DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO QUÍMICO
OBJETIVO: Determinar la constante de equilibrio de a reacción de esterifcación del ácido acético con etanol para producir acetato de etilo y agua : CH 3 COOH + C 2 H 5 OH HCl 3 N CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O ⇔
A partir del análisis químico de la mezcla de reactivos y productos en equilibrio.
RESUMEN: En esta práctica se defnirán algunas de las constantes de equilibrio para algunos sistemas su !unción y el comportamiento que tiene la constante de equilibrio en algunos sistemas "omogéneos que contienen una reacción en com#n así como la utilidad que tiene la densidad y la titulación para calcular dic"a constante.
FUNDAMENTO TEÓRICO:
EQUILIBRIO QUÍMICO: Es el esta estado do al que que se lleg llega a al fnal fnal de cual cualqu quie ierr sist sistem ema a quím químic ico. o. $a e%presión e%presión matemática que representa representa al equilibrio químico se conoce como $ey de Acción de &asas y se enuncia como: $a relación del producto de las actividades 'actividad igual a concentración en soluciones diluidas( elevadas los coefcientes estequiométricos en la reacción de productos y reactivos permanece constante al equilibrio. )ara cualquier reacción: * + cte. de cada reacción en el equilibrio. C d D ] [ C ] . [ D K = a b [ A ] . [ B ]
$as letras entre paréntesis rectangular indican concentración molar de reactivo o producto y los e%ponentes son los coefcientes estequiométricos respectivos en la reacción. De acuerdo con estas e%presiones matemáticas:
,-i * / entonces la reacción es muy reversible y se dice que se encuentra desplazada a la izquierda. ,-i * + / es una reacción en la que se obtiene 012 de reactivos y 012 de productos. ,-i * 3 / la reacción tiene un rendimiento alto y se dice que esta desplazada a la derec"a.
EFECTO DE UN CAMBIO DE LAS CONDICIONES DE EQUILIBRIO: E%isten diversos !actores capaces de modifcar el estado de equilibrio en un proceso químico como son la temperatura la presión y el e!ecto de la concentración. $a in4uencia de estos tres !actores se puede predecir de una manera cualitativa por el )rincipio de $e 5"atelier que dice lo siguiente: si en un sistema en equilibrio se modifca alguno de los !actores que in4uyen en el mismo 'temperatura presión o concentración( el sistema evoluciona de !orma que se desplaza en el sentido que tienda a contrarrestar dic"a variación. E!ecto de la temperatura: si una vez alcanzado el equilibrio se aumenta la temperatura el equilibrio se opone a dic"o aumento desplazándose en el sentido en el que la reacción absorbe calor es decir sea endotérmica. E!ecto de la presión: si aumenta la presión se desplazará "acia donde e%istan menor n#mero de moles gaseosos para así contrarrestar el e!ecto de disminución de 6 y viceversa. E!ecto de las concentraciones: un aumento de l a concentración de uno de los reactivos "ace que el equilibrio se desplace "acia la !ormación de productos y a la inversa en el caso de que se disminuya dic"a concentración. 7 un aumento en la concentración de los productos "ace que el equilibrio se desplace "acia la !ormación de reactivos y viceversa en el caso de que se disminuya. 8actores que no modifcan el valor de la constante de equilibrio termodinámica: Actividad del disolvente 8uerza iónica 9eacciones laterales El cálculo de las concentraciones en el equilibrio requiere el planteamiento de un sistema de ecuaciones con tantas ecuaciones como especies e%istan en el equilibrio. $as ecuaciones del sistema proceden de: $as constantes de equilibrio. $os balances de masas. El balance de cargas si es necesario.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: )ara determinar el valor de la constante de equilibrio por análisis químico se preparan una serie de mezclas de reacción que contienen distintas cantidades de los reactivos y productos algunas con e%ceso de reactivos otras con e%ceso de productos. De este modo la reacción se desplazará "acia uno u otro lado para alcanzar el equilibrio. En la mezcla de reacción se aadirá también una cantidad conocida de ácido clor"ídrico que act#a
como catalizador y reduce el tiempo necesario para que se establezca el equilibrio.
;En la siguiente tabla se muestran las cantidades de reactivos utilizados: Muestra
;5ómo )roseguir: F )ipetear las cantidades indicadas e introducirlas en !rascos provistos de tapón. Gapar los !rascos inmediatamente asegurándose de que cierran bien. F Determinar el n#mero de moles de cada sustancia que se introduce inicialmente en cada !rasco. )ara ello debe tenerse en cuenta que: H $os n#meros de moles de ácido acético etanol y éster se calculan empleando las densidades de las sustancias !acilitadas en el laboratorio. H El n#mero de moles de agua se calcula suponiendo que la densidad del agua es / gr m$;/. H El n#mero de moles de ácido clor"ídrico se calcula a partir de la concentración de la disolución. H El n#mero de moles de agua aadidos con la disolución de ácido clor"ídrico se calcula a partir de la concentración del ácido. DeIar los !rascos a temperatura ambiente agitando de vez en cuando durante una semana. F 6alorar las mezclas en equilibrio utilizando una disolución de JaKC 1.0 &. Resolucion:
Como determ!"r l" #"!td"d de A$%" e! HCl: /(Callamos la cantidad de C5l 3 moles HCl 3 N = x 5 ml =0.015 → 0.015 moles esla cantidadde HCl que existeen 5 mL deS olucion 1000 mL 0.015 molesx
36.461 gr . 1 mol de HCl
=0.547 gr. de HCl
<(Callamos el peso de la -oluciion usando su densidad: 5 mLx
0.9949
mL
gr .
= 4.9745 g desolucion total … ..
=(Al peso de la solución total le quitamos el C5l puro y lo que quede será Agua: Masade Agua = 4.9745 − 0.547= 4.4275
>(esta cantidad se pasa a moles dividiendo entre su peso molecular y luego se deberán realizar los cálculos respectivos.
Como determ!"r re"##o!o
el
A#&A#'t#o
Q%e
!o
Lmeq JaKC + Lmeq 5C =5KKC J.6 + MN) &EO '1.0('gasto respectivo de JaKC( ') meq( +MAcido Acetico '1.0('gasto de JaKC( ')eso &olecolarN/111I(+M Acido Acetico ;$a cantida resultante saldrá en gramosPse deberá pasar a moles esta será la cantidad en equilibrio de JaKC. &uestra /: CH 3 COOC 2 H 5+ H 2 O HCl 3 N CH 3 COOH + C 2 H 5 OH 5 mL
&uestra /1: CH 3 COOC 2 H 5+ H 2 O HCl 3 N CH 3 COOH + C 2 H 5 OH 5 .mL
0.02045 0.1229 0 0.00855
⇔
0.015 0.015 0.015 0.015
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−¿
0.00545 0.1079 0.015 0.02355 0.015
K =
0.005
x
0.00545 0.005
0.02355 0.005
x
0.1079
=0.601
0.005
´ =1.48 K
Conclusiones: )ara determinar la constante de equilibrio en la esterifcación del acetato de etilo deberemos determinar primero para donde se desplaza la reacción. Analizamos las cantidades de reactivos insertadas en la muestra y asi obtendremos la constante de equilibrio.
Biblio!"#$": “Analisis QUijmico Cuantitativo”-Daniel C. Harris 6ª Eicion!"ª#ri$inal%”Eitorial Reverte
