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1. Ficha de identificación

Materia: QUÍMICA Clave CIP: 40.0501

Nombre de la práctica o proyecto: “PREPARACIÓN DE CELDAS ELECTROLÍTICAS Y MEDICIÓN

DE POTENCIAL DE CELDA”

Horas teoría: 2 Horas prácticas: 2 Horas estudio independiente:

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Objetivo de la Práctica:

a) Electrolizar una solución acuosa de yoduro de potasio e Identificar los productos formados.

b) Construir una pila voltaica y medir el Voltaje que se produce c) Demostrar la producción eléctrica a partir de una reacción

química.

d) Determinar la serie electromotriz con una papaya.

Duración de la práctica o

asesoría del proyecto: 2

horas

Condiciones de seguridad:

Prevención del riesgo en el laboratorio.

Cualquier operación del laboratorio en la que se operen o maneje equipo o herramientas presenta siempre unos riesgos. Para eliminarlos o reducirlos de manera importante es conveniente, antes de efectuar cualquier operación o manejo:

- hacer una lectura crítica del procedimiento a seguir

- asegurarse de disponer del material adecuado

- llevar las prendas y accesorios de protección adecuados (bata de algodón)

- tener previsto un plan de actuación en caso de incidente o accidente

NOTA: No olvidar que el uso de la bata es obligatorio para estudiantes y docentes

Fecha:

Fecha inicio/fin de

elaboración de proyecto:

En LS: 18/05/2018

En LC: 27/04/2018

Nombre del Profesor: Área y subárea del EGEL o EXIL que se

abordarán con esta práctica1:

1 Se recomienda que para diseñar las actividades descrita en el procedimiento se tomen en cuenta los ejemplos sugeridos por CENEVAL en las guías de examen EGEL.

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Fundamentos de Química: Reacciones

químicas

Nombre del Escenario:

Laboratorio Multifuncional de Ciencias Básicas o

Laboratorio de Ciencias Básicas y de la Tierra

Unidad de aprendizaje:

Electroquímica

Taller Laboratorio

X

Centro

Palabras claves de la actividad:

Celdas, potencial, conductividad

Semana de trabajo: 14

Conocimientos previos a la actividad:

Mezclas, disoluciones, enlaces químicos, estequiometria, balance de materia

2. Presentación de la actividad

Competencia a promover: Trabajo en equipo, orientación hacia resultados, comunicación efectiva, aprendizaje continuo, habilidades de investigación, pensamiento lógico

Resultados de aprendizaje:

• Comparar varias celdas voltaicas para determinar la fuerza relativa de agentes oxidantes y reductores.

• Aprender a medir el potencial de diferentes fuentes de energía e interpretar resultados.

Material requerido:

Voltímetro y cables de conexión Conector para batería de 8V

Sustancias requeridas:

Lamina o alambre limpio de cobre, zinc, plomo, hierro, aluminio y magnesio.

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Dos electrodos de grafito.

Tubo en forma de U (ver figura 1)

3 vasos de precipitados de 150 ml

Tubos de ensayo

Dos goteros

Solución de nitrato de zinc, 0.5M Solución de nitrato de cobre

0.5M Solución de nitrato de plomo

0.5M Solución saturada de cloruro de sodio Solución de yoduro de potasio 0.1M Fenolftaleína

Tetracloruro de carbono

Una papaya pequeña

Criterios de evaluación: (sugeridos)

Asistencia 10%

Disciplina 10%

Trabajo en equipo 20%

Reporte de Laboratorio

60%

Total 100%

*El Reporte de Laboratorio debe contener los siguientes rubros:

✓ Nombre de la práctica ✓ Objetivo ✓ Introducción ✓ Materiales y reactivos ✓ Procedimiento ✓ Observaciones ✓ Resultados ✓ Preguntas de repaso ✓ Conclusiones ✓ Bibliografía

Marco teórico:

La electrolisis de algunas soluciones acuosas de sales, puede llevar a la oxidación o la reducción de los

iones de la sal siempre que estos sean más fácilmente oxidados o reducidos que el agua misma.

