UNIVESIDAD NACIONAL DE SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA Departamento Académico de Ingeniería Química ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA
Laboratorio de Química “B”
ASIGNATURA: QU-142 QUÍMICA II PRÁCTICA N° 7 CINETICA QUÍMICA PROFESOR DE TEORIA: Ing. VARGAS CAMARENA, Mauro PROFESOR DE PRÁCTICA: Ing. SABINA, CONTRERAS CARRASCO ALUMNO: GARCIA PIZARRO, P Cesar
DIA DE PRÁCTICAS : Martes
HORA: 7-10am
FECHA DE EJECUCIÓN: 16 /07/2012
MESA: A
FECHA DE ENTREGA: 16/07/2012
AYACUCHO – PERÚ PERÚ 2012
PRÁCTICA DE LABORATORIO N 7-QU-142-UNSCH CINETICA QUÍMICA
I.
OBJETIVOS:
Formular la solución de problemas y ejercicios relacionados con la velocidad de las reacciones químicas, con errores mínimos
Conocer experimentalmente el fenómeno cinético de las moléculas.
Medir las velocidades de las reacciones químicas y encontrar ecuaciones que relacionen la velocidad de una reacción con variables experimentales.
Estudiar la influencia de la concentración en la velocidad de reacción.
Determinar el orden de reacción con respecto al triyoduro (IO 3-) en la reacción redox con el bisulfito (HSO 3-)
II.
REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
La velocidad a la que se efectúa una determinada reacción del tipo: A + B C + D Puede medirse en términos de la velocidad de desaparición de los reactivos, -d A/dt, dB/dt, o de aparición de los productos d C/dt, dD/dt. Las concentraciones de los reactivos disminuyen en el intervalo de tiempo, así pues, d A/dt y dB/dt son cantidades negativas. El signo negativo (en el término de los reactivos) en la definición de velocidad hace que ésta última sea una cantidad positiva. Velocidad de reacción = v = -d A/dt = -dB/dt = dC/dt = dD/dt Por otra parte, la velocidad de una reacción es proporcional a la concentración de reactivos y la constante de proporcionalidad a una temperatura determinada, k, recibe el nombre de constante de velocidad a esa temperatura. v = k [Ax[By 2
PRÁCTICA DE LABORATORIO N 7-QU-142-UNSCH Las velocidades de reacción dependen de factores como la naturaleza de los reactivos, la concentración de los reactivos, la temperatura y los catalizadores. Los números x e y se determinan experimentalmente, y no tienen por qué coincidir con los coeficientes estequiométricos de los reactivos en la ecuación ajustada. Estos números pueden ser enteros, cero o fraccionarios. Al sumarlos se obtiene el orden total de la reacción, por ejemplo: v= k1A
Primer orden respecto a A.
v= k2AB
Primer orden respecto a A y respecto a B.
v= k3A2
Segundo orden respecto de A.
v= k4A 2B Segundo orden respecto de A y primero respecto de B. v= k5
Orden cero.
Siendo las ecuaciones integradas de velocidad para los diferentes casos: Reacción de orden cero, x=0. -d[A]/dt=k-d[A]=kdt (1)
Reacción de orden uno, x=1. (Por ejemplo: A
P)
-d[A]/dt=k[A]-d[A]/[A]=kdt (2)
3
PRÁCTICA DE LABORATORIO N 7-QU-142-UNSCH Reacción de orden dos, x=2. (Por ejemplo: 2A
P)
-d[A]/dt=k[A]2 -d[A]/[A]2=kdt (3)
Si suponemos que nuestra reacción es de orden cero, la representación de [A] t frente a t, nos debe dar una línea recta; si suponemos que es una reacción de primer orden con respecto a A (x=1), la representación de ln[A] t frente a t debe dar una línea recta. Si x=2 deberíamos obtener una línea recta al representar 1/[A] t frente a t:
III.
MATERIALES, EQUIPOS E INSTRUMENTOS DE LABORATORIO Y REACTIVOS QUÍMICOS UTILIZADOS.
1 balanza de precisión 0.01g
1 termómetros (0 – 100 °C)
1 espátula
4 varillas de vidrio
2 fiolas de 1 L
10 vasos de precipitado de 250
4 fiolas de 250 mL
4 probetas de 50 mL
1 bureta graduada de 50 mL
2 lunas de reloj medianas
mL
10 matraces Erlenmeyer de 250 mL
4
1 pinza para bureta
PRÁCTICA DE LABORATORIO N 7-QU-142-UNSCH REACTVOS QUÍMICOS Sustancias solidas:
Acido oxálico (H2C2O4)
Almidón
Pirosulfito
Yodato de potasio (KIO 3)
Sulfato ferroso (FeSO 4)
de
potasio
(K2S2O5) Solución acuosa:
H2SO4 concentrado
Solución A = KIO3 0.02 M(4.28 g/L
Solución B = KHSO3 0.008 M (1.778 g de K 2S2O5, 4.0 mL de H 2SO4 concentrado y 50.0 mL de almidón, por litro de solución).
