ELECTROQUIMICA

ELECTROQUIMICAEAP.Ingenieria Geolgica

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSUniversidad del Per, DECANA DE AMRICA

LUN-17Hr-F.Q.B-A

FACULTAD DE INGENERA GEOLGICA, MINERA, METALRGICA Y GEOGRFICAE.A.P. INGENERA GEOLGICALaboratorio de FisicoqumicaELECTROQUIMICA

PROFESOR: Ing. Francisco Torres Daz

INTEGRANTES: Araceli Rojas Bravo Laura Rojas Perea GRUPO: A

TURNO: LUN-17Hr

FECHA DE PRCTICA: 08 de junio de 2015

FECHA DE ENTREGA: 15 de junio de 2015

NDICE

I.- Resumen 3II.- Introduccin 4III.- Fundamentos tericos 5IV.- Procedimiento experimental 9V.- Tablas de datos y resultados 11VI.- Clculos 12VII.- Anlisis y discusin de resultados 14VIII.- Conclusiones 15IX.- Recomendaciones 15X.- Bibliografa 16XI.- Cuestionario 17

I. RESUMEN

El objetivo esta prctica es estudiar la ecuacin de Nernst aplicada a la celda electroqumica (Zn/Zn+2 (0.1M) // Cu+2 (0.1M) /Cu ),a diferentes concentraciones as como el estudio de la ley de Faraday para electrolisis del agua.

Las condiciones de laboratorio en la que se trabajo fueron temperatura: 22C, presin 756 mmHg, humedad relativa 98%.

Para el caso de la ecuacin de Nernst los potenciales obtenidos fueron:1.09v ([Zn+2] = 0.1M y [Cu+2] = 0.1M), 1.04v ([Zn+2] = 0.1M y [Cu+2] = 0.01M) y 1.05v ([Zn+2] = 0.1M y [Cu+2] = 0.001M); y el error en cada caso fue de 0.91 %,3.16 % y 0.76% respectivamente.

Para el caso de la celda electroltica la masa experimental fue 1.232x10-3 g de Hidrogeno y el porcetaje de error fue 57.51%.

De lo anterior se puede concluir que en una celda galvnica a menos concentracin de una de las soluciones el potencial ser menor y en el caso de la celda electroltica a mas amperaje la masa obtenida ser mayor.

II. INTRODUCCION

La energa elctrica es una de las formas de energa de mayor importancia prctica para la vida contempornea. Un da sin energa elctrica, ya sea por fallas de la compaa que suministra la luz o por falta de bateras, es inconcebible en nuestra sociedad tecnolgica. El rea de la qumica que estudia la conversin entre la energa elctrica y la energa qumica es la electroqumica. Los procesos electroqumicos son reacciones redox en donde la energa liberada por una reaccin espontnea se transforma en electricidad, o la electricidad se utiliza para inducir una reaccin qumica no espontnea. A este ltimo proceso se le conoce como electrlisisLa descomposicin electroltica es la base de un gran nmero de procesos de extraccin y fabricacin muy importantes en la industria moderna. La sosa custica (un producto qumico importante para la fabricacin de papel, rayn y pelcula fotogrfica) se produce por la electrlisis de una disolucin de sal comn en agua. La reaccin produce cloro y sodio. El sodio reacciona a su vez con el agua de la pila electroltica produciendo sosa custica. El cloro obtenido se utiliza en la fabricacin de pasta de madera y papel.Una aplicacin industrial importante de la electrlisis es el horno elctrico, que se utiliza para fabricar aluminio, magnesio y sodio. En este horno, se calienta una carga de sales metlicas hasta que se funde y se ioniza. A continuacin, se deposita el metal electrolticamente.Los mtodos electrolticos se utilizan tambin para refinar el plomo, el estao, el cobre, el oro y la plata. La ventaja de extraer o refinar metales por procesos electrolticos es que el metal depositado es de gran pureza. La galvanotcnia, otra aplicacin industrial electroltica, se usa para depositar pelculas de metales preciosos en metales base. Tambin se utiliza para depositar metales y aleaciones en piezas metlicas que precisen un recubrimiento resistente y duradero. La electroqumica ha avanzado recientemente desarrollando nuevas tcnicas para colocar capas de material sobre los electrodos, aumentando as su eficacia y resistencia.

