Concentración y Temperatura del desplazamiento del Equilibrio Químico en una reacción de doble...

P g i n a | 1

Laboratorio de Ciencia Bsica II

1 | P g i n a

Concentracin y Temperatura del desplazamiento del Equilibrio

Qumico en una reaccin de doble sustitucin.

1.- Determinar experimentalmente la relacin cualitativa entre el desplazamiento del

equilibrio qumico de una reaccin de doble sustitucin con la concentracin y la

temperatura.

2.- Marco Terico

Muchas reacciones qumicas se realizan ms convenientemente con los reactivos

mezclados en disolucin. Las disoluciones simples normalmente consisten en una

sustancia del soluto disuelto en el disolvente.

El soluto representa una expresin en trminos de la cantidad de soluto de una masa o

volumen dados de disolucin. Un factor importante que afecta a la solubilidad del soluto en

una disolucin es la temperatura, un incremento de la temperatura da como resultado un

incremento en la velocidad de disolucin.

Al realizar una interaccin entre sustancia qumicas con la que se reproduce un cambio y a

esta se le conoce como reaccin qumica, pero Cmo sabemos que ha ocurrido una

reaccin qumica? Estas pueden reconocerse por hechos como:

La produccin de un gas.

La produccin de calor y la absorcin de calor.

Un cambio permanente o temporal en el calor.

La aparicin de una sustancia insoluble.

Las reacciones qumicas se clasifican en:

Reacciones de combinacin.

Reacciones de desplazamiento.

Reacciones de descomposicin.

Reacciones de mettesis.

Reacciones de oxido-reduccin.

La reaccin de doble sustitucin en la cual participan dos compuestos, el ion positivo

(catin) el cual se intercambia con el ion positivo de otro compuesto, es decir los dos iones

positivos se intercambias con iones negativos (aniones). Las reacciones de doble

sustitucin tambin llamadas de Mettesis (que es un cambio en el estado en la sustancia

o en la forma). Esta reaccin se representa con la ecuacin general:

Ax + Bz Az + Bx

P g i n a | 2


2 | P g i n a

En las reacciones de doble sustitucin hay cuatro partculas separadas (A,x,B,z) mientras

que en la reaccin de sustitucin sencilla solo hay 3 (A,B,z).

En las reacciones de doble sustitucin las partculas son iones y en las de doble sustitucin

sencilla A no es un ion sino un metal o un no metal libre. Dichas reacciones por lo general

se llevaran a cabo si se cumple una serie de 3 condiciones:

I. Si se forma un producto insoluble o ligeramente soluble (precipitado).

II. Si se obtienen productos dbilmente ionizados.

III. Si como producto se forma gas.

La mayora de las reacciones qumicas no llegan a completarse eso es cuando se mezclas

los reactivos en cantidades estequiometricas no se convierten totalmente en productos.

Las reacciones que no llega a completarse y que tiene lugar en ambos sentidos se llaman

reacciones reversibles y se pueden representar en trminos generales de la siguiente

manera:

aA + bB cC + dD

La doble flecha indica que la reaccin directa y la inversa simultneamente a la misma

velocidad entonces quieren decir que el sistema est en equilibrio qumico. Los equilibrios

qumicos son de tipo dinmico. En un sistema en equilibrio se dice que el equilibrio esta

desplazado a la derecha si hay ms C y D presentes que A y B, desplazados a la izquierda

estn presentes ms A y B.

La expresin matemtica que presenta al equilibrio qumico, se conoce como la Ley de

Accin de Masas y se enuncia como: la relacin del producto de las actividades (actividad

igual a concentracin en soluciones diluidas) elevadas los coeficientes estequiometricos en

la reaccin de productos y reactivos permanentes.

La velocidad de la reaccin directa igual a la velocidad de la reaccin inversa. En una

reaccin de equilibrio la concentracin de reactivos y productos es constante. Para la

reaccin general a una temperatura dad puede escribirse la siguiente expresin de la

constante de equilibrio:

=CcDd

AaBb

En donde Keq es la constante de equilibrio, a una temperatura fija, las magnitudes entre

los corchetes corresponden a la concentracin de cada sustancia moles por litro. Los

subndices a,b,c,d son los coeficientes de la ecuacin balanceada.

