UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN

QUÍMICA INDUSTRIAL

LABORATORIO DE FENÓMENOS DE SUPERFICIES E IONES EN SOLUCIÓN

Reporte experimental

PRÁCTICA 10: PROPIEDADES TERMODINÁMICAS DE UNA CELDA ELECTROQUÍMICA

GRUPO: 2401

INTEGRANTES:

Felipe Berriozábal Martínez.

Francisco Javier García Rodriguez.

Erick Esteban Lara Pacheco

Osvaldo Adrián López Martínez

Geovanni Picco Ramirez

Betzaida Guadalupe Sanchez Soto

23/11/2015 Profesora: Juana Cabera Hernández.

INTRODUCCIÓN.

La FEM de una celda electroquímica, 𝐸𝑐, depende de la temperatura. A partir de

variación de la 𝐸𝑐 con T, (δ𝐸/δ𝑇), siendo este parámetro el coeficiente de temperatura

de la celda a presión constante. Éste será determinado experimentalmente y

cuidadosamente con la ecuación que resulte de la FEM en función de la temperatura; con

este parámetro, la 𝐸𝑐 y las ecuaciones correspondientes, se pueden realizar los cálculos

para la obtención de las propiedades termodinámicas de la celda.

Con la finalidad de calcular dichas propiedades se utiliza una celda tipo Daniell, conocida

desde 1836 y que se ha usado ampliamente con determinadas variantes de construcción.

Está formada por un electrodo de zinc, sumergido en una disolución de sulfato de zinc y

un electrodo de cobre sumergido en una disolución de sulfato de cobre, ambas soluciones

están contenidas en recipientes diferentes y son conectadas eléctricamente con un

puente salino.

Las celdas electroquímicas pueden clasificarse en dos tipos fundamentales:

Celdas galvánicas: Se caracterizan porque a partir de una reacción química espontánea,

de oxidación-reducción, se produce una corriente eléctrica.

Celdas electrolíticas: En este caso por acción de una corriente eléctrica externa (es

decir aplicando energía), se produce una reacción que de otras maneras no ocurriría de

manera espontánea.

Un ejemplo de celda galvánica, es la celda tipo Daniell.

OBJETIVOS.

Determinar experimentalmente el coeficiente de temperatura de la FEM.

Calcular las propiedades termodinámicas de la celda (ΔH, ΔS y ΔG).

EQUIPOS, REACTIVOS Y MATERIALES.

MATERIAL EQUIPO REACTIVOS2 Vasos de

precipitados de 20 mL

1 Multímetro digital

Soluciones acuosas (10 mL

c/u):

1 Puente salino 1 Parrilla con termóstato

[CuSO4] 1M

Matraz aforado de 100 mL

[ZnSO4] 1M

1 Cristalizador para baño

maría

Lámina de cobre

1 Lija de agua Lámina de zinc1 Piseta Etanol

1 Termómetro digital

Hielo

DIAGRAMA DE FLUJO.

RESULTADOS EXPERIMENTALES.

T (°C) FEM (mV)

T (K) FEM (V)

5.1 575 278.25 0.57510 488 283.15 0.48815 485 288.15 0.48520 480 293.15 0.4825 475 298.15 0.47530 478 303.15 0.47835 485 308.15 0.48540 494 313.15 0.49445 513 318.15 0.51350 534 323.15 0.534

ANÁLISIS DE RESULTADOS.

1.- Grafique 𝐸𝑐 𝑣𝑠 𝑇

270 280 290 300 310 320 3300.35

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

0.65

f(x) = 0.000160316618630937 x² − 0.0969232645366199 x + 15.1208261110035R² = 0.926098379568255

Ec vs T

Ec vs TPolynomial (Ec vs T)

T (K)

Ec (V

)

2. Exprese la FEM de la celda como función de la temperatura en la forma

polinomial: 𝐸𝑐=𝑎+𝑏𝑇+𝑐𝑇2 y determine los valores de las constantes 𝑎, 𝑏 𝑦 𝑐.

La ecuación se obtiene de la gráfica Ec vs TEc= a + bT + cT2

Ec= 15.121 - 0.0969T + 0.0002T2

a= 15.121b= -0.0969c= 0.0002

3. Obtenga para la ecuación anterior la primera y la segunda derivadas de la FEM con respecto a la temperatura.

Ec’= b + 2cT= -0.0969 + 0.0004T

Ec’’= 0.0004

4. Haga los cálculos necesarios y llene la tabla de resultados experimentales. Con las siguientes ecuaciones se determinan las propiedades termodinámicas experimentales:

Δ𝑮= - ZFE; ΔS = ZF(𝝏𝑬/𝝏𝑻)P; Δ𝑯= Δ𝑮 + T ΔS

T (°C) FEM (V) 𝝏𝑬/𝝏𝑻 Δ𝑮 Δ𝑯 Δ𝑺278.25 0.575 0.0144 -110975 662337.4 2779.2283.15 0.488 0.01636 -94184 799856.46 3157.48288.15 0.485 0.01836 -93605 927448.76 3543.48293.15 0.48 0.02036 -92640 1059287.1 3929.48298.15 0.475 0.02236 -91675 1194985.4 4315.48303.15 0.478 0.02436 -92254 1332999.7 4701.48308.15 0.485 0.02636 -93605 1474102 5087.48313.15 0.494 0.02836 -95342 1618678.3 5473.48318.15 0.513 0.03036 -99009 1765184.6 5859.48323.15 0.534 0.03236 -103062 1915164.9 6245.48

5. Grafique Δ𝐺 𝑣𝑠 𝑇

270 280 290 300 310 320 330

-120000

-100000

-80000

-60000

-40000

-20000

0

T (K)

ΔG

6. Calcule con sus datos experimentales Δ𝐺, Δ𝐻 𝑦 Δ𝑆 en condiciones estándar y compare con los calculados teóricamente. Sacar el porcentaje de error. En condiciones estándar el potencial de la pila de Daniell es:

Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s). Eº=1,10 V

Δ𝑮= - ZFE= -(2)(96500C/mol)(1.10V)= -212300 J/mol

ΔS = ZF(𝝏𝑬/𝝏𝑻)P= (2)(96500C/mol)( 0.02236V)= 4315.48 J/mol

Δ𝑯= Δ𝑮 + T ΔS= - 212300 J/mol + (298.15 K)( 4315.48 J/mol)= 1074360.36 JK/mol

7. Discuta ampliamente si la siguiente afirmación concuerda con el concepto de reversibilidad termodinámica: “Una celda electroquímica produce una FEM aun cuando se le suministre corriente”.

CONCLUSIONES.

BIBLIOGRAFÍA.

Baca, G. & Lewis, D. A., (1978) “Electrochemistry in a Nutshell” Journal of Chem. Educ. 55 (12) p.p. 804-806

Leidler K. James. (1997) Fisicoquímica. Ed. CECSA. México Levine, I. N. (2004) Fisicoquímica. Vol. 2. 5a. ed. McGraw-Hill. México. Pérez, N. (2004).Electrochemistry and Corrosion Science. 1a Ed. Kluwer, Boston