Electroquimica Problemas

7/24/2019 Electroquimica Problemas

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ELECTROQUIMICA

Problemas

AO 2015

Personal Docente

Dra. Susana B. Ribotta

Lic. Ana C. Courtade

Lic. Cecilia C. Dominguez

Lic. Patricio A. Orrillo


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TERMODINMICA ELECTROQUMICA

Problema 1Prediga qu suceder si el bromo molecular lquido (Br2) se aade a una solucin que contengaNaCl y NaI a 25 C. Suponga que todas las especies estn en su estado standard.

Problema 2Empleando datos de la tabla de potenciales normales calcule el Epara las reacciones del Hg con:a) HCl 1Mb) HNO31M

Cul de los dos cidos oxidar al Hg a+2

2Hg en condiciones de estado standard?

Problema 3El acumulador de plomo se simboliza por la expresin:

Pb / PbSO4 / H2SO4(a) / PbSO4 / PbO2 / Pb

Escribir las reacciones que se producen en cada electrodo y calcular la actividad del H2SO4en unacumulador cuyo potencial es 2.016 V.

Problema 4a) Calcular la constante de equilibrio de la reaccin:

22

2

4224 CO10OH8Mn2OCH5H6MnO2 ++++ ++

Resultante de las siguientes semi-reacciones:

OH4Mne5H8MnO 22

4 +++ ++

4222 OCHe2CO2H2 ++ +

b) Plantee la ecuacin de Nernst correspondiente si las especies participantes de la reaccin totalanterior no estuvieran en sus estados standard.

Problema 5Considere la siguiente reaccin:

3 Br2(ac)+ 3 H2O(l)BrO3-(ac)+ 6 H

+(ac)+ 5 Br

-(ac)

a) Calcule la contante de equilibrio cuando las actividades de todas las especies presentes son

iguales a 1.b) Qu ocurrira si el pH fuera igual a 9?.

Problema 6Se tiene la siguiente pila:

Cu / Zn / Zn2+, Cl-/ AgCl / Ag / Cua) Indique cul es la reaccin total de la misma.b) Considerando sus potenciales electroqumicos en el equilibrio, deduzca la ecuacin de Nernst

correspondiente.


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2

Problema 7En la pila:

Hg / Hg2Br2/ KBr(0.1 N)// KCl(0.1 N)/ Hg2Cl2/ Hg

La dependencia del potencial de la pila con la temperatura est dada por la ecuacin:

E = 0.1318 - 1.88 . 10-4t

vlida entre 10 C y 40 C. Calcular la constante del producto de solubilidad (kps) del Hg2Br2a 25C, siendo el potencial del electrodo de Calomel 0.1 N a esa temperatura 0.3335 V y el coeficiente

de actividad inica media de la solucin 0.1 N de KBr a 25 C es = 0.772.

Problema 8J.P. King y J.W. Cobble midieron el voltaje de la celda:

Pt / H2 (p = 1atm) / HCIO4 (m1)// KCl, KNO3 (aq)// HReO4 (m2)/ ReO3 (S)/ Pt

A una temperatura de 25 C, en funcin de la concentracin de HCIO4y HReO4. A partir de losdatos de la siguiente tabla calcular el potencial standard del sistema ReO 4

--/ ReO3 a 25 C.

Suponer que los coeficientes de actividad del HCIO4y del HReO4son iguales.

m1= m2 E [V]0.0540 0.500

0.0478 0.494

0.0290 0.501

0.0270 0.492

0.0135 0.4870.00680 0.468

0.001060 0.400

0.00054 0.373


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Anexo I

Al poner dos electrolitos en contacto aparece una zona de contacto en la que hay un cambiocontinuo en las actividades, ai, de los diferentes iones, desde el valor que tienen en un electrolito

al que tienen en el otro. Se puede separar una capa fina de espesor dde esta zona de contacto,en la que la concentracin vare en una cantidad infinitesimal:

dmi= m

i(+ d) - m

i().

