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ANALISIS CINETICO A TRAVES DE LA EXPERIMENTACION.
Sergio Esteban González, Karol Juliana García, Juan Carlos García
Universidad Pedagógica Nacional
Facultad de Ciencia y Tecnología
Departamento de Química
INTRODUCCIÓN:
Este laboratorio se realizará basando en cálculos experimentes. Con cada uno de los experimentos realizados se busca la velocidad
de reacción del NaHC^ O 3 + ( CH^ 3 COOH^ ),
con esta reacción se pretende averiguar la velocidad de la reacción. Esto se verá
reflejado en la recolección de C^ O 2 , el
volumen de este gas será medido a través de una trampa de agua. RESUMEN Mediante la experimentación se buscará recolectar información por medio de varias muestras. Con respecto a los datos recolectados se pretende hallar cuanto gas de CO2 fue desprendido de la reacción. Esto con el fin de hallar la velocidad promedio, el tiempo de vida media y el orden de la reacción. Justificación: La finalidad de este laboratorio es comprender conceptos como; cinética y velocidad de reacción a través de la experimentación. Para este experimento utilizares instrumentos de laboratorio y algunos elementos como globos y mangueras. Materiales: Materiales cantidad Bicarbonato de sodio (
NaHC O 3 )
21 g
Vinagre ( CH^ 3 COOH^ ) 300 ml
Bombas R1 5 unidad Matraz Erlenmeyer 1 unidad Manguera 1 unidad
REFERENTE CONCEPTUAL
Cinética química: La cinética se dedica al estudio de la velocidad de las reacciones químicas, los factores que afectan la velocidad y los mecanismos (series de pasos) a través de los cuales ocurren las reacciones. [ CITATION Whi15 \l 3082 ] Velocidad de reacción: suele expresarse en unidades de moles por litro por unidad de tiempo. Si se conoce la ecuación química de una reacción, su velocidad puede determinarse siguiendo el cambio de concentración de cualquier producto o reactivo, el cual puede detectarse en forma cuantitativa.[ CITATION Whi15 \l 3082 ] Bicarbonato de sodio: es un agente alcalinizante, usado para el tratamiento de acidosis metabólica como consecuencia de diferentes desórdenes como: queratocidosis diabética, diarrea, problemas renales y shock. [ CITATION Cat07 \l 3082 ] Ácido acético líquido: El Vinagre es principalmente una solución de ácido acético hecho per medio de fermentación a la que se le agregan las sales y los extractos la mayoría de los vinagres son el resultado de la acción de microrganismos. Formulas empleadas: Formula de la concentración en ml de ácido acético en el vinagre
50 ml ∗0.5 ml CH 3 COOH / 100 ml solución
= 2,5ml CH^ 3 COOH
Fórmula para calcular la concentración de
CH 3 COOH en moles
2,5 ml CH 3
COOH ∗1,05 g CH 3 COOH
1 ml CH 3 COOH
∗ mol CH 3 COOH
60,021 g CH 3 COOH
=0,44 molesCH^ 3 COOH
Fórmula para calcular concentración de NaHCO
g ∗ 1 mol NaHC O 3
84.005 g
=0.0714 mol
0.0714 molNaHC O 3
0.05 LNaHC O 3
=1,43 M
Gases ideales
PV = RnT
REGISTRO FOTOGRÁFICO Y
PROCEDIMIENTO
1 maceamos el bicarbonato de sodio. 2 envasar el bicarbonato maceado. 3 almacenar 50mL de ácido acético. 4 introducir la boquilla del globo en la boquilla de Erlenmeyer para vaciar el bicarbonato de sodio. 5 mantener el CO2 en los globos marcando la cantidad de solvente y soluto.