P g i n a | 3


3 | P g i n a

El equilibrio qumico de desplaza en diferentes direcciones dependiendo de la constante:

En el equilibrio qumico suele haber cambios que perturban el sistema pero segn el

principio de LeChatelier el sistema tendera a contrarrestar la perturbacin para establecer

el equilibrio en un nuevo conjunto de condiciones.

Hay diferentes factores que alteran el equilibrio qumico entre los cuales podemos citar:

La concentracin: al modificar la concentracin de uno o ms de los componentes

de la reaccin, como resultados cambiara la concentracin de todas las especies y

se establecer una nueva mezcla de equilibrio.

Considrese el siguiente sistema comenzando en el equilibrio:

A + B C +D

Tensin. Direccin de desplazamiento.

Disminucin de concentracin de A o B Derecha.

Disminucin de concentracin de C o D Izquierda.

Disminucin de concentracin de A o B Izquierda.

Disminucin de concentracin de C o D Derecha.

El volumen: los cambios de volumen afectan de manera significativa la velocidad de

la reaccin solo cuando uno o ms de los reactivos o productos es un gas y si la

reaccin se afecta en un recipiente cerrado. El efecto de disminuir el volumen de los

gases que reaccionan equivale a aumentar su concentracin. Si el volumen del

recipiente aumenta entonces la presin de los gases aumenta. Los cambios de

presin afecta muy poco a las concentraciones de slidos o lquidos porque son

ligeramente compresibles. Sin embargo los cambios de presin pueden provocar

cambios significativos de las concentraciones de gases.

Tensin. Direccin de desplazamiento de A2O

Incremento de presin (disminucin de volumen).

Hacia un nmero menor de moles de gas (hacia la izquierda para esta reaccin).

Disminucin de presin (aumento de volumen)

Hacia un nmero mayor de moles de gas (hacia la derecha en esta reaccin)

Valor de Kc Desplazamiento del equilibrio qumico.

Mayor a 1. Hacia los productos.

Menor a 1. Hacia los reactivos.

Igual a 1. Equilibrio.

P g i n a | 4


4 | P g i n a

Temperatura: Si en un sistema se eleva la velocidad de la reaccin aumenta la

temperatura a causa del incremento de energa cintica y de las colisiones ms

frecuentes entre las especies que reaccionan. En una reaccin reversible aumenta

tanto la velocidad de la reaccin directa como la de la inversa cuando aumenta la

temperatura; sin embargo la velocidad de la reaccin que absorbe calor

(endotrmica) aumenta mucho mas y el equilibrio de desplaza a favor de esa

reaccin.

3.- Seleccin de Variables

VI: Concentracin y Temperatura.

VD: Desplazamiento del Equilibrio Qumico.

SE: Reaccin de doble sustitucin.

VE: Volumen y Presin.

4.- Hiptesis

El desplazamiento del equilibrio qumico de una reaccin de doble sustitucin cambia con

respecto a su concentracin y temperatura siempre y cuando el volumen y la presin

permanezcan constantes.

5.- Objetivos

a) Realizar los clculos qumicos previos y preparacin de disoluciones.

b) Hacer reaccionar dos reactivos para obtener una reaccin.

c) Modificar el equilibrio qumico agregando reactivos y productos.

d) Estudiar los efectos que se presentan al aumentar y disminuir la temperatura de la

reaccin

P g i n a | 5


5 | P g i n a

6.- Mtodo.

