Guia 5 y 6 Electroquimica Imprimir

PRACTICA Nº 5 y 6 Docente: Ing. Gabriel Mejia Materia: Electroquímica Laboratorio Integrante:

- Reyes Ayaviri Abraham Carrera: Ing . Quimica Fecha: 20 de Octubre del 2014 LA PAZ – BOLIVIA

LABORATORIO ELECTROQUIMICA INDUSTRIAL

SEMESTREII / 2014


SEMESTREII / 2014

PRACTICA # 5

INGENIERIA QUIMICA, AMBIENTAL Y ALIMENTOS

PRACTICA # 5 ELECTRO - OBTENCION DE HIDROXIDO DE SODIO PILA DE MERCURIO

5.1 OBJETIVO.-

Se obtiene mediante electrólisis en celdas de mercurio, el NaOH y el Cloro a partir de una solución de cloruro de sodio.

5.2 FUNDAMENTO TEORICO .-

Este método se basa en la utilización de cátodo de mercurio, en el cual se separan los iones Na +. El potencial de electrodo de sodio es menor que el potencial de electrodo del Hidrógeno, por lo tanto cuando se utiliza otro tipo de cátodo, se separa el hidrógeno y no el sodio. Al utilizar cátodo de Mercurio, la sobretensión del Hidrógeno es muy grande, por lo tanto disminuye el potencial de hidrógeno, posibilitando de esta manera la reducción de los iones Na +. La reacción catódica es:

2 Na



 2e   2 Na

El sodio obtenido se disuelve en el mercurio, formando una amalgama. El sodio de la amalgama, con el agua forma el NaOH, el cual se puede demostrar con fenolftaleína. La reacción anódica es:

2Cl



 Cl 2  2e 

El cloro se puede identificar con el indicador de naranja de metilo. La reacción total es:

2 NaCl  2 H 2 O

 2 NaOH  H 2  Cl 2 2


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+

Grafito

Tubo de vidrio

Solución de NaCl

Hg

5.3 PARTE EXPERIMENTAL

Los materiales utilizados van en el mismo orden mencionado. 5.3.1 Materiales y equipos

a) Vasos de PP de 1000 mL b) Crisol de porcelana c) Tapón de goma con dos orificios d) Electrodo de grafito e) Alambre de hierro f) Tubo de vidrio g) Pinza h) Fuente de corriente continua i) Cables j) Recipiente de plástico k) Nylon

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5.3.2 Reactivosa) Solución saturada de NaCl b) Mercurio c) Fenoftaleína d) Naranja de metilo

5.3.3 PROCEDIMIENTO.- en el orden mencionado seguimos los siguientes pasos. - Verter mercurio al crisol de porcelana (mas o menos 1 cm de al tura). - Colocar el crisol en el vaso de precipitación. - Verter la solución de NaCl en el vaso de precipitación (mas o menos ¾ partes). - Armamos el circuito de la figura 5.1 (el alambre de Fe solo se debe estar en contacto con el mercurio). - Conectar la fuente de corriente continua. - La electrólisis se realiza durante 10 minutos. - Al terminar la electrólisis se saca el crisol. - Colocamos el crisol en el otro vaso de precipitación y lavamos el mercurio varias veces con agua destilada para evitar que no quede NaOH en el mercurio. 5.4 RESULTADOS Y CONCLUSIONES.-

Al no existir cálculos a realizar

hacemos un análisis del procedimiento y la conclusión de los resultados. 1.- Desarrol lar u na d escrip ción d e la p ráctica ..-

La descripción que se pudo advertir por procedimiento dado como un análisis cualitativo el cual más que todo se basa en la observaciones que se capto de la práctica para esto se dividirá la descripción en los siguientes puntos: Inicialmente para que la práctica se haga más de un análisis electroquímico, se preparo la solución de NaCl de 1N de concentración, además de disponer de un material limpio que se menciono anteriormente para evitar la infiltración de otras sustancias o elementos que varíen la conductividad descrita en la electrólisis.

