Electrolisis Del Agua- Laboratorio de electroquimica

ELECTROLISIS DEL AGUA

1. OBJETIVOS -

Determinar el número de Avogadro Avogadro a partir de la electrolisis del agua, además encontrar experimentalmente la relación de volúmenes de oxígeno y e hidrogeno formados durante la descomposición del agua.

-

Determinar las masas de hidrogeno que se forman para comprobar visualmente que el volumen de oxigeno es el doble que del hidrogeno

-

Determinar la cantidad de electricidad que atravesó por el voltímetro

2. FUNDAMENTO TEÓRICO

La electrólisis

del

agua es

la

descomposición

del agua del agua (H2O)

en

los

gases oxígeno( gases oxígeno(O O2) e hidrógeno(H  hidrógeno(H2) por medio de una corriente una corriente eléctrica continua, suministrada por una fuente de alimentación, una batería o una pila, que se conecta mediante electrodos mediante electrodos al agua. Para disminuir la resistencia la  resistencia al paso de corriente a través del agua esta se suele acidular añadiendo pequeñas alícuotas de ácido sulfúrico o bien añadiendo un electrolito un electrolito fuerte como el hidróxido el hidróxido de sodio, NaOH. sodio, NaOH. Una fuente de energía eléctrica se conecta a dos  electrodos,   electrodos,  o dos platos (típicamente hechos de algún metal inerte como el  platino o el acero el acero inoxidable), inoxidable), como dos chinchetas, las cuales son puestas en el agua. En una celda c elda propiamente diseñada, el hidrógeno aparecerá en el cátodo el  cátodo (el electrodo (el electrodonegativamente negativamente cargado, donde los electrones los electrones son bombeados al agua), y el oxígeno aparecerá en el ánodo el ánodo (el electrodo positivamente cargado).

La electrolisis de agua  pura requiere una gran cantidad de energía extra en forma de sobrepotencial,  con respecto al teóricamente necesario para llevarla a cabo (+1,229 V) puesto que se han de sobrepasar varias barreras de activación. Esto se debe en parte a la escasa disociación del agua pura. Téngase en cuenta que la conductividad del agua pura es de una millonésima de la del agua de mar siendo la conductividad típica del agua pura del orden de 0.055 µS·cm −1 Sin esa energía extra, o sobrevoltaje, la electrólisis de agua  pura  ocurre muy lentamente si es que logra suceder. Varias celdas electrolíticas pueden no tener los electrocatalizadores requeridos. Como se ha comentado anteriormente la eficacia de la electrólisis aumenta con la adición de un  electrolito (como la sal, un ácido o una base) y el uso de electrocatalizadores. Las reacciones que tienen lugar en los electrodos son:



Reducción en el cátodo:



Oxidación en el ánodo:

Sumando las semireacciones anteriores se obtiene la reacción global:

Como se puede apreciar el número de moléculas de hidrógeno producidas duplica el número de moléculas de oxígeno. Además el número de electrones transportados a través de los electrodos es el doble del número de moléculas de hidrógeno producidas y el cuádruple del número de moléculas de oxígeno obtenidas.  Aplicaciones.  Aproximadamente el 5% del hidrógeno gas producido en el mundo se genera a través de la electrólisis de disoluciones de agua. La mayoría de este hidrógeno se obtiene como subproducto cuando se lleva a cabo la electrólisis de las disoluciones del cloruro de sodio. La reacción global que tiene lugar es: 2NaCl + 2H2O → Cl2 + H2 + 2NaOH

La electrólisis de la salmuera (agua salada), una mezcla bastante concentrada de cloruro de sódio y agua, es sólo la mitad de la electrólisis del agua, ya que los iones cloruro que hay en la disolución de salmuera se oxidan a cloro en vez de oxidar el agua a oxígeno debido a su potencial normal de electrodo. El hidrógeno producido a partir de este proceso se quema (convirtiéndolo de nuevo en agua), y se utiliza para la producción de especialidades químicas, o varias otras aplicaciones a pequeña escala. Como aplicación específica es interesante comentar que la electrólisis del agua se

utiliza

también

para

generar

oxígeno

en

la Estación

Espacial

Internacional que obviamente sirve para mantener la atmósfera de la estación y el hidrógeno se puede utilizar más adelante en una célula de combustible como método para almacenar  energía y usar el agua que se genera en la célula para consumo de los astronautas. TÉCNICAS DE ELECTRÓLISIS

Voltámetro de Hofmann El voltámetro de Hofmann se utiliza a menudo como una célula electrolítica para hacer electrólisis del agua a pequeña escala. Consta de tres tubos cilíndricos de vidrio unidos. El tubo vertical cilíndrico interior está a bierto en la parte superior para permitir la adición de agua y el electrolito. Un electrodo platino se coloca en la parte inferior de cada uno de los dos cilindros laterales, conectados a los terminales positivo y negativo de una fuente de alimentación de corriente continua. Cuando la corriente se hace pasar a través del voltámetro de Hofmann, el oxígeno gaseoso se forma en el ánodo (electrodo positivo) y el hidrógeno gaseoso en el cátodo (electrodo negativo). Cada gas desprendido, debido a la menor densidad de estos con respecto al agua ascienden hacia la parte superior de los tubos desplazando el agua superior, donde se pueden extraer con una llave de paso.

