Determinacion de Orden de Reaccion

UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS LABORATORIO DE EQUILIBRIO Y CINÉTICA QUÍMICA PRACTICA 8. DETERMINACIÓN DEL ORDEN DE REACCIÓN Y ENERGÍA DE ACTIVACIÓN ACTIVACIÓN

PRACTICA 8. DETERMINACIÓN DEL ORDEN DE REACCIÓN Y ENERGÍA DE ACTIVACIÓN OBJETIVO: Comprobación de la influencia de la concentración de los reactivos sobre la velocidad de reacción. Obtención experimental de la velocidad media de reacción y de los órdenes parciales de cada reactivo en una reacción química. FUNDAMENTO La velocidad de una reacción química aumenta con la concentración de los reactivos, con la temperatura y con la presencia de un catalizador. Vamos a comprobar estos efectos sobre la reacción redox entre los iones yodato, IO3ˉ, y los iones ion es hidrógeno sulfito, HSO3ˉ en disolución acuosa. La reacción ajustada es: IO3ˉ(ac) + 3 HSO3ˉ(ac) 3 SO42ˉ(ac) + 3 H +(ac) + Iˉ(ac)

Para observar el final de la reacción, se pone un exceso de yodato y se añade un poco de almidón. Así, cuando se agotan los iones hidrógeno sulfito, tiene lugar la reacción redox siguiente: 5 Iˉ(ac) + IO3ˉ(ac) + 6H+ (ac) 3 H2O(l) + 3 I2 (ac)

El yodo, I2, liberado en este proceso produce inmediatamente con el almidón un intenso color azul, que indicará el final de la reacción principal. Factores que afectan a la velocidad de las reacciones. Existen varios factores que afectan la rapidez de una reacción química: la concentración de los reactivos, la temperatura, la existencia de catalizadores y la superficie de contacto tanto de los reactivos como del catalizador. Los catalizadores pueden aumentar o disminuir la velocidad de reacción

ELABORADO POR: María Guadalupe Cosme Reyes Ma. Guadalupe Barquet Barquet

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UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS LABORATORIO DE EQUILIBRIO Y CINÉTICA QUÍMICA PRACTICA 8. DETERMINACIÓN DEL ORDEN DE REACCIÓN Y ENERGÍA DE ACTIVACIÓN

INTRODUCCION En dicha práctica comprobaremos como en la velocidad de reacción química influyen la composición de los reactivos, la temperatura y por último el efecto que produce introducir un catalizador a la reacción. Para esta práctica utilizaremos iones yodato IO3- y iones hidrogeno sulfito HSO3IO3-(ac) + 3HSO3-(ac) 3SO42-(ac) + 3H+(ac) + I-(ac) También se aborda algunos aspectos cuantitativos de la velocidad de las reacciones químicas. En particular, nos interesa conocer y controlar la influencia cinética de la concentración y de la temperatura, y su reflejo cuantitativo en forma de ecuaciones o leyes cinéticas empíricas. Para conseguir un mejor aprovechamiento de las experiencias a realizar, es necesario que domines los fundamentos y significado de los conceptos más básicos que se definen en Cinética Química. En primer lugar, debemos definir una magnitud que nos mida la velocidad de reacción de modo objetivo. Para una reacción genérica: aA + bB +.....pP + qQ

MATERIAL Y REACTIVOS Material 3 recipientes de vidrio 1 matraz Erlenmeyer de 50 mL tapón 1 perilla 1 pipeta graduada de 1, mL 1 vaso de pp de 100 mL o menor 1 cronometro 1 termómetro

Reactivos Yodato de potasio 0.150 M, KIO3(ac) Hidrogeno de sulfito de sodio 0.1 M, NaHSO3(ac) Disolución de almidón Nitrato de cobre (II) 0.02 M Agua

