Exercicis de Química: Reaccions Redox, Electròlisi i Seguretat al Laboratori

Problema 1: Reaccions Redox i Seguretat amb Àcids

Enunciat del Problema de Reacció Redox

En presència d’àcid sulfúric, el permanganat de potassi (KMnO4) reacciona amb el peròxid d’hidrogen (H2O2) per tal de donar oxigen, sulfat de manganès (II), sulfat de potassi i aigua.

1. Escriviu la reacció i ajusteu-la pel mètode de l’ió-electró.
2. Calculeu el volum d’oxigen que s’alliberarà a 1,013 x 10⁵ Pa i 25 °C quan 15 mL d’una dissolució de permanganat de potassi 0,100 M hagin reaccionat amb la quantitat estequiomètrica d’H2O2.
3. És perillós preparar una dissolució aquosa concentrada d’àcid sulfúric? Per quina raó? Com s'ha de preparar adequadament aquesta dissolució? Expliqueu les precaucions que cal prendre a l’hora de treballar amb l’àcid sulfúric concentrat al laboratori.

Resolució del Problema de Reacció Redox

a) Ajust de la Reacció Redox

Reacció iònica ajustada: 2 MnO4- + 5 H2O2 + 6 H+ → 2 Mn2+ + 5 O2 + 8 H2O

Reacció molecular ajustada: 2 KMnO4 + 5 H2O2 + 3 H2SO4 → 2 MnSO4 + 5 O2 + 8 H2O + K2SO4

Qualsevol de les dues reaccions ajustades es puntuarà.

b) Càlcul del Volum d'Oxigen Alliberat

Per factors de conversió i fent ús de l’equació d’estat del gas ideal s’obté: V = 9,17 x 10^-2 L.

c) Perillositat i Precaucions amb l'Àcid Sulfúric

Preparar una dissolució concentrada d’àcid sulfúric és una operació de laboratori que comporta un cert perill. Per aquesta raó, s'ha de preparar seguint unes pautes concretes.

Quan es dissol l’àcid en aigua, s’allibera una gran quantitat de calor. Així, si preparem la dissolució addicionant aigua sobre l’àcid, part de l’aigua addicionada pot entrar en ebullició i projectar petites gotes de dissolució concentrada que poden provocar cremades a la pell, les mucoses o els ulls.

D’aquesta manera, les dissolucions s'han de preparar addicionant petites quantitats de l’àcid sobre l’aigua (l’àcid posseeix una temperatura d’ebullició molt superior a la de l’aigua i per això difícilment entrarà en ebullició i emetrà projeccions), homogenitzant la dissolució després de cada addició d’àcid.

Quan es treballa al laboratori amb l’àcid sulfúric, cal adoptar totes les mesures de seguretat pròpies del treball amb els àcids i, fins i tot, extremar-les. Les precaucions inclouen:

• Portar posades les ulleres de seguretat (de fet, pel sol fet de treballar al laboratori ja les hauríem de dur posades).
• Treballar amb guants o bé rentar-se les mans després de preparar la dissolució i manipular l’àcid.
• La manipulació de l’àcid sempre es farà a dins de la vitrina de seguretat.

Problema 2: Electròlisi i Lleis de Faraday

Enunciat del Problema d'Electròlisi

Durant tres hores es fa circular un corrent continu constant per dues cel·les d’electròlisi disposades en sèrie amb sengles dissolucions de AgNO3 i CuSO4. Passat aquest temps, en la cel·la que conté AgNO3 s’han dipositat 0,600 g de plata metàl·lica.

1. Dibuixeu l’esquema associat a aquesta electròlisi (amb les dues cel·les en sèrie) i justifiqueu en quin elèctrode es dipositarà la plata metàl·lica. Quin nom té aquest elèctrode?
2. Calculeu la intensitat de corrent elèctric que ha circulat per les cel·les electrolítiques.
3. Calculeu la massa de coure metàl·lic que s’haurà dipositat en la segona cel·la passades les tres hores. Quin nom rep l’elèctrode on s’ha dipositat el coure?

Resolució del Problema d'Electròlisi

a) Dipòsit de Plata Metàl·lica

La plata metàl·lica es dipositarà en el càtode (és l’elèctrode cap a on viatgen els cations, atès que el càtode en les electròlisis té la polaritat negativa).

b) Càlcul de la Intensitat de Corrent

Donat que s’han dipositat 0,600 g de Ag, podem calcular que la càrrega passada per ambdues cel·les ha estat 537 C. A partir de la càrrega i del temps, podem calcular la intensitat de corrent. I = 50 mA.

c) Càlcul de la Massa de Coure Dipositada

Per factors de conversió o bé per la llei de Coulomb podem calcular la massa de coure dipositada en la segona cel·la. Massa de Cu = 0,1767 g. El coure es dipositarà en el càtode de la segona cel·la.