Universidad Nacional Autnoma de MxicoFacultad de Estudios Superiores Cuautitln

Laboratorio de Fisicoqumica IVCarrera: QumicaReporte de prctica 5: Celdas electroqumicas

Equipo 4Integrantes: MENDOZA JIMENEZ DAVID ALBERTOMORENO PEA LILIAORTEGA REYES MARTHA PATRICIA

Profesora:Guillermo Mora

Grupo: 2551 C

Semestre 2015-2

INTRODUCCIN:Una celda electroqumica es un dispositivo capaz de obtener energa elctrica a partir de reacciones qumicas (o bien, de producir reacciones qumicas a travs de la introduccin de energa elctrica, cuando se est cargando la celda). Un ejemplo comn de celda electroqumica es la pila (por ejemplo, la estndar de 1,5 voltios o la recargable de 1,2), que es una celda galvnica simple, mientras una batera consta de varias celdas conectadas en serie o paralelo.Hay dos tipos fundamentales de celdas y en ambas tiene lugar una reaccin redox, y la conversin o transformacin de un tipo de energa en otra: La celda galvnica o celda voltaica transforma una reaccin qumica espontnea en una corriente elctrica, como las pilas y bateras. Son muy empleadas por lo que la mayora de los ejemplos e imgenes de este artculo estn referidos a ellas. La celda electroltica transforma una corriente elctrica en una reaccin qumica de oxidacin-reduccin que no tiene lugar de modo espontneo. En muchas de estas reacciones se descompone una sustancia qumica por lo que dicho proceso recibe el nombre de electrolisis. Tambin se la conoce como cuba electroltica. A diferencia de la celda voltaica, en la celda electroltica, los dos electrodos no necesitan estar separados, por lo que hay un slo recipiente en el que tienen lugar las dos semirreacciones.

El potencial o fuerza electromotriz de una pila se puede predecir a travs de la utilizacin de los potenciales de electrodo, las tensiones de cada semicelda. La diferencia de voltaje entre los potenciales de reduccin de cada electrodo da una prediccin para el potencial medido de la pila.

En la actualidad estas celdas han adquirido gran importancia, la vida cotidiana sera inconcebible sin la presencia de stas; actividades como usar una cmara de video para tomar pelcula o hablar por telfono celular no podran realizarse; tampoco el ver televisin, o encender una laptop fuera de casa, son todas las actividades que necesitan para su funcionamiento, la presencia de las pilas.

Tambin son importantes en circunstancias vitales, como por ejemplo, para las personas que usan un marcapaso artificial, que es un artefacto que necesita pilas, y que general casi todos los implementos mdicos necesitan de las pilas, por lo tanto, se podra concluir que las pilas son necesarias, e incluso, indispensables en la vida del hombre para el funcionamiento cotidiano de varios aparatos elctricos.

OBJETIVOS: Fijar los conceptos de celda electroqumica de precipitacin, de concentracin y redox. Comprender el concepto de batera. Medir la FEM de celdas de precipitacin, concentracin y redox. Plantear las reacciones que se llevan a cabo en ellas. Construir una tabla de potenciales redox para los sistemas manejados.

METODOLOGA:1. Limpiar las 9 lminas perfectamente (lijar y enjuagar con etanol)2. Construir los sistemas mostrados en la Figura 5.1.3. Etiquetar o sealar el nmero correspondiente a cada vaso de precipitados y colocar las lminas siguiendo el orden de la Figura 5.14. Agregar las soluciones en cada vaso de precipitados de acuerdo a lo indicado en lafig. 5.1

Figura 5.1. Esquema de colocacin de las semiceldas

5.- Construir las siguientes celdas.

a) Cu(s)/Cu2+(0.1M))//Cu2+(1M)/Cu(s)III-VI

b) Cu(s)/Cu2+(0.01M)//Cu2+(1M)/Cu(s)IX-VI

Figura 5.2. Orden de las soluciones

Utilizar el puente salino para unir las semiceldas.Apoyarse en la Figura 5.3 para tomar la lectura de la F.E.M de las celdas requeridas.

Figura 5.3.Celda electroqumica y conexiones.Anotar el valor experimental de la FEM de cada celda registrado en el multmetro.Enjuagar los puentes salinos con agua destilada despus de cada medicin.6.- Construir las siguientes celdas siguiendo la metodologa anterior. Anotar la FEM experimental correspondiente a cada celda.

c) Pb(s) / PbI2(s), I-(1M) // Pb2+ (1M) / Pb(s)VIII-V

d) Pb(s) / PbSO4(s), SO42- (1M) // Pb2+(1M) / Pb(s)II-V

e) Pb(s)/ PbSO4(s), SO42- (1M) // PbSO4(s), SO42- (1M) / PbO2(s) / PbII-I

f) Pb(s) / Pb2+(1M) // Zn+2 (1M) / Zn(s)V-IV

g) Pb(s) / Pb2+(1M) // Ag+(1M) / Ag(s)V-VII

h) Pb(s) / PbSO4(s), SO42- (1M)) // Cu2+ (1M) / Cu(s)II-VI

i)Pb(s) / Pb2+ (1M) // Cu2+ (1M) / Cu(s)V-VI

j) Zn / Zn2+(1M) // Ag+(1M) / Ag(s)IV-VII

7.- Construir las bateras mostradas en la Figura 5.4 y medir la FEM.

