informe de lab. química 4

2015-1INFORME DE LABORATORIO DE QUIMICA N° 4

EXPERIMENTO DE ELECTROQUÍMICA Y CORROSIÓN

“La electroquímica es la interrelación que se establece entre los sistemas químicos y los sistemas eléctricos, cuando ambos inciden en un proceso.”

SISTEMA QUÍMICO

PROCESO

SISTEMA ELÉCTRICO

¿Quién no ha tenido en sus manos una pila para su walkman, su reloj? Pues bien el poder tenerlas se lo debemos a Alessandro Volta quien en 1801 impresionó al mismísimo Napoleón Bonaparte con su pila de zinc-plata para producir electricidad y desmentir a Luigi Galvani quien decía que la electricidad solo podía ser producida por seres vivos como conclusión de sus famosos experimentos con las ranitas.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICAESPECIALIDAD DE ELÉCTRICA

I. INTRODUCCIÓN

“La electroquímica es la interrelación que se establece entre los sistemas químicos y los sistemas eléctricos, cuando ambos inciden en un proceso.”

SISTEMA QUÍMICO

PROCESO

SISTEMA ELÉCTRICO

DATOS DE LOS INTEGRANTES DEL INFORME

1. JAISER JAULIS SAYRITUPAC 20152016A

2. DAVID JUAN COVEÑAS LLACTA 20150226I

3. BRYAN EDWARD RAMOS PAREDES 20152101I

4. BRINNER TINTAYA VARGAS 20150309A


Electroquímica, es una parte de la química que trata de la relación entre las corrientes eléctricas y las reacciones químicas, y de la conversión de la energía química en eléctrica y viceversa.

En un sentido más amplio, la electroquímica es el estudio de las reacciones químicas que producen efectos eléctricos y de los fenómenos químicos causados por la acción de las corrientes o voltajes.

Una de las aplicaciones más importantes de la electroquímica es el aprovechamiento de la energía producida en las reacciones químicas mediante su utilización como energía eléctrica, proceso que se lleva a cabo en las baterías. Dentro de éstas se encuentran las pilas primarias y los acumuladores o pilas secundarias.

Un automóvil convencional con motos de gasolina convierte la energía química en energíacinética (energía de movimiento) con una eficiencia del 25%. Un automóvil con motor eléctricoes tres veces más eficiente. Desgraciadamente, en los inicios del desarrollo de la tecnología de automóviles, los dispositivos para transformar energía química en electricidad no funcionaban con sus eficiencias intrínsecas. Este hecho, junto con la disponibilidad de gasolina de gran calidad a bajo costo, hizo que prevaleciese el automóvil con motor de combustión interna.Ahora que nos preocupa la disponibilidad de la energía a largo plazo y la contaminaciónatmosférica, existe un interés renovado en los automóviles y autobuses con motor eléctrico.

Las aplicaciones de la electroquímica son innumerables, desde las baterías y las células decombustible, como fuentes de energía eléctrica, hasta la obtención de productos químicos clave, el refinado de metales y los métodos para controlar la corrosión. Además, son tambiénimportantes las implicaciones teóricas. Como la electricidad implica un flujo de carga eléctrica,el estudio de la relación entre química y electricidad nos permite profundizar más en lasreacciones en las que se transfieren electrones, las reacciones de oxidación reducción

En este experimento de química estudiaremos el funcionamiento de las celdas voltaicas o galvánicas y las celdas electrolíticas, estas celdas recibieron su nombre en honor a Alessandro Volta y Luigi Galvani, dos físicos italianos del siglo XVIII.

II. OBJETIVO

1. Obtención de la energía eléctrica a partir de una pila o celda galvánica.


2. Obtención de productos químicos a partir del paso de una corriente eléctrica.

3. Corrosión de metales en diferentes medios.

III. FUNDAMENTO TEÓRICO

La electroquímica estudia los cambios químico que producen una corriente eléctrica y la generación de electricidad mediante reacciones químicas. Es por ello que el campo que el campo de la electricidad ha sido dividido en dos grandes secciones.

a) La primera de ellas es la Electrolisis, la cual se refiere a las reacciones químicas que se producen por acción de una corriente eléctrica.

b) La otra sección se refiere a aquellas reacciones químicas que generan una corriente eléctrica, éste proceso se lleva a cabo en una pila o celda galvánica.

Celdas electrolíticas:

Son aquellas en las cuales la energía eléctrica que procede de una fuente externa provoca reacciones químicas no espontáneas generando un proceso denominado electrólisis. Las celdas electrolíticas constan de un recipiente para el material de reacción, dos electrodos sumergidos dentro de dicho material y conectados a una fuente de corriente directa. La electrolisis es el proceso que separa los elementos de un compuesto por medio de electricidad

Celdas galvánicas o voltaicas:

Una celda electroquímica es un dispositivo capaz de obtener energía eléctrica a partir de reacciones químicas (o bien, de producir reacciones químicas

http://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmica



http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica


a través de la introducción de energía eléctrica, cuando se esté cargando la celda). Un ejemplo común de celda electroquímica es la pila (por ejemplo, la estándar de 1,5 voltios o la recargable de 1,2), que es una celda galvánica simple, mientras una batería consta de varias celdas conectadas en serie o paralelo.

