INFORME DE LABORATORIO N°4 - Aplicación de La Ley de Faraday y Ley de Ohm para Electro Obtención de Cobre - CHAMBI BANDA, SHIRLEY ANDREA

 

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA FACULTAD DE INGENIERIA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUÍMICA

INFORME DE LABORATORIO N° 4: Aplicación de la Ley de Faraday y Ley de Ohm en el proceso p roceso de electro obtención de Cobre  

“

”

CURSO: Laboratorio de Electroquímica Industrial   DOCENTE: Ing. Hugo Guillermo Jiménez Pacheco   ESCUELA: Ingeniería Química  GRUPO: C3  ESTUDIANTE: Shirley Andrea Chambi Banda 

AREQUIPA-PERÚ 2021

 

PRÁCTICA N°4 APLICACIÓN DE LA LEY DE FARADAY Y LEY DE OHM EN EL PROCESO DE ELECTRO OBTENCIÓN DE COBRE I. 

OBETIVOS   Evaluar la aplicabilidad de la Ley de Faraday en el proceso de electro obtención de



cobre.    Evaluar la aplicabilidad de la Ley de Ohm para el proceso de electro obtención de cobre. 



II. 

MARCO TEÓRICO

El proceso de electro obtención de cobre es un proceso electrolítico que opera sobre una solución de sulfato de cobre en medio acuoso ácido para obtener cobre metálico de alta pureza, según la reacción electroquímica siguiente:

reacción que es la suma de dos semireacciones:

La electrodeposición de cobre es un proceso no espontaneo, requiere del consumo de energía eléctrica, energía que es aplicada en la forma de carga eléctrica o flujo de corriente en un periodo de tiempo determinado. La cantidad de cobre electro producido durante el proceso electrolítico es controlado por la ley de Faraday, la cual expresa que “la masa de sustancia descompuesta o formada durante el proceso es directamente proporcional a la carga eléctrica aplicada desde una fuente de alimentación o rectificador”. rectifi cador”.

 =  ..  ó  = . .  Donde:

     =     La descomposición electroquímica del electrolítico, ofrece cierta resistencia a la l a aplicación de la carga eléctrica o flujo de corriente en un periodo de tiempo d eterminado, generando generando una caída de  potencia o de voltaje, voltaje, el cual deberá ser controlado por llaa ley de Ohm. Matemáticamente, la ley de Ohm, se expresa como:

 =  .   Pero en el caso de una solución iónica o electrolito la resistencia es una función de la concentración de los iones, por tanto, el potencial no es directamente proporcional a la corriente aplicada, razón por lo cual la ley de Ohm deberá ser expresada según la siguiente ecuación:

 

=

−   .    

III. 

PARTE EXPERIMENTAL Parte A 1.  Materiales -  Simulador Cocodrile  -  -  -  -  -  -  - 

Solución de

 



   1de,250 10 0   Vaso de precipitado Dos electrodos de platino   Pila (fuente de poder)   Voltímetro  Amperímetro  Interruptor  

2.  Procedimiento Abrir en el simulador Cocodrile - 

Hacer click click en “biblioteca de elementos”. elementos”.

-  -  - 

Hacer click en productos químicos. Seleccionar y hacer click en sulfatos. Seleccionar solución de sulfato de cobre y arrastrarlo a la escena y cambiar el volumen de 50 a 100 cm3. Hacer click en productos químicos. Hacer click en material de vidrio, seleccionar y arrastrar a la escena un vaso de  precipitado de 250 cm3. Hacer click en equipos, seleccionar en electroquímica, electrodos y arrastre a la escena un electrodo de platino y luego otro. En electroquímica, seleccionar equipos, luego arrastre a la escena pila, amperímetro, voltímetro e interruptor. En la escala de tiempo, ubicada en la barra superior, ubica el cursor en 1.

-  -  -  -  -  - 

Pulsar la opción, “detener la simulación”, ubicada al lado izquierdo de la escala de tiempo El par de barritas debe parpadear, ello significa que el experimento se mantendrá suspendido hasta el inicio del mismo.