(^308 9 10 11 12 13 ) 35 40 45 50 55 60 65 f(x) = − 5.53 x + 112.21 R² = 0. 1/m Tiempo de vida media Ln2/K=6, Nº ensay o C02 Tiempo (s) Velocidad promedio 1 0.0249 12,
2 0.0195 10,65 5,08 x 10 −^4
3 0.0178 10,49 6,75 x 10 −^4
4 0.0166 9,95 8,34 x 10 −^4
5 0.0162 8,80 9,89 x 10 −^4
ANÁLISIS DE RESULTADOS
Se pudo observar a través de la experimentación que al aumentar bicarbonato de sodio ( NaHC O 3 )
se notaba el aumento la producción de C O 2. Durante la experimentación se notó que entre más
gramos de bicarbonato de sodio ( NaHC^ O 3 ) se notaba un precipitado.
Para encontrar el orden de la rección se utilizó el método grafico por el cual se logró verificar que la reacción era de orden 1. La cual tiene un tiempo de vida media de 6.17 segundos. Luego de la experimentación y el análisis se concluye la cinética química nos permite indagar como se lleva la reacción en cuanto a la velocidad y al tiempo en el que reacciona, utilizando las ecuaciones adecuadamente. Conclusiones Mediante la experimentation se logro recolectar los datos necesarios para poder llevar los calculos necesarios. Mediante el uso de tablas y graficos se logro identificar todos los datos con respecto a la cinetica quimica que se buscaba obtener.
Actividad 2 DATOS EXPERIMENTALES PARA EL ESTUDIO CINETICO DE LA REACCION DE PERMANGANATO DE POTASIO CON ACIDO OXALICO La reacción de permanganato de sodio con el ácido oxálico en una disolución acuosa de ácido sulfúrico. 2KMnO 4 (s) + 3C 2 H 2 O 4 (s) H2SO4^ K 2 CO3 (s)+2MnO2(s)+ 3H 2 O(l)+5CO 2 (g)
1. Preparación de las soluciones Se preparan 250 mL de solución de KMnO4 y 250 mL de C2H2O4 (utilizando como solvente acido sulfúrico 1M. KMnO 4 (masa en gramos)
C 2 H 2 O 4
(masa en gramos ) Volumen de las Sln (ml) 0.385 1,261 250
0,385 g ∙
1 mol
158 g
0,25 L
=9,75 x 10
− 3
M
1,261 g ∙
1 mol
90 g
0,25 L
=0,056 M
KMnO4 0,385g 250ml 9,75x10-3^ M C 2 H 2 O 4 1,261g 0,056 M
2. Datos experimentales de los tiempos de reacción Una vez realizadas las soluciones de KMnO4 y de C2H2O4, agregue cada una de ellas en cada tubo de ensayo, así: Una vez realizadas las soluciones de KMnO4 y de C2H2O4, agregue cada una de ellas en cada tubo de ensayo. Luego debe agregar la disolución de ácido oxálico correspondiente a cada tubo de ensayo y tomar el tiempo en el cual transcurre la reacción, es decir el desvanecimiento progresivo del color del permanganato de potasio. (recuerde agitar). Luego analice la variación de la velocidad de reacción cuando se cambia la concentración de cada uno de los reactivos.