También se sabe que la oxidación de un ion metálico (agente reductor) es la perdida de electrones que

es promovida por otro ion metálico (agente oxidante) que gana los electrones. En este experimento se

construirán varias pilas que utilizaran las reacciones de redox, de tal forma que los electrones sean

transportados a través de un hilo conductor, y no mediante el contacto del agente oxidante con el agente

reductor (figura 2.). La semirreacción de oxidación tiene lugar en el electrodo (ánodo) de una semipila y

la semirreacción de reducción tiene el lugar en el electrodo (cátodo) de la otra semipila. Cuando

las dos semipilas (los dos vasos que se observan en la figura 3) se unen de tal forma que sus

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disoluciones estén en contacto, se produce una pila, cuyo voltaje es una medida de la tendencia a la

acción reactiva de la pila. Las dos semipilas deben estar constituidas por dos vasos cuyas disoluciones

estén conectadas entre sí por un puente salino (un tubo en U grande que contiene una solución saturada

de un electrodo tal como NaCl), como se muestra en la figura 3.

Utilizando una papaya se determinara la serie electromotriz con la ayuda de láminas o alambres de varios

metales figura 4.

CUESTIONARIO PRE-LABORATORIO

1.- ¿Qué diferencia existe entre electrolisis y electrolito?

2.- Investigar qué es el proceso de oxidación y reducción

3.- ¿Qué otros métodos experimentales existen para le determinación de la descomposición de la

materia? ¿En qué se fundamenten? Describir brevemente al menos dos de ellos.

4.- Calcular el costo mínimo de la práctica incluyendo materiales y reactivos.

5.- Elaborar un diagrama de flujo donde indique la secuencia experimental.

3. Desarrollo de la Práctica

Procedimiento:

1) Electrólisis del yoduro de potasio

a) Preparar el aparato de acuerdo con la figura 1. b) Colocar suficiente solución 0.1M de yoduro de potasio para que el tubo quede lleno, dejando 0.5 cm libres en cada boca. c) Conectar los electrodos y electrolizar. d) Después de 10 minutos, desconectar y sacar los electrodos. e) Retirar el líquido café que se encuentra en el lado del ánodo mediante un gotero y transferido a un tubo de ensayo. Agregar 1 ml de CCl4 agitar.

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f) Con gotero, tomar 2ml de la solución que se encuentra del lado del cátodo a otro tubo de ensayo. Agregar 3 gotas de fenolftaleína.

Figura 1. Celda Electrolítica

2) Medición del potencial de celda.

Parte I. Pila voltaica formada por las semipilas Zn(s)-Zn2+(0.5M) y Cu(s)-Cu2+(0.5M).

1. En un vaso de precipitados de 150 ml vierta aproximadamente hasta la mitad una solución de nitrato de cobre, Cu(NO3)2, 0.5M. Coloque una placa de cobre en la solución y conecte el electrodo al terminar positivo el voltímetro (figura1). 2. A otro vaso de precipitados de 150 ml, agregue aproximadamente hasta la mitad una solución de nitrato de zinc, Zn(NO3)2, 0.5M. Coloque una lámina limpia de zinc en la solución y conéctela al terminal negativo del voltímetro. 3. Anote la lectura del voltaje, con la semipila en la posición que indica la figura 1. 4. Coloque entre los dos vasos el tubo en U invertido (conteniendo solución de cloruro de sodio y tapando los extremos con trocitos de algodón), que sirve como puente salino para conectar las dos soluciones (figura 2). Anote la lectura del voltaje. Quite el puente salino. Conserve le vaso con la solución de nitrato de cobre y el electrodo de cobre. Evite que se contamine la solución.

Parte II. Pila voltaica formada por semipilas Pb(s)-Pb2+(0.5M) y Cu(s)-Cu2+(0.5M)

1. Use un vaso de precipitado limpio de 150ml. Construya esta pila como en la Parte I, colocando la solución de nitrato de plomo, Pb(NO)3, 0.5M en el vaso de la izquierda y una lámina limpia de plomo en la solución conectada al voltímetro.

2. La semipila de la derecha está formada por el vaso con la solución de nitrato de cobre y la placa de cobre utilizada en la Parte II.

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3. Anote la lectura del voltaje.

4. Continúe como en la parte I.4.

Figura 2. Montaje de una pila electroquímica mediante el uso de dos vasos de precipitados conteniendo soluciones de electrolitos.

Figura 3. Celda con un tubo en U de que funciona como puente salino.

Parte III. Construcción de una pila como una papaya. Determinación de la serie electromotriz.

1. Limpie la grasa y óxido las láminas o alambres de cobre, zinc, plomo, hierro, aluminio y magnesio, para locuaz se aconseja usar primero acetona y luego papel de lija.