Material de Laboratorio Equipo

Reactivos Analticos

Disoluciones

Matraz volumtrico (50 mL)

5 Vasos de precipitados (50 mL)

1 vaso de precipitado (250mL)

Piseta

Termmetro

Pinzas para tubo de ensayo

Propipeta

2 pipetas graduadas (5mL)

2 Tubos de ensaye

5 frascos mbar (100mL)

Vidrio de reloj

Esptula

Balanza analtica

Tiocianato de amonio

Cloruro frrico

Cloruro de amonio

H2O

Hielos

Tiocianato de amonio a 0.1M

Cloruro ferrico a 0.1M

Cloruro de amonio a 1.0M

5.2.-PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Se recomienda que antes de comenzar a realizar la experimentacin, se elaboren los clculos matemticos o qumicos correspondientes. (Ver Anexos) 1.- Lavar con jabn y agua destilada los frascos mbar que se van a utilizar para guardar las disoluciones. 2.- Lavar con jabn y agua destilada los materiales que se van a utilizar.

Para el NH4SCN (Slido) 3.- En los clculos qumicos se obtuvo que para una disolucin al 0.1M de NH4SCN se necesitan 0.3903g NH4SCN R.A. Por lo tanto con la balanza analtica medir la masa de 0.3903g NH4SCN R.A. con el vidrio de reloj. 4.- En un vaso de precipitado de 50mL se vertern los 0.3903g NH4SCN, enjuagando con una cantidad moderada de agua destilada el reloj de vidrio 3 veces.

P g i n a | 6


6 | P g i n a

5.- Posteriormente con el agitador de vidrio, disolver muy bien el soluto. 6.- Verter el contenido del vaso de precipitado (enjuagando 3 veces el mismo) en un matraz aforado de 50mL, posteriormente se llena el matraz aforado con agua destilada hasta el primer tercio del esmerilado, tapar y agitar la solucin de manera inversa 3 veces.

7.- Rotular uno de los frascos mbar con los siguientes datos: Formula qumica, concentracin, y fecha en la que se elabor la disolucin. Posteriormente verter el contenido del matraz aforado en uno de los frascos mbar con mucho cuidado, colocar la tapa, y guardarlo en un lugar fresco y seco y almacenar lejos de la luz. De igual manera como se trabaj el NH4SCN, se trabajaran las dems sustancias, solo que la cantidad requerida ser diferente para cada caso.

Nombre del reactivo Cantidad requerida

Tiocianato de amonio a 0.1M 0.3903 g NH4SCN

Cloruro ferrico a 0.1M 1.3932 g FeCl3

Cloruro de amonio a 1.0M 2.687g NH4Cl

Para determinar el comportamiento qumico de las diluciones que se prepararon:

NH4SCN. 8.- En un vaso de precipitado de 250mL mezclar 3mL de NH4SCN al 0.1M con 1mL de

FeCl3 a 25C. 8.1.- Anotar las observaciones correspondientes en la Tabla N1 de resultados. La reaccin llego al equilibrio qumico porque hubo un cambio en el color.

P g i n a | 7


7 | P g i n a

Provocar el desplazamiento del equilibrio qumico. 9.- Agregar Agua hasta la marca de 10mL. 10.- Dividir los 100mL en 5 vasos de precipitado de 50mL (Colocar 20mL aproximadamente en los vasos)

11.- Dividir uno de los patrones en 2 tubos de ensaye; uno de los dos tubos de ensaye se lleva a una tina que contiene hielo; Esto servir para bajar la temperatura de la disolucin,

y poder observar una reaccin. Para provocar un desplazamiento qumico, primero se debe tener una reaccin en equilibrio qumico.

12.- Al primer vaso de precipitado se le agrega 1mL de NH4SCN al 0.1M, observar la reaccin y hacer las anotaciones correspondientes en la tabla N1. 13.- Se agrega 1mL de NH4Cl al 1.0M al 2do vaso de precipitado y se anotan las observaciones en la tabla N1. 14.- De igual manera se agrega 1mL de FeCl3 al 0.1M al tercer vaso de precipitado y se hacen las anotaciones correspondientes en la tabla de resultados. 15.- El segundo tubo de ensaye se coloca dentro de un vaso de precipitado el cual tendr

agua de la llave, se coloca sobre un termo-agitador a la temperatura mxima (40C); Se deja el tubo dentro del agua por 10 min; Anotar las observaciones en la tabla N1 de resultados.

