Práctica 10. Cinética

Química 2º bachillerato
Práctica 10
Velocidad de Reacción
Efecto de la concentración, de la temperatura y de los catalizadores
1. Objetivos
Comprobar experimentalmente la influencia de la concentración de un reactivo, de la
temperatura y de la presencia de un catalizador, en la velocidad de una reacción química.
2. Fundamento teórico
La velocidad de una reacción se expresa en términos de la desaparición de los reactantes y de la
aparición de los productos, en un tiempo dado. Toda reacción química surge del número de
choques eficaces entre las partículas (moléculas, iones...) de los reactivos. Este número es
proporcional a la cantidad de partículas que se encuentran en la disolución (concentración).
Una medida de la velocidad de reacción es, pues, la relación entre el cambio de la concentración
molar de un reactivo o de un producto y el tiempo de cambio. Sea la reacción:
A+B
C+D
A y B se gastan, por tanto su concentración decrece en un tiempo t, por el contrario la
concentración de C y D aumenta en el mismo tiempo de reacción.
La velocidad media de la reacción se puede expresar:
Si en la reacción anterior la concentración de la sustancia B es tan alta, respecto a la de A, que
podemos considerarla constante durante toda la reacción, esta velocidad dependerá en cada
instante de la variación de la concentración molar de A.
Por otra parte, un cambio en la temperatura de los reactivos se traduce en un incremento de la
velocidad de sus partículas, de su energía cinética, de los choques eficaces y, en consecuencia de
la velocidad de reacción. En muchas reacciones, la velocidad de la misma se duplica cuando la
temperatura
aumenta
10ºC.
Ciertas sustancias, llamadas catalizadores, cambian la velocidad de reacción. Su sola presencia
modifica la energía de activación, traduciéndose en una variación del número de choques
eficaces entre las partículas de los reactivos.
En la velocidad de una reacción química influyen varios factores; entre ellos, los más
importantes son la concentración de los reactivos, la presencia de catalizadores y la
temperatura de la reacción.
Aunque todos los factores mencionados pueden afectar las reacciones químicas
simultáneamente, puede plantearse la experiencia de forma que se mantengan constantes todos
los factores excepto uno en cada ensayo.
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Para observar estos efectos utilizaremos una reacción cuyo final es fácilmente determinable. La
reacción que utilizaremos es:
a) IO3- + 3 HSO3-
I - + 3 SO42- + 3 H+
El I- que se va produciendo, reaccionará con IO3- el dando I2, pero aún así queda HSO3- ; este
yodo molecular, reaccionará otra vez dando I-.
b) I2 + HSO3-
2 I- + SO42- + 3 H+
Tan solo cuando se haya consumido todo el HSO3- (final de la reacción) podrá reaccionar el
yoduro con el yodato:
c) IO3- + 5 I- + 6H+
3I2 + 3 H2O
Todos los ensayos se van a realizar con exceso de ion yodato, para que una vez consumido el ion
hidrógeno sulfito presente en la disolución, el yodato sobrante oxide al ión yoduro producido.
La formación de yodo en presencia de almidón, se detecta inmediatamente por la presencia de
color azul en la disolución, significando además que han terminado las reacciones a) y b) y se
inicia la reacción c).
3. Material y reactivos
- Vasos de precipitados 100 y 50 ml
- Pipetas 25, 10 y 5 ml
- Varillas de vidrio
- Termómetro de 0 a 100ºC
- Mechero completo (trípode y tela metálica)
- Cristalizador
- Cuentagotas
- Cronómetro
- Disolución A (Yodato de potasio 4,28 g/litro)
- Disolución B (4 g de Almidón en 400 ml de agua hirviente. Añadir 0,6 g de KHSO3 y 5 ml de
Ácido Sulfúrico 1 M y Agua destilada hasta 1000 ml).
