Informe 04 Titulacin Redox

FACULTAD DE QUMICA E INGENIERA QUMICALABORATORIO DE QUMICA GENERAL AIIE.A.P QUMICA 07.1

ASIGNATURA:LABORATORIO DE QUMICA GENERAL AII GRUPO:VIERNES: 5:00 9:00 SEMESTRE:2014 II PROFESOR:Ing. BEJAR RAMOS, Manuel

INFORME N 3EQUILIBRIO QUMICOINTEGRANTES: 14070005Ceballos Olivera, Carlos 14070083Mego de la Cruz, Froy Kevin 14070006Chamorro Asto, Deyni Oswaldo

Ciudad universitaria, 21 de noviembre de 2014ContenidoRESUMEN3OBJETIVOS:3PRINCIPIOS TERICOS4Equilibrio qumico4Principio de Le Chatelier5Constante de equilibrio5DETALLES EXPERIMENTALES6PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:6Principio de Le Chatelier6Determinacin cuantitativa de la constante de equilibrio mediante el mtodo colorimtrico.7RESULTADOS Y DISCUSIN8CLCULOS10DETERMINACIN DE LA RAZN DE ALTURA EXPERIMENTAL (en cada par de tubos)10DETERMINACIN DE LA CONCETRACIN DE EN EL EQUILIBRIO10DETERMINACIN DE LA CONCETRACIN de EN EL EQUILIBRIO11DETERMINANACIN DE LA CONCETRACIN de en equilibrio12DETERMINANACIN del equilibrio del sistema12CUESTIONARIO14CONCLUSIONES16Recomendaciones16REFERENCIAS16

RESUMENEn esta prctica se estudiarn los sistemas en equilibrio, para esto, primero se definirn algunos conceptos previos necesarios como son equilibrio qumico, constante de equilibrio y principio de Le Chatelier. Los cuales nos permitirn tener una idea previa de lo que es el equilibrio en las reacciones qumicas antes de empezar con la prctica de laboratorio.Durante la primera parte de la prctica, se comprob el principio de Le Chatelier, segn el cual, las reacciones en equilibrio tienden a desplazar su equilibrio en presencia de factores externos como la variacin de las concentraciones.En primer lugar, se pudo comprobar el comportamiento del ion cromato y del ion dicromato en medio cido o medio bsico. Una vez comprobado este comportamiento se realiz una comprobacin de la reversibilidad de las reacciones que se llevaron a cabo durante esta etapa.En segundo lugar, se comprob la reversibilidad entre el FeCl3 (cloruro de hierro III) y el KSCN (tiocianato de potasio). Esto se realiz comparando diferentes tubos con esta solucin a los cuales se les agreg diversos reactivos y luego se los compar con un tubo patrn o estndar. Por ltimo, realizamos la determinacin cuantitativa de la constante de equilibrio. Este proceso lo logramos a travs de un procedimiento qumico llamado colorimetra, en el que se compara dos soluciones de diferente concentracin sobre una fuente de luz y se extrae lquido de la solucin con mayor concentracin, hasta que la coloracin de dicho tubo sea igual a la coloracin de la solucin con menor concentracin. Con los datos obtenidos se calcul el valor de la constante de equilibrio, concluyendo el estudio cualitativo de los sistemas de equilibrio.

OBJETIVOS: Estudio cualitativo de sistemas en equilibrio. Determinacin cuantitativa de las especies presentes en un sistema en equilibrio. Establecer una expresin matemtica que relacione las cantidades de las especies en el equilibrio.

