Pregunta ERRADA del examen de Admisión UNI

TERCER EXAMEN DEL PROCESO DE ADMISIÓN UNI 2012-1 LA SOLUCION DEL PROBLEMA ES PROPIEDAD INTELECTUAL DE NICOLAS D. ORDOÑEZ BARRUETA, LIMA, PERU 8 DE SETIEMBRE DE 2012 PROFESOR PREUNIVERSITARIO GENERACION DE ORO EN QUIMICA

PROBLEMA Se electriza una disolución acuosa que contiene K2SO4al 10% en masa, empleando una corriente de 8 amperios y durante 6 horas. Calcule la cantidad de agua descompuesta, en gramos. Masa atómica: H = 1; O = 16 Constante de Faraday = 96 500 coulomb A) 48,34 B) 96,68 C) 99,34 D) 108,42 E) 124,34 SOLUCION La reacción completa del proceso es la siguiente: K2SO4 + H2O  H2 + O2 + H2SO4 + KOH Observaran que también se produce H2SO4 y KOH además del Hidrogeno y el oxigeno, esta reacción se clasifica como REDOX pero solo una parte del agua reacciona en reacción REDOX y la otra parte reacciona en reacción NO REDOX.

La confusión que se produce aquí es que todos han tratado de resolver este problema utilizando leyes de Faraday y estas NO SON VALIDAS PARA PROCESOS QUE NO SON REDOX y en este caso en esta reacción suceden ambos procesos REDOX y NO REDOX. Se deben convertir los compuestos a sus formas iónicas si las tienen: K+ + SO4

2-

+ H2O  H2 + O2 + H+ + SO42- + K+ + OH-

Los iones que aparecen en ambos lados de la ecuación se anulan H2O  H2 + O2 + H+ + OHAquí pueden observar claramente que el agua se descompone para formar cuatro especies y no dos especies como todos están suponiendo, allí esta el error cometido por quienes trataron de resolver el problema.

Las semireacciones de reducción con sus respectivos voltajes obtenidas del texto de Fisicoquímica Gilbert Castellan. 2H2O + 2e−

H2 (g) + 2OH−

O2(g) + 4H+ + 4e−

2H2O

Eº = −0.828 V Eº = +1.229 V

Multiplicando por 2 la primera semireaccion e invertir la segunda semireaccion para obtener O2 , el voltaje de la segunda cambiara de signo, pero el voltaje de la primera no cambia. Sumando las ecuaciones obtenidas tendremos la ecuación del proceso completo Semireaccion en el cátodo: Reducción 2 x ( 2 H2O + 2e−

H2(g) + 2OH− ) Eº = −0.828 V

Semireaccion en el ánodo: Oxidación 2H2O

O2(g) + 4H+ + 4e−

4H2O + 4e− + 2H2O −0.828 V - 1.229 V

Eº = - 1.229 V

2 H2 (g) + 4 OH− + O2(g) + 4H+ + 4e− Eº =

Eliminando los electrones, que debe ser el mismo numero en la oxidación y en la reducción 6 H2O

2 H2 (g) +4 OH− + O2(g) + 4H+

Eº = − 2.057 V

PRIMERA ALERTA ESTA REACCION NO ES ESPONTANEA PUES SU VOLTAJE ES NEGATIVO, EL PROBLEMA DEBE INDICAR EN SU ENUNCIADO QUE SE APLICO UN VOLTAJE DE MAS DE 2,O57 V , SI NO SE APLICA , ESTA REACCION NUNCA SUCEDERA. ESTE PROBLEMA NO INDICA QUE SE APLICO UN VOLTAJE ADECUADO, DIERON LA INTENSIDAD Y EL TIEMPO, PERO NO SE PUEDE CALCULAR EL VOLTAJE:

PRIMER ERROR DETECTADO EN EL ENUNCIADO.

