Equilibrio Quimico de Sistemas Homogeneos

7/25/2019 Equilibrio Quimico de Sistemas Homogeneos

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EQUILIBRIO QUIMICO DE SISTEMAS HOMOGENEOS

I. OBJETIVO.Determinar la concentracin del catalizador utilizado en lareaccin de esterifcacin.

Determinar la concentracin de la base utilizada en la titulacinacido-base.

Determinar las concentraciones iniciales de cada reactante yproducto.

Determinar las concentraciones en el equilibrio de cada producto yreactante.

Determinar la constante de equilibrio para la reaccin deesterifcacin en uncin de la concentracin a temperaturaambiental.

Determinar el cambio energa libre de gibbs estndar de la

reaccin a temperatura ambientalII. REVISION BIBLEOGRAFICA

Reaccin en el equili!i".

el equilibrioqumico es el estado en el que las actividades qumicasolas concentracionesde los reactivos y los productos no tienen ningncambio neto en el tiempo.

Relacin en#!e la $a!iacin %e la ene!&'a %e ene!&'a li!e ( lac"n)#an#e %e equili!i"

La ley del equilibrio qumico impone una condicin a las sustancias quese encuentran en el sistema. Dicas sustancias reaccionarn en unsentido o en el inverso asta que las concentraciones sean adecuadaspara que se cumpla la condicin de equilibrio. !sto es lo mismo quedecir que cuando el equilibrio se a alcanzado" no e#iste tendenciaalguna para que una de las reaccin $directa o inversa% tengan lugar conmayor velocidad que la otra.

La tendencia a que una reaccin transcurra viene determinada por laenerga libre del sistema. &i las condiciones son tales que se puedeobtener un traba'o til" la reaccin tendr lugar.

La energa libre de un sistema depende de su estado $(" )% y de lanaturaleza y de las concentraciones de las sustancias que lo componen.Las concentraciones tienen tendencia a modifcarse siempre que" con
https://es.wikipedia.org/wiki/Actividad_(qu%C3%ADmica)https://es.wikipedia.org/wiki/Concentraci%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Concentraci%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Actividad_(qu%C3%ADmica)


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ello" se pueda obtener un traba'o til" o sea que la energa libre adquierasu valor mnimo.

La constante de equilibrio estar pues relacionada con la energa libre.La termodinmica demuestra que la relacin es*

D + , - .).ln p

/uanto mayor sea la disminucin de energa libre $o mayor el traba'oaprovecable%" tanto mayor ser el valor de " es decir" tanto msprogresar la reaccin acia la dereca" y viceversa. /uando le valor dep es muy grande" la reaccin transcurre acia la dereca de ormaprcticamente total.

e)#a%" e)#*n%a!

!n qumica" el estado estndar de un material $sustancia pura" mezcla osolucin% es un estado de reerencia utilizado para calcular suspropiedades ba'o dierentes condiciones. !n principio" la eleccin delestado de reerencia es arbitraria" aunque la 0nin 1nternacional de2umica (ura y 3plicada $10(3/% recomienda un con'unto convencionalde estados estndar para su uso general. La 10(3/ recomienda usar unapresin estndar de por, 456(a. !strictamente ablando" latemperatura no es parte de la defnicin de un estado estndar.

C"n)#an#e %e Equili!i"

Las constantes de equilibrio re7e'an cuantitativamente a los mltiplesestados de equilibrio para cada reaccin. &on una medida de la mayor omenor e#tensin de las reacciones qumicas.

0na vez alcanzado el equilibrio" la proporcin entre los reactivos y losproductos no es necesariamente de 4 a 4. !sa proporcin es descrita pormedio de una relacin matemtica mostrada a continuacin*

Dada una reaccin gen8rica*

a3 9 b: ; 9 z? "

donde A" B" Yy Zrepresentan las especies qumicas involucradasy a" b" yy zsus respectivos coefcientes estequiom8tricos. La ormula
https://es.wikipedia.org/wiki/IUPAChttps://es.wikipedia.org/wiki/Pascal_(unidad)https://es.wikipedia.org/wiki/IUPAChttps://es.wikipedia.org/wiki/Pascal_(unidad)


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que describe la proporcin en equilibrio entre las en equilibrio entre lasespecies involucradas es*

Los par8ntesis representan el valor de la concentracin $normalmente enmol@L% de la especie que esta representada dentro de ellos

Kces un concepto llamado constante de equilibrio de la reaccin. /adareaccin de equilibrio posee su constante" la cual siempre posee elmismo valor para una misma temperatura.

