UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA
DE MÉXICO
FACULTAD DE INGENIERÍA
CIENCIAS BÁSICAS
Practica 11
“ELECTROQUÍMICA. ELECTRÓLISIS DE
DISOLUCIONES ACUOSAS Y CONSTANTE DE
AVOGRADO”.
OBJETIVOS
EL ALUMNO:
1.- CONOCERA EL APARATO DE HOFFMAN PARA LA ELECTROLISIS DEL AGUA.
2.- DETERMINARA LA RELACION ENTRE EL NUMERO DE MOLES DE HIDROGENO Y EL
NUMERO DE MOLES DE OXIGENO EN LA MOLECULA D AGUA.
3.- CUANTIFICARA LA CARGA ELECTRICA GENERADA EN LA CUBA ELECTROLITICA, ASI
COMO LA MASA DE LAS SUSTANCIAS PRODUCIDAS EN LOS ELECTRODOS.
4.- DETERMINARA EXPERIMENTALMENTE EL VALOR DEL NUMERO DE AVOGRADO.
INTRODUCCION
EN LA CONDUCCION ELECTROLITICA, LA CARGA ELECTRICA ES TRANSPORTADA
POR IONES, Y NO OCURRIRA A MENOS QUE LOS IONES DEL ELECTROLITO PUEDAN
MOVERSE LIBREMENTE. LA CONDUCCION ELECTROLITICA SE DA PRINCIPALMENTE EN
LAS SALES FUNDIDAS Y EN DISOLUCIONES ACUOSAS DE ELECTROLITOS. AL CONTRARIO
DE UNA REACCION REDOX EXPONTANEA, QUE DA LUGAR A LA CONVERSION DE
ENERGIA QUIMICA EN ENERGIA ELECTRICA SE UTILIZA PARA PROVOCAR UNA REACCION
QUIMICA NO ESPONTANEA.
EL AGUA EN CONDICIONES NORMALES NO SE DISOCIA ESPONTANEAMENTE
PARA FORMAR HIDROGENO Y OXIGENO GASEOSOS, POR QUE EL CAMBIO DE ENERGIA
LIBRE ESTÁNDAR PARA LA REACCION ES UNA CANTIDAD GRANDE POSITIVA.
SIN EMBARGO, ESTA REACCION PUEDE INDUCIRSE AL LECTROLIZAR EL AGUA EN
UNA CUBA (APARATO DE HOFFMAN)ESTE APARATO CONSISTE EN LOS ELECTRODOS
HECHOS DE UN MATERIAL POCO REACTIVO, COMO EL PLATINO, SUMERGIDOSEN AGUA.
CUANDO LOS ELECTRODOS SE CONECTAN A UNA FUENTE DE ENERGIA ELECTRICA,
APARENTEMENTE NO SUCEDE NADA, POR QUE EN EL AGUA PURA NO EXISTEN LOS
SUFICIENTES IONES PARA TRANSPORTAR UNA CANTIDAD APRECIABLE DE CORRIENTE
ELECTRICA ( EL AGUA PURA CONTIENE CONCENTRACIONES DE 1X10 M DE IONES Y 1 X
10 M DE IONES OH).
EN EL LABORATORIO DE QUIMICA PUEDE LLEVARSE AL CABO LA ELECTROLISIS DE
DISOLUCIOES DE ACIDO SULFURICO, SULFATO DE POTASIO, SULFATO DE SODIO Y
CLORURO DE SODIO. EN ESTA PRACTICA SE UTILIZARA UNA DISOLUCION DE SULFATO
DE POTASIO 0.2 M.
