cinética y equilibrio químico

PRÁCTICO DE LABORATORIO Nº 4
Objetivos: Se espera que al aprobar este trabajo práctico, el alumno sea capaz de:
 Demostrar mediante una experiencia de laboratorio la influencia de algunas variables
(concentración, temperatura) sobre la velocidad de una reacción.
 Mezclar cuidadosamente soluciones.
 Medir con atención y precisión el tiempo de reacción.
 Constatar en forma experimental, la influencia. de algunas variables (temperatura y
presión) sobre el desplazamiento del equilibrio de una reacción química.
 Relacionar desde su punto de vista como futuro ingeniero, el concepto de equilibrio
químico con el de rendimiento de una reacción.
Contenidos
 Velocidad de una reacción química (definición).
 Factores que afectan la velocidad de una reacción química.
 Teoría de Arrhenius.
 Ley de acción de masas.
 Constante de equilibrio. Relación con la temperatura.
 Principio de Le Chatelier.
 Desplazamiento de equilibrio.
 Rendimiento químico.
Materiales:
 8 tubos de ensayo (18 x 150mm).
 gradilla.
 reloj con segundero.
 vaso de 400 ml.
 termómetros con escalas hasta 100 °C.
 probeta de 10-25 ml.
 mechero Bunsen, soporte, aro y tela metálica.
 baño de agua.
 baño de hielo.
 4 tubos de ensayo (18 mm x 150 mm)
 2 pipetas graduadas.
Drogas:







solución A: = 200 ml KHSO3 0,42 M (0,5 g/100 ml almidón) y almidón.
solución B: = 200 ml KIO3 0,1 M.
agua destilada a temperatura ambiente.
Solución de K2Cr2O7 0,1M
Solución de K2CrO4 0,l M
Solución de NaOH o KOH 0,l M y 0,5M
Solución de HCl 0,1 M y 0,5M
FUNDAMENTO TEÓRICO
Una ecuación química ajustada resuelve el problema de la estequiometría de la misma,
balance de materia, pero no nos dice nada de su velocidad (tiempo) y extensión (rendimiento).
El estudio de la velocidad de una reacción lo realiza la cinética química. Cuando los reactivos
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en solución se combinan, se modifican a lo largo del tiempo sus concentraciones
(disminuyen) y la de los productos de la reacción que aumentan.
La velocidad de la reacción está medida por el cociente entre la variación de concentración
ΔC de un reactivo o de un producto de la reacción, y el intervalo de tiempo Δt en el cual se ha
producido.
El equilibrio químico estudia el rendimiento de una reacción química reversible a través de la
evaluación de la constante de equilibrio y los factores que desplazan dicho equilibrio.
I- ESTUDIOS CINÉTICOS
En esta experiencia se investigará el efecto de los cambios de concentración y temperatura,
sobre la velocidad de una reacción química. Para ello se realizaran algunos ensayos con una
reacción tipo, llamada "reacción de reloj”.
Para estudiar el efecto de cada factor independientemente, se variará la concentración de una
de las especies reaccionantes en la parte I y la temperatura en la parte II.
En cada caso se mantendrán constantes las otras variables (condición básica).
La reacción se lleva a cabo mezclando dos soluciones:
Solución A: contiene almidón y el ion bisulfito HSO3- (aq).
Solución B: disolución diluida de yodato de potasio KIO3, que es el origen de una de
las sustancias reaccionantes, el ion yodato IO3- (aq).
Las reacciones involucradas pueden representarse:
2 KIO3 (aq) + 6 KHSO3 (aq)
2KI (aq) + 3 K2SO4 (aq) + 3 H2SO4 (aq)
5KI(aq) + 3 H2SO4 (aq) +KIO3 (a)
3 I2 (s) + 3 K2SO4+ 3 H2O
El yodo molecular forma un complejo color azul con el almidón, lo que indica que la reacción
ha llegado su fin.
II- ESTUDIOS DE EQUILIBRIO
El dicromato de potasio, es una sal naranja, y sus disoluciones tienen también ese color. Si a
una disolución de esta sustancia le agregamos una base (NaOH), el color se torna amarillo por
la formación de CrO42- .
Si ahora le agregamos un ácido, se forma dicromato.
