T7: Equilibrios redox · Electrólisis — QUIMICA PEvAU Madrid 2023

T7: Equilibrios redox

Electrólisis

Problema

2023 · Extraordinaria · Titular

B.5

A través de una celda electrolítica que contiene una disolución acuosa de $\ce{CdSO4}$ , se hace pasar una corriente de $2,50 \text{ A}$ durante $90$ minutos, observándose que se deposita $\ce{Cd}$ y se desprende oxígeno molecular.

a) Escriba las reacciones que se producen en el ánodo y en el cátodo, y la reacción iónica y molecular, ajustadas por el método del ion electrón, indicando el estado de las especies.b) Calcule los gramos de

\ce{Cd}

depositados.

Datos. $E^0(\text{V}): \ce{Cd^2+/Cd} = -0,40; \ce{O2/H2O} = 1,23$ . $F = 96485 \text{ C} \cdot \text{mol}^{-1}$ . Masa atómica (u): $\ce{Cd} = 112,4$ .

Leyes de FaradayElectrólisisformulación inorgánica

a) Escriba las reacciones que se producen en el ánodo y en el cátodo, y la reacción iónica y molecular, ajustadas por el método del ion electrón, indicando el estado de las especies.

En una celda electrolítica, la oxidación tiene lugar en el ánodo (electrodo positivo) y la reducción en el cátodo (electrodo negativo). Según los datos experimentales, se produce el depósito de $\ce{Cd}$ por reducción del catión metálico y el desprendimiento de $\ce{O2}$ por la oxidación del agua.

\text{Ánodo (Oxidación): } 2\ce{H2O(l) -> O2(g) + 4H+(aq) + 4e^-}

\text{Cátodo (Reducción): } 2 \times (\ce{Cd^2+(aq) + 2e^- -> Cd(s)})

\text{Reacción iónica global: } 2\ce{Cd^2+(aq) + 2\ce{H2O}(l) -> 2\ce{Cd}(s) + \ce{O2}(g) + 4\ce{H+}(aq)}

\text{Reacción molecular global: } 2\ce{CdSO4(aq) + 2\ce{H2O}(l) -> 2\ce{Cd}(s) + \ce{O2}(g) + 2\ce{H2SO4}(aq)}

b) Calcule los gramos de

\ce{Cd}

depositados.

Calculamos primero la carga eléctrica total ( $Q$ ) que atraviesa la celda en unidades del Sistema Internacional, convirtiendo el tiempo a segundos ( $t = 90 \text{ min} \cdot 60 \text{ s/min} = 5400 \text{ s}$ ):

Q = I \cdot t = 2,50 \text{ A} \cdot 5400 \text{ s} = 13500 \text{ C}

A partir de la estequiometría de la reacción de reducción en el cátodo, observamos que se requieren 2 moles de electrones ( $n = 2$ ) por cada mol de cadmio depositado. Aplicamos la ley de Faraday para determinar la masa ( $m$ ):

m = \frac{Q \cdot M}{n \cdot F} = \frac{13500 \text{ C} \cdot 112,4 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1}}{2 \cdot 96485 \text{ C} \cdot \text{mol}^{-1}}

m = 7,863 \text{ g de } \ce{Cd}