PRACTICA 7. Conductividad eléctrica de disoluciones de

Práctica laboratorio:
“Propiedades eléctricas de las
disoluciones
de
electrolitos.
Aplicación: cinética de la hidrólisis
del acetato de etilo”
Autor desconocido. Public Domain.
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Jorge Bañuelos, Luis Lain, Leyre Pérez, Maria Nieves
Sánchez Rayo, Alicia Torre, Miren Itziar Urrecha
Dpto Química Física
PRÁCTICA LABORATORIO: “Propiedades eléctricas de las
disoluciones de electrolitos. Aplicación: cinética de la
hidrólisis del acetato de etilo”
OBJETIVO:
A) Estudio de la conductividad de electrolitos fuertes y débiles.
Determinación de conductividad molar límite.
B) Estudio mediante conductimetría de la cinética de una reacción
química.
MEDIDA EXPERIMENTAL:
Determinación de la conductividad de
disoluciones de electrolitos mediante un
conductímetro.
Propiedades eléctricas de las disoluciones de electrolitos. Aplicación:
cinética de la hidrólisis del acetato de etilo
A) Estudio de la conductividad de electrolitos fuertes y débiles.
Determinación de conductividad molar límite.
CH3COONa
Ley de la migración
independiente
de iones de Kohlrausch
Λº CH3COOH
CH3COOH
CH3COONa
Débiles
HCl
Determinar Λº para todos ellos
Fuertes
NaCl
Propiedades eléctricas de las disoluciones de electrolitos. Aplicación:
cinética de la hidrólisis del acetato de etilo
Análisis de la dependencia de la conductividad y c1/2 para:
Electrolito fuerte
1000 ⋅ κ
Λ=
M
Λ
Λº
Electrolito débil
Electrolitos fuertes
c1/2
Λ = Λ 0 − A ⋅ M1/2
Λ ˚ Conductividad molar límite
Propiedades eléctricas de las disoluciones de electrolitos. Aplicación:
cinética de la hidrólisis del acetato de etilo
Λ˚ ?
Electrolito débil:
Ley de la migración independiente de iones
(Kohlrausch):
Λ =λ
0
0+
+λ
0−
Λ 0+ y Λ 0- son los valores de Λ ˚ que se obtienen a partir de
determinaciones con electrolitos fuertes.
HAc
H+ + AcNaCl
HCl
NaAc
Λ ˚ (Hac)= Λ ˚ (NaAz) +Λ ˚ (HCl)-Λ ˚ (NaCl)
Na+ + Cl-
Λ ˚ (NaCl)
H+ + Cl-
Λ ˚ (HCl)
Na+ + Ac-
Electrolitos fuertes
Λ ˚ (NaAc)
Propiedades eléctricas de las disoluciones de electrolitos. Aplicación:
cinética de la hidrólisis del acetato de etilo
B) Estudio mediante conductimetría de la cinética de una reacción
química
A una temperatura dada la conductividad del ion CH3COO- es menor que la
del ion OH• A medida que avanza la reacción se consume OH- y disminuye la
conductancia de la solución (o aumenta su resistencia). Esta resistencia
se mide a través del tiempo con un conductímetro.
• Se verifica que es una cinética de primer orden para cada reactivo y se
calcula la constante de velocidad k.
1
1
  − 
 R t  R  o
= [EtAc]o k t
1
1
  − 
 R  ∞  R t
Propiedades eléctricas de las disoluciones de electrolitos. Aplicación:
cinética de la hidrólisis del acetato de etilo
v=-
d[CH3COOEt]
dt
= k [CH3COOEt]1 [NaOH] 1
Si [CH3COOEt]0 = [NaOH]0
REACCIONES DE ORDEN 2
v=-
d[CH3COOEt]
dt
= k [CH3COOEt]2
v = k [A]2
|-(-1/ [A])| = K | t |
Propiedades eléctricas de las disoluciones de electrolitos. Aplicación:
cinética de la hidrólisis del acetato de etilo
¿Relación entre Λ y concentración?
Generalmente la conductividad molar se expresa en (S cm2 mol-1). Como la
conductividad, κ se expresa en (S cm-1) y la concentración en (mol L-1) se
introduce un factor de corrección para hacer compatibles las unidades.
La ecuación para Λm que se deberá usar en la práctica es:
R = ρ cte célula
Propiedades eléctricas de las disoluciones de electrolitos. Aplicación:
cinética de la hidrólisis del acetato de etilo
1
Λ
=
c
R 1000ctecélula
R = ρ cte célula
Existirá una dependencia entre c y Λ del tipo
Se trabaja en un intervalo de c muy pequeño
y se considera Λ como constante
1
ΛA
=
c A = cte Ac A
R 1000ctecélula
1
= ctec
R
Propiedades eléctricas de las disoluciones de electrolitos. Aplicación:
cinética de la hidrólisis del acetato de etilo
Tiempo
Conductividad
debida a
0
NaOH
t
NaOH y
CH3COONa
∞
CH3COONa
Tiempo 0
Tiempo ∞
1
  = cte[ NaOH ]0 = cte[CH 3COOEt ]0
 R 0
1
  = cte[CH 3COOEt ]t + cte' ([CH 3COOEt ]0 − [CH 3COOEt ]t )
 R t
1 1
  − 
 R ∞  R 0
[CH 3COOEt ]0 =
cte'−cte
1
  = cte[CH 3COOEt ]0
 R ∞
Tiempo t
1 1
  − 
 R ∞  R t
[CH 3COOEt ]t =
cte'−cte
Propiedades eléctricas de las disoluciones de electrolitos. Aplicación:
cinética de la hidrólisis del acetato de etilo
1 1
  − 
 R ∞  R 0
[CH 3COOEt ]0 =
cte'−cte
1 1
  − 
 R ∞  R t
[CH 3COOEt ]t =
cte'−cte
1 1
  − 
 R t  R  o
1
1
−
 
