Ejercicio resuelto de Electrólisis · Química · País Vasco · 2024

C2. En la electrolisis del LiCl, se pasa una corriente de 4 A durante 10 h a través de la disolución.

a) Describir las reacciones que tienen lugar en los electrodos. (0,75)
b) Calcular cuánto Li metálico se forma ($F=96500\mathrm{C}\mathrm{m}\mathrm{o}{\mathrm{l}}^{-1}$). (0,75)

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Describir}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{reacciones}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{tienen}}\mathbf{\text{lugar}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{electrodos.}}\mathbf{\text{(0,75)}}$

En una celda electrolítica los nombres de los electrodos siguen el mismo criterio que en una pila: la reducción ocurre en el cátodo y la oxidación en el ánodo. El cloruro de litio se disocia en sus dos iones, y cada uno migra al electrodo de signo contrario al suyo.

$\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{C}\mathrm{l}\to \mathrm{L}{\mathrm{i}}^{+}+\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$

El catión litio, atraído por el electrodo negativo, capta un electrón y se convierte en litio metálico:

$\text{C}\acute{\text{a}}\text{todo (reducci}\acute{\text{o}}\text{n)}:\mathrm{L}{\mathrm{i}}^{+}+e^{-}\to \mathrm{L}\mathrm{i}$

El anión cloruro, atraído por el electrodo positivo, cede electrones y se transforma en cloro gaseoso; hacen falta dos iones para formar una molécula:

$\acute{\text{A}}\text{nodo (oxidaci}\acute{\text{o}}\text{n)}:2\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}\to \mathrm{C}{\mathrm{l}}_2+2e^{-}$

Para escribir la reacción global se igualan los electrones intercambiados, multiplicando la reducción por dos:

$2\mathrm{L}{\mathrm{i}}^{+}+2e^{-}\to 2\mathrm{L}\mathrm{i}$

$\text{Global}:2\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{C}\mathrm{l}\to 2\mathrm{L}\mathrm{i}+\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2(g)$

En el cátodo se deposita litio metálico y en el ánodo se desprende cloro gaseoso. Se trata de un proceso no espontáneo, forzado por la corriente exterior: es justamente lo contrario de lo que ocurre en una pila.



Se calcula la carga que ha atravesado la celda, se pasa a moles de electrones con la constante de Faraday y de ahí a moles y gramos de litio mediante la estequiometría de la semirreacción catódica.

$t=10\text{ h}=10\cdot 3600=36000\text{ s}$

$Q=I\cdot t=4\cdot 36000=\mathrm{1,44}\cdot {10}^5\text{ C}$

$n(e^{-})={\displaystyle \frac{Q}{F}}={\displaystyle \frac{\mathrm{1,44}\cdot {10}^5}{96500}}=\mathrm{1,49}\text{ mol}$

Como el catión es monovalente, cada mol de electrones deposita un mol de litio:

$n(\mathrm{L}\mathrm{i})=n(e^{-})=\mathrm{1,49}\text{ mol}$

$m(\mathrm{L}\mathrm{i})=\mathrm{1,49}\cdot \mathrm{6,941}=\mathrm{10,4}\text{ g}$

Se forman unos $\mathrm{10,4}$ gramos de litio metálico. Llama la atención lo mucho que hay que electrolizar para obtener tan poca masa, y es que el litio es el metal más ligero de todos: esos 10 g son casi mol y medio de átomos.