ESTUDIO DEL EFECTO DE LA TEMPERATURA DE LA - OCW-UV

ESTUDIO DEL EFECTO
DE LA TEMPERATURA
SOBRE
LA VELOCIDAD DE REACCIÓN
Laboratorio de Química Física I
2009-2010
Remedios González Luque
1
OBJETIVOS
1. Analizar el efecto de la temperatura sobre
la velocidad de reacción.
2.Calcular la energía de activación.
3. Determinar tiempos parciales de
reacc ón.
reacción.
4. Calcular k1/k2 a partir de la media
aritmética de los cocientes de los
tiempos parciales.
5. Determinar el orden de reacción respecto del
agua oxigenada y la constante aparente.
aparente
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2
¿Cómo influye CUALITATIVAMENTE
la temperatura sobre
la velocidad de una reacción?
¿Cómo influye
f y CUANTITATIVAMENTE
la temperatura sobre
la velocidad de una reacción?
k = A e -Ea/RT
A factor
f t d
de f
frecuencia
i
Ea energía de activación.
activación
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k = A e -E/RT
¿Cómo podemos determinar la energía de activación?
Ea 1
ln k  ln A 
R T
k2
E a  1 1 
ln

  
k1
R T2 T1 
k1 E a  1 1 
ln

  
k2
R T2 T1 
¿Es necesario conocer k1 y k2?
¿Cómo vamos a determinar en esta experiencia
p
k1/k2?
Midiendo tiempos
p parciales
p
de reacción
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¿Qué es el tiempo parcial de reacción?
¿Cómo están relacionadas las constantes de
velocidad a dos temperaturas
mp
con los tiempos
mp
parciales a esas temperaturas?
k 1 t1 = k 2 t2
f (c1, c2, ...., co1, co2, ....) = k1 t1
k1 t p2

k2 t p1
f (c1, c2, ...., co1, co2, ....) = k2 t2
Las concentraciones
iniciales, co1, co2,
y parciales,
parc ales, c1, c2,
de los reactivos
son las mismas
a llas dos
d temperaturas
.
¿Qué condiciones
tienen que cumplirse
para que se cumpla esta
ecuación?
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¿Qué reacción vamos a estudiar?
H2O2 + 2 HI
I 2 + 2 H2 O
¿Cuál es su ecuación de velocidad?
v = k [HI]a [H2O2] b
a orden parcial del HI
b orden parcial del H2O2
¿Qué parámetros cinéticos se determinan?
v = k' [H2O2] b
k' = k [HI] a = cte.
¿Cómo se mantiene constante [HI]?
I2 + 2 Na2S2O3
Na2S2O2 + 2 NaI
N + H2SO
NaI
O4
H + NaHSO
HI
N H O4
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¿De q
qué componente
p
de la reacción
vamos a seguir su evolución y porqué?
H2O2 + 2 HI
I2 + 2 H2O
I2+almidón
I2
I2
¿Cómo vamos a seguir la evolución de
la concentración de I2?
I2 + 2 Na2S2O3
Na2S2O6 + 2 NaI
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¿Cuál es el tiempo parcial de esta
reacción?
¿Cómo determinaremos el tiempo en
que se consume una fracción de agua
oxigenada?
H2O2 + 2 HI
I2 + 2 Na2S2O3
n
reac
H 2O 2
 n I2
I2 + 2 H2O
Na2S2O6 + 2 NaI
1
 n Na 2S2O3
2
n Na 2S2O3  Na 2S2 O3  VNa 2S2O3
¿Hemos cubierto los objetivos?
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1. Analizar el efecto de la temperatura sobre
l velocidad
la
l id d d
de reacción.
ió
¿Qué sucede a la velocidad cuando
aumentamos la temperatura?
¿Cómo lo observaremos?
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2.Calcular la energía de activación.
k1 t p2

k2 t p1
E  1 1
k
ln 1  a   
k 2 R  T2 T1 
3. Determinar tiempos parciales de reacción.
tp
= tiempo en que se
consume una fracción
de agua oxigenada
n
reac
H 2O 2
 n I2
1
 n Na 2S2O3
2
4. Calcular k1/k2 a partir de la media aritmética
4
de los cocientes de los tiempos parciales.
Determinamos tiempos parciales a dos temperaturas.
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5. Determinar el orden de reacción respecto del
agua
g oxigenada
g
y la constante aparente.
p
H2O2 + 2 HI
v = k' [H2O2] b
I 2 + 2 H2 O
k' = k [HI] a = cte.
Ln H 2 O 2 
k’ = -pendiente
a=1
dH 2 O 2 
a

