G8_CINÉTICA QUÍMICA

Química General [UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS]

Facultad de Farmacia y BioquímicaOCTAVA PRÁCTICA

CINÉTICA QUÍMICAFACTORES QUE MODIFICAN LA VELOCIDAD DE REACCIONES QUÍMICAS

1.1. OBJETIVOS: • Demostrar mediante el método gráfico, la correlación entre la velocidad de una reacción química

con la concentración de los reactivos conociendo el tiempo de la reacción.• El estudio de la influencia de la concentración y la temperatura en la velocidad de reacción química,

neutralizador de sustancia reaccionantes (Homogéneos – Heterogéneos). Presencia de catalizadores.

1.2. MARCO TEÓRICO: La descripción de una reacción química por sólo su ecuación balanceada es bastante incompleta, es necesario conocer propiedades termodinámicas, en particular el cambio de energía libre, para saber si un proceso ocurrirá espontáneamente, pero ni la ecuación balanceada ni sus propiedades termodinámicas nos proporcionan un pronóstico o una explicación de los fenómenos que involucran a una reacción química para obtener repuestas, debemos entrar al campo de la cinética química. Una descripción detallada de las etapas de una reacción, su orden y el tiempo que demora cada paso, se conoce como el mecanismo de la reacción, la idea fundamental que sustenta todo mecanismo de reacción se deduce de los postulados de la teoría cinética.Las moléculas se hallan en movimiento constante y desordenado, por lo que sufren colisiones con frecuencia. La teoría de las colisiones de las reacciones químicas propone que las reacciones químicas suceden como resultado de colisiones entre las moléculas. Una ampliación de esta teoría de estado de transición, que supone que las moléculas que chocan quedan “pegadas” entre sí, generando una especie intermedia que luego se disocia para formar las moléculas del producto.Algunas reacciones se explican por la teoría de las reacciones en cadena que involucra una serie continua de miles de pasos elementales conectados. Pero, vale aclarar que en realidad es imposible demostrar formalmente un mecanismo de reacción determinado, sino que sólo se puede establecer que es concordante con pruebas experimentales. El estudio de la rapidez (velocidad) de las reacciones químicas es el método principal para establecer mecanismos. Se entiende por velocidad de reacción química, el tiempo que demora en desaparecer un reaccionante o aparecer un producto o más específicamente, la rapidez con la cual disminuye la concentración de uno de los reaccionantes o aumenta la de uno de los productos con el tiempo.Esta velocidad es función principalmente de factores como: naturaleza de los componentes, presión, área efectiva de contacto entre los reaccionantes, presencia de catalizadores, temperatura y concentración de reaccionante.La velocidad de una reacción química se caracteriza por el cambio en la concentración de las sustancias reaccionantes por unidad de tiempo. Por regla general, la concentración se expresa en moles por litro (mol/litro) y el tiempo en segundos y minutos, la temperatura es expresada en grados centígrados (Celsius) o Fahrenheit.

El efecto de la concentración sobre la velocidad de las reacciones químicas origina la LEY DE ACCION DE MASAS. “La velocidad de una reacción química es directamente proporcional al producto de las concentraciones de las sustancias reaccionantes”. Así para la reacción A + B = C Tendremos V = K A B Donde,V = Representa la velocidad. K = El coeficiente de proporcionalidad (constante de velocidad).

A B = Concentración de las sustancias A y B.

1 GUÍA DE PRÁCTICAS 2014-1


Facultad de Farmacia y Bioquímica En la reacción. 2 H2 + O2 = 2H2O, la expresión para la velocidad de la reacción será. V = K [H2]2. [O2]

1.3. MATERIALES Y REACTIVOS

MATERIALES Gradilla con tubos de ensayo. Buretas de 25 y 50 mL Pipetas de 5 y 10 mL Beakers de 250 mL Matraces de Erlenmeyer. Soporte universal Pinzas para bureta Cronómetro

REACTIVOS Solución A: KIO3 0.02 M Solución B: NaHSO3 0.02 M Solución almidón al 1%. Agua destilada, termómetro, pabilo. Tiza en polvo y en trozos HCl (0.1N) Zn, en granallas y polvo. MnO2 (sólido) KClO3 (sólido) Al0 y I2

0 (sólidos)

1.4. PARTE EXPERIMENTAL EXPERIMENTO N°1: EFECTO DE LOS CAMBIOS DE CONCENTRACIÓN DE LOS REACTANTES.Con los datos obtenidos, para la medida del tiempo de reacción en segundos, contados desde que se ponen en contacto los reaccionantes, hasta el final de la reacción, que se evidencia por la aparición de la coloración azul oscura del yodo en almidón, se construirá una gráfica, los valores de tiempo en segundos, se colocarán en las abscisas y los valores de concentración de KIO3, en milimoles, en las ordenadas.

