química tema 12
ELECTROQUÍMICA SnIi2q12
DESARROLLO DEL TEMA Electrólisis del NaCl fundido
I. DEFINICIÓN
Es la ciencia que se encarga de estudiar las transformaciones de la energía eléctrica en energía química o viceversa en dispositivos conocidos como celdas electroquímicas, las que a su vez pueden ser de dos clases: • Celdas electrolíticas • Celdas galvánicas
II. Celda electrolítica
Llamada también cuba electrolítica o voltámetro, es el recipiente o dispositivo donde la energía eléctrica se transforma en energía química a este proceso se le llama electrólisis.
iii. Elementos de un proceso de electrólisis A. Fuente electromotriz Es un sistema que produce una diferencia de potencial eléctrico, con la finalidad de mantener una corriente eléctrica entre los electrodos.
B. Electrodos Son sistemas que permiten conducir la corriente eléctrica de un medio externo a un medio interno y viceversa. Los electrodos pueden ser inertes, si solo conducen la corriente eléctrica y activos, si además de conducir la corriente eléctrica, participa de la reacción redox. 1. Ánodo Es el electrodo conectado al polo positivo de la fuente. 2. Cátodo Es el electrodo conectado al polo negativo de la fuente. 3. Electrolito Sustancia que está en solución y que por efecto de la corriente son iones que se dirigen a los electrodos.
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Cátodo Ánodo
: :
Reacción Neta :
Na+ + 1e → Na(l) 2Cl– – 2e → Cl2(g) 2Na+ + 2Cl– → 2Na(l) + 2Cl2(g)
IV. Relaciones Físico-Químicas A. Coulomb (C) Es la cantidad de carga eléctrica que necesita para que se deposite o libere en uno de sus electrodos de la celda electrolítica, un equivalente electroquímico ó electroequivalente de alguna sustancia.
1C → 1Eq – equim( sust )
B. Faraday (F) Es una cantidad de carga eléctrica necesaria para que se deposite o libere en uno de sus electrodos de una celda, un equivalente gramo o equivalente químico de alguna sustancia.
1F → 1Eq – g( sust ) 1F → 96 500 C 1Eq – g(sust) → 96 500 . 1 Eq– equim(sust)
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2. Segunda Ley de Faraday "Si se tiene dos o más celdas conectadas en serie y por ella circula la mínima cantidad de corriente y carga eléctrica, entonces se descompone, deposita o libera, igual número de equivalente gramo de algunas de las sustancias de cada celda".
Nota: 1 F = 1 Eq – g = 96 500 C = 96 500 Eq – equím = 1 mol e–
1 Eq – equím(sust) =
1 Eq – g (sust) 96500
Unidad g mg . C C
Cátodo (–)
1. Primera Ley de Faraday "La masa de toda sustancia depositada o liberada es directamente proporcional a la cantidad de carga eléctrica que circula por la celda electrolítica". m(sust) a q
NaCl
m(sust) =
96500
ánodo (+) Au(CN)3
Na+
m(sust) = 1 Eq – equim(sust) . q
1Eq – g(sust)
ánodo (+) Cátodo (–)
Cl
Au 3+ CN–
–
.q
(–)
(+)
• msust = masa de la sustancia depositada o liberada. • q = carga eléctrica que circula en la celda electrolítica.
# Eq – g(sust) =
Se cumplirá que:
= # Eq – g( NaC ) #= Eq – g[ Au( CN) 3] # Eq – g(
q 96500
q= i
t
↓ ↓ C= A
↓ s
Na+ )
= # Eq – g( C ) #= Eq – g 3+ # Eq – g( H ) 2 Au Nota:
# Eq – gsto =
msto = nsto ⋅ θ(sto) = Nsol ⋅ Vsol (L) mEq(sto)
PROBLEMAS RESUELTOS Problema 1 Determina la masa de aluminio producida por acción de 2 Faraday sobre Al(OH)3. A) 18 B) 16 C) 22 D) 19 E) 20
Problema 2 Determina que masa de calcio se produce por acción de 1 Faraday. A) 21 B) 22 C) 24 D) 20 E) 23 Nivel intermedio
Nivel Intermedio
Resolución: Por la 1.a Ley de Faraday:
= msust
mEq ×q 96 500
= msust
1F → 96 500C 2F → q = 2(96 500 C)
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Nivel intermedio
Resolución: Por la 1.a Ley de Faraday:
mEq ×q 96 500
= msust
40 2 × 96 500 mCa = 96 500
27 3 2 (96 500) mAl = 96 500 mAl = 18 g
Resolución: 1.a Ley de Faraday
msust =
mCa = 20 g
Respuesta: A) 18
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Problema 3 Hallar la masa que se depositará en el cátodo por acción de 20 A sobre una solución de Ca(OH) 2 durante 9650 segundos. (mA(Ca) = 40) A) 5 B) 6 C) 3 D) 2 E) 4
Respuesta: D) 20
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mEq ×q 96 500
40 2 i× t = 96 500
20 × 20 × 9650 96 500
msust = 40 g
Respuesta: E) 4
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PROBLEMAS de clase ejercitación 1. Indicar cuántas proposiciones son correctas: I. La electrólisis es el proceso químico por le cual se descompone un electrolito por medio de la corriente eléctrica. II. El ánodo es positivo y el cátodo es negativo. III. En el cátodo se produce la reducción. IV. En el ánodo se produce la oxidación. V. 1 faraday equivale a 95 600 electrones. A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5 2. En las electrólisis de la salmuera, las proposiciones correctas son: I. Se produce la formación de gas Cl2 en el cátodo. II. En el cátodo se reduce el Na. III. La solución resultante. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) I y II E) I, II y III 3. Hallar la masa equivalente del Calcio Ca2+. (m.A. Ca = 40) A) 10 B) 40 C) 20 D) 30 E) 15 4. Determine qué masa de calcio se produce por acción de 1 Faraday. A) 20 g B) 40 g C) 60 g D) 30 g E) 15 g
5. Hallar la masa que se depositará en el cátodo por acción de 20 A sobre una solución de Ca(OH)2 durante 9650 s. (m.A. Ca = 40). A) 4 g B) 2 g C) 10 g D) 8 g E) 5 g
PROFUNDIZACIÓN 6. Hallar la masa que se depositará en el cátodo por acción de 5A sobre una solución de Al(OH)3 durante 965 s. (m.A. Al = 27). A) 0, 45 g B) 4,5 C) 45 D) 450 E) 27 7. Hallar la masa de hierro que se depositará en el cátodo por acción de 10 A sobre una solución de Fe(OH)2 durante 19 300 s. (m.A. Fe = 56) A) 28 B) 56 C) 2,8 D) 5,6 E) 14
m.A. (Zn = 65,4) A) 12,2 g
B) 219,6 g
C) 146,4 g
D) 152,7 g
E) 73,2 g
SISTEMATIZACIÓN 10. Determine la masa de aluminio formada en un celda electrolítica, a partir de AlCl3 fundido, por el paso de 289500 C sobre dicha sal.
m.A. (Al = 27) A) 4,5 g
B) 9 g
C) 13,5 g
D) 18 g
E) 27 g 11. En la electrólisis del agua, ¿qué volumen de oxígeno gaseoso se producirá a condiciones normales por el paso de 4 faraday? m.A. (O = 16) A) 28 L
B) 56 L
C) 11,2 L
D) 22,4 L
E) 44,8 L 8. Hallar la masa de cloro gaseoso que se obtiene en el ánodo por acción de 8 A sobre sal fundida NaCl, durante 96,5 s. (m.A. Cl = 35,5) A) 35,5 g B) 71 g C) 32,5 g D) 28,4 g E) 50 g 9. ¿Cuántos gramos de zinc se depositarán al pasar una corriente de 3, 00A durante 20 horas por una disolución ZnCl2?
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12. Durante la electrólisis de una disolución de CuCl2 en el ánodo se desprendieron 560 mL de gas medido a condiciones normales. Hallar la masa de cobre depositado en el cátodo. m.A. (Cu = 63,5) A) 6,35 g
B) 0,794 g
C) 15,875 g
D) 3,175 g
E) 1,5875 g
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