IV. EXPERIMENTO N° 1:

PILAS ELECTROQUIMICAS

http://es.wikipedia.org/wiki/Conexi%C3%B3n_en_serie

http://es.wikipedia.org/wiki/Bater%C3%ADa_(electricidad)

http://es.wikipedia.org/wiki/Celda_galv%C3%A1nica

http://es.wikipedia.org/wiki/Pila_recargable


OBJETIVO:

1. Obtención de energía eléctrica a partir de una pila o celda galvánica.

MATERIALES:

-2 vasos de 150 ml-Electrodo de cobre-Electrodo de zinc-1 voltímetro-Tubo U (puente salino)-Reactivos: soluciones 0,1M de Cu(SO4), Zn(SO4)

En este experimento se construirán pilas que utilizaran en reacciones espontaneas deoxidación-reduccion, de tal forma que los electrones sean transportados a través de unhilo conductor.

Los experimentos muestran que los atomos de los metales activospierden espontaneamente electrones cediendolos a los iones positivos de los metalesmenos activos, cuando ambos están en contacto directo.

PROCEDIMIENTO.

En otro vaso

agregar 0.1 M de Zn(SO4)

En un vaso

agregar 0.1 M

Cu(SO4)


Se observa que al medir con el voltímetro el voltaje nos sale el valor de 0.01 V, es decir que no hay flujo de electrones(corriente), el circuito no esta cerrado.

AGREGANDO EL PUENTE DE SALINO

Conectar al

terminal negativo

Conectar al

terminal positivo

Agregar electrodo

de Zn

Agregar al vaso electrodo de Cu


MIDIENDO EL VOLTAJESe observa que el voltaje es 0.929 V

Observaciones:-Al inicio cuando colocamos el voltímetro sin el puente salino observamos que el potencial de la celda es 0.01 porque no hay transmisión o flujo de electrones.

- Al poner los terminales de manera invertida, solo hay una variación en el signodel voltaje

Conclusiones:

-Al medir el potencial entre las celdas tenemos que es 0.929 y mediante laecuación de Nerst tenemos que es 0.953 teniendo una diferencia de 2.18%, esteposiblemente producido por factores externos tales como el desgaste delpuente salino o la reutilización continua de los materiales lo cual podríancausar algún efecto sobre elterminal del voltímetro.-Tambien observamos que conforme agregamos agua destilada aumenta el potencial de la celda a 9.48

B. Celda constituida por las semipilas.Pb(s)/Pb2+/Pb2+(0.1M)//Cu2+(0.1M)/Cu(s)

1. En un vaso de 150 ml, añadir hasta la mitad aproximadamente solución denitrato de plomo 0.1M e introduzca el electrodo de plomo limpio en elvaso. Luego, unirlo al terminal del voltímetro.2. En otro vaso de 150 ml añada la solución de nitrato de cobre 0.1M eintroduzca el electrodo de cobre. Ponga el puente salino y observe el


voltaje.

Observaciones:-Al inicio cuando colocamos el voltimetro sin el puente salino observamos que el potencial de la celda es cero porque no hay transmicion o flujo de electrones.

Conclusiones:Observamos como es que el voltímetro indica 0.426 siendo el valor ideal 0.438según la ecuación de nerst, por lo cual tenemos una diferencia con lo ideal dehabiendo una diferencia con lo ideal del 0.6%

EXPERIMENTO N° 2: CELDA ELECTROLÍTICA DE KI.a) MATERIALES:

_cable eléctrico cocodrilos._fuente de corriente_tubo U_barras de carbón_un tubo de ensayo

REACTIVOS: solución de KI, fenolftaleína, cloruro férrico y CCL¿ 4 ¿ ¿¿b) OBJETIVOS:

- Efectuar la electrólisis de un electrolito en solución acuosa. - Observar el comportamiento de la solución y los electrodos durante el proceso.


- Identificar los productos de la electrólisis e inferir la naturaleza de las transformaciones que tienen lugar. - Interpretar, por medio de ecuaciones parciales de oxidación y reducción los procesos que han tenido lugar. - Construir un generador de corriente eléctrica, pila de Daniell y medir la diferencia de potencial que produce. Aplicar la Ecuación de Nernst

