Aplicaciones de Reacciones oxidoreducción

8/9/2019 Aplicaciones de Reacciones oxidoreduccin

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Universidad Nacional Autnoma de Mxico.

Facultad de Qumica.

Laboratorio de Qumica Analtica I.

Construccin de escalas de potencial su aplicacin a la prediccin de reacciones.


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!b"etivos Comprender lo #ue representa una escala de potencial Aprender a predecir reacciones de xido reduccin tomando en cuenta los

potenciales est$ndar de los reactivos %eterminar las constantes de e#uilibrio &por medio de los datos obtenidos

experimentalmente' de las reacciones #ue se llevan a cabo en la escala de potencial. %eterminar el potencial al e#uilibrio de una reaccin redox por medio de la

ecuacin de Nerst. %eterminar la (uer)a reductora relativa de al*unos elementos.

+ratamiento de datos resultados.

Primera parte de la prctica

,roblema -. Calcular la (uer)a reductora de Fe Cu /n cuando se introduce alsistema una variable externa &un clavo de 0ierro' en una disolucin de Cu1! 2 o/n1! 2 a 3.-M.Con las disoluciones &se indican en la tabla de aba"o' se observ #ue4

Cu1! 2&ac' a 3.-M /n1! 2&ac'a 3 .-M5l clavo de Fe se oxida debido a #ue se

observa un cambio de coloracin ne*ra6verde a la parte #ue se encuentra encontacto con la disolucin

1e (orma una pe#ue7a cantidad de precipitado.

Al tratar la disolucin retirar el clavo aeste se le puede retirar ($cilmente lacobertura de xido.

8eaccin cuantitativa

No 0a cambio al*uno en elsistema es decir no se presentancambios macroscpicos en ladisolucin en el clavo de Fe.

8eaccin no cualitativa.

Fe 2+ Cu 2+

E(-0.44

Fe

0.34

Cu

-0.76

Zn

E(

Zn 2+ Fe 2+

-0.44

Fe

No se puede determinar el potencial dereduccin debido a #ue los productosobtenidos son slidos por lo #ue su

Fe 2+ y aCu0

a es pr$cticamente -.


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Segunda parte de la prctica.,roblema 9. Medir la di(erencia de potencial de las si*uientes celdas *alvamtricas.Calcular las constantes de e#uilibrio de las reacciones electro#umicas *eneradasespont$neamente as como la representacin en barras de las celdas construidas de

acuerdo a la nomenclatura de la IU,AC.

,artimos de la escala de potencial

Resultados de soluciones 1M+abla - %i(erencia de potenciales tericos experimentales de las semiceldas a -M.

Celda %i(erencia de potenciaexperimental &en :olts'

%i(erencia de potenciaterico &en :olts'

(1M)Zn 2+ /Zn//Fe/Fe 2+ (1M) 0.362 0.323(1M)Zn 2+ /Zn//Ni/Ni 2+ (1M) 0.790 0.533

(1M)Zn 2+ /Zn//Cu/Cu 2+ (1M) 1.079 1.1(1M)Fe 2+ /Fe//Cu/Cu 2+ (1M) 0.720 0.777(1M)Ni 2+ /Ni//Cu/Cu 2+ (1M) 0.289 0.567(1M)Fe 2+ /Fe//Ni/Ni 2+ (1M) 0.453 0.21

(1M)Zn 2+ /Zn//Pt/Fe 2+ (0.2)/Fe 3+

(0.3M)1.423 1.533

+omando en cuenta #ue las concentraciones son -M la ecuacin #ue se emple paracalcular la di(erencia de potencial (ue4

E = Eo ox E o

Zn 2 +/Zn

o

= 0.44 ( 0.763 )= 0.323 V Fe 2+/

Fe E E = E

Zn 2 +/Zno

= 0.23 (0.763 )= 0.533 V 2+/ E E = E


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Zn 2 +/Zno

= 0.337 ( 0.763 )= 1.1 V Cu 2+/Cu E

E = E

Fe2+/ Fe o

= 0.337 ( 0.440 )= 0.777 V Cu 2+/Cu E E = E

2+/o

= 0.337 ( 0.23 )= 0.567 V Cu 2 +/Cu E

E = E

Fe 2+/ Feo

= 0.23 (0.440 )= 0.21 V

2+/

E E = E

,ara la ;ltima celda tomado en cuenta #ue las especies #ue imponen el potencial son el /n< el

Fe=> 0acemos la di(erencia de potencial entre esas dos especies. Al i*ual #ue en el caso anterior el

termino lo*artmico tiende a cero por lo #ue de i*ual manera se usa la di(erencia de potencial

entre los potenciales est$ndar.