PRINCIPIOS TERICOSEquilibrio qumicoEn una reaccin qumica, los reactantes se convierten en productos de acuerdo a una ley de velocidad, mantenindose una variacin en la concentracin de las sustancias que intervienen, durante todo el proceso. Cuando una reaccin qumica llega al estado de equilibrio, las concentraciones de los 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 molculas de reactivos siguen formando molculas de productos, las que a su vez reaccionan para formar nuevamente molculas de reactivo.REACCIN COMNREACCIN EN EQUILIBRIO

Las concentraciones varan en todo momentoLas concentraciones son constantes a partir de un momento determinado (lnea roja)

Las reacciones reversibles conducen al establecimiento del estado de equilibrio durante el cual, en el estado lquido o gaseoso, estn presentes tanto los reactantes como los productos. El equilibrio qumico se produce siempre que dos cambios qumicos exactamente opuestos ocurren a la misma velocidad dentro de un sistema cerrado. De manera general tenemos que para una reaccin de la forma:aA + bB cC + dDDonde A, B, C y D son las especies reactivas y a, b, c y d sus coeficientes estequiomtricos respectivos. Para la reaccin a determinada temperatura tenemos que:Recordando que la concentracin de las sustancias se expresa en molaridad (moles por litro) y se designa colocando las frmulas correspondientes entre corchetes. Luego podemos escribir la velocidad de la reaccin directa de la siguiente manera:v1 = k1 [A]a [B]bDonde v1 es la velocidad de reaccin y k1 el factor de proporcionalidad o constante de velocidad de reaccin. De esta misma manera podemos escribir la velocidad de la reaccin inversa como:v2 = k2 [C]c [D]dDurante el desarrollo de la reaccin, la concentracin de las sustancias de la reaccin directa debe disminuir con el tiempo al mismo tiempo que la velocidad de la reaccin inversa aumenta con el tiempo. Como en algn momento de la reaccin ambas velocidades deben igualarse, finalmente tenemos que v1 = v2 de donde, al reemplazar valores, obtenemos:k1 [A]a [B]b = k2 [C]c [D]d

Siendo Keq, la constante de equilibrio, la relacin entre ambas constantes de velocidad, por lo que tambin tendr un valor constante. Por otra parte, cuando existen coeficientes estequiomtricos, las concentraciones deben ser elevadas a una potencia igual a estos.Principio de Le ChatelierDesplazamiento del equilibrio qumicoExiste una regla general que ayuda a predecir en qu direccin se desplazar una reaccin en equilibrio cuando hay un cambio de concentracin, presin, volumen o temperatura. Esta regla, conocida como el principio de Le Chatelier, establece que si se presenta una perturbacin externa sobre un sistema en equilibrio, el sistema se ajustar de tal manera que se cancele parcialmente dicha perturbacin, en la medida que el sistema alcanza una nueva posicin de equilibrio. El trmino perturbacin se refiere a una variacin en la concentracin, presin, volumen o temperatura. Este principio se utiliza para valorar los efectos de tales cambios.Constante de equilibrioLey de accin de masasLa ecuacin qumica de la constante de equilibrio Keq, es una expresin matemtica que representa a la ley de accin de masas. Esta constante de equilibrio se establece cuando existe un estado de equilibrio, y se puede definir como un cociente cuyo numerador se determina como el producto de las concentraciones de los productos, cada una de las cuales se encuentra elevada a su respectivo coeficiente estequimtrico. El denominador se determina de la misma manera aplicada a las concentraciones de los reactivos del equilibrio. La magnitud de la constante de equilibrio indica si una reaccin en equilibrio es favorable a los productos o a los reactivos. Si Keq > 1, el equilibrio se desplazar hacia la derecha de la reaccin y favorecer a los productos. Por el contrario, si Keq < 1, el equilibrio se desplazar hacia la izquierda favoreciendo a los reactivos.Aunque el uso de los trminos reactivos y productos pueda resultar confuso porque una sustancia que es un reactivo en la reaccin hacia la derecha, tambin es el producto de la reaccin hacia la izquierda, esta terminologa es congruente con la convencin de que las sustancias escritas al lado izquierdo de las flechas de equilibrio se consideran como reactivos, mientras que las que estn a la derecha se consideran como productos.DETALLES EXPERIMENTALES