 k ' H 2 O 2 
dt
n H 2O 2  n
n
reac
H 2O 2
0
H 2O 2
 n I2
n
reac
H 2O 2
1
 n Na 2S2O3
2
Ln
H 2O 2 
H 2O 2 0
  k' t
t
1
H 2O 2 
a=2
1
1

 k' t
H 2O 2  H 2O 2 0
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k’ = p
pendiente
t
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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
DISOLUCIONES
SE PREPARAN UNA VEZ PARA LAS DOS TEMPERATURAS
1) 250 mL de Na2S2O3 0.1 M
2) 100 mL de H2O2de 2 vol., por dilución de la de 110 vol.
O
¿Dónde se guarda la
disolución de tiosulfato ?
O
+6
-
-2
S
O
O
S
-
O
-
S
O
O
-
¿porqué?
¿Alguna precaución
¿Al
ió con
la disolución de agua
oxigenada?
H2O2
H2O + 1/2 O2(g)
( )
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DISOLUCIONES
SE PREPARA DOS VECES UNA PARA CADA TEMPERATURA
3) 30 mL de H2SO4: 10 mL de H2SO4 sobre 20 mL de agua
4) 500 mL de KI del 0.1
0 1 % en peso,
peso 0.5
0 5 g en 500 mL de agua.
agua
¿Dónde y cómo se
prepara la disolución
de ácido sulfúrico?
¡¡¡OJO !!!
¡¡¡¡ MUY EXOTÉRMICA !!!
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10 mL ÁCIDO
20 mL AGUA
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¿Porqué se prepara una vez las disoluciones de tiosulfato
y agua
u oxigenada
xi n d y d
doss llass d
de sulfú
sulfúrico
i y KI?
k 1 t1 = k 2 t2
f (c
( 1, c2, ...., co1, co2, ....)) = k1 t1
.
k1 t p2

k2 t p1
f (c
( 1, c2, ...., co1, co2, ....)) = k2 t2
14
H2O2 + 2 HI
[HI] = cte
n H 2O 2  n
0
H 2O 2
I2 + 2 H2O
I2 + 2 Na2S2O3
n
reac
H 2O 2
Na2S2O6 + 2 NaI
n
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reac
H 2O 2
1
 n I 2  n Na 2S2O3
2
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¿Dónde tiene lugar la reacción? ¿Porqué?
Baño termostático
¿A q
qué temperatura?
p
¿Cómo se mide?
12 ºC y 25 ºC
¿Porqué comenzamos a 10 ºC?
¿Qué disoluciones se
introducen
d
en ell b
baño
ñ
termostático y en que
recipientes?
imán
Agitador magnético
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¿Cuándo se añade el ácido, el almidón y el
agua oxigenada? ¿En qué orden?
El ácido cuando se ha enfriado
¿A continuación?
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Un s gotas
Unas
t s de
d almidón
lmidón
¿A continuación?
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25 mL de agua oxigenada en un matraz aforado.
NO introducir el matraz en el baño
t=0
Al añadir el
agua oxigenada
¿Cuándo
á
comienza la reacción?
ó
¿Cuándo se conecta el cronómetro?
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¿De qué color son los reactivos?
INCOLOROS
H2O2
HI
¿D qué
¿De
é color
l se vuelve
l ell medio
di de
d reacción
ió cuando
d
ha comenzado la reacción? ¿Porqué?
H2O2 + 2 HI
I2 + 2 H2O
¿Qué hacemos cuando la
disolución se ha vuelto violeta?
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3 mL Na2S2O3
¿Con qué
¿C
é se mide
id
el volumen de
tiosulfato añadido?
¿Porqué se añaden
3 mL de tiosulfato?
¿Qué sucede al añadir el
tiosulfato? ¿Porqué?
I2 + 2 Na2S2O3
Na2S2O6 + 2 NaI
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U vez añadido
Una
ñ did llos 3 mL
Ld
de ti
tiosulfato
lf t y lla di
disolución
l ió
se ha vuelto incolora ¿Qué sucederá?
......
¿Porqué?
t
SE HA CONSUMIDO EL TIOSULFATO
¿Cuándo anotamos el tiempo? ¿Cuándo añadimos el
tiosulfato o cuando estese ha consumido?
1
n
 n I 2  n Na 2S2O3
2
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reac
H 2O 2
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t = tp
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¿Qué
Q hacemos a continuación?
Añadir una nueva alícuota
de tiosulfato
3 mL Na2S2O3
......
¿Qué sucede al añadir el tiosulfato?
I2 + 2 Na2S2O3
Na2S2O6 + 2 NaI
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¿Hasta
cuando será incolora?
......
t = tp2
¿Cuántas alícuotas de tiosulfato añadimos?
12 a 10 ºC
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H2O2 + 2 HI
I2 + 2 H2O
I2 + 2 Na2S2O3
Na2S2O6 + 2 NaI
H2O2
HI
. . .
I2
Na2S2O3
. . .
I2
t = tp1
t =0
.
.
.
I2
. . .
I2
t = tp2
. . .
Na2S2O3
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I2
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2
¿Qué hacemos al terminar la experiencia?
¿A qué temperatura hay que poner el baño?
25 ºC
¿Qué nuevas disoluciones hay que preparar?
3) 30 mL de H2SO4: 10 mL de H2SO4 sobre 20 mL de agua
4)) 500 mL de KI del 0.1 % en p
peso, 0.5 g en 500 mL de agua.
g
¿Cuántas alícuotas de tiosulfato hay que añadir?
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¿Porqué más alícuotas que a la otra temperatura?
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¿Podemos realizar los cálculos y cubrir los objetivos?
2 Calcular la energía de activación
2.
activación.
k1 E a  1 1 
  
