PRÁCTICA 2 DETERMINACIÓN CONDUCTIMÉTRICA DE LA CONSTANTE DE

PRÁCTICA 2
DETERMINACIÓN CONDUCTIMÉTRICA DE LA CONSTANTE DE
VELOCIDAD PARA UNA CINETICA DE SAPONIFICACIÓN
Material
Productos
1 matraz aforado de 250 mL
Acetato de etilo
3 matraces aforados de 100 mL
Hidróxido sódico
2 matraces aforados de 50 mL
Fenoftaleina
1 erlermeyer de 250 mL con tapón
Acetato sódico
3 erlermeyers de 100 mL con tapón
Ftalato ácido de potasio (en estufa)
1 vaso de precipitados de 250 mL alto
2 vasos de precipitados de 100 mL
1 pipeta graduada de 10 mL
1 pipeta graduada de 2 mL
1 bureta de 50 mL
1 varilla de vidrio/ 1 embudo/ 1 cuentagotas
1 propipeta
1 frasco lavador
1 soporte metálico con 1 pinza de mariposa
1 montaje de soporte con 3 pinzas.
1 baño termostático compartido
1 conductímetro con su celda de conductividades y soporte
1 cronómetro
Objetivos
Aplicación del método conductimétrico a la determinación del orden total y la
constante de velocidad de la reacción de saponificación del acetato de etilo en medio
básico. Para ello se sigue la evolución de una propiedad física de la disolución (su
conductividad) en función del tiempo.
Fundamentos:
La saponificación del acetato de etilo transcurre relativamente rápida a 25°C de
acuerdo con la ecuación:
CH3COOC2H5 + NaOH  CH3COONa + C2H5OH
La reacción puede seguirse conductimétricamente puesto que la conductividad
disminuye en el transcurso de la reacción. Esto se deduce del hecho de que la
conductividad molar del ión OH- es mayor que la del ión acetato y éstos sustituyen a los
OH- en el transcurso de la reacción. Por otra parte el acetato de etilo y el alcohol que no
son iónicos, prácticamente no afectan a las medidas de conductividad.
Si la reacción se comporta como irreversible, de forma que los productos no
afectan a la velocidad de la reacción, la ecuación de velocidad puede escribirse de la
siguiente forma:
dx/dt = k (CH3COOC2H5)n (NaOH)m
o bien
1
dx/dt = k(a-x)n (b-x)m
[1]
donde
a = concentración inicial de sosa
b = concentración inicial de acetato de etilo
x = concentración de reactivo que reacciona en el tiempo t.
Si hacemos que las concentraciones iniciales de los reactivos sean iguales, la
ecuación [1] se transforma:
dx/dt = k (a-x)m+n = k (a-x)r
[2]
siendo r el orden total de la reacción.
Por otra parte si llamamos:
o a la conductividad específica inicial de la disolución.
t a la conductividad específica de la disolución en el tiempo t.
f a la conductividad específica final de la disolución.
podremos expresar x en función de las conductividades específicas mediante la
expresión siguiente:
x = a (o- t) / (o- f)
[3]
que nos permite determinar el orden global de reacción y la constante de velocidad de la
reacción estudiada a partir de medidas de conductividad.
Disoluciones
1. Preparar 250 mL de disolución de NaOH 0.1M. Valorar esta disolución con
ftalato ácido de potásio.
2. Preparar 100 mL de disolución de acetato de etilo de concentración lo más
parecida a la disolución de NaOH. Para preparar esta disolución previamente
se ha tenido que valorar la disolución de sosa 0.1 M y se ha tenido que
determinar su concentración. Recordar que la experiencia está diseñada para que
las concentraciones iniciales de acetato de etilo e hidróxido sódico sean iguales.
3. Preparar 50 mL de disolución de acetato de etilo 0.02M.
4. Preparar 50 mL de disolución de hidróxico sódico 0.02M.
5. Preparar 100 mL de disolución de hidróxico sódico 0.01M.
6. Preparar 100 mL de disolución de acetato sódico de concentración lo más
parecida a la concentración de la disolución de NaOH preparada en el
apartado anterior. Para preparar esta disolución previamente se ha tenido que
valorar la disolución de sosa 0.1 M y se ha tenido que determinar su
concentración.
2
Procedimiento experimental
1. Conectar el baño termostático a 25°C.
2. Preparar 250 mL de disolución de NaOH 0.1M. Valorar esta disolución con
ftalato ácido de potásio y determinar la concentración de sosa.
3. Preparar la disolución de acetato de etilo aproximadamente 0.1 M (disolución 2).
4. Preparar las restantes disoluciones.
5. Introducir las disoluciones 3, 4 y 5 en el baño termostático. Previamente se
trasvasan a matraces erlenmeyers de 100 mL con tapón.
