T7: Equilibrios redox · Electrólisis — QUIMICA PEvAU Andalucía 2019

Electrólisis

Problema

2019 · Ordinaria · Suplente

Se electroliza una disolución acuosa de $\ce{NiCl2}$ pasando una corriente de 0,1 A durante 20 horas. Calcule:

a) La masa de níquel depositada en el cátodo.b) El volumen de dicloro, medido a 760 mmHg y 0

^\circ

C, que se desprende en el ánodo.

Datos: $R = 0,082$ atm $\cdot$ L $\cdot$ mol $^{-1}$ ·K $^{-1}$ ; $F = 96500$ C; masa atómica relativa $Ni=58,7$ .

ElectrólisisLeyes de Faraday

Las semirreacciones que tienen lugar en el proceso electrolítico son:

\text{Cátodo (reducción): } \ce{Ni^{2+}(aq) + 2e- -> Ni(s)}

\text{Ánodo (oxidación): } \ce{2Cl^{-}(aq) -> Cl2(g) + 2e-}

El tiempo de paso de corriente en segundos es $t = 20 \text{ h} \times 3600 \text{ s/h} = 72000 \text{ s}$ . La carga total que ha pasado por la disolución es $Q = I \times t = 0.1 \text{ A} \times 72000 \text{ s} = 7200 \text{ C}$ .Los moles de electrones que han circulado son $n_{e^-} = Q / F = 7200 \text{ C} / 96500 \text{ C} \cdot \text{mol}^{-1} = 0.07461 \text{ mol}$ .

a) De acuerdo con la reacción del cátodo, 2 moles de electrones depositan 1 mol de

\ce{Ni}

. Los moles de níquel depositados son

n_{Ni} = n_{e^-} / 2 = 0.07461 \text{ mol} / 2 = 0.037305 \text{ mol}

La masa de níquel depositada es $m_{Ni} = n_{Ni} \times M_{Ni} = 0.037305 \text{ mol} \times 58.7 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1} = 2.19 \text{ g}$ .

b) De acuerdo con la reacción del ánodo, 2 moles de electrones producen 1 mol de

\ce{Cl2}

. Los moles de dicloro producidos son

n_{Cl_2} = n_{e^-} / 2 = 0.07461 \text{ mol} / 2 = 0.037305 \text{ mol}

La presión del gas es $P = 760 \text{ mmHg} = 1 \text{ atm}$ . La temperatura en Kelvin es $T = 0 ^\circ\text{C} + 273.15 = 273.15 \text{ K}$ . Aplicando la ecuación de los gases ideales $PV = nRT$ , el volumen de dicloro es $V = n_{Cl_2} RT / P$ .

V = \frac{0.037305 \text{ mol} \times 0.082 \text{ atm} \cdot \text{L} \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{K}^{-1} \times 273.15 \text{ K}}{1 \text{ atm}} = 0.836 \text{ L}