Laboratorio de Fisicoquimica II Electroquimica

MI13LFQII –

UNIVERSIDAD NACIONAL MA MAYOR YOR DE SAN MARCOS DEPA DEPARTAMENTO RTAMENTO ACADEMICO ACADEMICO DE FISICOQUIMICA

Laboratorio de

TEMA

ELECTROQUÍMICA

PROFESOR

TORRES FRANCISCO ALVARADO VILELA

ALUMNOS

ALEXANDRA ICANAQUÉ ESPINAL POOL

FECHA DE REALIZADO

25-05-2016

FECHA DE ENTREGA

02-06-2016

Ciudad Universitaria

PRÁCTICA N° 14 ELECTROQUIMICA PRÁCTICA LABORATORIO DE FIICOQU!MICA II

TALA DE CONTENIDOS

TALA DE CONTENIDOS"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""1 """"""""""""""""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """""""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """""""""""""" """"# # INTRODUCCI!N""""""""""""""""""""" """"""""""""""""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """""""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """""""""""""" """"$ $ RESUMEN"""""""""""""""""""" """""""""""""""""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """""""""""""""""""""" """""""""""" % O"ETIVOS"""""""""""""""""""""

#RINCI#IOS TE!RICOS"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""% #ROCEDIMIENTO E$#ERIMENTAL"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""11 TAULACI!N DE DATOS"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""1& 

Tab%a &1' Co(di)io(e* de %aboratorio """"""""""""""""""""""""""""""""""""""1&



Tab%a &+' Dato* e,-erie(ta%e* """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""1&



Tab%a &3' Dato* te/ri)o*""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""1'



Tab%a &0' Re*%tado* 2 -or)e(tae* de error """"""""""""""""""""""""""14

C4LCULOS Y E"EM#LOS DE C4LCULOS"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""1# a5 Ca%)%o Ca%)%o de% -ote()ia -ote()ia%% te/ri) te/ri)o o %a e)a)i/( e)a)i/( de Ner(*t Ner(*t 2 )o()e(tra)io(e*. """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""1# b5 Ca%)%o Ca%)%o de% -ote()ia -ote()ia%% te/ri) te/ri)o o %a e)a)i/( e)a)i/( de Ner(*t Ner(*t 2 """"""""""""""""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """""""""""""""""""""""""""""""""""1( """"""""""""""""""""""""1( a)ti6idade* de %o* io(e*. """""""""""""""""""""

)5 Le2 de Farada Farada2 27 )a%)%a )a%)%arr %a a*a a*a de 8idr/9 8idr/9e(o e(o %ibera %iberado do e( e% """""""""""""""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" """""""""""""""""""""""""""""""""" 1$ ):todo. """""""""""""""""""" """"""""""""""""""""""""""""""" """"""""""""""""""""""1) """"""""""""1) AN4LISIS Y DISCUSI!N DE RESULTADOS""""""""""""""""""""" """""""""""""""""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" """""""""""""""""""""""""""""""" &* CONCLUSIONES""""""""""""""""""""" """"""""""""""""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """"""""""""""""""""""""""""""""""" """"""""""""""""""""""""" &1 RECOMENDACIONES""""""""""""""""""""" """"""""""""""""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """""""""""""""""""""""""" """"""""""""""" && ILIOGRAF;A"""""""""""""""""""" """"""""""""""""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """"""""""""""""""""" """""""""""""""""""""""""""""""" """""""""""""""""""""" &' A#
+RUPO C

1

PRÁCTICA N° 14 ELECTROQUIMICA LABORATORIO DE FIICOQU!MICA II

INTRODUCCI!N E,e-tr./u0i-a2 es una 3arte de ,a /u0i-a /ue trata de ,a re,a-in entre ,as -.rrientes e,5-tri-as 6 ,as rea--i.nes /u0i-as2 6 de ,a -.nversin de ,a ener70a /u0i-a en e,5-tri-a 6 vi-eversa" En un sentid. 8s a3,i.2 ,a e,e-tr./u0i-a es e, estudi. de ,as rea--i.nes /u0i-as /ue 3r.du-en e9e-t.s e,5-tri-.s 6 de ,.s 9enen.s /u0i-.s -ausad.s 3.r ,a a--in de ,as -.rrientes . v.,ta:es" E, estudi. de ,.s 3r.-es.s e,e-tr./u0i-.s s.n rea--i.nes red.; en d.nde ,a ener70a ,i2 . ,a e,e-tri-idad se uti,i?a 3ara indu-ir una rea--in /u0i-a n. es3.nt8nea =e,e-tr,isis>" A<.s 3r.-es.s de u-@a i3.rtan-ia en ,a industria /u0i-a" La -e,da 7a,v8ni-a tiene varias a3,i-a-i.nes 6a /ue 3erite .
+RUPO C