6.
Medida de
o:
Cuando se haya
alcanzado el
equilibrio térmico
(aproximadamente 15 minutos) lavar la celula de conductividad varias veces con
agua desionizada y con la disolución problema y medir la conductividad de la
disolución 5. Realizar la medida varias veces hasta que la conductividad no
varie. Todas las medidas se efectuarán a 25°C, es decir DENTRO DEL
BAÑO.
7. Medida de t: Para empezar la reacción verter la disolución de NaOH 0.02M
(disolución (4)) sobre la disolución de acetato de etilo 0.02M (disolución (3)).
Agitar fuertemente y simultaneamente poner en marcha el cronómetro. Lavar la
celula de conductividad varias veces con agua desionizada y medir la
conductividad de la disolución lo más pronto posible. Sin sacar la celda de la
disolución medir la conductividad a los siguientes intervalos de tiempo:
-las tres primeras medidas a intervalos de medio minuto,
-las seis siguientes a intervalos de un minuto,
-posteriormente cada 3 minutos durante una hora hasta que apenas
cambie la conductividad.
8. Medida de f: Introducir la disolución de acetato sódico en el baño termostático.
Cuando se haya alcanzado el equilibrio térmico (aproximadamente 15 minutos)
lavar la celula de conductividad varias veces con agua desionizada y con la
disolución problema y medir la conductividad de la disolución. Realizar la
medida varias veces hasta que la conductividad no varie.
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ORGANIZACIÓN DE LOS DATOS.
Disoluciones
Presentar de forma clara los cálculos realizados para preparar las diferentes disoluciones
indicando: -Las masas o volúmenes teóricos determinados.
-Las masas o volúmenes reales utilizados.
-Las concentraciones reales de todas las disoluciones preparadas.
Valoración de la disolución de sosa.
Construir una tabla (Tabla 1) que incluya las masas de ftalato, los volúmenes de sosa
consumidos en las valoraciones y las concentraciones de sosa calculadas para cada
valoración. Para preparar la disolución de acetato sódico es necesrio determinar la
concentración de la sosa valorada. Determínela.
Medidas de conductividad
Presentar en forma tabulada (Tabla 2) las medidas de conductividad registradas en función
del tiempo.
TRATAMIENTO DE RESULTADOS
1) Demostrar la ecuación (3).
2) Obtener las ecuaciones integradas de velocidad para cinéticas de primer y segundo
orden en término de las conductividades, o,.t.y f,. Utilizar la ecuación (3).
3) Expresar la concentración de sosa determinada anteriormente con su error.
4) Determinar la concentración inicial de la sosa en la mezcla reactiva con el número de
cifras significativas adecuado.
5) Completar la tabla 2 incluyendo los datos referentes a las expresiones de las
ecuaciones de velocidad de orden uno y dos deducidas en el apartado 2.
Representar la conductividad y las funciones de la conductividad obtenidas en el
apartado 2, para cinéticas de primer y segundo orden, en función del tiempo.
Obtener el orden total de reacción y la constante absoluta de velocidad. Expresarla
con las unidades y número de cifras significativas adecuados.
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CUESTIONES PRE-LABORATORIO
----------------------------------------------------------------------------------------------------------1.
¿Por qué puede realizarse el presente estudio cinético mediante conductimetría?
A) Porque sólo uno de los reactivos es iónico y podemos aplicar el método de
aislamiento.
B) Porque la conductividad de los reactivos es mayor que la de los productos.
C) Porque la conductividad aumenta al transcurrir la reacción.
D) Porque la conductividad disminuye al transcurrir la reacción.
2.
¿Por
3.
¿Por qué se recomienda valorar primero la disolución de sosa y después preparar la
disolución de acetato de etilo?
A) Porque la sosa no es un patrón primario y siempre hay que valorarla.
B) Porque la sosa no es un patrón primario y el acetato de etilo si.
C) Porque necesitamos conocer la concentración exacta de sosa para poder
preparar la disolución de acetato de etilo de la misma concentración.
D) Porque necesitamos conocer la concentración exacta de sosa, para utilizarla
posteriormente en los cálculos.
4.
¿Qué sucedería si no hubieras valorado la disolución de sosa?
A) No se podría hacer la experiencia.
B) Se podría realizar la experiencia siempre y cuando se valorase la sosa
posteriormente.
C) Se podría realizar la experiencia siempre y cuando se valorase la sosa
posteriormente, pero las ecuaciones cinéticas que se utilizarían serian diferentes
ya que la sosa y el acetato de etilo tendrían diferente concentración.