2. coloque un alambre o lámina de cobre y una tira o lamina del otro metal dentro de una papaya pequeña a unos 10cm de distancia; conecte estos electrodos a un voltímetro como se hizo en la partes I y II; mida la diferencia de potencial entre los dos metales (figura 3).¿Cual es ánodo y cuál es el cátodo?

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3. Mantenga el cobre como electrodo fijo y cambie por otro metal el otro electrodo; mida la diferencia de potencial. ¿Observa algún cambio en el voltaje?

4. Si se dispone de tiempo, en lugar de conectar los electrodos a un voltímetro, use un foco o un timbre para demostrar la existencia de una corriente eléctrica. Esta parte es opcional, y podría constituir, a juicio del profesor, un experimento adicional de carácter investigativo.

Figura 4. Determinación de la serie electromotriz, empleando una papaya.

ANALISIS DE RESULTADOS

Parte I. 1. ¿Podrá funcionar la pila cuando se dispone como en la figura 1. 2. ¿Cuál es el propósito del puente salino?

Parte II. Teniendo en cuenta las características de la pila descrita en la parte I:

1. ¿Cuál es la semirreacción espontánea que tiene lugar en la a) semipila Zn(s)-Zn2+(0.5M); b) semipila Cu(s)-Cu2+(0.5M) 2. Describa la semirreacción total. 3. ¿Cuál es la dirección del flujo de electrones a través del alambre que conecta los electrodos de zinc y de cobre. 4. ¿Cuál es la dirección del flujo de iones negativos a través del puente salino? 5. ¿Qué índica la variación del voltímetro?

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Parte III.

1. ¿Qué cambios pudo observar en el ánodo y en el cátodo de las dos pilas voltaicas construidas? 2. ¿Qué observaciones puede hacer sobre el aspecto de los electrodos?

Parte IV.

Con relación a la parte III: 1. Para cada medida, ¿cuál es el ánodo y cuál es el cátodo? ¿Cuál es la dirección del flujo de electrones? 2. ¿Dónde se realiza la oxidación? ¿Dónde la reducción? Escriba las ecuaciones correspondientes. 3. De acuerdo con los voltajes obtenidos, construya un tabla de potenciales de reducción para lo cual deberá ordenar los metales empleados de mayor a menor tendencia a reducirse.

CONCLUSIONES

¿Se cumplieron los objetivos de la práctica?

¿Qué se puede concluir sobre la relación entre las propiedades estudiadas y la estructura molecular de las mismas?

¿Qué sugiere para obtener resultados más confiables y precisos?

PREGUNTAS Y EJERCICIOS

1. a) Calcular el valor de Eº para la pila construida en la parte I. Use la tabla de potenciales de reducción del Apéndice I. b) ¿Cuáles son los resultados experimentales comparados con los valores calculados? Analice las diferencias encontradas. 2. Las mismas preguntas anteriores para la pila construida en la parte II.

3. ¿Cuál es la diferencia entre una pila voltaica y una pila electrolítica?

4. ¿En qué consiste una pila seca y una pila de mercurio?

5. ¿Qué conclusiones puede sacar de la Parte III del experimento? ¿Cuál es la función de la papaya? ¿Qué otras frutas podría usar para obtener el mismo o mejor resultado?

6. ¿Qué tipo de pila es la batería de un automóvil? ¿Explique su respuesta?

7. En la biblioteca, investigue cómo opera la batería del flash de una cámara fotográfica.

Evaluación de la Actividad:

Rubros a evaluar %

Asistencia

Disciplina

Trabajo en equipo

Reporte de Laboratorio

Total

9

Tabla de Coevaluación

Alumno A1 A2 A3 A4

A1 x

A2 x

A3 x

A4 x

BIBLIOGRAFÍA:

1. G. Garzón, Fundamentos de Química General con maula de laboratorio, Ed. Mc

Graw Hill, 1994.

1.- B. Jirgensons y M. E. Straumanis, Compendio de química coloidal, Ed. C:E:C:S:A., México, 1965.

2.- B. P. Levitt, Química Física práctica de Findlay, Ed. Reverté S. A., España, 1979.

3.- S. H. Maron, C. F. Prutton, Fundamentos de Fisicoquímica, Ed. Limusa-Noriega, México, 1993.