Zn 2 +/Zno

= 0.763 +0.059

2

log|1|

1

= 0.763 V

E

3+/ Fe 2 += 0.77 +0.0592

log|2101||2101|

= 0.77 V

Fe

E

Zn 2 +/Zno

= 0.77 ( 0.763 )= 1.553 V

3+/ Fe2+

E Fe E = E

Resultados para soluciones 0.1M (0.2M en caso de Fe 2+)+abla 9. %i(erencia de potenciales tericos experimentales de las semiceldas a 3.- M

Celd !i"e#en$i de &'ten$i !i"e#en$i de &'ten$i


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e &e#i ent l (en *'lt ) te,#i$' (en *'lt )

(0.1M)Zn 2+ /Zn//Fe/Fe 2+ (0.2M)

0.348 0.3314

(0.1M)Zn 2+ /Zn//Ni/Ni 2+ (0

.1M)

0.840 0.5325

(0.1M)Zn 2+ /Zn//Cu/Cu 2+ (0.1M)

0.134 1.0995

(0.2M)Fe 2+ /Fe//Cu/Cu 2+ (0.1M)

0.709 0.7681

(0.1M)Ni 2+ /Ni//Cu/Cu 2+ (0.1M)

0.184 0.567

(0.2M)Fe 2+ /Fe//Ni/Ni 2+ (0.1M)

0.520 0.2011

5mpleando la ecuacin de Nerst para calcular los potenciales de los pares oxido reduccinse pudieron obtener los potenciales tericos

Zn 2 +/Zno

= 0.763 +0.0592

log|101|

1 = 0.792 V

E

Fe 2+/ Feo

= 0.440 +0.0592

log|210 1|

1 = 0.4606 V

E

2+/o

= 0.23 +0.0592

log|10 1|

1 = 0.2595 V

E

Cu 2+/Cu

o

= 0.337 +0.0592

log|10 1|

1 = 0.3075 V

E

3+/ Fe2 +

= 0.77 +0.059

2 log|2101|

1 = 0.7493 V Fe

E


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C$lculo de la di(erencia de potencial

Zn 2 +/Zno

= 0.4606 ( 0.792 )= 0.3314 V Fe 2+/ Fe E

E = E

Z n2+/Zno

= 0.2595 ( 0.792 )= 0.5325 V 2+/ E

E = E

Zn 2 +/Zno

= 0.3075 ( 0.792 )= 1.0995 V Cu 2+/Cu E

E = E

Fe2+/ Fe o

= 0.3075 ( 0.4606 )= 0.7681 V Cu 2+/Cu E E = E

2+/o

= 0.3075 (0.2595 )= 0.567 V Cu 2+/Cu E

E = E

Fe 2+/ Fe

o

= 0.23 (0.440 )= 0.2011 V

2+/

E E = E

+abla = Calculo de la constante de e#uilibrio de las celdas

Celda ?@

/n l /n 9> ll Fe 9> l Fe 1.7131 x 1011

/n l /n 9> ll Cu 9> l Cu 31.8668 x 1037

/n /n 9> Ni9> Ni 1.1240 x 1018

Fe l Fe 9> ll Cu 9> l Cu 1.0894 x 1026

Cu Cu9>> Ni9> Ni 1.6607 x1019

Ni Ni9> Fe9> l Fe 6.5599 x 106

Calculo de ? de las reacciones propuestas4


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K = 10 E (n)/0.059

a'

2+2+Cu ZnCu (1 M )(1 M )Zn

K = 10 1.099 (2 )/0.059 = 31.8668 x 1037

b'

