UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
LABORATORIO ELECTROQUIMICA
PRACTICA N °3 COBREADO
Profesor: Ing. Marco Rosero Ayudante: Jorge Corella Estudiante: Ronmel Chamba Paralelo: 1
Quito 16 de enero del 2018
RESUMEN
Determinación de la constante de Faraday mediante proceso de cobreado, que demuestra las leyes de Faraday utilizando corriente rectificada que pasa a una celda galvánica y se obtuvo un valor de intercambio de masa en forma de finas capas de metal que representan los iones que se separaron de la primera placa debido al paso de la corriente por electrólisis, sobre la superficie de una segunda placa dentro de una solución ácida dando esta capa propiedades que en sí no tenía, como se la preparó para que sea un mejor conductor, concluyéndose que en el método interactuaron los iones de los electrodos para producir una nueva sustancia con nuevas propiedades electroquímicas.
PALABRAS CLAVE: LEY_DE_FARADAY/INTERCAMBIO_DE_MASA/COBREADO/ELEC TRÓLISIS
PRÁCTICA N°3: COBREADO 1. OBJETIVOS 1.1. Verificar experimentalmente la primera Ley de Faraday. 1.2. Determinar experimentalmente la constante de Faraday. 1.3. Cobrear una placa metálica aplicando las diferentes variables operacionales del proceso. 1.4. Identificar las variables a controlar en los procesos de galvanizado. 2. PARTE EXPERIMENTAL 2.1.Materiales y equipos 2.1.1. Multímetro 2.1.2. Placas de Fe y Cu 2.1.3. Lijas 2.1.4. Fuente regulable 2.1.5. Cronómetro 2.2. Sustancias y reactivos 2.2.1. Sulfato de cobre 2.2.2. Ácido sulfúrico 2.2.3. Hidróxido de sodio 2.2.4. Ácido clorhídrico
SSO4(l) H2SO4(l) NaOH(s) HCl(ac)
2.3. Procedimiento 2.3.1. Lijar las placas metálicas. 2.3.2. Decapar utilizando una solución de ácido clorhídrico al 10 % por 10 min a una temperatura de 60 °C. 2.3.3. Desengrasar la placa de acero inoxidable con una solución de NaOH al 10% (t=5 min), secar y pesar. 2.3.4. Prepara el baño de Cobreado, se prepara una solución al 10% P/V de sulfato de cobre y se añade 5 mL de ácido sulfúrico por cada 100 de solución, llevarlo a una temperatura de 40 2.3.5. Armar una celda electrolítica Cu/CuSO4/Fe, (El cobre al polo Positivo). 2.3.6. Colocar un voltaje de 4 a 5V en el rectificador. 2.3.7. Cronometrar un tiempo de 10 minutos, registrar valores de voltaje e intensidad cada 2 minutos. 2.3.8. Pesar la placa cobreada al final de la operación. 2.3.9. Registrar los valores en las tablas. 3. DATOS 3.1.Datos experimentales
Tabla 1. Datos de la celda (Cu/Cu2SO4/Fe)
Tiempo, min 0 2 4 6
Intensidad, A 0.1 4.6 5.6 5.6
Voltaje, V 12 11.8 11.9 11.8
Tabla 2. Datos iniciales Material
Masa Inicial, g
Placa de Hierro
54.5
Tabla 3. Masa depositada experimentalmente Material
Masa Final, g
Placa de Hierro
55.68
4. CÁLCULOS 4.1. Cálculo de la cantidad de corriente que circuló por el sistema Ec. 5.1.1
=∗ = 5.6 ∗6 = 2016 4.2. Cálculo de la constante de Faraday en base experimental = ∗− Ec. 5.2.1 = 55.68 54.5 =1.18 = 2016 ∗79.7 1.8 = 892164 c/mol Con:
Md= Mi-Mf Md= masa depositada Mi = masa inicial
Mf = masa final 4.3. Cálculo teórico de una masa depositada
= ∗− Ec. 5.3.1 ∗79.7 / = 201696500 / = 1.67
4.4.Cálculo del porcentaje de error para a masa y para la constante de Faraday. Ec.5.4.1
4.5.Reacciones.