Facultad de Qumica e Ingeniera Qumica

Informe 03 EQUILIBRIO QUMICOPgina 16Laboratorio de Qumica General AII

MATERIALES: 5 Tubos de ensayo (de igual dimensin: dimetro y altura) Gradilla Probeta de 25 mL Pipeta de 5 y 10 mL Vaso de precipitado de 150 mL Piceta Goteros Regla milimetrada 5 Etiquetas Fuente de luz blanca difusaREACTIVOS: Cromato de potasio 0.1 M Dicromato de potasio 0.1 M Hidrxido de sodio 1 M cido clorhdrico 1 M Tiocianato de potasio 0.002 M Cloruro frrico 0.2 M Cloruro de potasio slido Agua destilada

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

Principio de Le ChatelierA. Sistema de equilibrio del ion cromato ion dicromatoA.1. En medio bsico Vertimos 1,0 mL de solucin de cromato de potasio (K2CrO4) 0,1M y de dicromato de potasio (K2Cr2O7) 0,1M en dos tubos de ensayo respectivamente. En una pipeta, medimos un volumen determinado de NaOH 1M. Agregamos de forma simultnea la solucin de NaOH a cada tubo, gota por gota, hasta que uno de los dos cambie de color. Conservamos estas soluciones para la parte A.3.

A.2. En medio cido Vertimos 1,0 mL de solucin de cromato de potasio (K2CrO4) 0,1M y de dicromato de potasio (K2Cr2O7) 0,1M en dos tubos de ensayo respectivamente. En una pipeta, medimos un volumen determinado de HCl 1M. Agregamos de forma simultnea la solucin de HCl a cada tubo, gota por gota, hasta que uno de los dos cambie de color. Conservamos estas soluciones para la parte A.3.

A.3. Comprobacin de la reversibilidad Al tubo de A.1, le agregamos gota a gota HCl 1M hasta el cambio de coloracin y se anot el volumen gastado. Al tubo de A.2, le agregamos gota a gota NaOH 1M hasta el cambio de coloracin y se anot el volumen gastado.B. Reversibilidad entre el cloruro de hierro (III) y el tiocianato de potasio.En esta parte, realizamos un examen cualitativo de la reaccin.Fe3+(ac) + SCN (ac) (FeSCN)2+ (ac) En un vaso de precipitados adicionamos 20 mL de agua destilada y aadimos 3 gotas de las soluciones de FeCl3 y KSCN respectivamente de los goteros. La solucin resultante la dividimos en partes iguales y la trasvasamos a cuatro tubos de ensayo. Observamos la coloracin. El primer tubo lo consideramos como estndar (o patrn) En el tubo 2, agregamos 3 gotas de solucin KSCN. Observamos lo ocurrido. En el tubo 3 agregamos 3 gotas de solucin FeCl3. Observamos lo ocurrido. En el tubo 4 agregamos unos cristales de KCl y agitamos vigorosamente. Finalmente comparamos el color de cada una de las soluciones con respecto al tubo 1.Determinacin cuantitativa de la constante de equilibrio mediante el mtodo colorimtrico.

En cinco tubos de ensayo, limpios y secos, rotulados con los nmeros: 1, 2, 3, 4 y 5, aadimos 5 mL de solucin de tiocianato de potasio (KSCN) 0,002 M a cada uno. En el tubo 1, considerado tubo estndar, agregamos 5,0 mL de FeCl3 0,2 M. A partir de la solucin de FeCl3 0,2 M, preparamos soluciones de 0,08M, 0,032M, 0,0128M, 0,00512M por diluciones sucesivas. Comparamos el color de la solucin del tubo (1) o estndar, con la del tubo (2) envueltos en papel blanco, mientras mirbamos hacia debajo a travs de los tubos que estn dirigidos hacia una luz blanca difusa. Extrajimos lquido del tubo estndar hasta que los colores sean iguales, luego anotamos la altura de lquido en el tubo estndar y en el tubo comparado. Repetimos el mismo procedimiento con los pares de tubos: 1 y 3; 1 y 4; 1 y 5. Extrayendo lquido siempre del tubo estndar. Anotando las alturas de los dos lquidos en el momento que se igualan las intensidades de color.

