QuímicaFácilCuestión · 1,5 pts

Problema resuelto de Química: Electrólisis y leyes de FaradaySelectividad (PAU) · País Vasco 2024 · Julio

Enunciado

En la electrolisis del LiCl, se pasa una corriente de 4 A durante 10 h a través de la disolución.

a) Describir las reacciones que tienen lugar en los electrodos. (0,75 puntos)

b) Calcular cuánto Li metálico se forma (

F = 96\,500\ \text{C}\cdot\text{mol}^{-1}

). (0,75 puntos)

Datos (de la tabla del examen): masa atómica (uma): Li = 6,941.

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

a) Cátodo:

\text{Li}^+ + e^- \rightarrow \text{Li}

; ánodo:

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

; global:

2\,\text{LiCl} \rightarrow 2\,\text{Li} + \text{Cl}_2

(LiCl fundido).

b)

Q = 1{,}44\cdot 10^{5}

C; se forman 1,49 mol de Li, unos 10,4 g.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

En una electrólisis la corriente fuerza una reacción redox que no es espontánea. En el cátodo (polo negativo) llegan electrones y se produce la reducción: los cationes

\text{Li}^+

se convierten en litio metálico. En el ánodo (polo positivo) se produce la oxidación: los cloruros pierden electrones y forman cloro gaseoso.

Ojo con un detalle: el enunciado habla de «disolución», pero el litio metálico no puede obtenerse en agua (reacciona violentamente con ella, y en el cátodo se reduciría el agua antes que el

\text{Li}^+

). Como piden el litio metálico que se forma, se entiende que se electroliza el cloruro de litio fundido, que es como se obtiene en la industria.

Para b), la carga que circula es

Q = I\,t

; con la constante de Faraday la pasamos a moles de electrones, y cada

\text{Li}^+

necesita uno.

Desarrollo

a) Reacciones en los electrodos

En el LiCl fundido los iones

\text{Li}^+

\text{Cl}^-

se mueven libremente.

Cátodo (−), reducción:

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

Ánodo (+), oxidación:

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

Multiplicando la primera por 2 y sumando, la reacción global es

2\,\text{LiCl}(l) \longrightarrow 2\,\text{Li}(l) + \text{Cl}_2(g)

En el cátodo se deposita litio metálico (líquido a la temperatura del fundido) y en el ánodo se desprende cloro gaseoso.

(Si fuera de verdad una disolución acuosa, en el cátodo se desprendería hidrógeno,

2\,\text{H}_2\text{O} + 2\,e^- \rightarrow \text{H}_2 + 2\,\text{OH}^-

, y no se formaría litio.)

b) Carga que circula

Q = I\,t = 4\ \text{A} \cdot (10 \cdot 3600)\ \text{s} = 144\,000\ \text{C}

Moles de electrones y de litio. Por la semirreacción del cátodo, 1 mol de electrones da 1 mol de Li:

n(\text{Li}) = n(e^-) = \frac{Q}{F} = \frac{144\,000\ \text{C}}{96\,500\ \text{C/mol}} = 1{,}49\ \text{mol}

Masa de litio

m(\text{Li}) = 1{,}49\ \text{mol} \cdot 6{,}941\ \text{g/mol} = 10{,}4\ \text{g}

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

Consejo

Pasa siempre el tiempo a segundos antes de calcular la carga y escribe la semirreacción del cátodo: es la que dice cuántos electrones necesita cada átomo de metal (1 para el Li, 2 para el Cu…). Indica en qué electrodo ocurre cada proceso y si es oxidación o reducción.

Paso 1 de 3

¿Has terminado el problema?

¿Te atascas?Manda tu duda a tu profesor o al equipo, o pregunta a otros estudiantes en la comunidad.

Sigue practicando

Electrólisis y leyes de Faraday

(2 puntos: 1 punto cada apartado) a) ¿Cuánta carga eléctrica se consume al depositar