De un modo general" la constante de equilibrio de una reaccincualquiera es calculada dividi8ndose la multiplicacin de lasconcentraciones de los productos $cada una elevada en su respectivocoefciente estequiom8trico% por la multiplicacin de las concentracionesde los reactivos $cada uno elevado en su relativo coefcienteestequiom8trico%.

0n e'emplo de esto es la ormacin de tri#ido de azure $&AB% a partirdel gas o#geno $AC% y el di#ido de azure $&AC$g%%" que es una etapa delproceso de abricacin del cido sulrico*

C &AC$g%9 AC$g%;


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Va!iacin %e la c"n)#an#e %e equili!i" c"n la #e+,e!a#u!a

!l estudio del equilibrio qumico constituye una parte undamental de laqumica" siendo la base para interpretar multitud de enmenos yprocesos que son ob'eto de atencin en distintas ramas de las ciencias

e#perimentales. !n particular" la in7uencia de la temperatura es unactor determinante que e#plica la e#tensin de un determinadoequilibrio qumico. Las reacciones con participacin de iones son muycomunes en los procesos qumicos en general y en determinadosprocesos biolgicos en particular. !ntre estas reacciones" cabe destacarla solubilidad de sales poco solubles como puede ser el caso del yodatode bario. !l m8todo propuesto se basa en el siguiente equilibrio*

:a$1AB%CE FCA $s% GC 1ABHaq 9 :aC9aq 9 FCA $l% $4%

cuya constante de equilibrio viene dada en t8rminos de actividadescomo

&i tenemos en cuenta que la actividad del agua como la de la sal slidason la unidad" podemos reducir la constante de equilibrio a

donde sp es la constante de equilibrio denominada producto desolubilidad.

&i se supone una disolucin muy diluida" los coefcientes de actividadsern prcticamente la unidad" por lo que puede escribirse*

(or otra parte" la dependencia de la constante de equilibrio con latemperatura puede obtenerse igualando las e#presiones*


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donde son la energa libre de +ibbs" la entalpa y laentropa estndar de reaccin" respectivamente.

De esta orma*

-/

&egn esta ecuacin" si es constante entre los lmites detemperatura de traba'o" la representacin de ln rente a 4@) dar una

recta de pendiente y ordenada en el origen

!n esta prctica determinaremos la cantidad de yodato de bario disueltoy as obtener la constante de equilibrio en uncin de la temperatura.!sta uncionalidad" representada por la ecuacin $I%" nos permitirobtener el valor de la entalpa y entropa de la reaccin.

Jamos a determinar la cantidad de yodato disuelto por un m8todoindirecto. !ste consiste en aKadir yoduro a la disolucin para provocar lasiguiente reaccin*

en el que se orma una cantidad de $B 1H% cuya cantidaddeterminaremos espectrootom8tricamente en la zona del visible $656nm%. (ara ello se utiliza la ley de Lambert-:eer" que relaciona laabsorbancia $3% con la concentracin $c% de la especie absorbentemediante la ecuacin*

donde 1 es el espesor de la muestra $4 cm% y el coefciente deabsorcin molar" que depende de la longitud de onda empleada" de la

naturaleza de la sustancia disuelta y de la temperatura. !n el segundomiembro de la ecuacin aparecen dos incgnitas" c y " por lo que esnecesario trazar una recta de calibrado previa para obtener elcoefciente de e#tincin molar del triyoduro.

III. MATERIALES0 EQUI1OS 2 REACTIVOS3


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Ma#e!iale)3

C5 viales con tapa rosca de 46-C5 mL C folas de 4L buretas de 65 mL

0na bbureta de 6-45 mL 6 embudos de vstago corto 6 portaburetas dobles de iser con un soporte universal 0na pipeta con embolo :eaMer de 455 o de C65 mL C espatulas baguetas o varillas de vodrio lunas de relo' 4C erlenmeyer 465 o C65 mL B pipetas graduadas de 4 mL B pipetas graduadas de C mL B pipetas graduadas de 6 mL 65cm de cinta engomada 0n picnmetro de 6 o 45 mLIV. 1ROCEDIMIENTO E41ERIMENTAL3a/ preparacion de F/l apro#. BN y determinacin de su densidad a

temperatura ambiente*o eectuar los clculos y preparar 4 L de F/l apro#. B N" a partir del

F/l concentrado.o !tiquetar. !nrasar en una bureta de C6 o 65 mL.

