| Núcleo | Suplemento |
|---|---|
| 1 Definir la electroálisis como la descomposición de un compuesto iónico, cuando está fundido o en solución acuosa, mediante el paso de una corriente eléctrica | 8 Describir la transferencia de carga durante la electroálisis para incluir: (a) el movimiento de electrones en el circuito externo (b) la pérdida o ganancia de electrones en los electrodos (c) el movimiento de iones en el electrolito |
| 2 Identificar en celdas electrolíticas simples: (a) el ánodo como el electrodo positivo (b) el cátodo como el electrodo negativo (c) el electrolito como la sustancia fundida o acuosa que se somete a electroálisis | |
| 3 Identificar los productos formados en los electrodos y describir las observaciones realizadas durante la electroálisis de: (a) bromuro de plomo(II) fundido (b) cloruro de sodio acuoso concentrado (c) ácido sulfúrico diluido utilizando electrodos inertes de platino o carbón/grafito | 9 Identificar los productos formados en los electrodos y describir las observaciones realizadas durante la electroálisis de sulfato de cobre(II) acuoso utilizando electrodos inertes de carbón/grafito y cuando se utilizan electrodos de cobre |
| 4 Indicar que los metales o el hidrógeno se forman en el cátodo y que los no metales (distintos del hidrógeno) se forman en el ánodo | |
| 5 Predecir la identidad de los productos en cada electrodo para la electroálisis de un compuesto binario en estado fundido | 10 Predecir la identidad de los productos en cada electrodo para la electroálisis de un compuesto haluro en solución acuosa diluida o concentrada |
| 11 Construir ecuaciones semipares iónicas para reacciones en el ánodo (para mostrar la oxidación) y en el cátodo (para mostrar la reducción) | |
| 6 Indicar que los objetos metálicos se galvanizan para mejorar su apariencia y resistencia a la corrosión | |
| 7 Describir cómo se galvanizan los metales |
Electroquímica
IGCSE Química · Tema 4
10:25
Electrólisis
La electricidad puede hacer algo asombroso: puede romper un compuesto. Pasa una corriente a través de un compuesto fundido o disuelto, y se divide en sus elementos.…
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4.1
Electrólisis
Syllabus
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
Electrolisis es la descomposición de un compuesto iónico — cuando está fundido o en solución acuosa — mediante el paso de una corriente eléctrica a través de él.
Solo funciona cuando la sustancia está fundida o disuelta, porque entonces los iones están libres para moverse y transportar la carga. Un compuesto iónico sólido no puede ser electrolizado porque sus iones están fijos en su lugar.
La celda electrolítica
El montaje se llama celda electrolítica. Dos electrodos (conductores sólidos) se sumergen en el electrolito — la sustancia fundida o acuosa que se está descomponiendo.
- El ánodo es el electrodo positivo ($+$).
- El cátodo es el electrodo negativo ($-$).
Los electrodos suelen ser inertes (no reaccionan), como el platino o el carbono/grafito.
Lo que se forma en cada electrodo
Existe una regla simple:
- Se forman metales o hidrógeno en el cátodo.
- Se forman no metales (distintos del hidrógeno) en el ánodo.
Para soluciones acuosas, el producto puede depender de si la solución es diluida o concentrada. Aquí están los tres ejemplos fundamentales:
| Electrolito | En el cátodo ($-$) | En el ánodo ($+$) |
|---|---|---|
| bromuro de plomo(II) fundido, $\text{PbBr}_2$ | plomo (líquido plateado) | bromo (vapor rojizo-marrón) |
| cloruro sódico acuoso concentrado | hidrógeno (burbujas de gas) | cloro (gas verde pálido) |
| ácido sulfúrico diluido | hidrógeno (burbujas de gas) | oxígeno (burbujas de gas) |
Ejemplo resuelto. Prediga los productos de la electrolisis del cloruro de zinc fundido, $\text{ZnCl}_2$. Al estar fundido, solo hay iones de zinc y iones de cloruro presentes; no hay agua que complique las cosas. El zinc es un metal, por lo que se forma en el cátodo: los iones $\text{Zn}^{2+}$ ganan electrones y aparece zinc plateado. El cloro es un no metal, por lo que se forma en el ánodo: burbujas de gas cloro verde pálido. Siempre revise primero el estado físico. Un compuesto fundido simplemente te da sus dos elementos, mientras que uno acuoso introduce al agua en la competencia — razón por la cual la solución concentrada de cloruro sódico produce hidrógeno en el cátodo en lugar de sodio.