Ensamblaje del circuito electroquímico -  - 

- 

Colocar la solución de CuSO 4 en el vaso. Sumergir los electrodos de platino en la solución, uno a la izquierda (ánodo) y el otro a la derecha (cátodo). Colocar el voltímetro en la parte superior y encima del vaso Colocar debajo del voltímetro la pila, unir en serie el amperímetro y luego el iinterruptor, nterruptor, finalmente una en serie, el voltímetro a la pila. Unir el interruptor (polo positivo) al electrodo ánodo y el polo negativo de la pila al

- 

cátodo (poner atención en ello). Cerrar el circuito, pulsando el interruptor.

-  - 

 

-  -  -  -  -  -  - 

Hacer click en el cátodo. Regresar a “productos químicos” en la biblioteca de elementos. elementos . Hacer click en propiedades. Seleccionar Pt_electrode_ 2. Seleccionar “observed chemical properties” properties ”  Hacer click en “+”  ubicada en la parte inferior de la ventana emergente. “+” ubicada Cambiar la opción de mole por mass.

Operar la reacción en la celda -  -  - 

- 

- 

Regresar a la celda (en la escena)   Cambiar el potencial en el voltímetro de 9 V a 20 V, y luego según sea el caso Con el cursor, pulsar el cátodo y en la ventana emergente selecci seleccionar onar la opción superior, se abrirá una ventana, donde se registra “electrode reaction”, reaction”,   “solids “y “ physical  physical”. ”. En  En esta ventana se registrará el cambio de masa el cátodo, desde el inicio hasta el final de la reacción. Iniciar la reacción pulsando en la barra de herramientas las barritas que parpadean al mismo tiempo registrar el tiempo de reacción en el extremo derecho de la barra inferior, así mismo la intensidad de corriente en el amperímetro. Cuando el tiempo de reacción haya concluido pulsar las barras para suspender la reacción (estas deben empezar y continuar parpadeando), al mismo tiempo registrar la masa del cátodo, la intensidad de la corriente en el amperímetro y el tiempo.

Parte B 1.  Materiales - 

Simulador Phet colorado   https://phet https://ph et colorado edu/sims/html/ohms edu/sims/html/ohms law/latest/ohms law_es html https://phet.colorado.edu/sims https://ph et.colorado.edu/sims/html/resistance-in-a-wi /html/resistance-in-a-wire/latest/resistance-in-a re/latest/resistance-in-a-wire -wire wire_es_PE.html

2.  Procedimiento -  - 

IV. 

Establecer el valor de Resistencia en 500 Ohm Variar los valores de Voltaje y registrar datos para la intensidad.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Parte A  



A 5V

 

 

 



A 10V 

 

 

A 15V

 

A 20V





 

Tabla de resultados:

V

Tiempo (min)

I (A)

20

10

0.711

15

10

0.457

10

10

0.338

5

10

0.16

Determinación de masa electro depositada de cobre:

))  1() → 1()  1⁄2 ()  1()  1( Reducción (cátodo):

))  2 − → 1 ()  1 +(

Oxidación (ánodo): 1  

))  2 −  → 1⁄2  ()  2 +(

Para el cálculo de la masa del cobre usamos la ley de Faraday:

 =  ..  ó  = . .  Donde:

   =       Entonces:

   =   .  .    .  Datos generales

 = 9650 5000   −   ó  ó    = 63. 63.55 55 / /    =  = 2    = 10   = 600     Para 5V



 = 0.16  Reemplazando

 63.55  . (0. (0.16 16 ).(60 ). (6000 )   = 2(96500  −)  = 0. 0.03 0316 16  

 

  Para 10V



 = 0.338  Reemplazando

 63.55  . (0.3 (0.338 38 ). ). (600 )   = 2(96500  −)  = 0. 0.06 0667 67     Para 15V



 = 0.457  Reemplazando

 63.55  . (0.4 (0.457 57 ). ). (600 )   = 2(96500  −)  = 0. 0.09 0903 03  

  Para 20V



 = 0.711  Reemplazando

 63.55  . (0.7 (0.711 11 ). ). (600 )   = 2(96500  −)  = 0. 0.14 1405 05   → Siendo:

 =  .   Se completa la siguiente tabla:

V aplicado

Tiempo (s)

I

Masa de Cu depositada(g)