4.- D. A. Skoog, Análisis instrumental, Segunda edición, Ed. Interamericana S. A., México, 1985.

Otras referencias (manuales fabricantes, sitios web, blogs, videografías).

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LABORATORIO DE QUIMICA HYPERLINK

"http://images.google.com.mx/imgres?imgurl=http://www.bikezona.com/noticias/fotosbz/qu

ebran-hidrata-03.jpg&imgrefurl=http://www.bikezona.com/noticias/noticiasBZ-noticia-

ver.asp%3Fid%3D3527&h=300&w=400&sz=48&hl=es&start=6&tbnid=T97f0vw3IUdMfM:&

tbnh=93&tbnw=124&prev=/images%3Fq%3Delectrolitos%26gbv%3D2%26ndsp%3D20%2

6svnum%3D10%26hl%3Des%26sa%3DN"

CONDUCTIVIDAD ELECTRICA EN LIQUIDOS,DISOLUCIONES,METALES Y NO

METALES

OBJETIVOS:

MATERIAL:

• Dispositivo para detectar conductividad

• 1 vaso de precipitados de 250 ml

• 1 gradilla

• 1 cápsula de porcelana

• 10 tubos de ensayo

REACTIVOS:

• Agua destilada

• Benceno

• Cloruro de sodio

• Gatorate

• Jugo de limón

• Azúcar

• Vinagre

• NaCl

• Disoluciones 2M, 1M, 0.5M de NaCl

• Disoluciones 0.1M de : BaCl2 , CaCl2 , MgCl2 , CuSO4

• Disoluciones 0.1M de: azúcar, ,ácido sulfúrico,ácido clorhídrico

• Láminas de Cu,Zn,Pb,Al

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PROCEDIMIENTO:  HYPERLINK

"http://www.correodelmaestro.com/anteriores/2004/noviembre/fotos/pag%208%202.jpg"

PARTE I

• Montar un circuito como indicará el profesor, comprueba el circuito conectando la corriente eléctrica, cerrando el interruptor y uniendo las barras de cobre (electrodos).

• Introducir las barras de cobre en un vaso con 10 ml. de agua destilada y observar la conductividad eléctrica.

• En un vaso de precipitados limpio y seco, colocar 0.5 grs. de cloruro de sodio; introducir las barras de cobre y observar la conductividad eléctrica.

• En un vaso de precipitados limpio y seco, colocar 20 ml de Gatorade; introducir las barras de cobre y observar la conductividad eléctrica

• En un vaso de precipitados limpio y seco, colocar 10 ml de jugo de limón; introducir las barras de cobre y observar la conductividad eléctrica

• Colocar en un vaso de precipitado 5 ml. de benceno y prueba su conductividad.

• En una cápsula de porcelana colocar 0.5 grs. de dicromato de potasio, calentar hasta fusión. Introducir las barras, observar la conductividad eléctrica.

Serie I

Sustancias Conductividad

eléctrica

Observaciones

Agua

Benceno

Sal(NaCl)

Azúcar

Gatorate

Jugo de limón

Vinagre

PARTE II

Efectuar el mismo procedimiento de la parte I para completar las siguientes series

de sustancias:

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Serie II

Disolución de NaCl Conductividad eléctrica Observaciones

0.5M

1.0M

2.0M

NaCl(fundido)

Serie III

Disoluciones 0.1M de Conductividad eléctrica Observaciones

BaCl2

CaCl2

MgCl2

CuSO4

Serie IV

Disoluciones 0.1M de Conductividad eléctrica Observaciones

azúcar

ácido sulfúrico

ácido clorhídrico

Serie V

CUESTIONARIO

1. En función del enlace químico, ¿cómo se explica el hecho de que algunas disoluciones permiten el paso de la corriente eléctrica y otras no?

2. ¿Es observable un cambio de intensidad luminosa del foco, al paso de la corriente en las disoluciones de la serie II? ¿Por qué?

3. ¿Cómo influye la concentración de los iones en el paso de la corriente?

Sólidos Conductividad

eléctrica

Observaciones

Pb

Zn

Cu

Al

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4. En función del enlace químico, ¿cómo se comportan cada una de las demás series de sustancias con las que trabajó?

5. ¿Qué elemento condujo mejor la electricidad? 6. Proponer brevemente ¿cómo efectuar un experimento que relacione el enlace

químico y alguna otra propiedad macroscópica?