ln

k 2 R  T2 T1 
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k1 t p2

k2 t p1
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3. Determinar tiempos parciales de reacción.
10 ºC
Vtio(mL)
t1(mm:ss)
t1(s)
20 ºC
t1(s)
t2(mm:ss)
t2(s)
t2(s)
t1/t2
[H2O2]M
Calcular y ver que tendencia tienen
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¿t serán siempre iguales,
¿t,
iguales para cada temperatura?
¿Qué implicaría el que fueran siempre iguales?
v = cte
¿Lo será?
¿Porqué
q solo se prueba
p
si el orden respecto
p
al agua oxigenada es uno y dos?
¿Porqué no se prueba si el orden es cero?
¿Qué
¿Q
é implicaría
i li
í que f
fuera d
de orden
d cero?
?
b= 0
v = k' [H2O2] b= k ‘= cte
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Sabemos que t no será constante pero
¿aumentará o disminuirá?
v = k' [H2O2] b
[H2O2]
v
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t
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5. Determinar el orden de reacción respecto del
agua oxigenada y la constante aparente.
H2O2 + 2 HI
v = k' [H2O2] b
I 2 + 2 H2 O
k' = k [HI] a = cte.
Ln H 2 O 2 
k’ = -pendiente
a=1
dH 2 O 2 
a

 k ' H 2 O 2 
dt
NECESITAMOS
CONOCER
[H2O2]
Ln
H 2O 2 
H 2O 2 0
  k' t
t
1
H 2O 2 
a=2
1
1

 k' t
H 2O 2  H 2O 2 0
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k’ = p
pendiente
t
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30
H 2O 2  t

n H 2O 2
Vtotal

n 0H 2O 2  n reac
H 2O 2
Vtotal
1
n 0H 2O 2  n añadido
Na 2S2 O 3
2

Vtotal
1
H 2O 2 VH 2O2  Na 2S2O3  VNa 2S2O3
2

VKI  VH 2O 2  VH 2SO 4   VNa 2S2O3
H2O2 + 2 HI
25 mL H2O2
2 vol
I2 + 2 Na2S2O3
Alicuotas
de 3mL
Na2S2O3 0.1
01M
I2 + 2 H2O
Na2S2O6 + 2 NaI
CALCULAR y UTILIZAR LAS
CONCENTRACIONES REALES
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¿Cómo prepararemos 100 mL de agua oxigenada de
2 Volúmenes a partir de agua oxigenada de 100 Volúmenes?
n1 = n2
1
H2O2100 Volúmenes
[H2O2]1 V1 = [H2O2]2 V2
H 2O 2 
Volúmenes / 22.4L / mol
 2
1L
 cte Volúmenes
2
100 mL de
d H2O2
2 Volúmenes
Volúmenes1 V1 = Volúmenes2 V2
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