&


RESUMEN En e, 3resente in9.re -u6. .<:etiv. es e, estudi. de ,a e-ua-in de Nernst a3,i-ada a ,a -e,da 7a,v8ni-a nn&Cu&Cu a di9erentes -.n-entra-i.nes ediante ,a 3re3ara-in de di9erentes -.n-entra-i.nes de una s.,u-in de CuO4 6 idiend. ,a varia-in de 3.ten-ia, -uand. se 3.ne en -.nta-t. =3uente sa,in.> -.n una s.,u-in de -.n-entra-in :a de nO 4" Asiis.2 se ,,ev a -a<. e, estudi. de ,a Le6 de Farada6 3ara ,a e,e-tr,isis de, a7ua ediante ,a edi-in de, tie3. en /ue una sustan-ia -.n.-ida des3,a?a un v.,uen deterinad. de &O a una intensidad de -.rriente e,5-tri-a denida2 ,. /ue n.s 3erite re,a-i.nar est.s ( PE) I t m = dat.s ediante ,a e-ua-inG 96500 C " La e;3erien-ia se rea,i? a ,as si7uientes -.ndi-i.nes a" L.s 3.r-enta:es de err.r 9rente a ,.s va,.res teri-.s =1"*$K21"*4K 6 1"1*K> 9uer.nG *")'2 * 6 &"$'2 va,.res a-e3ta<,es 3ara ,as edi-i.nes rea,i?adas" En se7und. ,u7ar2 -.n &** L de una s.,u-in de NaO 4N2 se -.ne-tar.n e,e-tr.d.s 62 7ra-ias a una sa,ida ,atera, /ue ten0a e, tu<. /ue -.ne-ta2 ,ue7. ediante ,a e-ua-in de ,.s 7ases idea,es se deterin ,a asa de & teri-a =1"&' 7> . n. 9ue e;a-ta"

+RUPO C

'


Fina,ente se ,,e7a a ,a -.n-,usin /ue2 en una -e,da 7a,v8ni-a a en.r -.n-entra-in de una de ,as s.,u-i.nes2 e, 3.ten-ia, ser8 en.r 6 3ara ,a -e,da e,e-tr.,0ti-a2 a a6.r a3era:e ,a asa de sustan-ia ser8 a6.r 6 e, tie3. en /ue se de.rar8 en des3,a?ar un deterinad. v.,uen ser8 en.r"

O"ETIVOS •

E, estudi. de ,a e-ua-in de Nernst a3,i-ada a ,a -e,da 7a,v8ni-a n  n&  Cu&  Cu a di9erentes -.n-entra-i.nes"

•

E, estudi. de ,a Le6 de Farada6 3ara ,a e,e-tr,isis de, a7ua"

#RINCI#IOS TE!RICOS ELECTROLISIS: E,e-tr.,isis2 3arte de ,a /u0i-a /ue trata de ,a

re,a-in entre ,as -.rrientes e,5-tri-as 6 ,as rea--i.nes /u0i-as2 6 de ,a -.nversin de ,a ener70a /u0i-a en e,5-tri-a 6 vi-eversa" En un sentid. 8s a3,i.2 ,a e,e-tr.,isis es e, estudi. de ,as rea--i.nes /u0i-as /ue 3r.du-en e9e-t.s e,5-tri-.s 6 de ,.s 9enen.s /u0i-.s -ausad.s 3.r ,a a--in de ,as -.rrientes . v.,ta:es"

ELECTROQUÍMICA

+RUPO C

4


Las -e,das e,e-tr./u0i-as se usan 3rin-i3a,ente -.n d.s nesG a> -.nvertir ener70a /u0i-a en e,5-tri-a2 6 <> -.nvertir ,a ener70a e,5-tri-a en /u0i-a" En ,as 3i,as se-as -.unes 6 en e, a-uu,ad. de 3,.. se tiene -.nvertid.res de ener70a /u0i-a en e,5-tri-a2 ientras /ue en ,a -ar7a de ,a
CELDAS GALVÁNICAS

