Facultad de Ingeniera Industrial Qumica General

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INTRODUCCIN

En este trabajo que presentamos, pretendemos exponer una breve resea sobre la electrolisis para poder ampliar nuestros conocimientos en el rea de la qumica. Para poder hacer este trabajo tuvimos que indagar acerca de le electroqumica, rama de la qumica que estudia las reacciones qumicas producidas por accin de la corriente elctrica (electrlisis) as como la produccin de una corriente elctrica mediante reacciones qumicas (pilas, acumuladores), en pocas palabras, es el estudio de las reacciones qumicas que producen efectos elctricos y de los fenmenos qumicos causados por la accin de las corrientes o voltajes. Las Reacciones Qumicas que intervienen en estos procesos son de tipo redox. Es un proceso que tiene lugar cuando se aplica una diferencia de potencial entre dos electrodos y se realiza una reaccin redox. La diferencia de potencial aplicada a los electrodos depende del electrolito y del material que constituye los electrodos. Las pilas que producen corriente elctrica se denominan pilas voltaicas mientras que las pilas que consumen corriente elctrica se denominan pilas electrolticas.

ELECTROLISIS

I. PRINCIPIOS TERICOS:Electrolisis, parte de la qumica que trata de la relacin entre las corrientes elctricas y las reacciones qumicas, y de la conversin de la energa qumica en elctrica y viceversa. En un sentido ms amplio, la electrolisis es el estudio de las reacciones qumicas que producen efectos elctricos y de los fenmenos qumicos causados por la accin de las corrientes o voltajes.La mayora de los compuestos inorgnicos y algunos de los orgnicos se ionizan al fundirse o cuando se disuelven en agua u otros lquidos; es decir, sus molculas se disocian en componentes cargados positiva y negativamente que tienen la propiedad de conducir la corriente elctrica. Si se coloca un par de electrodos en una disolucin de un electrolito (o compuesto ionizable) y se conecta una fuente de corriente continua entre ellos, los iones positivos de la disolucin se mueven hacia el electrodo negativo y los iones negativos hacia el positivo. Al llegar a los electrodos, los iones pueden ganar o perder electrones y transformarse en tomos neutros o molculas; la naturaleza de las reacciones del electrodo depende de la diferencia de potencial o voltaje aplicado.

La accin de una corriente sobre un electrolito puede entenderse con un ejemplo sencillo. Si el sulfato de cobre se disuelve en agua, se disocia en iones cobre positivo e iones sulfato negativo. Al aplicar una diferencia de potencial a los electrodos, los iones cobre se mueven hacia el electrodo negativo, se descargan, y se depositan en el electrodo como elemento cobre. Los iones sulfato, al descargarse en el electrodo positivo, son inestables y combinan con el agua de la disolucin formando cido sulfrico y oxgeno. Esta descomposicin producida por una corriente elctrica se llama electrlisis.En todos los casos, la cantidad de material que se deposita en cada electrodo al pasar la corriente por un electrolito sigue la ley descubierta por el qumico fsico britnico Michael Faraday.Leyes de Faraday:Entre 1800-1830 Michael Faraday fsico y qumico ingls, realiz estudios cuantitativos referente a la relacin entre la cantidad de electricidad que pasa por una solucin y resultado de sus investigaciones las enuncio entre los aos 1833-1834 en las leyes que tienen su nombre.La primera ley de Faraday seala que la masa de una sustancia involucrada en la reaccin de cualquier electrodo es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que pasa por una solucin.

La segunda Ley, seala que las masas de las diferentes sustancias producidas por el paso de la misma cantidad de electricidad son directamente proporcionales a sus equivalentes en gramos.

Electrolito:Es toda sustancia inica que en solucin se descompone al pasar la corriente elctrica. Cuerpo que se somete a electrlisis. Los electrolitos son fuertes cuando dejan pasar fcilmente la corriente elctrica, pero cuando no lo hacen sino la dejan pasar dbilmente, esto es por contener pocos iones, es decir que no son fuertes.Electrodo:Componente de un circuito elctrico que conecta el cableado convencional del circuito a un medio conductor como un electrlito o un gas. En el caso ms cercano a la electrlisis; son conductores metlicos sumergidos en el electrolito.

II. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

Materiales1. 1 Gradilla con 6 tubos de ensayo1. 1 Tubo en U1. 1 Pipeta graduada de 10 mL. 1. 1 Matraz Erlenmeyer de 250 mL1. 1 Vaso de 250 mL1. 1 Bureta de 50 mL1. 1 Soporte universal1. 1 Pinza1. 1 Pisceta1. 1 Fuente de corriente de 0 a 20 V1. 2 Electrodos de carbn (de pila)1. 2 Enchufes y cable elctrico para conexiones.

Reactivos Alambre o chatarra de Cu Lamina de cobre puro de 15 X80 mm Viruta de cobre Acido sulfrico concentrado Acido clorhdrico 0.1 N Acido ntrico 3M Cloruro frrico 0.1 M Tetracloruro de carbono Indicador fenolftalena Indicador anaranjado de metilo Almidn.

Procedimiento:

Electrolisis del KI(aq) usando electrodos inertes

1. Llenamos el tubo en U con KI(aq) aproximadamente 1cm. abajo del nivel superior.

2. Instalar el equipo de electrolisis con electrodos inertes de grafito, conectndolo a una fuente de corriente continua de 12V. Dejamos unos 10 minutos aproximadamente y notamos la siguiente reaccin:

KI(aq) I2 + KOH + H2(g)nodoCtodo

nodo: 2I- I2 + 2e- (amarillo-mostaza)Ctodo: 2H+ + 2e- H2

3. Luego con ayuda de un gotero extraemos del Ctodo y del nodo lo formado despus de la electrolisis y repartimos en 2 tubos de ensayo para cada uno las cantidades de 1mL.

4. Al lado izquierdo tenemos los tubos con lo extrado del Ctodo, aadimos en uno de los dos tubos 2 gotas de fenolftalena, la coloracin se torna rojo grosella demostrando que el KOH es una sustancia bsica; y en el otro tubo se aaden 20 gotas de FeCl3 tomando un color ladrillo.5. A la derecha los tubos llenos de la solucin extrada del nodo, en el primer tubo se vierten 2 gotas de almidn, la sustancia toma un color oscuro por la presencia del I2, en el otro tubo se aaden de 10 a 20 gotas de CCl4 notndose 2 fases: arriba se encuentra el I2 de color amarillo, abajo el CCl4 de color rosado.

Electrolisis del CuS04(aq) con electrodos inertes de grafito

1. Agregar una cantidad suficiente de CuSO4 aproximandamente 1 cm antes del borde superior. Conectar el equipo de electrolisis a la corriente continua, proseguir con los pasos similar al caso anterior.

CuSO4(aq) Cu + O2 + H+ Ctodo nodo

2. Del nodo extraemos con el gotero 2mL. a dos tubos de ensayo (1mL. cada uno).

3. Procedemos a aadir a los tubos de ensayo 2 gotas de Anaranjado de metilo a uno, notamos que el color vara a un lila oscuro; al otro tubo se aaden 2 gotas de fenolftalena sin modificar su color ya que la solucin es de carcter cido.

4. Notamos la acumulacin de Cobre (Cu) en el Ctodo, luego colocar el electrodo en un vaso de precipitado, procedemos a echar 3 gotas de HNO3(CC).

Cu + HNO3 NO2 + Cu (NO3) + H2OCtodo con Cobre (Cu)

Purificacin del Cobre con electrodos activos

1. En un vaso de 250mL se agregan 100mL de solucin de sulfato de cobre 0.5M, luego agregar 1mL de H2SO4 para acelerar el proceso, luego se coloca 2 electrodos de cobre, funcionando como nodo el alambre, y como ctodo la lmina dentro del vaso con la solucin.

