PRACTICA DE LABORATORIO DE QUIMICA, Diapositivas de Química

¡Descarga PRACTICA DE LABORATORIO DE QUIMICA y más Diapositivas en PDF de Química solo en Docsity! Manual de prácticas del Laboratorio de Química de Ciencias de la Tierra Código: MADO-13 Versión: 03 Página 79/97 Sección ISO 8.3 Fecha de emisión 1 de febrero de 2018 Facultad de Ingeniería Área/Departamento: Laboratorio de Química La impresión de este documento es una copia no controlada 79 Práctica 10 ELECTROQUÍMICA. ELECTRÓLISIS DE DISOLUCIONES ACUOSAS Y CONSTANTE DE AVOGADRO Manual de prácticas del Laboratorio de Química de Ciencias de la Tierra Código: MADO-13 Versión: 03 Página 80/97 Sección ISO 8.3 Fecha de emisión 1 de febrero de 2018 Facultad de Ingeniería Área/Departamento: Laboratorio de Química La impresión de este documento es una copia no controlada 80 1. SEGURIDAD EN LA EJECUCIÓN Peligro o fuente de energía Riesgo asociado 1 Manejo de material de vidrio. Si es manipulado inadecuadamente puede romperse en fragmentos filosos. 2 Termómetro. La densidad del mercurio puede romper la ampolla donde está contenido. La manipulación inapropiada puede romper el instrumento, lo que genera fragmentos punzo- cortantes e intoxicación. 3 Sustancias químicas. Su manipulación requiere lavarse las manos al finalizar la práctica. 2. OBJETIVOS EL ALUMNADO: 1. Conocerá el aparato de Hofmann para la electrólisis del agua. 2. Cuantificará la carga eléctrica implicada en la electrólisis del agua, así como el volumen de las sustancias producidas en los electrodos. 3. Determinará el rendimiento de la reacción. 4. Determinará experimentalmente el valor del número de Avogadro. 3. INTRODUCCIÓN En la conducción electrolítica, la carga eléctrica es transportada por iones, y no ocurrirá a menos que los iones del electrólito puedan moverse libremente. La conducción electrolítica se da principalmente en las sales fundidas y en las disoluciones acuosas de electrólitos, al contrario de una reacción redox espontánea, que da lugar a la conversión de energía química en energía eléctrica. La electrólisis es un proceso en el cual la energía eléctrica se utiliza para provocar una reacción química que no es espontánea. El agua en condiciones normales (101.325 [kPa] y 25 [oC]) no se disocia espontáneamente para formar hidrógeno y oxígeno gaseosos, porque el cambio de energía libre estándar para la reacción es una cantidad positiva y grande como se muestra en la reacción siguiente: 2𝐻2𝑂 (𝑙) → 2𝐻2 (𝑔) + 𝑂2 (𝑔) ∆𝐺° = +474.4 [𝑘𝐽] Manual de prácticas del Laboratorio de Química de Ciencias de la Tierra Código: MADO-13 Versión: 03 Página 82/97 Sección ISO 8.3 Fecha de emisión 1 de febrero de 2018 Facultad de Ingeniería Área/Departamento: Laboratorio de Química La impresión de este documento es una copia no controlada 82 ACTIVIDAD 2. PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR LA ELECTRÓLISIS DEL AGUA El procedimiento para llevar a cabo la electrólisis del agua comprende los puntos siguientes: Armado del aparato de Hofmann 1. Atornille firmemente la varilla al soporte y sujete la placa de sujeción a la varilla. 2. Coloque el anillo metálico en la parte posterior de la placa de sujeción (atornille firmemente). Posteriormente, embone primero la bureta izquierda en el sujetador izquierdo, verificando que la graduación quede al frente. 3. Embone la bureta derecha en los sujetadores restantes, empezando por el sujetador superior y suba las buretas lo necesario para poder colocar los electrodos, verificando que éstos queden bien sujetos y lo más verticalmente posible. 4. Conecte la manguera al contenedor y coloque éste en el anillo metálico. 5. 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 Hofmann, la fuente de diferencia de potencial baja, el multímetro y los cables de conexión, quedará dispuesto como se muestra en la figura siguiente. Manual de prácticas del Laboratorio de Química de Ciencias de la Tierra Código: MADO-13 Versión: 03 Página 83/97 Sección ISO 8.3 Fecha de emisión 1 de febrero de 2018 Facultad de Ingeniería Área/Departamento: Laboratorio de Química La impresión de este documento es una copia no controlada 83 6. Una vez armado el dispositivo experimental, adicione la disolución de hidróxido de sodio en el contenedor; al adicionar, cuide que las llaves de ambas buretas estén abiertas. 7. Para llenar adecuadamente las buretas, suba el contenedor hasta que el nivel del líquido llegue al nivel de la llave. En ese momento cierre las llaves de las buretas. Puesta a punto del dispositivo experimental 1. Compruebe que la fuente de poder se encuentre apagada, con la perilla en la lectura mínima y oprimido el botón 0-24 V DC; posteriormente conecte la fuente. 