16.- El primer tubo de ensaye que se dejo en la tina con hielo; ya se puede observar la reaccin; se debe dejar pasar de 30 minutos a 1 hora para poder observar dicha reaccin. No olvide verificar la temperatura a la que se encuentran los tubos de ensaye.

P g i n a | 8


8 | P g i n a

7.- Resultados

Tabla 1. Desplazamiento de Equilibrio Qumico-observaciones.

Eventos. Accin. Observaciones.

Preparacin de disoluciones.

1 NH4SCN Color: incoloro,

Estado de agregacin: solido

Olor: inodoro.

2 FeCl3 o Color: amarillo-naranja

o Estado de agregacin: solido. o Olor: Inodoro.

3 NH4Cl Color: blanco,

Estado de agregacin: solido. Olor: Inodoro.

4 Reaccin.

a) 34 + 3 34 + ()3

Al aadir 3 se observo un cambio de color negro-rojizo, con estado de agregacin

lquido, una temperatura de 25. Se llego a una reaccin es estado de equilibrio qumico.

5 Dilucin. Se agrego agua destilada hasta 100 mL

Se observo un cambio de color rojo-naranja, estado de agregacin: liquido. Para observar las reacciones se procede a dividir en cinco partes.

6 Desplazamiento del equilibrio qumico.

7

34 + ()3 + 1 3 Al comparar la reaccin con el patrn, se observ que reaccin se torn de un color

rojizo.

P g i n a | 9


9 | P g i n a

8

34 + ()3 + 1 4

Al comparar la reaccin con el patrn, se observ que reaccin se torn de un color naranja/rojo, ms obscuro que el patrn.

9 34 + ()3 + 1 4 Al comparar la reaccin con el patrn, se observ que reaccin se torn ms de un color naranja muy claro.

10 Temperatura.

11 Disminucin. El color fue rojizo-negro, con la formacin de

hielo a una temperatura de -15

12 Aumento. El color tuvo un cambio amarillo claro a una

temperatura de 40 y el agua llego a un punto de ebullicin de 91.

P g i n a | 10


10 | P g i n a

8.- Anlisis de Resultados

Evento Mezcla Cambio Observacin Justifica-cin

Des. del Eq. Qui.

1 NH4SCN0.1M+FeCl3 Rojo-Negro Fe(SCN)3

2 NH4SCN0.1M+FeCl3 + H2O Rojo-naranja Fe(SCN)3 Dil.

3 NH4SCN0.1M+FeCl3 NH4SCN (+) Rojo-naranja

Fe(SCN)3

4 NH4SCN0.1M+FeCl3 FeCl3 (+) Rojo-naranja

Fe(SCN)3

5 NH4SCN0.1M+FeCl3 NH4Cl (-)Naranja-amarillo

FeCl3

6 NH4SCN0.1M+FeCl3 Temperatura (+) Naranja-amarillo

FeCl3

7 NH4SCN0.1M+FeCl3 Temperatura Rojo Fe(SCN)3

Aspecto del Fe(SCN)3: El tiocianato frrico se caracteriza por presentar una coloracin rojo sangre.

Tipo de reaccin: Reaccin de doble sustitucin

Estado de agregacin: Lquido (homognea)

Expresin de Kc =[4]

3[()3]

[4]3[3]

Para los eventos 1 y 2, Kc tiene un valor menor a 1 ya que no hay desplazamiento qumico,

es de signo positivo.

G = 0

Tipo de reaccin identificada por cambio de temperatura:

Para el evento 6 se dice que la reaccin es endotrmica, pues hubo un aumento de

temperatura, lo que causar un desplazamiento del equilibrio en dicho sentido con la

formacin consiguiente de ms

cantidad de productos con lo

que se alcanzar nuevamente

el equilibrio. En el caso del

evento 7 la reaccin es exotrmica, si se disminuye la temperatura de una reaccin en

estado de equilibrio, se provocar un desplazamiento de ste en el sentido hacia donde se

desprenda calor.