En -.ndi-i.nes n.ra,es una rea--in red.; .-urre -uand. e, a7ente .;idante est8 en -.nta-t. -.n e, a7ente redu-t.r" i ve.s ,a e-ua-in ini-a si7uienteG n=s>  Cu&

n&=a->  Cu=s>



i se divide esta e-ua-in en d.s seirrea-i.nes2 ent.n-es se tieneG Zn(s)



Cu&  &e

Zn2+(ac) + 2e 

Cu=s>

e ." E, dis3.sitiv. e;3erienta, 3ara 7enerar e,e-tri-idad a trav5s de, us. de una rea--in red.; se ,,aa -e,da e,e-tr./u0i-a" LA ECUACIÓN DE NERNST

+RUPO C

#


C.nsidere ,a rea--in red.; de, ti3. aA 


-C  dD

De ,a e-ua-in + H +  RT Ln Q Puest. /ue + H n F E 6 + . H n F E .2 ,a e-ua-in anteri.r se 3uede e;3resar -..G n F E H n F E .  RT Ln Q Dividiend. ,a e-ua-in entre nF2 se .
0

−

a Zn+2 RT ) ln ( nF aCu + 2

an& 6 aCu& s.n ,as a-tividades de, ?in- 6 de, -.
LEYES DE FARADAY

L.s 3r.-es.s e,e-tr.,0ti-.s est8n 7.

VVVVVVVVV"" =1> G Cte" De 3r.3.r-i.na,idad

H

Pe/=)(

/G -ar7a2 / H I ; t Ree3,a?and. en ,a e-ua-in =1>G

m=

( PE ) It 96500 C

DndeG

+RUPO C

PEG 3es. e/uiva,ente

(


IG Intensidad de -.rriente e,5-tri-a TG tie3. en se7und.s o

SEGUNDA LEY DE FARADAY SLa ra?n de ,as asas de ,as di9erentes sustan-ias ,i
#ROCEDIMIENTO E$#ERIMENTAL ECUACION DE NERSNT 1" Pre3arar &#* L DE s.,u-i.nes de CUO4 *"*1 M 6 CUO 4 *"**1 M &" Pre3arar &) L de s.,u-in saturada de -,2 ,,evar @asta e
+RUPO C

$


%" Des-.ne-tar ,.s -ir-uit.s2 a3a7ar" Rea,i?ar e, is. 3r.-es. 3ara ,as s.,u-i.nes 3re3aradas en 1"

LEY DE FARADAY 1" C.,.-ar &** , de NaO 4N en un vas. de &#* L2 -.ne-tar ,a
TAULACI!N DE DATOS Tab%a &1' Co(di)io(e* de %aboratorio

+RUPO C

%


#re*i/( ato*=>ri)a ?@95 $#(

Te-eratra ?C5

@edad re%ati6a ?B5

&&

)(

Tab%a &+' Dato* e,-erie(ta%e* a) Generador electroquímico de energía (Celda galvánica):

Te-eratra

Co()e(tra)i/ ( de CSO0

Co()e(tra)i/( de (SO0

#ote()ia% e,-erie(ta%

&4C

*"1M

*"1M

1"*$ K

&4"#C

*"*1M

*"1M

1"*( K

&#C

*"**1M

*"1M

1"*4 K

b) Ley de Faraday (Celda electrolíquica) Tabla 2.2. Ley de Faraday para la electrli!i! del agua

I(te(*idad

.0 A

Vo%tae

0V

Vo%e( de*a%oado

1 L

Te-eratra de %a #era

+ C

Tie-o ?t15

+ *

Tie-o ?t+5

+1 *

Tie-o ?t35

+ *

Tab%a &3' Dato* te/ri)o* a) Tabla ".#. Con!tante! para Ley de Faraday y $ern!t

+RUPO C

)


Co(*ta(te U(i6er*a% de %o* 9a*e* ?R5 Co(*ta(te de (er(*t ?(5 Co(*ta(te de Farada2 ?F5

.310 " o%H + JK C

#e*o Ei6a%e(te @idr/9e(o ?#E@5

1

Ma*a o%ar de% 8idro9e(o ?M@+5

+ 9Ho%

b) Tabla ".2. %otenciale! Terico! para pila de &aniel!

