Tecnólogo en Minería Química I. PRÁCTICO DE LABORATORIO Reacciones Redox

Transcripción

1 Tecnólogo en Minería Química I PRÁCTICO DE LABORATORIO Reacciones Redox

2 I. INTRODUCCIÓN Las reacciones redox se encuentran entre las reacciones más comunes. Son aquellas que involucran la transferencia de electrones entre un átomo que se oxida (pierde electrones) y uno que se reduce (gana electrones). La siguiente reacción muestra un ejemplo de ello, donde el Zn se oxida en presencia de una disolución de ácido, mientras que los hidrogeniones (H + ) del ácido son los que se reducen produciendo H 2 gaseoso. Zn(s) + 2H + (ac) Zn 2+ (ac) + H 2(g) En toda reacción redox siempre que una sustancia se oxida es necesario que otra se reduzca. La sustancia que hace posible que la otra se oxide es llamada agente oxidante u oxidante. Por consiguiente, el agente oxidante es quien se reduce en la reacción. De forma análoga, un agente reductor o simplemente el reductor es la sustancia que hace que la otra se reduzca y por lo tanto es quien se oxida en la reacción. La transferencia de electrones se lleva a cabo espontáneamente y produce energía. Esta energía liberada por una reacción redox espontánea puede utilizarse para producir trabajo eléctrico en una celda voltaica o galvánica. Una celda galvánica es un dispositivo en el que la transferencia de electrones se da a lo largo de un camino eterno y no directamente entre los reactivos. En la Figura 1 se muestra un ejemplo de celda galvánica. Figura 1. Ejemplo de celda galvánica Por definición, el electrodo (elemento metálico sumergido en cada una de las soluciones que componen la celda galvánica) donde ocurre la oxidación se denomina ánodo y el electrodo donde ocurre la reducción se denomina cátodo. En el ejemplo de la Figura 1, en el ánodo ocurre la oxidación del Zn de la siguiente manera: Zn(s) Zn +2 (ac) + 2e Y en el ánodo la reducción: Cu +2 (ac) + 2e Cu(s) Se coloca un puente salino entre las dos soluciones de manera de mantener la neutralidad. Este puente salino consiste en una solución de un electrolito (sustancia que contiene iones libres que se comportan como un medio conductor eléctrico), que no debe reaccionar con los otros electrolitos de la celda ni con los metales de los electrodos. De esta forma los aniones siempre migran hacia el ánodo, los cationes hacia el cátodo y los electrones por tanto desde el ánodo hacia el cátodo. Esta migración de electrones se da debido a que existe una diferencia de energía potencial entre el ánodo y el cátodo. La energía potencial (Eº) en el ánodo es mayor que en el cátodo. La diferencia de energía potencial

3 por carga eléctrica (diferencia de potencial) entre los electrodos se mide en Volts (V) y la denominamos fem (fuerza electromotriz). La fem de una celda (E celda) se denomina potencial de celda. La fem de una celda voltaica depende de las reacciones que se llevan a cabo en el ánodo y en el cátodo, de la concentración de productos y reactivos y de la temperatura. La fem de una celda se calcula en base a los potenciales de reducción de cada media celda. Los potenciales de reducción estándares están tabulados. E 0 celda = E 0 red(cátodo) E 0 red(ánodo) Para el caso de la Figura 1: Zn 2+ (ac) + 2e Zn(s) E 0 = V Cu 2+ (ac) + 2e Cu(s) E 0 = 0.34V

4 II. OBJETIVO DE LA PRÁCTICA Estudiar reacciones redox espontáneas. Obtenter una celda galvánica a partir de las reacciones redox estudiadas. III. REACCIONES REDOX A ESTUDIAR Zn(s) + Cu 2+ (ac) Zn(s) + 2H + (ac) Zn 2+ (ac) + Cu(s) Zn 2+ (ac) + H 2(g) Con la primera de las reacciones se va a elaborar la celda galvánica. IV. REACTIVOS Y MATERIALES Ácido clohídrico 0,1 M Zn metálico Disolución de CuSO 4 1 M (disolución a preparar) Disolución de ZnSO 4 1 M (disolución a preparar) Disolución de KNO 3 (para realizar el puente salino) Electrodo de Cu metálico Electrodo de Zn metálico Vasos de bohemia pequeños Vasos de bohemia grandes Cables Multímetro V. TÉCNICA Para observación de las reacciones redox 1. Colocar en un vaso de bohemia pequeño, aproximadamente 20 ml de ácido clorhídrico diluido, y agregarle una granalla de Zn 2. Observar lo ocurrido 3. En otro vaso de bohemia pequeño, colocar aproximadamente 20 ml de una disolución de sulfato de cobre 1 M, agregarle una granalla de Zn. 4. Observar lo ocurrido Para la celda galvánica 1. Colocar en un vaso de bohemia aproximadamente 80 ml de una disolución de CuSO 4 1M 2. Colocar en otro vaso de bohemia aproximadamente 80 ml de una disolución de ZnS0 4 1M 3. Embeber una tira de papel de filtro en la disolución de KNO 3 (puente salino) 4. Colocar el electrodo de Cu en la disolución de CuSO 4 y el de Zn en la disolución de ZnSO 4 5. Colocar el puente salino entre las dos medias celdas 6. Medir la diferencia de potencial con el multímetro 7. Comparar la fem obtenida con la fem teórica

5 2. PLANILLA DE CÁLCULOS REACCION REDOX 1 OBSERVACION EXPERIMENTAL REACCIÓN REDOX 2 OBSERVACION EXPERIMENTAL CELDA GALVANICA Temperatura de trabajo: FEM teórica: FEM experimental: CONCLUSIONES: