ESTUDIO CINÉTICO DE LA REACCIÓN ENTRE DE LA REACCIÓN

ESTUDIO CINÉTICO
DE LA REACCIÓN ENTRE
EL YODO Y LA ACETONA
CATALIZADA POR ÁCIDO
Laboratorio de Química Física I
2009-2010
Remedios González Luque
1
OBJETIVO
Determinación de la ley de velocidad:
órdenes de reacción y
constante de velocidad absoluta
de la reacción de
yodación de la acetona
en medio ácido
mediante un procedimiento químico
H

CH 3  CO  CH 3  I2 
 CH 3  CO  CH 2 I  HI
v  k abs [ Acet
A ] [ H  ] [I 2 ]
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2
¿Porqué se utiliza un procedimiento químico?
¿De qué componente es fácil seguir su evolución? ¿Cómo lo haremos?
H

CH 3  CO  CH 3  I2 
 CH 3  CO  CH 2 I  HI
I2
I2 + 2 Na2S2O3  Na2S4O6
+ 2 NaI
¿Qué otro método podríamos seguir?
¿Qué cambio observaremos?
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3
¿Respecto a que componente expresaremos la
ecuación de velocidad?
H
CH 3  CO  CH 3  I2 
 CH 3  CO  CH 2 I  HI
v
d[I 2 ]
 k abs [ Acet ] [ H  ] [I 2 ]
dt
¿Qué condiciones deben cumplirse para seguir
la evolución de la reacción respecto al yodo?
[H  ]o , [Acet]o  [I 2 ]o
v

[H  ],
] [Acet]  ctes
d[I 2 ]
 k ap [I 2 ]
dt
k ap  k abs [Acet
A ]o [H  ]o
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4
¿Porqué podemos suponer que el orden respecto al yodo es cero?
rápido
CH3-CO-CH3 + H+
CH3-COH + -CH3
CH3-COH=CH
COH CH2 + I2
 0
lento
CH3-COH=CH2 + H +
CH3-COCH
COCH2I + IH
rápido
d[I 2 ]
v
 k ap [I 2 ]0  k ap
dt
¿Cómo podemos comprobar que el orden respecto al yodo es cero?
I2 t
 0
[I 2 ]  [I 2 ]0  k ap t
kap = -pendiente
¿Cómo vamos a seguir la evolución
de la concentración de yodo?
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t
5
I2 + 2 Na2S2O3  Na2S4O6
+ 2 NaI
Na2S2O3
1
n I 2  n Na 2S2 O 3
2
I 2  VI
2

1
Na 2S2O3  VNa 2S2 O 3
2
1 [S2O32  ]
[ I 2 ]t 
Vt (S2O32  )  cte Vt (S2O32  )
2 Valic (I 2 )
1 [S2O32  ]
cte 
2 Valic (I 2 )
[I 2 ]  [I 2 ]0  k ap t
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cte Vt (S2O32  )  cte V0 (S2O32  )  k ap t
k ap
2
2
Vt (S2O3 )  Vo (S2O3 ) 
t
cte
Vt
k’ap = -pendiente
Vt  Vo  k 'ap t
t
kap 
k app
cte
k ap  k abs [Acet]o [H  ]o
1 [S2O32  ]
cte 
2 Valic (I 2 )
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Vt
Vt  Vo  k 'ap t
k’ap = -pendiente
t
Ya sabemos como comprobar que el orden respecto al yodo es cero.
¿Cómo p
podemos obtener el orden respecto
p
a la acetona y el yodo?
y
¿Habéis hecho antes algo similar en otra experiencia?
¿Cómo lo hacíais?
Estudio cinético de la decoloración de la fenolftaleina.
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Vacet
VHCl
Vt
Serie 1
5
5
k'ap11
k
Serie 2
15
3
k'ap2
Serie 3
15
5
k'ap3
k
¿Qué recta se corresponde
con cada serie?
-k’ap1
-k’ap3
¿Porqué
q se utilizan volúmenes iguales
g
de ácido
y acetona en las diferentes series?
V(HCl)1 = V(HCl) 3
-k’ap2
t
[HCl]1 = [HCl] 3
Series 1 y 3 permiten determinar (orden acetona)
V(Acet)2 = V(Acet)3
[Acet]2 = [Acet]3
S i 2 y 3 permiten
Series
it d
determinar
t
i
 (orden
( d H+)
¿Cómo están relacionadas k’app y las
concentraciones de ácido y acetona?
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1 [S2O32  ]
cte 
2 Valic (I 2 )
k ap i  k abs [ Acet
A ]o,i [H  ]o,i
(k ap )1 kap1 cte k abs  [Acet]o,1 


