DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO QUÍMICO

OBJETIVO:

Determinar la constante de equilibrio de a reacción de esterificación del ácido acético con etanol para producir acetato de etilo y agua :

CH 3COOH+C2H 5OH HCl3N⇔

CH 3COOC2H 5+H 2O

A partir del análisis químico de la mezcla de reactivos y productos en equilibrio.

RESUMEN:

En esta práctica se definirán algunas de las constantes de equilibrio para algunos sistemas, su función, y el comportamiento que tiene la constante de equilibrio en algunos sistemas homogéneos que contienen una reacción en común, así como la utilidad que tiene la densidad y la titulación para calcular dicha constante.

FUNDAMENTO TEÓRICO:

EQUILIBRIO QUÍMICO:

Es el estado al que se llega al final de cualquier sistema químico. La expresión matemática que representa al equilibrio químico, se conoce como Ley de Acción de Masas y se enuncia como: La relación del producto de las actividades (actividad igual a concentración en soluciones diluidas) elevadas los coeficientes estequiométricos en la reacción de productos y reactivos permanece constante al equilibrio. Para cualquier reacción: K = cte. de cada reacción en el equilibrio.

K=[C ]C . [D ]d

[A ]a . [B ]b

Las letras entre paréntesis rectangular indican concentración molar de reactivo o producto y los exponentes son los coeficientes estequiométricos respectivos en la reacción. De acuerdo con estas expresiones matemáticas:

°Si K <1, entonces la reacción es muy reversible y se dice que se encuentra

desplazada a la izquierda.

°Si K = 1, es una reacción en la que se obtiene 50% de reactivos y 50% de

productos.

°Si K > 1, la reacción tiene un rendimiento alto y se dice que esta

desplazada a la derecha.

EFECTO DE UN CAMBIO DE LAS CONDICIONES DE EQUILIBRIO:

Existen diversos factores capaces de modificar el estado de equilibrio en un proceso químico, como son la temperatura, la presión, y el efecto de la concentración. La influencia de estos tres factores se puede predecir, de una manera cualitativa por el Principio de Le Chatelier, que dice lo siguiente: si en un sistema en equilibrio se modifica alguno de los factores que influyen en el mismo (temperatura, presión o concentración), el sistema evoluciona de forma que se desplaza en el sentido que tienda a contrarrestar dicha variación.

Efecto de la temperatura: si una vez alcanzado el equilibrio, se aumenta la temperatura, el equilibrio se opone a dicho aumento desplazándose en el sentido en el que la reacción absorbe calor, es decir, sea endotérmica.

Efecto de la presión: si aumenta la presión se desplazará hacia donde existan menor número de moles gaseosos, para así contrarrestar el efecto de disminución de V, y viceversa.

Efecto de las concentraciones: un aumento de la concentración de uno de los reactivos, hace que el equilibrio se desplace hacia la formación de productos, y a la inversa en el caso de que se disminuya dicha concentración. Y un aumento en la concentración de los productos hace que el equilibrio se desplace hacia la formación de reactivos, y viceversa en el caso de que se disminuya.

Factores que no modifican el valor de la constante de equilibrio termodinámica:Actividad del disolventeFuerza iónicaReacciones lateralesEl cálculo de las concentraciones en el equilibrio requiere el planteamiento de un sistema de ecuaciones con tantas ecuaciones como especies existan en el equilibrio. Las ecuaciones del sistema proceden de: Las constantes de equilibrio. Los balances de masas. El balance de cargas si es necesario.

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 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 muestran las cantidades de reactivos utilizados:

Muestra CH3COOH C2H5OH HCl CH3COOC2H5 H2O1 5.00mL 5.00mL2 5.00mL 3.00mL 2.00mL3 5.00mL 2.10mL 3.00mL4 1.00mL 4.05mL 5.20mL5 2.00mL 3.10mL 5.10mL6 3.00mL 2.00mL 5.00mL7 4.00mL 1.00mL 5.00mL8 1.00mL 5.00mL 4.00mL9 1.80mL 5.00mL 4.00mL

10 1.00mL 5.00mL 4.00mL

-En la siguiente tabla se muestra la cantidad de sustancia utilizada en moles:

Muestra CH3COOH C2H5OH HCl CH3COOC2H5 H2O1 0.1364 0.05112 0.1364 0.0307 0.11103 0.1364 0.0215 0.16654 0.0175 0.0694 0.14195 0.0350 0.0531 0.13926 0.0520 0.0343 0.13647 0.0699 0.0171 0.13648 0.0175 0.1364 0.04099 0.0310 0.1364 0.0409

10 0.0171 0.1364 0.0409

-En la siguiente tabla se muestran las cantidades de las sustancias puras (separando Agua de HCl)

Muestra CH3COOH C2H5OH HCl CH3COOC2H5 H2O1 0.0150 0.0511 0.24582 0.0150 0.0307 0.35683 0.0150 0.0215 0.41234 0.0175 0.0694 0.0156 0.25565 0.0350 0.0531 0.0153 0.25076 0.0520 0.0343 0.0150 0.24587 0.0699 0.0171 0.0150 0.24588 0.0175 0.0150 0.0409 0.24589 0.0310 0.0150 0.0409 0.2458

10 0.0171 0.0150 0.0409 0.2458

-¿Cómo Proseguir?:

• 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.

