Upload
luna-hanabi
View
78
Download
9
Embed Size (px)
Citation preview
Instituto Politécnico NacionalEscuela Superior de Ingeniería Química
e Industrias Extractivas
Electroquímica3IV55
Prof. : M. en C. Carlos Ortiz Herrera.
•Propuesta de Resolución de Problemas
Equipo 8
•Meneses Palma Jessica•Rosales Cano Sandra Menezaret
•Caudillo Brenda•Carmona Rodríguez Andrea Elizabeth
PROBLEMA 1UN ELECTROLITO DE H2SO4 0.1 N. CON ELECTRODOS DE 26X30 CM, SE ENCUENTRAN SEPARADOS DE 1.5 CM. LA CONDUCTIVIDAD IÓNICA DEL H+ ES DE 428 MHOS X CM2 X EQ-1 DE 180 MHOS X CM2 X EQ-1, EL GRADO DE DISOCIACIÓN ES DE 0.1. SE APLICA UNA DENSIDAD DE CORRIENTE DE 6 AMP/DM2. ¿QUÉ POTENCIAL SE UTILIZA?SOLUCIÓN PROPUESTADATOS.H2SO4 N26 X 30 CML= 1.5 CM
Α = 0.1D.C= 6 AMP / DM2
I= D* A
A= 26 * 30 = 780 CM2
PROBLEMA 2EN UN SISTEMA DE 3 COULOMBIMETROS, CONECTADOS EN SERIE, EN LA CIUDAD DE MÉXICO, CIRCULA UNA CORRIENTE DE 55 MILIAMPERES EN UN TIEMPO DE 410 SEGUNDOS, CON LOS SIGUIENTES RESULTADOS:COULOMBIMETRO DE PESO. ELECTRÓLITO SOLUCIÓN ÁCIDA DE CUSO₄CÁTODO INICIAL 40.51090GCÁTODO FINAL 40.51817GCOULOMBÍMETRO DE VOLUMEN. ELECTRÓLITO SOLUCIÓN DE NAOH. VOLUMEN OBTENIDO EXPERIMENTALMENTE DE MEZCLA DETONANTE 5.6ML.COULOMBÍMETRO DE TITULACIÓN. ELECTRÓLITO DE KI. VOLUMEN GASTADO DE TIOSULFATO DE SODIO 0.11N FUE 1.1ML.PM DEL CU=63.54; PM DEL I₂ ; TEMPERATURA DE TRABAJO 22ᵒC ; PV= 18MM HG
PREGUNTAS PROPUESTAS
Obtener las semi reacciones catódicas de los Coulombímetro de peso y volumenAsí como la sema reacción anódica de la titulación.
Las eficiencias catódicas de los productos de los culombímetros de peso, volumen, así como también la eficiencia anódica de titulación.