[KMnO 4 ] mL Tiempo (seg) [KMnO 4 ] Ln [KMnO 4 ] 1/[KMnO 4 ] 1/[KMnO 4 ]^2 5 237 4,88E-03 -5,324 2,05E+02 4,21E+ 4 215 3,90E-03 -5,547 2,56E+02 6,57E+ 3 244 2,93E-03 -5,834 3,42E+02 1,17E+ 2 262 1,95E-03 -6,240 5,13E+02 2,63E+ R^2 0,4773 0,5723 0,6383 0,
3. Estudio del efecto de la temperatura sobre la velocidad de la reacción. Se ponen 5 mL de disolución de permanganato potásico en un tubo de ensayo y 5 mL de disolución de ácido oxálico en otro tubo de ensayo. Se introducen los dos tubos en el baño de agua a aproximadamente 60ºC y se espera unos cinco minutos hasta que las disoluciones a reaccionar alcancen la temperatura del baño. Se vierte el contenido del tubo de ácido oxálico sobre el que contiene el permanganato y a la vez se pone en marcha el cronómetro; se agita la mezcla con el agitador (no se debe coger el tubo con toda la mano). Se mide el tiempo transcurrido desde que se realiza la mezcla hasta que desaparece el color rosa del permanganato. Se repite el ensayo y se verifica que no existe una gran diferencia entre las dos medidas de tiempo obtenidas; si la hay, se debe realizar un tercer ensayo y, después, descartar el ensayo más desviado de los tres. Se procede de manera similar a aprox. 50ºC, 40ºC, 30ºC, 20 y en baño de hielo. Las medidas experimentales de temperatura y las variaciones de tiempo de reacción son las siguientes: Temperatura Baño de hielo 2°C
12°C 21°C 32°C 42°C 52°C 62°C 72°C
Tiempo 1 1 h 26´21” 23 ´33”
210 220 230 240 250 260 270 0.00E+ 5.00E+ 1.00E+ 1.50E+ 2.00E+ 2.50E+ 3.00E+ R² = 0. Tercer orden permanganato de potasio Tiempo (s) 1/[KMnO4]^
Tiempo 2 1h 25´10” 25 ´30”
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 R² = 0.54f(x) = − 0.01 x + 46.41R² = 0.52f(x) = − 0.01 x + 46.
Variación de temperatura con el tiempo
Ensayo 1 Linear (Ensayo 1) Linear (Ensayo 1) Ensayo 2 Linear (Ensayo 2) Linear (Ensayo 2) Linear (Ensayo 2) Linear (Ensayo 2) Tiempo (s) Temperatura °C Para el cálculo de la velocidad de reacción, se requiere hallar el reactivo límite, el cual dará la variación especifica en la reacción. Cabe aclara que estas concentraciones son en de 5mL cada reactante en su volumen sumado, es decir 10mL Reactante Concentración (M) KMnO 4 4,88x10- C 2 H 2 O 4 0,
0,028 moles C 2 H 2 O 4
L
2 mol KMnO 4
3 mol C 2 H 2 O 4
0,0187 mol KMnO 4
l
0,0187 mol
L
0,00488 mol
L
=0,01382 M faltantes
Eso quiere decir que el permanganato de potasio es el reactivo limite. ya conociendo el reactivo límite, se puede calcular la velocidad de la siguiente manera:
v =
Para calcular la constante de velocidad se emplea la siguiente ecuación proveniente de la ecuación de Arrhenius.
k =
v
[ C 2 H^ 2 O 4 ]
n
[ KMnO 4 ]
m
Temperatur
a K Tiempo 1/ Temperatura -1 (K) Temperatura -1 (K)
- ENSAYO - V (M/s) K 1 K (s) - Ln K 1 Ln K T(K)
- 275,15 5110 4,77E-07 2,56E+01 5,25E+03 0,0036 3,243 8,
- 285,15 1530 1,59E-06 8,55E+01 1,75E+04 0,0035 4,449 9,
- 294,15 440 5,54E-06 2,97E+02 6,10E+04 0,0034 5,695 11,
- 305,15 205 1,19E-05 6,38E+02 1,31E+05 0,0033 6,459 11,
- 315,15 100 2,44E-05 1,31E+03 2,68E+05 0,0032 7,176 12,
- 325,15 48 5,08E-05 2,73E+03 5,59E+05 0,0031 7,910 13,
- 335,15 20 1,22E-04 6,54E+03 1,34E+06 0,0030 8,786 14,
- 345,15 12 2,03E-04 1,09E+04 2,24E+06 0,0029 9,297 14, - R^2 0,9936 0, - 0.0028 0.0029 0.0030 0.0031 0.0032 0.0033 0.0034 0.0035 0.0036 0. - 0. - 1. - 2. - 3. - 4. - 5. - 6. - 7. - 8. - 9.
- R² = 0.
- Ensayo 2 variación temperatura k
- 0.0028 0.0029 0.0030 0.0031 0.0032 0.0033 0.0034 0.0035 0.0036 0. ln K
- R² = 0.
- Ensayo 2 variación temperatura k