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Se dispuso de un crisol de porcelana donde se coloco el Mercurio siendo su Volumen aproximado = 3 cm3 y se procedió a armar el circuito de la figura 5.1, tomando la precaución de que el mercurio sea colocado inicialmente. Al no disponer de una goma que conecte al grafito como al tubo de vidrio, se trabajo con una bolsa de Nylon, aislando el sistema con la misma. Se tomo en cuenta

la precaución de solo en poner contacto el alambre de Fe con el

mercurio. Con el sistema ya armado se conecto a la fuente de corriente continua, llevándose el recuento respectivo de la electrólisis por un tiempo de 10 minutos exactamente, observándose gran desprendimiento de gases que en este caso son el H2 y Cl2. Al terminar de la electrólisis por el tiempo ya citado, se desarma el sistema observado, separando principalmente al mercurio que es nuestro producto obtenido. Este se lo traslada a un vaso de precipitado de 1000 mL, haciendo una prueba de la formación de NaOH en la solución, la coloración característica es de color rosada- púrpura característica en un análisis cualitativo para este hidróxido, la observación es la siguiente: El lavado que se hace a la solución es de varias veces ya que se sigue realizando una reacción muy observativa que es de color blanco, y la cual con la adición de un poco de sal se logro eliminar el NaOH. 2.- Determ inar posib les causas de errores y sugerir recom endacion es .-

Las posibles causas de error son más que todo cualitativas, ya que no se sabe cuanto de hidróxido de sodio se obtuvo. El grafito después de un uso ya considerado como electrodo pierde la capacidad de actuar como un buen conductor y por ende tampoco se conoce el uso del mismo, la pureza del cloruro de sodio es un parámetro muy importante en cualquier electrólisis y el mismo reactivo utilizado no presento un alto p.a. CONCLUSIONES

.-

Dentro la experiencia realizada para la obtención del Hidróxido de Sodio por medio de procesos electroquímicos dio un resultado aceptable y dentro lo que esperábamos según teoría, ya que no se cuenta con datos numéricos que nos den resultados cuantitativos permisibles a relacionar rendimientos o balances útiles que nos determinen si es o no un buen método, otro aspecto

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que mencionar es el procedimiento sencillo además de constatar el producto este mismo es de fácil producción respecto al tiempo. 5.5 CUESTIONARIO.Contestando a las preguntas de la guía encontramos: 1.- Explicar por qué no debe estar en contacto el Fe con la solución de NaCl. Rp. El que no estén en contacto elemento con compuesto, se debe uno a que el hierro forma parte de un sistema que genera la reacción que es llamada Pila de Mercurio además si estuvieran en contacto los mismos darían compuestos terciarios que no coadyuvarían al proceso de reacción. 2.- Explicar y fundamentar porqué se neutraliza el sodio en el cátodo y no el hidrógeno. Rp. En la reacción final se tiene: al observar la misma nos da una reacción de tercer tipo con deficiencia de descarga de protones y producción de electrones para que ocurra la electrólisis, debido a esta carencia se utiliza la descomposición del agua que nos facilita la descarga mencionada, los iones sodio se transportan libremente por la solución hasta llegar al cátodo y se neutralizan porque su balance esta dado a su libre descarga; siquiera la carencia de protones nos da una serie de 2 reacciones que se llevan a cabo de la siguiente manera: si la carencia de protones no existiese en la reacción de tercer tipo la neutralizan se llevaría en el cátodo, además en cualquier reacción el hidrógeno siempre será disipado como gaseoso. 3.- Indicar las ventajas y/o desventajas de este método. Rp. Las ventajas de este método es la fácil obtención del NaOH en medidas del tiempo y del sistema que no es complicado él armarlo, sus desventajas, numéricamente no se cuantifica el rendimiento y el costo caería en el mercurio, este mismo en el mercado es costoso. 5.6 BIBLIOGRAFIA •

Tratado General de Química Física Díaz Peña M

•

Tratado de Físico – Química Glasstonne S

•

Ingeniería

Electroquímica

Mantell

C.

L.

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PRACTICA # 6 OBTENCION DE HIDROXIDO DE SODIO 6.1 OBJETIVO.-

Se Obtiene mediante electrólisis con diafragma el Hidróxido de Sodio a partir de una solución de NaCl.

