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Electrólisis y leyes de Faraday

Comunidad de Madrid · 2018 · Junio (coincidentes) · Opción B

Enunciado

Una corriente de 5 A circula en una celda electrolítica conteniendo

\text{CuCl}_2

fundido durante 300 min y se depositan en ese tiempo 29,6 g de cobre metálico en el electrodo correspondiente.

a) (0,75 puntos) Escriba la ecuación de disociación de

\text{CuCl}_2

ajustada. Indique las reacciones que tienen lugar en el ánodo y en el cátodo.

b) (0,75 puntos) Determine la masa atómica del cobre.

c) (0,5 puntos) Calcule los gramos de plata que se depositarán en el cátodo de una celda electrolítica que contiene AgCl fundido conectada a la del enunciado con la misma intensidad de corriente.

Datos: masa atómica: Ag = 107,8;

F = 96485

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Resultado

a) $\text{CuCl}_2 \to \text{Cu}^{2+} + 2\,\text{Cl}^-$ ; cátodo: $\text{Cu}^{2+} + 2\,e^- \to \text{Cu}$ ; ánodo: $2\,\text{Cl}^- \to \text{Cl}_2 + 2\,e^-$ .
b) $M(\text{Cu}) = 63{,}5\ \text{g}\,\text{mol}^{-1}$ .
c) $m(\text{Ag}) = 100{,}6$ g.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

En la sal fundida, los iones

\text{Cu}^{2+}

van al cátodo y se reducen a cobre; los

\text{Cl}^-

van al ánodo y se oxidan a cloro gaseoso.

La carga que circula,

Q = I\,t

, dividida entre

F

da los moles de electrones; cada

\text{Cu}^{2+}

necesita 2. Conocidos los moles de cobre y su masa, la masa atómica es el cociente.

Si la segunda celda está conectada en serie con la primera, por las dos pasa la misma carga: los mismos moles de electrones, que en la plata (

\text{Ag}^+

, un electrón por átomo) depositan el doble de moles de metal.

Desarrollo

a) Disociación y reacciones de electrodo.

\text{CuCl}_2 \longrightarrow \text{Cu}^{2+} + 2\,\text{Cl}^-

Cátodo (polo −, reducción):

\text{Cu}^{2+} + 2\,e^- \longrightarrow \text{Cu}

Ánodo (polo +, oxidación):

2\,\text{Cl}^- \longrightarrow \text{Cl}_2 + 2\,e^-

Global:

\text{CuCl}_2 \longrightarrow \text{Cu} + \text{Cl}_2

.

b) Masa atómica del cobre.

Q = I\,t = 5\ \text{A} \cdot (300 \cdot 60\ \text{s}) = 9{,}0 \cdot 10^4\ \text{C}

n(e^-) = \frac{Q}{F} = \frac{9{,}0 \cdot 10^4\ \text{C}}{96485\ \text{C}\,\text{mol}^{-1}} = 0{,}9328\ \text{mol} \qquad n(\text{Cu}) = \frac{0{,}9328}{2} = 0{,}4664\ \text{mol}

M(\text{Cu}) = \frac{m}{n} = \frac{29{,}6\ \text{g}}{0{,}4664\ \text{mol}} = 63{,}5\ \text{g}\,\text{mol}^{-1}

La masa atómica del cobre es 63,5 u, que coincide con el valor tabulado.

Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)

c) Plata depositada en la segunda celda.

Conectada en serie y durante el mismo tiempo, por la celda de AgCl pasa la misma carga,

9{,}0 \cdot 10^4

C, es decir,

0{,}9328

mol de electrones. En el cátodo:

\text{Ag}^+ + e^- \longrightarrow \text{Ag}

Un mol de electrones deposita un mol de plata:

n(\text{Ag}) = 0{,}9328\ \text{mol} \qquad m(\text{Ag}) = 0{,}9328\ \text{mol} \cdot 107{,}8\ \text{g}\,\text{mol}^{-1} = 100{,}6\ \text{g}

Consejo

En celdas en serie, lo que se conserva es la carga (los moles de electrones), no los moles de metal: aquí se deposita el doble de moles de plata que de cobre porque el $\text{Ag}^+$ solo necesita un electrón. Es la segunda ley de Faraday.

Pasa los minutos a segundos antes de multiplicar por la intensidad: con minutos la carga sale 60 veces menor.