2. Conecte los tres cables banana-banana como se muestra en la figura anterior. 3. Asegúrese de que el multímetro se encuentre apagado y con todos los botones hacia afuera. A continuación, encienda el multímetro y la fuente. 4. Para tomar las lecturas de corriente en el multímetro debe oprimir los botones siguientes: el cuarto de izquierda a derecha (selector de amperes), el tercero de derecha a izquierda (escala de lectura de 2 [A]) y el primero de izquierda a derecha (valor cuadrático promedio). Semi rtacion- Arodo - pierde e Coxdeuon ) Catode = Goma € [Reswasa) AO +28 — Ho + Q04 Dito- Foroday, estableio que Ll mL % £ prole a6doo € WA |= At 3 T= (080.1 mA = loo + OsEXOT1A E = Sur = de : 1£0 sez TT 24TCO > Ks 2473,15=300. l9 K ep Hidroqow 022.8 exp Oxiguno 10.6 P- 0.46 atm A= bidep | Fes mo] *K Carga M eletioJsis - O. 6LOMA + 1380s = 122-4920 Moaler Je < muolv ora IB pea ión [mole e a (ALADO [c] oa lista) l. 269 x10 46500() ala Mokes- Ae Da por eatequome y va.. Csemi acu ono lo 269 109 [ Imel 0.1 _ E Ay mo [ e =51 173 X 10 trol Da Con eusdonr de gara ¡dal obturgo el Vol mm Heórico de Oa Py=Nn RT V=ngl P G.173 1070.082%5(306, 18 4) U= mo) O1 Vo O añ ral O. 76 gim = 4,0983 x 1407? L= 0.010232 A 6.0233 :10%-b,2904 10% x100 6.023 x1p AAA E A  Manual de prácticas del Laboratorio de Química de Ciencias de la Tierra Código: MADO-13 Versión: 03 Página 86/97 Sección ISO 8.3 Fecha de emisión 1 de febrero de 2018 Facultad de Ingeniería Área/Departamento: Laboratorio de Química La impresión de este documento es una copia no controlada 86 CUESTIONARIO PREVIO ELECTROQUÍMICA ELECTRÓLISIS DE DISOLUCIONES ACUOSAS Y CONSTANTE DE AVOGADRO 1. Diga en qué consiste: a) Un proceso electrolítico b) Un proceso electroquímico. 2. Dé dos aplicaciones cotidianas de cada uno de los procesos anteriores. 3. Enuncie las leyes de Faraday. 4. ¿Qué es y para qué sirve el aparato de Hofmann? 5. ¿Qué se entiende por una reacción de óxido – reducción? 6. Escriba las reacciones de oxidación y de reducción que se llevan a cabo en la electrólisis de las sales fundidas siguientes: a) Cloruro de sodio, NaCl. b) Bromuro de potasio, KBr. c) Cloruro áurico, AuCl3. BIBLIOGRAFÍA 5. Mortimer, C. E. (1983). Química. 6. Russell, J. B., & Larena, A. (1988). Química. 7. Chang, R., & Goldsby, K. A. (2013). Química. 8. Brown, T. L., Le May, H. E., & Burnsten, B. E. (2014). Química: la ciencia central. Manual de prácticas del Laboratorio de Química de Ciencias de la Tierra Código: MADO-13 Versión: 03 Página 89/97 Sección ISO 8.3 Fecha de emisión 1 de febrero de 2018 Facultad de Ingeniería Área/Departamento: Laboratorio de Química La impresión de este documento es una copia no controlada 89 𝑁𝐴 = # 𝑒 𝑛𝑒 donde: # e = cantidad de electrones empleados en el proceso ne = moles de electrones empleados en el proceso Para calcular la cantidad de electrones empleados en el proceso, se emplea la expresión siguiente: # 𝑒 = 𝑋 [𝐶] 𝑒 donde, X [C] es la cantidad de carga eléctrica involucrada en el proceso y e es la carga eléctrica fundamental. Así, para este problema, se tiene: # 𝑒 = 720 [𝐶] 1.6022 × 10−19 [𝐶] = 4.4938 × 1021 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑠 Por otro lado, los moles de electrones empleados se calculan considerando al hidrógeno como un gas ideal y suponiendo que la presión a la que se encuentra es la presión ambiente; tal que se emplea la expresión siguiente: 𝑛𝐻2 = 𝑃𝐶𝐷𝑀𝑋 ∙ 𝑉𝑒𝑥𝑝 𝑅 ∙ 𝑇𝑎𝑚𝑏 donde: 𝑛𝐻2 = Moles de H2 PCDMX = Presión atmosférica en la Ciudad de México, en [atm]. Vexp = Volumen de hidrógeno obtenido experimentalmente, en [L]. Tamb = Temperatura a la cual se realiza el experimento, en [K]. R = Constante de los gases ideales, en [ 𝐿∙𝑎𝑡𝑚 𝑚𝑜𝑙∙𝐾 ]. Para el problema, se tendría: 𝑛𝐻2 = (0.7631 [𝑎𝑡𝑚])(0.120 [𝐿]) (0.08205 [ 𝐿 ∙ 𝑎𝑡𝑚 𝑚𝑜𝑙 ∙ 𝐾 ]) (298.15 [𝐾]) = 3.7432𝑥10−3 [𝑚𝑜𝑙] 𝐻2 Manual de prácticas del Laboratorio de Química de Ciencias de la Tierra Código: MADO-13 Versión: 03 Página 90/97 Sección ISO 8.3 Fecha de emisión 1 de febrero de 2018 Facultad de Ingeniería Área/Departamento: Laboratorio de Química La impresión de este documento es una copia no controlada 90 Por cada 1 [mol] de H2 que se obtiene, se emplean 2 [mol] de electrones; por lo tanto, la cantidad de moles de electrones empleada en el experimento es de 7.4865x10-3 [mol] de electrones. Finalmente, para calcular el valor de la constante de Avogadro se tendría: 𝑁𝐴 = 4.4938 × 1021 [𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑠] 7.4865 × 10−3 [𝑚𝑜𝑙] 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑠 = 6.0025 × 1023 [𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑠/𝑚𝑜𝑙]