 
R
  ∞  R t
=
[EtAc]o k t
Propiedades eléctricas de las disoluciones de electrolitos. Aplicación:
cinética de la hidrólisis del acetato de etilo
FUNDAMENTO PRÁCTICO
MATERIALES
1 erlenmeyer de 250 cm3
5 matraces aforados de 100 cm3
1 pipeta de 10cm3
1 pipeta de 5cm3
3 vasos de precipitados de 100 cm3
1 vaso de precipitado de 250 cm3
1 bureta
1 varilla de vidrio
1 pipetas Pasteur
1 conductímetro
1 cronómetro
SUSTANCIAS
Ácido acético (0,1 M)
Ácido clorhídrico (0,1 M)
Cloruro sódico (0,1 M)
Acetato de etilo (0,3 M)
Acetato sódico (s)
Hidróxido sódico (s)
Hidrógeno ftalato potásico (s)
Fenoftaleína
Cloruro potásico (0,01M estándar)
Propiedades eléctricas de las disoluciones de electrolitos. Aplicación:
cinética de la hidrólisis del acetato de etilo
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
A
SERIE 1
A partir de la disolución 0,1 M preparar 100 cm3 de las
siguientes disoluciones de :
C1: 20 cm3 de C0 en 100 cm3
C2: 10 cm3 de C0 en 100 cm3
C3: 5 cm3 de C0 en 100 cm3
C4: 10 cm3 de C1 en 100 cm3
C5: 5 cm3 de C1 en 100 cm3
SERIE 2
GRUPO A: HCl
GRUPO B: NaCl
GRUPO C: CH3COONa
A partir de la disolución 0,1 M de CH3COONa
preparar 100 cm3 de las siguientes disoluciones de :
¿Es un electrolito fuerte o
débil?
C1: 50 cm3 de C0 en 100 cm3
C2: 10 cm3 de C0 en 100 cm3
C3: 5 cm3 de C0 en 100 cm3
C4: 10 cm3 de C2 en 100 cm3
C5: 5 cm3 de C2 en 100 cm3
Propiedades eléctricas de las disoluciones de electrolitos. Aplicación:
cinética de la hidrólisis del acetato de etilo
Empleando la disolución estándar de KCl, determinar la constante de la
célula
Medir la conductividad del agua empleada en la preparación de las
disoluciones
Medir la conductividad de cada una de las disoluciones
SERIE 1
Dis
R-1(dis)
(Ω-1)
SERIE 2
Dis.
C1
C1
C2
C2
C3
C3
C4
C4
C5
C5
R-1(dis)
(Ω-1)
AVISO: Asegurarse que la célula de conductividad este limpia antes de hacer una
medida. Para ello lavar con agua hasta que la conductividad sea constante. Secar el
electrodo antes de medir. Al realizar las medidas de una misma serie no limpiar el
electrodo y medir de la más diluída a la más concentrada.
Propiedades eléctricas de las disoluciones de electrolitos. Aplicación:
cinética de la hidrólisis del acetato de etilo
B
Se utilizan concentraciones iniciales iguales de las acetato de etilo e
hidróxido sódico.
•Se prepara una disolución de NaOH 0.02M por dilución de una solución
madre (M=0.1) previamente valorada.
•Se prepara la solución de acetato de etilo por pesada.
•Se pipetean 50 ml de la solución de acetato de etilo en un erlenmeyer,
se agregan 50 ml de la solución de NaOH medido con pipeta.
•En el instante del agregado de la segunda solución, se pone en marcha
un cronómetro y se lee el tiempo de mezclado (t0) y se mezclan bien
•Se realizan las siguientes lecturas del conductímetro (L) cada dos
minutos (t’) hasta los 40 minutos aproximadamente.
Propiedades eléctricas de las disoluciones de electrolitos. Aplicación:
cinética de la hidrólisis del acetato de etilo
Para determinar la conductividad inicial:
se diluyen 25 ml de la solución de NaOH 0.02M utilizada
en la experiencia a 25 ml con agua de conductividad.
1
 