Sea ddicha capa infinitesimal de difusin, y sea i = 1, 2, ..., n, la clase de ion. Dicha capa separala solucin en dos partes I y II, siendo la mila concentracin de la especie inica i en la parte I y mi+ dmien la parte II.

Si se pasa 1 Faraday de corriente (F culombios) desde el electrolito I al II a travs de la capa d ,tiene lugar un transporte de iones; el nmero de moles de cada ion que atraviesa la capa serigual a ti/zi, donde ties el ndice de transporte del ion i, y z iel nmero que indica su carga.La variacin de energa libre de Gibbs en este proceso, a T y p constantes, ser:

dG = i

iidn

i= i*(T, p) + RT ln ai

dG = RTt

z ii

i

id aln

Para 1 Faraday: dG = - F dED

dED= dGF

dED= RTF tz ii

i

id aln

El potencial de difusin se obtiene integrando sobre toda la capa de contacto, es decir:

ED= RTFtz i

iI

IIi

id aln

Tanto ti() como ai() son funciones dey, por lo tanto, de la concentracin.Para poder integrar esta ltima ecuacin, Henderson introdujo ciertas aproximaciones:a) El gradiente de concentracin es lineal en la zona de contacto. Si x es la fraccin de electrolitoII: x (0 < x < 1), entonces (1 - x) ser la fraccin de electrolito I, y la concentracin del ion i en lacapa de difusin estar dada por:

mi= x miII+ (1 - x) mi

Idonde mi

Iy miIIson las concentraciones del ion i en los electrolitos I y II, respectivamente.

b) Los coeficientes de actividad,i, y de las movilidades inicas, u i, son constantes en la zona dedifusin. Los nmeros de transporte estarn dados por:

ti= m um ui i

i i

teniendo en cuenta que:

d ln ai= d ln mi+ d lniSe puede escribir entonces:

ED= RTFt

zi

iRTF

t

zi

i

I

II

I

IIi

i

i

id m dln ln

ino depende de x, por lo que la segunda integral es igual a cero. Como: mi= x mi

II+ (1 - x) miI

d ln mi=1

m i

m m

mi

iII

iI

id m dx=

( )

y


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4

ED= RTF

tz

m mm

i

i

i

iII

iI

idx

( )

0

1

ED=

RTF z

m m

mi

mi uimi ui

i

i

iII

iI

i dx( )

0

1

=

RTF

m m u

z m uiII

iI

i

i i ii

dx

( )

0

1

m ui ii i

= [x miII+ (1 - x) miI]ui=i

[x miIIui+ miIui- x miIui]

=

i x (miII- miI) ui+ miIui= x

i (miII- miI) ui+

i miIui

ED=

+ RTF

m m uz

i

dx

x m m u m u

iII

iI

i

i iII

iI

i iI

iii

( )

( )0

1

Como:

dxax b a+ = 1 ln |ax + b| + c

dxax b a+ =

0

11 [ln |a + b| - ln |b|]= 1

aln

a bb+

a = (miII- miI) uib = miIuia + b =

mi

II

ui-

mi

I

ui+

mi

I

ui=

mi

II

ui

ED=

RTF

m m uz

im m u

m u

m u

iII

iI

i

i iII

iI

i

iII

i

iI

i

( )

( )ln1

ED=

RTF u m m

m u

m u

ui miII mi

I

zii

i iII

iI

i

iII

i

iI

i

( )

( )ln

Aplicacin: se demostrar que el potencial de difusin es despreciable en la siguiente celda:Ag / AgCl / HCl(m1) / KCl(m=4.2) / KCl(m2) / AgCl / Ag

Se analizar primero ED1: HCl(m1) / KCl(m=4.2)mi

II= 4.2; miI= m1

)(1

)(2.4

1

1ln

)()(2.4

)()(2.4

1 ++++

++

++

++

=

Clu

Hum

Clu

Ku

ClHClK

ClHClK

uumuu

uumuu

F

RT

DE

Si m1


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5

y como uK+uCl

-, su diferencia es cero, por lo tanto:

ED10

Ahora se analizar ED2: KCl (m=4.2) / KCl(m2)

miII= m2; miI= 4.2

ED2= (2tK+- 1) RT

F mln 4.2

2

como tK+ 12 (2tK

+- 1) 0 ED20

Por lo tanto, el potencial de difusin es despreciable en esta celda.