Los números de milimoles KIO3 = M KIO3 x mL KIO3

Se calcula el n° de milimoles de yodato en cada tubo y se hace el ploteado en papel milimetrado y se traza la gráfica de la cinética de la reacción.

Técnica OperatoriaEnrase una bureta con la solución “A”, otra con la solución “B” y otra con solución de almidón al 1 %, luego prepare una batería de dos series de 6 tubos cada una (doce tubos en total) y prepárelos como indican las siguientes tablas:

TABLA I TABLA II KIO3 0.02M NaHSO3 0.02M

TUBO Nº mL sol. A mL H2O c.s.p. 10 mL TUBO Nº mL sol. B. mL de sol. de almidón

1 1,0 9,0 I 5,0 1,0 2 1,5 8,0 II 5,0 1,0 3 2,0 8,0 III 5,0 1,0 4 2,5 7,5 IV 5,0 1,0 5 3,0 7,0 V 5,0 1,0 6 3,0 7,0 VI 10,0 1,0

Observe que la cantidad de mL de la solución de almidón es constante para todos los casos , pues se trata de un “indicador” de la liberación de yodo, producto final de la reacción.

Los reaccionantes son soluciones acuosas diluidas (de molaridad conocida) de yodato de potasio y bisulfito de sodio en ácido sulfúrico que proporciona el medio ácido necesario para la reacción.



Facultad de Farmacia y Bioquímica La concentración de KIO3en los tubos del N°1 al N°5 es creciente, la concentración de bisulfito es

constante para todos los casos excepto en el tubo Nº6 donde aumenta. Una vez preparadas las dos series de tubos, mezcle el tubo 1 de la primera serie con el tubo I, de la

segunda, luego el tubo 2 con el tubo II, el tubo 3 con el III y así sucesivamente, asegúrese que los tubos de la primera serie (1, 2,3...) a donde va a verter los tubos de la segunda serie (tubos I, II, III., IV.......) sean de la capacidad suficiente.

Recomendación: Apenas las soluciones se pongan en contacto, agite fuertemente una vez, y empiece a tomar el tiempo con el cronometro hasta que aparezca la coloración azul oscura. Proceda a completar lo siguiente.

TUBO N° [KIO3] en milimoles Tiempo en segundos Velocidad en milimoles/ segundos

123456

Con los datos construya una gráfica de velocidad (concentración en milimoles de KIO3 vs segundo que tarde la reacción)

MUESTRA PROBLEMA.- Reciba del Profesor un volumen X conocido como solución A y proceda a completar a 10 mL con agua destilada y mézclelo con 5 mL de solución de bisulfito y 1 mL de almidón. Mida la velocidad de reacción del mismo modo que en las soluciones anteriores, a partir del tiempo que demora en completarse la reacción determine el número de milimoles que Ud. ha recibido mediante el método gráfico.



Facultad de Farmacia y BioquímicaEXPERIMENTO N°2: INFLUENCIA DE LA NATURALEZA DE LAS SUSTANCIAS REACCIONANTES EN LA VELOCIDAD DE LAS REACCIONES QUÍMICAS.En dos tubos de ensayo limpios A y B coloque en uno de ellos 1 granalla de zinc y al otro pizquitas de zinc en polvo. A ambos tubos añadirle 2ml de HCL 0.1N, compare ambos tubos y anote en cuál de ellos aparece con más frecuencia las burbujas del gas hidrógeno naciente. Escriba las reacciones balanceadas en su informe, con su respectiva fundamentación en cinética química.

