GRADO IQ Ingeniería de la Reacción Química PRÁCTICAS DE LABORATORIO
PRÁCTICA 2. DETERMINACIÓN DETERMINACIÓN DE LA L A ENERGÍA DE ACTIVACIÓN: REACCIÓN ENTRE LOS IONES BROMATO BROMA TO Y BROMURO 1.
Objetivo
El objetivo de la práctica es calcular la energía de activación de la reacción entre los iones bromato y bromuro en medio ácido a partir del tiempo de reacción medido a distintas temperaturas.
2.
Procedimiento
La velocidad de la mayoría de las reacciones es muy sensible a la temperatura, observándose que dicha velocidad aumenta con ésta. Arrhenius fue el primero en dar una formulación cuantitativa a dicha variación, relacionando la constante específica de velocidad, k, con la temperatura absoluta, T, mediante la expresión adjunta, donde Ea es la energía de activación, R la constante de los gases y A el factor de frecuencia.
k = A e
− E a
RT
Como la velocidad de reacción (función de la constante específica de velocidad) es inversamente proporcional al tiempo de reacción, se puede relacionar éste con la constante de velocidad, y por tanto, con la temperatura. Representando adecuadamente el tiempo de reacción para varias temperaturas se obtiene una recta cuya pendiente es Ea/R, a partir de la cual se determina la energía de activación. En esta práctica vamos a estudiar la reacción redox entre los iones bromuro y bromato en medio ácido: KBrO3
+
5 KBr + 3 H 2 SO4
→
3K 2 SO4
+
3 Br 2
+
3 H 2O
El consumo de los reactivos se puede determinar, para una temperatura determinada, usando una cantidad fija de fenol y unas gotas de rojo de metilo: el bromo generado en la reacción principal reacciona rápidamente con el fenol, formando tribromofenol (compuesto que no produce ningún cambio de coloración en el rojo de metilo), hasta que se consume el fenol, momento en que el bromo en exceso (Br 2) decolora al rojo de metilo. El momento en que se produce la decoloración del indicador marca un tiempo experimental de reacción (en concreto, tiempo en el que se consume todo el fenol inicial).
NOTA: el fenol es un producto tóxico por inhalación inhalación y que también puede absorberse a través de l a piel. Usar guantes y gafas de seguridad en todo momento, mantener cerrado los recipientes que lo contengan y extremar las medidas de precaución. Los residuos que contengan fenol se depositarán en una garrafa específica para ellos. Para la reacción, se prepararán en el laboratorio las siguientes disoluciones: - 100 mL de KBr 0,0833M y 0,0167M en KBrO3 (a partir de KBr sól. sól. puro, PM= 119,01 y de KBrO3 sól. puro, PM= 167,01) - 100 mL de H2SO4 0,5M (a partir de H2SO4 líq. 95-98% de pureza, PM=98,08). Se suministra una disolución de fenol 0,03M y solución etanólica de rojo de metilo. Para el estudio cinético, se dispone de un baño termostático en el que se introduce una gradilla con una batería de 14 tubos de ensayo (para hacer 7 ensayos a temperaturas diferentes, con dos tubos para cada ensayo). Se procede de la siguiente manera: En un tubo de ensayo con tapón roscado se añaden, por este orden: - 10 mL de la solución bromato-bromuro - 8 gotas del indicador de rojo de metilo - 10 mL de la solución de fenol En otro tubo de ensayo se añaden 5 mL de la solución ácida. Ambos tubos de ensayo se sumergen en el baño y se espera a que se alcance la temperatura de trabajo. En ese momento, se mezclan los contenidos de ambos tubos y se dispara el cronómetro, obteniéndose por agitación inmediata (y siempre dentro del baño) una mezcla de color rojizo debido al rojo de metilo. Se anota el tiempo que transcurre hasta la desaparición completa del color. Este procedimiento procedimiento se lleva a cabo a siete temperaturas diferentes, entre 20°C y 50ºC.
3.
Cálculos.
La velocidad de reacción esw proporcional a la constante cinética: (-r A) = α⋅k La velocidad de reacción promedio será inversamente proporcional al tiempo que tarda en consumirse una determinada cantidad de reactivo: (-r A) = α⋅1/t Así: k = α⋅1/t ⇒ Lnk = Lnα + Ln(1/t) Como: Lnk = Lnk0 –Ea/RT = Lnα + Ln(1/t)
⇒
Lnt = cte. + Ea/RT
Si, conociendo los datos de t, representamos esta última expresión linealizada, obtendremos el valor de la Ea de la reacción.
4.
Esquema de la memoria El alumno debe recoger en la memoria: • Cálculos de las disoluciones preparadas. Identificar oxidante, reductor y reactivo limitante. • Rellenar los resultados experimentales según formato de la hoja ANEXO I. • Con los datos de tiempo frente a temperatura, obtener (con la ayuda de la hoja Excel que se adjunta) la energía de activación mediante ajuste de una expresión lineal. • Responda a las siguientes cuestiones: - Razone las unidades de la energía de activación. - ¿Cómo afectaría que en los distintos experimentos realizados en lugar de 10 ml de fenol 0,03M se añadieran la mitad?¿Y el doble?
--Ver Anexo I en página siguiente.
ANEXO I:
DETERMINACIÓN DE LA ENERGÍA DE ACTIVACIÓN: REACCIÓN ENTRE LOS IONES BROMATO Y BROMURO Alumnos:
PREPARACIÓN DE LAS DISOLUCIONES: Disolución de bro muro 0,0833 M y b romato 0,0167 M
Calculado
Añadi do
Calculado
Añadi do
masa de KBr (g): masa de KBrO3 (g):
Disolución d e sulfúric o 0,5 M vol. de ác. sulfúrico (ml):
TIEMPOS DE REACCIÓN: Experimento
T1 = T2 = T3 = T4 = T5 = T6 = T7 =
Temperatu ra
Temperatu ra
(ºC)
(K)
Tiempo de reacción
(min)
(s)