 R 0
Para determinar la conductividad final:
a) se mide la conductividad de la solución reaccionante al
día siguiente.
b) se prepara una disolución de acetato sódico de
concentración correspondiente a la reacción total y se mide
su conductividad.
1 1
  − 
 R t  R  o
= [EtAc]o k t
1
1
  − 
 R  ∞  R t
1
 
 R ∞
Propiedades eléctricas de las disoluciones de electrolitos. Aplicación:
cinética de la hidrólisis del acetato de etilo
TRATAMIENTO DE DATOS
A
Conductividad serie 1
Electrolito:
Constante de la célula =
R-1(H2O) =
Conductividad serie 2 (ácido acético)
Electrolito:
Constante de la célula =
R-1(H2O) =
K (electrolito) = k(disolución) - k(agua)
Dis
C1
C2
C3
C4
C5
[ ]
(M)
R-1(dis)
(Ω-1)
k(dis)
(Ω-1·cm-1)
k
(Ω ·cm-1)
-1
Λ
(Ω ·cm2·mol-1)
-1
M1/2
Propiedades eléctricas de las disoluciones de electrolitos. Aplicación:
cinética de la hidrólisis del acetato de etilo
Calcula la conductividad molar de cada una de las disoluciones
Representar R-1 (L) vs M1/2
Determinar la conductividad molar límite del
electrolito fuerte
Determinar la conductividad molar límite del
electrolito débil:
Λ˚(NaAz) + Λ˚(HCl) - Λ˚(NaCl)
Propiedades eléctricas de las disoluciones de electrolitos. Aplicación:
cinética de la hidrólisis del acetato de etilo
B
1 1
  − 
 R t  R  o
1
1
−
 
 
R
  ∞  R t
1 1
  − 
 R t  R  o
1
1
  − 
R
  ∞  R t
1,2
=
[EtAc]o k t
y = 0,018346 + 0,040074x R= 0,99878
1
0,8
0,6
0,4
0,2
k=
pendiente
( M −1 min −1 )
[EtAc]o
0
0
5
10
15
Tiempo (min)
20
25
30