Instituto Tecnológico de Estudios
Superiores de Monterrey
Campus Puebla
Escuela de Ingeniería y Ciencias
Aplicadas
Departamento de Biotecnología
Laboratorio de Química Experimental-Q.1014.01
Dr. Isaac Monroy
Mtro. Víctor H.
Blanco
Práctica 13: ELECTROQUÍMICA Y FENÓMENO DE CORROSIÓN
Equipo 7:
Laura Barba Castillo
A01322562
Alejandro Larios Campos A00399515
Rodrigo E. Hernández Jiménez A01324406
Alejandro Larios Campos A00399515
Rodrigo E. Hernández Jiménez A01324406
Fecha de entrega: jueves 08 de marzo de
2013
Objetivo:
·
Comprender el fenómeno
de óxido reducción y aplicarlo a procesos electroquímicos.
·
Reconocer su importancia
en procesos industriales y en la generación y almacenamiento de energía.
Introducción
La electroquímica es la parte
de la química que estudia la relación entre la electricidad y la energía
química. La energía eléctrica generada a partir de una reacción química es
causada por dos fenómenos:
Oxidación. Perdida de
electrones por parte de una sustancia.
Ejemplo
Cu à Cu2+
+ 2e-
Reducción. Ganancia de
electrones por parte de una sustancia. Ejemplo
Ag+ + e- à Ag
Mediante la perdida y ganancia
de electrones se va a generar un flujo de electrones, generando una corriente
eléctrica. (Kotz & Treichel, 2003)
La electrolisis es un proceso
en el que se consume energía eléctrica para provocar un cambio químico. Los
compuestos iónicos fundidos y las diluciones de electrolitos en agua conducen
la corriente eléctrica debido a que los iones pueden desplazarse bajo la
influencia de un potencial eléctrico. (Ronald & Beltrán, 1990)
Una celda electroquímica
consiste en dos electrodos sumergidos en la misma solución de un electrolito o
en dos soluciones de electrolitos diferentes en reciproco contacto a través de
un puente electrolítico.
Las celdas electroquímicas se
clasifican en dos tipos:
*Celda galvánica o pila. Es una celda electroquímica cuya reacción química es espontánea y la energía eléctrica generada puede ser convertida en trabajo útil para hacer funcionar otro sistema.
*Celda galvánica o pila. Es una celda electroquímica cuya reacción química es espontánea y la energía eléctrica generada puede ser convertida en trabajo útil para hacer funcionar otro sistema.
*Celda electrolítica. Es una
celda electroquímica no espontanea, para que ocurra la reacción es necesario
aplicar un diferencial de potencial eléctrico del exterior del sistema. El
potencial de reducción es la fuerza electromotriz en voltios, dado por un
electrodo sensible colocado en la disolución que contiene el dador de
electrones y al aceptor de electrones conjugado (Clavijo, 2002)
Desarrollo
Experimento 1. Monedas de bronce, plata y oro
1.
Se colocó una moneda de
cobre en ácido para que se limpiara su superficie.
2.
Se preparó una solución de
NaOH al 5% y se colocaron 20ml en un vaso de precipitado y se agregó una
pequeña cantidad de Zn granulado. Se calentó hasta a ebullición.
3.
Usando unas pinzas se
colocó la moneda de cobre sin dejar de calentar.
4.
Cuando la moneda se
volvió de color plateado-blanco se sacó y se lavó con agua destilada.
5.
Se colocó la moneda
sobre la parrilla de calentamiento y se mantuvo una temperatura media.
6.
Cuando la moneda se
volvió color dorado se suspendió el calentamiento.
Experimento 2. Escritura sin tinta
1.
Se formó un “sándwich”
con papel filtro en los extremos y papel normal en el medio.
2.
Se pegó el “sándwich” a
la superficie de aluminio.
3.
Se prepararon 20ml de
solución de almidón al 1%, la solución de KI ya estaba preparada.
4.
Se preparó una solución
con los 20ml de la solución de KI, 5ml de la solución de almidón y 5ml de
fenolftaleína.
5.
Se empapó el “sándwich”
de papel con la solución.
6.
Se conectó el papel
aluminio y el estilete de cobre a una pila de 12V por medio de caimanes.
7.
Se escribió sobre el
papel usando el estilete de Cu como bolígrafo.
Resultados
Experimento 1. Monedas de bronce, plata y oro
La
moneda de cobre cambió su color de café a blanco-plateado al estar introducido
en una solución a ebullición de NaOH al
5% con cinc granulado. Posteriormente, al colocarla en la placa caliente del
termo-agitador, cambio su color a dorado.
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Figura 1.
Moneda de cobre dorada y moneda control.
Fuente. Laboratorio de
Química Experimental, ITESM, Campus Puebla.
Experimento 2. Escritura sin tinta
En este
experimento se observó un cambio de color de incoloro a rosado en la superficie
del papel filtro previamente humedecido con una solución que contenía 20ml de dilución
de KI al 8%, 5ml de solución de almidón
al 1% y 5ml de fenolftaleína; al entrar en contacto con un trozo de cobre. Si la polaridad se encontraba invertida se obtenía
una coloración café sobre el papel filtro.
Figura 2. Escritura con el Cu sobre el papel filtro húmedo.
Fuente. Laboratorio de Química Experimental, ITESM, Campus Puebla.
Discusión
Experimento 1. Monedas de bronce, plata y oro
La reacción observada
corresponde a la aleación de latón. El primer paso fue la disolución de cinc
con desprendimiento de hidrógeno.