% = ó− ó 8 ∗100 % = 1.671. 1.67 % = 7.78 %
(1) Fe2+ (aq) + 2e- → Fe(s) (2) SO42- (aq) + 4H + (aq) + 2e- → 2H2O (l) + SO2 (g) (3) Cu2+ (aq) + 2e- → Cu(s)
5. Resultados. Tabla 4. Resultados Tiempo
Masa Teórica Masa experimental % de Error
(min)
depositada (g)
depositada (g)
6
1.80
1.67
7.78
6. Discusión El método cualitativo y cuantitativo utilizado en la experimentación fue válido, puesto que fue posible visualizar el cambio de la superficie al realizar el cobreado, además se encontró una masa experimental depositada con un bajo error porcentual con respecto a la masa teórica. Dentro de la experimentación se encontraron errores sistemáticos, como la alta generación de gas consecuente con las reacciones producidas, dicha generaciones denotan que el sistema utilizó gran cantidad de energía en la producción de hidrógeno, sin embargo debido a que el error encontrado es menor al 10%, es posible decir que los errores encontrados no afectaron en gran magnitud a la práctica. Para futuras
experimentaciones es recomendable realizar un cobreado en al menos dos superficies distintas, de forma que sea posible visualizar como afectan las características de la superficie y la solución utilizada, encontrar el rendimiento en cada una de las superficies y determinar la mejor opción.
7. Conclusiones 7.1 Durante el proceso de cobreado, el cobre electro deposita parte de su masa en el metal, perdiendo sus propiedades, tales como la coloración la cual adquirió el Zinc metálico. 7.2. La placa cobreada por medio de una celda electrolítica obtiene un cobreado casi puro gracias al proceso de desengrasado y decapado permitieron eliminar las superficies orgánicas e inorgánicas presentes en el metal, esto se evidenció en el error porcentual del 7,78% obtenido. 7.3. La velocidad de reacción en un proceso de cobreado depende del voltaje que se suministre a la celda, y el tiempo en la que esta se desarrolle, a mayor velocidad o tiempo de reacción se puede obtener un rendimiento de cobreado con un error menor al %7,78. 7.4. Se comprobó la ley de Faraday al haberse obtenido una constante de 89264 c/mol, lo que nos indica que en una celda electrolítica la masa electrodepositada es proporcional a la electricidad suministrada. 8. Referencias bibliográficas 8.1 Hivart P., Hauw B., Bricout J.P., Oudin J., Seizure Behavior of Manganese 8.2 Phosphate Coatings According to the Process Conditions, Tribology 8.3 International, 30(8), 561 (1997). 9. Cuestionario 9.1.En la electrolisis del cloruro sódico fundido, no batch, se emplea un célula electrolítica Downs con cátodo de hierro y ánodo de carbón, la temperatura del baño es de 800ºC y emplea una corriente continua con un potencial de 7,0 v. Se pide: a. Ajustar las reacciones que tienen lugar sobre los electrodos y la reacción global Ánodo Cátodo General
2 − → −+2− − 2+ 2 → +2 2+2 − → + +2−
b. Calcular el valor del potencial necesario en condiciones estándar para que se produzca la reacción ¿Cuál es el valor de la sobretensión en la célula respecto al potencial estándar y cuál es su función? Ánodo Cátodo
− → +2− 22+ 2 − → +2−
== 1. 3 6 0.826 = 2.186
− | | || || = −
8.314×(800+273.15) 2| | − | | || || =2.186 2×96500 2| −| = . = | | = 7 |2.186 | = .