RESULTADOS Y DISCUSINPrincipio de Le ChatelierA. Sistema de equilibrio del ion cromato ion dicromatoA.1. En medio bsicoEn este medio se observa que el color de la solucin vara de amarillo a anaranjado. Este efecto se debe a que el ion CrO42 ha variado su atomicidad (o nmero de tomos en la molcula) con relacin al oxgeno, generando un poder ms oxidante y la formacin del ion CrO72. Para la reaccin planteada, al agregar ms cido, solo la solucin de Ion CrO42 (tubo 1) cambia de color, mientras que la solucin de Ion CrO72 (tubo 2) no cambia, pues por el principio de Le Chatelier al agregar ms cido, la solucin tiende a formar productos (contrarresta el exceso de reactante).Tubo 1Tubo 2

Al agregar acido, la reaccin es directa, pues se tiene exceso de reactante y se genera la reaccin cambiando de color amarillo a naranja.Al agregar cido, la coloracin se mantiene constante, pues para contrarrestar el efecto de exceso de reactante, el Ion dicromato CrO72no cambia de color predominando la reaccin directa, por ello, no se genera cambio de color

A.2. En medio cidoEn este caso, la coloracin ha variado de anaranjado hacia amarillo. Los efectos de este medio se contraponen a los del medio anterior, pues se generan efectos inversos, ya que los iones OH del NaOH, consumen el Ion H+ de las soluciones para formar agua, por ello se genera una prdida de reactante para contrarrestar el efecto, la reaccin inversa es la que predomina.Tubo 1Tubo 2

El exceso de Ion OHocasiona que se pierda la cantidad de Ion H+. Esta variacin en la concentracin del Ion OH genera que la reaccin inversa se realice, transformando el color de la muestra de CrO72 de naranja a amarillo, caracterstico del Ion CrO42 que ha generado para restaurar el equilibrio.El exceso de Ion OH no afecta para el Ion CrO42 pues, al estar en un medio en el cual no afecta la concentracin del agua que es el solvente a la que pertenece. Entonces, no hay u cambio neto en la concentracin del Ion CrO42, la reaccin no se realiza y el color se mantiene, e incluso se puede hablar de una reaccin inversa en la cual el Ion CrO42 se produce ms por la aliteracin de su propia concentracin de Ion OH (los del agua, por ejemplo). Sin embargo, de ninguna manera se ha alterado el color de la solucin del tubo 2

A.3. Comprobacin de la reversibilidadCaso A.1Caso A.2

Al agregar 6 gotas de HCl 1M, se observa que la solucin cambia su color de anaranjado a amarillo, retomando su coloracin original. Luego la reversibilidad queda comprobada.Al agregar 11 gotas de NaOH 1M se observa que la solucin cambia su color de amarillo a naranja, retomando su coloracin original. Luego la reversibilidad queda comprobada.

B. Reversibilidad entre el FeCl3 y el tiocianato de potasio En el tubo #1 no agregaremos ninguna sustancia, pues ste nos servir como tubo estndar o patrn para comparar con el resto de tubos. Este tubo presenta un color naranja. En el tubo #2 agregamos 3 gotas de KSCN. La sustancia originalmente naranja se torna rojo sangre muy fuerte (es el ms oscuro de todos los tubos). Como el color del compuesto es ms intenso, concluimos que la reaccin se ha desplazado hacia la derecha (). En el tubo #3 agregamos 3 gotas de FeCl3. Al comparar con el patrn (color naranja), observamos que el tubo #3 marca un color rojizo oscuro. Al haberse tornado ms oscuro, podemos concluir que la reaccin se ha desplazado hacia la derecha (). En el tubo #4 agregamos cristales de KCl. Al comparar con el patrn (color naranja), observamos que el tubo #4 marca un color naranja muy claro. Al haberse tornado ms claro, podemos concluir que la reaccin se ha desplazado hacia la izquierda ().Determinacin cuantitativa de la constante de equilibrio mediante el mtodo colorimtrico.Tabla de valores obtenidosexperiencia (tubo)altura del tubo estndar (cm)R (relacin de alturas)

Tubo 14,6 cm1,000

Tubo 24,0 cm0,870

Tubo 33,2 cm0,696

Tubo 42,1 cm0,457

Tubo 51,1 cm0,239

Observacin:Podemos notar como la colorimetra permite determinar la cantidad de soluto presente en una solucin. En este caso, el soluto disuelto representa un obstculo al paso de la luz desde la fuente hasta nuestra vista, por lo que al disminuir la altura de solucin entre la fuente de luz y nuestra visin, habr un mayor paso de la luz y podremos tener un valor aproximado de la cantidad de molculas de soluto presentes en dos muestras de solucin.

Las flechas representan la luz que transita a travs del lquido, en ambos casos, la altura vara pero la cantidad de partculas con las que impacta la luz, es constante, debido a la concentracin.A mayor concentracin, menor altura en un mismo color.

CLCULOSDETERMINACIN DE LA RAZN DE ALTURA EXPERIMENTAL (en cada par de tubos)Para ello dividimos la altura del lquido del tubo 1 (conocido como tubo estndar), entre las alturas de los lquidos de los tubos (2; 3; 4; 5). Donde la altura del tubo estndar va en el numerador y la altura de los tubos a comparar van en el denominador, siendo siempre la razn de alturas (Ri< 1 donde i=2; 3; 3; 4; 5)

Tenemos:

DETERMINACIN DE LA CONCETRACIN DE EN EL EQUILIBRIOLa concentracin inicial del ion SCN-, en los tubos del 1 al 5 ser diferente 0.002M, ya que se ha diluido a 10 mL, entonces la concentracin del SCN- ser de 0.001M, esta concentracin inicial pasara mayormente al equilibrio ya que es el reactivo limitante.Multiplicando la razn del espesor del lquido por la concentracin del ion SCN- (constante), se calcula la concentracin del ion complejo (FeSCN)+2(ac) en el equilibrio.

Para el tubo #2:

Para el tubo #3:

Para el tubo #4:

Para el tubo #5:

DETERMINACIN DE LA CONCETRACIN de EN EL EQUILIBRIOPara ello restamos la concentracin del ion formado de la concentracin inicial del ion Fe+3.

Para el #2:

Para el #3:

Para el #4:

Para el #5:

DETERMINANACIN DE LA CONCETRACIN de en equilibrio

Para ello restamos la concentracin del ion complejo formado , de la concentracin inicial de .

Para el #2:

Para el #3:

Para el #4:

Para el #5:

DETERMINANACIN del equilibrio del sistemaEmpleando las concentraciones en equilibrio que ha calculado para cada especie, realice las operaciones matemticas para obtener la expresin adecuada que represente el equilibrio del sistema.a)

b)

c) , para este caso esta es la expresin adecuada que se utiliz en la prctica de laboratorio luego de obtener las constante de equilibrio el resultado final ser el promedio de estas.

Realizando todos los clculos establecidos podemos decir que la constante de equilibrio para nuestro grupo nos dio un valor de 149.39 en promedio.

CUESTIONARIO1. En qu tcnica se basa la experiencia? Explique.La experiencia se fundamenta en la tcnica conocida como colorimetra que se basa en la absorcin de radiacin en la zona visible por sustancias coloreadas, en nuestro caso quiere decir que consiste en la igualacin de colores mediante comparacin con un tubo patrn, donde el que determina la coloracin es un complejo formado, en este caso es el (FeSCN)+2.

