ESTUDIO DE LA CINÉTICA DE OXIDACION DEL ION IODURO CON PEROXIDO DE HIDROGENO
1.- INTRODUC I NTRODUCCION CION
La práctica se realiza para determinar la constante cinética y el orden de la reacción de forma experimental. experimental. Se ha utilizado utilizado un método químico para llevar a cabo el estudio estudio en medio ácido, utilizado el almidón como indicador. La oxidación del ! por el a"ua oxi"enada, viene dada por la reacción# $%&% ' % ( ' % $'
% ' % $%& )*+
La ecuación de la velocidad de reacción se puede escribir como#
)%+ l estudio experimental se realiza respecto del a"ua oxi"enada, oxi"enada, para lo cual hay que conse"uir que las concentraciones de ! y $' permanezcan constantes#
La reacción se lleva a cabo en medio ácido, y por tanto, la concentración de $' se puede considerar constante porque la cantidad que desaparece es despreciable.
-ara mantener constante la concentración de !, aadimos a la mezcla reaccionante un volumen pequeo de tiosulfato sódico. ntonces a la reacción que viene dada por )*+, se le superpone la si"uiente# % S%&/0 ' %
S1&20 ' % !
)/+
sta sta reacci reacción ón es rápid rápida a e irreve irreversi rsible ble,, y por por tanto, tanto, nos nos permit permite e consid considera erarr consta constante nte la concentración concentración de ! mientras haya tiosulfato presente en la disolución. 2.- ANTECEDENTES
l peróxido de hidró"eno es un poderoso a"ente oxidante que posee un elevado potencial estándar positivo# $%&% ' %$' ' %e! 3 %$ %& 4ambién act5a como a"ente reductor frente a sustancias de poder oxidante superior mediante la ecuación $%&% 3 % $' ' & % ' %e! n esta práctica investi"aremos investi"aremos la cinética de la reacción de oxidación oxidación del ión yoduro por el peróxido de hidró"eno# $%&% ' %! ' $' ◊ % ' %$%& La velocidad de una reacción es función de la concentración de los reactivos, la temperatura y la presencia de un catalizador.
6elocidad 0 )r+ 0 78$%&%9: 8!9; 8$'9< =omo se muestra en la expresión la velocidad de reacción se expresa como velocidad de cambio de concentración de los reactivos. n nuestro caso, la velocidad de reacción puede expresarse en función del cambio de concentración de peróxido de hidró"eno# 6elocidad 0) ! r $%&%+ d8$%&%9 >dt 0 78$%&%9: 8!9; ?onde K 0 constante de velocidad, )la unidad es @>s+ :0 orden de reacción con respecto a la concentración de peróxido de hidró"eno β0 orden de reacción con respecto a la concentración del ión yoduro.
La reacción de oxidación es la si"uiente# 2 KI + H 2O2
→ I 2 +
2 H 2O
La cinética será# −
∂C ∂t
= k [ HI ][ H 2O2 ]
=omo el A se encuentra en exceso tenemos# −
∂C ∂t
= k [ H 2O2 ]
Se supone un primer orden a verificar, inte"rando tenemos# ln[ H 2O2 ]
=
ln[ H 2O2 ] 0
−
kt
Propiedades del iodo
B temperatura ambiente el iodo es un sólido de color casi ne"ro y sus cristales en forma de láminas rómbicas tienen brillo metálico. Se ha determinado, por difracción de rayos C, que el sólido está constituido por moléculas diatómicas discretas % que se mantienen unidas por fuerzas de London )dipolo instantáneo!dipolo inducido+. Si el sólido se calienta en un recipiente abierto a la atmósfera el iodo sublima sin fundir, lo que permite separarlo fácilmente de otras sustancias no volátiles. La presión de vapor del sólido es elevada a5n a temperatura ambiente )/ mm$" a DDE=+ y por esta razón el iodo se volatiliza lentamente si se deFa expuesto al aire, observándose vapores de color violeta y un olor característico. La solubilidad del iodo en a"ua pura es muy baFa )G,// ">l a %DE=+. n cambio es mucho más soluble en presencia de ioduros, debido a la formación del anión trioduro, dando soluciones de color marrón intenso# %)s+ ' H)ac+ I /H)ac+
3.- OBJETIOS
/.* &bFetivo Jeneral#
?eterminar la cinética de reacción del ion yoduro con peróxido de hidró"eno en medio ácido usando un método químico.
/.% &bFetivos specíficos#
studiar la cinética de reacción de oxido!reducción del yoduro. ?eterminar los parámetros de dicha cinética, a partir de un conFunto de datos de velocidad de reacción en función del tiempo obtenido en laboratorio.
