Práctica 6: Reacciones reversibles. Introducción al equilibrio

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE QUÍMICA
Equipo: ___________
LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL II
Nombre: ____________________________________________
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Práctica 6: Reacciones reversibles. Introducción al equilibrio químico. Ley de acción de masas.
Problema:
En cada una de las reacciones a estudiar, encontrar cómo se puede, experimentalmente, provocar que el equilibrio se
desplace hacia la derecha o hacia la izquierda, es decir, hacia productos o hacia reactivos.
Reactivos:
K2CrO4(s) K2Cr2O7 (s) Disolución de NaOH 3M Disolución de HCl 3M Disolución de FeCl3 (ac)
Ácido benzoico (s)
Introducción:
La ley de acción de masas establece que para una reacción reversible en equilibrio, a una temperatura fija, la relación
entre el producto de las concentraciones de los productos (elevadas cada una a una potencia igual a su coeficiente
estequiométrico) y el producto de las concentraciones de los reactivos (elevadas cada una a una potencia igual a su
coeficiente estequiométrico) es una CONSTANTE.
Es decir, para una reacción del tipo
aA + bB
cC + dD,
la cantidad
[஼]೎ [஽]೏
[஺]ೌ [஻]್
= ‫ݍ݁ܭ‬
es un número CONSTANTE denominado CONSTANTE DE EQUILIBRIO (Keq)
Ejemplo. Escribir la expresión de la constante de equilibrio para la reacción de hidrólisis del amoniaco:
NH3(ac) + H2O(l)
NH4+ (ac) + OH- (ac)
Nota: Como la concentración del agua en una solución acuosa permanece prácticamente constante, el término [H2O]
es una constante que no se escribe en la expresión algebraica, ya que puede considerarse parte de la constante.
[NHସା ][OH ି ]
‫= ݍ݁ܭ‬
[NHଷ ]
La Keq para esta reacción ha sido determinado experimentalmente y vale 1.8 x 10-5.
Tarea previa:
1.- Conociendo el valor de Keq para la hidrólisis del amoniaco, ¿Cuál es la especie más abundante en una solución
acuosa de amoniaco, el NH3 , el NH4+ o el ion OH-?
R_________________________________________
2.- Sabiendo que el valor de Keq debe mantenerse constante, ¿Cómo variará la concentración de las especies NH3 y
NH4+ si la concentración de OH- aumenta?
NH3:__________________________________
NH4+ _________________________________
3.- ¿Cómo variará la concentración de las especies NH3 y NH4 + si la concentración de OH- disminuye?
NH3:__________________________________
NH4+ _________________________________
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Tarea previa. Experimento 1:
El ión cromato y el ión dicromato se interconvierten uno en el otro al cambiar el medio de ácido a alcalino o
viceversa.
a) Proponer una estructura de Lewis para cada una de estas dos especies.
2-
ión cromato CrO4
ión dicromato Cr2O7
2-
b) Balancea por el método del ión-electrón la reacción de interconversión del ión cromato al ión dicromato en medio
ácido. Una vez balanceada escribe la expresión de la constante de equilibrio correspondiente:
Balanceo:
CrO42-
Cr2O72-
Ecuación iónica balanceada (Equilibrio 1):
KEq(1)=
c) Balancea por el método del ión-electrón la reacción de interconversión del ión cromato al ión dicromato en medio
básico. Una vez balanceada escribe la expresión de la constante de equilibrio correspondiente:
Balanceo:
CrO42-
Cr2O72-
Ecuación iónica balanceada (Equilibrio 2):
QGII
KEq(2)=
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EXPERIMENTO 1 . PROCEDIMIENTO:
El ión cromato y el ión dicromato se interconvierten uno en el otro al cambiar al medio de ácido a alcalino o viceversa. Se va a
proporcionar una muestra sólida de alguna de ellas (de aprox. 30 mg). Disolverla en aproximadamente 2-3 mL de agua y dividir la
solución en dos porciones. Añadir aproximadamente 10 gotas de HCl 3M a la primera de las porciones y lo mismo de KOH ó
NaOH 3M a la segunda registrando cualquier cambio de color en la tabla 1. Ahora añadir base a la primera porción y ácido a la
segunda, registrando el cambio de color.