MÉTODO EXPERIMENTAL


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1.-EFECTO DE LA CONCENTRACIÓN SOBRE LA VELOCIDAD DE REACCIÓN. 1.1.- Experimentos a temperatura ambiente Realizaremos una serie de ensayos, a temperatura ambiente, trabajando con exceso de ion yodato para observar el final de la reacción. En estas experiencias, modificaremos la cantidad de IO3ˉy estudiaremos cómo afecta esta variación al tiempo de reacción. Experiencia 1(repetir tres veces): -Preparar dos matraces Erlenmeyer limpios y añadir las siguientes cantidades: [e1]: 2mLde una disolución de yodato 0,150 M y, a continuación, 5mL de agua. Agitar. [e2]: 2mL de la disolución de hidrógeno sulfito 0,020 M y 1mL d e la disolución de almidón al 2%.Agitar. -Medir la temperatura de ambas disoluciones, antes de mezclarlas, y Anotar el resultado. -Verter, rápidamente, la disolución con HSO3ˉsobre el Erlenmeyer que contiene la disolución de IO3ˉ y conectar el cronómetro. Agitar, con una varilla y observar atentamente la disolución hasta que aparezca el color azul. -Detener el cronómetro cuando el contenido del matraz se vuelva azul muy oscuro. Anotar el tiempo de reacción transcurrido. -Lavar el material y repetir, dos veces más, la misma experiencia. Anotar en cada caso el tiempo de reacción. Experiencia 2 (repetir tres veces): En dos matraces erlenmeyer añadir las cantidades que se indican a continuación y repetir, tres veces, la operación anterior: [e1]: 1,5 mL de una disolución de yodato 0,150 M y, a continuación, 5,5 mL de agua. Agitar. [e2]: 2mL de la disolución de hidrógeno sulfito 0,020 M y 1mL d e la disolución de almidón al 2%.Agitar. Anotar el tiempo de reacción transcurrido Experiencia 3 (repetir tres veces): En dos matraces Erlenmeyer añadir las cantidades que se indican a continuación y repetir, tres veces, la operación anterior: ELABORADO POR: María Guadalupe Cosme Reyes Ma. Guadalupe Barquet Barquet

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[e1]: 1mL de una disolución de yodato 0,150 M y, a continuación, 6mL de agua. Agitar. [e2]: 2mL de la disolución de hidrógeno sulfito 0,020 M y 1mL d e la disolución de almidón al 2%.Agitar. 2.-EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA VELOCIDAD DE REACCIÓN. Experiencia 4: -Preparar dos matraces Erlenmeyer limpios y añadir las siguientes cantidades: [e1]: 2mL de una disolución de yodato 0,150 M y, a continuación, 5 mL de agua. Agitar. [e2]: 2mL de la disolución de hidrógeno sulfito 0,020 M y 1mL de La disolución de almidón al 2%. Agitar. -Preparar un baño de hielo picado e introducir los dos Erlenmeyer. -Cuando la temperatura de ambas disoluciones se encuentre entre 5 y 10 °C, anotar la temperatura exacta que marca el termómetro. Verter, rápidamente, la disolución con HSO3ˉsobre el Erlenmeyer que contiene la disolución de IO3ˉy conectar el cronómetro. -Agitar y observar atentamente la disolución hasta que aparezca el color azul. Detener el cronómetro cuando el contenido del matraz se vuelva azul muy oscuro. 3.-EFECTO DE LOS CATALIZADORES Experiencia 5: Repetir el ensayo de la experiencia 1 mezclando las disoluciones a temperatura ambiente y añadiendo 6 gotas de disolución de nitrato de cobre (II) 0,02 M. Anotar el tiempo de reacción transcurrido en la experiencia.


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TECNICA EXPERIENCIA 1.-EFECTO DE LA CONCENTRACIÓN SOBRE LA VELOCIDAD DE REACCIÓN. Preparar dos matraces Erlenmeyer y añadir las siguientes cantidades:

Medir la temperatura de ambas disoluciones, antes de mezclarlas, y anotar el resultado

Primer matraz:2mLde una disolución de yodato 0,150 M y, a continuación, 5mL de agua. Agitar

Segundo matraz:2mL de la disolución de hidrógeno sulfito 0,020 M y 1mL de la disolución de almidón al 2%.Agitar.

Anotar el resultVerter, rápidamente, la disolución con

conectar el cronómetro. Agitar, con una varilla y observar atentamente la disolución hasta que aparezca el color azul.