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DOBLE CAPA ELCTRICA

Problema 1Los datos presentados en la siguiente tabla fueron obtenidos a partir de medidas electrocapilares

con la interfaz Hg / NaSCN 0.01 M. Calcular laAcq de SCN

-expresada en unidades de carga para

cada potencial.

a) Construir una grfica deAcq versus Mq . Comentar el resultado. Hacer lo mismo para

concentraciones 1 M y 0.0001 M.

b) Graficar Mq , +q y q en funcin del potencial aplicado. Analizar los resultados obtenidos.

Determinar el potencial de carga cero.

= 78.51C = 3 x 10 9u.e.s.1 statvolt= 300 V1 statvolt xcm = 1 u.e.s.T= 298 K

Potencial / mV 2cmC/F + 2cmC/F

-300 8.2 -28.5

-400 8.7 -23.3

-500 8.5 -17.9

-600 8.2 -13.0

-700 8.0 -8.7

-800 8.1 -5.3

-900 8.5 -2.7

-1000 9.3 -0.8

-1100 10.4 0.4

-1200 11.9 1.0

Problema 2Se obtuvieron los siguientes valores de tensin interfacial en funcin del potencial (referido al E pccdel NaF) para los siguientes electrolitos:

Dina / cmE-Epcc / V KI NaCl

0.4 - 377

0.25 - 403

0.1 335 421

0.0 366 425

-0.1 383 424

-0.3 400 415

-0.45 396 402

-0.55 388 391

-0.7 371 371

-0.9 340 340

-1.1 301 301


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a) Qu observacin puede hacer de las curvas obtenidas?.b) Determine el potencial de carga cero. Qu situacin se da en la interfaz en ese potencial?.

c) Determine la densidad de carga sobre el metal (en las unidades que correspondan) para lainterfaz Hg/ KI cuando (E-Epcc) es -100 mV.

Problema 3Demostrar que la ecuacin de Gibbs para un sistema formado a) por un electrodo de Hg encontacto con una solucin de una base orgnica: RNH2 que contiene HCl y b) un electrodo dereferencia de hidrgeno sumergido en la solucin anterior es:

HClClRNHRNHRNHMdddEqd

223+= ++ )(

Teniendo en cuenta el equilibrio:

OHRNHOHRNH 2332 ++ ++

y que:)(Fzq

3RNHClHiM ++

++=

Determine Cl , +q (componente total de carga positiva) e indique cul puede evaluar para la

base orgnica. Indicar todas las respuestas mediante ecuaciones. Considerar soluciones diluidas.


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Anexo IIDoble Capa Elctrica: Determinacin de los excesos superfic iales de aniones y cationes en

funcin del potencial

La distribucin de cargas en el seno de un electrolito, bajo condiciones de equilibrio, eshomognea e isotrpica: en un tiempo promedio, las fuerzas que operan sobre todas laspartculas (iones y molculas de solvente) son independientes de la direccin y de la posicin en

el electrolito. As, no existen campos elctricos netos.Estas propiedades se interrumpen cuando se alcanzan las paredes del recipiente, la fase

gaseosa por encima de la solucin, o al introducir un electrodo. Al alcanzar la frontera surgen aambos lados de la interfaz, fuerzas anisotrpicas que provocan un desplazamiento y separacinde cargas y un reordenamiento de dipolos, originando as una diferencia de potencial.

