En esta práctica estudiaremos algunos aspectos prácticos de las
reacciones de oxidación-reducción que no son espontáneas. Realizaremos los
siguientes ensayos:
-Electrolisis de una disolución
acuosa de yoduro de potasio e identificación de los productos formados en el
proceso redox.
-Valoración ácido-base del producto de
reacción liberado en el cátodo de la pila electrolítica.
-Valoración redox del producto de
reacción liberado en el ánodo de la pila electrolítica.
REACTIVOS:
Yoduro de potasio
El yoduro de potasio es
una sal cristalina de fórmula KI.Al ser menos higroscópica que elyoduro de sodio, es
más utilizada como fuente de ion yoduro.
Ácido clorhídrico
El ácido clorhídrico, ácido muriático, espíritu de sal, ácido marino, ácido de salo todavía ocasionalmente
llamado, ácido hidroclórico, es una disolución acuosa del gas cloruro de hidrógeno (HCl). Es muy corrosivo y ácido. Se trata de
un ácido
fuerte que se disocia
completamente en disolución acuosa.
Tiosulfato de sódio 0,05 M , (Na2S2O3)
Es un sólido blanco y translúcido
o polvo; comúnmente se encuentra en la forma pentahidratada.
Reacciona con agua con
producción de calor, es un agente reductor fuerte y reacciona violentamente con
algunos oxidantes fuertes.
Fenolftaleína
La fenolftaleína es un indicador de pH que
en soluciones ácidas permanece incoloro, pero en presencia de bases toma un
color rosado con un punto de viraje entre pH=8,0 (Incoloro) a pH=9,8 (Magenta o
rosado). Es un compuesto químico orgánico que se obtiene por reacción del fenol
y el anhídrido
ftálico en
presencia de ácido sulfúrico.
Los procesos redox
que desde el punto de vista químico no ocurren espontáneamente, se pueden
inducir aplicando una diferencia de potencial por medio de una fuente externa y
dos conductores introducidos en la disolución. La celda así montada se denomina
pila o cuba electrolítica y al
proceso, consistente en aplicar una energía eléctrica para producir una
reacción química no espontánea, Electrolisis.
En la electrolisis
las reacciones ocurren sobre la superficie de los electrodos. En el ánodo
(electrodo positivo) se produce la semirreacción de oxidación y en el cátodo
(electrodo negativo) la semirreacción de reducción. Si en la disolución
sometida a electrolisis coexisten diferentes especies químicas (cationes, aniones y moléculas
neutras), se reducirán y oxidarán en un orden que dependerá de su potencial de
reducción y de la cinética de los procesos redox en los electrodos.
En la electrolisis del yoduro de potasio, KI, la disolución contiene iones yoduro, Iˉ, iones potasio, K+ y agua. Si se hace pasar una corriente eléctrica a través de la disolución de KI(ac) tiene lugar la oxidación de los iones Iˉ en el ánodo y la reducción del agua en el cátodo.
s. oxidación (ÁNODO): 2 I⁻(ac) I2(s) + 2 e⁻
s. reducción (CÁTODO): 2 H2O(l) + 2 eˉ H2(g) + 2 OHˉ(ac)
Reacción global: 2 I⁻(ac) + 2 H2O(l) I2(s) + H2(g) + 2 OHˉ(ac)
En
general, para cualquier semirreacción, la cantidad de sustancia que se reduce o
se oxida en una celda electrolítica es directamente proporcional al número de
electrones que entran en la celda.
Carga (C) = Intensidad de corriente (A) x Tiempo (s)
Para
determinar la cantidad de iones hidroxilo formados en el cátodo realizaremos
una valoración ácido-base. De manera similar, para calcular la cantidad de yodo
producido en el ánodo realizaremos una valoración redox.
En
una valoración ácido-base se
determina el contenido en ácido (o en base) de una disolución a partir de su reacción
ácido-base con otra disolución de base (o de ácido) de concentración conocida.
Las valoraciones ácido-base tienen su fundamento en el cambio brusco que
experimenta el pH cuando la reacción de neutralización se ha completado. Para
observar este punto, denominado punto
de equivalencia, se utiliza un indicador, que se caracteriza por presentar
distinto color según el pH del medio en el que se encuentra.
