Instituto Politécnico Nacional Escuela superior de ingeniería Química E Industrias Extractivas
Laboratorio de Cinética y Reactores Homogéneos
Practica No.4 Influencia de la concentración en la velocidad de reacción empleando como sistema el alcohol etílico y el ácido crómico.
Grupo: 3IV27 Profesor: M.en.C Edgar Iván Hernández Carbajal Alumna: -Paredes Aguirre Aida Lizetti
Objetivos i. ii. iii. iv. v.
Definir por la expresión de velocidad de reacción, el efecto que tiene la variación de concentración en la misma velocidad. Determinar por los métodos matemáticos empleados el orden de reacción así como el coeficiente cinético. Establecer la existencia de influencia entre la relación molar y el or den de reacción. Adquirir las habilidades adecuadas para las toma de mue stras, así como para medir su concentración y determinar su relación respecto al tiempo. Seleccionar el método más apropiado para la obtención de los datos cinéticos para calcular la velocidad de reacción.
Fundamentos Teóricos
Velocidad de las reacciones químicas y concentración La rapidez con la que se produce una transformación química es un aspecto muy importante. Tanto desde el punto de vista del conocimiento del proceso como de su utilidad industrial, interesa conocer la velocidad de la reacción y los factores que pueden modificarla. Se define la velocidad de una reacción química como la cantidad de sustancia formada (si tomamos como referencia un producto) o transformada (si tomamos como referencia un reactivo) por unidad de tiempo. La velocidad de reacción no es constante. Al principio, cuando la concentración de reactivos es mayor, también es mayor la probabilidad de que se den choques entre las moléculas de reactivo, y la velocidad es mayor a medida que la reacción avanza, al ir disminuyendo la concentración de los reactivos, disminuye la probabilidad de choques y con ella la velocidad de la reacción. La medida de la velocidad de reacción implica la medida de la concentración de uno de los reactivos o productos a lo largo del tiempo, esto es, para medir la velocidad de una reacción necesitamos medir, bien la cantidad de reactivo que desaparece por unidad de tiempo, bien la cantidad de producto que aparece por unidad de tiempo. La velocidad de reacción se mide en unidades de concentración/tiempo, esto es, en moles/s. Son cinco los factores que influyen en la velocidad de una reacción química.
La ecuación química describe el resuktado general de una reacción química, misma que se puede efectuar en una o varias etapas, las cuales conocemos, como reacciones elementales que en conjunto describen lo que esta sucediendo a nivel molecular, por ejemplo aA + bB↔ Cc +Dd
De la ecuación anterior se puede observar que la velocidad de reacción será proporcional al numero de colisiones entre moléculas de A y B por unidad de volumen:
∝ ()() ;
si
=
Por lo tanto, la velocidad de reacción dependerá de la concentración de ambos compuestos, por siguiente, agregando una constante de proporcionalidad, la velocidad de transformación de A puede expresarse en términos de las concentraciones molares:
= ∝ Influencia de la concentración de los reactivos
El aumento de la concentración de los reactivos hace más probable el choque entre dos moléculas de los reactivos, con lo que aumenta la probabilidad de que entre estos reactivos se dé la reacción. En el caso de reacciones en estado gaseoso la concentración de los reactivos se logra aumentando la presión, con lo que disminuye el volumen. Si la reacción se lleva a cabo en disolución lo que se hace es variar la relación entre el soluto y el disolvente. En la simulación que tienes a la derecha puedes variar la concentración de una o de ambas especies reaccionantes y observar cómo influye este hecho en la velocidad de la reacción química.
