Aulas Virtuales del IES Jorge Manrique

www.iesjorgemanrique.com

Prácticas en el Laboratorio de Química


Electrolisis del agua.

Conceptos

La electrolisis es la separación de elementos o compuestos de un producto de partida, mediante el paso de una corriente eléctrica continua en una cuba electrolítica. Para que la corriente eléctrica pueda circular, en la cuba electrolítica debe haber iones, para lo cual debe haber un electrolito fundido o disuelto en agua.

En el caso de la electrolisis del agua, es tradicional utilizar ácido sulfúrico diluído, o sulfato de sodio diluído, para liberar hidrógeno y oxígeno en el cátodo (polo -) y el ánodo (polo +) respectivamente. Lo mejor es utilizar electrodos de platino. Los electrodos de hierro  pueden ser atacados por el oxígeno, con lo que se formará el óxido de hierro y eventualmente el hidróxido, por lo que se contaminará la cuba electrolítica.

Tanto el ácido sulfúrico como el sulfato de sodio suministran iones a la cuba que permiten el paso de la corriente. Los iones sodio y sulfato (Na+ y SO4=) tienen unos potencial de reducción y oxidación tales que en vez de ellos, es el agua quien experimenta la descomposición electrólitica

Reacciones en los electrodos


En el cátodo ocurre una reducción:

2 H2O(l) + 2e  H2(g) + 2OH-(aq)

En el ánodo ocurre una oxidación:

2 H2O(l)   +O2(g) + 4H+(aq) + 4e

La reacción global es

2 H2O(l)   2H2(g) +O2(g)

Debe notarse que en el cátodo aparecen hidroxilos (que tienen caracter básico) y en ánodo iones hidrógeno (que tienen caracter ácido).  Si se coloca un indicador adecuado, cambiará de color.


Preparación de las disoluciones

Hidróxido de sodio, NaOH, 0.1 M. Para preparar 1 L de disolución 1 Molar se disuelven 4.g del hidróxido de sodio en 500 mL de agua y luego se diluye a 1 L.

Ácido sulfúrico,
 H2SO4 0.1M .  Para preparar 1 L de disolución 0.1 Molar, se vierten 3.7 mL del ácido sulfúrico comercial [18M] en 500 mL de agua destilada fría, se agita  y se diluye luego hasta 1 L.

Sulfato de sodio, Na2SO4 1M .  Para preparar 1 L de la disolución 1 Molar, se disuelven 142 g del sulfato anhidro en 750 mL de agua destilada  y luego se diluye hasta 1 L.

Tornasol, colorante indicador, 30 mL .

En un recipiente adecuado se vierten unos 500 mL de la disolución 1 M de sulfato de sodio. Se añade el tornasol. Para que el indicador tome el color púrpura característico de la zona neutra de viraje de color, se rectifica el color, añadiendo una a una gotas de las disoluciones de ácido sulfúrico o de hidróxido de sodio 0.1 M.

Siga el proceso real efectuado en el Laboratorio mediante las fotografías y las explicaciones del texto. Haga clic en el icono del Instructor  Demóstenes para oír explicaciones adicionales dadas por Demóstenes, el instructor digital del Laboratorio de Química. Haga clic sobre las imágenes para ver una ampliación de la foto.


El experimento

Hecho el 18 de enero de 2008. 

1)La cuba electrolítica para la electrolisis del agua es un  voltámetro de Hoffman, reconstruído a partir de uno antiguo del Laboratorio. Consta de dos brazos de vidrio conectados entre sí y a un tubo por el que se vierte el electrolito. Cada brazo tiene en la parte inferior el punto de acoplamiento de los electrodos y en la parte superior una llave de paso que permite liberar el gas acumulado.Haga clic para ampliar la foto.
Demóstenes
voltámetro de Hoffman
2)  La fuente de alimentación puede llegar a dar 1.5 A y 30 V de potencial estable. Los electrodos son de acero y se sujetan con unos tapones de goma.