Llamamos doble capa elctricaal ordenamiento de cargas y dipolos en la regin interfacial.Es importante el estudio cuali y cuantitativo de la interfaz, para poder arribar al conocimiento y

comprensin de sus propiedades. La manera ms til de efectuar ese estudio, es a travs de laconstruccin de curvas electrocapilares, que se obtienen al medir la tensin interfacial cuando sesomete a la interfaz a un barrido de potencial. Sabemos que la tensin interfacial acta tendiendoa reducir el rea interfacial a un mnimo: para un aumento en el valor del potencial, lo que equivalea un aumento de la carga a ambos lados de la interfaz, la tensin interfacial disminuir debido aun aumento en las fuerzas de repulsin entre las partculas. Esto ocurre cuando se aplicanpotenciales crecientes, tanto positivos como negativos; as, la curva electrocapilar presentar unmximo (mximo electrocapilar) para un dado valor del potencial. Este mximo valor de tensininterfacial, as como el valor del potencial al que se produce, es caracterstico para cada interfaz.

Las curvas electrocapilares permiten obtener informacin sobre el valor de la carga en lasuperficie del metal (igual y de signo opuesto a la carga del lado de la solucin); tambin el clculode los excesos superficiales de iones presentes en la solucin, etc.

Cuando se aplica el tratamiento termodinmico a una interfaz polarizable se aplica laecuacin electrocapilar:

=

d q dE d M i i

i

donde:

: tensin superficialqM: densidad de carga en exceso en la superficie del metalE: potencial aplicado

i: exceso superficial de las especies presentesi: potencial qumico de las especies presentes

Esta ecuacin muestra la variacin de la tensin interfacial con el potencial aplicado y con lacomposicin de la solucin.

Para un dado valor del potencial (dE = 0), se obtiene la dependencia de la tensin interfacial

con la concentracin:

= d di ii

Empleando una interfaz polarizableconectada a una interfaz no polarizable (electrodo dereferencia, que debe ser reversible a uno de los iones del electrolito), se puede calcular el excesosuperficial del otro componente inico de la solucin mediante la ecuacin:

+ =

1

RT a E

ln

si el electrodo de referencia es reversible al anin, o


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12

=

+

1

RT aE

ln

cuando el electrodo de referencia sea reversible al catin.

A partir de los obtenidos se pueden calcular las densidades de carga en exceso de los

respectivos iones segn las relaciones siguientes:

q z F+ + += ; q z F =

Puede obtenerse la densidad de carga superficial de la interfaz del lado de la solucin, q s,como la suma algebraica de las densidades de carga positiva y negativa en exceso:

qs= q++ q-= -qM

En nuestro caso, del anlisis de la grficasurge que si, por ejemplo, q-es negativa,

entonces (= q- / z- F) ser positivo. Esto

indica acumulacin de carga negativa en laregin de la interfaz del lado de la solucin,respecto de la que existe en el seno de la

misma. Si es negativo, ello indica la

deficiencia de cargas negativas en lainterfaz, siempre respecto de laconcentracin en el seno de la solucin.El valor del potencial para el cual qs= -qM= 0, se denomina Potencial de cargacero (Epcc) y corresponde al mximo dela curva electrocapilar. Para este

potencial: qs= -qM = 0, por lo tanto q+=|q-|.

Los iones para los que est energticamente permitida la adsorcin por contacto, sonaquellos que no presentan energas de hidratacin elevadas, es decir, los de mayor radio inico.(Ej.: Cl-, Br-, Cs+, etc.).

Para determinar cuantitativamente la densidad de carga de un ion adsorbido por contacto enuna dada interfaz se puede suponer que los cationes pequeos no se adsorben por contacto. Enconsecuencia, la densidad de carga q+ reside en la regin de Gouy - Chapman y no ingresan al

plano interno de Helmholtz ( qd+

). Por lo tanto, q+= qd+

.

( )q n ed z e R T+ =

+

0 1 20 0 1

kT

2

/ /.

donde:

: constante dielctrica del solventen0: concentracin en moles / cm3k: constante de BoltzmanT: temperatura absolutae0: carga del electrnR: constante de los gases

0: potencial externo en el plano externo de Helmholtz


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De esta ecuacin se puede calcular el valor de 0para un dado potencial aplicado, que ser

empleado para el clculo de qd

:

( )q n ed z e R T =

0 1 2

0 0 1kT

2

//.

