Termodinámica del Equilibrio Químico ESIQIE Practica 4.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL.

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS. LABORATORIO DE TERMODINÁMICA DEL EQUILIBRIO QUÍMICO.

Practica 4. “EQUILIBRIO QUÍMICO HOMOGÉNEO EN FASE LÍQUIDA” Grupo: 2IM41 Equipo: Integrantes:     

ALVARADO GUTIERREZ IRVING YAIR TECALERO FELIPE JESÚS ALBERTO CERVANTES MEZA ÁLVARO IVÁN GARDUÑO GRANADOS PAMELA LUCIA PONCE ORTEGA JOSE EDUARDO

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL Escuela superior de ingeniería química e industrias extractivas

OBJETIVOS. 





Calcular la constante de equilibrio químico en fase liquida de una reacción de esterificación. Llevar a cabo la catálisis acida de la reacción de etanol con ácido acético para obtener un éster acetato de etilo y verificar la dependencia. Determinar la relación de concentraciones y la constante de equilibrio para una reacción de esterificación. MARCO TEÓRICO.

EQUILIBRIO QUÍMICO HOMOGÉNEO Llamamos equilibrio homogéneo a aquél en el cual todas las especies se encuentran en la misma fase Por otra parte, si la reacción está catalizada, el catalizador también ha de estar presente en la misma fase. Aunque la velocidad de reacción puede definirse de diversas formas, en los sistemas homogéneos se emplea casi exclusivamente la medida intensiva basada en la unidad de volumen de fluido reaccionante. CONSTANTE DE EQUILIBRIO QUÍMICO EN SISTEMAS HOMOGÉNEOS El equilibrio es un estado en el que no se observa cambios durante el tiempo transcurrido. Cuando una reacción química llega al estado de equilibrio, las concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes en el tiempo, sin que se produzca cambios visibles en el sistema. Por ello, se describen diferentes tipos de reacciones en equilibrio, el significado de la constante de equilibrio y su relación con la constante de velocidad, así como los factores que pueden modificar un sistema en equilibrio. EQUILIBRIO QUÍMICO El equilibrio es un estado en el que no se observan cambios durante el tiempo transcurrido. Cuando una reacción química llega al estado de equilibrio, las concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes en el tiempo, sin que se produzcan cambios visibles en el sistema. Sin embargo, a nivel molecular existe una gran actividad debido a que las moléculas de reactivos siguen formando moléculas de productos, y éstas a su vez reaccionan para formar moléculas de reactivos Todo equilibrio químico se encuentra regido por el principio de Le Chatelier y la ley de acción de masas. Henry Le Chatelier en 1884 enuncia su principio que indica la dirección que seguirá un sistema en equilibrio cuando se cambian las condiciones de concentración, presión y temperatura. Al provocar cambios en la temperatura o


presión de un sistema en equilibrio, éste reacciona de tal forma que contrarresta el cambio producido DESARROLLO EXPERIMENTAL.

1. Preparar una serie de sistemas reaccionantes de acuerdo a la siguiente tabla y dejarlos reposar por lo menos durante una semana para que se lleve a cabo la reacción. SITEMAS. S1 S2 S3 S4 S5 Etanol Ac. Acético

10 10

10 10

10 10

5 5

15 15

Ac. Clorhídrico

5

5

-----

5

5

Acetato Etilo

----

5

5

----

----

2. Despues de transcurrida la semana, tome una alícuota de 5 ml del sistema en estudio, agregue 10 ml de agua destilada y titule con una solución previamente valorada de NaOH, utilizando fenoftaleína como indicador. DATOS EXPERIMENTALES Y CALCULOS. SISTEMA S1 S2 S3 S4 S5

A CH3COOH 60.0548.07

1.05

0.994

Alícuota

Volumen de NaOH

5 ml 5 ml 5 ml 5 ml 5 ml

9.2 ml 8.2 ml 10.3 ml 12 ml 12.5 ml

B +

C

CH 3CH2OH

HCl

D

CH3COOCH2CH3 +

H2 

46.07

36.46

88.1

0.9

PM(

0.79

1.84

0.9

1

P (

0.999

0.376

0.9998

1

PUREZA

 



)

)


SISTEMA 1. 

Obtener moles iniciales ∗

ƞ0 i=



∗.

ƞ0 B=

.