Valoración del Tabla 1 # Experimento
0.01 M
(g) (g)
(ml)
1
0.0138
0.0521
42
0.00670
2
0.0115
0.053
31.5
0.00744
3
0.0125
0.0614
38.4
0.00663 Prom=0.00691≈0.01
Pasar de g del
a mol 1 =4.691010− 0.0138 294.18 1 =3.909110− 0.0115 294.18 1 =4.249010− 0.0125 294.18 Reacciones involucradas
3 4− 16+ →3 4+ 13 Oxidación
4− 2 4+ Titulación
2 → 2 De la reacción de:
67 → () 3 7 4.6910x10 -5
1.4073x10-4
3.9091x10 -5
1.1727x10-4
4.2490x10 -5
1.2747x10-4
Para
:
1.4073x10 -4 1.1727x10 -4 1.2747x10 -4
2 → 2 2.8146 x10-4 2.3454x10-4 2.5494x10-4
Calculo para la Molaridad
1.- Pasar el volumen de ml a Lt.
1 | = 0.042 42|1000 1 | = 0.0315 31.5 |1000 1 | = 0.0384 38.4 |1000 2.- Calculo para Molaridad.
− 2.814610 = 0.042 =0.00670 − 2.345410 = 0.0315 =0.00744 − 2.549410 = 0.0384 =0.00663
Valoración del
0.02 M
Tabla 2 # Experimento
(g) (g)
(ml)
1
0.0244
0.1020
35.7
0.0139
2
0.0271
0.1047
31.5
0.0175
3
0.0309
0.1299
32.6
0.0164 Prom=0.0159 M ≈
0.02 M
Pasar de g del
a mol 1 =8.294210− 0.0244 294.18 1 =9.212010− 0.0271 294.18 1 =1.050310− 0.0309 294.18
De la reacción de:
67 → () 3 7 8.2942x10 -5
2.4882 x10-4
9.2120x10 -5
2.7636x10-4
1.0503x10 -4
3.1509x10-4
Para
:
2 → 2
2.4882 x10-4 4.9664x10-4 2.7636x10 -4 5.5272x10-4 3.1509x10 -4 6.3038x10-4
Calculo para la Molaridad
1.- Pasar el volumen de ml a Lt.
1 | = 0.0357 35.7|1000 1 | = 0.0315 31.5 |1000 1 | = 0.0326 32.6 |1000 2.- Calculo para Molaridad.
− 4.976410 = 0.0357 =0.0139 − 5.527210 = 0.0315 =0.0175 − 6.303810 = 0.0384 =0.0164
Tabla 3. Datos Experimentales Experimentación 1
t(min)
Sistema1 V
(ml)
Sistema2 V
(ml)
0.02M
0.01 M
3
8
6.3
6
7
2.0
9
5.9
1.5
12
4.7
0.3
15
4
0.1
18
3.3
0.1
21
2.6
0.05
24
2.3
0.05
27
2
0.05
30
1.6
0.05
Calculo de
[−] =
Tabla 4. t(min)
Sistema1
Sistema2
[−]
[−]
3
0.00848
0.0029022
6
0.00742
0.00092133
9
0.006254
0.000691
12
0.004982
0.0001382
15
0.00424
4.6067E-05
18
0.003498
4.6067E-05
21
0.002756
2.3033E-05
24
0.002438
2.3033E-05
27
0.00212
2.3033E-05
30
0.001696
2.3033E-05
Calculo para
[−] ∗ [−] = ∗
Para sistema 1 cálculo de la molaridad ejemplos :
159 = 0.00848 [−] = 83∗∗0.50 159 =0.00741 [−] = 73∗∗0.50 Para sistema 2 cálculos de la molaridad ejemplos:
0.00691 =0.029022 [−] = 6.3 ∗ 3 ∗ 5 0.00691 = 0.00092133 [−] = 2.0 ∗ 3 ∗ 5
Método diferencial para sistema 1 Tabla 5 t(min)
[−] =
∆
∆
̅
̅=
= ∆∆
3
0.00848
6
0.00742
-0,00106
3
0,00795
-4,83458335
-7,94809866
9
0.006254
-0,001166
3
0,006837
-4,98540624
-7,85278848
12
0.004982
-0,001272
3
0,005618
-5,18177955
-7,7657771
15
0.00424
-0,000742
3
0,004611
-5,37931053
-8,3047736
18
0.003498
-0,000742
3
0,003869
-5,5547592
-8,3047736
21
0.002756
-0,000742
3
0,003127
-5,7676812
-8,3047736
24
0.002438
-0,000318
3
0,002597
-5,95339835
-9,15207146
27
0.00212
-0,000318
3
0,002279
-6,08401853
-9,15207146
30
0.001696
-0,000424
3
0,001908
-6,26169971
-8,86438939
Modelo cinético
=.