De aqu se obtiene la densidad de carga aninica adsorbida por contacto (correspondiente alplano interno de Helmholtz):

q q qAC d

=

donde:

qd

: densidad de carga aninica en exceso en la regin de carga difusa.

Repitiendo este procedimiento para distintosvalores de potencial, es decir, paradiferentes valores de la carga sobre elelectrodo, qM, se determina la variacin de lacarga adsorbida por contacto en funcin de

qM.Del estudio de estas curvas se desprendetambin un hecho muy interesante: laadsorcin por contacto de iones negativossobre el electrodo cargado negativamente.En un principio se pens que slo fuerzascoulmbicas simples gobernaban ladistribucin de cargas en la interfaz, con loque no se poda explicar esta situacin.

Actualmente se conoce la existencia de otros tipos de fuerzas (fuerzas imagen, fuerzas de

dispersin, etc.) que justifican la no igualdad de densidades de cargas sobre el metal y el planointerno de Helmholtz:

qM qAC

Si q qAC M > , esto significa que si, por ejemplo, iones negativos se adsorben sobre un

electrodo cargado positivamente, debe existir una carga difusa positiva en la interfaz del lado de lasolucin, para mantener la electroneutralidad global de la interfaz:

q q qM AC d = +


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CINTICA ELECTROQUMICA

Problema 1Una solucin acuosa agitada de H2SO4de actividad de protones igual a 0.9 se electroliza a 25 Ca una corriente de 1 mA usando electrodos de Pt de 2 cm2de superficie. Se burbujea H2a 1.2 atmen el ctodo y O2 a la misma presin sobre el nodo. Los electrodos estn separados por un

diafragma poroso para impedir la mezcla de los gases, siendo la resistencia de la celda de 100 .El activacindel H2est dado por: ctodo= 0.472+0.118 log iy el del oxgeno por nodo=1.062+0.118 log iCalcular el potencial aplicado.

Problema 2En un experimento con un electrodo de Pt/ H2, H

+en H2SO4diluido se observaron las siguientesdensidades de corriente.Determinar para este electrodo la densidad de corriente de intercambio y la pendiente de Tafel.

/ mV I / mA cm-2

50 2.66

100 8.91150 29.9

200 100

250 335

Problema 3Estudiando cinticamente las reacciones que se producen en NaNO2fundido sobre electrodos degrafito se hallan los siguientes valores:

I/ mA T/mV434 608

391.5 566

349 523

302 473

262 430

228 395

191 352

157 318

130 283

95.7 241.5

63.8 196.5

30.8 142

25 130

18.9 11510.9 91

5.45 65

2.86 47.5

Si la superficie del electrodo es 3.65 cm2y la resistencia entre el capilar de Luggin y el electrodo

de trabajo es de 0.95 a una T=282 K. Determinar las constantes cinticas ioy b.

Problema 4Una densidad de corriente de intercambio tpica para la descarga de H+en Ptes 0.79 mA/cm2a

25 C. Cul ser la densidad de corriente en un electrodo cuando su es:

a) 10 mV,b) 100 mV,c) -5 V?Qu comentarios puede hacer de los valores obtenidos para i?.


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Problema 5Calcular el voltaje que es necesario aplicar a una celda de NaCl 0.1 N para obtener 5 litros porhora de Cl2a 25 C sobre electrodo de grafito. Cada electrodo tiene una superficie de 25 cm

2y seencuentran a 10 cm uno de otro. Idear un conjunto de celdas para que la densidad de corriente nopase de 0.1 A cm-2.

=91.82 mhos cm2equiv-1 (considerar slo polarizacin ohmica).

Problema 6En un proceso electroltico para la recuperacin de metales, el metal a recuperar se disuelveandicamente y en el ctodo se desprende H2. Las celdas se conectan en serie a 20 C a la redde 220 V. La cada de potencial por celda es de 2 V. La distancia entre electrodos es de 10 cm yel rea de los mismos 104cm2.Calcular el aumento de produccin que se obtendra llenando las celdas a 70 C si se consideran:

a) Solamente la disminucin del activado del H2que es de 3.2 mV por cada C.b) La disminucin de la polarizacin ohmica sabiendo que la conductividad equivalente del

electrolito de ion monovalente a 20 C y a concentracin 1M es 50 mhos.cm2si circula unaI = 20 A.