(esar un picnmetro de 6 o 45 mL $provisto de termmetro o no%limpio y seco. 3notar.(esar el picnmetro con agua destilada. 3notar.(esar el picnmetro con F/l apro#. B N. anotar./alcular la densidad de F/l apro#. B N.3veriguar en manuales o en el andbooM del ingeniero quimico laconcentracin que corresponde a la densidad determinada.3notar.

/ (reparacion del contenido inicial de cada reactor.o pesar $minimo al 9@- 5"4 mg% el reactor de vidrio y de una

capacidad mayor a 45 mL con su tapa" limpio y seco numerada"segn el numero asignada a cada alumno. 3notar en el casillerocorrespondiente en la tabla NoB

o aKadir los 6 mL de F/l apro#. BN" tapar" pesar y anotar.o 3Kadir los mL del siguientes reactivo" segn lo establecido en la

tabla No B para cada reactivo tapar" pesar y anotar en el casillerocorrespondiente


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o Luego aKadir los mL del siguiente reactivo" segn este indicado enla tabla No B" tapar" pesar y anotar donde corresponde continuarasta completar 45 mL aKadidos.

o &ellar erm8ticamente cada uno de los reactores. 3gitardiariamente durante dos minutos y de'ar en reposo a temperatura

ambiente.c/ 1!e,a!ac"n %e una )"lucin e)#an%a!i5a%a %e NaOH3o (reparar 4 L de NaAF 5"6 N etiquetar.o !nrasar una bureta de C6 o 65 mL con NaAF" aplicando silicona a

la llave esmirilada.o (esar C o B muestras de acido silcico alrededor de 5"4 g $ minimo

al 9@- 5"4 mg%.o 3notar cada masa. Disolver casa muestra numerada en un

!rlenmeyer que contengan 45 mL de agua estilada. 3Kadir C o Bgotas de enoltalena.

o )itular cada una de las tres muestras con NaAF paraestandarizarlo. 3notar el gasto requerido para lograr un color rosad8bil.

o /alcular la normalidad de N3AF. 3notar y etiquetar.%/ !standarizacin de la solucin de F/l apro#. B N utilizada como

catalizador.o !nrasar una microbureta de 6 o 45 mL con el F/l apro#. B N.o Oedir B muestras de 6 mL de F/l apro#. B N en un !rlenmeyer y

agregar 4 o C gotas de enoltalena.o )itular las tres muestras con el NaAF estandarizado. 3notar el

gasto requerido para que aparezca un color rosa d8bil.o !ectuar los clculos para determinar la normalidad estndar del

F/l. 3notar y etiquetar.o /omparar su resultado con el averiguado.e/ Determinacin del volumen de NaAF estandarizado requerido para

neutralizar el catalizador $F/l puro% u el acido ac8tico $F3c%presentes en el equilibrio y solo en una alcuota de muestra decada reactor.

o (esar una probeta de 6 o 45 mL limpia y seca. 3notar.o Oedir C mL de muestra de cada reactor. (esar y anotar.o Determinar el peso de alcuota de muestra separada para titular

$malicuota%o Determinar el peso de la muestra total" restando el ultimo peso de

cada reactor con todo su contenido menos el peso del respectivoreactor limpio y seco $mtotal%


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o Jerter los C mL de cada muestra en un !rlenmeyer" en'uagar laprobeta con C porciones de apro#. 6 mL de agua destilada y aKadir4 o C gotas de enoltalena.

o )itular con el NaAF estandarizado y anotar el gasto requerido paraque aparezca un rosado d8bil. 3notar.

6/ /alcular el nmero de moles de acido ac8tico en el equilibrio paracada reactor*

Determinar el gasto total de NaAF que corresponde a cadareactor" multiplicando el gasto de la alcuota por el actor3@:,$malicuota%. !l resultado anotar como gasto total.

/alcular el numero de moles de acido ac8tico en el equilibrio encada reactor empleado.Numero de moles de acido ac8tico , node moles de NaAF P nodemoles de F/l

&/ /alculo del no moles iniciales cada sustancia alimenta al reactor alinicio*Determinar La masa correspondiente a 6 mL de F/l estandarizado.(or dierencia de pesadas registradas en la tabla NoB. 3notar en elcasillero respectivo de la tabla No.