Obtención industrial. Muchas células de electrólisis industrial son muy similares al voltámetro de Hofmann, con placas de platino complejas o panales como electrodos.

Generalmente, el único momento en que el hidrógeno se produce intencionalmente a partir de la electrólisis es para aplicación específica de uso inmediato, como es el caso de antorchas de oxígeno o cuando se desea hidrógeno u oxígeno de alta pureza. La gran mayoría del hidrógeno se produce a partir de hidrocarburos y como resultado de este proceso suele contener  trazas de  monóxido de carbono entre otras impurezas. La impureza de monóxido de carbono puede ser perjudicial para varios sistemas, incluyendo muchas células de combustible. 3. PROCEDIMIENTO. INICIO

Arme el circuito indicado

Llenar el voltímetro con a ua acidulada

Mantenga todo bien cerrado

Registre el tiempo la intensidad y las alturas de oxigeno e hidrogeno

FIN

4. MATERIALES Y REACTIVOS. -

Voltímetro de Hoffman

-

Nuez doble

-

Un soporte universal

-

Pinza porta buretas

-

Amperímetro

-

Cronometro

-

Cables conductores

-

Solución de agua acidulada

-

Solución de ácido sulfúrico al 10%

5. DATOS N.

INTENSIDAD DE CORRIENTE (A)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0,22 0,22 0,22 0,19 0,19 0,19 0,19 0,19 0,19 0,19

HH2= 20,5 cm

T=22 ºC= 295 K HO2= 13 cm

VH2=18,3 ml = 0,0183 L VO2= 7,3 ml Calculos para el H2: HALLANDO LA PRESION:

Patm= PH2+ Hhg+ Pv PH2= Patm – Hhg – Pv hHg=

25 ∗/ , /

= 15,0735 mmhg

Pv=22, 395

PH2= (495 -15,0735 -22, 395)mmHg PH2= 457,53 mmhg Hallando la masa: EXPERIMENTAL.

mH2=

∗∗ ∗

2

=

 ∗57,5 

∗,8     295  

2, 

= 0,00091



TEORICO:

MH2=

∗∗ 

=

∗,2∗5 95

= 0,001119

Hallando el rendimiento. n=

ℎ2 ℎ2 

∗ 100% =

,9

*100%

,9

n= 81,31 % Calculus para el 02: HALLANDO LA PRESION:

Patm= P02+ Hhg+ Pv P02= Patm – Hhg  – Pv hHg=

 ∗/ , /

= 9,5588 mmhg

Pv=22, 395

PO2= (495 -9,5588 -22, 395)mmHg P02= 463, 046 mmhg Hallando la masa: EXPERIMENTAL

mH2=

∗∗ ∗

=

2

 ∗, 

∗,7 

2, 

  

= 0,005876 g

295 

TEORICO:

M02=

∗∗ 

=

∗,2∗5 95

= 0,01790

Hallando el rendimiento. n=

ℎ2 ℎ2 

∗ 100% =

,587 ,79

*100%

n= 32,81 % CALCULANDO EL NUMERO DE AVOGADRO. H2: P* V=N*K*T N= N=

∗ ∗

57,5 ∗,8  ∗ 

,8 −  ∗295   ∗ 

N= 2,05669 X10 21

O2: P* V=N*K*T N= N=

∗ ∗

463,046 ∗,7  ∗ 

,8 −  ∗295   ∗ 

N= 8,303 X10 20

Numero de Avogadro teórico= 6,023x10 23 6. CONCLUSIONES. Se realizó el cálculo de las masas de hidrogeno de y oxígeno y como se vio nuestra masa de H 2 supero ala de oxígeno. En el caso de nuestro hidrogeno se vio que el experimental y el teórico no diferían en gran magnitud, en cambio en el caso del oxígeno si se vio notable diferencia. También se calculó el número de Avogadro para el H2 Y O2 y como se ve los dos varían del teórico, pero podría deberse a parámetros como la misma presión o temperatura a la cual fue hallada el valor teórico del número de Avogadro.

7. CUESTIONARIO 1. indicar la diferencia entre electrolisis con produccion de gases y deposito solido.

R. La electrolisis con producción de gases debe realzarse en los aparatos cerrados debido a la expansión de gas que se puede dar en el medio, en cambio la electrolisis de depósito sólido, pueden realizarse abiertos al medio ambiente. Además la disminución de concentración del electrolito es notable en la electrolisis de producción de gases y no puede revertir el proceso fácilmente.

2. Porque debe acidificarse el agua? R. Para que se pueda producir la electrolisis, ya que el agua pura no conduce electricidad.

3. Escribir la reacción total del sistema.

4. Cuál es el voltaje mínimo para que existe electrolisis del agua? R. A 1 BAR de presión y una intensidad de corriente de 5 KA/m2, se necesita 1,23 V, para que se produzca la electrolisis.

8, BIBLIOGRAFIA.



- Guía de Electroquímica – Gabriel Mejía - Electrólisis del agua en madrimasd.org