NOTA 1:Valores de la FEM de algunas cadenas electroqumicas propuestas pueden tener signo negativo, comente a que se debe y haga las correcciones convenientes. Comente sus observaciones.ORIENTACIN PARA EL TRATAMIENTO Y DISPOSICIN DE RESIDUOSEnvasar y etiquetar las disoluciones adecuadamente para ser reutilizadas.NOTA 2:TENER CUIDADO EN NO REVOLVER LAS DISOLUCIONES PUES CONTAMINAN, SON IONES METLICOS PESADOS Y CONTAMINADOS NO SE PUEDEN REUTILIZAR.TABLAS DE RESULTADOS EXPERIMENTALES:Complete la siguiente tabla con los datos experimentales obtenidos. Realice los clculos necesarios.RESULTADOS:

Celda o cadenaReaccin de la celdaPotencial del nodoPotencial del ctodoEcal.(mV)Eexp.(mV)

a) III-VI0.28610.29885 12.7518.5

b) IX-VI0.26980.29885 29.0534.1

c) VIII-V------------------------------137.7

d) II-V-0.3369 0.2263191.829.2

e) II-I-0.33691.62521962.1115.3

f) V-IV-0.8011 0.2263656395

g) V-VII0.2663 0.784929.1912

h) II-VI-0.3369635.7456

i) V-VI0.22630.2988443.9419

j) IV-VII0.784-0.80111585.11302

k) IV-VII-V-VI0.44391.585120291688

l) VII-IV-V-VI0.44391.585120291691

OBSERVACIONES: Al examinar los datos se encontr que la diferencia entre el potencial calculado y el experimental es menor en celdas de concentracin que en celdas de xido reduccin o de precipitacin, pero existe una diferencia muy marcada en los valores de las celdas d, e y f. En cuanto a la eleccin del ctodo y el nodo, actuar como ctodo el electrodo cuyo potencial estndar es mayor y como nodo el electrodo cuyo potencial estndar es menor.

ANLISIS:Se analizaron diferentes sistemas que forman celdas, a los cuales se montaron diez celdas formadas por distintas semiceldas y dos bateras, a las cuales se les midi el potencial experimental y se calcul el terico, adems de clasificar a cada una en celdas de concentracin, redox y de precipitacin.En base a los resultados obtenidos en el caso de las celdas de concentracin podemos decir que en las celdas de concentracin, debido a la diferencia de concentracin se genera una diferencia de potencial por lo que en este caso la reduccin se lleva a cabo en la semicelda ms concentrada. Visualizando la segunda celda de concentracin donde tenemos cobre podemos ver que una celda est mucho ms diluida en comparacin con la anterior y esto genera mucho ms potencial a pesar de que tenemos las mismas especies , debido a que se genera una diferencia de potencial mucho mayor debido a la diferencia de concentraciones. La reaccin electroqumica nos produce un potencial es decir un tipo de energa que comparndola con los otros tipos de celda es mucho menor la energa que se produce en estas.

Ahora en el caso de las celdas de precipitacin cabe mencionar que en la que se produce un precipitado de PbI2 no se logr localizar el potencial estndar por lo que no se calcul el potencial de celda pero se produce el colorido precipitado de yoduro de plomo, en base a esto el nodo sera donde se forma este precipitado que es la semicelda VIII, en la siguiente celda que es la II-V, se localiz al ctodo que sera la semicelda V, en base a esto es de precipitacin ya que se produce sulfato de plomo en el nodo y en el ctodo se da la reduccin del plomo.Finalmente las celdas redox que son una mayora, tomando como ejemplo la celda V-IV podemos identificar que la reduccin se da en la semicelda V que es el ctodo y que contiene al plomo sodio y nitrato de plomo en la solucin, por lo que el zinc se oxida y el plomo se reduce , esto lo caracteriza con una celda redox ya que hay un intercambio de electrones y cambio de nmero de oxidacin de ambos metales, esto concuerda con la serie electromotriz ya que el cinc aparece mucho antes que el plomo en la escala de oxidacin, mientras que el plomo tiene ms tendencia a reducirse.En el caso de las bateras pudimos observar que los potenciales de celdas para las bateras IV-VII-V-VI y VII-IV-V-VI poseen el mismo valor aun cambiando el orden de las celdas, ya que en una de ellas se registraba un valor de potencial negativo no deseado en la obtencin de resultados; estas celdas estaban unidas a un puente salino que al final se conectaba por un electrodo.

CONCLUSIONES:Se determin el potencial de celda en diferentes sistemas resultando ser en orden creciente de produccin de mayor potencial primero estn : celdas de concentracin < celdas precipitacin < celdas redox< bateras.Por lo que se logr determinar las reacciones llevadas a cabo, identificar al nodo y ctodo en cada una de las celdas y finalmente calcular y ordenar el potencial de celda como se mostr anteriormente. En la construccin de las bateras logramos ver que el potencial de las mismas no se ve afectado por el orden de las celdas. Con base a los resultados reportados anteriormente podemos decir que se cumplieron con los objetivos establecidos en la prctica.