SOLUCIÓN PROPUESTA
Datos Peso Volumen
Titulación
Pi cátodo 40.51090 g
Pf ánodo 40.51817 g
Vm (NaOH) 5.6 ml
T (ºC) 22 ºC
Patm (C.d de México mmHg)
18 mmHg
N tiosulfato de sodio 0.11 g*eq/l
V gastado 1.1 ml
SEMIREACCIONES Coulombímetros de peso:
DISOLUCION ELECTROLITICA
1e + CuSO4 Cuᵒ + SO4-
AL PASO DE ENERGIA ELECTRICA
CATODO:
Cu⁺2 + 2 e- Cuᵒ
ANODO: Cu° -2 e- Cu2+
CON REACCIONES SECUNDARIAS
Anodo
H2SO4 + 2 e- 2H + + SO4-
H2O 2H + + 12 O2 +2e-
SO4- - 2e- SO4
SO4 + H2O H2SO4 +12 O2
Coulombímetro de volumen:
DISOLUCION ELECTROLITICA
NaOH Na+ + OH-
AL PASO DE ENERGIA ELECTRICA
CATODO:
Na⁺ + 1e- Na H2O NaOH +12 H2
ANODO: OH- -1 e- OH 12 H2O+
14 O2
H2O H+ + OH-
H+ + 1 e 12 H2
OH- -1 e- 12 H2O+
14 O2
H2O= H2O
Coulombimetro de titulación:
DISOLUCION ELECTROLITICA
KI K+ + I-
AL PASO DE ENERGIA ELECTRICA
ANODO:
I- - 1 e- Iᵒ = 2 I- -2 e- I2
CATODO: K+ + H2O - KOH + 12 H2
Na2S2O3 + I2 Na2S2O3 +2 NaI
EFICIENCIAS CATÓDICAS DE LOS PRODUCTOS DE LOS CULOMBÍMETROS DE PESO Y VOLUMEN
COULOMBIMETRO DE PESO
Mreal= Mf-Mi
Mreal= (40.51817-40.51090)= 0.00727g
𝑀𝑇 = 𝐼(𝑡)(𝐸𝑄)𝑓
1 EQ - 96500 coulombs, 1 Faraday = 96500 coulombs
EQ= PM/ #eq
EQ= 63.54/1 = 63.54 geq/g
I=55 mA = 0.055 A
Mteorico=(0.055 𝐴)(410 𝑠 )(63.54/2𝑔𝑒𝑞𝑔 )96500 𝐶 = 7.42397 X 10 -3 g
ɳ=0.00727𝑔0.00742397𝑔 x 100 = 97.92%
COULOMBIMETRO DE VOLUMEN
V=volumen (1)= 5.3 ml
P= presión atmosférica en (mm Hg) =585
T= temperatura ambiente (°C)= 22 °C
Q=cantidad de electricidad (C)
Pv=presión de vapor a 18 mm Hg
I=intensidad (A)= 0.055
T=tiempo (s) =410 S
ῃ=eficiencia (%)
V1= a condiciones CD de México
Q= (I) (t)
Q= (0.055) (410 s)= 22.55 C
Vreal= (V1) (𝑃−Pv760 ) ( 273𝑇+273)
Vreal= (5.6 ml) (585 𝑚𝑚𝐻𝑔−18 mmHg760 ) ( 27322+273)
Vreal= 3.8663 ml
VTeórico =0.174 Q
VTeórico =0.174 (22.55 C)
VTeórico = 3.9237 ml
ῃ= 𝑉real𝑉teorica (100)
ῃ=3.8663 𝑚𝑙3.9737 𝑚𝑙 (100)= 98.5370%
COULOMBIMETRO DE TITULACIÓN
Condiciones normales: 0ᵒC y P= 1 atm
Condiciones del sistema: T= 22ᵒC y P= 1 atm
aI₂=V N EQ EQ=2542 =127
aI₂=(0.0011 L) (0.11 N) (127)= 0.015367g
MTeorica= ሺ0.055 𝐴ሻሺ410 𝑠𝑒𝑔ሻቀ127𝑔𝑒𝑞𝑔 ቁ96500 = 0.02967g
ɳanodo= 0.015367𝑔0.02967𝑔 𝑥100= 51.7808 %
La palabra electrólisis procede de dos radicales:
Electro que hace referencia a electricidad
lisis que quiere decir ruptura.
En definitiva lo que ha ocurrido es una reacción de oxidación-reducción, donde la fuente de alimentación eléctrica ha sido la encargada de aportar la energía necesaria
ElectrólisisLa electrólisis es un proceso donde la
energía eléctrica cambiará a energía
química.
El proceso sucede en un electrólito, una
solución acuosa o sales disueltas que den la
posibilidad a los iones de ser transferidos
entre dos electrodos. El electrolito es la
conexión entre los dos electrodos que
también están conectados con una corriente
directa.