Cómo se mueve la carga
Durante la electrolisis:
- Los electrones se mueven a través de los cables (el circuito externo) desde la fuente de alimentación.
- En el cátodo, los iones positivos ganan electrones. Ganar electrones es reducción.
- En el ánodo, los iones negativos pierden electrones. Perder electrones es oxidación.
- Dentro del electrolito, los ones se mueven: los iones positivos van al cátodo y los iones negativos van al ánodo.
Puede escribir una ecuación semirreacción para cada electrodo. Para el bromuro de plomo(II) fundido:
$$\text{Pb}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Pb} \quad (\text{cathode, reduction})$$
$$2\text{Br}^{-} \rightarrow \text{Br}_2 + 2e^{-} \quad (\text{anode, oxidation})$$
Electrolisis del sulfato de cobre(II)
El producto en el ánodo depende del electrodo:
- Con electrodos de carbono inertes: se forma cobre en el cátodo y oxígeno en el ánodo. El color azul de la solución se desvanece lentamente a medida que se elimina el cobre.
- Con electrodos de cobre: se forma cobre en el cátodo, mientras que el propio ánodo se disuelve en la solución. El color azul permanece igual. Esto se utiliza para purificar el cobre.
Galvanoplastia
La galvanoplastia significa cubrir un objeto metálico con una fina capa de otro metal. Esto mejora su apariencia y su resistencia a la corrosión (óxido y desgaste).
Para galvanoplastiar un objeto:
- el objeto a revestir se convierte en el cátodo;
- el metal de revestimiento se convierte en el ánodo;
- el electrolito es una solución que contiene iones del metal de revestimiento.
Explorar
Dentro de una celda de electrólisis
Seleccione un electrolito y observe el movimiento de iones: iones positivos hacia el cátodo, iones negativos hacia el ánodo.
Vocabulario
Entrenar
| Inglés | Chino | Pinyin |
|---|---|---|
| electrolysis/ɪlekˈtrɒləsɪs/ | 电解 | diàn jiě |
| decomposition/ˌdiːkɒmpəˈzɪʃn/ | 分解 | fēn jiě |
| ionic compound/aɪˈɒnɪk ˈkɒmpaʊnd/ | 离子化合物 | lí zi huà hé wù |
| molten/ˈməʊltn/ | 熔融 | róng róng |
| aqueous/ˈeɪkwɪəs/ | 水溶液 | shuǐ róng yè |
| electric current/ɪˈlektrɪk ˈkʌrənt/ | 电流 | diàn liú |
| ions/ˈaɪɒnz/ | 离子 | lí zi |
| electrolytic cell/ɪˌlektrəˈlɪtɪk sel/ | 电解池 | diàn jiě chí |
| electrodes/ɪˈlektrəʊdz/ | 电极 | diàn jí |
| electrolyte/ɪˈlektrəlaɪt/ | 电解质 | diàn jiě zhì |
| anode/ˈænəʊd/ | 阳极 | yáng jí |
| cathode/ˈkæθəʊd/ | 阴极 | yīn jí |
| inert/ɪˈnɜːt/ | 惰性 | duò xìng |
| platinum/ˈplætɪnəm/ | 铂 | bó |
| graphite/ˈɡræfaɪt/ | 石墨 | shí mò |
| metals/ˈmetlz/ | 金属 | jīn shǔ |
| hydrogen/ˈhaɪdrədʒn/ | 氢气 | qīng qì |
| non-metals/nɒn ˈmetlz/ | 非金属 | fēi jīn shǔ |
| dilute/daɪˈluːt/ | 稀 | xī |
| concentrated/ˈkɒnsəntreɪtɪd/ | 浓 | nóng |
| lead/liːd/ | 铅 | qiān |
| bromine/ˈbrəʊmaɪn/ | 溴 | xiù |
| chlorine/ˈklɔːriːn/ | 氯气 | lǜ qì |
| sulfuric acid/sʌlˈfjʊərɪk ˈæsɪd/ | 硫酸 | liú suān |
| oxygen/ˈɒksɪdʒn/ | 氧气 | yǎng qì |
| electrons/ɪˈlektrɒnz/ | 电子 | diàn zi |
| external circuit/ekˈstɜːnl ˈsɜːkɪt/ | 外电路 | wài diàn lù |
| reduction/rɪˈdʌkʃn/ | 还原 | huán yuán |
| oxidation/ˌɒksɪˈdeɪʃn/ | 氧化 | yǎng huà |
| half-equation/hɑːf ɪˈkweɪʒn/ | 半反应式 | bàn fǎn yìng shì |
