Laboratorio de Química Inorgánica

Universidad Interamericana de Puerto Rico
Recinto de Bayamón
Departamento de Ciencias Naturales y Matemáticas
Laboratorio de Química Inorgánica
Verano 2010
Nombre___________________________
# estudiante______________
Determinación de la Constante de Equilibrio
Objetivos
1)
2)
3)
4)
Relacionar al estudiante con la condición de equilibrio químico.
Calcular concentraciones de los componentes en equilibrio.
Determinar la constante de equilibrio para una reacción química.
Practicar la técnica de titulación.
Procedimiento
Parte I
El instructor de laboratorio discutirá el sistema químico en equilibrio y la
ecuación de la constante de equilibrio.
Parte II A
1)
2)
Obtener tres matraces cónicos de 125 ml e identificarlos con los números
I, II y III.
Añadir los siguientes materiales a cada uno de los matraces usando
bureta o pipeta (precisión es importante).
I:
II:
III:
3)
5.00 ml 3M HCl + 5.00 ml de acetato de etilo
5.00 ml 3M HCl + 4.00 ml de acetato de etilo + 1.00 ml de agua
5.00 ml 3M HCl + 3.00 ml de acetato de etilo + 2.00 ml de agua
Colocar un tapón de goma a cada uno de los matraces y agitar
vigorosamente. Alcanzar la condición de equilibrio tomará al menos un
día, por consiguiente los pasos 1 y 2 deben realizarse el periodo anterior
al de la fecha en que se realizará el experimento.
Determinación de los moles de HCl y H2O en una solución 3 M de
una solución de HCl
4)
Añadir a 5.00 ml de una solución 3 M HCl, aproximadamente 20 ml de
agua y 3 gotas de fenolftaleina. Titular con una solución 1.0 M NaOH.
Calcular los moles de HCl y H2O en los 5.00 ml de la solución 3 M HCl.
Parte II B.
5)
Cuando la condición de equilibrio se halla establecido en cada frasco,
añadir aproximadamente 20 ml de agua, tres gotas de fenolftaleina y
proceda a titular las soluciones en los frascos I, II y III con la solución 1.0
M NaOH.
6)
Calcular la constante de equilibrio.
Normalmente la concentración de todas las sustancias en el equilibrio
puede ser usado para calcular la constante de equilibrio.
1. Para determinar la constante de equilibrio, el número inicial de
moles de EtAc , H2O , EtOH y HAc debe ser calculado.
2. Como EtAc , H2O están presente inicialmente, el numero inicial de
moles de los productos es cero.
3. El numero inicial de moles de EtAc y agua es calculado usando su
volumen medido, masa molar y densidades.
4. Como el HCl se añadió como una solución acuosa, la cantidad de
agua presente en la solución debe ser incluida en los cálculos de los
moles iniciales de agua. (La densidad de 3 M HCl = 1.05 g/mL.
5. El número de moles de HAc en el equilibrio es calculado usando la
data de la titulacion para los moles de HCl presentes y los moles
totales del ácido presente en la solución de equilibrio.
6. Los moles iniciales de todas las especies y los moles en el
equilibrio de HAc fueron determinados, los moles de equilibrio de EtAc,
EtOH y el agua debe ser calculada usando estequiometria de la
reacción.
7. La constante de equilibrio es calculado usando los moles en el
equilibrio de HAc, EtOH, EtAc y agua en la ecuación de la constante de
equilibrio.
Comentarios
1)
Para calcular la constante de equilibrio se necesita conocer las
cantidades de las especies en equilibrio. Observar que para este
experimento se utilizarán las cantidades iniciales y finales de las especies
para obtener las cantidades en equilibrio.
2)
Información importante:
Densidad acetato de etilo
Densidad HCl 3 M
Masa molar acetato de etilo
:
:
:
0.893 g/mL
1.05 g/mL
88.0 g/mL
Ejemplo para hacer los cálculos de la constante de equilibrio para este
laboratorio.
INTRODUCCION:
Un sistema es considerado que esta en equilibrio cuando sus propiedades no cambian durante el paso del
tiempo. Para un sistema químico, esto significa que todas las fuerzas químicas están balanceadas y que
todas las propiedades físicas del sistema, como color, densidad, y la concentración de todas las especies
químicas permanecen constantes. Para una reacción general:
aA  bB  cC  dD
La expresión de la constante de equilibrio es:
K
c
d

C  D

Aa Bb
Donde [A], [B], [C], y [D] las concentraciones molares de los respectivos componentes en equilibrio.

