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Electrólisis y leyes de Faraday

Extremadura · 2026 · Julio

Enunciado

Al realizar la electrólisis de cloruro de sodio fundido (

\text{NaCl}

) se depositan 5 g de sodio en el cátodo.

a) (0,5 puntos) Calcular los moles de

\text{Cl}_2(g)

liberados en el ánodo.

b) (0,5 puntos) Calcular el volumen de

\text{Cl}_2(g)

liberado medido a 1 atm y

25\ ^\circ\text{C}

.

c) (0,5 puntos) Averiguar el tiempo (en segundos) necesario para que se depositen los 5,0 g de sodio, sabiendo que la intensidad de corriente es de 100 A.

Datos: Constante de Faraday,

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

;

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

; masa atómica (u):

\text{Na} = 23

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\;\text{a) } n(\text{Cl}_2) = 0{,}109\ \text{mol}\;}

\boxed{\;\text{b) } V(\text{Cl}_2) = 2{,}66\ \text{L}\;}

\boxed{\;\text{c) } t \approx 210\ \text{s}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

En el

\text{NaCl}

fundido solo hay iones

\text{Na}^+

\text{Cl}^-

: en el cátodo se reduce el sodio y en el ánodo se oxida el cloruro. Las semirreacciones relacionan los moles de sodio depositado, de electrones que han circulado y de cloro desprendido. Con los moles de cloro, la ecuación de los gases da el volumen, y con los moles de electrones, la carga (

Q = n_e\,F

) y el tiempo (

t = Q/I

Desarrollo

Semirreacciones

\text{Cátodo (reducción):}\quad \text{Na}^+ + e^- \longrightarrow \text{Na}

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

\text{Global:}\quad 2\,\text{NaCl}(l) \longrightarrow 2\,\text{Na}(l) + \text{Cl}_2(g)

Por cada mol de electrones se deposita 1 mol de Na y se desprende medio mol de

\text{Cl}_2

.

a) Moles de cloro

n(\text{Na}) = \frac{5\ \text{g}}{23\ \text{g/mol}} = 0{,}2174\ \text{mol} = n(e^-)

n(\text{Cl}_2) = \frac{n(e^-)}{2} = \frac{0{,}2174}{2} = 0{,}1087\ \text{mol}

b) Volumen de cloro a 1 atm y $25\ ^\circ\text{C}$

Con

T = 25 + 273 = 298\ \text{K}

V = \frac{n\,R\,T}{P} = \frac{0{,}1087 \cdot 0{,}082 \cdot 298}{1} = 2{,}66\ \text{L}

c) Tiempo necesario

Carga que ha circulado:

Q = n(e^-)\cdot F = 0{,}2174\ \text{mol} \cdot 96\,500\ \text{C/mol} = 2{,}098\cdot 10^{4}\ \text{C}

Como

Q = I\,t

t = \frac{Q}{I} = \frac{2{,}098\cdot 10^{4}\ \text{C}}{100\ \text{A}} = 210\ \text{s}

(unos

3{,}5

minutos).

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

Consejo

La clave es la relación entre los dos electrodos: los mismos electrones que reducen el sodio oxidan el cloruro. Un electrón por átomo de Na, pero dos por molécula de $\text{Cl}_2$ : por eso salen la mitad de moles de cloro que de sodio.

Recuerda que en la electrólisis el cátodo es el electrodo negativo (reducción) y el ánodo, el positivo (oxidación): al revés que en una pila en cuanto al signo, igual en cuanto al proceso.