III. FUNDAMENTO TEORICO

Electroqumica Electroqumica es una rama de la qumica que estudia la transformacin entre la energa elctrica y la energa qumica. En otras palabras, las reacciones qumicas que se dan en la interfase de un conductor elctrico (llamado electrodo, que puede ser un metal o un semiconductor) y un conductor inico (el electrolito) pudiendo ser una disolucin y en algunos casos especiales, un slido.Si una reaccin qumica es conducida mediante un voltaje aplicado externamente, se hace referencia a una electrlisis, en cambio, si el voltaje o cada de potencial elctrico, es creado como consecuencia de la reaccin qumica , se conoce como un "acumulador de energa elctrica", tambin llamado batera o celda galvnica.Las reacciones qumicas donde se produce una transferencia de electrones entre molculas se conocen como reacciones redox, y su importancia en la electroqumica es vital, pues mediante este tipo de reacciones se llevan a cabo los procesos que generan electricidad o en caso contrario, es producido como consecuencia de ella.En general, la electroqumica se encarga de estudiar las situaciones donde se dan reacciones de oxidacin y reduccin encontrndose separadas, fsicamente o temporalmente, se encuentran en un entorno conectado a un circuito elctrico. Esto ltimo es motivo de estudio de la qumica analtica, en una subdisciplina conocida como anlisis potenciometrito.

Corriente elctrica y movimiento de iones

Estequiometra de la electrolisisLas relaciones cunticas entre electricidad y cambio qumico fueron descritas originalmente por Michael Faraday en 1832 y 1833. El trabajo de Faraday se conoce mejor por la referencia a las medias reacciones que ocurren durante la electrlisis. El cambio en el ctodo durante la electrlisis del cloruro de sodio fundido:Na+ + e- -> Na

Celdas galvnicas, voltaicas o pilas Funcionan espontneamente. Utiliza una reaccin qumica para realizar trabajo elctrico. Funcionamiento: Ejemplo: Pila Zn(s) /Zn+2(a M) // Cu+2(b M) /Cu (s)nodo (-): Oxidacin: Zn(s) Zn2+(ac) + 2e-Ctodo (+): Reduccin: Cu2+(ac) + 2e- Cu(s)Puente salino o tapn poroso: flujo de iones.Los electrones se mueven a travs del circuito externo desde el lugar de la oxidacin (nodo) hacia el sitio de la reduccin (ctodo).Aniones

Celda electrolticaUna celda electroltica consta de un lquido conductor llamado electroltico adems de dos electrodos de composicin similar. La celda como tal no sirve como fuente de energa elctrica, pero puede conducir corriente desde una fuente externa denominada accin electroltica. Se usa en electro deposicin, electro formacin, produccin de gases y realizacin de muchos procedimientos industriales, un ejemplo es la refinacin de metales. Siendo la cantidad producida de cualquier sustancia proporcional a la cantidad de electricidad que atraviesas la celda. Esta relacin fue descubierta por Michel Faraday y resumida en lo siguiente: 96500 coulombs de electricidad producen un equivalente gramo de determinada sustancia en cada electrodo. Segn faraday:

M = (PE) I t96500CSi debido al flujo de la corriente los electrodos se tornan desiguales, es posible que ocurra una accin voltaica.

Una celda electroltica se produce una reaccin de descomposicin en base a los electrones que circulan por la solucin electroltica.Unacelda voltaica se produce una reaccin y como consecuencia de esa reaccin se liberan electrones producindose una diferencia de potencial (generas corriente elctrica).

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Ecuacin de Nernst Preparamos en fiolas diferentes 250mL de las soluciones CuSO4 0.01M y 0.001M. Luego vertimos 200 mL de ZnSO4 0.1 M en un vaso de precipitados y hicimos lo mismo con la solucin CuSO4 0.1M y lo conectamos dichos vasos con el puente salino. Seguidamente lijamos las 2 lminas metlicas y las enjuagamos con agua destilada. Luego conectamos el cordn elctrico negro en COM y el rojo en v del multmetro. Luego el otro extremo del cordn negro lo conectamos con la lamina se Zn y al rojo con la lamina de Cu, y lo introducimos en sus respectivas soluciones tratando que estas no hagan contacto con las pinzas. Luego giramos la perilla del multmetro hasta 2V en DCV y se encendi el aparato. Luego dejamos que la lectura se estabilice y anotamos. Repetimos el procedimiento para soluciones de CuSO4 0.01M y CuSO4 0.001M.

