PRACTICA 3 . Determinación de una constante de equilibrio por

EXPERIMENTACION EN QUIMICA FISICA
2º Curso – 1er Cuatrimestre
Ingeniería Técnica Industrial - Especialidad en Química Industrial
Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial
PRACTICA 3. DETERMINACION DE UNA CONSTANTE DE EQUILIBRIO POR
ANALISIS QUIMICO
►OBJETIVO:
Determinar la constante de equilibrio de a 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 en equilibrio.
►FUNDAMENTO TEÓRICO:
La constante de equilibrio para la reacción
aA + bB ' cC + dD
viene dada por la expresión
Ko =
aCc ⋅ aDd
a Aa ⋅ aBb
Si consideramos una reacción que tenga lugar en disolución diluida, la expresión de la constante
de equilibrio en función de actividades se puede simplificar y expresar en función de
concentraciones como
KC =
[ C ]c ⋅ [ D ]d
[ A ]a ⋅ [ B ]b
De acuerdo con la estequiometría de la reacción de esterificación, a = b = c = d = 1, por lo que
KC =
n éster ⋅ n agua
[ éster ] ⋅ [ agua ]
=
[ ácido ] ⋅ [ alcohol ] n ácido ⋅ n alcohol
donde los términos n representan el número de moles de éster, agua, ácido y alcohol de cualquier
mezcla en equilibrio en un volumen total V.
►PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
Para determinar el valor de la constante de equilibrio por análisis químico se preparan una serie
de mezclas de reacción que contienen 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
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Experimentación en Química Física – Práctica 3
cantidad conocida de ácido clorhídrico, que actúa como catalizador y reduce el tiempo necesario
para que se establezca el equilibrio.
En la tabla siguiente se sugiere un conjunto de mezclas para este estudio.
Frasco
1
2
3
4
5
6
7
mL
HCl 3M
5
5
5
5
5
5
5
mL
ácido acético
0
0
0
1
2
3
4
mL
etanol
0
0
0
4
3
2
1
mL
éster
5
3
2
0
0
0
0
mL
agua
0
2
3
0
0
0
0
Para preparar 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 cierran bien.
• Determinar el número de moles de cada sustancia que se introduce inicialmente en cada frasco.
Para ello debe tenerse en cuenta que:
— Los números de moles de ácido acético, etanol y éster se calculan empleando las
densidades de las sustancias facilitadas en el laboratorio.
— El número de moles de agua se calcula suponiendo que la densidad del agua es
1 gr mL-1.
— El número de moles de ácido clorhídrico se calcula a partir de la concentración de
la disolución.
— El número de moles de agua añadidos con la disolución de ácido clorhídrico se
calcula a partir de la concentración del ácido, suponiendo que la densidad de la
disolución es 1 gr mL-1.
• Dejar los frascos a temperatura ambiente, agitando de vez en cuando, durante una semana.
• Valorar las mezclas en equilibrio utilizando una disolución de NaOH 0.5 M. Dado que el NaOH
no es un patrón primario, la disolución se debe valorar con un patrón primario ácido para conocer
exactamente su concentración. Para valorar las mezclas en equilibrio y la disolución de NaOH se
deben preparar:
— 250.0 mL de disolución de NaOH aproximadamente 0.5 M.
— 100.0 mL de disolución 0.1 M de C6H4COOHCOOK.
►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 el equilibrio. Para este cálculo se debe
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 el 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 tenerse en cuenta el agua que procede de la disolución
de HCl.
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Experimentación en Química Física – Práctica 3
Una vez determinados los moles de cada sustancia presentes en cada frasco, se debe calcular el
valor de la constante de equilibrio para cada experiencia. La media entre todos estos valores será
el resultado final del experimento. Este resultado se debe 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.
►CUESTION ADICIONAL:
La termodinámica establece que la dependencia de la constante de equilibrio con la temperatura
viene dada por la expresión
d (ln K )
∆H
=
dT
RT 2
Sin embargo, durante la realización de la práctica no se controló la temperatura y no es posible
saber si la temperatura cambió durante el experimento.
Explicar razonadamente por qué no es necesario, en este caso, estudiar la reacción manteniendo
la temperatura constante.
►SIMULADOR DE UN EQUILIBRIO QUIMICO:
En la página web de la asignatura
http://webs.uvigo.es/eqf_web
encontrarás un simulador de un equilibrio químico que muestra cómo varían las concentraciones
de reactivos y productos con el tiempo mientras una reacción sencilla alcanza el equilibrio.
Además encontrarás un conjunto de cuestiones previas que también debes resolver antes de
entrar el laboratorio. El profesor de prácticas comprobará si has empleado el simulador y
contestado las cuestiones antes de comenzar el trabajo experimental.
►SIMULADOR DE UNA VALORACION ACIDO-BASE:
En la página web de la asignatura
http://webs.uvigo.es/eqf_web
encontrarás un simulador de una valoración ácido-base que reproduce el proceso de laboratorio.
Además encontrarás un conjunto de cuestiones previas que también debes resolver antes de
entrar el laboratorio. El profesor de prácticas comprobará si has empleado el simulador y
contestado las cuestiones antes de comenzar el trabajo experimental.
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Experimentación en Química Física – Práctica 3
► PRESENTACION DE 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 sódico:
3. Ácido clorhídrico:
Volúmenes añadidos en cada mezcla de reacción:
Frasco
mL
HCl
mL
ácido acético
mL
etanol
mL
éster
mL
agua
1
2
3
4
5
6
7
• Número de moles iniciales en cada mezcla de reacción:
Frasco
n
HCl
n
ácido acético
n
etanol
n
éster
n
agua
totales
n
agua
pura
N
agua
dis. HCl
1
2
3
4
5
6
7
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
n
HCl
n
ácido acético
n
etanol
n
éster
n
agua
1
2
3
4
5
6
7
• Valores calculados de la constante de equilibrio:
Frasco
KC
1
2
3
4
5
6
7
• Análisis de resultados:
Comparar el valor de la constante de equilibrio obtenido con los datos que se encuentren en la
bibliografía o con el valor de la constante calculado a partir de tablas de datos termodinámicos.
En caso de discrepancia se deben indicar las posibles fuentes de error.
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