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• Yenifer Díaz Chala

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Principios de química G06 – Taller procesos electrolíticos Díaz Chala, Yenifer Alejandra 1007760648 [email protected]

1. Determine qué productos se obtienen en el ánodo y en el cátodo cuando se lleva cabo la electrolisis de: a) MgCl2 b) MgCl2 en solución acuosa

a) Á𝑛𝑜𝑑𝑜 (+) 2𝐶𝑙 − → 𝐶𝑙2(𝑔) + 2𝑒 − 𝐶á𝑡𝑜𝑑𝑜 (−) 𝑀𝑔+2 + 2𝑒 − → 𝑀𝑔(𝑠) 2𝐶𝑙 − + 𝑀𝑔+2 → 𝐶𝑙2(𝑔) + 𝑀𝑔(𝑠) b) 𝑀𝑔+2 + 2𝑒 − → 𝑀𝑔(𝑠) 𝐸° = −2.37 𝑉 − − 2𝐻2 𝑂 + 2𝑒 → 𝐻2(𝑔) + 2𝑂𝐻(𝑎𝑐) 𝐸° = −0.83 𝑉 Por lo tanto, el que el agua es el que se reduce. Á𝑛𝑜𝑑𝑜: 2𝐶𝑙 − → 𝐶𝑙2(𝑔) + 2𝑒 − − 𝐶á𝑡𝑜𝑑𝑜: 2𝐻2 𝑂 + 2𝑒 − → 𝐻2(𝑔) + 2𝑂𝐻(𝑎𝑐) − 2𝐶𝑙 − + 2𝐻2 𝑂 → 𝐶𝑙2(𝑔) + 𝐻2(𝑔) + 2𝑂𝐻(𝑎𝑐) 2. Cuantos L de Cl2 gaseoso mediciones a condiciones normales se podrán obtener por la electrolisis de NaCl en solución acuosa aplicando una corriente 6 Amperios durante 2.5 horas? ¿Cuántos gramos de NaOH se obtendrán durante este proceso? 𝐶𝑜𝑛𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙𝑒𝑠: 𝐼 = 6.0 𝐴

𝑃 = 1 𝑎𝑡𝑚 𝑡 = 2.50 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠

𝑇 = 273.15 𝐾 𝐶𝑜𝑛𝑠. 𝐹𝑎𝑟𝑎𝑑𝑎𝑦 = 96500 𝐶 𝑀 ×𝐼×𝑡

𝑚(𝑔) = 𝑛° 𝑒𝑒𝑞 − ×96500

𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 2𝐶𝑙 − → 𝐶𝑙2(𝑔) + 2𝑒 − + 𝑁𝑎(𝑎𝑐) + 𝑒 − → 𝑁𝑎(𝑠) 𝐸° = −2.71 𝑉 − − 2𝐻2 𝑂 + 2𝑒 → 𝐻2(𝑔) + 2𝑂𝐻(𝑎𝑐) 𝐸° = −0.83 𝑉 − − 2𝐶𝑙 + 2𝐻2 𝑂 → 𝐶𝑙2(𝑔) + 𝐻2(𝑔) + 2𝑂𝐻(𝑎𝑐) 3600 𝑠

2.50 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 × 1 ℎ𝑜𝑟𝑎 = 9.00 × 103 𝑠 𝑚(𝑔) =

35.45 𝑔×6.0 𝐴×(9.00×103 𝑠)

9.92 𝑔 𝐶𝑙2 ×

𝑉=

𝑚(𝑔) = 9.92 𝑔 𝐶𝑙2

2×96500 𝐶 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑙2 70.90 𝑔 𝐶𝑙2

0.140 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑙2 ×0.082

= 0.140 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑙2

𝑎𝑡𝑚×𝐿 ×273.15 𝐾 𝑚𝑜𝑙×𝐾

𝑄 = 6.0 𝐴 × (9.0 × 103 𝑠)

𝑄 =𝐼×𝑡 5.4 × 104 𝐶 ×

𝑉 = 3.13 𝐿 𝐶𝑙2

1 𝑎𝑡𝑚

1 𝑚𝑜𝑙 𝑒 − 96500 𝐶

×

2 𝑚𝑜𝑙 𝑂𝐻 − 2 𝑚𝑜𝑙 𝑒 −

×

1 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎𝑂𝐻 1 𝑚𝑜𝑙 𝑂𝐻

×

40.0 𝑔 𝑁𝑎𝑂𝐻 1 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎𝑂𝐻

= 2.2 × 10 𝑔 𝑁𝑎𝑂𝐻

𝑄 = 5.4 × 104 𝐶

3. Calcule la carga eléctrica que debe hacerse pasar a través de una solución acuosa de CrO4 -2 acuoso para depositar una película de 0.2 mm de espesor sobre un objeto metálico de área 0.50 m2. La densidad del Cr (s) es 7.2 g/cm3? ¿Qué intensidad de corriente se requiere para que el proceso se realice en 10 segundos??? ¿Cuál es la energía eléctrica requerida en Julios y en KWh si la diferencia de potencial es 3V??

𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑝𝑒𝑙í𝑐𝑢𝑙𝑎 = 0.2 𝑚𝑚 𝑔 𝑑𝐶𝑟(𝑠) = 7.2 𝑐𝑚3 𝐹 = 96500 𝐶 𝑄 = 𝑛×𝐹 𝐸𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 𝐸 0 × 𝑞

Á𝑟𝑒𝑎 𝑜𝑏𝑗. 𝑀𝑒𝑡á𝑙𝑖𝑐𝑜 = 0.50 𝑚2 𝑡 = 10.0 𝑠 𝐸 0 = 3.0 𝑉 𝑄 =𝐼×𝑡

1 𝑐𝑚 = 0.02 𝑐𝑚 10 𝑚𝑚 1000 𝑐𝑚2 0.50 𝑚2 × = 500 𝑐𝑚2 1 𝑚2 2 3

0.2 𝑚𝑚 ×

0.02 𝑐𝑚 × 500 𝑐𝑚 = 10 𝑐𝑚 𝑔

𝑚𝐶𝑟 (𝑔) = 7.2 𝑐𝑚3 × 10𝑐𝑚3 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑟

72 𝑔𝐶𝑟 × 52.0 𝑔

𝐶𝑟

𝑚𝐶𝑟 (𝑔) = 72 𝑔

= 1.4 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑟 𝐶

𝑄 = 1.4 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑟 × 96500 𝑚𝑜𝑙

𝑄 = 135100 𝐶

135100 𝐶 = 𝐼 × 10.0 𝑠 𝐼=

135100 𝐶 10.0 𝑠

𝐼 = 13510 𝐴

𝐸𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 3.0 𝑉 × 135100 𝐶 405300 𝐽 ×

1𝑊 1𝐽

𝐸𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 405300 𝐽

1 𝑘𝑊

× 1000 𝑊 = 405.3 𝑘𝑊

4. Cuantos Coulomb se deben hacer pasar a través de una solución que contiene iones Ni+2 (ac) para depositar 1 gramo Ni(s) aplicando un potencial de 2,61V. Calcule la energía eléctrica requerida en Julios y en KWh?? 𝑚𝑁𝑖(𝑠) (𝑔) = 1.00 𝑔

𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 = 2.61 𝑉

𝐹 = 96500 𝐶 𝐸𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 𝐸 0 × 𝑞

𝑞 =𝑛×𝐹

+2 𝑁 𝑖(𝑎𝑐) + 2𝑒 − → 𝑁𝑖(𝑠)

1.00 𝑔𝑁𝑖 ×

2 𝑚𝑜𝑙 𝑒 − 58.7 𝑔𝑁𝑖

= 0.0341 𝑚𝑜𝑙 𝑒 −

𝑞 = 0.0341 𝑚𝑜𝑙 𝑒 − × 96500 𝐶

𝑞 = 3.3 × 103 𝐶

𝐸𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 2.61 𝑉 × (3.3 × 103 𝐶)

𝐸𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 8.6 × 103 𝐽

8.6 × 103 𝐽 ×

1𝑊 1𝐽

1 𝑘𝑊

× 1000 𝑊 = 8.6 𝑘𝑊

5. Se electrolizan durante 40 min una solución acuosa de una sal desconocida de Cromo, aplicando una corriente de 6 amperios. Si en el cátodo se depositan 1.301 gramos de Cr (s), calcule el número de oxidación del ion cromo en solución.