2+2+ Fe

Zn Fe (1 M )(1 M )Zn

K = 10 0.3314 (2)/0.059 = 1.7131 x 1011

c'

2+2+Cu

Fe Cu (1 M )(1 M ) Fe

K = 10 0.7681 (2)/0.059 = 1.0894 x 1026

d'

2+2+

Zn(1 M )(1 M ) Zn

K = 10 0.5325 (2)/ 0.059 = 1.1240 x 1018

e'

2+

2+Cu(1 M )Cu

K = 10 0.5679 (2)/ 0.059 = 1.6607 x 1019


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('

2+

2+ Fe

(1 M )

K = 10 0.2011 (2)/0.059 = 6.5599 x10 6

-Ima*en -. %ia*rama *eneral de las pilas construidas.

Tercera parte de la prctica.

+abla 9+abla 2. ,otenciales est$ndar de las disoluciones a -M.

,ar oxidantereductor

,otencialexperimental con

electrodo decalomel&:olts'

8ecti(icacin aelectrodo normal deBidro*eno &:olts'

,otenciales tericos&:olts'


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(1M)Fe 2+ /Fe/C l'el

-0.737 -0.977 -0.440

(1M)Zn 2+ /Zn/C l'el

-1.104 -1.344 -0.763

(1M)Ni 2+ /NiC l'

el

-0.232 -0.472 -0.23

(1M)Cu 2+ /Cu/C l'el

-0.0026 -0.2374 0.337

Potenciales para soluciones 0.1M (0.2Men caso de Fe 2+ )

+abla ,otenciales para soluciones 3.-M &5n caso de Fe9> 3.9M'

,ar oxidante reductor ,otencialexperimental conelectrodo de

calomel&:olts'

8ecti(icacin aelectrodo normalde Bidro*eno

&:olts'

,otencialestericos &:olts'

(0.2M)Fe 2+ /Fe/C l' el -0.771 -1.011 -0.4606(0.1M)Zn 2+ /Zn/C l' el -1.046 -1.286 -0.792(0.1M)Ni 2+ /NiC l' el -0.236 -0.476 -0.2595

(0.1M)Cu 2+ /Cu/C l' el -0.0078 -0.2478 0.3075(0.2M)Fe 2+ /

(0.2M)Fe 3+ /Pt/C l' el0.375 0.135 0.7493

Los datos tericos se calcularon anteriormente con la ecuacin de Nerts.

Anlisis de resultados5n la primera parte de la practica la aparicin de xido sobre el clavo de 0ierro (ue lo #ue

indic #ue el 0ierro se oxido (ormando Fe 9> por otra parte la disolucin a)ul de Cu 9> perdi

color por lo #ue indico #ue la cantidad de Cu 9> disminu o (ormando Cu 3. La cantidad de

Cu 3 (ormado (ue tan pe#ue7a #ue no se pudo observar a simple vista. 5n la primera parte de

la pr$ctica se pudo notar ($cilmente sin necesidad de c$lculos #ue le cobre act;a como

a*ente oxidante.

,osteriormente en la disolucin de )n 9>con el clavo no se observ nin*;n cambio aparente

pero esto no *aranti)a #ue no se 0a a llevado a cabo una reaccin esto debido a #ue 0areacciones #ue no son cuantitativas esto no (avorecen la aparicin de productos por lo #ue

no se nota un cambio aparente en nuestro sistema de estudio en este caso la disolucin de

/n 9> con Fe. 5sta disolucin no es cuantitativa. ,odemos saber #ue la reaccin si se llev a

cabo aun#ue mu poco cuando usamos el tiocianato de amonio pues cuando se a*re* a la


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disolucin esta tomo un color ro"i)o lo #ue indico #ue 0aba presencia de Fe => para #ue en

la solucin pudiera 0aber Fe => previamente debi 0aber Fe 9> .

1e pudo determinar #ue el oxidante m$s (uerte es el cobre.

,odemos decir #ue la reaccin m$s cuantitativa (ue Fe con Cu 9>.

5l a*ente m$s oxidante es el Cu 9> posteriormente si*ue Fe 9> (inalmente /n 9> .