Método Diferencial para sistema 2 Tabla 6
[−] =
̅=
= ∆∆
0,00191177
-6,25972751
-7,32283311
0,00080617
-7,12322005
-9,47459531
0,0004146
-7,78819636
-8,59912657
9,2133E-05
-9,29227375
-10,390886
4,6067E-05
-9,98542094
#¡NUM!
0,00003455
-10,273103
3
2,3033E-05
-10,6785681
#¡NUM!
0
3
2,3033E-05
-10,6785681
#¡NUM!
0
3
2,3033E-05
-10,6785681
#¡NUM!
∆
∆
0.00092133
0,00198087
3
0.000691
0,00023033
3
0.0001382
-0,0005528
3
4.6067E-05
-9,2133E05
3
4.6067E-05
0
3
2.3033E-05
-2,3033E05
3
24
2.3033E-05
0
27
2.3033E-05
30
2.3033E-05
t(min)
3 6 9 12 15 18 21
̅
0.0029022
Modelo cinético
=.∗−
-11,7771804
Graficas sistema 1 0 -7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0 -2
) T D / A C D ( N L = Y
-4 y
-6
Lineal (y)
-8 -10
X=LNCA
y = 1.1567x - 1.9769 R² = 0.7047
De la regresión lineal
-12
Por lo tanto
m=0.9495 b=-3.13
n=0.9495≈ 1
k=eb
k= 0.04371
m=n
sistema 2 2 0 -10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0 -2
) t d / a c d ( n L = y
-4 y = -2.8093x - 27.673 R² = 0.2876
y -6
Lineal (y)
-8 -10 -12
x=Ln Ca
De la regresión lineal m=-1,674 b=-20.893
Por lo tanto n=-1.674≈ 1 k= 8.4388*10-10
k=eb =
Tabla 3. Datos Experimentales Experimentación 2 t(min)
Sistema1 V
(ml)
Sistema2 V
(ml)
0.02M
0.01 M
3
7.8
4.5
6
6.5
2.3
9
5.4
0.9
12
4.5
0.3
15
3.7
0.3
18
2.8
0.3
21
2.6
0.3
24
2.2
0.2
27
1.7
0.3
30
1.5
0.3
Calculo de
[−] =
Tabla 4. t(min)
Sistema1
Sistema2
3
0,008268
0,002073
6
0,00689
0,00105953
9
0,005724
0,0004146
12
0,00477
0,0001382
15
0,003922
0,0001382
18
0,002968
0,0001382
21
0,002756
0,0001382
24
0,002332
9,2133E-05
27
0,001802
0,0001382
30
0,00159
0,0001382
Calculo para
[−] ∗ [−] = ∗
Para sistema 1 cálculo de la molaridad
[−] = 7.83 ∗∗ 0.5 0159 = 0.008268 [−] = 6.53 ∗∗ 0.5 0159 = 0.00689 Para sistema 2 cálculos de la molaridad
[−] = 4.5 3∗∗0.500691 = 0.002073 [−] = 2.33 ∗∗ 0.5 0159 = 0,00105953
Método diferencial para sistema 1 Tabla 5 t(min)
[−] =
∆
∆
̅
̅=
= ∆∆
3
0,008268
6
0,00689
-0,001378
3
0,007579
-4,88237401
-7,6857344
9
0,005724
-0,001166
3
0,006307
-5,06609515
-7,85278848
12
0,00477
-0,000954
3
0,005247
-5,25009879
-8,05345918
15
0,003922
-0,000848
3
0,004346
-5,4384994
-8,17124221
18
0,002968
-0,000954
3
0,003445
-5,67083137
-8,05345918
21
0,002756
-0,000212
3
0,002862
-5,8562346
-9,55753657
24
0,002332
-0,000424
3
0,002544
-5,97401763
-8,86438939
27
0,001802
-0,00053
3
0,002067
-6,181657
-8,64124584
30
0,00159
-0,000212
3
0,001696
-6,37948274
-9,55753657
Modelo cinético
=0.1384
Método Diferencial para sistema 2 Tabla 6 t(min)
3
[−] =
∆
∆
̅
̅=
= ∆∆
0,00156627
-6,45906041
-7,99299077
0,00073707
-7,21283221
-8,44497589 -9,29227375
0,002073 0,00105953 0,00101347
3
0,0004146 0,00064493
3
12
0,0001382
-0,0002764
3
0,0002764
-8,19366147
15
0,0001382
0
3
0,0001382
-8,88680865
#¡NUM!