EQUIPO Y MATERIAL
1)APARATO DE HOFFMAN CONSTITUIDO POR LOS ELEMENTOS SIGUIENTES:
UN SOPORTE DE VARILLA
UNA PLACA DE SUJECION CON ANILLO METALICO
UN CONTENEDOR DE VIDRIO DE 20 ML. CON MANGUERA DE Conexión
DOS ELECTRODOS DE PLATINO
DOS BURETAS DE VIDRIO DE 50 ML. CON LLAVE DE TEFLON, UNIDAS MEDIANTE UN TUBO
DE VIDRIO
2) UNA FUENTE DE BAJO VOLTAJE
3)UN MULTIMETRO DIGITAL WAVETEK
4) TRES CABLES DE CONEXIÓN BANANA-BANANA
REACTIVOS
A) 250 ML. DE DISOLUCION DE SULFATO DE POTASIO 0.2 M.
B) DISOLUCION INDICADORA DEFENOLFTALEINA
DESARROLLO
ACTIVIDAD 1.
EL PROFESOR VERIFICARA QUE LOS ALUMNOS POSEAN LOS CONOCIMIENTOS
TEORICOS NECESARIOS PARA LA REALIZACION DE LA PRACTICA Y EXPLICARA LOS
CUIDADOS QUE DEBEN TENERSE EN EL MANEJO DEL EQUIPO.
ACTIVIDAD 2.
PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR LA ELECTROLISIS DEL AGUA
EL PROCEDIMIENTO PARA LLEVAR A CABO LA ELECTROLISIS DEL AGUA COMPRENDE
LOS PUNTOS SIGUIENTES:
ARMADO DEL APARATO DE HOFFMAN
1.- ATORNILLE FIRMEMENTE LA VARILLA AL SOPORTE Y SUJETE LA PLACA DE SUJECION
A LA VARILLA.
2.- COLOQUE EL ANILLO METALICO EN LA PARTE POSTERIOR DE LA PLACA DE SUJECION
(ATORNILLE FIRMEMENTE).POSTERIORMENTE, AMBONE PRIMERO LA BURETA IZQUIERDA
EN EL SUJETADOR IZQUIERDO, VERIFICANDO QUE LA GRADUACION QUEDE AL FRENTE.
3.- EMBONE LA BURETA DERECHA EN LOS SUJETADORES RESTANTES, EPEZANDO POR
EL SUJETADOR SUPERIOR Y SUBA LAS BURETAS LO NECESARIO PARA PODER COLOCAR
LOS ELECTRODOS, VERIFICANDO QUE ESTOS QUEDEN BIEN SUJETOS Y LO MÁS
VERTICAL POSIBLE.
4.- CONECTE EL OTRO EXTREMO DE LA MANGUERA A LA ENTRADA QUE SE ENCUENTRA
ENTRE LAS DOS BURETAS, DE TAL MANERA QUE LA MANGUERA PASE POR EL FRENTE
DE ELLAS. EL SISTEMA EXPERIMENTAL CONSTITUIDO POR EL APARATO DE HOFFMAN, LA
FUENTE DE BAJO VOLTAJE, EL MULTIMTRO Y LOS CABLES DE CONEXIÓN, QUEDARA
ENSAMBLADO DE LA MANERA COMO SE MUESTRA EN LA SIGUIENTE FIGURA.
9.- UNA VEZ ENSAMBLADO EL DISPOSITIVO EXPERIMENTAL, ADICIONE LA DISOLUCION
DE SULFATO DE POTASIO EN EL CONTENEDOR. DICHA DISOLUCION DEBERA CONTENER
10 GOTAS DE UNA DISOLUCION DE FENOLFTALEINA, AL ADICIONAR, CUIDE QUE LAS
LLAVES DE AMBAS BURETAS ESTEN ABIERTAS.
10.- PARA LLENAR ADECUADAMENTE LAS BURETAS, SUBA EL CONTENEDOR HASTA QUE
EL NIVEL DEL LIQUIDO LLEGUE A 2 ML. . EN ESE MOMENTO CIERRE LAS LLAVES DE LAS
BURETAS.