IV.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Evaluación cualitativa de la velocidad de una reacción 1.1.
Naturaleza de las sustancias reaccionantes Primeramente en dos tubos de ensayo colocamos aproximadamente 2.0 mL de solución de permanganato de potasio 0.1 M y 2-3 gotas de ácido sulfúrico concentrado.
Luego procedemos en forma simultánea:
Al primer tubo añadimos 1.0 mL de solución de ácido oxálico 0.1 M (H2C2O4 (ac)) y al segundo 1.0 mL de solución de sulfato ferroso (FeSO 4)
.
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PRÁCTICA DE LABORATORIO N 7-QU-142-UNSCH
Luego observamos y controlamos el tiempo de reacción en ambos tubos.
Finalmente procedemos a calentar ambas soluciones.
2. Evaluación cuantitativa de la velocidad de una reacción 2.1.
Efectos de los cambios de concentración Con una probeta graduada limpia, medimos 50 mL de solución B (HSO 30.008 M) y vertimos a un matraz aforado de 250 mL y completamos con agua destilada hasta el aforo, debiendo lavarse varias veces con agua.
Dispongamos de 5 matraces Erlenmeyer de 250 mL y rotulamos 1, 2, 3, 4 y 5 y vertimos cada uno de ellos 50 mL de la solución B y ordenamos adecuadamente.
luego a una bureta graduada limpia de 50 mL, cargamos la solución A (KIO3 0.02 M) y enrasamos a cero.
Disponemos con 5 vasos de precipitado de 250 mL y rotulamos con 1´, 2´, 3´, 4´ y 5´.
Luego a una probeta graduada limpia vertimos 5.0 mL de la solución A y agregamos agua destilada hasta completar a 50 mL. Luego lo pasamos a vaso N° 1´ homogenizamos y guardamos.
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PRÁCTICA DE LABORATORIO N 7-QU-142-UNSCH
A una probeta graduada limpia vertimos 10.0 mL de la solución A y agregamos agua destilada hasta completar a 50 mL. Luego lo pasamos a vaso N° 2´ homogenizamos y guardamos.
A una probeta graduada limpia vertimos 15.0 mL de la solución A y agregamos agua destilada hasta completar a 50 mL. Luego lo pasamos a vaso N° 3´ homogenizamos y guardamos.
A una probeta graduada limpia vertimos 20.0 mL de la solución A y agregamos agua destilada hasta completar a 50 mL. Luego lo pasamos a vaso N° 4´ homogenizamos y guardamos.
A una probeta graduada limpia vertimos 25.0 mL de la solución A y agregamos agua destilada hasta completar a 50 mL. Luego lo pasamos a vaso N° 5´ homogenizamos y guardamos.
Mediante un cronometro de segundero, anotamos el tiempo de inicio de la reacción de desde el momento en que ambas soluciones entren en contacto hasta la aparición de un color azul en cada vaso de precipitado. Para lo cual vertimos a solución A (N°1´) contenida en el vaso de precipitado a la solución B contenida en el matraz Erlenmeyer (N°1) mezclamos convenientemente y controlamos el tiempo de reacción en segundos.
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PRÁCTICA DE LABORATORIO N 7-QU-142-UNSCH
V-
Finalmente medimos la temperatura de la solución resultante.
OBSERVACIONES, DATOS, RESULTADOS EXPERIMENTALES OBTENIDOS,
ECUACIONES
QUÍMICAS
CÁLCULOS
Y/O
GRÁFICOS (SEGÚN LOS CASOS). Cuadro N°1 TIEMPO DE
TEMPERAT
REACCION
URA AMB.
(S)
(°C)
1
70
16ºC
2
26
16ºC
3.
17
16ºC
16
16ºC
14
16ºC
№ de
ensayo
VOLUMEN (mL) Sol. A -
Sol. B
CONCENTRACIÓN (mol/L) Después
-
de
Después
de
[IO3 ]
[HSO3 ]
enrasado a 50
mezclado ambas
0.02 M
0.008 M
mL
soluciones -
[IO3 ]
-
[HSO3 ]
-
-
[IO3 ]o [HSO3 ]o
4
4 5
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PRÁCTICA DE LABORATORIO N 7-QU-142-UNSCH Cuadro N°2 № de
Tiempo
CONCENTRACIÓN
ensayo
de
ACTUAL (mol/L)
CONSTANTE -
In [IO3 ]
reacción (S)
-
[IO3 ]
-
70
0
2
26
0
3
17
0
4
16
0
5
14
0
Pendiente
DE
(m)
VELOCIDAD (K)
[HSO3 ]
1
-
1/[IO3 ]
9
PRÁCTICA DE LABORATORIO N 7-QU-142-UNSCH VI-
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Como conclusión la cinética química nos ayudara a calcular el tiempo de producción de nuestros reactivos generando en menor tiempo los mismos productos sin interferir el catalizador en la pureza de los productos es en forma industrial podemos obtener la producción en tiempos record. RECOMENDACIONES
Se debe lavar el matraz y termómetro.
