PRACTICA 1

Determinación de una constante de equilibrio por análisis químico.

OBJETIVO: determinar la constante de equilibrio de la reacción de esterificación del ácido acético con etanol para producir acetato de etilo y agua.

CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 +H2O

A partir del análisis químico de la mezcla de reactivos y productos

FUNDAMENTO TEÓRICO:La constante de equilibrio para la reacción

aA+bB cC+dD

Viene dada por la expresión

Si consideramos una reacción que tenga lugar en disolución diluida, la expresión de la constante de equilibrio en función de las actividades se puede simplificar y expresar en función de concentraciones como:

De acuerdo con la estequiometria de la reacción de esterificación, a = b = c = d = 1, por lo que

Donde los términos n representan el numero de moles de éster, agua, ácido y alcohol de cualquier mezcla en equilibrio en un volumen total V.

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:

Para determinar el valor de una constante de equilibrio por análisis químico se preparan una seria de mezclas de reacción que contengan distintas cantidades de los reactivos y productos, algunas con exceso de reactivos, otras con exceso de productos. De este modo, la reacción se desplazará hacia uno u otro lado para alcanzar el equilibrio. En la mezcla de reacción se añadirá también una cantidad conocida de ácido clorhídrico, que actúa como catalizador y reduce el tiempo necesario para que se establezca el equilibrio.

En la siguiente tabla se sugiere un conjunto de mezclas para este estudio.

Frasco mlHCl 3M

mlácido acético

mletanol

mléster

mlagua

1 5 0 0 5 02 5 0 0 3 23 5 0 0 2 34 5 1 4 0 05 5 2 3 0 06 5 3 2 0 07 5 4 1 0 0

Para prepara estas mezclas se debe seguir el siguiente procedimiento:

Pipetear las cantidades indicadas e introducirlas en frascos provistos de tapón. Tapar los frascos inmediatamente, asegurándose de que cierren bien.

Determinar el número de moles de cada sustancia que se introduce inicialmente en el frasco.

Dejar los frascos a temperatura ambiente, agitando de vez en cuando, durante una semana.

Valorar las mezclas en equilibrio utilizando una disolución de NaOH 0.5M. Dado que el NaOH no es un patrón primario, la disolución se debe valorar con un patrón primario ácido para conocer exactamente la concentración.

TRATAMIENTO DE DATOS:

A partir de la cantidad de base utilizada en la valoración de cada una de las muestras, se puede calcular el número de moles de ácido acético presentes en equilibrio. Para este cálculo se debe de tener presente la cantidad de base que se consume en la neutralización de los protones que proceden de la disolución de HCl.

Para obtener el número de moles de etanol, acetato de etilo y agua presentes en equilibrio, se debe considerar el número de moles iniciales de cada uno de ellos y sumarle o restarle el número de moles que ha reaccionado de acuerdo con la estequiometría de la reacción. Para el cálculo del número de moles de agua siempre debe de tener en cuenta el agua que procede de la disolución de HCl.

Una vez determinados los moles de cada sustancia presentes en cada frasco, se debe de calcular el valor de la constante de equilibrio para cada experimento. La media entre todos esos valores será el resultado final del experimento. Este resultado se debe de comparar con los datos que se encuentren en la bibliografía o con el valor de la constante calculado a partir de tablas de datos termodinámicos.

PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS:

Los datos y resultados obtenidos pueden presentarse con un esquema similar al siguiente:

Cálculo de las concentraciones de las disoluciones:

1. Ftalato ácido de potasio, 2. Hidróxido de sodio, 3. Ácido clorhídrico.

Volúmenes añadidos en cada mezcla de reacción:

Frasco mlHCl

mlácido

acético

mletanol

mléster

mlagua

1234567

Número de moles iniciales en cada mezcla de reacción:

Frasco nHCl

nácido acético

netanol

néster

nagua

totales

nagua pura

nagua dis.

HCl1234567

Nota: empleando los números de moles iniciales y el resultado de las valoraciones, se debe indicar explícitamente cuál es el sentido del desplazamiento de la reacción en cada mezcla. Una vez establecido el desplazamiento de la reacción, se calcula el número de moles finales de cada especie empleando la estequiometría de la reacción.

Número de moles finales en cada mezcla en equilibrio:

Frasco nHCl

nácido

acético

netanol

néster

nagua

1234567

Valores calculados de la constante de equilibrio:

Frasco 1 2 3 4 5 6 7Kc

Análisis de los resultados:

Comparar el valor de la constante de equilibrio obtenido con los datos que se encuentre en la bibliografía o con el valor de la constante calculado a partir de tablas de datos termodinámicos. En caso de discrepancia indicar las posibles fuentes de error.