DICCIONARIO DE LA REAL ACADEMIA ESPAÑOLA Electrizar. 1. tr. Producir la electricidad en un cuerpo, o comunicársela. U. t. c. prnl. 2. tr. Exaltar, avivar, entusiasmar. U. t. c. prnl. Electrolizar. (De electrólisis). 1. tr. Electr. Descomponer una sustancia en disolución haciendo pasar

por ella una corriente eléctrica. Si el enunciado hubiese utilizado Electrolizar significaría que se aplico el voltaje adecuado y se esta produciendo la electrólisis, pero utilizo Electrizar lo cual significa que se aplico corriente eléctrica pero no se sabe si fue suficiente para producir la electrolisis. PRIMER ERROR CONFIRMADO

Calculando la carga eléctrica que ha circulado q= i x t q= 8 A x 6 x 3 600 s q= 172 800 C La carga en Faraday q= (172 800 / 96 485,339) F q= 1, 7909 F

> En este caso se debe liberar o desprender H2 Y O2 por ser gases: 1, 7909 equivalente químico de oxigeno = 8 g x 1, 7909 = 14,3272 g 1, 7909 equivalente químico de Hidrogeno = 1g x 1, 7909 = 1, 7909 g Cualquiera de estos dos valores se puede utilizar para hallar el peso de agua que se ha descompuesto: 6 H2O 4H+ 6 x 18g ¿?

2H2(g)

+

4 OH−

+

O2(g)

+

---------------- 2x 2g --------------- 1,7909g

¿? = 48,35 g DE AGUA DESCOMPUESTA EN TOTAL Este peso de agua es la que se descompuso en total en ambos procesos el REDOX y el NO REDOX. Pero los iones oxhidrilo pueden reaccionar con los iones hidrogeno en forma ESPONTANEA REGENERANDO AGUA y si esto sucede se formara menor cantidad de agua que 48,35 g : OH−

+

H+

H2O

La presencia de los iones K+ y SO4 2- evitan que esta reacción de regeneración suceda, para que la respuesta sea 48,35 g de agua descompuesta, la solución inicial de sulfato de potasio debe contener una cantidad mínima de estos iones que impidan la regeneración del agua 4 K+ + 2 SO4 2- + 6 H2O + 2 SO42- + 4 K+

2H2(g) + 4 OH− + O2(g) + 4H+

Escrito de una forma mas clara seria así 2 K 2SO4 + 6 H2O 348 g ------------------------

2 H2(g) + 4 KOH + O2(g) + 2 H2SO4 4g

¿? --------------------------- 1,7909g ¿? = 155, 808 g de K 2SO4 Pero 51,80 g de K 2SO4 representa el 10% de la solución, calculando la masa total de la solución NECESARIA COMO MINIMO 155, 808 g de K 2SO4 ----------------- 10% Masa total ------------------------ 100% Masa total = 1558,08 g de solución de K 2SO4 al 10% Según Physical and Chemical Data Peter E. Liley, Ph.D. la densidad de una solución de sulfato de potasio al 10% es Densidad = 1.0817 g / cc Calculando ahora el volumen con este dato V = 1558,08 g / (1.0817 g / cc) V= 1 440, 40 cc de solución de K 2SO4 al 10% COMO MINIMO

El enunciado del problema dice : “ Se electriza una disolución acuosa de que contiene K 2SO4 al 10% en masa…….. “sin especificar la cantidad de solución que se dispone PUES COMO ESTAMOS VERIFICANDO LA CANTIDAD DE SOLUCION DEBE SER COMO MINIMO 1 558,08 g TAMBIEN 1 440, 40 cc de solución de K 2SO4 al 10%. SEGUNDO ERROR EN EL ENUNCIADO

CONCLUSION El enunciado tiene los siguientes errores: 1.- Se utilizo el termino inadecuado electrizar por electrolizar, la palabra utilizada no significa que DEBERA OCURRIR LAS DESCOMPOSICION DEL AGUA POR ELECTROLISIS.