2. Mediante una reaccin de equilibrio exprese el cambio reversible de cromato y dicromato en funcin del medio cido y base.Tenemos a continuacin las reacciones pedidas: , en medio cido , en medio bsico3. Cules son las respectivas concentraciones de Y en los tubos 2 y 4?CANTIDAD (mL)REACTIVOSTUBO 1TUBO 2TUBO 3TUBO 4TUBO 5

5 mLFeCl30.2M0.08M0.032M0.0128M0.00512M

5 mLKSCN0.002M0.002M0.002M0.002M0.002M

4. En un frasco de 1L se coloca una mol de NO2(g), se tapa el recipiente, se reduce la temperatura y se espera que alcance el equilibrio: donde Kc=2.00 M-1Cuantas moles NO2(g) estn presentes en el equilibrio?

inicial1-

reaccionaX-

formado-X

equilibrio1-XX

Tenemos que Kc= 2.0M-1:

Como sabemos que el recipiente es de 1L podemos decir que M=mol, pero igual tenemos 2 valores para x= y 2 si tomamos el valor de dos la concentracin nos saldr de valor negativo cosa que es totalmente errneo por tanto escogemos el valor de . Entonces el nmero de moles de presentes en el equilibrio es mol.

5. En un recipiente de 5.0 L se produce el siguiente equilibrio: En donde las concentraciones de cada especie son: = 0.4 mol/L; = 0.1 mol/L y = 0.1 mol/LCules sern las nuevas concentraciones de estas especies si, al equilibrio se agrega 2.0 moles de Cl2(g)?

inicial2.00.50.5

reaccionaX--

formado-XX

equilibrio2-X0.5+X2+0.5+X

X = 0,56. Si el proceso de la pregunta 5 es exotrmico, para la reaccin directa. Cul o cules de los siguientes factores aumentaran la ?a) Elevar la temperatura La reaccin se desplaza hacia la izquierda, por ser reaccin exotrmica.

b) Disminuir la presin.La reaccin se desplaza hacia la derecha.

c) Aumentar el volumen del recipiente.La reaccin se desplaza hacia la izquierda.

d) Aumentar la .La reaccin se desplaza hacia la derecha.

CONCLUSIONES Si la constante de equilibrio es mayor a 1, habrn ms productos quye reactivos, en caso contrario, la cantidad de reactivos ser mayor. El volumen que queda en el tubo estndar luego de compararlo con los tubos 2, 3, 4 y 5 es directamente proporcional a las concentraciones de estos tubos. A menor concentracin, ser preciso dejar menos volumen de solucin en el tubo estndar (1). El Cromato solo reacciona con cidos (ion H+) convirtindose en Dicromato. El Dicromato solo reacciona con bases (ion OH-) convirtindose en Cromato. Se observa la reversibilidad del cambio de ion Cromato a ion Dicromato.

Recomendaciones Verificar antes del procedimiento que todos los materiales estn en perfectas condiciones y en las concentraciones de molaridad que indican la gua de trabajo. Realizar cuidadosamente las experiencias para que de este modo no se presenten dificultades referentes a los valores obtenidos (especialmente en el momento de realizar la disolucin sucesiva, tcnica para disminuir la concentracin de una solucin). El contenido que se extrae con la pipeta de 5,0 mL del tubo estndar se vierte en el vaso de 150 mL, ya que si por un mal clculo visual se podra extraer demasiado lquido, el cual se repone si es necesario hasta que se iguale la coloracin. En la medicin del color del tubo 2 hay que tener un especial cuidado pues los colores son muy parecidos. Una medicin errnea de apenas 1 mL podra ocasionar que no se pueda calcular la constante de equilibrio de forma exitosa.

REFERENCIASBIBLIOGRAFA: VOGEL, Arthur. Qumica Analtica Cuantitativa. Editorial Kapelusz. Volumen I. 1980. Raymond Chang, Kenneth A. Goldsby. Qumica, la ciencia central. 11. Edicin. McGraw Hill Interamericana. 2013. Mxico. Pginas consultadas: Equilibrio Qumico 624-626, 643-646; Principio de Le Chatelier 624-626, 646-647.Enlaces de Internet Equilibrio Qumico:www.quimicayalgomas.com/quimica-general/equilibrio-quimico/