70C= 150 mhos . cm2

c) Considerar las dos variaciones anteriores juntas. Sacar conclusin.

Problema 7Calcular la polarizacin hmica en una celda de electrlisis formada con dos electrodos, si la

conductividad especifica del electrolito usado es 100 x 10-4-1cm-1; los electrodos estn colocadosa 5 cm y tienen una superficie de 4 cm2, si se desea pasar una corriente de 2.5 A.


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Problema 8Al estudiar el comportamiento electroqumico del metal Me en soluciones de composicin (x

K2SO4 + y H2SO4+ z MeSO4+ H2O) de alta fuerza inica, y manteniendo constante la 24

SOC , se

obtuvieron a partir de las curvas de estado estacionario para polarizaciones andicas y catdicasdel metal Me, los siguientes valores experimentales a 25C:

dcV00500550iEb2Me

CpHa /..)log/( ,++ ==

+

2000Cip bEpHMeaC 22Me..)log/log( ,,

+

+ ==+

++

2080ipbE2Me

CpHapH ..)/log(,,

+

+ ==+

+

V00500450Eai

2MeCpHa ..)/(

,

+= +

V00500050cEa

2 ipHMea..)log/( ,

+= +

dcV01501000iEb2Me

CpHc /..)log/( ,+ == +

2011Cip bEpHMecC 22Me..)log/log( ,,

+

==

++

2090ip bE2MeCpHcpH ..)/log( ,,+

== +

V02000950Eci

2MeCpHc ..)/(

,

+= +

V02001050cEc

2 ipHMec..)log/( ,

+= +

V00500300cE pHMerep 2 ..)log/( +

= +

La capacidad de la doble capa elctrica se mantuvo en todas las experiencias entre 20 y 25

F/cm2. Comparar los resultados experimentales con los valores cinticos tericos que surjan delanlisis de los siguientes esquemas posibles de reaccin y discutir cul mecanismo de reaccininterpreta mejor los resultados medidos.

Mecanismo A Mecanismo B

Reaccin andica:Me + H2O MeOH + H++ e-MeOH MeOH++ e-MeOH+ Me+2+ OH-

Reaccin andica:Me + OH- MeOH++ 2e-MeOH+ Me+2+ OH-

Reaccin catdica:Me+2+ H2O MeOH++ H+MeOH++ e- MeOHMeOH + H++ e- Me + H2O

Reaccin catdica:Me+2+ H2O MeOH++ H+MeOH++ 2e- Me + OH-


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Problema 9a) Considerando un electrolito uni-univalente (HCl) disuelto en H2O, deduzca las expresionescorrespondientes de los nmeros de transporte.b) Siendo las movilidades de los iones H+y Cl-en HCl 0.1 N a 25C: 33.71 x 10 -4y 6.84 x 10-4cm s-1 / V cm-1, respectivamente, obtener los valores de los nmeros de transportecorrespondientes. Qu conclusin saca de los resultados obtenidos?.c) Supongamos ahora que a la solucin de HCl se agrega un exceso de KCl de modo que la

concentracin de H+ es 10-3 M en comparacin con la de K+ que es 1 M. En esta mezcla deelectrolitos, cul ser la relacin entre los nmeros de transporte de los iones K+y de los ionesH+?.Y la relacin de movilidades?. Calcule tH+ en estas condiciones. Comente los resultadosobtenidos. (Nota: las concentraciones deben expresarse en moles cm -3).

K+= 6.54 x 10-4cm s-1 / V cm-1.

Problema 10

Considerando la reaccin: eXX oR + controlada por difusin y en la cual se cumple que

[ ]kT

5964ilog L =

Con [ ] 2L cm/mAi = , hallar la variacin porcentual del concque se tendr si la temperatura inicialde 25 C se lleva hasta 85 C manteniendo la densidad de corriente constante e igual a i=0.8 iL(298 K).