?eterminar el orden de reacción con respecto al peróxido de hidró"eno K β.
?eterminar el orden de la reacción con respecto al catalizador ácido K !.
?eterminar el orden de reacción con respecto al yoduro K .
?eterminar la constante de velocidad de reacción K " de óxido!reducción del yoduro catalizada por ácidos.
?eterminar la ener"ía libre de activación K EA#$, variando la temperatura de la reacción.
%.- DESARRO&&O E'PERI(ENTA& %.1 @ateriales, quipos y Meactivos (ATERIA&ES
E)UIPOS
* bureta "raduada de %D ml Nalanza Bnalítica * Soporte Pniversal con sus pinzas 4ermómetro * pipeta volumétrica de * ml $ornilla * pipeta volumétrica de *G ml * balón de base plana * vaso de precipitado de DGml * matraz aforado de *G ml % matraces aforados de %Dml % matraces cónicos de %DGml -ipetas "raduadas de D y * ml spátula %.2.- ?esarrollo xperimental
Se deberá preparar las si"uientes soluciones# G.D@ A )%D ml.+ *.D @ $%S&1 )%G ml.+
REACTIOS
Solución de peroxido de hidro"eno G.2 O Bcido sulf5rico en la proporción de %#* de a"ua Solución estándar de tiosulfato de sodio G,G* Q Solución de ioduro de potasio G,D" disueltos en *%D ml de a"ua Solución de almidón G,% O )p>v+
G.GD@ Qa%S%&/)%D ml+ perman"anato de potasio G,G* @ )%D ml+ G.G%D @ $ %&% )DG ml+. *. La solución A se prepara disolviendo %.GRD " en un volumen de %D ml. %. l ácido sulf5rico se obtiene por dilución del ácido comercial. /. La solución de tiosulfato se obtiene por disolución de G,/* " en un volumen de %D ml. 1. La solución de perman"anato se obtiene disolviendo G,G/D " en %D ml. D. Pna solución Standard de perman"anato de potasio G.G%@ deberá ser preparada a la vez. 2. La solución G.G%D@ de peróxido de hidro"eno es preparada diluyendo *.D mL de la solución al /O en %D mL de a"ua destilada, esta solución es estandarizada colocando *%.D mL en un matraz de %DG mL, aadiendo unos cuantos ml de la solución. R. *.D @ de ácido sulf5rico y valorando con la solución de perman"anato hasta que un color rosado es observado permanentemente. T. Se dividieron los vol5menes dados a continuación en tres partes para las tres temperaturas de trabaFo, DG ml de a"ua destilada se colocan en el matraz de DGG ml Funto con T ml de G.D@ A, / ml de *.D@ $%S&1, G.2 ml de G.GD@ Qa%S%&/ y *.D mL de la solución de almidón. . B"itando el matraz se sumer"e en el bao termostatizado hasta alcanzar la temperatura deseada. *G. Lue"o, 2 mL de la solución estandarizada de peróxido es aadida y se empieza a controlar el tiempo en el momento de dicha adición. **. l tiempo en que la solución se torna de color azul es anotado y una alícuota de % mL de tiosulfato se aade inmediatamente. *%. l tiempo es anotado nuevamente cuando la solución se torna azul otra vez, y el procedimiento se repite hasta que unas *G lecturas hayan sido realizadas. La ecuación para determinar el orden de reacción
es#
La ecuación para determinar el orden de reacción
es#
La ecuación para determinar el orden de reacción es#
Prop*es$a de Tra+a,o @étodo 6olumétrico
$%&% ' % B ' N
!
% ' $%&
-roductos
0 A )B+:)N+;)$'+U
-arámetros a determinar :, ;, U, A, a Para de$eri/ar 0
!
0 AV B:N;$'U AV 0 7 =N;=$'U
=onsideraciones# *.! =N WW =B %.! =$' WW =B /.! cuación -seudo
!
0 AV B:
MB=46&S# De$eri/a#i/ de 0
Meactivo
=oncentración)@+ 6olumen)ml+
$%S&1
*
2G
A
G.2
%G
$%&% Blmidón
%G
*.1ml H * O
De$eri/a#i/ de β
Meactivo
=oncentración)@+ 6olumen)ml+
$%S&1
*
2G
A
①G./
%G
②G.
%G %G
$%&% Blmidón
G.Rml ! *O *.1ml H *O
De$eri/a#i/ de !
