OXIDANTES Y REDUCTORES PILAS Y ELECTRÓLISIS CONCEPTUALIZACIÓN Y DEMOSTRACIONES PONENTES: DR. ALEJANDRO BAEZA. DR. JORGE IBAÑEZ. DR. ALAIN QUERÉ. M.C. REBECA.

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1 OXIDANTES Y REDUCTORES PILAS Y ELECTRÓLISIS CONCEPTUALIZACIÓN Y DEMOSTRACIONES PONENTES: DR. ALEJANDRO BAEZA. DR. JORGE IBAÑEZ. DR. ALAIN QUERÉ. M.C. REBECA SANDOVAL

2 OXIDANTES Y REDUCTORES PILAS Y ELECTRÓLISIS CONCEPTUALIZACIÓN Y DEMOSTRACIONES CURSO DE 4 HORAS

3 SUBTEMAS 1.- El oxígeno. Reacciones con elementos y con combustibles. Conceptos : Oxidación, reducción, oxidorreducción, oxidación reducción, redox. 1.1 Ciclo del oxígeno. 1.2 Abundancia de los elementos. 2.- Modelos de interpretación del fenómeno redox: 2.1. Ganancia de oxígeno vs. pérdida de oxígeno, disminución relativa de hidrógeno. 2.2. La oxidación como pérdida de electrones y la reducción como ganancia de electrones 2.3. Las reacciones redox como aquellas en las cuales los números de oxidación, cambian. 2.4 “Una reacción redox es aquella en la cual tiene lugar un cambio relativo en el orden de las electronegatividades atómicas 1 hora

4 SUBTEMAS 3.- Conceptos básicos redox según el modelo de intercambio de partícula. Par conjugado, semirreacciones redox, reacción redox, reacción redox balanceada, reacción molecular balanceada. 1 hora 4.- Reacciones en disolución. Intervención del disolvente. 5.- Potenciales de electrodo, Ecuación de Nernst y escala de potenciales normales. 6.- Predicción de reacciones. Fuerza de oxidantes y reductores. 1 hora 7.- Reacciones electroquímicas. 8.- Celdas electroquímicas. Representación simbólica. Fuerza electromotriz. 9.- Pilas comerciales. 2 horas

5 OBJETIVOS DEL TEMA 1. Revisar los modelos para interpretar los fenómenos redox. 2. Ubicar el ciclo del oxígeno en los fenómenos redox 3. Relacionar la composición del Universo, Sol, Tierra, Corteza Terrestre y seres vivos con los fenómenos redox. 4. Analizar fenómenos redox que ocurren en el hogar o en la industria e interpretarlos. 5. Diferenciar entre reacciones químicas y electroquímicas y conocer algunas de sus aplicaciones. 6. Seleccionar el modelo de interpretación redox más adecuado para el ámbito escolar. 7. Realizar experimentos de cátedra o personales, entenderlos desde el punto de vista químico, representarlos por medio de ecuaciones químicas y decidir cuál sería el modelo escolar adecuado para su explicación.

6 ACTIVIDADES 1.- Cuestionario diagnóstico. (20 minutos). 2.- Se intercambiarán los cuestionarios y se revisarán los conceptos involucrados. (40 minutos) 3.- Se solicitará a los asistentes que entreguen, posteriormente, el ciclo del oxígeno con las principales reacciones redox que ocurren.(Tarea) 4.-Se realizaran experiencias de cátedra o experimentos personales y se solicitará se interpreten de acuerdo a los modelos redox descritos. (50 minutos)(Exp. 1,2,3 y4) 5.- Se solicitará a los asistentes que elaboren un cuento, personal, utilizando los términos involucrados en las reacciones redox.(Tarea) 10 minutos de receso.

7 ACTIVIDADES 6.- Se explicará a los asistentes la construcción de una escala de predicción de reacciones.(15 minutos) 7.- Se entregará a los asistentes una lista de reacciones, se les proporcionarán los potenciales normales y los aplicarán a la construcción de una escala y a la posibilidad de ocurrencia de las reacciones propuestas.(15 minutos) 8.-Se realizaran experiencias de cátedra o experimentos personales y se solicitará se interpreten de acuerdo a los modelos redox.(30 minutos) 9.- Se entregará a los asistentes un esquema de una pila y se les solicitará llenen los espacios señalando, semirreacciones, sentido y dirección de electrones y de iones, escritura de la reacción global de pila y cálculo de la fuerza electromotriz.(20 minutos) 10.- Se utilizarán acetatos para ver la constitución de diferentes pilas comerciales.(30 minutos). 11.-Preguntas finales(10 minutos)

