Ejercicio resuelto de Números de oxidación · Química · 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 ($F=96500\ \mathrm{C\ mol^{-1}}$). (0,75)

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

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.

$\mathrm{LiCl}\rightarrow \mathrm{Li^+}+\mathrm{Cl^-}$

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

$\text{Cátodo (reducción)}:\ \mathrm{Li^+}+e^-\rightarrow \mathrm{Li}$

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

$\text{Ánodo (oxidación)}:\ 2\,\mathrm{Cl^-}\rightarrow \mathrm{Cl_2}+2\,e^-$

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

$2\,\mathrm{Li^+}+2\,e^-\rightarrow 2\,\mathrm{Li}$

$\text{Global}:\ 2\,\mathrm{LiCl}\rightarrow 2\,\mathrm{Li}+\mathrm{Cl_2}\,(g)$

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.

$\textbf{b) Calcular cuánto Li metálico se forma (}\boldsymbol{F=96500\ \mathrm{C\ mol^{-1}}}\textbf{). (0,75)}$

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.

$t=10\ \text{h}=10\cdot3\,600=36\,000\ \text{s}$

$Q=I\cdot t=4\cdot36\,000=1{,}44\cdot10^{5}\ \text{C}$

$n(e^-)=\dfrac{Q}{F}=\dfrac{1{,}44\cdot10^{5}}{96\,500}=1{,}49\ \text{mol}$

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

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

$m(\mathrm{Li})=1{,}49\cdot6{,}941=10{,}4\ \text{g}$

Se forman unos $10{,}4$ 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.