Zn(s)
+ 2OH-(aq) + 2H2O(l) ßà Zn(OH)42-(aq) + H2(g)
La segunda etapa consistió en
la deposición de cinc (color plata) sobre la superficie de la moneda a partir
de Zn(OH)42-. El depósito no es Zn(s), sino una aleación Zn-Cu, el latón, el
cual es estable cuando el contenido de Zn es mayor del 45%. La semi-reacciones
se presentan a continuación:
Zn(s)
+4OH-(aq) ßà Zn(OH)42- + 2e-
Zn(OH)42-(aq)
+ 2e- ßà Zn(Latón) + 4OH-(aq)
Reacción
neta: Zn(s) ßà Zn(Latón) E=
+1.1V
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Figura 3.
Aleación de latón color plata.
Fuente. Laboratorio de Química Experimental, ITESM, Campus Puebla.
Al calentarse la moneda en la
placa metálica del termo-agitador, el Zn se difundió más en ella, lo que causó
que la aleación adquiriera un color dorado similar al del oro (latón alfa) el
cual es estable cuando el contenido de Zn es menor del 35%. (Harris, 2007)
Experimento 2. Escritura sin tinta
La fenolftaleína
es una sustancia incolora que al reaccionar con bases toma un color rosado. El proceso
que se realizó en este experimento fue un proceso electroquímico, la
electrólisis un modo de hacer que suceda una reacción redox que no es espontánea
en un sentido, suministrando electrones desde el exterior.
En las
reacciones hay un ánodo y un cátodo, el electrodo donde tiene lugar la reacción
de interés se llama electrodo de trabajo,
el otro se llama contraelectrodo.
En este
experimento el cátodo fue el electrodo de trabajo. El cátodo estaba
representado por el estilete de Cu, al entrar en contacto con el papel el agua
se reduce y aparece un color rosado por la reacción del OH- con la
fenolftaleína. La reacción que ocurrió es la siguiente:
H2O + e- à ½ H2 (g) + OH-
Al
invertir la polaridad el estilete de Cu se convierte en el ánodo y el yodo se
oxida lo que produce un color obscuro debido a la reacción del yodo con el
almidón. La reacción es la siguiente:
I- à
½ I2 + e-
(Harris, 2007)
Figura 4. Equipo para realizar la
electrólisis del experimento.
Fuente. Laboratorio de Química
Experimental, ITESM, Campus Puebla.
Cuestionario
1. Calcule
la F.E.M. de la pila Zn - Cu si la concentración de la solución que constituye
el ánodo de la misma es de 10 -3 (mol / L) ¿Qué tipos de electrodo constituyen
esta pila?
2. Ajuste
redox en medio ácido
a)
K2Cr2O7 +
HI + HClO4 à Cr (ClO4)3 + KClO4 + I2
+ H2O
b)
Sb2S3 + HNO3 à Sb2O5
+ NO2 + S + H2O
c)
KIO3 + KI + H2SO4 à I2 +
K2SO4 + H2O
d)
K2Cr2O7 + HCl à CrCl3
+ Cl2 + KCl + H2O
e)
HClO + NaCl à NaClO
+ H2O + Cl2
2CI- à
Cl2 + 2e-
2ClO- + 4H+ + 2e- à Cl2
+ 2H2O
Ecuación balanceada:
(4HClO + 2NaCl à 2NaClO
+ 2H2O + 2Cl2) ÷ 2
2HClO + NaCl à NaClO + H2O + Cl2
f)
KMnO4 + H2SO4 + KI à MnSO4
+ I2 + K2SO4 + H2O
3.
Calcule el volumen de disolución de ácido
hipocloroso 0,1 M que sería necesario utilizar para obtener 10 gramos de cloro.
Datos: Masas atómicas: Cl=35,5; Na=23; 0=16 y H=1
HClO +
NaCl à NaClO + H2O + Cl2
4.
Ajuste redox en medio básico
a)
MnO2 + KClO3 + KOH à K2MnO4
+ KCl + H2O
b)
Br2 + KOH à KBr +
KBrO3 + H2O
c)
KMnO4 + NH3 à KNO3 +
MnO2 + KOH + H2O
d)
Cr2 (SO4)3 + KClO3 + KOH à K2CrO4
+ KCl+ K2SO4 + H2O
5. Se
valoran 50 ml de una disolución de FeSO4 acidulada con H2SO4 con 30 ml de KMnO4
0,25 M.
¿Cuál será la
concentración del FeSO4 si el MnO4–
pasa a Mn2+?
6. Se
realiza la electrólisis de un disolución de tricloruro de hierro, haciendo
pasar una corriente de 10 A durante 3 horas. Calcula la cantidad de hierro
depositado en el cátodo.
7. Una
pila consta de un electrodo de Mg introducido en una disolución 1 M de Mg
(NO3)2 y un electrodo de Ag en una disolución 1 M de AgNO3. ¿Qué
electrodo actuará de cátodo y de ánodo y cuál será el voltaje de la pila
correspondiente?
Conclusión
Se
realizó la aleación de latón sobre la superficie de una moneda de cobre, la
cual adquirió un color final dorado, característico de la aleación. Como
residuos se generaron NaOH (aq) el cual fue depositado en el
contenedor de soluciones acuosas. El Zn puede ser recuperado al lavarse con
agua.
Bibliografía
Clavijo, Alfonso. (2002) Fundamentos
de química analítica. Equilibrio químico y análisis químico. Universidad
Nacional de Colombia.
Harris, D. (2007) Análisis Químico Cuantitativo. Reverté. Barcelona, España.
Kotz, John & Treichel, Paul. (2003) Química y Reactividad Química. 6° ed.: Thomson Learning
Ronald, J & Beltrán, Aurelio (1990) Química. Reverte. Barcelona, España.
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