Quimica

QUI521.- Laboratorio de Fundamentos Químicos de la Ingeniería.

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LABORATORIO Nº 9 LABORATORIO CELDA GALVANICA Y CELDA ELECTROLITICA

1.1 OBJETIVOS
• • Estudiar los factores que influencian la generación de energía eléctrica por medio de una celda galvánica. Estudiar los factores que influencian la purificación de metales por electrólisis

1.2 INTRODUCCION
FUNDAMENTO TEÓRICO Una celdagalvánica es un dispositivo que convierte la energía liberada por una reacción química espontánea en energía eléctrica. Se utilizan los conceptos de reacción de oxidación-reducción para comprender las bases teóricas de estos fenómenos. La reacción
+ + Cu (2ac ) + Zn( s ) → Cu ( s ) + Zn(2ac ) se realiza espontáneamente en un vaso

donde se introduce zinc sólido en una disolución acuosa desulfato o nitrato de cobre. La reacción procede como sigue:
+ Zn ( s ) → Zn(2ac ) + 2e reacción de oxidación

+ Cu (2ac ) + 2e → Cu ( s ) reacción de reducción

Dado que la primera reacción (oxidación) libera electrones, y la segunda (reducción) los capta, se genera un flujo de electrones o corriente eléctrica si la primera reacción procede en un receptáculo separado de un receptáculo donde serealiza la segunda, desde que exista un conductor entre las disoluciones de los dos receptáculos: Zinc Cobre Puente salino

Nitrato de zinc

Sulfato de cobre (II)

La semirreacción de oxidación ocurre en el electrodo llamado ánodo, el que se disuelve en la disolución, y la semirreacción de reducción ocurre en el electrodo llamado cátodo, donde hay deposición de cobre. Los electrones fluyen enforma de corriente eléctrica desde el ánodo al cátodo. Un voltímetro acusa una diferencia de potencial positivo en ese sentido, llamada fuerza electromotriz o FEM.

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Para completar el circuito eléctrico, las disoluciones deben conectarse por un medio conductor donde han de moverse los aniones y cationes; este es un tubo en U o un material absorbente donde se tiene una disolución acuosa de unelectrolito inerte, como cloruro de sodio, cloruro de potasio o nitrato de amonio, normalmente saturada, y que no debe reaccionar con los iones de los electrodos. Este medio conductor de iones se llama puente salino. El dispositivo entero que genera enegía eléctrica se llama pila o celda galvánica. Se usa la siguiente notación convencional para representar la pila galvánica:
+ + Zn ( s )Zn(2ac,1M ) KCl ( saturado) Cu (2ac,1M ) Cu ( s )

donde se indica que las concentraciones de las dos disoluciones de los electrodos son 1M. Las líneas verticales representan los límites de fases. La fuerza electromotriz de esta celda se puede calcular a partir de los potenciales estándar de reducción:
+ Zn(2ac ) + 2e → Zn( s ) + E o = −0,76V y Cu (2ac ) + 2e → Cu ( s )

E o = +0,34V

∆E o =−(−0,76) + (+0,34) = 1,10V .
La ley de Nernst permite determinar la FEM de una celda galvánica si la concentración de una disolución o de las dos es diferente de 1M.

∆E = ∆E o −

0,0591 Zn 2+ . log 2 Cu 2+

[ [

] ]

Una celda electrolítica es un dispositivo que permite convertir usar la energía eléctrica para provocar una reacción química no espontánea. La siguiente es una celda electrolíticacon una barra de cobre conectada al polo negativo de

una

Ánodo (+)

Cátodo (-)

fuente de corriente continua. Esta barra es el cátodo o polo negativo de la celda. La otra barra de cobre, el ánodo, está conectada al polo positivo de la fuente. Las dos barras están sumergidas en una disolución diluída de sulfato de cobre. La corriente contínua provoca las siguientes reacciones: Cátodo:Cu2+(ac) + 2e → Cu(s) Ánodo: Cu(s) → Cu2+(ac) + 2e Interpretando, en el cátodo ocurre la deposición de cobre aumentando el peso de la barra de cobre, y en el ánodo ocurre la disolución de la barra de cobre, disminuyendo su peso. Este fenómeno se aprovecha para purificar el cobre impuro (ánodo), el que se deposita en su forma más pura en el cátodo.

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La cantidad de cobre depositado está...