Q

20

600

0.711

0.1405

426.6

15

600

0.457

0.0903

274.2

10

600

0.338

0.0667

202.8

5

600

0.16

0.0316

96

Ploteando la masa de cobre electro depositado en el cátodo contra la carga eléctrica, se obtuvo la siguiente gráfica:

 

"m vs Q" 0.16

0.1405 y = 0.0003x 0.0003x - 6E-05 R² = 1

0.14 0.12 0.0903

    )    r 0.1    g     (    a    s 0.08    a    M0.06

0.0667

0.0316

0.04 0.02 0 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Q 

  En esta gráfica podemos observar como a medida que la carga eléctrica representada por Q aumenta, la masa electro depositada del Cobre también va a aumentar, lo que nos indicaría que tanto la carga eléctrica que es aplicada desde una fuente de alimentación y la masa, son directamente proporcionales. -  Para la determinación de la pendiente usamos la siguiente formula:

=

∆   ∆

Reemplazando:

0. 0.14 1405 05  0. 0.03 0316 16   = 426.6 6.6  96  = 0.0 0.0003 03229  Lo que nos indica que la inclinación de la recta es muy pequeña, además esto representa la relación que existe entre la carga eléctrica y la masa del Cobre electro depositado, ya que al aumentar la carga eléctrica también aumenta la masa del Cobre electro depositado.

Parte B

-  Establezca el valor de Resistencia en 500 Ohm 

 

  -  Varia los valores de Voltaje y tome datos para Intensidad

- 

V

Intensidad (A)

3

0.006 

6

0.012 

9

0.018 

12

0.024 

Plotear el Voltaje Vs. La Intensidad.  

Intensidad (A) vs Voltaje (V) 0.03 0.024

0.025     )    A 0.02     (     d    a     d 0.015    i    s    n    e    t    n    I 0.01

0.018 0.012 0.006

0.005 0 0

2

4

6

8

10

12

14

Voltaje (V)

-  Para la determinación de la pendiente usamos la siguiente formula:

=

∆   ∆

Reemplazando:

0. 0.02 0244  0. 0.00 0066   = 123  = 0.002  Esto nos indica que la inclinación de la recta es muy pequeña y que se trata de una relación

 

directamente proporcional entre el voltaje aplicado y la intensidad de corriente.

V. 

CONCLUSIONES  



 



Se logró evaluar la aplicabilidad de la ley de Faraday en el proceso de electro obtención de Cobre observando la deposición del cobre en el electrodo mediante una simulación estructurada en el simulador Crocodile Chemistry, Chemistry, el cual fue de mucha m ucha ayuda. Se logró evaluar la aplicabilidad de la Ley de Ohm mediante una simulación obteniendo una relación directamente proporcional entre el Voltaje y la Intensidad a una Resistencia constante.

VI. 

PROBLEMAS ADICIONALES

a)  Asumiendo que, para el experimento del primer objetivo, la solución de CuSO4 tiene una conductividad conductivi dad de 0.38 S cm-1, y los electrodos tienen, cada uno, un área efectiva de 49 cm2 y están separados por una distancia de 6.5 cm. Calcular la caída de potencial debido a la dificultad que ofrece el electrolito al paso de la corriente. Utilizamos la siguiente formula de la caída de potencial relacionando la conductancia electrolítica:

 b)  Calcular la resistencia que ofrece una barra de cobre de 6 m de longitud y un área de sección transversal hecha por un triángulo equilátero de 10 cm de lado, la cual es usada como” busbar en una celda electrolítica. Primero calculamos el área de la sección transversal, como es un triángulo equilátero usamos la siguiente formula:

      = 1.72 × 10−           = 6   Á    ó ó    = 0.0043  

 

VII. 

- 

- 

BILIBLIOGRAFÍA Vértiz, E. (s.f.). ¿Cómo calculamos la resistencia eléctrica? https://www.uaeh.edu.mx/scige/boletin/prepa2/n4/p2.ht https://www.uaeh.edu.mx/scige/bole tin/prepa2/n4/p2.html ml..  Khan Academy. (s.f.). ¿Qué es la ley de Faraday? https://es.khanacademy.org/science/ https://es.k hanacademy.org/science/physics/magnetic-forces-and-magn physics/magnetic-forces-and-magneticeticfields/magnetic-flux-faradays-law/a/what-is-faradays-law.