Práctica 12

Tecnológico de Monterrey Campus Puebla

“Cinética: Ley de velocidad de una reacción.”

Víctor Hugo Blanco Lozano

Equipo #2, Sesión 12

Objetivo: Que los alumnos sean capaces de relacionar el tiempo que toma una reacción bajo ciertas condiciones específicas. Determinar cómo afectan tanto la temperatura como la concentración de la sustancia la velocidad de reacción.

Introducción:

La velocidad de reacción es la cantidad de producto que se forma o la cantidad de reactivos que desaparecen en una unidad de tiempo. Ésta se va a medir en M/ seg. La velocidad de reacción es estudiada por la cinética química La cinética química es la rama que estudia las velocidades presentes en una reacción incluyendo los factores que la pueden afectar ya sea tanto externamente como a nivel molecular. Los factores que pueden afectar la velocidad con la que ocurre una reacción son: la concentración de los reactivos, la temperatura, los catalizadores y el área superficial. Los catalizadores son uno de los factores más importantes dado que son sustancias ajenas a la reacción que favorecen que estas se produzcan de una manera más rápida. En esta práctica en particular se va a analizar como un catalizado r(NH₄)₂S₂0₈  va a afectar el tiempo en el que se realiza una reacción por ende modificando la velocidad de reacción del experimento 1.

Procedimiento:

*Experimento 1

En el primer experimento se empezó por hacer disoluciones que nos llevaron a realizar los siguientes cálculos:

1.-KI - 0.20M
                            

P.m: 165.99 grs      

2.-NaCl - .20M       

P.m = 58.43 grs.

3.-Na2S2O3 - 01M (Pentahidratado)

P.m 248.1737 grs.

4.-(NH4)2SO8 - .20M

P.m= 196.06 grs.

5.-CuSO4 - .20M (pentahidratado)P.m= 249.603 grs          


6.-(NH4)2SO4

P.m= 132.13 grs

7.- Almidón -2%

Si en 100 ml. ---- 2 grs.

    en 25 ml.   ---- .5grs

Una vez realizados estos cálculos, se prosiguió a realizar las disoluciones. Una vez terminadas, se tomaron 5 tubos de ensaye los cuales fueron graduados del 1 al 5 y se llenó cada uno de acuerdo a la siguiente tabla:

Tuvimos que ser extremadamente cuidadosos con el uso de las pipetas, ya que si no las lavábamos antes de tomar de la solución 1 y 5, la solución se echaba a perder y era visible ya que había un cambio de color. Justo en el momento en el que se vertía la última solución en el tubo de ensaye, se activaba el cronómetro y enseguida se taba el tubo y se empezaba a revolver. Los resultados obtenidos tanto del tiempo como del color se anotaron en la siguiente tabla:

Tabla #1	Tiempo	Color
Tubo #1	20s	Verde olivo
Tubo #2	30s	Ámbar
Tubo #3	24s	Miel
Tubo #4	23s	Amarillo claro
Tubo #5	17s	Amarillo

*Experimento 2
El experimento 2 fue básicamente repetir lo mismo, pero esta vez usando un catalizador (Sulfato de Cobre) antes de añadir el reactivo final. Los resultados fueron anotados en la siguiente tabla:

Tabla #2	Tiempo	Color
Tubo #1	12s	Verde marrón
Tubo #2	14.44s	Ámbar
Tubo #3	13.12s	Ámbar claro
Tubo #4	16.90s	Verde moho
Tubo #5	12.76s	Verde amarillento

Cuestionario:

1.- Defina o explique.
a) Cinética: (En química). Se encarga de estudiar la rapidez de una reacción y cómo la composición de estados energéticos presenta un cambio respecto al tiempo.
b) Catalizador: Es una sustancia química cuya función es modificar la velocidad de una reacción (la mayoría de las veces acelerándola)pero no actúa o  interfiere con el resultado final de la misma.