/alcular la masa de F/l puro y luego en node moles y anotarlo. !smasa de catalizador.

/alcular la masa de agua y luego su numero de moles en el F/lestandarizado y anotar y anotar en el casillero que correspondecomo numerode agua presente en cada uno de los reactores.

(or dierencia de pesadas determinar las masas de /FB/AAF"/CF6AF" /FB/AA./CF6AF. $tomando en consideracin el porcenta'ede pureza de cada reactivo utilizado% y FC5" y luego determinar elnmero de moles iniciales aKadidas de cido ac8tico" etanol"acetato de etilo y agua. &egn corresponde a cada reactor. !sconveniente recordar que para algunos reactores es necesariosumar el noFCA procedente del catalizador" para anotar el nototal emoles iniciales de agua. 3notar en los casilleros respectivos de latabla No

7/ calculo de moles de etanol" de acetato de etilo y agua en el

equilibrio en cada reactor* anotar el node moles iniciales de F/l puro $catalizador%" el node

moles de cido ac8tico" etanol" acetato de etilo y de agua. 3notarel node moles de cido ac8tico en el equilibrio y que correspondeal reactor en estudio.

Deducir el nmero de moles de cido ac8tico que se an ormado aque an reaccionado. 3 partir de ello" relacionar


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estequimetricamente las cantidades que reaccionan y se orman"para fnalmente determinar tambi8n el nmero de moles deetanol" de acetato de etilo y de agua en el equilibrio. REACTOR No --------- /FB/AAF 9 /CF6AF -----------

/FB/AA./CF6AF 9 FCA

Oasa inicial$g% QQQQQQQ. QQQQQ. QQQQQQQQQQQQQ. QQQQQ

Oasa molecular $g@mol%QQQQQQ QQQQQQ QQQQ.QQQQQQQQQ. QQQQ..

1nicialmente $moles% QQQQQQQ QQQQQ.. QQQQQQQQQQQQQ QQQQ..

eaccionan $moles% QQQQQQ.. QQQQQ. QQQ..QQQQQQQQ.. QQQQ..

&e orman $moles% QQQQQQQ QQQQQ... QQQQ.QQQQQQQQ. QQQQ..

!n el equilibrio$moles% QQQQQQ QQQQQQ. QQQQ.QQQQQQQQ. QQQQ

i% /alculo de la constante de equilibrio $g% de cada reactor

c (CH3COOH) eq (C2H5OH) eq

(CH3COOH . C2H5OH) eq (H2O ) eq

V. DATOS E41ERIMENTALES 2 BIBLEOGRAFICOS0 CALCULOS2 RESULTADOS3

I. DATOS0 C8LCULOS 2 RESULTADOS

TABLA NO9:3 /RL/0LA D!L JAL0O!N D! F/l /AN/!N)3DA > D! L3

O3&3 NaAF !20!1DA&*

Da#")DETALLE HCl NaOHOasa molecular BS.6 g@mol 5.5BC g@molJolumen a preparar C65 mL 655 mL/oncentracin B.5 N

$mol@L% 5.6 N$mol@L%


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(ureza de reactivo BI.6 T UV.6 TDensidad terica 4.4V g@mL -----Jolumen o masarequerida

S4.IIUI mL U.V6IU g

C*lcul" %e la +a)a %el NaOH0 ,a!a ,!e,a!a! ;99 +L %e)"lucin 3

msust .=M PM Vsoln pureza

msust .=0.5mol /L 40.032g /mol0.5L 98.5

msust .=9.8579 g

TABLA NO 9 D!L F/l )1)0L3DA /AN !L NaAF!&)3ND31?3DA*

TABLA NO 9


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!ntonces teniendo los datos anteriores" se calcula la concentracin e#acta del

NaAF. (ara ello se emplea la ecuacin anterior*

NNaOH=mHSuc purezaHSuc eqg/mol

PMHSuc 100GastoNaOH

NNaOH= 0.3063 g 992Eq /mol

118.06g /mol1000.0114L

NNaOH=0.4422Eqg/L

De orma anloga" se acen los clculos para el resto de las mesas.