NOTA: No desechar las soluciones de CrVI, son muy contaminantes. Se recogerán al final de la sesión
Tabla 1: Resultados, Discusión y Conclusiones Experimento 1
Color inicial de la disolución de la sal de cromo
Porción 1
Ecuación iónica balanceada (Equilibrio 1)
Color de la
disolución al
agregar ácido
Según el Equilibrio 1, al
agregar ácido, el equilibrio
se desplazaría hacia:
Especie
predominante
en el
equilibrio
Color de la especie
predominante en el
equilibrio
Color de la
disolución al
agregar base
Según el Equilibrio 1, al
agregar base, el equilibrio
se desplazaría hacia:
Especie
predominante
en el nuevo
equilibrio
Color de la especie
predominante en el nuevo
equilibrio
Porción 2
Ecuación iónica balanceada (Equilibrio 2)
Color de la
disolución al
agregar base
Color de la
disolución al
agregar ácido
QGII
Según el Equilibrio 2, al
agregar la base, el equilibrio
se desplazaría hacia:
Especie
predominante
en el
equilibrio
Color de la especie
predominante en el
equilibrio
Según el Equilibrio 2, al
agregar ácido, el equilibrio
se desplazaría hacia:
Especie
predominante
en el
equilibrio
Color de la especie
predominante en el
equilibrio
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1. Mediante las observaciones realizadas y con la información de la tabla, identifica el color de cada una de las
especies involucradas en el equilibrio:
Ión Dicromato ____________________
Ión Cromato ______________________
2. De acuerdo con las respuestas de la pregunta anterior, identifica cuál es la especie que se te proporcionó:
_______________________
3. Explica cómo logras responder las preguntas 1 y 2 al usar la información de la tabla.
________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
Tarea previa. Experimento 2.
INFORMACIÓN: El Fe3+ (ac) precipita como hidróxido férrico en presencia de iones OH-.
a) Escribe la ecuación que representa la reacción química (en equilibrio) que describe el fenómeno mencionado
anteriormente:
Reacción 1:
b) Escribe ahora la ecuación que representa la reacción química (en equilibrio) de disolución del hidróxido férrico
cuando se le agregan iones H+ a la disolución:
Reacción 2:
Nota importante:
Los sólidos no se incluyen en las expresiones de las constantes de equilibrio porque su concentración en la fase
acuosa es igual a cero. Su concentración en la fase sólida (que es donde sí se encuentran), es constante, por lo que
dicha concentración no se escribe, puesto que se considera parte de la Keq. (De modo que en su lugar escribimos
simplemente un “1”).
Así la expresión de la constante de equilibrio para la reacción de formación del precipitado de hidróxido férrico
(Reacción 1) es:
1
‫ܭ‬௘௤ (ଵ) =
ଷା
[‫] ି ܪܱ[] ݁ܨ‬ଷ
c) Escribe ahora la expresión de la constante de equilibrio para la reacción de disolución del hidróxido de Fe(III) en
presencia de iones H+. (Reacción 2)
Keq (2) =
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EXPERIMENTO 2. PROCEDIMIENTO:
Con una disolución de 2 ó 3 mL de FeCl3, una disolución de HCl y una de KOH ó NaOH; comprobar experimentalmente
que los fenómenos de las reacciones 1 y 2 se llevan a cabo. Propón los experimentos a realizar, de acuerdo a las
preguntas siguientes:
Resultados, Discusión y Conclusiones Experimento 2:
1. Explica detalladamente cómo comprobaste experimentalmente que los fenómenos de las reacciones 1 y 2 se llevan
a cabo. Escribe las observaciones.
REACCIÓN 1 (formación del hidróxido férrico)
Comprobación experimental
________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
Observaciones____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
REACCIÓN 2 (disolución del hidróxido férrico)
Comprobación experimental
________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
Observaciones____________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
2. ¿Qué reactivo debe añadirse para lograr que la concentración de H+ disminuya? ___________________________
Adiciona el reactivo propuesto a cada uno de los tubos.