18
0,0001382
0
3
0,0001382
-8,88680865
#¡NUM!
21
0,0001382
0
3
0,0001382
-8,88680865
#¡NUM!
3
9,2133E-05
-4,6067E05
0,00011517
-9,0691302
27
0,0001382
4,6067E-05
3
0,00011517
-9,0691302
#¡NUM!
30
0,0001382
0
3
0,0001382
-8,88680865
#¡NUM!
6 9
24
Modelo cinético
= 9.5889 ∗ 1013
-11,0840332
Graficas
sistema 1 0 -7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0 -2
) T D / A C D ( N L = Y
-4 y
-6
Lineal (y)
-8 -10
X=LNCA
y = 1.1567x - 1.9769 R² = 0.7047
De la regresión lineal
-12
Por lo tanto
m=1.1567 b=-1.9769
n=1.1567≈ 1
k=eb
k= 0.1384
m=n
sistema 2 2 0 -10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0 -2
) t d / a c d ( n L = y
-4 y = -2.8093x - 27.673 R² = 0.2876
y -6
Lineal (y)
-8 -10 -12
x=Ln Ca
De la regresión lineal
Por lo tanto
m=-2.8093
n=-2.8093≈ 1
b=-27.673
k= 9.5889*10-13
k=eb =
Observaciones Tenemos que valorar las sustancias para tener una molaridad promedio para hacer los cálculos de dos sistemas de un aproximado de 0.02 M y el otro de 0.01 M, ya que si no está bien valorada puede afectar en los cálculos, observamos que a mayor concentración mayor velocidad de reacción, al titular observamos que el vire fue de un color azul claro, este experimento lo hicimos 10 veces.
Conclusiones Puedo concluir que conforme aumenta la concentración de las moléculas de reactivo, también lo hace el número de colisiones, el cual conduce a un incremento de la velocidad de reacción. La velocidad de reacción con el aumento o disminución de la concentración en los reactantes, ósea la concentración es directamente proporcional a la velocidad de reacción, ya que en ambos sistemas, la concentración de los reactivos va en aumento. Y la disminución del volumen e incremento del tiempo. El método de obtención para el modelo cinético utilizamos el método diferencial. El sistema 2 demostró que la velocidad de reacción es afectada con respecto a la concentración pues la conversión de reactivos ocurrió de manera más acelerada y con menos puntos que en el sistema 1, donde la concentración es menor. Acorde a lo anterior, los objetivos de la práctica se han cumplido de manera satisfactoria
Bibliografica http://apuntescientificos.org/cinetica-quimica-ibq2.html
CUESTIONARIO 1.-¿CÓMO INFLUYE LA RELACION MOLAR? Si influye la relación molar, influye en la concentración de los reactantes.
2.-¿CÓMO INFLUYE LA RELACION MOLAR EN EL ORDEN DE REACCION? En que se lleva a cabo partiendo de una mezcla en la que los reactantes tienen una relación molar igual a su relación estequiometria. La suma de órdenes cinéticos parciales de todos los reactantes que intervienen en la ecuación cinética. 3.-¿CÓMO AFECTA LA CONCENTRACIÓN EN LA CONSTANTE DE VELOCIDAD? Que entre mayor sea la concentración de un reactante mayor será la velocidad de reacción.