2.- Con respecto a la reacción cuya cinética se estudia en este experimento:

a) Escriba la ecuación de la reacción

b) Escriba una expresión para expresar la velocidad de reacción

c) Escriba la expresión general de la ley de velocidad de reacción
Para una reacción hipotética       

A  +  2 B →  C
La velocidad se expresa:

 

3.- ¿Cuál es el propósito de añadir una cantidad definida y constante de ion tiosulfato S2O3 a la mezcla de la reacción en todos los experimentos cinéticos?
Se añade una cantidad constante de ion S2O3  para que pueda observarse como es que la reacción se modifica y cambia dependiendo de las otras cantidades de iones como por ejemplo NaCl, almidón y los demás en los que las cantidades en cada experimento son variables.

4.- Calcule la velocidad de reacción del ion S₂O₈ en cada reacción.

Experimento
1
2
3
4
5

5.- Compara la velocidad de dos experimentos apropiados para hallar el exponente S₂O₈ de en la ley de la velocidad de la reacción estudiada.

6.- Utiliza la ley de velocidad y los datos de uno de los experimentos para calcular el valor de la constante de velocidad (k).

7.- Describa cuál fue el efecto de añadir CuSO₄ como catalizador al experimento 1.

El CuSO4 actuó como catalizador y aumento la velocidad de reacción a que se tenia sin usarlo.

Conclusión:
La velocidad de reacción en el experimento 1 disminuyo cuando se le agregó el sulfato de cobre como catalizador. Esto nos indica que un catalizador realmente va a tener un efecto en cómo y qué tan rápido ocurre una reacción.  A su vez el catalizador más el reactivo final influyeron gravemente en el color que iban a presentar las sustancias, ya que hubo desde ligeros cambios hasta unos más notorios  como el cambio de amarillo claro a verde moho.

Referencias:

• P.W. ATKINS, Fisicoquímica, Omega, Barcelona, 1999. (Existe una versión en inglés: P.W. ATKINS, J. DE PAULA, Physical Chemistry, Oxford University Press, 8th Ed, 2006).
• BROWN THEODORE L., Y COLS. QUÍMICA: La Ciencia Central (Novena Edición), Editorial Pearson Educación, México, 2004.
• Principios de Química General - Vila Romano (Uruguay) Editorial Monteverde sa

Práctica 11

Tecnológico de Monterrey Campus Puebla

“Reactivo Limitante, Rendimiento Teórico y Rendimiento Práctico.”

Víctor Hugo Blanco Lozano

Equipo #2, Sesión 11

Objetivo:
Los objetivos a alcanzar por el equipo en esta práctica fueron: 
-Ser capaces de escribir una ecuación química para descubrir una reacción.
-Obtener el reactivo limitante en determinada reacción.
-Comparar el rendimiento teórico (a través de cálculos con fórmulas) con el rendimiento práctico (a través de los experimentos que se llevan a cabo en la sesión) y obtener el porcentaje de rendimiento.

Introducción:

El objetivo de esta práctica es conocer cuál es el reactivo limitante y a partir de este reactivo limitante conocer la cantidad de producto que se puede formar. Después de que una ecuación química haya sido balanceada, ésta nos proporcionará el número de moles de reactivo que se debe de emplear para generar cierto producto. Uno de estos reactivos siempre se encontrará en menor proporción que el otro, a este se le llamará reactivo limitante. El reactivo limitante es el que determina la cantidad de producto que se puede generar, ya que una vez que este se haya consumido por completo, la reacción se detendrá. Erróneamente se cree que todo el reactivo limitante se agotará y se producirá un máximo de producto. Esto se debe a que por lo general hay muchas reacciones secundarias que reducen la cantidad de producto que se puede generar. Para poder determinar la cantidad porcentual exacta del producto que se obtuvo, se debe de dividir la cantidad que se obtuvo durante el experimento entre la cantidad máxima que se debería de producir (rendimiento teórico) y multiplicarlo por 100. A esto se le conoce como rendimiento porcentual.