Para una reaccin exotrmica el valor de la constante de equilibrio disminuye al aumentar

la temperatura, mientras que para

una reaccin endotrmica, este

valor aumenta cuando se aumenta

la temperatura.

P g i n a | 11


11 | P g i n a

Reaccin balanceada:

Signo del H: para el evento 6 es positiva los reactantes tienen mayor energa y para el

evento 7 es negativa, los productos son los que en este caso contienen mayor energa.

9.- Conclusiones Se dice que una reaccin qumica tiene lugar cuando una o mas sustancias llamadas

reactantes se transforman en otras llamadas productos. Esto se observo en la

experimentacin cuando la reaccin se torno de un color diferente, lo cual indica que la

reaccin llego al equilibrio qumico.

La reaccin que se produjo fue del tipo de doble sustitucin, relacin cuantitativa de molos

de reactivos y de productos en una ecuacin qumica.

Fig.1 Cuando la reaccin esta en equilibrio, el valor de Kc es

mayor a 1 y por tanto =

Para provocar un desplazamiento qumico, primero se debe tener una reaccin en

equilibrio qumico, y para provocar esto se modifica aumentando o disminuyendo la

concentracin de reactivos y productos. En la experimentacin se observaron cambios de

color ya que fueron comparados con un patrn o testigo.

Otra manera de provocar un desplazamiento qumico es aumentando o disminuyendo la

temperatura, como se observo en la experimentacin al aumentar la temperatura hubo un

desplazamiento hacia los reactivos y cuando se disminuyo el equilibrio se desplazo a los

productos.

Dicho esto, se puede decir que la hiptesis se cumple; ya que el desplazamiento del

equilibrio qumico si cambio cuando se modifico la concentracin y temperatura

manteniendo la presin y el volumen constantes.

P g i n a | 12


12 | P g i n a

10.- Referencias Bibliogrficas

CHANG, Raymond; (2010) Qumica, 10 ed; mcGRaW-HiLL, Mxico, 1086 pp.

JOHN, Dean, (1990) Lange Manual de Qumica Tomo II, 13 ed, McGraw-Hill , Mxico.

W. WHITTEN, Kenneth, E. Davis, Raymond, M. Larry, Peck. (1998). Qumica General.5 ed; Mc Graw-Hill, Mxico 1121pp.

WENDELL,H.S., Parsons T.D., (1987) Qumica General, Limusa, Mxico. Hojas de Seguridad:

Hojas Informativas sobre Sustancias Peligrosas del Derecho a Saber , (Consultado el 15 de Febrero del 2014), http://web.doh.state.nj.us/rtkhsfs/search.aspx?lan=spanish

11.- ANEXOS

Cuantos mL del NH4SCN al 0.1M se necesitan para hacerlo reaccionar con 3mL

del reactivo FeCl3 0.1M?

4 + 3 34 + ()3

Balanceo por mtodo algebraico:

a. N= 2a = 3c + 3d Si a =1 3b= 3c a= 3d x3

b. H=4a = 12c 4a= 12c 3b= 3(1/3) 1=3d a=1 3

c. S= a = 3d 4(1)= 12c 3b= 1 3d= 1 b=1/3 1

d. C= a = 3d 12c= 4 b= 1/3 d= 1/3 c=1/3 1

e. Fe= b= d c= 4/12 d=1/3 1

f. Cl= 3b= 3c c= 1/3

4 + 3 34 + ()3 mL? 0.1M 3mL 0.1M

[4]= 3mL FeCl3 (0.1 3

1000 3) (

3 4

1 3) (

1000 4

0.1 4) =

P g i n a | 13


13 | P g i n a

Clculos Quimicos:

P.M. (g) = 76.12 Pureza: 97.5%

50mL NH4SCN 0.1M x 0.1 mmol NH4SCN

1mL NH4SCN 0.1M x

76.12mg NH4SCN

1 mmol NH4SCN x

1g NH4SCN

1000mg NH4SCN x

100g NH4SCN R.A.