#ote()ia% E*ta(dar de %a )e%da E   1.1 V Co()e(tra)i/( de CSO0

Co()e(tra)i/( de (SO0

#ote()ia% te/ri)o

*"1M

*"1M

1"1* K

*"*1M

*"1M

1"*$ K

*"**1M

*"1M

1"4

c) Tabla ".". Coe'iciente! de actividad de lo! ione! para la! !olucione! a 2C

CONCENTRACION

COEFICIENTE DE ACTIKIDAD =6>

+2

0.1

0.485

+2

0.1

0.485

+2

0.01

0.749

+2

0.001

0.905

ION Zn

Cu

Cu

Cu

Tab%a &0' Re*%tado* 2 -or)e(tae* de error

+RUPO C

1*


a) T*+L* ,.#. -cuacin de $ern!t para la Celda galvánica utiliando concentracione!:

Co()e(tra )i/( de CSO0

Co()e(tra )i/( de (SO0

P.ten-ia, teri-.

P.ten-ia, e;3erienta,

 Err.r

*"1M

*"1M

1"1* K

1"*$ K

&"$' 

*"*1M

*"1M

1"*$ K

1"*( K

*")' 

*"**1M

*"1M

1"*4 K

1"*4 K

*"**

b) T*+L* ,.#. -cuacin de $ern!t para la Celda galvánica utiliando actividade!:

A)ti6idad de C+

A)ti6idad de (+

P.ten-ia, teri-.

P.ten-ia, e;3erienta,

 Err.r

*"*4%#

*"*4%#

1"1* K

1"*$ K

&"$'

*"**$4)

*"*4%#

1"1& K

1"*( K

#"'(

*"***)*#

*"*4%#

1"1# K

1"*4 K

)"#$

c) Celda electrolítica/ ma!a de 0idrogeno liberado en el catodo.

+RUPO C

Ma*a de **ta()ia ?te/ri)a5

Ma*a de **ta()ia ?e,-erie(ta%5

#or)e(tae de error

1"&' 7

1.1

0. B

11


C4LCULOS Y E"EM#LOS DE C4LCULOS a5 Ca%)%o de% -ote()ia% te/ri)o ti%ia(do %a e)a)i/( de Ner(*t 2 )o()e(tra)io(e*. #ote()ia% te/ri)o -ara CSO0 .1M 2 (SO0 .1M' T H &)#  R H %"'14 W., nH& F H )(#** C Ree3,a?a.s ,.s dat.s en ,a e-ua-in de Nernst2 ver dat.s en ta<,as teri-as =Ta" +2

RT [ Zn ] E( v )= E + ln nF [ Cu+2] º (v)

Jmol )( 295 K ) K 0.1 M ln 0.1 M ( 2 )( 96500 C )

( 8.314 E ( v )= 1.1 V +

Eteorico ( v ) = 1.1 V

C:%)%o de% -or)e(tae de error C.n e, va,.r teri-. .
%Error =

|

1.10 - 1.07 1.10

|

x 100 = 2.73%

e rea,i?a an8,.7aente 3ara ,.s .tr.s 3ares de s.,u-i.nes2 ,.s va,.res .

b5 Ca%)%o de% -ote()ia% te/ri)o ti%ia(do %a e)a)i/( de Ner(*t 2 a)ti6idade* de %o* io(e*. +RUPO C

1&


#ote()ia% te/ri)o -ara CSO0 .1M 2 (SO0 .1M' T H &)#  R H %"'14 W., nH& F H )(#** C

Ree3,a?a.s ,.s dat.s en ,a e-ua-in de Nernst 6 ,as a-tividades2 ver dat.s en ta<,as teri-as =Ta" aZn +2 RT º ) E( v )= E( v ) + ln ( nF a Cu+ 2

Jmol )( 295 K ) K 0.0485 M ln 0.0485 M ( 2 )( 96500 C )

( 8.314 E( v )=1.1 V +

Eteorico ( v ) = 1.1 V

C:%)%o de% -or)e(tae de error C.n e, va,.r teri-. .
%Error =

|

1.10 - 1.07 1.10

|

x 100 = 2.73%

e rea,i?a an8,.7aente 3ara ,.s .tr.s 3ares de s.,u-i.nes2 ,.s va,.res .