∗ .999 .999 = 0.171307 0.171307

∗(.)

ƞ0 A=

∗ 

∗ .9994 .9994 = 0.174749 0.174749

. ∗.

ƞ0 HCl=

∗ .376 = 0.0948 0.094877 77

∗.

∗( ∗ (.) .)

∗.

.

.

.

ƞ0 D= 

.

∗ .001 +

∗ .0006 +

∗ .624 = 0.15773 0.157731 1

Calcular moles totales del acido ƞ total del acido=(VNaOH*NNaOH *Vtotal)/Valicuota ƞ total del acido=



  ∗ ∗  

∗



= 0.138

Calcular moles finales de ácido acético ƞf acido acético= ƞ0total del acido- ƞ0 HCl ƞ0 acido acético=0.138-0.094877=0.04313



Con moles finales de ácido acético sustituir valor valor en la ecuación de salida del ácido acético y despejar el avance ƞf A= ƞ0 A-ξ ƞ0 A- ƞf A= ξ ξ=0.174749 -0.04313=0.131619 Sustituir ξ en todas las ecuaciones de salida ƞf A =0.174749-0.131619=0.04313 ƞf B=0.171307-0.131619=0.039688 ƞf D=0.157731+0.131619=0.28935

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL Escuela superior de ingeniería química e industrias extractivas 

Con la ecuación de Keq obtener la constante de equilibrio sustituyendo las moles finales obtenidas Keq=

ƞf D

ƞf A∗ƞf B



=

.

.∗.

= 169.038

Calcular la eficiencia del sistema %eficiencia=( ƞAAcx100)/ ƞ0 AAc (0.04313*100)/ 0.174749=24.6811%

SISTEMA 2. ƞ total del acido =(VNaOH*NNaOH *Vtotal)/Valicuota

.∗

ƞ total del acido = 

  ∗ ∗  



=0.1656 




Con moles finales de ac.acetico ac.acetico sustituir valor en la ecuación de salida del acido acético y despejar el avance ƞf A= ƞ0 A-ξ ƞ0 A- ƞf A= ξ ξ=0.17474938-0.07072342= 0.10402595 Sustituir ξ en todas las ecuaciones de salida

Moles finales acetico etanol hcl etilo agua

0.10402595 0.06728075 0.09487658 0.15509406 0.16351531




Con la ecuación de Keq obtener la constante de equilibrio sustituyendo las moles finales obtenidas ƞf C∗ƞf D

1550∗1635

Keq=ƞf A∗ƞf B = 1040∗0672 =3.6234395 

Calcular la eficiencia del sistema %eficiencia=( %eficiencia=( ƞ AAcx100)/ ƞ0 AAc

(0.10402595*100)/ 0.174749=59.5286548 %


.∗


  ∗ ∗  



=0.1656 




Con moles finales de ácido acético sustituir valor en la ecuación de salida del ácido acético y despejar el avance ƞf A= ƞ0 A-ξ ƞ0 A- ƞf A= ξ ξ=0.17474938-0.07072342= 0.10402595 Sustituir ξ en todas las ecuaciones de salida


0.10402595 0.06728075 0.09487658 0.15509406 0.16351531





1550∗1635

Keq=ƞf A∗ƞf B = 1040∗0672 =3.6234395 


(0.10402595*100)/ 0.174749=59.5286548 %


.∗


  ∗ ∗  



=0.1545 

Calcular moles finales de ácido acético ƞf acido acético= ƞ0total del acido- ƞ0 HCl ƞ0 acido acético=0.1545 -0=0.1545



Con moles finales de ac.acetico sustituir valor en la ecuación de salida salida del acido acético y despejar el avance ƞf A= ƞ0 A-ξ ƞ0 A- ƞf A= ξ ξ=0.17474938-0.1545= 0.02024938 Sustituir ξ en todas las ecuaciones de salida


0.02024938 0.15105733 0 0.07131748 0.02053575

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL Escuela superior de ingeniería química e industrias extractivas 


Keq=ƞf A∗ƞf B = 

0.07131∗0.02053 0.0202∗0.15105

=0.47879876

Calcular la eficiencia del sistema

%eficiencia=( %eficiencia=( ƞ AAcx100)/ ƞ0 AAc

(0.02024*100)/ 0.174749=11.5876669%

SISTEMA 4. 