HSO3ˉsobre el

Erlenmeyer que contiene la disolución de IO3ˉado

Detener el cronómetro cuando el contenido del matraz se vuelva azul muy oscuro. Anotar el tiempo de reacción transcurrido.


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Experiencia 2 (repetir tres veces): En dos matraces erlenmeyer añadir las cantidades que se indican a continuación y repetir, tres veces, la operación anterior:

Segundo matraz: 2mL de la disolución de hidrógeno sulfito 0,020 M y 1mL de la disolución de almidón al 2%.Agitar

Primer matraz: 1,5 mL de una disolución de yodato 0,150 M y, a continuación, 5,5 mL de agua. Agitar

Anotar el tiempo de reacción transcurrido

Experiencia 3 (repetir tres veces): En dos matraces Erlenmeyer añadir las cantidades que se indican a continuación y repetir, tres veces, la operación anterior:

2mL de la disolución de hidrógeno sulfito 0,020 M y 1mL de la disolución de almidón al 2%.Agitar.

1mL de una disolución de yodato 0,150 M y, a continuación, 6mL de agua. Agitar.

Anotar el tiempo de reacción transcurrido


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TECNICA 2.-EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA VELOCIDAD DE REACCIÓN. Experiencia 4:

Preparar dos matraces Erlenmeyer limpios y añadir las siguientes cantidades:

[e1]: 2mL de una disolución de yodato 0,150 M y, a continuación, 5 mL de agua. Agitar.

[e2]: 2mL de la disolución de hidrógeno sulfito 0,020 M y 1mL de La disolución de almidón al 2%. Agitar.

Preparar un baño de hielo picado e introducir los dos Erlenmeyer.

-Cuando la temperatura de ambas disoluciones se encuentre entre 5 y 10 °C, anotar la temperatura exacta que marca el termómetro

Verter, rápidamente, la disolución con HSO3ˉsobre el

Erlenmeyer que contiene la disolución de IO3ˉy

conectar el cronómetro.

Agitar y observar atentamente la disolución hasta que aparezca el color azul. Detener el cronómetro cuando el contenido del matraz se vuelva azul muy oscuro.


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3.-EFECTO DE LOS CATALIZADORES Experiencia 5:

Repetir el ensayo de la experiencia 1 mezclando las disoluciones a temperatura ambiente

Añadir 6 gotas de disolución de nitrato de cobre (II) 0,02 M.

Anotar el tiempo de reacción transcurrido en la experiencia


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1.- Efecto de la concentración sobre la velocidad de reacción. a.- Escribir la reacción química ajustada y completar el Vtotal = [IO3ˉ], mol/L:

[HSO3ˉ], mol/L: t4(s)

Exp t1 (s) t2 (s) .

t6(s)

t7(s)

t8(s )

58 min

1h 10 min

t3(s)

1

1h 47.3 18 5 min min

2

35 min

1h 18 min

38 min

3

29 min

1h 19 min

48 min

4

10 seg

57.4 23 0 min min

5

t5(s)

50.3 2 seg

47.9 15 0 min min

4 min 1h 2 min

50 min

8 min 54mi 59se n g 26se g 4 min 44mi n 27se g 23 24 min min

1h 52mi 10seg n 38se g 1h 50mi 0.1se n g 19se g 55 27 min min 18seg 42 seg 28min 8 min 0.3 17 seg seg

6.25 min

30 min

[IO3ˉ] 1[HSO T , ] 3 (°C mol/ v o ) L mol/L.s 3 t

siguiente cuadro: ELABORADO POR: María Guadalupe Cosme Reyes Ma. Guadalupe Barquet Barquet

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B.- Haciendo uso de los tiempos de reacción y suponiendo una cinética de la forma k [IO3 ]m[HSO3 ]3 determinar el orden parcial de reacción para el yodato. Relación de velocidades

v

Cálculos para determinar el orden de reacción

v 1 v 2

v 1 v 3

Ley cinética y orden global de reacción

2.- Efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción. A.- Complete el siguiente cuadro con los datos obtenidos en la experiencia 4 y compárelos con los de la prueba 1 realizada previamente.

