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3° CT · Química
Transformaciones químicas · Oxidación y reducción

Electrólisis y leyes de Faraday

Te conviene dominar: Cálculos estequiométricos (1.° de Educación Media Superior (bachillerato))

En una pila, la reacción espontánea genera corriente. En una electrólisis pasa lo contrario: se impone una corriente desde afuera para forzar una reacción que, sola, no ocurriría. Es lo que hay detrás del aluminio de las latas, del cromado de las piezas de un auto o de la capa de plata de una cucharita bañada. ¿Cómo se conecta una cucharita para platearla?

Electrólisis: una reacción no espontánea forzada

Si sumergís dos láminas de platino en agua acidulada no pasa nada visible. Pero al conectarlas a una fuente de corriente continua empiezan a salir burbujas de $\mathrm{H_2}$ en un electrodo y de $\mathrm{O_2}$ en el otro. ¿Cómo logra la energía eléctrica forzar una reacción no espontánea?

Comparación de la polaridad y de las reacciones en los electrodos de una pila galvánica y de una celda electrolítica. pila (galvánica) ánodo (−) oxidación cátodo (+) reducción reacción espontánea electrólisis (forzada) ánodo (+) oxidación cátodo (−) reducción fuente la fuente impone la corriente

En el electrolito, los cationes migran hacia el cátodo (−) y los aniones hacia el ánodo (+). Por eso los cationes se reducen en el cátodo y los aniones se oxidan en el ánodo.

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En una cuba electrolítica conectada a una fuente de corriente continua externa se lleva a cabo la electrólisis de una sal. a) Justificá la polaridad (signo positivo o…

En una cuba electrolítica conectada a una fuente de corriente continua externa se lleva a cabo la electrólisis de una sal. a) Justificá la polaridad (signo positivo o negativo) que presentan el ánodo y el cátodo en una celda electrolítica, comparándola con el criterio de signos de una pila galvánica. b) Indicá en cuál de los dos electrodos ocurre la oxidación y en cuál la reducción, razonando hacia qué electrodo migran los cationes y los aniones presentes en el electrolito.

Resolver

Las leyes de Faraday

En un baño de plateado, $1\,\mathrm{A}$ durante $10\,\mathrm{min}$ deposita $0{,}67\,\mathrm{g}$ de plata; al duplicar el tiempo se depositan $1{,}34\,\mathrm{g}$. Con cobre, en cambio, se obtienen solo $0{,}20\,\mathrm{g}$ en esos $10\,\mathrm{min}$. ¿Qué ley relaciona la carga con la masa depositada de cada elemento?

Esquema del cálculo en electrólisis: de la intensidad y el tiempo a la carga, a los moles de electrones y a los moles de sustancia. Q = I·t (carga, C) n(e⁻) (mol) n(sustancia) ÷ F semirreac.

Electrólisis de sales fundidas

Celda electrolítica con sal fundida: el catión se reduce en el cátodo y el anión se oxida en el ánodo. MgCl₂ fundido (750 °C) cátodo Mg²⁺+2e⁻→Mg ánodo 2Cl⁻→Cl₂+2e⁻
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En una cuba electrolítica conectada a una fuente de corriente continua externa se lleva a cabo la electrólisis de una sal. a) Justificá la polaridad (signo positivo o…

En una cuba electrolítica conectada a una fuente de corriente continua externa se lleva a cabo la electrólisis de una sal. a) Justificá la polaridad (signo positivo o negativo) que presentan el ánodo y el cátodo en una celda electrolítica, comparándola con el criterio de signos de una pila galvánica. b) Indicá en cuál de los dos electrodos ocurre la oxidación y en cuál la reducción, razonando hacia qué electrodo migran los cationes y los aniones presentes en el electrolito.

Resolver

Electrólisis en solución acuosa

Con $\mathrm{NaCl}$ fundido se obtiene sodio metálico; pero si disolvés la misma sal en agua y aplicás corriente, sale hidrógeno y nunca aparece sodio. ¿Por qué el agua compite e impide la descarga de ciertos iones?

Comparación de potenciales de reducción en cátodo y ánodo para decidir qué especie reacciona frente al agua. cátodo: ¿quién se reduce? Na⁺/Na: −2,71 V H₂O/H₂: −0,41 V (gana) ánodo: ¿quién se oxida? SO₄²⁻: no se oxida O₂/H₂O: +0,82 V (gana)
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En una cuba electrolítica conectada a una fuente de corriente continua externa se lleva a cabo la electrólisis de una sal. a) Justificá la polaridad (signo positivo o negativo) que presentan el ánodo y el cátodo en una celda electrolítica, comparándola con el criterio de signos de una pila galvánica. b) Indicá en cuál de los dos electrodos ocurre la oxidación y en cuál la reducción, razonando hacia qué electrodo migran los cationes y los aniones presentes en el electrolito.

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Celdas en serie y rendimiento de corriente

Dos celdas electrolíticas conectadas en serie: la misma corriente y la misma carga las atraviesan. celda 1: ZnSO₄ Zn²⁺+2e⁻→Zn celda 2: Cr(NO₃)₃ Cr³⁺+3e⁻→Cr misma I
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En una cuba electrolítica conectada a una fuente de corriente continua externa se lleva a cabo la electrólisis de una sal. a) Justificá la polaridad (signo positivo o negativo) que presentan el ánodo y el cátodo en una celda electrolítica, comparándola con el criterio de signos de una pila galvánica. b) Indicá en cuál de los dos electrodos ocurre la oxidación y en cuál la reducción, razonando hacia qué electrodo migran los cationes y los aniones presentes en el electrolito.

Resolver

Vuelta al principio: para platear la cucharita se conecta como cátodo (polo negativo): la fuente le da electrones y los cationes $\mathrm{Ag^+}$ de la solución se reducen sobre su superficie, formando una capa de plata.

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Resumen

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