C) INTRODUCCIÓN TEÓRICA: Como se sabe si en una solución de un sistema redox se introduce un metal inatacable p.ej.: platino, se establece una diferencia de potencial eléctrico entre la solución y el metal, que se puede explicar como la tendencia de los electrones a pasar de la solución al metal, se dice que se establece un potencial de electrodo. Si tomamos dos sistemas redox y los unimos cerrando un circuito eléctrico, estamos construyendo un generador de corriente eléctrica; la magnitud de esta corriente dependerá de la diferencia de potencial existente entre los potenciales de electrodo de cada uno de los sistemas redox. Hemos construido una pila. La energía liberada por una reacción redox espontánea puede usarse para realizar trabajo eléctrico. Esta tarea se cumple por medio de una celda voltaica (pila), un dispositivo en el que la transferencia de electrones tiene lugar a lo largo de un camino externo, y no directamente entre los reactivos. Un ejemplo de celda voltaica es la pila de Daniell, dispositivo que consiste en un electrodo de Zn sumergido en una solución de ZnSO4 y un electrodo de Cu sumergido en una solución de CuSO4. Las soluciones están separadas por un tabique poroso o puente salino que permite el paso de los iones a través de él. Cuando se conectan ambos electrodos hay un flujo continuo de electrones que salen del electrodo de Zn hacia el electrodo de Cu a través del alambre externo y un flujo de iones a través de la solución como resultado de las reacciones de óxido-reducción espontáneas que tienen lugar en los electrodos. El electrodo de Zn es el ánodo y el de Cu es el cátodo. Debido a que los electrones fluyen del ánodo al cátodo, el ánodo de una celda voltaica se rotula con un signo negativo, y el cátodo, con un signo positivo.

d) PROCEDIMIENTO:Primero instalamos el aparato de electrolisis, luego añadimos la solución de KI con una concentración molar de 0.5M en el tubo de U hasta un centímetro de sus extremos abiertos y hacer las conexiones eléctricas respectivas y dejar transcurrir la electrolisis durante 15 minutos aproximadamente. Luego observamos y anotamos los cambios que se producen en el ánodo donde transcurre la oxidación.Asimismo observamos los cambios que se producen en el cátodo donde transcurre la reducción. Una vez terminada la electrolisis, desconectar el aparato y separe con mucho cuidado los electrodos. Percibir el color del ánodo de carbón, extraer con el gotero


e) OBSERVACIONES:

Observamos la diferencia de potencial entre los dos electrodos de una celda voltaica proporciona la fuerza motriz que mueve los electrones a lo largo del circuito externo. Por consiguiente, a esta diferencia de potencial se le llama fuerza electromotriz o fem y se mide en volts (V). La fem producida por una celda voltaica se denomina potencial estándar de la celda o celda ε si las concentraciones de todos los iones son 1M, las presiones parciales de los gases son 1 atm y la temperatura de la celda es 25°C. Se calcula a partir del potencial de reducción estándar de cada electrodo o ε que manifiesta la tendencia a adquirir electrones del mismo. Entonces es posible considerar que la fem de la pila es la resultante de dos simples potenciales de electrodo.


CUESTIONARIO. 1.- Explique en qué consiste una celda de concentración. Muestre un ejemplo. Una celda de concentración, también llamada pila de concentración, es una pila galvánica en la cual las dos semiceldas están formadas por el mismo metal en la misma solución. La corriente eléctrica es generada gracias a que las concentraciones de la solución en las semiceldas son distintas, en una la solución estará más


concentrada que en la otra.

2.- Explique en qué consiste una celda de combustible, muestre un ejemplo. Pila de combustible, también llamada célula de combustible o celda de combustible, es un dispositivo electroquímico en el cual un flujo continuo de combustible y oxidante sufren una reacción química controlada que da lugar a los productos y suministra directamente corriente eléctrica a un circuito externo.

3.- Explique bajo qué condiciones una celda galvánica dejaría de producir un voltaje. Las condiciones para q una celda galvanica dejaría de producir voltajees cuando la concentración q hay en el catodo o anodo no es la suficienteo q el material utilizado se desgaste disminuyendo asi la eficiencia de la pila , otro aspecto es el tiempo en q se puede usar la pila .4.- ¿Por qué se utiliza al platino como electrodo inerte?


Por que son capaces de conducir la corriente eléctrica, sin reaccionar. Los electrodos inertes más comunmente utilizados para formar pilas galvánicas con cualquier reacción redox espontáneason el electrodo inerte de platino y el electrodo inerte de grafito.

5.- ¿Por qué se utiliza electrodos de carbono como electrodo inerte?Por que son capaces de conducir la corriente eléctrica, sin reaccionar. 6.- Siendo el carbono un elemento no metálico, ¿Cómo explica que se le utilice para conducir electrones en las celdas electrolíticas? 7.- Mostrar una celda electrolítica en la cual se pueda observar: Electrodo de óxido-reducción: formado por un metal inerte sumergido en una solución, que contiene dos estados diferentes de oxidación de un elemento ó de una determinada agrupación molecular y Pastas sólidas con estados de oxidación diferentes, asociadas a las especies involucradas.

8.- ¿Por qué la tensión medida va disminuyendo con el tiempo durante el funcionamiento de las celdas galvánicas? Por que la concentración de las celdas disminuye con el paso del tiempo y los electros se reducen por un lado y por otro se oxidan esto hace q la eficiencia de la celda disminuya con esto la tensión disminuye 9.- ¿Cuál es papel del puente salino en la pila? ¿Qué ocurre si lo retiras?


Para evitar la mezcla de las soluciones, se utiliza un puente salino, que une los dos compartimientos del electrodo y completa el círculo eléctrico. El puente salino está formado por un gel que contiene solución salina acuosa concentrada dentro de un tubo. La solución salina más utilizada es el KCl, ya que los iones K y Cl no afectan las reacciones que suceden en las células.

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