T Exp. (°C)

1[HSO ]

[IO3ˉ] t1 (s) [HSO3ˉ]

3 mol/L.s

v o

3

t

4


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B.- Explicar que influencia tiene la temperatura sobre la velocidad de reacción. Razone la respuesta. C.- Calcular la energía de activación utilizando los datos cinéticos de las experiencias 1 y 4. Detalle todos los pasos necesarios. Ecuación general de Arrhenius Ec. que relaciona la Ea con dos temperaturas

El cambio de temperatura en la reacción provoca un incremento de la velocidad de las partículas, ya que la velocidad de reacción se duplica por cada 10 ºC de aumento de la temperatura. K=AE-EA/RT Ecuación general de Arrhenius Ec. que relaciona la Ea con dos temperaturas Ln(k1/k2)=(Ea/R)x(1/T2 – 1/T1)

Expresión que relaciona k1/k2 con los tiempos de reacción Cálculos para obtener Ea

K1 x t1 = k2 x t2 (k1/k2)=(t2/t1) Ln(t2/t1)=(Ea/R)x(1/T2 – 1/T1); Ln(115/60)=(Ea/8,314)x(1/280 – 1/294,6); 0,65=(Ea/8,314)x 1,77 x10-4; Ea= 30531,64 J/mol 30,53164 kJ/mol

3.- Efecto de los catalizadores. A.- Complete el siguiente cuadro:

[IO3ˉ] Exp. Catalizador t1 (s) [HSO3ˉ]

1[HSO ] 3 mol/L.s

v o

3

t


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5

OBSERVACIONES

Se prepararon las 5 experiencias con las cantidades de reactivos que se solicitaron en cada tecnica de acuerdo a un orden, se realizaron las tres experiencias donde se queria comprobar mediante el experimento el efecto de la concentracion sobre la velocidad de reaccion, se realizaron una serie de ensayos a temperatura ambiente, se trabajó con un exceso de ion yodato y observar la reacción, se modificó así mismo la cantidad de IO 3- .


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En la experiencia 4 y 5 donde se debió observar el efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción, se modificó la temperatura a 10 °C, se conoció la rapidez o velocidad de una reacción sí se ve afectada por la variación de la temperatura ya que en esta parte de la práctica se podía observar que la velocidad de reacción de la muestra fría fué excesivamente lenta con unos tiempos grandes mostrados en el cronometro. Y en la experiencia 5, el ion cobre (II), actuó como catalizador en la reacción, lo que provoca un incremento de velocidad de la reacción pero sin consumirse sobre dicha reacción, ya que el catalizador facilita que los reactivos se transformen en productos. La Ea es menor que en una reacción sin catalizar.


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CONCLUSION La práctica no pudo realizarse con éxito de acuerdo a lo comprendido dentro de la teoría ya que la reacción HSO3IO3-(ac) + 3HSO3-(ac) 3SO42-(ac) + 3H+(ac) + I-(ac) no se llevó a cabo, las razones pudieron haber sido que alguno de los reactivos empleados para esta práctica estaban descompuestos ya que no se obtuvieron las coloraciones azules esperadas. Por lo cual procedimos a realizar una investigación para conocer teóricamente que se pretendía aprender en esta práctica y la conclusión fue la siguiente. En esta práctica se tuvo que observar que dependiendo de qué cantidad utilicemos de ion yodato y de hidrogeno sulfito, la velocidad de reacción podrá vari ar pero a cantidades muy pequeñas, mientras que si se utiliza un catalizador como en esta práctica el nitrato de cobre (II), la disolución no cambiara pero la velocidad de reacción se verá afectada considerablemente incrementando su velocidad hasta el doble de la inicial sin el catalizador. Y se tuvo que visualizar que la velocidad de reacción de la muestra fría (de 5°C a 10ºC) fue excesivamente lenta. Mientras que la rapidez de reacción de las otras soluciones (a temperatura ambiente) debieron ser mucho más rápidas. Así mismo en esta práctica se debió comprender cómo se ve afectada la velocidad de una reacción a través de diferentes temperaturas y concentraciones.

BIBLIOGRAFIA Raymond, CHANG. Química. 10a Edición, Editorial Mc. Graw Hill. México D.F 2010. Chang, Raymond (2002). Química. 7ª edición. Mc Graw Hill. 

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