Problema 11En la electrlisis de una disolucin 10-4mol/dm3de sulfato de cobre que contiene un exceso de un

electrolito indiferente, la densidad de corriente lmite en el ctodo es 9.65 A/cm2. El coeficiente dedifusin del sulfato de cobre en la disolucin es 0.6x10-9cm2/s.Calclese el espesor de la capa de difusin.


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CORROSIN

Problema 1Cul de los siguientes metales tiene una tendencia termodinmica para corroerse en aire hmedoa pH=7: Fe, Cu, Pb, Al, Ag, Cr, Co? Tomar como un criterio de corrosin una concentracin de ionmetlico: 10-6mol/l. Cul se corroer en ausencia de O2?.

Problema 2Determine el pH lmite al cual todos los metales del problema anterior se corroern en ausencia yen presencia de O2.

Problema 3Se corroer una mesa de acero dulce cuando se lo pone en contacto con una solucin de pH=3?A que pH esta reaccin de corrosin dejara de estar favorecida termodinmicamente?.

Problema 4Ordene los siguientes entornos segn su velocidad relativa de corrosin del hierro. Coloqueprimero el de la velocidad mayor. Explique sus respuestas.a) Arcilla hmeda.b) Arena en la playa.c) La superficie de la luna.d) Arena del desierto en Arizona.

Problema 5a) Calcular la velocidad de corrosin del Zn puro en solucin 1M de ZnCl2a pH=0, empleandolos siguientes datos:

Zn,0i =10-5Amp cm-2; ZnH0i /, =10

-11Amp cm-2;Zn,b+ =0.03 V dc

-1; ZnHb /, = -0.12 V dc-1;

Zn/2Zn

E += -0.76 V.

b) Si las impurezas de Fe cubren una centsima parte de la superficie de Zn, calcular la

velocidad de corrosin del Zn impuro.

Fe/H,0i =10-6A cm-2; Fe/H,b = -0.12 V dc

-1;Fe/

2FeE + = -0.44 V.

Problema 6Se desea saber cuanto tiempo se requiere para que el revestimiento de un tanque galvanizado deespesor 0.1 mm se corroa completamente, si se tiene una solucin 1M de ZnCl2a pH=0, cuando:a) i corr=1.78 x 10

-5Amp/cm2b) i corr=4.64 x 10

-3Amp/cm2

PM Zn=66; Zn=7 gr /cm3

Suponer corrosin uniforme (por qu debe hacerse esta suposicin?).

Problema 7a) El potencial de corrosin de un cable enterrado aumenta 10 mV cuando un sistema deproteccin catdica a una estructura vecina se pone en funcionamiento. Calcular el aumento en lacorriente de corrosin de este cable si su curva andica tiene una pendiente de 60 mV/ dc.b) Cmo se afecta el resultado si la presencia de una bacteria modifica la pendiente andicahacindola igual a 30 mV/dc?c) Construir los grficos para visualizar el proceso.


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ELECTRODEPOSICIN

Problema 1Los potenciales de electrodo standards para el plomo y el estao son -126 mV y -136 mV,respectivamente. Para la deposicin de ambos elementos existe un pequeo sobrepotencial.Cules deberan ser las concentraciones relativas para asegurar una deposicin simultnea a

partir de una mezcla?.

Problema 2Para efectuar el niquelado de una pieza metlica de geometra simple, se utiliza una solucin

electroltica de pH=1.8 Y 2NiC + =0.5. La solucin posee muy buena agitacin y la temperatura de

trabajo es de 25C. Calcular la eficiencia de corriente de la reaccin de electrodeposicin denquel, siendo el potencial de la pieza metlica de -0.33 V.