| copper/ˈkɒpə/ | 铜 | tóng |
| electroplating/ɪˌlektrəʊˈpleɪtɪŋ/ | 电镀 | diàn dù |
| corrosion/kəˈrəʊʒn/ | 腐蚀 | fǔ shí |
4.2
Pilas de combustible de hidrógeno-oxígeno
Syllabus
| Básico | Complementario |
|---|---|
| 1 Indicar que una pila de combustible de hidrógeno-oxígeno utiliza hidrógeno y oxígeno para producir electricidad, siendo el agua el único producto químico | 2 Describir las ventajas e inconvenientes del uso de pilas de combustible de hidrógeno-oxígeno en comparación con los motores de gasolina/petrol en vehículos |
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
Una pila de combustible utiliza hidrógeno y oxígeno para generar electricidad directamente. El único producto químico es el agua.
$$2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}$$
Es útil comparar una pila de combustible con un motor de gasolina normal en un vehículo.
| Pila de combustible de hidrógeno-oxígeno | Motor de gasolina | |
|---|---|---|
| Producto principal | solo agua | dióxido de carbono y contaminantes |
| Efecto en el aire | limpio | contribuye a la contaminación del aire |
| Almacenamiento del combustible | el hidrógeno es difícil y peligroso de almacenar (inflamable, necesita alta presión) | la gasolina es fácil de almacenar |
| Fuente | el hidrógeno puede producirse usando combustibles fósiles | se obtiene del petróleo bruto |
Ventajas de la pila de combustible: el único producto es el agua, por lo que no contamina el aire, y convierte eficientemente la energía química en electricidad. Desventajas: el hidrógeno es difícil de almacenar y transportar de forma segura, y la producción del mismo aún puede requerir energía procedente de combustibles fósiles.
Explorar
Dentro de una pila de combustible de hidrógeno y oxígeno
Recorra el funcionamiento de una pila de combustible. El hidrógeno y el oxígeno se combinan para formar agua, y la energía de esa reacción se libera como electricidad — sin dióxido de carbono.
Vocabulario
Entrenar
| Inglés | Chino | Pinyin |
|---|---|---|
| fuel cell/ˈfjuːəl sel/ | 燃料电池 | rán liào diàn chí |
| pollutants/pəˈluːtənts/ | 污染物 | wū rǎn wù |
4.2
Consejos para el examen
- En el cátodo (negativo) se obtiene un metal o hidrógeno; en el ánodo (positivo) se obtiene un no metal. Los iones positivos se mueven hacia el cátodo y los iones negativos hacia el ánodo.
- Un compuesto fundido simplemente proporciona sus dos elementos. Una solución acuosa puede dar algo diferente (el cloruro sódico concentrado produce hidrógeno y cloro, no sodio).
- La reducción es la ganancia de electrones (en el cátodo); la oxidación es la pérdida de electrones (en el ánodo). Recuerde OIL RIG.
- En una ecuación semirreacción, los átomos y las cargas deben equilibrarse, con los electrones en el lado correcto: $\text{Pb}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Pb}$ (cátodo).
- Para galvanoplastiar un objeto, hágalo el cátodo, haga que el metal de revestimiento sea el ánodo y utilice una solución que contenga iones del metal de revestimiento.
Lecciones interactivas sobre este tema
Trátalo paso a paso, con ejercicios de verificación instantánea.