97.5g NH4SCN =

0.3903g NH4SCN

P.M. (g) = 270.30 Pureza: 97-102%

50mLFeCl3 0.1M x 0.1 mmol FeCl3

1mL FeCl3 0.1M x

270.30mg FeCl3

1 mmol FeCl3 x

1g FeCl3

1000mg FeCl3 x

100g FeCl3 R.A.

97g FeCl3 = 1.3932g

P.M. (g) = 53.49 Pureza: 99.5-100.5%

50mL NH4Cl 0.1M x 1 mmol NH4Cl

1mL NH4Cl 0.1M x

53.49mg NH4Cl

1 mmol NH4Cl x

1g NH4Cl

1000mg NH4Cl x

100g NH4Cl R.A.

99.5g NH4Cl = 2.687g

NH4Cl

Fichas de seguridad

Nombre TIOCIANATO DE AMONIO ()

Masa molecular 76.12 g/mol

Aspecto Estado fsico: slido Color: incoloro Olor: inodoro

Densidad (20 C) 1.3 g/cm3

Solubilidad en Agua (20 C) 1600 g/l

pH a 50 g/l H2O (20 C) 4.8-5.8

Reactividad qumica Condiciones a evitar: Calentamiento. (Liberacin de: gases nitrosos,

cianure de hidrgeno, amonaco)! Materias a evitar: Con las

siguientes sustancias existe peligro de explosin y/o de formacin de

gases txicos: cidos, oxidante, cloratos (sales alcalinas) / Golpes y

friccin, plomo- nitratos.

Sensible a la luz, higroscpico. Incompatible con metales diversos.

P g i n a | 14


14 | P g i n a

Rombo de seguridad

Nombre CLORURO FRRICO

Masa molecular 162.2g/mol

Aspecto Cristales higroscpicos negros a marrones. COLOR: Caf rojizo

ASPECTO FSICO: Lquido OLOR: Leve olor cido

Densidad 11.73-12,39 lbs/gal @ 20 C

Solubilidad En agua: 100%

pH Menor que 1

Reactividad

qumica

Estable a temperaturas y presin normales

Condiciones que se deben evitar: Calor, fuego, chispas o fuentes de

ignicin.

Incompatibilidades: Incompatible con la mayora de los metales

comunes (hierro, cobre, nquel, plomo, aluminio, etc.),bases fuertes,

agentes oxidantes energticos y potasio

metlico.

Descomposicin peligrosa: Productos de termo descomposicin:

Cloruro de hidrgeno. Existe riesgo latente de fuego y explosin

cuando entra en contacto con metales debido a la generacin de

hidrgeno.

POLIMERIZACIN: No se polimeriza

P g i n a | 15


15 | P g i n a

Rombo de

seguridad

Nombre CLORURO DE AMONIO

Masa molecular 53,49g/mol

Aspecto Aspecto: slido blanco. Olor: Inodoro.

Densidad (20/4): 1,53

Solubilidad 370 g/l en agua a 20C

pH 4,5-5,5

Reactividad qumica Estabilidad: Estable en condiciones ordinarias de uso y

almacenamiento.

Productos Peligrosos de Descomposicin: Si est presente en un

incendio se descompone para formar cloruro de hidrgeno y

amonaco.

Polimerizacin Peligrosa: No ocurrir.

Condiciones a Evitar: Calor, humedad, incompatibles.

Rombo de seguridad

Aspecto del Fe(SCN)3

El tiocianato frrico se caracteriza por presentar una coloracin rojo sangre. As mezclando cloruro frrico y tiocianato potsico que no presentan coloracin rojiza, se obtiene una disolucin de un intenso color rojo sangre.

El hierro se oxida y por eso da esa coloracin sangre.

Concentración y Temperatura del desplazamiento del Equilibrio Químico en una reacción de doble...

Documents

Transcript of Concentración y Temperatura del desplazamiento del Equilibrio Químico en una reacción de doble...