9.1.1 9.1.2
c. Calcular la intensidad de corriente necesaria para obtener 1 tn/día de sodio, considerando que el rendimiento en corriente es del 85% y el volumen en m /día, en C.N. de cloro obtenido en las 3 mismas condiciones.
a)
− 1 96500 85 1 1000 1 1 1 1 1 23 2 1 − 1 100 =3.56×10 = × = 3.56×10 = 86400 = . b) − 1 22.4 1 1 1 3.56×10 96500 1 2 − 1 1000 =. d. ¿Cuál debe ser la densidad de corriente en la célula si la superficie total de los electrodos es de 2 m?
= 67 = 41276. 2 =.
9.2. Se tiene dos recipientes, la primera contiene una disolución de nitrato de plata y la otra, contiene agua acidulada con unas gotas de ácido sulfúrico. Cuando pasa una
corriente eléctrica simultáneamente a través de ambas disoluciones, en la primera se depositan 0,093 g de plata, mientras que en el cátodo de la segunda se desprenden 9,6 ml de Hidrógeno, medidos en C.N. Determine: a) El peso atómico de la plata b) Qué elementos y en qué cantidad se obtienen en los ánodos de ambas vasijas
Cátodo: Ánodo:
Ag 2+ + e-
Ag
4OH- O2 + 2H2O + 4e-
a)
b)
= 0096 = 4,28 10− 2 = = 0,1082∗0, ∗273 = 8,58 10− 4,28 10− 2∗ 1 2 2 = = 108,43 = 8,580,01093− ° 2=8,58 10− = 6,86 10− 2 . = ,∗ = ,
9.3. En ¿qué consiste el proceso de fosfatizado? El proceso de fosfatizado se aplica para la transformación de una superficie metálica en propiedades no metálicas, no conductivas, el cual es ampliamente utilizado en la fabricación de productos metales para aceptar pinturas y disminuir su corrosión, para recibir películas plásticas, entre otras. Las soluciones de fosfatizado consisten en fosfatos metálicos disueltos en soluciones de ácido fosfórico. Mientras la acidez de la solución se mantenga en un valor crítico, el fosfato metálico permanece en la solución como fosfato primario soluble. Cuando un metal se introduce en la solución ocurre una reacción de corrosión en la superficie, la cual causa que el pH interfacial exceda el valor crítico y favorezca la formación de fosfato terciario insoluble y se precipite sobre la superficie del metal (Hivarty col., 1997).
La conversión de fosfatos primarios solubles a fosfatos terciarios insolubles ocurre con la regeneración de ácido fosfórico. Se requiere una cierta cantidad de ácido fosfórico libre en el baño para reprimir la hidrólisis y mantener el baño estable para una deposición efectiva de un recubrimiento de fosfato (Narayanan, 2005). Los procesos de fosfatizado generalmente son catalizados mediante el uso de agentes oxidantes o aceleradores, por ejemplo, ácido nítrico (HNO3), los cuales son importantes ya que favorecen el proceso de disolución evitando el bloqueo físico de la superficie del sustrato por burbujas de hidrógeno (Hivarty col., 1997). Sin embargo, aunque el aumento de la concentración de acelerador favorece la formación de mejores recubrimientos, concentraciones demasiado altas pueden causar la pasivación de la superficie metálica e inhibir el crecimiento (Narayanan, 2005).
9.4. Cuáles son las técnicas de enjuague usadas en la industria de recubrimientos metálicos (Explique cada proceso e indique las ventajas de usar en el proceso) El enjuague como método de preparación en recubrimientos metálicos se lo puede emplear por inmersión o por rociado, el de inmersión exige una gran cantidad de agua, es necesario que este tipo de baño tenga una entrada de agua constante con rebose las ventajas son su alto rendimiento, el enjuague por rociado depende del tiempo de operación, así como del ángulo en el que se dirige el chorro de agua, es útil al lavar superficies con cavidades o relieves en general.
10. ANEXOS 10.1. Diagrama del equipo.