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.

Resolucion:

Como determinar la cantidad de Agua en HCl:

1)Hallamos la cantidad de HCl

HCl3N= 3moles1000mL

x 5ml=0.015→0.015moles es la cantidadde HCl queexiste en5mLde Solucion

0.015molesx36.461gr .1mol de HCl

=0.547 gr .de HCl

2)Hallamos el peso de la Soluciion usando su densidad:

5mLx0.9949gr .mL

=4.9745 gde solucion total… ..

3)Al peso de la solución total le quitamos el HCl puro y lo que quede será Agua:

Masa de Agua=4.9745−0.547=4.42754)esta cantidad se pasa a moles dividiendo entre su peso molecular y luego se deberán realizar los cálculos respectivos.

Como determinar el Ac.Acético Que no reacciono#meq NaOH = #meq CH3COOH

N.V = W/PMEQ

(0.5)(gasto respectivo de NaOH) (Pmeq) =WAcido Acetico

(0.5)(gasto de NaOH) (Peso Molecolar/1000j)=WAcido Acetico

-La cantida resultante saldrá en gramos;se deberá pasar a moles, esta será la cantidad en equilibrio de NaOH.

Muestra 1:

CH 3COOC2H 5+H 2OHCl3N5mL⇔

CH3COOH+C2H 5OH0.025550.122900

0.01890.01890.01890.0189−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−¿0.006650.104 0.01890.0189

K=

0.01890.005

x0.01890.005

0.006650.005

x0.1040.005

=0.52

Muestra 2:

CH 3COOC2H 5+H 2OHCl3N5mL⇔

CH3COOH+C2H 5OH0.015350.1784 00

0.01510.01510.01510.0151−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−¿0.000250.16330.01510.0151

K=

0.01510.005

x0 .01510.005

0.16330.005

x0.000250.005

=5.48

Muestra 3:

CH 3COOC2H 5+H 2OHCl3N5 .05mL

⇔

CH3COOH+C2H 5OH0.010750.2061500

0.010750.010750.010750.01075

−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−¿00.1954 0.010750.01075

K=

0 .010750.00505

x0.010750.00505

0.19540.00505

=0.117

Muestra 4:

CH 3COOH+C2H 5OHHC l3N5.125⇔

CH 3COOC2H 5+H 2O0.008750.034700.1278

0.00270.00270.0027 0.0027−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−¿0.006050.0320.00270.1305

K=

0.13050.005125

x0.00270.005125

0.006050.005125

x0.032

0.005125

=1.819

Muestra 5:

CH 3COOH+C2H 5OHHC l3N5.1⇔

CH 3COOC2H 5+H 2O0.01750.0265500.12535

0.00370.00370.0037 0.0037−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−¿0.01380.022850.00370.12905

K=

0.00370.0051

x0.129050.0051

0.01380.0051

x0.022850.0051

=1 .514

Muestra 6:

CH 3COOH+C2H 5OHHC l3N5⇔

CH 3COOC2H 5+H 2O0.0260.0171500.122885

0.0041750.0041750.0041750.004175−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−¿

0.0218250.0129750.0041750.12706

K=

0.127060.005

x0.0041750.0051

0.0218250.005

x0.0129750.005

=1 .87

Muestra 7:

CH 3COOH+C2H 5OHHC l3N5⇔

CH 3COOC2H 5+H 2O0.0350.0085500.122885

0 .00260.00260.00260.0026−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−¿0.0324 0.005950.00260.1489

K=

0.00260.005

x0.14890.005

0.03240.005

x0.005950.005

=2.01

Muestra 8:

CH 3COOC2H 5+H 2OHCl3N5mL⇔

CH3COOH+C2H 5OH0.020450.12290.008750

0.01350.01350.01350.0135−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−¿0.006950.110.0220.0135

K=

0.0220.005

x0.01350.005

0.006950.005

x0.110.005

=0.39

Muestra 9:

CH 3COOC2H 5+H 2OHCl3N5 .4mL

⇔

CH3COOH+C2H 5OH0.020450.122900.0155

0.01290.01290.01290.0129−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−¿0.007550.110.01290.0284

K=

0.01290.005

x0.02840.005

0.007550.005

x0.110.005

=0.44

Muestra 10:

CH 3COOC2H 5+H 2OHCl3N5 .mL⇔

CH3COOH+C2H 5OH0.020450.122900.00855

0.0150.0150.0150.015−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−¿0.005450.10790.0150.02355

K=

0.0150.005

x0.023550.005

0.005450.005

x0.10790.005

=0.601

K=1.48

Conclusiones:

Para determinar la constante de equilibrio en la esterificación del acetato de etilo, deberemos determinar primero para donde se desplaza la reacción.

Analizamos las cantidades de reactivos insertadas en la muestra, y asi obtendremos la constante de equilibrio.

Bibliografía:

“Analisis QUijmico Cuantitativo”-Daniel C. Harris 6ª Edicion(3ªOriginal)”-Editorial Reverte