Al usar el electrodo de calomel podemos darnos cuenta de los valores obtenidos

experimentalmente di(ieren con los de la escala de 0idro*eno. 5sto debido a #ue el

electrodo de calomel est$ construido por medio de un sistema B*9Cl9 B*< Cl 6 lo #ue

provoca #ue exista una di(erencia a la del 0idro*eno. Como e"emplo la del Fe 9>DFe3 en la

#ue se observ un valor ne*ativo de este. Al 0acer la conversin a a la escala del ox*eno

obtendremos un valor positivo.B* 99> > 9e 6 B* 3

E la ecuacin de Nerst para este electrodo es

Hg2 +

Hg 0

Eeq = 0.85 +0.0592

log

,ara la se*unda parte de la pr$ctica se puede ver en la tabla - #ue las di(erencias de

potencial obtenidas experimentalmente no varan muc0o con respecto a las di(erencias de

potencial tericas esto se debe a #ue las condiciones a las #ue (ueron calculados los valores

tericos son a condiciones est$ndar mientras #ue en el laboratorio no se tenan las

condiciones adecuadas como presin temperatura.

+ambin se puede observar #ue las reacciones m$s cuantitativas ocurren ntrelos oxidantes

m$s (uertes con los reductores m$s (uertes pues las di(erencias de potencial de estas

reacciones son ma ores.5n la tabla 9 para las di(erencias de potencial de disoluciones 3.-M se puede observar #ue

los valores experimentales di(ieren muc0o de los tericos es posible #ue esto se deba a

#ue el potencimetro con el #ue se traba" no estuviera calibrado adem$s de #ue las

condiciones #ue se tenan en el laboratorio no eran las condiciones est$ndar.


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5n las tablas = 2 tambin se puede observar #ue 0a cierta di(erencia entre los valores

experimentales los tericos esto tambin se puede atribuir a #ue el potencimetro no

estaba (uncionando bien tambin es posible #ue las concentraciones 0a an estado

contaminadas.

onclusiones 1e puede determinar el potencial al e#uilibrio por medio de la ecuacin de Nerst

dic0os valores se pueden comparar con los experimentales sin embar*o las especies

#umicas #ue se utili)an se pueden colocar en una escala de potencial con el (in de

determinar #ue reaccin ser$ m$s cuantitativa #ue otra si un par oxido reductor

tiende a reaccionar con otra especie #umica.

5l valor de los potenciales est$ndar obtenidos por el electrodo de calomel di(ieredebido a la composicin de este.

Las reacciones m$s cuantitativas se llevan a cabo entre los oxidantes m$s (uertes

los reductores m$s (uertes debido a #ue la di(erencia de potencial entre estas

especies es ma or.

La constante de e#uilibrio como su nombre lo indica es una constante no cambia

con respecto a las concentraciones de oxidantes reductores.

5n las reacciones no cuantitativas la (ormacin de productos es mnima. 5s necesario mane"ar claramente los conceptos de oxidacin reduccin a #ue con

ellos se representa de manera simpli(icada una celda es decir #ue en el lu*ar donde

ocurre la oxidacin corresponde al $nodo la reduccin al c$todo.

Con respecto a lo aprendido en la pr$ctica las reacciones en donde un elemento

#umico cambia de estado de oxidacin se llaman semireacciones o reacciones de

semicelda se escriben con doble (lec0a para indicar #ue existe un e#uilibrio &para

ello podemos citar tanto el problema dos como el tres a #ue en cada uno de estosse escribieron cada una de sus perspectivas semireacciones para poder determinar la

di(erencia de potencial en cada una de las respectivas celdas construidas'.

!i"liogra#$a.


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1 oo* %. A. Gest %. M. Boller F. H.. Qumica Analtica . 5d. Mc. JraK Bill.

Mxico. - . Martn A. Introduccin Jeneral al An$lisis Cualitativo Cuantitativo . Universidad

de 1evilla. 1evilla. &- '. urriel F Lucena F Arribas 1 Bern$nde) H. Qumica Analtica Cualitativa . 5d.

,aranin(o. Madrid. &- 2'.

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