EXPERIMENTO N°3: INFLUENCIA DE LAS DIMENSIONES DE LA SUPERFICIE DE LAS SUSTANCIAS REACCIONANTES EN LA VELOCIDAD DE LAS REACCIONES QUIMICAS ENUN SISTEMA HETEROGENEO. REACCION DE TIZA (CaCO3) CON HCl.Prepare 2 cubitos de tiza, que sean de las mismas dimensiones. Uno de ellos tritúrelo con cuidado en el mortero con el pilón y coloque la tiza en polvo en un tubo de prueba seco, muestra 1 y el otro tubo limpio y seco coloque el cubito de tiza entero, muestra 2. Enseguida a los dos tubos agregarle 2 mL HCl 0.1NEscriba la reacción balanceada, anote los resultados observados y explíquelos. En éste caso ¿Qué factor influye en el aumento de la velocidad de dicha reacción?

EXPERIMENTO N°4: ACELERACION CATALITICA DE LA REACCION DE DESCOMPOSICION DELA SAL DE BERTHOLLETPrepare tres tubos limpios y secos A, B y C, en el tubo A agregue 4-5 cristalitos de KClO3, calentar el tubo e introducir un pedazo de pabilo o astilla, en un punto de ignición y veremos que no se inflamará dicho punto luminoso debido a que no existe un catalizador.



Facultad de Farmacia y BioquímicaEn el tubo B, mezclar 4-5 cristalitos de KClO3 (sal de Berthollet) con pizquitas de MnO2, colocar en el tubo de ensayo limpio y seco luego calentar sujetándolo con la pinza, observe el punto de ignición con un pedazo de pabilo o astilla, comprobando el desprendimiento del gas oxígeno en forma efervescente y en mayor cantidad debido a que el MnO2 actúa como catalizador positivo porque acelera la velocidad de reacción.

*En el tubo C, mezcle pizquitas de yodo con aluminio metálico en una cápsula de porcelana en campana de tiro y observe la reacción, luego agregarle gotas de agua destilada a esta mezcla donde la formación de triyoduro de Aluminio será con mayor velocidad, demostrando en esta reacción que el agua destilada actúa como catalizador positivo.

Escriba la reacción balanceada de los tres ensayos, fundamentando la reacción catalítica en cinética química.

1.5. CUESTIONARIO

1. ¿A qué se debe la coloración azul del Iodo con el almidón químicamente y que papel cumple el almidón en esta reacción?



Facultad de Farmacia y Bioquímica2. ¿Sera necesario la importancia de los catalizadores llamados negativos en la velocidad de reacción

química?

3. ¿Por qué cree que se oxidan más rápidamente unas limaduras de hierro que un clavo de hierro?

4. ¿Cuál de las reacciones esperaría que fuera más rápido?

a) CaBr2(aq) + 2 AgNO3(aq) Ca(NO3)2(aq) + 2 AgBr(s) a 25oC

b) CaBr2(s) + 2 AgNO3(s) Ca(NO3)2(s) + 2 AgBr(s) a 25oC

5. En la reacción de obtención de amoniaco a partir de sus componentes han desaparecido 85 mol/l de nitrógeno en 45 segundos. Calcula la velocidad de reacción en ese intervalo de tiempo, referida a los reactivos y al producto.



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6. Se sigue la descomposición de NOBr con los resultados siguientes:

Experimento de velocidad inicial.

No. Experimento De [NOBr] (M) Velocidad (Mmin-1) inicial1 0.0150 5.63 x 10-3

2 0.0225 1.27 x 10-2

3 0.0300 2.25 x 10-2

¿Cuál es la ecuación de velocidad de la reacción y el valor de la constante de velocidad?

7. Se recolectaron los datos siguientes de la velocidad de desaparición del NO en la reacción

2NO(g) + O2 (g) 2NO2(g)

Experimento de velocidad inicial.

Núm. de experimento

[NO] (M) [O2] (M) Velocidad inicial (M/s)

1 0.0126 0.0125 1.41 x 10-2

2 0.0252 0.0250 1.13 x 10-1

3 0.0252 0.0125 5.64 x 10-2



Facultad de Farmacia y Bioquímica¿Cuál es la ecuación de velocidad de la reacción y el valor de la constante de velocidad?

8.6. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS.

8.7. CONCLUSIONES.

8.8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS._____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


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