PUESTA A PUNTO DEL DISPOSITIVO EXPERIMENTAL
1.- VERIFIQUE QUE LA FUENTE DE PODER SE ENCUENTRA APAGADA, CON TODAS LAS
PERILLAS EN LA LECTURA MINIMA IZQUIERDA Y EL BOTON SELECTOR HACIA FUERA
POSTERIORMENTE, CONECTE LA FUENTE.
2.- CONECTE LOS TRES CABLES BANANA-BANANA COMO SE MUESTRA EN LA FIGURA
ANTERIOR.
3.- PARA TOMAR LAS LECTURAS DE CORRIENTE EN EL MULTIMETRO DEBE OPRIMIR LOS
BOTONES SIGUIENTES: EL CUARTO DE IZQUIERDA A DERECHA SELECTOR DE AMPERES,
EL CUARTO DE DERECHA A IZQUIERDA ESCALA DE LECTURA DE 200 MA. Y EL PRIMERO
DE IZQUIERDA A DERECHA VALOR CUADRATICO PROMEDIO.
TOMA DE LECTURAS
1.- CON EL CRONOMETRO EN MANO, A LA VEZ QUE EMPIEZA A MEDIR EL TIEMPO,
AJÚSTELO MAS RAPIDO POSIBLE LA FUENTE A 15.00 MOVIENDO SIMULTANEAMENTE LAS
PERILLAS.
2.- EL SISTEMA DEBE PERMANECER EN CONTINUO FUNCIONAMIENTO DURANTE30-40
MINUTOS ANOTANDO CADA MINUTO EL VALOR DE CORRIENTE QUE SE OBSERVE EN EL
MULTIMETRO.
3.- UNA VEZ TRANSCURRIDO EL TIEMPO DESEADO, RECORRA LAS PERILLAS DE FUENTE
A LA MINIMA LECTURA Y ANOTE EL VALOR DE LOS MILILITROS DE DISOLUCION
DESPLAZADOS ESPERE A QUE NO SE TENGAN BURBUJAS).
APAGADO DEL EQUIPO
1.- PONGA TODOS LOS BOTONES DEL MULTIMETRO HACIA FUERA DESCONÉCTELO, POR
OTRO LADO, APAGUE LA FUENTE, DESCONECTELA Y DESCONECTE LOS CABLES
BANANA-BANANA.
2.- PARA MEZCLAR LA DISOLUCION, ABRA LAS LLAVES DE LAS BURETAS Y SUJETANDO
CON UNA MANO EL ANILLO METALICO, DESATORNILLELO, POSTERIORMENTE MEZCLE LA
DISOLUCION CON MOVIMIENTOS DE ASCENSO Y DESCENSO DEL CONTENEDOR.
NOTA: PROCURE QUE LA DISOLUCION QUEDE LO MAS HOMOGENEA POSIBLE.
ACTIVIDAD 3
EN EL APENDICE DE ESTA PRACTICA SE ENCUENTRA EN EL TRATAMIENTO TEORICO
PARA DETERMINAR LA MASA DE SUSTANCIA PRODUCIDA EN CADA UNO DE LOS
ELECTRODOS Y EL VALOR EXPERIMENTAL DEL NUMERO DE AVOGRADO.
APENDICE
ASPECTOS CUANTITATIVOS DE LA ELECTROLISIS
EL TRATAMIENTO CUANTITATIVO DE LA ELECTROLISIS FUE DESARROLLADO POR
FARADAY. ÉL OBSERVO QUE LA MASA DEL PRODUCTO FORMADO ( O REACTIVO
CONSUMIDO)EN EL ELECTRODO ERA PROPORCIONAL A LA CANTIDAD DE ELECTRICIDAD
EMPLEADA EN LA ELECTROLISIS.
POR EJEMPLO: SE REQUIEREN DOS MOLES DE e PARA PRODUCIR UNA MOL DE MG
METALICO Y TRES MOLES DE e PARA PRODUCIR UNA MOL DE AI METALICO.