Ley de Faraday Primero se verti 200 mL de solucin de NaOH 4N en un vaso de 250mL. Luego conectamos la bureta con el tubo con salida lateral y manteniendo abierto el conducto que conecta con el ambiente se procedi a nivelar el volumen de agua en la bureta en cero subiendo o bajando la pera de decantacin del gasmetro. Luego introducimos un electrodo de acero inoxidable con el tubo con salida lateral (ctodo) en el vaso que contiene la solucin de hidrxido de sodio hasta aproximadamente 1 cm. del fondo del mismo. Seguidamente instalo el otro electrodo de acero (nodo) al mismo nivel que el anterior. Luego conectamos el Terminal negativo de la fuente de corriente con el ctodo y el Terminal positivo con el nodo. Luego graduamos 0.2 A en la fuente de corriente continua. Luego de encender la fuente dejamos pasar unos 2 minutos antes de comenzar el experimento para que el hidrogeno desplace todo el aire. Luego cerramos el conducto que conecta con el ambiente y al mismo tiempo se puso en marcha el cronometro y controlamos el tiempo que demora en producir 20mL de hidrogeno. Durante todo este tiempo se mantuvo el nivel del agua dentro de la bureta igual al nivel de agua dentro de la pera de decantacin. Apuntamos los resultados.

V. TABLA DE DATOS Y RESULTADOS

a) Condiciones de laboratorio

Presin (mmHg)756

Temperatura22

%Humedad Relativa98

b) Celda galvanica

Concentracin de [Zn+2]Concentracin de [Cu+2]Potenciales tericosPotenciales experimentales

0.1 M0.1 M1.1v1.09 v

0.1 M0.01 M1.071 v1.04v

0.1 M0.001 M 1.042v1.05 v

c) Celda electroltica

I(A)V H2 (mL)t(s)T(C)T(K)

0.615.046822295

d) Porcentajes de error en la celda galvnica

Potenciales tericosPotenciales experimentales% Error

1.1 v1.09 v0.91

1.074 v1.04v3.16

1. 042v1.05v0.76

e) Porcentajes de error en la celda electroltica

Masa de H2 tericos (g)Masa de H2 experimentales (g)% Error

1.232x10-3 g

VI. CALCULOS

a) Mediante la Ec. De Nernst calcule el potencial de celda para cada par de soluciones.

Ecuacin de Nernst

T = 25C=298KR = 8.314 Jmol/Kn = 2F = 96500 C

Potenciales tericos

Para [Zn+2] = 0.1M y [Cu+2] = 0.1M

E(V)=1.1v

Para [Zn+2] = 0.1M y [Cu+2] = 0.01M

E(V)=1.074v

Para [Zn+2] = 0.1M y [Cu+2] = 0.001M

E(V)=1.042 v

Calculo de porcentaje de error

Para [Zn+2] = 0.1M y [Cu+2] = 0.1M

%Error= 0.091%

Para [Zn+2] = 0.1M y [Cu+2] = 0.01M

%Error= 3.16%

Para [Zn+2] = 0.1M y [Cu+2] = 0.001M

%Error= 0.76%

b) Utilizando la ley de Faraday calcule la cantidad en gramos de hidrogeno liberado en el ctodo y comprelo con el obtenido experimentalmente.

Sea:

Donde:M = masa de sustanciaPE. = peso equivalente de sustanciaI = amperiot = tiempo en segundos.-Para nuestra experiencia:

t = 468 segundos.

de hidrogenoSegn nuestra experiencia se produjo 15 mL de hidrogeno:

Sabemos:

PV=RTn

Ademas:

P=756mmHgT=22C=295K

=2 g/molV=15mL=0.015 LR=62.4mmHg-L/mol-K

Reemplazando:mexp=1.232x10-3 g de Hidrogeno

Calculo de porcentaje de error

VII. ANLISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS

En la primera parte del experimento (ecuacin de Nerst) obtuvimos los potenciales tericos utilizando las ecuaciones de Nerst, al compararlos con los potenciales experimentales obtuvimos errores muy pequeos: 0.91 %,3.16 % y 0.76% , esto se debi travs a la precisin del voltmetro, a las concentraciones exactas de los sulfatos y tambin q lijamos bien las laminas de zinc y de cobre, en fin cumplimos con el cuidado necesario para el experimento.

En el experimento de la ley de Faraday (celda electroltica) obtuvimos un error bastante grande , el error se puedo haber producido por que en los clculos no se tomo en cuenta la presin de vapor. Tambin por la graduacin del amperaje pudo no haber sido exacta, o por un error en la medicin del tiempo.