Calcular moles totales del acido ƞ total del acido =(VNaOH*NNaOH *Vtotal)/Valicuota ∗


  ∗ ∗  



= 0.108




Con moles finales de ácido acético sustituir valor en la ecuación de salida del ácido acético y despejar el avance ƞf A= ƞ0 A-ξ ƞ0 A- ƞf A= ξ ξ=0.174749-0.013123=0.161626 Sustituir ξ en todas las ecuaciones de salida

ƞf A =0.174749-0.161626= =0.174749-0.161626=0.013123 0.013123 ƞf B=0.171307-0.161626=0.009681 ƞf D=0.157731+0.161626=0.319357 

Con la ecuación de Keq obtener la constante de equilibrio sustituyendo las moles finales obtenidas

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL Escuela superior de ingeniería química e industrias extractivas ƞf D

.

Keq=ƞf A∗ƞf B = .∗. = 2513.7558




(0.013123*100)/ 0.174749=7.5096%

SISTEMA 5. 

Calcular moles totales del acido ƞ total del acido =(VNaOH*NNaOH *Vtotal)/Valicuota .∗


  ∗ ∗  



= 0.2625 0.2625




Con moles finales de ácido acético sustituir valor en la ecuación de salida del ácido acético y despejar el avance ƞf A= ƞ0 A-ξ ƞ0 A- ƞf A= ξ ξ=0.174749-0.167623=0.007126 Sustituir ξ en todas las ecuaciones de salida

=0.174749-0.007126=0.167623 0.167623 ƞf A =0.174749-0.007126= ƞf B=0.171307-0.007126=0.164181 ƞf D=0.157731+0.007126=0.164857 

Con la ecuación de Keq obtener la constante de equilibrio sustituyendo las moles finales obtenidas ƞf D

.

Keq=ƞf A∗ƞf B = .∗. = 5.9903





1. (0.167623*100)/ 0.174749=95.9221%


CONCLUSIONES.

En esta práctica la experimentación fue pues algo sencilla lo complicado o no complicado si no en lo que se tenía que tener cuidado era a la hora de titular pues el vire era repentino y por lo tanto tenía tenía que tener mucho cuidado de no pasarte porque si no los resultados iban a ser erróneos También concluimos que la constante de equilibrio depende del tipo de reacción que se lleve a cabo pues que esta afecta directamente en esta constante y de esta constante la eficiencia de la reacción entre mayor sea la constante mayor será la eficiencia.

Alvarado Gutiérrez Irving Yair Yair


CONCLUSIONES.

Se determinó la relación de concentraciones concentraciones de acuerdo con los cinco sistemas en diferentes variaciones de volumen y las constantes de equilibrio de cada sistema para una reacción esterificación.

TECALERO FELIPE JESÚS ALBERTO


CONCLUSIONES.

*Durante la experimentación para obtener las constantes de equilibrio se tuvo que titular primero y obteniendo las moles finales se procedió a hacer el cálculo para la constante de equilibrio y observamos que no tiene unidades. *Para las 5 muestras se observa que con diferentes concentraciones se obtiene diferentes constantes de equilibrio y el grado de avance igual va cambiando. *El catalizador HCl no tiene efecto sobre la constante de equilibrio, solo acelera el proceso de reacción. *La densidad, temperatura y volumen tampoco afecta a los cálculos puesto que se mantienen constantes.

Ponce Ortega José Eduardo


CONCLUSIONES.

En esta práctica se realizó un equilibrio químico homogéneo mediante el método de titulación, en la esterificación del ácido acético con alcohol etílico usando como catalizador al ácido clorhídrico, para obtener como producto en la reacción al acetato de etilo. El ácido clorhídrico está actuando como catalizador, únicamente está aumentando la velocidad de una reacción química, ósea que en todos los sistemas serán los mismo moles que se tienen al inicio y al final de la reacción. La determinación de la constante de equilibrio (Keq) a diferentes composiciones y temperatura constante es variable, esto lo podemos observar en los cálculos realizados. Se observará que para cada sistema se obtuvo una constante de equilibrio distinta dado que cada sistema tenía una compo sición distinta. Al cambiar la constante de equilibrio también cambiara el grado de avance de cada uno de los sistemas.

Garduño Granados Pamela Lucia.

Termodinámica del Equilibrio Químico ESIQIE Practica 4.

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