Problema n° 2 de electrólisis. Leyes de Faraday, volumen de un gas que se deposita en un electrodo - TP02

Enunciado del ejercicio n° 2

¿Qué volumen de O₂ en CNPT se produciría por electrólisis de 10 g de agua? Escriba las reacciones de electrodo.

Desarrollo

Datos:

m O2 = 10 g

F = 96.500 C

ζO2 = 0,000083 g/C *

* Dato de tabla

Fórmulas:

m = ζ·i·t

q = i·t

P·V = n·R·T

Solución

a) Reacciones en los electrodos.

Semirreacción en el cátodo:

2·H⁺(aq) + 2·e ⟶ H₂(g) (reducción)

Semirreacción en el ánodo:

2·H₂O(aq) - 2·e ⟶ O₂(g) + 4·H+(aq) (oxidación)

Sumamos las semirreacciones anteriores para obtener la reacción total:

2·H₂O(aq) ⟶ 2·H₂(g) + O₂(g)

b)

Una molécula de oxígeno gaseoso intercambia 2 electrones, por lo que requiere 2 Faraday de carga para reducirse.

Una molécula de agua tiene una masa de 18,01534 g, en ella hay 15,9994 g de O₂ que requieren 2 Faraday. Calculamos la carga eléctrica para obtener el oxígeno contenido en 10 g de agua:

18,01534 g de H₂O2·96.500 C
10 g de H₂Oq
q =10 g de H₂O·2·96.500 C
18,01534 g de H₂O

q = 53.565,46143 C

La ecuación de carga eléctrica es:

q = i·t

La primera ley de Faraday es:

m = ζ·i·t

Reemplazamos:

m = 0,000083 g/C·53565,46143 C

m = 4,445933299 g

Con la masa de oxígeno obtenido calculamos el volumen en CNPT, considerando que los cálculos realizados hasta aquí corresponden a 25 °C y 1 atmósfera de presión.

Para hallar el volumen debemos emplear la ecuación de estado de los gases.

P·V = n·R·T

Donde:

R es la constante de los gases.

R = 0,082dm³·atmósfera
mol·K

T se mide en grados kelvin.

Adecuamos las unidades:

T = 25 °C + 273 °C

T = 298 K

Calculamos n:

31,9988 g de O₂1 mol de O₂
4,445933299 g de O₂n moles de O₂
n =4,445933299 g de O₂·1 mol de O₂
31,9988 g de O₂

n = 0,138940626 moles de O₂

Despejamos V:

V =R·n·T
P

Reemplazamos por los datos y calculamos:

V = 0,082dm³·atm.·0,138940626 moles·298 K
mol·K1 atm.

V = 3,395153134 dm³

Respuesta b): el volumen de oxígeno obtenido es 3,395 dm³.

Ejemplo, cómo calcular el volumen de un gas que se deposita en un electrodo

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