VIII. CONCLUSIONES

La celda galvnica esta basada en la oxidacin - reduccin donde se produce un cambio en los #s de oxidacin de las sustancias, esta reaccin produce un diferencial de potencial lo generando corriente elctrica. Los electrones tienen que fluir por el circuito externo desde el electrodo negativo al positivo. En el electrodo negativo tiene lugar la oxidacin y la reduccin se verifica en el electrodo positivo. Esto es lo q genera la corriente elctrica. La diferencia de potencial vara d forma directa con la concentracin. El uso del puente salino es importante pues conecta las 2 soluciones, evitando su mezcla. La masa desprendida en un electrodo de una solucin es proporcional a la cantidad de electricidad que est pasando

IX. RECOMENDACIONES

Lavar bien los recipientes a utilizar par as evitar variaciones en la concentraciones o quitarle pureza a las sustancias. En el proceso de la celda electroltica hay que tener cuidado de conectar los cables positivo y negativo de la fuente en sus respectivos lugares ya que de producirse este error el experimento estara completamente errado. Trabajar con las manos secas en todo momento.

X. BIBLIOGRAFIA

http://es.wikipedia.org/wiki/Electroqu%C3%ADmica

http://www.electronica2000.info/2008/01/04/celda-electrolitica/

http://es.wikipedia.org/wiki/Electrolito

http://docencia.udea.edu.co/cen/electroquimicaII/sistemas/sistemas_4.php?t=

XII. CUESTIONARIO Describa un ejemplo en detalle del diagrama de una celda electroquimica. La pila de Daniell es la pila primaria representada en el sig: diagrama:ZnI Zn++II Cu++I |Cuel electrodo de cobre es el polo positivo y el de cinc es el negativo, la reaccin en conjunto es una de desplazamiento; el cinc desplaza el ion cuprico.Zn + Cu++ -->Zn(++) +Cu.si las concentracin de los iones en cada semi pila es molar, la FEM de la pila es la diferencia entre los potenciales normales de los electrodos:potencial del Cu Potencial del Zn+0.34 - (-0.76) = 1.1 voltiosEl voltaje de la pila de daniell puede aumentarse usando soluciones ms diluidas de iones cinc y ms concentradas de iones cpricos, esto es, haciendo ms negativo el potencial del electrodo negativo (Zn) y ms `positivo el potencial del electrodo positivo (Cu).

Mediante un ejemplo describa la importancia de la segunda ley de Faraday.Segunda ley: Si una cantidad de electricidad atraviesa distintoselectrolitos ,las masas de las sustancias depositadas durante la electrlisis son proporcionales a los respectivos equivalentes qumicos.m1/m2= E1/E2Elequivalente qumico de un elemento en un compuesto dado es la relacin entre la masa de un mol de tomos del elemento y el n de oxidacin con que acta en el compuesto.Eq= masa/nde oxidacin Ejemplo: calcular el equivalente qumico del calcio en el xido de calcioCaO, del cobre en el sulfato de cobre (II) (CuSO4) y del hidrgeno en el agua.Eq(Ca)= 40 gramos/2=20gEq(Cu) = 63,5g/2= 31,75gEq(H)= 1g/1=1g

A travs de una solucin de cloruro deCU(II) se hace circular una corriente de 2,5A durante 15 minutos . Cul ser la masa de cobre depositada?m=e(Cu)Ite(Cu)= masa/F n de oxidacin63,5g/ 96500 Cx2Masa= 63,5g/ 96500 Cx2.2,5Ampere900segAmpere=C/segMasa =074g

Describa el funcionamiento del electrodo estandar del hidrogeno EEH. Unelectrodo estndar de hidrgenotambin llamadoelectrodo normal de hidrgenoes unelectrodoredoxque forma la base de latabla estndar de potenciales de electrodos. Su potencial absoluto se estima en 4.40 0.02 V a 25C, pero para realizar una base de comparacin con cualquier otra reaccin electroltica, el potencial electroltico delhidrgeno(E0) se fija como 0 en todas las temperaturas.1Los potenciales de cualquier otro electrodo se compara con el estndar a la misma temperatura.El electrodo de hidrgeno se basa en la semiceldaredox:2H+(aq) + 2e- H2(g)Esta reaccin de oxidacin-reduccin ocurre en un electrodo deplatino.El electrodo es sumergido en una solucin cida y se bombea hidrgeno gaseoso a travs de l. La concentracin de formas oxidadas y reducidas se mantiene como una unidad. Esto implica que la presin de hidrgeno gaseoso es igual a 1bary la concentracin de hidrgeno en la solucin es 1mol.

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