Se debe desechar la solución del matraz que se realizó en cada ensayo
VII- CUESTIONARIO 1) a) ¿Cuál es la diferencia entre una ecuación de velocidad y una constante de velocidad? Pues
básicamente
que
la
fórmula
de
la
ecuación
de
velocidad
es:
V=k [A] (elevado al orden de reacción con respecto a este reactivo A)*[B](elevado al orden de reacción con respecto al reactivo B). Donde K es la constante de velocidad característica de cada reacción a una temperatura dada independientemente de la concentración de los reactivos b)¿Cuál es la diferencia entre el orden de reacción para un reactivo específico y el orden global o general de reacción? Orden de reacción: el orden cinético global de una reacción lo determina el número de concentraciones que figuran a la derecha de la expresión de velocidad. El orden de la reacción con respecto a una especie concreta depende de si dicha especie aparece una m
n
o más veces. Por ejemplo, si a la derecha de la ecuación de velocidad está [A] [B] , entonces el orden global de la reacción será m+n y la reacción será de orden m con 10
PRÁCTICA DE LABORATORIO N 7-QU-142-UNSCH respecto a [A] y de orden n con respecto [B]. El orden cero significa que la velocidad de reacción no varía cuando cambia la concentración de una especie. No hay ninguna reacción bioquímica que tenga de orden global cero. En cuanto a las reacciones mostradas anteriormente, r x n (1) y r x n (2) son reacciones de primer orden, puesto que sólo aparece una concentración a la derecha de la ecuación de velocidad; rxn (3) es de orden global dos y de primer orden con respecto a [A] y a [B]; rxn (4) es segundo orden, tanto a nivel global, como con respecto a [A]; rxn (5) es de orden global tres, de segundo orden con respecto a [A] y de primer orden con respecto a [B]; por último, la reacción (6) es de orden global dos, de primer orden con respecto a [A] y a [B] y de orden cero con respecto a [C]. b) ¿Cuáles son las unidades de la constante de velocidad para una reacción en solución cuyo orden global o general de reacción es de dos? La forma de la ecuación se nos quedará: Velocidad = k. [A]0 (3) Dónde: K = es una constate. [A]0 = es la concentración inicial del componente A. [A] = [B] = 0,5 M k = Molaridad (mol/L) tiempo (min, s)
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PRÁCTICA DE LABORATORIO N 7-QU-142-UNSCH 1. En la reacción A → productos, se encuentra que [A] tiene un valor de 0.485 M a t = 71.5 min y de 0.474 M a t = 82.4 min. ¿Cuál será la velocidad media de la reacción durante este intervalo de tiempo? Tabulando los datos cinéticos t (min) [A] (mol/L) 71,5 0,485 82,4 0,474
ln[A] -0,723 -0.746
-La velocidad de la reacción
V=
=
=
=
V= -1.0x10-3
2. Para la reacción A → productos, se ha obten ido los siguientes datos de [A]en función de tiempo t = 0 s [A] =0.600 M; 100 s, 0.497 M; 200 s, 0.413 M; 300 s, 0.344 M; 400 s, 0.285 M; 600 s, 0.198 M; 1000 s, 0.094 M. 3.1-
Demuestre que la reacción es de primer orden.
3.2-
¿Cuál es el valor de la constante de velocidad, K?
3.3-
¿Cuál es el valor de [A] a t = 750 s?
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PRÁCTICA DE LABORATORIO N 7-QU-142-UNSCH
a) La reacción de 1 er orden.
Tabulando los datos cinéticos [A] (mol/L) ln[A] 1/[A]
t (s) 0 100 200 300 400 600 1000
0,600 0,497 0,413 0,344 0,285 0,198 0,094
-0,510 -0,699 -0,884 -1,067 -1,255 -1,619 -2,364
1,666 2,012 2,42 2,90 3,50 5,05 10,63
b) El valor de la constante de velocidad, K - la tangente del ángulo θ -El valor de K sera
tg θ=
tg θ=
=
m= -K -1,84 x 10-3 = -K
tg θ= -1,84 x 10-3
K= 1,84 x 10-3 C) El valor de [A] a t = 750 Ln [A]t= Kt+ln[A]0 Ln [A] 750s= -1, 84 x 10 -3x 750s + (-0,510)
Ln [A] 750s= -1, 86
Ln [A] 750s= -1, 35-0,510
[A] 750s= -0,620 M
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VIII-
BIBLIOGRAFIA
1. Chang, Raymond. (1998). Química. México: McGraw-Hill. Sexta Edición. 2. BROWN, T. L., H.E. Y BURSTEN, B.E. (1993) .Química la ciencia central. 3. Instituto de ciencias y humanidades; Química, análisis de principios y aplicaciones; 3era ed. Tomo I, lumbreras editores; lima-Perú, 2008. ADUNI
BIBLIOGRAFIA DE REFERENCIA
4. http://es.scribd.com/doc/55847743/CINETICA-QUIMICA-practica 5. http://www.uclm.es/profesorado/jfbaeza/practicas_de_laboratorio.htm