ELECTROLISIS-LEYES DE FARADAYLa electrolisis tiene lugar en las cubas electrolíticas.
que son
Recipientes que contienen un electrolito con dos electrodos: ánodo y cátodo. Los electrodos se conectan a una fuente de corriente continua; el ánodo es el polo positivo y el cátodo el negativo .como sabemos
en ellas
Se transforma energía eléctrica en energía química.
o sea
Proceso inverso al que se da en una célula, celda o pila galvánica.
esquema
el estudio cuantitativo de la electrolisis se debe
a Faraday
quien dedujo
Primera Ley: la cantidad de sustancia que se oxida o se reduce en un electrodo es proporcional a la cantidad de electricidad que la atraviesa (Q).
Segunda ley: la cantidad de electricidad necesaria (Q) para liberar un equivalente de cualquier sustancia es de 96 500 C, o sea, 1 Faraday (F).
combinando ambas leyes obtenemos
segundosentiempot
AmperiosencorrientedeintensidadI
50096tI
FQ
sdepositadoesequivalentdenº
teniendo en cuenta que
(g)Meq(g)m
esequivalentdenº
Electrólisis y cambios de masa
Carga (C) = corriente (A) x tiempo (s)
1 mol de e- = 96 500 C
Un equivalente electroquímico corresponde a la masa de una substancia que cede o acepta un mol de electrones (1 Faraday) en una reacción redox.
Las celdas electroquímicas se clasifican en:
Celdas electrolíticas: Cuando la energía eléctrica procedente de una fuente externa hace que tenga lugar una reacción química no espontánea.
Celdas galvánicas o voltaicas: En las que la energía que se libera en una reacción redox espontánea se puede usar, para realizar un trabajo eléctrico.
CELDA GALVÁNICA
ÁNODO
(El Cu se oxida)
-+
CÁTODO
(La plata se
reduce)
CELDA ELECTROLÍTICA
CÁTODO
(El Cu se reduce)
- +
ÁNODO
(La plata oxida)
+-
Comparación entre una celda voltaica y una celda electrolítica
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ELECTROLISIS
Ionización Orientacion Descarga
IONIZACIÓNLa ionización es el fenómeno químico o físico mediante el cual se producen iones, estos son átomos o moléculas cargadas eléctricamente debido al exceso o falta de electrones respecto a un átomo o molécula neutra.
Los iones pueden ser positivos ”cationes” ó negativos “aniones”.
Dependiendo del soluto si es una SAL un ACIDO o una BASE se forman distintos iones en la solución estos se rigen por los principios del equilibrio químico.
Cada especie formada actúa independientemente con características físicas y químicas propias que afectan las propiedades coligativas del solvente.
Sales
La disociación en sales por solvatación en un solvente como agua significa la separación de los aniones y cationes.
Bases : se separan los iones OH del acompañante
ÁcidosLa disociación de los ácidos en una solución significa la liberación de un protón H+, éste es un proceso de equilibrio, esto quiere decir que disociación y la recombinación ocurren al mismo tiempo con la misma velocidad. Esto en caso de ácidos polibásicos como H3PO4 , H2SO4 y la ionización 1° es mayor que la 2° esta mayor que la 3° esto influye de manera directa en la eficiencia del proceso electrolítico.
H3PO4 >>>
ELECTROLITOS Un electrólito es una
disolución que conduce la electricidad y se dividen en:
FUERTES Ácidos, Bases o hidróxidos, Saleso Ácido nítrico (HNO3)o Hidróxido de potasio o potasa
(KOH)o Nitrato de potasio (KNO3)
o Ácido sulfúrico (H2SO4)o Hidróxido de sodio o sosa
(NaOH)o Cloruro de potasio (KCl)o Ácido clorhídrico (HCl)o Cloruro de sodio (NaCl)
DÉBILESSu disociación es poca,
alrededor del 10%, y por consiguiente conducen con dificultad la electricidad) es el ácido acético (vinagre): CH3COOH
Los no electrólitos son compuestos que no generan iones al disolverse; por ejemplo:
o O2 (molécula de oxígeno) o Glucosa (azúcar) o Alcohol (etanol): CH3CH2OH
DISOCIACIÓNLa Disociación es un proceso general en el cual complejos, moléculas o sales se separan en moléculas más pequeñas, iones o radicales, usualmente de manera reversible. Disociación es lo opuesto de la asociación, síntesis química o a la recombinación.
Para disociaciones reversibles en equilibrio químico.
La constante de disociación Kc es la relación del componente disociado con respecto del asociado.
GRADO DE DISOCIACIÓN
El grado de disociación, α, se define como el cociente entre la cantidad de sustancia disociada, respecto de la cantidad de sustancia inicial o total. Estas cantidades de sustancia se miden en moles, o en cualquier magnitud proporcional a los moles: masa, volumen de gas medidos en iguales condiciones...
Suele darse en forma de porcentaje o de tanto por ciento:
TEORIA DE ARRHENIUS1. De los átomos totales que constituyen una sustancia
electrolítica, una parte se va cargando de electricidad a medida que se produce la disolución y el resto queda en estado de neutralidad.
2. La formación de iones es un proceso independiente del paso de la corriente eléctrica.
3. Los iones actúan independientemente unos de los otros y de las moléculas sin disociar, y son diferentes en sus propiedades físicas y químicas.
4. La disociación electrolítica es un proceso reversible.
5. Las partículas con carga eléctrica son atraídas por el electrodo de signo contrario.
6. Cuando los iones se dirigen a sus respectivos electrodos, pierden sus cargas eléctricas, se transforman en átomos y adquieren propiedades químicas ordinarias
FENÓMENOS REDOX QUE OCURREN EN UNA CELDA ELECTROLÍTICA
Existen dos reacciones una de oxidación y otra de reducción en un electrodo se colocan todos los electrones quedando este con carga negativa, se le llama cátodo y por lo tanto atrae a los iones positivos.
En el electrodo que queda pierde sus electrones y queda con carga positiva, atrayendo a los iones con carga negativa.
PROPIEDADES COLIGATIVAS CON SOLUTOS ELECTROLITOS
El Factor de Van´t Hoff: Al formarse los pares iónicos, disminuye la presencia de iones libres en la solución, y por lo tanto, provoca una leve caída en los valores de las propiedades coligativas.
Estas se ven afectadas por la constante de ionización que puede ser calculada por diversos métodos y dependiendo si el electrolito es fuerte o débil
Siendo: i = factor de corrección de Van't Hoff a = grado de ionización del soluto, que indica
que cantidad de soluto se disoció. q = número total de iones liberados en la
ionización de un compuesto.
PROPIEDADES COLIGATIVAS ARA LAS SOLUCIONES ELECTROLÍTICAS SON:
Disminución del Punto de Congelación
Tºc - Tc = i . m . Kc
Aumento del Punto de Ebullición
Teb - Tºeb = i . Keb . m
Presión Osmótica
π = M .R .T . i
PRESIÓN OSMÓTICA
Es cuando en una disolución acuosa los iones formados por el soluto se comportan como las moléculas de un gas encerrado en un recipiente los movimientos en todas direcciones o sea el grado de desorden da origen a la presión osmótica.
PRESIÓN DE DISOLUCIÓN
Es la tendencia de un metal a disolverse y es particular para cada elemento metálico.
En un metal perfecto las uniones atómicas se forman como enrejado al entrar en contacto con una solución sufren ataques atómicos de H2O y los iones disueltos en ella y procuran un equilibrio en las energías de enlace separando átomos del metal dando a este cargas negativas.
EFECTOS TERMODINÁMICOS
Esta presión de disolución ( Pd )se equilibra con la presión osmótica (Po)de la solución y cuando
Po=Pd genera dos fenómenosDe acorde con el tipo de metal esto se rige por la serie electromotriz del hidrogeno como referencia
Corrosión
Metales no nobles
Metales nobles
∆G=-nfeReacción espontanea
∆G=+nFEReacción no espontanea
Sientese callese y no pregunte gracias por su atencion…..