Mg2+2e=Mg
AI3+3e-AI
Por lo tanto se requieren en cátodo:
2(F) para depositar 1 mol de Mg y.
3(F) para depositar 1 mol de AI
Donde F es el faraday, cuyo valor corresponde aproximadamente a 96 485.3 C.
EN UN EXPERIMENTO DE ELECTROLISIS GENERALMENTE SE MIDE LA CORRIENTE, EN
AQUE FLUYE POR LA CUBA ELECTROLITICA EN UN INTERVALO DE TIEMPO DADO. LA
RELACION ENTRE LA CARGA ELECTRICA, EN COULOMBIS(C), Y LA CORRIENTE ES:
A ( C)= 1(A)X1(S)
UN COULOMBIO ES LA CANTIDAD DE CARGA ELECTRICA QUE PASA EN CUALQUIER
PUNTO DEL CIRCUITO EN UN SEGUNDO CUANDO LA CORRIENTE ES UN AMPERIO.
DETERMINACION DE CANTIDADES DE MASA PRODUCIDA
EL SIGUIENTE EJEMPLO MUESTRA COMO SE PUEDE REALIZARSE LOS CALCULOS DE LAS
CANTIDADES DE SUSNTANCIAS PRODUCIDAS EN LA ELECTROLISIS DEL AGUA.
SE HACE PASAR UNA CORRIENTE DE O.5 (A) DURANTE 0.5 (h) A TRAVES DE UNA CUBA
ELECTROLITICA QUE CONTIENE UNA DISOLUCION DE ACIDO SULFURICO 0.02
(M).ESCRIBA LAS REACCIONES QUE SE LLEVEN A CABO EN CADA UNO DE LOS
ELECTRODOS Y CALCULE LA CANTIDAD DE PRODUCTOS (EN GRAMOS) FORMADA EN
LOS ELECTRODOS.
RESPUESTA: EL PROCESO EN EL ANODO ES
2H2 O(l)-O2(g)+4H+(ac)+4eMIENTRAS QUE EN EL CATODO SE TIENE
4H+(ac)+4E---2H 2(g)
LA REACCION GLOBAL ESTA DADA POR:
ANODO (OXIDACION) 2H2 O(l)---O2(g)+4H+(ad)+4e-
CATODO (REDUCCION) 4H+(AC)+4E---2h2G
REACCION GLOBAL
2H2O(l)---2h2(g)+O2(g)
LAS CATNIDADES DE H2 Y DE O2 GASEOSOS FORMADAS DEPENDEN DEL NUMERO DE
ELECTRONES QUE PASAN A TRAVES DE LA CUBA ELECTROLITICA QUE, A SU VEZ,
DEPENDEN DE LA CORRIENTE Y EL TIEMPO.
¿©=0.5(A)X0.5(h)x3,600(s)x1(C)=900 c
1(H)
1(A.s)
YA QUE 1 F=96500©, SE REQUIEREN 4 (F) PARA PRODUCIR 2 MOL DE H2 LA MASA DEL H2
FORMADO EN EL CATODO SE CALCULA DE LA FORMA SIGUIENTE:
(g)H2=900©X1(f)X2 (mol)H2x2(g)H2=9.3264x103(g)H2
96500( c)4(f) 1(mol)h2
LA REACCION EN EL ANODO INDICA QUE SE PRODUCE 1 MOL DE O2 POR CADA 4 ( F),
POR LO TANTO, LA MASA DE O2 PRODUCIDA ES:
(g) O2=900 © x 1(F) x 1 (mol)O2 X32 (g) O2=74.6114X10-3(g)O2
96500 ( C) 4 (F) 1 (MOL)O2
DETERMINACION DEL NUMERO DE AVOGRADO
PARA DETERMINAR EL VALOR DE LA CONSTANTE DE AVOGRADO, SE CONSIDERA LA
ACUACION CONCERNIENTE A LA PRODUCCION DE HIDROGENO GASEOSO EN LA
ELECTROLISIS DEL AGUA:
2H+(ac) +2 e___H2g
2 moles de iones 2 moles de electrones 1 mol de moléculas
ESTO DEMUESTRA QUE SE REQUIEREN 2 MOLES DE ELECTRONES PARA GENERAR 1
MOL DE HIDROGENO GASEOSO.
