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Química General 2018-
POGIL SEMANA 12 – ELECTROQUÍMICA II ¿Qué es una celda electrolítica y cómo funciona?
¿Por qué?
Si una batería es usada para “bombear” electrones desde un electrodo a otro, es posible que ocurra una reacción no espontánea forzada. Las celdas electrolíticas, a diferencia de las galvánicas, son sistemas que usan la energía eléctrica (de una fuente externa) para hacer que se lleve a cabo una reacción redox no espontánea. A este proceso se le conoce como electrólisis y generalmente hace uso de electrodos inertes. Son varias las aplicaciones de las celdas electrolíticas, entre ellas podemos mencionar la obtención de gases (Cl 2 , O 2 , H 2 , etc.), la refinación de metales para conseguir alta pureza y el recubrimiento de objetos por electrodeposición de metales como el cromado, zincado, etc.
¡LEE ESTO! Un electrodo inerte está hecho de un material que permite la conducción eléctrica, pero es resistente a ser oxidado o reducido. Los electrodos inertes más usados son el grafito y el platino (Pt).
Modelo 1 – Componentes de una celda electrolítica
En la celda de la izquierda, los electrodos están inmersos en una sal fundida, NaCl(l). Para que esta reacción se lleve a cabo se necesita de temperaturas muy altas (alrededor de 800°C) que mantengan la sal en estado líquido. Complete el gráfico que representa a la celda electrolítica del NaCl fundido. 2 NaCl(l) → 2 Na(s) + Cl2(g)
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Preguntas clave :
- Teniendo en cuenta que el flujo de electrones, al igual que en celdas galvánicas, va del ánodo al cátodo, indica en el dibujo del Modelo 1 cuál es el electrodo anódico, cuál es el catódico y cuáles son las reacciones involucradas. El ánodo será el Cl y el cátodo será el Na
- Menciona qué componentes de la celda electrolítica son los números 1, 2, 3 y 4.
- Fuente de energía
- Ánodo
- Cátodo
- Sal fundida
- Lista por los menos 3 semejanzas y 3 diferencias que encuentres entre las celdas galvánicas y las celdas electrolíticas. Semejanzas ● Utilizan electrodos ● Hay transferencia de electrones ● Hay oxidación y reducción Diferencias ● La celda electrolítica requiere energía y la galvánica la produce. ● En la celda electrolítica la carga del Ánodo es positiva y del cátodo negativa, exactamente lo opuesto a la celda galvánica. ● No tiene un puente salino la celda electrolítica y la galvánica si.
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Modelo 2 – Electrólisis del agua
Oxidación: 2 H 2 O(l) → O2(g) + 4 H+ (ac) + 4e- Reducción: (2 H+ (ac) + 2 e-^ → H2(g)) x 2
Reacción global: 2 H 2 O(l) → 2 H2(g) + O2(g)
¡LEE ESTO!
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La electrodeposición es el proceso donde se utiliza corriente eléctrica para reducir cationes de un material deseado en una solución y que permite recubrir un objeto que conduce la corriente con una delgada capa de ese material. La electrodeposición es principalmente utilizada para aplicar una lámina de un determinado material a un objeto para que tenga una propiedad particular en su superficie, por ejemplo: abrasión, resistencia al uso, protección contra la corrosión, propiedades estéticas, etc. Otra aplicación de la electrodeposición es su uso en el incremento del grosor de piezas metálicas delgadas.
Modelo 3 – Electrodeposición de metales
5. Completa el siguiente diagrama de una celda electrolítica. Considera que se tiene una solución acuosa de NiSO4(ac) y que los iones sulfato (SO 4 2- (ac)) son iones espectadores (no participan en la reacción). La finalidad de esta celda es recubrir la llave con una capa de metal.
a. ¿Qué componente es? La batería o fuente de poder b. ¿Cuál será el producto formado en este electrodo? Ni(s) c. ¿Cuál será el producto formado en este electrodo? O2(gaseoso) d. ¿Ánodo o cátodo? ¿signo? Cátodo, signo negativo e. ¿Ánodo o cátodo? ¿signo? Ánodo, signo positivo
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q = carga (C) ; i = corriente (A) ; t = tiempo (s) ; 1 C = 1A/1s
Las semirreacciones involucradas son: cátodo: ( Ag+ (ac) + 1 e-^ → Ag(s) ) x 4 ánodo: 2 H 2 O(l) → O2(g) + 4 H+ (ac) + 4 e-
q = 7 5 , A ×30 min × (^160) min^ s = 1 3500 C moles e − (^) = 1 3500 C × 1 mol e − , 4 mol e 96500 C = 0 1^ −
mAg = 0 1 , 4 mol e −^ × 44 molmol^ Age −^ × (^1 108) mol^ gAg = 15, 12 g Ag
8. Se hace pasar una corriente de 0,50 A durante 30 minutos a través de una celda que contiene AlCl 3 fundido. Para esta celda: a. Escribe las semirreacciones catódica y anódica que se llevan a cabo.
b. Calcula los gramos de aluminio metálico que se producirán.
9. Se utilizó una corriente de 30 A en una celda electrolítica empleada para recubrir una medalla con níquel. Al finalizar la electrólisis, se obtuvo además 9,6 g de oxígeno a partir de una solución acuosa de nitrato de níquel (II) y un ánodo de grafito. ¿Cuánto tiempo, en minutos, demoró el proceso y qué masa, en gramos, de níquel logró recubrir la medalla? Incluya las semirreacciones y todos los cálculos en su respuesta. Dato: Masa molar (g/mol): Ni = 59 ; O 2 = 32
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PREGUNTA DE CONSOLIDACIÓN
10. La empresa de joyería ANGEL ROS S.A. tiene un requerimiento de 100 anillos bañados en plata, indicándose en el requerimiento que cada anillo debe someterse a una corriente de 1, A por un periodo de 6 minutos para alcanzar las especificaciones del producto final. El área de producción reporta que en el almacén solo se cuenta con una solución de AgNO 3 suficiente para producir 50 g de plata metálica. JUSTIFICAR TODAS SUS RESPUESTAS CON CÁLCULOS. a. ¿En qué electrodo se debería colocar el anillo? Justifica y escribe la ecuación correspondiente. En el cátodo debido a que ahí se dará la reducción, dando como resultado plata metálica adherida a los anillos. Cátodo (Reducción): ( Ag+^ + e-^ → Ag ) x Ánodo (Oxidación): 2H 2 O → O 2 + 4H+^ + 4e- Ecuación Iónica: 4Ag+^ + 2H 2 O → 4Ag + O 2 + 4H+ Ecuación molecular: 4AgNO3(ac) + 2H 2 O(l)→ 4Ag(s) + O2(g) + 4HNO3(ac) b. ¿Cuántos gramos de plata se depositarán en cada anillo? q=I x t q= 1.2 (360) q= 432 C m oles e −^ = 4 32 C × 1 mol^ e .48 x 10 mol e − 96500 C = 4^
−3 (^) −
mAg = 4 .48 x 10 −3^ e −^ × 44 molmol^ Age −^ × 1 107.87 mol Ag^ g = 0.483 g Ag (Esto explica cuánto Ag se depositará en cada anillo por ese lapso de tiempo al que se le expone a la reacción) c. ¿Podrá la empresa de joyería cumplir con el requerimiento indicado? Justifica tu respuesta. 0.483*100= 48. es decir para producir 100 anillos necesitaría 48.3 gramos, lo cual es una cantidad inferior a la que el almacén reporta (50g).
