Conceptos previos 1 ZnSO 4(ac) + Cu (s) e Zn Zn ac s 2 2 ) ( 0 ) ( 0 ) ( 2 ) ( 2 s ac Cu e Cu • ¿Qué tipo de enlace presenta el sulfato de cobre? • ¿Y el cinc? • ¿Cuál de los dos es soluble en agua? ¿Por qué? • Entonces ¿qué estado físico tendrá cada uno? • ¿Cuáles son los productos de la reacción? • ¿Qué tienen de especial las soluciones de compuestos iónicos? • ¿Cómo logran la conducción? • ¿Qué estado de oxidación presentan el cobre y el cinc a lo largo de la reacción química? CuSO 4 (ac) + Zn (s) +2 0 +2 0
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Transcript
Conceptos previos
1
ZnSO4(ac) + Cu(s)
eZnZn acs 22
)(
0
)(
0
)(
2
)( 2 sac CueCu
• ¿Qué tipo de enlace presenta el sulfato de cobre? • ¿Y el cinc? • ¿Cuál de los dos es soluble en agua? ¿Por qué? • Entonces ¿qué estado físico tendrá cada uno? • ¿Cuáles son los productos de la reacción? • ¿Qué tienen de especial las soluciones de compuestos iónicos? • ¿Cómo logran la conducción? • ¿Qué estado de oxidación presentan el cobre y el cinc a lo largo de
la reacción química?
CuSO4 (ac) + Zn (s) +2 0 +2 0
ELECTROQUÍMICA Sesión 21
¿Qué tienen en común las siguientes
reacciones?
3
En todos los casos ocurre una reacción oxido-reducción.
Logro
4
Al finalizar la unidad el alumno resuelve
problemas relacionados con procesos
electroquímicos industriales, haciendo uso de la
ecuación de Nerst y ley de Faraday.
5
Electroquímica
Reacción de óxido-reducción
Corriente eléctrica
Celdas Galvánicas Celdas electrolíticas
Generador de hidrogeno
Recubrimiento de piezas
Habilidad 1 Identifica los agentes oxidante y reductor y
especies oxidada y reducida en un proceso de
óxido-reducción.
6
7
Oxidación • El elemento, molécula o ión pierde
electrones.
• Se produce un aumento en su
estado de oxidación.
• A la sustancia que se oxida se le
denomina agente reductor
• Se representa X/X+
Oxidación - Reducción
Cu0 (s) → Cu2+
(ac) + 2 e – Cu0 / Cu2+
H2 (g) → 2H+(ac) + 2 e – H2/2H+
Fe+2 (ac) → Fe+3
(ac) + 1 e – Fe+2 /Fe+3
S0 (s) + 2 e – → S- 2
(ac) S0 /S- 2
Cl20
(s) + 2 e – → 2 Cl-(ac) Cl20 /2 Cl-
Li+ (ac) + 1 e – → Li0(s) Li+/ Li0
Reducción • El elemento, molécula o ión gana
electrones.
• Se produce una disminución en su
estado de oxidación.
• A la sustancia que se reduce se le
denomina agente oxidante
• Se representaX+/X
REACCIONES DE REDUCCIÓN Y OXIDACIÓN
8
)()(221
)( sgs ZnOOZn
Pierde 2 e- (oxidación)
Gana 2 e- (reducción)
2+ 2-
Recordar: ¿cuál es la
carga de los iones que
forman el óxido de cinc?
Todos los elementos neutros tienen estado de oxidación cero (0)
El Zn aumenta su estado de oxidación De 0 a +2
El O2 disminuye su estado de oxidación De 0 a -2
0 0
Ficha de trabajo 3.2
Ejercicio 2
Resumiendo…
La reacción Redox:
• Implica la transferencia de electrones
• Los elementos cambian de estado de oxidación
• Ocurre una reacción de oxidación y reducción simultáneamente
9
Semi reacciones
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AGENTE REDUCTOR
AGENTE OXIDANTE
ESPECIE REDUCIDA
ESPECIE OXIDADA
2
)(
0
)(
0
)(
2
)(
acssac ZnCuZnCu
eZnZn acs 22
)(
0
)(
0
)(
2
)( 2 sac CueCu
Semi reacción de oxidación
Semi reacción de reducción
Reacción Global
F.T. 3.2: 1a)- 1d) Actividad 3.2.1
Habilidad 2 Describe los componentes y el funcionamiento de
las celdas galvánicas.