5.
Para valorar la sosa se tiene que preparar una disolución de ftalato ácido de potasio.
¿Cómo debe prepararse la disolución de ftalato?
A) Pesando una determinada cantidad, no importa cual, y disolviéndolo en
cualquier volumen de agua.
B) Pesando la cantidad que hayamos determinado para que la disolución de ftalato
tenga la concentración similar a la de sosa.
C) Pesando una cantidad, previamente calculada para gastar un determinado
volumen de sosa, y disolviéndola en un volumen de agua perfectamente
conocido.
D) Pesando una cantidad, previamente calculada para gastar un determinado
volumen de sosa, y disolviéndola en cualquier volumen de agua.
qué la disolución de sosa y de acetato de etilo tienen que tener la misma
concentración?
A) Porque la experiencia está diseñada de esta manera.
B) Porque reaccionan el mismo número de moles de ambos reactivos..
C) Porque son las condiciones que deben cumplirse para obtener directamente el
orden total de reacción.
D) Porque es la única manera en que se puede obtener el orden total de la reacción.
5
6.
¿Cuántas veces cree que es conveniente, como mínimo, valorar la disolución de sosa?
A) Una es suficiente.
B) Dos.
C) Tres.
D) Cuantas más hagamos, menos error cometeremos.
7.
Se pide registrar la conductividad de la mezcla reactiva durante una hora pero se indica
que la conductividad se registre a intervalos de tiempo no regulares: 0.5, 1 y 3 minutos.
¿Por qué cree que la experiencia está diseñada de esta manera?
A) Para hacerla menos monótona.
B) Para tener más puntos al principio y poder determinar la conductividad inicial si
es necesario.
C) Porque la conductividad cada vez cambia más rápidamente.
D) Porque la conductividad cada vez cambia más lentamente.
8.
Se prepara una disolución de sosa aproximadamente 0.1M y a partir de ella se preparan
disoluciones más diluidas, 0.02M (disolución 4) y 0.01M (disolución 5) ¿Por qué se
indica proceder de esta manera y no se preparan directamente las disoluciones 4 y 5?
A) Realmente daría lo mismo como se preparasen, pero si nos equivocamos y
tenemos que volver a preparar alguna de las disoluciones 4 y 5 es más rápido de
esta manera.
B) Porque necesitamos conocer las concentraciones exactas de estas disoluciones y
la disolución de sosa 0.1 M la hemos valorado y conocemos su concentración.
C) Porque necesitamos conocer la concentración exacta de la disolución 4. La
disolución 5 es indiferente como se prepare.
D) Porque necesitamos conocer la concentración exacta de la disolución 5. La
disolución 4 es indiferente como se prepare.
9.
Para preparar la mezcla reactiva se ha preparado 50 mL de disolución de hidróxido
sódico 0.02M (disolución 4). ¿Por qué para simular las condiciones a tiempo cero se
pide preparar100 mL de NaOH 0.01 M (disolución 5) y no de nuevo la disolución 4?
A) Se podría hacer de las dos formas.
B) Porque para poder medir la conductividad de la celda tiene que estar
completamente cubierta con la disolución y un volumen de 50 mL es insuficiente
para esto.
C) Porque la concentración inicial de sosa en la mezcla reactiva es 0.01 M.
D) Porque la mezcla reactiva se forma con 50 mL de sosa y 50 mL de acetato sódico,
lo que hace que el volumen final sea de 100 mL.
10.
Para determinar la conductividad de la mezcla reactiva, cuando la reacción se ha
completado, se indica que se prepare 100 mL de disolución de acetato sódico lo más
parecida a la disolución de NaOH preparada para simular las condiciones iniciales de
reacción. ¿Por qué?
A) Porque cuando la reacción se ha completado toda la sosa se ha transformado en
acetato sódico.
B) No es necesario que sea exactamente igual a la concentración de sosa. Es
suficiente que sea aproximadamente 0.01 M, ya que el acetato sódico no es un
reactivo; estamos obteniendo el orden de reacción respecto a los reactivos.
C) Porque suponemos que la reacción es irreversible, por tanto, cuando la reacción
se ha completado toda la sosa se habrá transformado en acetato sódico.
6
CUESTIONES POSLABORATORIO
1.
Al realizar esta experiencia un alumno no calibra el conductímetro. Esto repercutirá en:
A) La determinación del orden de reacción y la constante de velocidad.
B) La determinación de la constante de velocidad.
C) La determinación del orden de reacción.
D) No influye.
2.
Al realizar esta experiencia un alumno no mide la conductividad del disolvente. Esto
repercutirá en:
A) La determinación del orden de reacción y la constante de velocidad.