8 ABUNDANCIA RELATIVA DE ELEMENTOS

9 CUESTIONARIO DIAGNÓSTICO 1.-Explique en sus propias palabras que es una oxidación y que es una reducción. 2.-¿Qué ejemplo utiliza para iniciar la enseñanza de los fenómenos redox en su nivel de enseñanza? 3-¿Todos los fenómenos redox van acompañados de energía aprovechable? 4.-De las siguientes reacciones indique cuáles son reacciones de oxidorreducción y cuáles no. 5.-¿En las reacciones redox intervienen los protones, los electrones o los neutrones? 6.-Explique en sus propias palabras a que se llama número de oxidación. 7.-Indique de la siguiente lista cuáles son las reacciones redox y cuáles no, ¿Cómo las reconoce? O2O2

10 2NO 2(g → ) N 2 O 4 (g) H 2 O+O 2 → H 2 O 2 P 4 S 3 +8O 2 → P 4 O 10 +3SO 2 2 KClO 3 → 2KCl+3O 2 S 8 +8O 2 → 8SO 2 2KNO 3 → K 2 O+N 2 +O 2 16KNO 3 +21C+7S → 13CO 2 +3CO+16N+5K 2 CO 3 +2K 2 S 3 C 6 H 12 O 6 +6O 2 → 6CO 2 +6H 2 O (NH 4 ) 2 PtCl 4 (s)+2NH 3 (ac) → 2NH 4 Cl(ac)+Pt(NH 3 ) 2 Cl 2 2Fe(s)+2H 2 O(l)+O 2 (g) → 2Fe(OH) 2 (s) P 4 O 10 (g)+6CaO(s) → 2Ca 3 (PO 4 ) 2 (l) CuFeS 2 (s)+3CuCl 2 (ac) → 4CuCl(s)+FeCl 2 (ac)+2S(s) DIAGNÓSTICO DISCUSIÓN

11 ENTREGA (INDIVIDUAL) POSTERIOR DEL CICLO DEL OXÍGENO COMO SI FUERA A SER EXPUESTO A SUS ALUMNOS ELABORACIÓN DE UN CUENTO O UNA AVENTURA EN QUE INTERVENGAN LOS TÉRMINOS REDOX (POSTERIOR)

12 EXPERIENCIAS O EXPERIMENTOS DE CÁTEDRA 1.-LOS CERILLOS.(¿cerillas? 2.-OXIDACIÓN DE METALES: LUCES DE BENGALA, CINTA DE MAGNESIO. 3.COMBUSTIÓN DE MADERA Y DERIVADOS. INCIENSOS. 4.TINTAS INVISIBLES 5.-AZUL QUE VA Y VIENE. 10 MINUTOS DE RECESO

13 MODELO DE INTERCAMBIO DE ELECTRONES Ox+ne→Red Fe 3+ +1e→Fe 2+ Oxidante conjugado+ne→Reductor conjugado Oxidante conjugado+ne↔Reductor conjugado E=E o + (006/n) log [Ox]/([Red] Si [Ox]=[Red] E=E o

14 CADA PAR CONJUGADO TIENE UN E CARACTERÍSTICO 0.770 H+ H2H2 -2.71 Na+ Na -0.763 Zn2+ Zn F F- 2.87 Cu2+ Cu 0.34 Fe3+ Fe2+ volt ESCALA DE POTENCIALES

15 LISTA DE REACCIONES PARA APLICAR ESCALA MnO 4 -+5Fe 2+ +8H + → Mn 2+ +5Fe 3+ +4H 2 O E o (MnO 4 - /Mn 2+ )=1.51 volt E o (Fe 3+ /Fe 2+ )=0.77 volt 2I - +Cl 2 → I 2 +2Cl - E o (I 2 /I - )=0.56 volt E o (Cl 2 /Cl - )=1.36 volt

16 REACCIONES ELECTROQUÍMICAS Barra de cobre Sol. Sulfato de cobre Cu 2+ +2e → Cu E=0.337+(0.06/2)log([Cu 2+ ]/[Cu])

17 CELDA O PILA GALVÁNICA

18 DIFERENCIA ENTRE UNA CELDA GALVÁNICA Y UNA ELECTROLÍTICA

19 CELDA CON ELECTRODO DE REFERENCIA DE HIDRÓGENO (ENH) 2AgCl(s) + H2 (g)®2Ag(s) + 2H+ + 2Cl- Pt,H 2(p = 1atm)|H + (0.01 M),Cl - (0.01 M),AgCl (sat'd)|Ag Ecell = Ecathode - Eanode

20 ELECTRODO DE REFERENCIA

21 PILA “SECA” Cátodo de grafito Ánodo + zinc Pasta húmeda de cloruro de Zn y cloruro de amonio aislante Ánodo de zinc Pila de zinc-carbono Capa de MnO2

22 PILAS DE LITIO Li+ TiS 2 cátodoánodo + Electrolito sólido Li + + 1e TiS 2 +1e TiS 2 - motor e e