3. Basándote en la Ley de Acción de Masas explica el efecto que tiene la adición de dicho reactivo en cada una de las
reacciones de equilibrio
REACCIÓN 1 (Coloca flechas indicando que especie está aumentando o disminuyendo su concentración)
Consecuencia de la adición del reactivo
________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
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REACCIÓN 2 (Coloca flechas indicando que especie está aumentando o disminuyendo su concentración)
Consecuencia de la adición del reactivo
________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
5. ¿Qué reactivo debe añadirse para lograr que la concentración de OH- disminuya? ___________________________
Adiciona el reactivo propuesto a cada uno de los tubos.
6. Basándote en la Ley de Acción de Masas explica el efecto que tiene la adición de dicho reactivo en cada una de las
reacciones de equilibrio
REACCIÓN 1 (Coloca flechas indicando que especie está aumentando o disminuyendo su concentración)
Consecuencia de la adición del reactivo
________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
REACCIÓN 2 (Coloca flechas indicando que especie está aumentando o disminuyendo su concentración)
Consecuencia de la adición del reactivo
________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
Tarea previa. Experimento 3.
Responde las siguientes preguntas:
1. ¿Será posible disolver 0.1 g de ácido benzoico en 5 mL de agua a temperatura ambiente? (la solubilidad del ácido
benzoico es 0.29g/100mLH2O) NOTA: Justifica esta respuesta con los cálculos correspondientes y anótalos en el
espacio de abajo.
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2.. De acuerdo con los siguientes equilibrios:
…………………….Equilibrio
Equilibrio 1
………….Equilibrio 2
a) ¿Hacia dónde se desplaza el Equilibrio 2 si se agrega OH-?
______________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
b) ¿Con esta adición de OH-, cómo cambian las concentraciones de Ac. Benzoico y de ión benzoato del Equilibrio 2?
________________________________________________________________________________________________
c) Completa la siguiente ecuación en donde se representan los Equilibrios 1 y 2 como un sólo
lo equilibrio (Equilibrio 3):
……..Equilibrio 3
d) Con base en el Equilibrio 3,, ¿Cómo se verían afectadas las concentraciones de Ac.benzoico
benzoico (s) y Ac.benzoico
con la adición de OH ? Explica basándote en la Ley de Acción de Masas.
(ac),
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________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
________________________________________________
e) Con base en el Equilibrio 3 ¿Cómo se verían afectadas las concentr
concentraciones de Ac.benzoico (s) y Ac.benzoico (ac), con
la adición de H+? Explica basándote en la Ley de Acción de Masas
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___________________________________________________________________________________________
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f) ¿Cuál de las especies involucradas en el Equilibrio 3 es la forma soluble del ácido benzoico?
co?
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g) ¿Es posible desplazar el Equilibrio 3 para lograr que predomine la forma soluble del ácido benzoico? Explica.
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3. De acuerdo al análisis y a las ecuaciones anteriores, elabora un solo diagrama de flujo que muestre el
procedimiento experimental a seguir para observar el desplazamiento del Equilibrio 3, es decir:
a) Intentar disolver 0.1 g de ácido benzoico en 5 mL de agua a temperatura ambiente. (es decir, sin incrementar la
cantidad de disolvente, ni modificar la temperatura.
b) Regenerar el Ac.benzoico(s) para su reutilización en prácticas posteriores.
EXPERIMENTO 3. PROCEDIMIENTO:
Lleva a cabo el procedimiento propuesto de acuerdo con el diagrama de flujo que elaboraste.
Observaciones
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Resultados, Discusión y Conclusiones Experimento 3:
Una vez que hayas llevado a cabo el procedimiento descrito en el diagrama de flujo que elaboraste responde las
siguientes preguntas:
1. ¿Fue posible disolver 0.1 g de ácido benzoico en 5 mL de agua a temperatura ambiente? _____________
2. ¿Qué tuviste que hacer para hacerlo posible? Justifica tu respuesta basándote en la Ley de Acción de masas y en
el Equilibrio 3.
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________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
3. Entrega a tu profesor el Ac. benzoico(s) recuperado.
Conclusiones
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