso, según propuso Kohlrausch, a bajas concentraciones se cumple:
12
LABORATORIO ELECTROQUIMICA INDUSTRIAL
SEMESTREII / 2014
INGENIERIA QUIMICA, AMBIENTAL Y ALIMENTOS
K N Donde K es una constante (pendiente de la recta) y
o
o
la denominada conductividad molar a dilución infinita, que puede observarse por extrapolación a N=0. o La disminución de con la concentración se debe a las interacciones iónicas y disminución del grado de disociación. El primer efecto es dominante en electrolitos fuertes y el segundo en los débiles. En el caso de que en los electrolitos fuertes no existieran interacciones iónicas, el valor de no variaría con N. o Luego de aplicar la regresión y ajuste de curva, se obtiene el coeficiente de correlación entre los datos, la pendiente B (que corresponde al valor de K, una constante) y el valor de A (que es la conductividad límite): o
Determinar A(co) para las disoluciones de la práctica.
Se lo podría hacer fácilmente midiendo conductividades con el condutivimetro así: NaCl HCl NaAc r
-0.88
-0.94
-0.74
K
-81.18
-418.60
-131.88
142.10
448.58
123.01
o
Conductividad
límite
Con estas conductividades límite se puede hallar la conductividad límite del ácido acético: o
( HAC )
o
( NaAc )
o
( HCl )
o
( NaCl ) 1
o
( HAC )
(123 .01 448 .58 142 .10)
1 o
( HAC )
429.49
·cm 2
eq. g
·cm2
eq.g
Determinar las dimensiones del recipiente que se debería utilizar para poder determinar la conductividad equivalente de soluciones 0,1 N y 0,01 N respectivamente. 13
LABORATORIO ELECTROQUIMICA INDUSTRIAL
SEMESTREII / 2014
INGENIERIA QUIMICA, AMBIENTAL Y ALIMENTOS
Consultando con la bibliografía se tiene que la conductividad límite es de 390.7 1
·cm
2
eq. g
. . Determinar las dimensiones del recipiente que se debería utilizar para poder determinar la conductividad equivalente de soluciones 0,1 N y 0,01 N respectivamente No interesa la forma de la celda ya que el experimento se uso simplemente un vaso de precipitado, lo que si importa es el área de los electrodos, como la distancia para determinar la constante de celda, entones para soluciones infinitas debería usarse un volumen infinito. 2.8. BIBLIOGRAFIA Tratado General de Química Física Díaz Peña M Tratado de Físico – Química Glasstonne S Ingeniería Electroquímica Mantell C. L. https://espanol.answers.yahoo.com/question/index?qid=20080418172223AA7kjpM
14