- Disolución de nitrato de cobre 0,02 M (preparar a partir de Nitrato de Cobre(II) trihidratado
- Hielo
- Agua destilada
4. Procedimiento experimental
Comprobar los efectos de la concentración, de la temperatura y de los catalizadores sobre la
velocidad de reacción con las siguientes experiencias:
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4.1. Efecto de la concentración
Se realizan cinco experiencias E1, E2, E3, E4 y E5 del siguiente modo:
a) En los correspondientes vasos se colocan las cantidades de las disoluciones A y B, que se
indican en la tabla y se les añade, en su caso, la cantidad de agua destilada
correspondiente.
b) Mide las temperaturas de las disoluciones y anótalas ( puesto que están preparadas en el
laboratorio estarán todas a la misma temperatura, por lo que con que midamos la de
una disolución es suficiente).
c) Se vierte el contenido del vaso de la disolución A en el de la disolución B y al mismo
tiempo se pone en marcha el cronómetro.
d) Se agita suavemente y se observa el vaso hasta la aparición de color azul, en ese instante
se para el cronómetro y se anota el tiempo transcurrido.
e) Repetir el proceso para las restantes experiencias.
Volumen (ml)
Vaso 1
Vaso 2
Disolución A
Agua
destilada
Disolución B
Agua
destilada
E1
E2
E3
E4
E5
10
10
5
5
5
0
0
5
5
0
10
5
10
5
5
0
5
0
5
0
Tiempos(s)
4.2. Efecto de la temperatura
Se apreciará mezclando los reactivos a temperatura ambiente y a temperaturas inferiores y
superiores.
a) En tres vasos de precipitados se vierten 5 ml de la disolución A y 5 ml de agua y, en otros
tres vasos, 5 ml de la disolución B y 5 ml de agua.
b) E6: Se lleva un vaso de cada tipo al frigorífico y, transcurridos 5 minutos, se mezclan las
dos disoluciones, anotando la temperatura de la mezcla y el tiempo que tarda en
aparecer el color azul.
c) E7: Se lleva un vaso de cada tipo a la estufa y, transcurridos 5 minutos, se mezclan las
dos disoluciones, anotando la temperatura de la mezcla y el tiempo que tarda en
aparecer el color azul.
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d) E8: Se lleva un vaso de cada tipo al baño María y, cuando comiencen a hervir, se
mezclan las dos disoluciones, anotando la temperatura de la mezcla y el tiempo que
tarda en aparecer el color azul.
A continuación se completa la siguiente tabla:
Experiencia
Temperatura ºC
Tiempo de reacción (s)
Frigorífico E6
Estufa E7
Baño María E8
4.3. Efecto de los catalizadores
La influencia de los catalizadores en la velocidad de reacción, se manifiesta agregando a la
mezcla de las disoluciones de yodato y de hidrógenosulfito, pequeñas cantidades de ión cúprico.
Repetir el ensayo del apartado anterior, cuando las disoluciones se mezclan a
temperatura ambiente, sin añadir y añadiendo 2, 4 y 6 gotas de disolución de nitrato de cobre
(II) 0,02 M, para en cada caso, anotar el tiempo de la reacción.
Análogamente, incluir en el siguiente cuadro los datos obtenidos para los tiempos de
reacción, al intervenir cantidades variables de un catalizador.
Experiencia Disol. Cu nº gotas Tiempo de reacción (s)
E9
E10
E11
E12
5. Cuestiones
1. Obtener conclusiones de carácter general sobre la influencia en la velocidad de reacción de:
a). Un aumento de la concentración de uno de los reactivos:
b). Una variación de la temperatura de reacción:
c). La presencia de un catalizador:
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2. En la presente práctica en el estudio de la velocidad de reacción con la concentración, ¿cuál
es de modo aproximado el orden de la reacción con respecto al hidrógenosulfito?
3. A la vista de los resultados del apartado 4.2, ¿podrías determinar alguna relación entre el
tiempo de reacción y la temperatura?
4. ¿Qué influencia ejerce la presencia del ion cúprico, en los presentes ensayos? ¿Aumenta o
disminuye la velocidad de reacción?
5. ¿Puede un catalizador disminuir la velocidad de reacción?.