CONSTRUCCIÓN DE
UNA PILA ELECTROLÍTICA
Para construir la pila electrolítica utilizaremos dos semiceldas, cada una de ellas con un orificio. Realizarán dos experiencias, en la primera se dejará pasar la corriente durante 5 minutos y en la segunda durante 10 minutos. La forma de operar es la siguiente:
Colocar un trozo de papel de filtro entre ambas semiceldas por la parte del orificio y sujetarlas fuertemente con papel de celo para evitar pérdidas de líquido.
}Medir 15 mL de una disolución de KI 0,5 M y verter en una de las semiceldas.
Repetir el procedimiento, con otros 15 mL, para la otra semicelda.
}Introducir en cada celda un electrodo de grafito y conectar a una fuente de corriente continua. Dejar pasar la corriente durante 5 minutos y, transcurrido este tiempo, desconectar la fuente de corriente.
}Trasvasar, a la mayor brevedad posible, con ayuda de dos pipetas Pasteur el contenido de ambas celdas a sendos tubos de ensayo.
}Enjuagar las celdas con agua y añadir, de nuevo a cada una de ellas, 15 mL de la disolución de KI 0,5 M. Repetir el procedimiento anterior, manteniendo el paso de corriente durante 10 minutos. Transcurrido este tiempo, desconectar la fuente de corriente y trasvasar, a la mayor brevedad posible, con ayuda de dos pipetas Pasteur el contenido de ambas celdas a dos tubos de ensayo.
VALORACIÓN DE LAS DISOLUCIONES:
VALORACIÓN ÁCIDO-BASE DE LA DISOLUCIÓN DE
Realizaremos cuatro valoraciones, dos con la disolución de NaOH
(obtenida en la semicelda catódica) procedente de la electrolisis de 5 minutos,
y otras dos con la disolución de NaOH obtenida de la electrolisis de 10
minutos.
-Pasar agua por la bureta situada
en la mesa de trabajo sin descolgarla.
Comprobar que no gotea y que al abrir la
llave el líquido fluye adecuadamente.
-Pipetear 6 mL de la disolución
de NaOH y verterlos en un matraz
erlenmeyer.
Añadir una gota de fenolftaleína. Observar el color de la disolución.
-Llenar la bureta con una
disolución de ácido clorhídrico 0,1
M y enrasar a cero.
-Realizar una primera valoración.
Para ello, dejar caer gota a gota la disolución de
HCl desde la bureta sobre la
disolución de NaOH, agitando con una mano el
erlenmeyer y con la otra mano
accionar la llave de la bureta. Seguir hasta observar
cambio de color.
-Una vez estimado el volumen del
punto final de la valoración, repetir el proceso
con otros 6 mL de la
disolución de NaOH obtenida en la primera experiencia.
-A continuación, repita el
procedimiento dos veces con la disolución de NaOH de la
segunda experiencia(10min).
VALORACIÓN REDOX DE LA DISOLUCIÓN DE
Realizaremos cuatro valoraciones, dos con la disolución de I2
(obtenida en la semicelda anódica) procedente de la electrolisis de 5 minutos,
y otras dos con la disolución de I2 obtenida de la electrolisis de
10 minutos.
-Pasar agua por la bureta situada
en la mesa de trabajo sin descolgarla.
Comprobar que no gotea y que al abrir la
llave el líquido fluye adecuadamente.
-Pipetear 6 mL de la disolución
de yodo y verterlos en un matraz erlenmeyer.
Observar el color de la
disolución.
-Llenar la bureta con una
disolución de Na2S2O3 0,1 M y enrasar a cero.
-Realizar una primera valoración.
Para ello, dejar caer gota a gota la disolución de
Na2S2O3 desde la bureta sobre la disolución de I2, agitando con
una mano el
erlenmeyer y con la otra mano accionar la llave de la bureta.
Seguir hasta observar
cambio de color.
-Una vez estimado el volumen del
punto final de la valoración, repetir el proceso
con otros 6 mL de la disolución de I2 obtenida en
la primera experiencia.
-A continuación, repita el
procedimiento dos veces con la disolución de I2 de la
segunda
experiencia(10 min).