2.- El enunciado no indica que debe existir una cantidad mínima de solución para que toda la carga aplicada a la solución ha producido electrolisis, debe existir un mínimo de 518 g o 478, 87 cc de solución de K al 10% . 2SO4 RESPUESTA Si se hubiese utilizado el termino electrolizar o indicado que se utilizo el voltaje adecuado y además una cantidad suficiente de solución la respuesta es: 48,35 g DE AGUA DESCOMPUESTA EN TOTAL RESPUESTA A

La solución siguiente es propiedad intelectual de la UNI, pues fue publicada por su comité de admisión Esta solución esta errada: En todo proceso electroquímico el número de electrones transferido debe ser el mismo en el ánodo y en el cátodo , OBSERVEN EL NUMERO DE ELECTRONES EN EL ANODO (2e) Y EL NUMERO DE ELECTRONES EN EL CATODO (4e). Corrigiendo sobre esta lógica la cantidad de agua descompuesta seria : 2(32,23 g ) + 16,11 g = 80,57g Y NO HAY RESPUESTA!!

La solución siguiente es propiedad intelectual de PAMER , pues fue publicada por su EQUIPO DE PROFESORES. Como pueden observar al final encuentra la respuesta adivinando, solo determino la cantidad de agua descompuesta en el PROCESO REDOX.

La solución siguiente es propiedad intelectual de TRILCE , pues fue publicada por su EQUIPO DE PROFESORES. Igual que el equipo de profesor de PAMER solo encontró la cantidad de agua descompuesta por el proceso REDOX , la

respuesta final que da la consigue suponiendo que fueron 36 horas , pero esta claro que el proceso solo duro 6 horas.

La solución siguiente es propiedad intelectual de SACO OLIVEROS , pues fue publicada por su EQUIPO DE PROFESORES. Observen con cuidado la suma de las semireacciones del cátodo y del ánodo ellos dicen que resulta: 2 H2O

2H2(g)

+

O2(g)

Pero tomen un papel y lapicero únicamente se eliminan los electrones la verdadera suma de semireacciones es: 6 H2O O2(g)

2H2(g) +

4H

+

+

4 OH−

+

Utilizan una formula sin analizar el proceso ellos obtienen la respuesta correcta CON MUCHA SUERTE de un juego de números, PERO SU ERROR SE RECALCA AL DECIR QUE SE ELECTROLIZAN 48,34 g de agua ESTO ES FALSO Y LO DEMOSTRARE: 48,34 g de agua electrolizadas significa que se produjo (2/18) x 48,34 g de hidrogeno = 5,37 g de hidrogeno (16/18) x 48,34g de oxigeno = 42,97 g de oxigeno En Faraday 5,37 / 1 = 5,37 Faraday 42,97 / 8 = 5,37 Faraday Es la misma carga que sale de un electrodo y entra por el otro esto significa que circulo una carga de q= 5,37 x 96 485,339 C = 518 126,27 C Como la intensidad de corriente fue de 8 A , el tiempo que circulo esta corriente es t= 518 126,27 C / 8 A t= 64 765 s = 17, 99 h

PERO EL PROBLEMA DECIA QUE LA CORRIENTE CIRCULO 6 HORAS ¿COMO EXPLICAN LAS CASI 12 HORAS ADICIONALES?

La solución siguiente es propiedad intelectual de PITAGORAS, pues fue publicada por su EQUIPO DE PROFESORES. Igual que el equipo de profesor de PAMER solo encontró la cantidad de agua descompuesta por el proceso REDOX , la respuesta final que da la consigue suponiendo que fueron 36 horas , pero esta claro que el proceso solo duro 6 horas.

ME FALTA ANALIZAR EL SOLUCIONARIO DE LA CESAR VALLEJO ¿ALGUIEN ME LA PUEDE ENVIAR PARA COMPLETAR EL ANALISIS?