Según este en presencia de iones hidronios (H3O+) o hidróxidos (OH-) (variación de reactivos
o productos), conserva el color naranja o cambia a amarillo, según la siguiente reacción
reversible:
Cr2O72- + OH- + H2O
2 CrO42- + H3O+
color naranja
color amarillo
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
I- ESTUDIOS CINÉTICOS
Parte I
Efecto de la concentración de un reactante sobre la velocidad de reacción.
Para investigar el efecto de los cambios de concentración de una de las sustancias
reaccionantes sobre el tiempo de reacción, se mantendrá constante la concentración de la
solución A (HSO3- y almidón), y se variará la concentración de la solución B (IO3-),
manteniéndose a temperatura ambiente todas las soluciones.
a) Disponga de cuatro tubos de ensayo y denomínelos: A1, A2, A3 y A4. Utilice una
pipeta limpia para medir y ponga 10 ml de disolución A, en cada uno de ellos.
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b) Prepare las siguientes diluciones de la disolución B, en otros cuatros tubos de
ensayo denominados B1, B2, B3 y B4.
Tubo de ensayo
Solución A (ml)
Tubo de ensayo
Solución B (ml)
A1
10
B1
2a + 8s
A2
10
B2
4a + 6s
A3
10
B3
6a + 4s
B4
8a + 2s
A4
10
a = agua (ml)
s = solución B (ml)
Nótese que el volumen total en cada tubo es 10 ml.
c) Tomar los tubos A1 y B1, agitar vigorosamente. Luego verter la solución B sobre la
solución A al mismo tiempo que se acciona el cronómetro, agitando rápidamente e
invirtiendo el tubo, tres veces, para conseguir una mezcla uniforme. Detener el
cronómetro en el momento que aparezca el color azul. Anotar el tiempo en
segundos en la tabla I.
d) Repetir el ítem c) para las restantes 3 combinaciones de tubos (A2 + B2, A3 + B3,
A4 + B4)
e) Realice una grafica que tenga concentración de los tubos B en abscisas y tiempo de
reacción en ordenadas.
Parte II
Efecto de la temperatura sobre la velocidad de una reacción.
Para investigar el efecto de las variaciones de temperatura, se determinará el tiempo de
reacción a 3 temperaturas diferentes manteniendo constante la concentración de los reactivos:
a) Coloque 10 ml de la disolución A en 3 tubos de ensayo rotulados A1, A2, A3, en
otros 3 tubos de ensayo (B1, B2, B3) se colocan 3 ml de la disolución B y 7 ml de
agua destilada en cada uno.
b) Colocar los tubos A1 y B1 en el baño de hielo, controlando que la temperatura no
descienda por debajo de 0ºC.
c)
Colocar los tubos A3 y B3 en el baño de agua caliente, controlando que la
temperatura no ascienda por encima de 45ºC.
d) Tomar los tubos A2 y B2 y medir la temperatura, agitar vigorosamente. Luego
verter la solución B sobre la solución A al mismo tiempo que se acciona el
cronómetro, agitando rápidamente e invirtiendo el tubo, tres veces, para conseguir
una mezcla uniforme. Detener el cronómetro en el momento que aparezca el
color azul. Anotar el tiempo en segundos en la tabla II.
e) Una vez alcanzadas las temperaturas deseadas repetir d con los tubos: A1 y B1 y
A3 y B3.
f)
Realice una grafica que tenga temperatura en abscisas y tiempo de reacción en
ordenadas.
Tubo de ensayo Solución A ( ml) Tubo de ensayo
Solución B (ml)
Temperatura
3
A1
A2
A3
10
3s + 7a
3s + 7a
B1
B2
B3
7s + 3a
3s + 7a
3s + 7a
0ºC
T ambiente
Aprox. 50 º C
B- ESTUDIOS DE EQUILIBRIO
a) Disponga de dos tubos de ensayo e identifíquelos con las letras A y B. En el tubo
A coloque dos ml de solución 0,1 M de dicromato de potasio y en el tubo B
coloque 2 ml de solución 0,1 M de cromato de potasio. Anote los colores y
agregue en cada tubo unas gotas de disolución de hidróxido de sodio
aproximadamente 0,1 M. Anote los cambios observados en tabla III.
b) A los tubos anteriores agregue unas gotas de ácido clorhídrico aproximadamente
0,1 M, anote los cambios observados y compárelos con los del ensayo a).
c) Repetir el ensayo, pero agregando en los tubos, en primer término el ácido
clorhídrico. Observe y compare con los ensayos anteriores.
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