Procedimiento:

*Experimento 1

Se pesaron 1.5 g de acetato de sodio, .75 g de hidróxido de sodio y .75 g de óxido de calcio, y se trituraron en un mortero para ser introducidos en un tubo de ensaye.

Al mismo tiempo, un vaso de precipitado de 1 litro se llenó con agua a ¾ partes de su capacidad y una pipeta fue llenada a tope para después ser invertida e introducida en el vaso de precipitado. La pipeta se sujetó con una pinza asida al soporte universal. Posteriormente le fue colocado un tapón de hule horadado al tubo de ensaye de manera que un tubo de vidrio fuera colocado en el tapón de hule. Al tubo de vidrio se le colocó el extremo de una manguera mientras que el otro extremo fue colocado dentro de la pipeta sumergida en el vaso de precipitado. Se encendió el mechero de Bunsen y se calentó el tubo de ensaye para que se fundieran los reactivos. Finalmente se procedió a medir la cantidad de gas metano liberado dando como resultado 271 cm₃ de gas metano.

La reacción que ocurrió fue la siguiente

CH3COONa + NaOH -----> Na2CO3 + CH4

Peso molecular del CH3COONa: 82,0343 g/mol

Peso molecular del  NaOH: 39.997 g/mol

Peso molecular del CH4: 16.04 g/mol

 = .293 (reactivo limitante)              =.30 ( reactivo en exceso)

*Experimento 2

Se inició preparando 2 soluciones a concentración 1 N cada una. La solución A preparando 100ml de solución donde se usó 16.56 gramos de  Pb(NO3)2 y se depositaron en  un matraz aforado de 100ml y B donde se prepararon 50ml de solucion usando 4.855 gramos de K2CrO4 se depósito en un matraz aforado de 50ml. Se rotularon 12 tubo de ensaye con números en los cuales se depositarían las siguientes concentraciones de solución:

Tubo	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
ml A	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5
ml B	0.3	0.9	1.5	2.1	2.7	3.3	3.9	4.5	5.1	5.7	6.3	6.9

 

Se empezó colocando lo 4.5 ml de nitrato de plomo encara tubo de ensaye y se pusieron a calentar a baño María hasta antes de que empezaran a ebullir, se sacaron los tubos y se les agrego la solución B a cada tubo correspondiente, posteriormente con las soluciones completas se metieron los tubos de ensaye a baño María durante 20 minutos. Mientras el equipo esperaba a que pasarán los 20 minutos se pesaron 12 papeles filtró obteniendo los siguientes resultados

No.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Gramos	0.3984	0.3908	0.4041	0.3995	0.3943	0.4189	0.4080	0.4167	0.3976	0.3959	0.4240	0.4116

Posteriormente se filtró cada solución mientras estaba caliente en su respectivo papel filtró.

*Experimento 3

Para esta parte de la práctica la pareja conformada por Aldo y José Luis empezó por pesar    1.1352      grs de carbonato de sodio y diluyéndolos en 10 ml. de agua destilada. Después realizaron los siguientes cálculos:

Na2CO3 + CaCl2  = 2NaCl2 + CaCO3

Peso Molecular:

Na2CO3: 105.96 grs.

CaCl2 (dihidratado): 110.98 + 18.2=146.98 grs                                Si un mol de Na2CO3 reacciona con  