(k ap )3 kap 3 cte k abs  [Acet] 
o3
o,3

k ap i  kap i cte

 [[Acet]] 

o1
o,1
ln
  ln
(kap )3
 [Acet]o,3 


(kap )1
[Acetona]i 
(moles acet)i g(Acet) / M r (g / mol) i


VT
VT

 [HCl] 



 [Acet]o,1 
o,1 

  

[HCl]o,3
[Acet]
o3
o3
o,3



¿Cómo están relacionadas las
concentraciones de acetona
en el medio de reacción con
los volúmenes de acetona
utilizados
tili d all preparar lla
mezcla de reacción?
 Acet (Vacet )i riq(%)
M r (g / mol
o)
[Acetona
A
]i 
 cte (Vacet )i
VT
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 (V ) 
ln
  ln acet 1   
 (V ) 
(kap )3
 acet 3 
(kap )1
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¿Cómo se determina el orden para el catalizador, H+?
 
k ap i  k abs [ Acet ]
[
H
]o,i
o,i
(kap ) 2 k abs  [Acet]o,2 

(kap )3 k abs  [Acet] 
o,3 

k ap i  kap i cte

 [HCl] 

o,2 
ln
  ln
(kap )3
 [HCl]o,3 


(kap ) 2
(VHCl )i [H  ]o
[H ]i 
 cte(VHCl )i
VT


 [HCl] 
 [HCl] 


o,2 
o,2 





[HCl]o,3 
[HCl]o,3 





¿Cómo están relacionadas las
concentraciones de ácido
á
en el medio de reacción con
los volúmenes de ácido
utilizados
tili d all preparar lla
mezcla de reacción?
 (V ) 
ln
  ln  HCl 2   
 ((V ) 
(kapp )3
 HCl 3 
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(kap ) 2
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¿Cómo se determina la constante de velocidad, kabs?

o
k abs 
 
o
k ap  k abs [Acet] [H ]
k ap  k ap cte
k abs 
k (abs)i 
k ap
 
[Acet]
[
H
]o
o
1 [S2O32  ]
cte 
2 Valic (I 2 )
k 'ap cte
[Acet]o [H  ]o
kap
[S2O32  ]
1
i
2 [Acet]o,i [H  ]o,i Valic ( I 2 )
k abs  t ( 2,0.975) s(k abs )  k abs  t (2,0.975)
s(k absi )
3
¿Hemos cubierto los objetivos? Recapitulemos
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H

CH 3  CO  CH 3  I2 
 CH 3  CO  CH 2 I  HI
d[ I 2 ]
v
 k abs [Acet ] [ H  ] [ I 2 ]
dt
VAcet
VHCl
Serie 1
5
5
k'ap1
Serie 2
15
3
k'ap2
Serie
i 3
15
5
k'ap3
Vt
k’op = -pendiente
t
kap [S2O32  ]
1
k abs 
2 [Acet]o [H  ]o Valic (I 2 )
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¿Falta algo?
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UNIDADES
ml
kap
k app
M
k (abs)i 
Vt
k’ap = -pendiente
t-1
t
t-1
M-1 t-1
k abs
Vt  Vo  k 'ap t
[I 2 ]  [I 2 ]0  k ap t
I2 t
kap = -pendiente
kap [S2O32  ]
i
1
2 [Acet]o,i [H  ]o,i Valic (I 2 )
t
k abs 
k ap
 