etil acetato
(EtAc)
H 2O  CH 3 CH 2  OH  CH 3COOH
agua
etil alcohol
(EtOH)
ácido acético
(HAc)
La reacción se representa así:
EtAc +
H2O
K 
=======
EtOH
+
HAc
EtOH HAc
EtAc H 2O
Si se conoce la concentración inicial de todas las especies de la reacción la determinación de la
concentración de equilibrio del ácido acético nos permite calcular la constante de equilibrio para la
reacción. Normalmente la concentración de un liquido puro como el agua no aparece en la expresión de
equilibrio.porque su concentración no varia significantemente durante el curso de una reacción .
Frasco A I:
Frasco B II:
5.00 ml 6M HCl
5.00 ml 6M HCl + 2.00 ml de acetato de etilo + 3.00 ml de agua
Un estudiante prepara dos frascos. Frasco A contiene 5.00 mL de 6 M HCl (densidad =
1.11 g/mL). Frasco B contiene 5.00 mL de 6M HCl, 2.00 mL de etil acetato (densidad =
0.893 g/mL), y 3.00 mL de agua. Frasco A requiere 28.90 mL de 1.00 M NaOH para la
titulacion; Frasco B requiere 39.12 mL de 1.00 M de NaOH. Calcular Kc
1.
Use la data de la titulacion del frasco A para calcular los moles de HCl en 5.00 mL de 6 M de
una solucion de HCl. Use el volumen y molaridad del NaOH para encontrar los moles de NaOH
usado en la titulacion del HCl en el frasco A. Es igual al numero de moles del HCl presente en los
dos frascos A y B.
La formula:
(0.02890 L)(1.00 M) = 0.0289 mol NaOH = 0.0289 moles HCl
2.
Calcular los moles de agua en 5.0 mL de una solucion de HCl.
La solucion de HCl es el soluto, y el agua es el solvente. La masa total de la solucion de HCl es
calculada usando el volumen y la densidad de la solucion.
(5.00 mL x 1.11 g/mL) =5.55 g de la solucion de HCl
la masa de HCl puro en la solucion de HCl es calculada usando los moles de HCl disuelta en la
solucion y su masa molar.
0.0289 mol x 36.5 g/mol = 1.06 g HCl en la solucion de HCl
La diferencia entre el total de la masa de la solucion de HCl y la masa del soluto HCl puro es la
masa de agua.
5.55 – 1.06 = 4.49 g de agua
El numero de moles de agua es calculado usando la masa molar del agua:
4.49 g/ (18.0 g/mol) = 0.249 mol de H2O
3.
Calcular los moles iniciales del agua en el frasco B. El numero de moles de agua en el frasco B
es igual a la suma de los moles de agua en 5.00 mL de una solución de HCl y en 3.00 mL de agua
añadida para el frasco B.
3.00mL x 1.00 g/mL = 3.00 g de agua en 3 mL de agua añadida
3.00 g/(18.0 g/mol) = 0.167 mol de agua en 3 mL de agua añadida
0.167 mol + 0.249 mol = 0.416 moles totales de agua en el frasco B
4.
Calcular los moles iniciales de EtAc en el frasco B. Use la densidad y el volumen para
encontrar la masa de EtAc y luego calcule los moles usando la masa molar (densidad EtAc =
0.893 g/mL).
2.00 mL x 0. 893 g/mL = 1.79 g de EtAc
1.79 g/ (88.0 g/mol) = 0.0203 moles iniciales de EtAc
5.
Calcular los moles del HAc en el equilibrio. Primero calculamos los moles totales del acido en
el frasco B utilizando la data de la titulacion. Luego restamos los moles del acido que faltan de la
solucion de HCl.
0.03912L NaOH x 1.00 M NaOH = 0.0391 mol NaOH = 0.0391 mol del acido
0.0391 mol acido – 0.0289 mol HCl = 0.0102 mol HAc
6.
Calcular los moles de EtAc, EtOH y H2O en el equilibrio.
EtAc
+
H2O
=======
EtOH
+
HAc
EtAc (ac)
inicio
cambio
En equilibrio
K 
H2O (soluc) -------0.416 mol
-0.0102 mol
0.406 mol
0.0203 mol
-0.0102 mol
0.0101 mol
EtOH HAc 
EtAc H 2O
EtOH (ac)
HAc (ac)
0.00 mol
+0.0102 mol
0.0102 mol
0.00 mol
+0.0102 mol
0.0102 mol
(0.0102)(0.0102)
 0.0254
(0.0101)(0.406)
Data: Colocar todas las datas en las tablas para facilidar el proceso
TITULACION DEL HCl
Concentración del NaOH estandar M.
Lectura inicial de la Bureta, mL
Lectura final de la bureta, mL
Volumen del NaOH estandar, mL
Moles de NaOH
Moles de HCl en la solucion 3 M de HCl
Promedio de los moles de HCl
1ra Corrida
2da . Corrida
TITULACION DE UNA SOLUCION EN
EQUILIBRIO
FRASCO A
FRASCO B
FRASCO C
FRASCO A
FRASCO B
FRASCO C
Lectura inicial de la bureta, mL
Lectura final de la burecta, mL
Volumen del NaOH estandar usado, mL
Moles del NaOH = moles totales del acido
CALCULO DE LA CONSTANTE DE
EQUILIBRIO
Moles iniciales de EtAc
Moles iniciales del agua
Moles totales del acido (de arriba)
Moles del HCl (de arriba)
Moles de HAc (en el equilibrio)
Moles de EtOH (en el equilibrio)
Moles de EtAc (en el equilibrio)
Moles de agua (en el equilibrio)
Constante de equilibrio
La densidad de 3.0M HCl es 1.05 g/mL