6.2 FUNDAMENTO TEORICO. A efecto de la diferencia de tensión, los cationes Na+ y H+ se dirigen hacia el cátodo y los aniones Cl - y OH- van hacia el ánodo. Entre los cationes se reducirá en ele cátodo el que tiene el potencial de electrodo (eMe) más positivo. El potencial de electrodo depende de varios factores, como ser la naturaleza del ion, la sobretensión, la carga del ion, también depende de la naturaleza y superficie del electrodo, así como la intensidad de corriente, etc. En la electro - obtención del NaOH se utiliza como cátodo el Fe y como ánodo el grafito. Se utiliza como diafragma un cilindro de arcilla sin barnizar, el cual separa al anódica del catódica, para impedir que sea una reacción secundaria entre los productos de la electrólisis. La reacción catódica es:

2 H



 2e  H 2

En el complemento catódico se quedan los iones Na+, los cuales reaccionan con los oxidrilos OH-, formando el NaOH, el cual puede ser identificado como el indicador de fenoftaleína: La reacción anódica es: 

2Cl

 Cl 2  2e

El Cloro obtenido se puede identificar con una solución almidonada de KI:

Cl 2

 2 I   2Cl   I 2

El yodo desarrollado le da un color azul de almidón la reacción total será:

2 NaCl  2 H 2 O

 2 NaOH  N 2  Cl 2  7


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Fig. 6.1 6.3 PARTE EXPERIMENTAL En el mismo orden mencionado los referenciamos a continuación. 6.3.1 Materiales

1. Tubo de arcilla sin barnizar 2. Alambre de Fe 3. Tapón de goma con dos orificios 4. Electrodo de grafito 5.

Tubo de vidrio en “U”

6. 2 vasos de precipitación 250-400 mL 7. Fuente de corriente continua 8. Crisol de porcelana 9. Cables 6.3.2 Reactivos

1. Solución saturada de NaCl 2. Solución 0.1 [N] KI 3. Solución almidonada al 1% en peso 4. Solución 2[N] H2SO4 5. Fenoftaleína 6. Parafina (plastilina) 8


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6.3.3 PROCEDIMIENTO

Introducimos el cilindro de arcilla en el vaso de precipitación. Llenamos el cilindro con la solución del NaCI. . Se coloca el tapón que contiene al grafito y al tubo en U. (El tubo no debe sumergirse en la solución). . Armamos el circuito de la Fig. 6.1. . Conectamos la fuente de corriente continua 6 - lOv. . En el alambre de Fe se desarrollará el gas, luego se ve que también se desarrolla gas en el tubo de vidrio, el tapón debe cerrar herméticamente el cilindro, si es necesario se rodea con parafina o plastilina.. . La electrólisis se realiza durante 10 - 15 minutos . Al terminar la electrólisis sacamos el cilindro, luego vertemos unas gotas de fenolftaleína, la solución se vuelve roja. . En el crisol de porcelana se identifica el cloro. 6.4 RESULTADOS Y CONCLUSIONES.El desprendimiento de cloro gaseoso fue evidente durante la reacción que fue una de las causas mas notorias para darnos de cuenta que lña solución iba por buen camino en la obtención del hidróxido de sodio. La conclusión es que si se hubiera toma mas estrictamente esta causa de error mencionada no se hubiera partido de esta mala visualización por tanto se hubiera obtenido una cantidad de gases mayor, u por ende un producto mayor; por lo demás al observar los productos así como los gases se puede decir que en realidad el procedimiento no es muy complicado y minimizando errores se pueden llegar a resultados cuantificables si fuera el caso de un buen rendimiento para la práctica elaborada. 6.5 CUESTIONARIO.Contestando a las preguntas de la guía: 1.

Explicar y fundamentar porque no se reduce el sodio en el cátodo.

Rp. El sodio al encontrarse inicialmente como sal en la solución inicial o sea antes de la Electrólisis, este mismo no se reduce ya que además del desprendimiento de gases como el hidrógeno y el cloro, los cuales se reducen y oxidan al mismo tiempo, existe una descomposición del agua a raíz de esto, 9


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como el cloro y el hidrógeno se dirigen a sus electrodos respectivos sobran iones oxidrilo y iones sodio, los cuales en la solución tienden a combinarse a medida que se realiza la electrólisis, esto se ve en la reacción total: 2.

Explicar porque no debe estar barnizado el cilindro.

Rp. No debe estar barnizado el cilindro, ya que este actuaría como aislante de la electrólisis no dejando pasar a la solución a través de sus paredes y por ende no se efectuaría la electrólisis. 6.6 BIBLIOGRAFIA

•

Tratado General de Química Física Díaz Peña M

•

Tratado de Físico – Química Glasstonne S

•

Ingeniería Electroquímica Mantell C. L.

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