[Acet]
o [ H ]o
¿Cómo vamos a realizar la experiencia?
¿Qué es lo primero que hacemos?
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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Comprobar el nivel de agua.
Conectar el baño termostático.
Comprobar la temperatura.
temperatura
¿Hay que tener alguna
¿Qué hacemos a continuación?
precaución?
PREPARAR LAS DISOLUCIONES
1) I2 0.06 M. Preparada.
¿Cómo es el I2?
¿Cómo se p
prepara
p
la disolución?
¿Porqué se da preparada?
2) 500 mL de Na2S2O3 0.005 M
I 2(s)
¿Dónde se guarda
la disolución de tiosulfato ?
¿porqué?
¿En q
que balanza se p
pesa el
tiosulfato?
O
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+6
O
-
-2
S
O
I 2/I- (aq)
S
-
OO
S
O
O-
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DISOLUCIONES
3) 250 mL de HCl 1.2 M (común a toda la mesa).
EN LA
VITRINA
¿Cómo se
prepara?
agua
4) 250 mL de AcNa al 2.5 % en peso
¿Para qué se utiliza está disolución?
¿Qué valor tiene la constante
de equilibrio de esta reacción?
¿En que balanza
b l n se
s pesa
p s
el acetato?
AcNa 
-
Ac
+
+ Na
Ac- + H+  HAc
K = 1/KHAc = 5 104
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Una vez preparadas las disoluciones
¿Qué
Q hacemos a continuación?
VNaOH = 12 mL
NaOH 1M
VALORAR LA DISOLUCIÓN DE HCl
¿Porqué valoramos el HCl?
¿Con qué valoramos el HCl?
Fenolftaleína
¿Qué indicador utilizamos?
¿Cuál
á será
á el pH en
el punto de equivalencia?
¿Qué volumen de HCl utilizamos en la valoración?
¿Cómo mediremos este volumen?
¿Qué volumen de sosa se gastará en la valoración?
¿Cuántas valoraciones hacemos?
HCl 1.2M
10 mL
¿En qué bureta?
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v  k abs [ Acet ] [ H  ] [I 2 ]
Una vez valorado el HCl se realizan las
tres series correspondientes a
[H  ]i  cte(VHCl )i
diferentes volúmenes de HCl y acetona.
¿Porqué se realizan tres series y
[Acet]i  cte (Vacet )i
porqué estos volúmenes?
VAcet*VHCl
VAcet
VHCl
Serie 1
5
5
25
por la serie 1?
p
Serie 2
15
3
45
Serie 3
15
5
75
¿Porqué es mas lenta
¿Porqué se comienza
la serie 1?
El volumen de yodo, es siempre
el mismo ¿Porqué?
Recordad que la reacción es de orden
cero respecto al yodo ¿Qué implica esto?
Si la velocidad de reacción no depende
de la concentración de yodo
¿Qué sucedería si añadiéramos
diferentes volúmenes de yodo?
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Serie 1: 5 mL de acetona y 5 mL de ácido
clorhídrico 1
1.2
2 M
¿Cómo se p
prepara
p
la mezcla de reacción?
5 mL
HCl
1.2 M
5 mL
acetona
100
mL
100
mL
50 mL
agua
g
Erlenmeyer 250 mL
¿Qué hacemos mientras se alcanza el equilibrio térmico?
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Preparar los erlenmeyesrs con NaAc.
¿P
¿Porqué
é hay
h que tener
t n preparados
p p
d s los
l s erlenmeyers
l nm
s con
n NaAc?
N A ?
¿Con qué medimos los
NaAc
10 mL de NaAc?
. . .
SIETE erlenmeyers con 10 mL NaAc
¿Cuándo se alcance el equilibrio térmico qué hacemos?
20
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¿Dónde se añade el yodo?
¿En el baño?
10 mL I2
NO
mezclar
l
vigorosamente
10 mL
mezcla
de
reacción
110
mL
100
mL
t=0
10 mL
NaAc
¿Dónde se toman las alícuotas
de la mezcla de reacción?
¿En el baño?
t=t
¿Cuándo se toma tiempo cero?
¿Cuándo se toma el tiempo de reacción?
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Antes de continuar con la experiencia.
¿Estamos seguros que procedemos correctamente?
I2
0.06M
ACE
TONA
d= 0.7945 g/mL
/
riq = 99.5 %,
Mr = 58.08
¿Podemos
¿P
d m s aplicar
pli
ell
método de aislamiento de Ostwald?
1
HClserie
tt 0  1.2 M
5 mL
1
Acet
A tserie