B) La determinación del orden de reacción.
C) La determinación de la constante de velocidad.
D) No influye.
3.
Un alumno se olvida de valorar la sosa: Esto repercutirá en:
A) La determinación del orden de reacción y la constante de velocidad.
B) La determinación del orden de reacción.
C) La determinación de la constante de velocidad.
D) No influye.
4.
En la preparación de la mezcla reactiva la reacción comienza al mezclar ambos reactivos,
la sosa y el acetato de etilo, por tanto en ese momento debe ponerse el cronómetro en
marcha. Sin embargo, un alumno se olvida de ponerlo en marcha y lo hace cuando va a
empezar a medir la conductividad de la mezcla de reacción. Repercutirá esto en:
A) La determinación del orden de reacción y la constante de velocidad.
B) La determinación del orden de reacción.
C) La determinación de la constante de velocidad.
D) No influye.
5.
En la preparación de la disolución de ftalato, un alumno decide pesar una cierta cantidad
y disolverlo en 25 mL de agua. Repite el procedimiento varias veces, pesando una cierta
cantidad de ftalato y disolviéndolo en agua. El volumen de agua lo mide con una probeta.
¿Debería haber utilizado material volumétrico de mayor precisión?
A) Si porque necesitamos conocer la concentración exacta de la disolución de ftalato.
B) No es necesario ya que la probeta tiene suficiente precisión.
C) No, ya que no es necesario conocer el volumen de agua utilizado.
6.
El alumno de la cuestión anterior realiza una de las disoluciones de ftalato disolviéndolo
en 50 mL de agua. En las demás valoraciones disolvió en ftalato en 25 mL de agua y
gastó alrededor de 22 mL de sosa. ¿Qué volumen aproximado de sosa gastará en la
valoración en la que el ftalato se disolvió en 50 mL de agua?
A) 22
B) 11
C) 44
7
7.
Al valorar la disolución de sosa un alumno pesa siempre la misma cantidad de ftalato,
mientras que otro pesa diferente masa de ftalato en cada valoración. El primer alumno
gasta 24.3 mL, 24.5 mL y 24.0 mL de sosa. El segundo alumno gasta 24.8, 21.9 y 26.6
mL. ¿Qué alumno cree que ha procedido más correctamente? :
A) No lo podemos saber con estos datos.
B) El primer alumno porque siempre tenemos que pesar la misma cantidad de ftalato.
C) El segundo porque no es necesario pesar la misma cantidad de ftalato.
8.
Para medir la conductividad a tiempo cero un alumno mide la conductividad de la
siguiente disolución: 100 mL de sosa 0.02M. Esto es incorrecto. ¿Cómo se dará cuenta el
alumno de su error?
A) Porque la constante de velocidad que obtenga será el doble de la esperada.
B) Porque la constante de velocidad que obtenga será la mitad de la esperada.
C) La conductividad registrada será aproximadamente la mitad de la primera obtenida
para la mezcla reactiva.
D) La conductividad registrada será aproximadamente el doble de la primera obtenida
para la mezcla reactiva.
9.
Un alumno para simular las condiciones finales de la reacción prepara 100 mL de
disolución de acetato sódico de concentración adecuada. La conductividad registrada es
660 S. Por otra parte el alumno deja su muestra reactiva durante 24 horas y registra la
conductividad de la misma, comprobando que ésta se mantiene constante. ¿Qué valor de
conductividad cree que habrá registrado?
A) 660 S.
B) >660 S.
C) < 660 S.
10.
¿Qué concentración de sosa (teniendo encuenta el factor de titulación) debe utilizarse en
el cálculo de la constante absoluta de velocidad?
A) 0.1 M.
B) 0.02 M.
C) 0.01M.
11.
Para generar el acetato sódico que habría al final de la reacción, suponiendo que
ésta es irreversible, se puede utilizar ácido acético y sosa. Se sugiere poner en el
erlenmeyer el mismo volumen de sosa que el utilizado en la preparación de la
mezcla reactiva (10 mL) y añadir ácido acético (en la bureta) hasta llegar al punto
de equivalencia y aforar a 100 mL. ¿Por qué se sugiere valorar la sosa con el
ácido y no al revés que es el procedimiento habitual?
A) Porque la sosa la hemos valorado y el ácido no.
B) Porque la sosa utilizada en la preparación de la mezcla reactiva es la que
determinará la cantidad de acetato sódico que se obtendrá.
C) Esta es una posibilidad pero se podría hacer la valoración al revés utilizando el
mismo volumen de acético que de sosa se utilizó en la preparación de la
mezcla reactiva.
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