Electroquímica. Número de Oxidación 10/8/2010. Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. / Provisto por Dr. Hernández-Castillo 1.

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1 1/8/21 Procesos electroquímicos so reaccioes de oxidacióreducció e los cuales: La eergía liberada de u proceso espotáeo es covertida e electricidad o Se usa eergía eléctrica para causar que ua reacció que o es espotáea ocurra 2+ 2Mg (s) + O 2 (g) 2MgO (s) Electroquímica Capítulo 19 2Mg 2Mg e - O 2 + 4e - 2O ½ reacció de Oxidació (perder e - ) ½ reacció de Reducció (gaar e - ) Copyright The McGraw-Hill Compaies, Ic. Permissio required for reproductio or display Número de Oxidació La carga que u átomo tedría e ua molécula o ió si los electroes fuera trasferidos completamete. 1. Elemetos libre (o combiados) tiee úmero de oxidació de cero. Na, Be, K, Pb, H 2, O 2, P 4 = 2. E ioes mooatómicos, el úmero de oxidació es igual a la carga del ió. Li +, Li = +1; Fe 3+, Fe = +3; O, O = El úmero de oxidació de oxígeo es usualmete 2. E peróxido O 2 es 1. E superóxido O es 1/ El úmero de oxidació de hidrógeo es +1 excepto cuado está uido a metales e haluros biarios, e dicho caso es Los metales del grupo IA +1, los del grupo IIA so +2 y flúor siempre es La suma del úmero de oxidació de todos los átomos e ua molécula tiee que ser cero, la suma e u ió poliatómico tiee que ser igual a la carga del ió. HCO - 3 Número de oxidació de todos los átomos e HCO 3-? O = -2 H = +1 3x(-2) + 1 +? = -1 C = Provisto por Dr. Herádez-Castillo 1

2 1/8/21 Cómo balaceamos ecuacioes redox? La oxidació de Fe 2+ a Fe 3+ por Cr 2 O 7 e solució ácida? 1. Escriba la ecuació o balaceada e su forma ióica. Fe 2+ + Cr 2 O 7 Fe 3+ + Cr Separe la ecuació e dos medias reaccioes. Oxidació: Reducció: Fe 2+ Fe Cr 2 O 7 Cr Balacee todos los átomos que o sea O i H e cada media reacció. Cr 2 O 7 2Cr Cómo balaceamos ecuacioes redox? 4. Para reaccioes e ácido, añada H 2 O para balacear los O y añada H + para cotrabalacear los H. Cr 2 O 7 14H + + Cr 2 O 7 5. Añada electroes a cada media reacció para balacear las cargas de cada media reacció. 6e H + + Cr 2 O 7 6e H + + Cr 2 O 7 Fe 2+ Fe e - 6. Si es ecesario, iguale la catidad de electroes e las medias reaccioes, multiplicado las medias reaccioes por los coeficietes apropiados. 6Fe 2+ 6Fe e Cómo balaceamos ecuacioes redox? Celdas Galváicas 7. Sume las reaccioes y verifique que la ecuació total esté balaceada (e átomos). El úmero total de electroes e ambos lados de la ecuació tiee que cacelar. Oxidació: Reductio: 6e H + + Cr 2 O 7 14H + + Cr 2 O 7 + 6Fe 2+ 6Fe 2+ 6Fe e - 6Fe 3+ + Áodo - oxidació Cátodo reducció 8. Verifique que las cargas esté balaceadas. 14x x2 = 24 = 6x3 + 2x3 reacció redox espotáea 9. Si la reacció fuese e medio básico, añada OH - a ambos lados de la ecuació por cada H + que aparezca e la ecuació fial y covierta H + co OH - e H 2 O Provisto por Dr. Herádez-Castillo 2

3 1/8/21 Celdas galváicas Poteciales estádar de reducció La diferecia e potecial eléctrico etre el áodo y el cátodo es llamada:: voltaje de la fuerza electromotríz (emf) potecial de la Diagrama de la Z (s) + Cu 2+ (ac) Cu (s) + Z 2+ (ac) [Cu 2+ ] = 1 M & [Z 2+ ] = 1 M Z (s) Z 2+ (1 M) Cu 2+ (1 M) Cu (s) áodo cátodo 19.2 Z (s) Z 2+ (1 M) H + (1 M) H 2 (1 atm) Pt (s) áodo (oxidació): Z (s) Z 2+ (1 M) + 2e - cátodo (reducció): 2e - + 2H + (1 M) H 2 (1 atm) Z (s) + 2H + (1 M) Z 2+ + H 2 (1 atm) Poteciales estádar de reducció Potecial estádar de reducció (E ) es el cambio e potecial asociado a la reacció de reducció e u electrodo cuado todos los solutos está e ua cocetració 1 M y los gases está e ua presió de 1 atm. Ecell Poteciales estádar de reducció =.76 V emf estádar (E cell) E cell = E cátodo - E áodo Reacció de reducció 2e - + 2H + (1 M) H 2 (1 atm) E = V (arbitrario) Z (s) Z 2+ (1 M) H + (1 M) H 2 (1 atm) Pt (s) E = E H /H - E + Z 2+ /Z 2.76 V = - E Z 2+ /Z E Z 2+ /Z = -.76 V Electrodo estádar de hidrógeo (SHE) Z 2+ (1 M) + 2e - Z E = -.76 V Provisto por Dr. Herádez-Castillo 3