𝑡 = 40.0 𝑚𝑖𝑛

𝐼 =6𝐴

𝑚𝑐á𝑡𝑜𝑑𝑜 (𝑔) = 1.301 𝑔𝐶𝑟(𝑠)

𝑀𝑒𝑞 (𝐶𝑟) = 52.0 𝑒𝑞

𝑔

𝑀𝑒𝑞 ×𝐼×𝑡

𝑚(𝑔) = 𝑛° 𝑒 −×96500

60 𝑠

40.0 𝑚𝑖𝑛 × 1 𝑚𝑖𝑛 = 2.40 × 103 𝑠 1.301 𝑔𝐶𝑟(𝑠) = 𝑛° 𝑒 − =

52.0 𝑔×6 𝐴×(2.40×103 𝑠) 𝑛° 𝑒 − ×96500 𝐶

52.0 𝑔×6 𝐴×2400 𝑠 1.301 𝑔×96500 𝐶

𝑛° 𝑒 − = 6 𝑒 −

6. Se hace circular una corriente de 3Amperios durante 90 min a través de una solución acuosa de un metal desconocida. Si en el cátodo se depositan 5.335 gramos de dicho metal, calcule el peso equivalente. 𝐼 = 3.0 𝐴

𝑡 = 90.0 𝑚𝑖𝑛

𝑚𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 (𝑔) = 5.335 𝑔 𝑚(𝑔) =

𝑀𝑒𝑞 ×𝐼×𝑡 96500

90.0 𝑚𝑖𝑛 × 5.335 𝑔 =

60 𝑠 1 𝑚𝑖𝑛

= 5.40 × 103 𝑠

𝑀𝑒𝑞 ×3.0 𝐴×(5.40×103 𝑠) 96500 𝐶

5.335 𝑔×96500 𝐶

𝑀𝑒𝑞 = 3.0 𝐴×(5.40×103 𝑠)

𝑔

𝑀𝑒𝑞 = 3.2 × 10 𝑒𝑞

7. Un metal A forma el óxido de formula AO. Si una cierta cantidad de electricidad deposita 0.862 gramos de plata y 0.321 gramos de A. Calcule peso atómico de A. 0.862 𝑔𝐴𝑔 ×

1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑔 108.0 𝑔 𝐴𝑔

= 0.00798 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑔

+ 𝐴𝑔(𝑎𝑐) + 𝑒 − → 𝐴𝑔(𝑠)

Como el metal A tiene un solo equivalente y Ag también, y por ambos pasa la misma cantidad de electricidad, entonces según la ley de Faraday se desprenden y depositan la misma cantidad de moles, por lo tanto: 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑔 = 𝑚𝑜𝑙 𝐴 𝑔

𝑢𝐴 = 𝑚𝑜𝑙𝐴 𝑢𝐴 =

𝐴

0.321 𝑔 0.00798 𝑚𝑜𝑙

𝑔

𝑢𝐴 = 40.2 𝑚𝑜𝑙

8. Que cantidad de agua será descompuesta por una corriente de 5.00A durante 24 horas? 𝐼 = 5.00 𝐴

𝑡 = 24.0 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑔

𝑀𝑒𝑞𝐻2𝑂 = 18.0 𝑒𝑞

𝐶

𝐹 = 96500 𝑚𝑜𝑙

𝑀 ×𝐼×𝑡

𝑒𝑞 𝑚(𝑔) = 𝑛° 𝑒𝑞×96500

− 2𝐻2 𝑂 + 2𝑒 − → 𝐻2(𝑔) + 2𝑂𝐻(𝑎𝑐)

3600 𝑠

24.0 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 × 1 ℎ𝑜𝑟𝑎 = 8.64 × 104 𝑠 𝑚(𝑔) =

18.0 𝑔×5.00 𝐴×(8.64×104 𝑠) 2×96500 𝐶

𝑚(𝑔) = 40.3 𝑔

9. Durante cuanto tiempo deberá circular una corriente de 1.00 Amperes a través de una celda electrolítica que contiene agua acidulada para liberar 1.00 gramos de H2.

𝐼 = 1.00 𝐴

𝑚𝐻2 (𝑔) = 1.00 𝑔

𝐹 = 96500 𝐶

𝑀𝑒𝑞𝐻 = 2.0 2

𝑔 𝑒𝑞

𝑀 ×𝐼×𝑡

𝑒𝑞 𝑚(𝑔) = 𝑛° 𝑒𝑞×96500 𝐶

− 2𝐻2 𝑂 + 2𝑒 − → 𝐻2(𝑔) + 2𝑂𝐻(𝑎𝑐)

1.00 𝑔 = 𝑡=

2.0 𝑔×1.00 𝐴×𝑡 2 𝑒𝑞×96500 𝐶

1.00 𝑔×2 𝑒𝑞×96500 𝐶 2.0 𝑔×1.00 𝐴

𝑡 = 9.6 × 104 𝑠