Meactivo
=oncentración)@+ 6olumen)ml+
$%S&1 A $%&%
G.D
2G
*.D G.2
2G %G %G
Blmidón *.1ml De$eri/a#i/ de Ea#
Meactivo
=oncentración)@+ 6olumen)ml+
$%S&1 A $%&%
* G.2
2 %G %G
Nao =rio"énico -reparación del ndicador *.! ?iluir * "r de almidón en *GGml de $%&, lo llevamos a calentar %.! Se debe aadir a la mezcla cuando este caliente De$eri/ar 0
!
0 AV B: X 0 AV B:
Ln X 0 Ln A ' : ln B n un matraz de %DGml, se introduce 2G ml de $%S&1 )*@+ Badir %Gml de A)G.2@+ y aadir *.1ml de almidón al )*O+ B"re"ar *ml de S%&/0, a continuación se aade %Gml de $%&% )el cronometro se pone en marcha cuando se ha aadido la mitad de $%&%+ Sacar alícuotas de *Gml de la mezcla reaccionante, para su respectiva titulación con el tiosulfato Me"istrar los vol5menes exactos de S%&/0 usados en la titulación con su respectivo tiempo, cuando ese vire al color azul =on el volumen de S%&/0 utilizado se calcula el numero de moles de !, como se sabe la relación de moles es mol a mol y la relación de de ! es de * a % con $%&% Se obtiene el numero de moles de $%&% que dividimos por su volumen)%GY*G!/L+ y se obtiene su concentración Mealizar la tabla# t)s+
Mealizar la "rafica
6
=
Ln8=o
S%&/0
$%&%
$%&%9
Ln8=o $%&% > = $%&%9 vs t
X la pendiente debe ser la constante AV
$%&%
>
=
AV 0 A =N;=$'U Si el coeficiente de correlación de la recta es próximo a * la reacción es de primer orden ?eterminar ;# !
0 A B:N;=U X* 0 A* B*:N*;=U X%
A% B%:N%;=U
X* 0 A* B*:N*;=U X%
A% B%:N%;=U
X* 0 ) N* +; X%
N%
ln X* 0 ;ln )N* + X%
N%
n un matraz de %DGml, se introduce 2G ml de $%S&1 )*@+ Badir %Gml de A)G./@ y G.@+ y aadir G.Rml!*.1ml respectivamente de almidón al )*O+ B"re"ar *ml de S%&/0, a continuación se aade %Gml de $%&% )el cronometro se pone en marcha cuando se ha aadido la mitad de $%&%+ Sacar alícuotas de *Gml de la mezcla reaccionante, para su respectiva titulación con el tiosulfato Me"istrar los vol5menes exactos de S%&/0 usados en la titulación con su respectivo tiempo, cuando ese vire al color azul =on el volumen de S%&/0 utilizado se calcula el numero de moles de !, como se sabe la relación de moles es mol a mol y la relación de de ! es de * a % con $%&% Se obtiene el numero de moles de $%&% que dividimos por su volumen)%GY*G!/L+ y se obtiene su concentración Mealizar la tabla# t)s+
Mealizar la "rafica
6
=
Ln8=o
S%&/0
$%&%
$%&%9
$%&%
>
=
Ln8=o $%&% > = $%&%9 vs t
X la pendiente debe ser la constante AV Si el coeficiente de correlación de la recta es próximo a * la reacción es de primer orden ?eterminar U# n un matraz de %DGml, se introduce 2G ml de $%S&1 )G.D@ y *.D@+
Badir %Gml de A)G.2@+ y aadir *.1ml respectivamente de almidón al )*O+ B"re"ar *ml de S%&/0, a continuación se aade %Gml de $%&% )el cronometro se pone en marcha cuando se ha aadido la mitad de $%&%+ Sacar alícuotas de *Gml de la mezcla reaccionante, para su respectiva titulación con el tiosulfato Me"istrar los vol5menes exactos de S%&/0 usados en la titulación con su respectivo tiempo, cuando ese vire al color azul =on el volumen de S%&/0 utilizado se calcula el numero de moles de !, como se sabe la relación de moles es mol a mol y la relación de de ! es de * a % con $%&% Se obtiene el numero de moles de $%&% que dividimos por su volumen)%GY*G!/L+ y se obtiene su concentración Mealizar la tabla# t)s+
Mealizar la "rafica
6
=
Ln8=o
S%&/0
$%&%
$%&%9
$%&%
>
=
Ln8=o $%&% > = $%&%9 vs t
X la pendiente debe ser la constante AV Si el coeficiente de correlación de la recta es próximo a * la reacción es de primer orden