12
Celdas galvánicas o voltaicas
13
Semicelda anódica
Semicelda catódica
Ele
ctro
do c
atód
ico
Ele
ctro
do a
nódi
co
Solución anódica Solución catódica
Conductor metálico externo Voltímetro
¿Dónde ocurre la oxidación?
¿Dónde ocurre la reducción?
¿Para qué sirve el puente salino?
ÁNODO
CÁTODO
Para compensar las cargas
15
Zn(s) Zn2+ + 2e Cu2+ + 2e Cu(s)
Diagrama de una pila
Celdas Galvánicas o Voltaicas
F.T. 3.2: 2a), 2b) Actividad 3.2.2
Oxidación Reducción
Habilidad 3 Utiliza la tabla de potenciales de reducción estándar
para calcular el voltaje que entrega una celda galvánica
en condiciones estándar y no estándar
16
Condiciones estándar a 25 °C
• Concentración de las soluciones de reactivos
y/o productos es igual a 1,0 M
• Presión de los gases es igual a 1 atm
Cuando las soluciones tienen
concentraciones diferentes a 1M, entonces
las condiciones se llaman: “no estándar”
17
Entonces…
Potencial estándar de la celda
18
o
ánodo
o
cátodo
o
celda EEE
En toda celda galvánica, el potencial de celda (E°celda) es mayor a cero
o
oxidación
o
reducción
o
celda EEE o
F.T. 3.3.1: 4a), 4d) Actividad 3.2.4
Al potencial de la celda (E°) también se le llama fem (fuerza electromotríz)
A tener en cuenta…
• [ Reactivos] y [Productos] 1M
• Los gases a una presión 1 atm
Condiciones no estándar
25 °C
Potencial en condiciones no estándar
• Cuando la concentración de las soluciones es
diferente de 1,0 M, la fem de la celda varía.
• La ecuación de Nernst permite encontrar el valor
de la fem a condiciones no estándar.
Efecto de la concentración sobre el potencial
de la celda
Ecuación de Nernst:
aA(ac) +bB(ac) cC(ac)+ dD(ac)
Donde: E reacción = potencial de la celda en condición no estándar E°reacción = potencial de la celda en condición estándar ne = Número de moles de electrones balanceados en la reacción [ ] = concentración elevada a su coeficiente estequiométrico
Ecelda = E°celda - 0,0592 Log [C]c [D]d
ne [A]a [B]b
Para una reacción redox:
F.T. 3.32: a), b) Actividad 3.2.5
Habilidad 4 Determina la espontaneidad de una reacción
redox de importancia industrial usando la tabla de
potenciales de reducción
22
Problema
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¿Cuál es el ánodo y cual es el cátodo? ¿Cuál es la dirección de flujo de electrones? ¿Cuál es el diagrama de la celda? ¿Cuál será el potencial de la celda a condiciones estándar?
F.T. 3.4:
Presta atención al vídeo a continuación y
luego responde:
• ¿Qué tipo de celda tenemos en el vídeo?
• ¿Se puede estimar cuánta energía otorga la celda?
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http://www.youtube.com/watch?v=i84k7Sn2f6c
Cierre de sesión
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Complete (ganancia/pérdida) y (aumento/disminución):
• En la ecuación de oxidación ocurre la ___________ de electrones
y el __________ del estado de oxidación.
• En la ecuación de reducción ocurre la ___________ de electrones
y el __________ del estado de oxidación.
Celdas galvánicas:
• Los electrodos se transfieren del __________ al __________
• El puente salino sirve para compensar las __________
• La fem (E°celda) de una celda galvánica es ……..…. que cero.
• A condiciones no estándar la concentración de las soluciones es
……...de 1,0 M, en consecuencia la fem varía.
Bibliografía
BROWN, Theodore (2004) Química: La Ciencia Central . 11va ed. México D.F. Editorial Pearson Educación. CHANG, Raymond (2010). Química. 10ma ed. México: McGraw-Hill Interamericana Editores S.A. BUSTAMANTE, Elena y otros (2013) Química: Cuaderno de trabajo. 6ta ed. Perú: Universidad Peruana de Ciencias aplicadas-UPC.
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