ENi/

2Ni+= -0.25 V; Ni,0i = 0.8 x10

6A . cm

2; +H,0

i = 2.5x 106

A . cm2

bNi = -0.063 V/dc; b

+H

= -0.128 V/dc

Problema 3El clorato de potasio se prepara por electrolisis de KCl en solucin bsica:

e6OH3ClOOH6Cl 23 +++

Si solo el 60 % de la corriente es utilizada en esta reaccin, cunto tiempo se requiere paraproducir 10 gr de clorato de potasio si se emplea una corriente de 2 A?

PM KClO3= 122.5 g. mol1

Problema 4Un coulombmetro de plata est conectado en serie con una celda para electrlisis de agua. Si sedeposita 1 gr. de Ag en el ctodo del coulombmetro Cuntos gramos de oxgeno y de hidrgeno

se desprendern durante la electrolisis?

Problema 5Durante la realizacin de un niquelado en un bao de H2SO4 circulan 15 A. durante una hora. En

el ctodo, consistente en una esfera de metal de 1.5 cm de radio, se desprende 2H y se deposita

nquel siendo la eficiencia faradaica de la deposicin de nquel de 60%

a) Cul es el espesor del niquelado ? Ni= 9.85 g/cm3

b) Qu volumen de hidrogeno, a presin y temperatura normales se forma por hora?

Problema 6La pendiente de Tafel para la deposicin de Zn desde una solucin de pirofosfato de cinc es -0.028 V/dc, mientras que a la misma temperatura la deposicin de cobre desde pirofosfato decobre se caracteriza por tener una densidad de corriente lmite de 16 mA/cm2por debajo de -0.9V. Si el potencial al cual se deposita la aleacin 50-50 de Cu-Zn desde una solucin mezcla depirofosfatos es -1.017 V.a) A qu potencial de deposicin se obtendr un depsito que contenga 20% de Zn?.b) Suponiendo despreciable la reaccin de desprendimiento de hidrgeno, cul es la densidad

de corriente catdica total a dicho potencial?.


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CONVERSIN ELECTROQUMICA DE ENERGA

Problema 1Es frecuente el uso de bateras de celdas secas de xido de mercurio donde se requiereuna alta densidad de energa, como en relojes y cmaras. Las dos semi reacciones quese llevan a cabo en la batera son:

(s) 2 (l) (l) (ac)

(s) (ac) (s) 2 ( l)

HgO H O 2e Hg 2OH

Zn 2OH ZnO H O 2e

+ + +

+ + +

a) Escriba la reaccin total de la celda.

b) El valor delc

E es 0,098 V y del potencial de celda total es 1,35 V, suponiendo que las dos

medias celdas funcionan en condiciones estndar Cul es el valor del potencial estndar dereduccin de la reaccin andica?.

Problema 2Una batera de plomo de 12 V contiene 410 g de plomo en sus placas que forman elnodo y una cantidad estequiometria equivalente de PbO2en los ctodos.a) Cul es el mximo de coulomb de carga elctrica que puede llegar a producir sin tener que

recargarla nuevamente?.b) Por cuntas horas puede esta batera proporcionar una corriente constante de 1.0 A

suponiendo que la corriente no tiene cada durante la descarga?.c) Cul es el mximo trabajo elctrico que puede llevar a cabo la batera en KiloWatts.hora?.

Problema 3Durante un periodo de descarga de una batera de plomo y cido, 382 g de Pb del nodose convierten en PbSO4(s). Qu masa de PbO2(s)se reduce en el ctodo durante el mismo

periodo?.

Problema 4Considere la celda a combustible de Hidrgeno y Oxgeno. Determine el volumen de H2(g)almacenado a 25 C y a una presin de 155 atm, necesario para que un motor elctricofuncione con una corriente de 8,5 A durante 3 horas.

Problema 5La reaccin catdica de Leclanch produce una corriente de 0,0050 A, calcule cuntashoras durar esta corriente si inicialmente hay 4,0 g de MnO2en la celda. Suponga quehay un exceso de iones Zn2+.

Problema 6Determinar la dependencia de los potenciales de electrodo y del potencial de celda con elpH en la celda a combustible de H2y O2. Suponer que la presin de H2y O2es 1 atm.Conclusiones.

Electroquimica Problemas

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