T7: Equilibrios redox · Electrólisis — QUIMICA PEvAU Andalucía 2020

Electrólisis

Problema

2020 · Ordinaria · Titular

Mediante la electrolisis de sales fundidas se pueden obtener metales puros.

a) Escribiendo la semirreacción que tiene lugar en el cátodo, calcule los moles de electrones necesarios para depositar 25,0 g de níquel metálico a partir de sulfato de níquel(II),

\ce{NiSO4}

, fundido.b) Determine la masa atómica del cobre si, al hacer pasar una corriente de 10 A durante 45 minutos por sulfato de cobre(II),

\ce{CuSO4}

, fundido, se depositan 8,9 g de cobre.

Datos: $F = 96500 \text{ C};$ Masa atómica relativa: $\ce{Ni}=58,7$ .

Leyes de FaradayElectrólisis

a) En el sulfato de níquel(II),

\ce{NiSO4}

, el estado de oxidación del metal es

+2

. La reducción de los cationes

\ce{Ni^{2+}}

tiene lugar en el cátodo según la siguiente semirreacción:

\ce{Ni^{2+} + 2e-} -> \ce{Ni(s)}

Se calcula primero la cantidad de sustancia en moles de níquel metálico depositado, utilizando su masa atómica ( $M = 58,7 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1}$ ):

n(\ce{Ni}) = \frac{25,0 \text{ g}}{58,7 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1}} = 0,426 \text{ mol de Ni}

Según la estequiometría de la semirreacción, por cada mol de níquel depositado se consumen $2 \text{ moles de electrones}$ . Por tanto, los moles de electrones necesarios son:

n_{e^-} = 0,426 \text{ mol de Ni} \cdot \frac{2 \text{ mol } e^-}{1 \text{ mol de Ni}} = 0,852 \text{ mol de electrones}

b) En la electrólisis del sulfato de cobre(II),

\ce{CuSO4}

, el catión

\ce{Cu^{2+}}

se reduce en el cátodo captando

2 \text{ electrones}

(

n=2

\ce{Cu^{2+} + 2e-} -> \ce{Cu(s)}

Se convierte el tiempo del proceso a unidades del Sistema Internacional ( $s$ ):

t = 45 \text{ min} \cdot \frac{60 \text{ s}}{1 \text{ min}} = 2700 \text{ s}

A partir de la ley de Faraday, se despeja la masa atómica ( $M$ ) del cobre:

m = \frac{I \cdot t \cdot M}{n \cdot F} \implies M = \frac{m \cdot n \cdot F}{I \cdot t}

Sustituyendo los valores experimentales proporcionados:

M = \frac{8,9 \text{ g} \cdot 2 \cdot 96500 \text{ C} \cdot \text{mol}^{-1}}{10 \text{ A} \cdot 2700 \text{ s}} = 63,6 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1}