Bloque C · C2. Al pasar una corriente eléctrica por cloruro de cobalto(II), \text{CoCl}_2, fundido se desprende dicloro en el ánodo y se deposita cobalto en el cátodo. Calcule: a) La intensidad de corriente que se necesita para depositar 8{,}42\ \text{g} de \text{Co}, a partir de \text{CoCl}_2 fundido, en 30 minutos. b) El volumen de dicloro gaseoso, medido a 15\ ^\circ\text{C} y 740\ \text{mmHg}, que se desprende en el ánodo. Datos: F = 96500\ \text{C}; R = 0{,}082\ \text{atm}\,\text{L}\,\text{mol}^{-1}\text{K}^{-1}; Masas atómicas relativas: \text{Cl} = 35{,}5; \text{Co} = 59.

QuímicaMedioProblema · 2 pts

Electrólisis y leyes de Faraday

Andalucía · 2020 · Reserva 4

Enunciado

Bloque C · C2. Al pasar una corriente eléctrica por cloruro de cobalto(II),

\text{CoCl}_2

, fundido se desprende dicloro en el ánodo y se deposita cobalto en el cátodo. Calcule:

a) La intensidad de corriente que se necesita para depositar

8{,}42\ \text{g}

\text{Co}

, a partir de

\text{CoCl}_2

fundido, en 30 minutos.

b) El volumen de dicloro gaseoso, medido a

15\ ^\circ\text{C}

740\ \text{mmHg}

, que se desprende en el ánodo.

Datos:

F = 96500\ \text{C}

;

R = 0{,}082\ \text{atm}\,\text{L}\,\text{mol}^{-1}\text{K}^{-1}

; Masas atómicas relativas:

\text{Cl} = 35{,}5

;

\text{Co} = 59

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Resultado

\boxed{\;\textbf{a) } I = 15{,}3\ \text{A}\;}

\boxed{\;\textbf{b) } V(\text{Cl}_2) = 3{,}46\ \text{L}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Toda electrólisis se resuelve con la misma cadena, y el eslabón central son siempre los moles de electrones:

m \;\longrightarrow\; n(\text{sustancia}) \;\longrightarrow\; n(e^-) \;\longrightarrow\; Q = n(e^-)\cdot F \;\longrightarrow\; I = \frac{Q}{t}

Escribe las dos semirreacciones para saber cuántos electrones intervienen en cada electrodo:

\textbf{Cátodo}: \; \text{Co}^{2+} + 2\,e^- \longrightarrow \text{Co} \qquad\qquad \textbf{Ánodo}: \; 2\,\text{Cl}^- \longrightarrow \text{Cl}_2 + 2\,e^-

La clave del apartado b) es que por los dos electrodos circulan los mismos electrones: los que se consumen depositando cobalto son exactamente los que se liberan formando cloro.

Desarrollo

a) Intensidad de corriente.

Moles de cobalto depositado:

n(\text{Co}) = \frac{8{,}42}{59} = 0{,}1427\ \text{mol}

Moles de electrones (2 por cada

\text{Co}^{2+}

reducido):

n(e^-) = 2 \cdot 0{,}1427 = 0{,}2854\ \text{mol}

Carga total:

Q = n(e^-)\cdot F = 0{,}2854 \cdot 96500 = 27544\ \text{C}

Intensidad, con

t = 30\ \text{min} = 1800\ \text{s}

I = \frac{Q}{t} = \frac{27544}{1800} = \mathbf{15{,}3\ A}

b) Volumen de dicloro.

Por el ánodo circulan los mismos

0{,}2854

mol de electrones, y cada molécula de

\text{Cl}_2

requiere 2:

n(\text{Cl}_2) = \frac{n(e^-)}{2} = \frac{0{,}2854}{2} = 0{,}1427\ \text{mol}

(Coincide con los moles de cobalto, como cabía esperar de la estequiometría del

\text{CoCl}_2

.)

Condiciones del gas:

T = 15 + 273 = 288\ \text{K} \qquad\qquad P = \frac{740}{760} = 0{,}9737\ \text{atm}

V = \frac{n\,R\,T}{P} = \frac{0{,}1427 \cdot 0{,}082 \cdot 288}{0{,}9737} = \frac{3{,}370}{0{,}9737} = \mathbf{3{,}46\ L}

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

Consejo

El número de electrones por especie es lo que más se equivoca. Sácalo siempre de la semirreacción ajustada, no del estado de oxidación «a ojo»: aquí son 2 para el cobalto y 2 por cada molécula de cloro.

Recuerda que la corriente que atraviesa la celda es la misma en los dos electrodos. Por eso el apartado b) no exige empezar de cero: basta con repartir los mismos moles de electrones según la semirreacción anódica.

Y vigila las unidades: el tiempo en segundos (no minutos) y la presión en atmósferas (no mmHg). Trabajar con $t = 30$ da una intensidad 60 veces mayor, un valor absurdo que debería saltar a la vista.