4 1/8/21 Ecell Poteciales estádar de reducció =.34 V Pt (s) H 2 (1 atm) H + (1 M) Cu 2+ (1 M) Cu (s) áodo (oxidació): cátodo (reducció): E cell = E cátodo - E áodo E cell = E Cu 2+ /Cu E H + /H 2.34 = E Cu 2+ /Cu - E Cu 2+ /Cu =.34 V H 2 (1 atm) 2H + (1 M) + 2e - 2e - + Cu 2+ (1 M) Cu (s) H 2 (1 atm) + Cu 2+ (1 M) Cu (s) + 2H + (1 M) E e para la reacció como está escrita Mietras mas positivo es E, mayor es la tedecia de que la sustacia sea reducida Las reaccioes de media so reversibles El sigo de E tiee que cambiar si la reacció es ivertida Cambiar los coeficietes estequiométricos de ua media o cambia el valor de E Cuál es el emf estádar de ua electroquímica hecha co u electrodo de Cd e ua solució 1. M Cd(NO 3 ) 2 y u electrodo de Cr e ua solució 1. M Cr(NO 3 ) 3? Cd 2+ (ac) + 2e - Cd (s) E = -.4 V Cd es el agete oxidate Cr 3+ (ac) + 3e - Cr (s) E = -.74 V mas fuerte Cd oxidará a Cr áode (oxidació): Cr (s) Cr 3+ (1 M) + 3e - x 2 Cátodo (reducció): 2e - + Cd 2+ (1 M) Cd (s) x 3 2Cr (s) + 3Cd 2+ (1 M) 3Cd (s) + 2Cr 3+ (1 M) E = E cátodo - E áodo E = -.4 (-.74) E =.34 V G = -FE G = -FE Espotaeidad de las reaccioes Redox = úmero de moles de e- s e la reacció F = 96,5 G = -RT l K = -FE E = RT F E E =.257 V =.592 V J V mol = 96,5 C/mol (8.314 J/K mol)(298 K) l K = l K (96,5 J/V mol) l K log K 19.4 Provisto por Dr. Herádez-Castillo 4

5 1/8/21 Espotaeidad de las reaccioes redox Cuál es la costate de equilibrio para esta reacció a 25 C? Fe 2+ (ac) + 2Ag (s) Fe (s) + 2Ag + (ac) E =.257 V l K Oxidació: Reducció: 2e - + Fe 2+ 2Ag 2Ag + + 2e - Fe = 2 E = E Fe /Fe E 2+ Ag + /Ag E = -.44 (.8) G = -RT l K = -FE E = V ( como debe ser K y G?) K = exp Ecell x.257 V = exp V x V K = 1.23 x El efecto de la cocetració e el emf de ua G = G + RT l Q G = -FE G = -FE Ocurrirá espotáeamete esta reacció a 25 C si [Fe 2+ ] =.6 M y [Cd 2+ ] =.1 M? Fe 2+ (ac) + Cd (s) Fe (s) + Cd 2+ (ac) E = E V -FE = -FE + RT l Q Ecuació de Nerst E = E - l Q RT F A 298 K l Q E = E V log Q Oxidació: Reducció: 2e - + Fe 2+ E = E Fe /Fe E 2+ Cd 2+ /Cd E = -.44 (-.4) E = -.4 V Cd Cd e - 2Fe E = E E = -.4 V E = V = 2 l Q V 2 l.1.6 E > espotáea Provisto por Dr. Herádez-Castillo 5

6 1/8/21 Qué so baterías? Baterías Celda seca Celda de Leclaché Batería de mercurio áode: Z (s) Z 2+ (ac) + 2e - áodo: Z(Hg) + 2OH - (ac) ZO (s) + H 2 O (l) + 2e - + cátodo: 2NH 4 (ac) + 2MO 2 (s) + 2e - M 2 O 3 (s) + 2NH 3 (ac) + H 2 O (l) Z (s) + 2NH 4 (ac) + 2MO 2 (s) Z 2+ (ac) + 2NH 3 (ac) + H 2 O (l) + M 2 O 3 (s) cátodo: HgO (s) + H 2 O (l) + 2e - Hg (l) + 2OH - (ac) Z(Hg) + HgO (s) ZO (s) + Hg (l) Baterías Baterías Batería de almaceaje (de plomo) áodo: Cátodo: Pb (s) + SO (ac) PbSO 4 (s) + 2e - 4 PbO 2 (s) + 4H + (ac) + SO (ac) + 2e - 4 PbSO 4 (s) + 2H 2 O (l) Pb (s) + PbO 2 (s) + 4H + (ac) + 2SO (ac) 2PbSO 4 (s) + 2H 2 O (l) 4 Batería de estado sólido de litio Provisto por Dr. Herádez-Castillo 6

7 1/8/21 Baterías Corrosió Ua de combustible es la que requiere u suplido cotíuo de reactivos para seguir fucioado áodo: 2H 2 (g) + 4OH - (ac) 4H 2 O (l) + 4e - cátodo: O 2 (g) + 2H 2 O (l) + 4e - 4OH - (ac) 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O (l) 19.7 Electrólisis es el proceso e el que eergía eléctrica es utilizada para causar que u proceso o-espotáeo ocurra. Electrólisis de agua Provisto por Dr. Herádez-Castillo 7

8 1/8/21 Electrolisis y cambios de masa carga (C) = corriete (A) x tiempo (s) 1 mole e - = 96,5 C áodo: Cuáto Ca puede ser producido e u electrolítica de CaCl 2 derretido si ua corriete.452 A es aplicada a la por 1.5 horas? 2Cl - (l) Cl 2 (g) + 2e - cátodo: Ca 2+ (l) + 2e - Ca (s) Ca 2+ (l) + 2Cl - (l) Ca (s) + Cl 2 (g) 2 mol e - = 1 mol Ca mol Ca =.452 C s x 1.5 hr x 36 s x hr =.126 mol Ca 1 mol e - 96,5 C x 1 mol Ca 2 mol e =.5 g Ca 19.8 Provisto por Dr. Herádez-Castillo 8

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