2. Conectar a la corriente continua por unos 10 minutos aproximadamente notndose que el alambre empieza burbujear es cuando el cobre empieza a migrar hacia la placa.

3. Luego desconectamos y observamos que en la placa se deposit Cu (99,97%), esta forma de purificacin se utiliza en las industrias y en el fondo del vaso quedaron impurezas.

III. CUESTIONARIO:

1. Escribir las ecuaciones de las semireacciones y las reacciones totales de los procesos primarios y secundarios que tiene lugar en los electrodos

Electrolisis del KI(aq)

KI(aq) I2 + H2 + KOH

En el nodo 2I- I2 + 2e- En el ctodo 2H2O + 2e- H2 + 2OH-

Electrolisis del CuSO4

CuSO4 + H2O 2Cu + O2 + 2H2SO4

En el ctodo 2Cu+ + 4e- 2CuEn el nodo 2H2O - 4e- O2 + 4H+

2. Qu productos se han formado, depositado y desprendido en los electrodos y que iones quedan presentes en las soluciones. Explique con ecuaciones?

EN LA SOLUCION DE KI:

En el ctodo 2H2O + 2e- H2 + 2OH- Se libera gas hidrogeno (H2)

En el nodo 2I- I2 + 2e- Se produce yodo (I2) gas oxigeno O2

EN LA SOLUCION DE CuSO4:

En el ctodo 2Cu+ + 4e- 2Cu Se forma cobre (Cu+)

En el nodo 2H2O - 4e- O2 + 4H+Se libera gas oxigeno O2

3. En las electrolisis de una solucin de CuSO4 que volumen de O2 (medido condiciones normales) es liberado en el nodo en el tiempo que trascurre para depositar sobre el ctodo 5,0 g de Cu?

Cu = 63.5 g Sabemos que los nmero de eq-g son iguales en toda la reaccin CuSO4 Cu + O2

# eq-g (Cu) = # eq-g (O2)

= W (Cu) W (O2) P.E. P.E.

= 5 X 63.5 8 2 X=1.26

Luego para el volumen a condiciones normales

1mol 22.4 L3.2 g 22.4 L1.26 g V a C. N.V(O2) = 0.882 L

4. Cul es la molaridad de H+ en la solucin despus de la electrolisis descrita en el problema anterior. El volumen final de la solucin es 300 mL?

Para la reaccin se tienen 4 moles de hidrogeno (H+) Volumen = 300ml

2H2O O2 + 4H+ + 4e-

Molaridad: M(H+) = #moles n 4 13.33 Molar Volumen V 0.3===

5. Si 250 mL. de CuCl2 0,2 N es electrolizado empleando de 3 A por 45 min. Cul es la concentracin final del Cl- y Cu++. Asumir que le volumen de la solucin no cambia durante el proceso?

Para la reaccin del CuCl2 se aplica la Ley de Faraday

1 Q m Eqg(Cu) 96500 coulumb 63.5gt / 2 3x45x60 masamasa = 2.67

n masa2.67 0.17 Molar V M x V 63.5 x 0.25====M

1 Q mEq g(Cl) 96500 coulumb 35.5 3x45x60 masamasa = 2.98

n masa2.98 0.34 Molar V M x V 35.5 x 0.25====M

IV. OBSERVACIONES:

Antes de comenzar verificar que se cuenta con los implementos necesarios. Lavar los materiales para evitar errores. Tener sumo cuidado al experimentar ya que trabajamos con corriente continua y podran haber percances. A medida que pasa el tiempo y con ayuda de la corriente en el tubo en U se observa una diferenciacin entre el nodo y el ctodo.

V. CONCLUSIONES:

BIBLIOGRAFIA

1. BROS, T Lemay .Qumica, la ciencia central 1998

1. Carrasco Venegas Luis ...Qumica experimental

1. Chang Raimond Qumica General

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Universidad Nacional Mayor de San MarcosPgina 14