                                                                                                          un mol de CaCl2*2H2O

1mol=105.96

.01 mol= 1.1352 grs

.01 mol= 1.46 grs de CaCl2*2H20

Una vez que se tenía la masa necesaria de cloruro de calcio dihidratado para hacer la reacción, se diluyó en 10 ml. de agua destilada para luego proceder a mezclarla con la solución de carbonato de sodio y dejar reposar por 15 mins. La reacción fue instantánea volviéndose la mezcla totalmente blanca opaca con el precipitado formándose enseguida.
   La siguiente parte consistió en ensamblar el sistema de filtración que siempre usamos, se empezó a filtrar pero debido a la abundancia del precipitado se tuvo que enjuagar varias veces y ya al final parte se tomaron las gotas que pasaban or el filtro denominado fin de cloruros que fue recolectado en un tubo de ensaye para la última parte del experimento. 
    Se tomó la muestra de fin de cloruros y le agregamos un par de gotas de la solución (ya hecha) de Nitrato de Plata (AgNO3) y como se observa en la foto el precipitado de cloruro de plata fue de color blanco por lo que se comprueba que había iones de cloruro en la muestra tomada.

El precipitado con el filtro una vez seco nos dió: 1.5028 grs

Cuestionario:

1. Dada la siguiente reacción:

MgBr2(aq) + 2AgNO3 --> 2AgBr+ Mg(NO3)2 

a)    ¿Cuántos gramos de bromuro de plata se pueden formar cuando se mezclan soluciones que contienen 50 g de MgBr2 y 100 g de AgNO?

 R=Se forman 101.98 gramos de AgBr

b) ¿Cuántos gramos de reactivo en exceso se quedaron sin reaccionar?

R=Quedaron 92.38 gramos sin reaccionar 

 2.-El compuesto color azul oscuro Cu(NH3)4SO4 se fabrica haciendo reaccionar sulfato de cobre (II) con amoniaco.

CuSO4(ac) + 4NH3(ac)--> Cu(NH3)4SO4(ac)

a)    Si se emplean 10.0g de CuSO4 y un exceso de NH3, ¿Cuál es el rendimiento teórico de Cu(NH3)4SO4 ? 14.26 gramos

b)     Si se obtienen 12.6g de Cu(NH3)4SO4 ¿Cuál es el rendimiento porcentual? 88.35%

3. Dada la siguiente reacción:

2Na +I2 --> 2NaI

Si se tienen 10g de Na, ¿calcule la cantidad de I2 necesaria para producir 65.2g de forma que la reacción sea total? Se producen 65.19 gramos NaI

4.- Para producir NaCl, se colocan 20 grs de HCl y 80 de Na(OH). ¿Cual es el reactivo 

limitante? 

HCl + Na(OH) -> NaCl + H2O 

5.- De acuerdo con la siguiente reacción, su pongamos que se mezclan 637,2 g de NH3 con 

1142 g de CO2. ¿Cuántos gramos de urea [(NH2)2CO] se obtendrán? 

6.- En la reacción de formación de agua ,se hacen reacciones 2 gramos de hidrógeno con 2 
gramos de oxígeno ¿Cuánta agua se formará?

7.- La reacción de 6.8 gr de H2S con exceso de SO2 produce 8.2 gr de S ¿Cuál es el 

porcentaje de rendimiento de la reacción? 

Conclusión:

Esta práctica nos permitió el conocer cómo es que ocurren las reacciones químicas y poder conocer como determinada cantidad de un reactivo va a ser fundamental para que se produzca la sustancia. En el caso particular del experimento 1  se pudo observar que si hubiera más cantidad de acetato de sodio, se produciría más gas metano. El experimento 2 hace lo mismo solo que en este caso el reactivo B es el que va a determinar que tanto precipitado se va a a formar. Mientras más reactivo B era añadido, había una mayor cantidad de sustancia lo que nos permite deducir que este era el reactivo limitante. Finalmente, el experimento 3 nos permite ver con claridad el concepto de rendimiento porcentual, ya que debería de haber cierta cantidad que se debería producir y cuando se realizó el experimento se obtuvo otra, lo cual es común ya que es muy complicado poder obtener el rendimiento teórico en cualquier reacción.

Referencias:

Valladolid, U. d. (25 de Febrero de 2013). Introducción a la Quimica Organica. Obtenido de http://www.eis.uva.es/~qgintro/esteq/tutorial-04.html