Electrólisis y leyes de Faraday

Solución oficial

Corrección oficial de la PAU de Cataluña (Generalitat de Catalunya), traducida del catalán. Las puntuaciones de cada paso son las de la pauta de corrección.

a)

0,3 p. En qué consiste el proceso de corrosión de un metal

Se entiende por corrosión la oxidación indeseable de los metales a causa de una reacción redox espontánea causada por factores ambientales (oxígeno y agua).

Reacción opcional: oxidación del metal: $\text{M}(\text{s}) \rightarrow \text{M}^{n+} + n\,\text{e}^-$

0,7 p. ¿Por qué el magnesio protege las tuberías de hierro subterráneas?

Todos los metales con un potencial estándar de reducción bajo se oxidan, es decir, se corroen.

Opcional: potencial estándar de reducción bajo: potencial inferior al potencial estándar de reducción del oxígeno (el oxígeno hace de cátodo, se reduce, y el metal hace de ánodo, se oxida).

Cuanto más bajo (considerando el signo) sea el potencial de reducción de un metal, más susceptible será este metal de ser oxidado (ser corroído).

Tenemos: $E^\circ(\text{Fe}^{2+}/\text{Fe}) = -0{,}44\ \text{V}$; $E^\circ(\text{Mg}^{2+}/\text{Mg}) = -2{,}34\ \text{V}$.$$E^\circ(\text{Mg}^{2+}/\text{Mg}) < E^\circ(\text{Fe}^{2+}/\text{Fe})$$El magnesio es más fácil de oxidar (corroer) que el hierro, y por eso al soldar trozos de magnesio a una tubería de hierro se protege este metal de la corrosión, ya que se oxida antes el magnesio que el hierro.

b)

Formulación. Cloruro de magnesio: $\text{MgCl}_2$ [−0,5 p si no lo formulan bien]

• No es obligatorio formularlo, pero si lo hacen y la fórmula es incorrecta se penalizará 0,5 p en esta pregunta 6b.

Sustancia que se produce en el ánodo en la electrólisis de MgCl₂ fundido (justificación)

0,2 p. La sal fundida contiene los iones $\text{Mg}^{2+}$ y $\text{Cl}^-$. En el ánodo se produce el cloro gaseoso ($\text{Cl}_2$), por la oxidación del ion cloruro a cloro.

• La justificación también se puede hacer escribiendo la reacción de oxidación: $2\,\text{Cl}^- \rightarrow \text{Cl}_2 + 2\,\text{e}^-$

Qué volumen de este gas obtendremos

Primero, calculamos el número de moles de cloro que obtenemos:

Datos. Intensidad: $I = 2{,}5\ \text{A}$ (o $2{,}5\ \text{C/s}$)

Tiempo: $t = 550\ \text{min}\times(60\ \text{s} / 1\ \text{min}) = 33000\ \text{s}$

Faraday: $F = 9{,}65\times 10^{4}\ \text{C/mol}$

Reacción: $2\,\text{Cl}^- \rightarrow \text{Cl}_2 + 2\,\text{e}^-$

$33000\ \text{s}\times(2{,}5\ \text{C} / 1\ \text{s})\times(1\ \text{mol de e}^- / 9{,}65\cdot 10^{4}\ \text{C})\times(1\ \text{mol Cl}_2 / 2\ \text{mol de e}^-) =$

0,5 p. $= 0{,}42746\ \text{mol de Cl}_2$

• Es correcto si lo calculan por pasos:
• primero la carga eléctrica ($Q = I\cdot t$) 0,1 p.
• después los moles de electrones con el Faraday 0,1 p.
• después los moles de cloro con la estequiometría de la reacción 0,3 p.

Después, calculamos el volumen formado de cloro gaseoso a partir de la ecuación de los gases ideales:

Datos. Presión: $p = 2{,}0\ \text{atm}$

Temperatura: $T = 25\ ^\circ\text{C} = 298\ \text{K}$

Constante de los gases ideales: $R = 0{,}082\ \text{atm L/K mol}$

Ecuación de los gases ideales: $pV = nRT$

$V = (nRT / p) = (0{,}42746\times 0{,}082\times 298) / (2)$

0,3 p. $V = 5{,}22\ \text{L}$

• Si no indican las unidades (o son erróneas), se penaliza 0,1 p.