TABLA NO 9


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N F/l promedio" $eq-g@L%

B.5BUS

OBSERVACIONES3 1ndicador * enoltalena

/olor inicial * )ransparente /oloracin en el punto de vire * osa d8bil

L") c*lcul") ,a!a la #ala an#e!i"! )e 7acen c"n la )i&uien#e ecuacin3

NHCl=NNaOHVNaOH

VHCl

NHCl=0.4482Eqg /L 13.60mL

2.0mL

NHCl=3.0480Eqg /L

De orma similar se acen los clculos para el resto de las mesas.

TABLA NO9>3 D3)A& !Y(!1O!N)3L!& D! (!&3D3& > JALZO!N!&*REACTOR HCl = >.N CH>COOH CCOOC


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9 6 6 4 ::

44.V54B 6

4S.UUV6 B

4U.C54B C

C4.5BI6

: 4V.S6B 6 CB.VB 4 C.SUV CV.45:

C6.ICC 6

B4.445

B6.B456 4

BS.4VI6

:;

4V.BCC 6

CB.SIV B

CS.6SVU C

CV.B545

:

4V.C 6

CB.4 C

C6.BIS B

CI.VCUS

:

4.SUIU 6

C5.555U 4

C4.5SU5

C.S4BV

:

4.6I5

S 6

4U.II5

C

C5.VIS

C

CC.SBB

5 4

CB.S5I

5:

4.IV56 6

4U.U4SS 4

C5.SVS5 4

C4.S6S5 B

C.CS5S

COOH3

mH!C=mreactor conHCl+H!Cmr eactor conHCl

mH!C=20.0350 g17.9192 g

mH!C=2.1158 g

nH!C=mH!C

PMH!C

nH!C= 2.1158 g

60.032g/mol

nH!C=0.0352g

C*lcul" %e la +a)a ( %el n+e!" %e +"le) %e : +L %e CH>COOC


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n!Cet"lo=m!Cet"lo

PM!Cet"lo

n!Cet"lo= 0.8513g

88.064 g/mol

n!Cet"lo=0.0106 g

De esta manera se realiz los clculos para cada reactor y los resultados sereportan en la siguiente tabla*

TABLA N? 93 /RL/0LA D! LA& (!&A& > D!L NZO!A D! OAL!& D!&0&)3N/13& 1N1/13L!&3

EA.

; +L %e HCl >N CH>COOH CCOOC


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C 6.4VCU

B 6.BB4B

6.CBU

I6 6.B46U

S 6.CBB

I 6.S6CB

V 6.4I4U 6.CBB45 6.CC

44 6.4UI4C 6.4V4B 6"4UV4 6.BSV46 6.464

S .UU4I 6.44V 6.4UU4U 6.4BSC5 6.B4C

TABLA N? 9;3 !&0L)3DA& D! L3 )1)0L3/1WN D! 0N3 3L1/0A)3 D!O0!&)3 /AN NaAF !&)3ND31?3DA " D!)!O1N3/1WN D!L NZO!A D!


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OAL!& D! R/1DA 3/[)1/A !N !L !201L1:1A > D!)!O1N3/1WN D! L3/AN&)3N)! D! !201L1:1A !N 0N/1WN D! L3& /AN/!N)3/1AN!&*

TABLA N? 9;=A3

Oasa

total demuestra3 $g%

Oasa

de CmLdemuestra: $g%

)itulacin con

NaAF estanderizado

N\

meqdeNaAF

N\

meqdeF/l

N\ meq

de/FB/AAF

Jol.:$mL%

+astoparcial$mL%

3/)A 3@:

+asto)A)3L$mL%

4 CC CB C C6 C

S CI CV U.SC 4.USB CU V.4SV C.BCUB C45 U.6C6 4.U46C C44 V.UI 4.VBBS C4C I.6IUC 4.6SBC C4B U.S4V C.4SC C4 45.BC4 C.444 C46 U.I45U C.5S4 C4S U.BS64 C.55B C

4I U.V5S6 C.5B4C C4V V.USU 4.UI56 C4U U.ISB C.5UU5 CC5 V.6I6S C.56U6 C

TABLA N? 9;=B3 RESULTADOS DE LAS CONCENTRACIONES ENEQUILIBRIO 2 DE LAS CONSTANTES DE EQUILIBRIO3

N\ /AN/!N)3/1AN!& , N\ OAL!& !N !201L1:1A[ CH3COO [ CH3COOC2 [ C2H5O [H2O ]

c c ]

4CB


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6SIVU

45444C4B44

64S4I4V4UC5

VI.

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Equilibrio Quimico de Sistemas Homogeneos

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