)5 Le2 de Farada27 )a%)%ar %a a*a de 8idr/9e(o %iberado e( e% ):todo. C:%)%o de %a a*a te/ri)a' Para @a,,ar ,a asa teri-a @are.s us. de ,a e-ua-in universa, de ,.s 7ases" +RUPO C

1'


P H $#( 7 K H 1# L T H &)%  mg ´ M H & mmol R H *"*%&

mLatm mmol K

Ree3,a?and. en ,a EU+I PV = RTn

(0.995 atm (15 ml(2

mg mL atm  = m (0.082 (298! mmol mmol K

Masate.ri-a H 1"&& 7

C:%)%o de %a a*a e,-erie(ta%' I H *"4 A PE H 1 7e/7 t H &%$ s Para ,a 3r8-ti-a se t.ar.n tres tie3.s2 de, -ua, .
t 1 + t 2+ t 3 3

=282 s

Uti,i?and. ,a ,e6 de 9arada6 uti,i?a.s ,.s dat.s anteri.res" m=

+RUPO C

( PE ) It 96500 C

14


m

(=

1

g eq −g

)(

0.4 

) ( 282 s )

Masae;3 H 1"1$ 7

C:%)%o de% -or)e(tae de error %Error =

+RUPO C

|

|

1.23 - 1.17 x 100 = 4.8% 1.23

1#


AN4LISIS Y DISCUSI!N DE RESULTADOS 

En ,a -e,da 7a,v8ni-a se .2 est. se de


Para ,a -e,da e,e-tr.,0ti-a2 se rea,i?ar.n tres edi-i.nes de tie3.2 .
•

(l preparar las soluciones se de!en tener recipientes limpios) ya $ue el potencial #ar'a con la concentracion.

+RUPO C

1%


ILIOGRAF;A

•

ATIN P"X"2 SQuímica Física, Edit.ria, Panaeri-ana2 O-tava edi-in2 Buen.s Aires &**%2 1*#1 387inas2 Ca30tu,. 1 E/ui,i
•

CATELLAN

+"X"2

SFisicoquímica2

Edit.ria,

Pears.n

Edu-a-in2 e7unda edi-in2 M5;i-. 1))%2 1*%* 387inas2 Ca30tu,. 1& E/ui,i" •

CITERNA L"A"2 “Diagrama de fases y su aplicación 2 Edit.ria, Revert52 Bar-e,.na &**)2 1'4 387inas2 Ca30tu,. &2' As3e-t.s <8si-.s de ,.s dia7raas de 9ases2 Re3resenta-in de dia7raa de 9ases Y387" 1$$*Z"

•

DEAN W"A"2 S!ange"s #and$oo% of &'emisry 2 Edit.ria, M-+ra[i,,2 D5-i. /uinta edi-in2 Estad.s Unid.s de A5ri-a 1)$&2 1&)1 387inas2 Ca30tu,. # P@6si-a, Pr.3erties =Ka3.r Pressures2 Ka3.r Pressure .9 Xater2 Y#"&) 387"4*1Z> Dis3.ni<,e

enG

Yen

,0neaZ

@tt3G93t,"ru
uías de la$oraorio de Fisicoquímica

•

PON MUO +astn2 Fisicoquímica2 Edit.ria, Bru. 1)($

+RUPO C

1)


A#
Una -e,da 7a,v8ni-a" E, 3uente sa,in. =un tu<. en 9.ra de U invertida>2 /ue -.ntiene una dis.,u-in de C,2 3r.3.r-i.na un edi. e,5-tri-aente -.ndu-t.r entre a a, e,e-tr.d. de Cu =-8t.d.>"

+. Media(te ( ee-%o de*)riba %a i-orta()ia de %a *e9(da %e2 de Farada2 Mi-@ae, Farada6 9ue un 90si-. 6 /u0i-.
+RUPO C

&*


•

•

Priera Le6G La asa de un e,eent. de3.sitada en un e,e-tr.d. es 3r.3.r-i.na, a ,a -antidad de e,e-tri-idad /ue 3asa a trav5s de ,a s.,u-in de, e,e-tr.,it." e7unda Le6G Las asas de e,eent.s /ue se de3.sitan en ,.s e,e-tr.d.s s.n 3r.3.r-i.na,es a ,.s e/uiva,entes /u0i-.s"

Ee-%o' Farada6 ade8s des-u
3. Q> e* ( e%e)trodo de o,ida)i/(red))i/( Est8n 9.rad.s 3.r un eta, inerte2 usua,ente 3,atin.2 e, -ua, n. su9re nin7n -a
+RUPO C

&1


+RUPO C

&&

Laboratorio de Fisicoquimica II Electroquimica

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