voltámetro de Hoffman, electrodos
3 ) El voltámentro se ha llenado de una disolución diluída de ácido sulfúrico. Se cierran las llaves de la parte superior de los brazos del voltámetro. Se hace pasar la corriente y en un tiempo que depende de la intensidad de la corriente (no deberían sobrepasarse en mucho los100 mA, para no alterar los electrodos y entonces se trata de poco más de 1m30s), los brazos del voltámetro tienen el aspecto de la imagen: en el ánodo (polo -) se desprende un gás que tiene aproximadamente el doble de volumen que el desprendido en el ánodo (polo +). Se trata de los gases hidrógeno y oxígeno.  voltámetro de Hoffman, laves
4) Un segundo voltámetro-tambiérn reconstruido a partir de los restos de uno antiguo- se rellena con la disolución de sulfato de sodio coloreada con tornasol . Haga clic sobre la imagen para ampliarla. El electrodo con la pinza negra es el cátodo (polo -) y el rojo es el ánodo (polo +). voltámetro de Hoffman con tornasol
5) El voltámetro en funcionamiento. Amplíe la imagen. Tendrá que aguzar la vista para ver el haz de burbujas que sale de cada electrodo. electrodos en el voltámetro con tornasol
6) Amplíe la imagen. En el  tubo del cátodo el tornasol adopta el color azul-violáceo característico de las disoluciones básicas. En el tubo del ánodo el tornasol adopta el color rojo característico de las disoluciones ácidas. Esto confirma las reacciones supuestas en los electrodos.



color ácido, color básico
7) La disolución del voltámetro toma definitivamente los colores del indicador en zona básica y zona ácida. El amperímetro se preparó para medir una corriente máxima de 3 A. El voltaje es de 30 V y la corriente de 1.5 A. Note como el bulbo de rebosamiento se llena con la disolución del color neutro. color ácido, color básico
8) Las columnas de hidrógeno y oxígeno ahora aparecen con una espuma originada por la disolución de la sal (sulfato de sodio). Cuando se liberan las llaves para dejar pasar el gas, esa espuma rezuma y hay que limpiarla con cuidado, usando guantes y un paño que luego debe enjuagarse bien. Si Ud. está haciendo la práctica en el Laboratorio debe tener en cuenta que las llaves están reonstruidas con un pegamento especial para vidrio y son muy frágiles. Trátelas con mimo: la de la izquierda tiene 6 pedazos y otro arreglo parece ya imposible.
color ácido, color básico
9) Pulse la imagen para ver una película avi de 1m50s que muestra la electrolisis del agua en el voltámetro con ácido sulfúrico diluido.


Si ud. usa Windows, asegúrese de que reproduce la película con el media player de Windows o con el programa gratuito VLC media player (Real Player parece tener problemas con algunos de nuestros codificadores de vídeo). Si usa Linux o Mac es poco probable que tenga problemas con nuestros vídeos.)
electrolisis1, vídeo
9) Pulse la imagen para ver una película avi de 1m16s que muestra la electrolisis del agua en el voltámetro con sulfato de sodio y tornasol.electrolisis2, vídeo


Actividades

1)Examine con cuidado los pasos del experimento. Descríbalos brevemente.


2)Vea las fotos y los vídeos. Compruebe en qué electrodo aparece cada gas.

2.1) ¿Es realmente el  doble de hidrógeno que de oxígeno en volumen? Argumente su respuesta.

2.2) ¿A qué puede deberse la discrepancia? ¿Se invierte toda la corriente en la electrolisis? ¿Hay calentamiento de los electrodos y la disolución? Si está Ud. en el laboratorio, tenga cuidado si intenta tocar el voltámetro.


3)  Explique a qué se deben los cambios de color en cada brazo del voltámetro.


Haga un ensayo de no más de 5 páginas y envíelo a su profesor por los métodos de las Aulas Virtuales.

Hecho por Juan María Fernández 
para las Aulas Virtuales del IES Jorge Manrique (Palencia/España)
 Todo el material de las Aulas Virtuales se cede con licencia GNU/GPL