ANEXO:

1. Clasifique a las celdas construidas de acuerdo a los siguientes tipos:a) Precipitacinb) Concentracinc) RedoxCeldaTipo de celda

a) III-VIConcentracin

b) IX-VIConcentracin

c) VIII-VPrecipitacin

d) II-VPrecipitacin

e) II-IRedox

f) V-IVRedox

g) V-VIRedox

h) II-VIRedox

i) V-VIRedox

j) IV-VIIRedox

k) IV-VII-V-VIRedox

l) VII-IV-V-VIRedox

Elabore una tabla de potenciales electroqumicos para las semirreacciones de las celdasconstruidas, en orden creciente, a partir de la consideracin siguiente.

SemiceldaSemirreaccinE

IV-0.762

VIII-0.365

II-0.355

V-0.126

III VI IX0.339

VII0.7991

I1.685

POTENCIALES DE SEMICELDA

SEMICELDA 1

PbO2 + SO42- + 4 H+ + 2e PbSO4 + 2H2O..m= 1m

H2SO4 2H+ + SO4 2-1m 2m 1m I= 1/2 [ 2 m (1 )2+ 1 m (-2)2] = 3 m = 10 log = 0.2263 a SO4 2-= C= 0.2263 a H+ =2C = 0.45253 E= E +0.05916/2 log ()

E= 1.685 +0.05916/2 log [0.0.2263 ( 0.45253)4]E= 1.6252 SEMICELDA 2

PbSO4 + 2 e Pb0 + SO4 2- 1M =0.997 g/ ml.m=1.00 m

H2SO4 SO4 2- + 2 H+ 1M = 1m 2M = 2mIH2SO4= 1/2 [ 1 m (-2 )2 +(2m)(+1)2 ] = 4m + 2m =3 m =- 0.6454 = 10 -0.6454 =0.22623

a SO42- = C= 0.226263166 (1 m)= 0.2263mE= E Pb0 / PbSO4 +0.05916/2 log (a Pb0/a SO42-)

E= -0.356 V +0.05916/2 log (1/0.2263)E= -0.33691 V

Si: a SO42- = a H2SO4y: a H+ = 2 a H2SO4

SEMICELDA 3

0.1m 0.1m

SEMICELDA 4

I = = 3mlog = -0.6453= 0.2262a= (0.2262)(1.00m)= 0.2262+ + = -0.8011V

SEMICELDA 5

Pb2+ + 2e ===> Pb0 = 0 + log I = = 3 mlog = = -0.6454 = 0.2263a = C = (0.2263)(1 m) = 0.2263 m = -0.126 V + log = - 0.1451 VSEMICELDA 6

1m 1m SEMICELDA 7

Ag+ + 1e ===> Ag0 = 0 + log I = = 1 mlog = = -0.2545 = 0.5565a = C = (0.5565)(1 m) = 0.5565 m = 0.7991 V + log = 0.784 V

SEMICELDA 8 1m 1m

SEMICELDA 9

0.01m 0.01m

POTENCIALES DE CELDA

E= Ectodo + Enodo

CELDA III-VI

E= 0.29885 - 0.2861 = 0.01275 V

CELDA IX-VI

E= 0.29885 - 0.2698 = 0.02905 V

CELDA VIII-V

E = -0.1451 - (-0.3801) = 0.52516 CELDA II-V

E=-0 .1451 - (-0.3369) = 0.1918 V

CELDA II-I

E= 1.6252 - (-0.3369)= 1.9621 V

CELDA V - IV

E = -0.1451 - (-0.8011)= 0.656 V

CELDA V - VII

E=0.784- (-0.1451) = 0.9291 V

CELDA II- VI

E=- (-0.3369) = 0.6948 V

CELDA V - VI

E = -(-0.1451) = 0.4439 V

CELDA IV - VII

E = 0.784 -(-0.8011) = 1.5851 V

BATERAS

POTENCIALES DE CELDA

IV-VII-V-VI

EV-VI = -(-0.1451) = 0.4439 VEIV-VII = 0.784-(-0.8011) = 1.5851 V

Bateria : EIV-VII + EV-VI = 2.029 V

VII-IV-V-VI

EVII-IV = 0.784-(-0.8011)= 1.5851 VEV-VI = 0.29885 - (-0.1451) = 0.4439 V

Batera = EVII-IV + EV-VI = 1.5851 + 0.4439 = 2.029 V

BIBLIOGRAFA

Baca, G. & Lewis, D. A., (1978) "Electrochemistry in a Nutshell" Journal of Chem.Educ. 55 (12) p.p. 804-806Leidler K. James. (1997) Fisicoqumica. Ed. CECSA. MxicoLevine, I. N. (2004) Fisicoqumica. Vol. 2. 5a. ed. McGraw-Hill. Mxico.