PARA ENCONTRAR ÉL NUMERO DE MOLES DE HIDROGENO GASEOSO (N), SE EMPLEA LA
ECUACION DEL GAS IDEAL
P.V=n.R.T
N= P.V.
R.T.
POR LO TANTO ÉL NUMERO DE MOLES DE ELECTRONES EMPLEADOS SERIA 2 N.
PARA DETERMINAR LA PRESION A LA CUAL SE ENCUENTRA ÉL HIDROGENO GASOSO
GENERADO, SE EMPLEA LA RELACION SIGUIENTE:
P=(B h-Ph2o)TORR
13.6
DONDE
B=PRESION AMBIENTE
H
13.6PRESIÓN DEL HIDROGENO EN (TORR)(presión en (mm) H 2O DADA POR LA DIFERENCIA
DE ALTURAS DE AGUA).
P AGUA=PRESION DE VAPOR DEL AGUA EN (TORR) A LA TEMPERATURA DE TRABAJO.
V=VOLUMEN DE HIDROGENO EN (DM3) O (L).
T=TEMPERATURA DEL GAS EN(K).
R=CONSTANTE DE LOS GASES IDEALES, 0.082(Latm)/(mol.k)
PARA ENCONTRAR ÉL NUMERO DE ELECTRONES EMPLEADOS (Z) SE EMPLEA LA
EXPRESION SIGUIENTE:
Z=DURACION DEL EXPERIMENTO SEG.(S)X CORRIENTE EN AMPERIOS(A)
E
DONDE e=CARGA ELEMENTALCUYO VALOR ES 1.602177X10-19(C/e-) DE AQUÍ QUE LA
CONSTANTE DE AVOGADRO SEA IGUAL A:
NA=Z/2n
A CONTINUACION, SE DA UN EJEMPLO DE CÓMO REALIZAR LOS CALCULOS, CON DATOS
OBTENIDOS EXPERIMENTALMENTE, PARA DETERMINAR EL VALOR DE LA CONSTANTE DE
AVOGADRO.
DATOS EXPERIMENTALES:
PRESION AMBIENTE (B)=580 (TORR)
DIFERENCIA DE ALTURAS DEL AGUA =359 (mm)H2O
VOLUMEN DE HIDROGENO COLECTADO=0.0434(dm 3)
TEMPERATURA PROMEDIO DEL AGUA=24( c)
PRESION DE VAPOR DEL AGUA A 24 0C=22.4 (TORR)
CORRIENTE =0.096(A)
TIEMPO=60(MIN)
CALCULOS:
P=761(TORR)(359(mmH2O)X1(TORR)-224(TORR)=765(TORR)
13.6(mmH2O)
N=H2=P.V=765(TORRX1 (atm)x0.0434(L)
R.T.
760 (TORR)
0.082(L.atm)x24+273.15)K
MOL.K
Moles de electrones =1.79x10-3(moles) de H2X 2 (moles ) de e-=3.59x10-3moles de e1(moles) de H2
numero de electrones=0.096 (A)X60 (MIN)X60 (S)X1(C)X1(ELECTRON)=2.16x1021(elec.)
1(min)
1(A.s) 1.60x10-19(c )
numero de electrones =2.16x1021(electrones)=6.02x1023 (electrones)
moles de electrones 3.59x10-3(mol) DE e(MOL)
LECTURAS
TIEMPO C/2
18
20
22
24
26
28
30
VOLUMEN (mm) 7.5 = 0+
VOLUMEN (mm) 16 = H+
81.93
82.62
82.8
83.57
84.06
84.77
85.11
86.23