13
.
611
M
t 0
110 mL
5 mL
110 mL
L
 5.454 10 2 M
 6.19 101 M
HCl
1.2M
I 2  t 0  0.06 M 10 mL
110 mL
5 mL
acetona
13.611 M
110
mL
¿Cuáles serán las concentraciones de ácido y acetona en
el medio de reacción.
ó Cuestión
ó 3?
 5.45103 M
¿La concentración de yodo es mucho
menor que la de ácido y acetóna?
10 mL
I2
0.06M
???????
I 2  t 0 5.45103 M  HCl t 0 5.45102 M
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5 mL
HCl
1.2 M
22
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Hemos recogido la muestra de reacción en el
erlenmeyers con acetato sódico
¿Es necesario valorar la muestra inmediatamente?
¿Cómo sabremos que hemos llegado al punto
de equivalencia?
¿C ánd sse añade
¿Cuándo
ñ d ell indi
indicador?
d ?
Na2S2O3
ALMIDÓN
¿Cómo irá
¿Có
i á
cambiando
el color de
la muestra
de reacción?
10 mL
I2+almidón
I2
23
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¿Cuántas muestras tomaremos y cada cuanto tiempo?
¿En las
l s sucesivas
s
si s valoraciones
l
i n s gastaremos
st
m s
más o menos volumen de tiosulfato?
H
CH 3  CO  CH 3  I2 
 CH 3  CO  CH 2 I  HI
¿Cómo podemos saber si los volúmenes de
lf
que gastamos son correctos?
tiosulfato
¿Qué volumen de tiosulfato se gastaría a t = 0? Cuestión 13
I2 + 2 Na2S2O3  Na2S4O6
n I2 
VNa 2S2 O 3 
1
n Na 2S2 O 3
2
2I 2  VI 2
Na 2S2O3 
+ 2 NaI
I 2  VI
2

1
Na 2S2O3  VNa 2S2 O 3
2
VI 2  volumen de la alícuota que se valora
I 2  concentracíón de yodo en el
medio de reacción
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24
t=0
Aalícuota de
10 mL
VNa 2S2 O 3 
2I 2  VI 2
Na2S2O3
Na
N 2S2O3 
¿Cuál es [I2],
] [Na2S2O3] y VI2 ?
110
mL
VI
2
I 2  t 0  0.06 M 10 mL
110 mL
[Na2S2O3] = 0.005 M
VNa 2S2 O 3 
= Valícuota = 10 mL
 5.4510 3 M
10 mL
¿Será esta concentración?
2  5.45 103 M 10 mL
5 10
3
 21.8 mL
M
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Una vez terminada la experiencia se realizan las series 2 y 3
Serie 2: 15 mL de acetona y 3 mL de ácido clorhídrico
R
Repetir
ti ell experimento,
i
t según
ú lo
l indicado
i di d para lla serie
i 11,
extrayendo las muestras cada 6 minutos.
Serie 3: 15 mL de acetona y 5 mL de ácido clorhídrico
Repetir el experimento, según lo indicado para la serie 1,
extrayendo las muestras cada 4 minutos.
¿Porqué en estas series los intervalos de
tiempo son menores?
v  k abs [ Acet
A t ] [ H  ] [I 2 ]
VAcet
VHCl
VAcet*VHCl
Serie 1
5
5
25
Serie 2
15
3
45
Serie 3
15
5
75
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