Produccin de co2 a partir de la reaccin de HCl y NaHCO3

Practica 1Septiembre 2014

IntroduccinEn esta prctica se plantea un desarrollo experimental para determinar la velocidad con que reaccionan el HCl y NaHCl3 en condiciones de T y P normales.

La Cintica Qumica, se ocupa del estudio de las velocidades de las reacciones qumicas. Pero, adems, estudia y desarrolla modelos de los mecanismos de dichas reacciones para poder explicar los resultados experimentales de las mediciones de dichas velocidades.

La velocidad de reaccin se define como la cantidad de sustancia que se transforma en una determinada reaccin por unidad de volumen y tiempo. Por ejemplo, la oxidacin del hierro bajo condiciones atmosfricas es una reaccin lenta que puede tardar muchos aos, pero la combustin del butano en un fuego es una reaccin que sucede en fracciones de segundo.

La velocidad de una reaccin qumica depende de la naturaleza de las sustancias actuantes. Pero para unos reactantes de- terminados, se ha encontrado que la velocidad de la reaccin vara con la concentracin de las sustancias actuantes y la temperatura. Adems, la velocidad de una reaccin puede ser afectada por la presin, la presencia de sustancias cuyas frmulas no aparecen en la ecuacin estequiomtrica (pero que intervienen en la reaccin), por la accin radiacin electromagntica de determinados intervalos de longitudes de onda (UV, IR, o radiaciones ionizantes como X o ), etc.

Si se representa grficamente la concentracin de un producto en funcin del tiempo que transcurre desde el comienzo de la reaccin, la velocidad de reaccin en un instante dado viene medida por la pendiente de la curva en ese instante.

Objetivos

General: Calcular la velocidad de reaccin a una concentracin determinadaEspecficos: Realizar los clculos necesarios para realizar las soluciones de HCl al 0.02M Calcular el exceso de NaHCO3 Montar el equipo para obtener los datos de la velocidad de reaccin Realizar un anlisis cintico mediante una grfica. Obtener conclusiones.Materiales y Mtodos

Materiales de uso comn: Matraz kitazato

Tapn de Plstico perforado

Tubo de ensayo

Probeta graduada de 250ml

Manguera de plstico

Pinzas de seguridad

Manmetro con forma de U

Pipeta de 1 ml

Vaso de precipitado

Balanza analtica

Jeringa de 5 ml

Matraz aforado de 100 ml

Vidrio de reloj

Reactivos

cido clorhdrico (HCl) Bicarbonato sdico (NaHCO3)Mtodos

Preparacin de las soluciones: Preparar las soluciones de HCl a las concentraciones de: 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.12. La concentracin con la cual se trabaj fue la de 0.02 molar para esto se realizan los siguiente clculos

Para 0.02 molar

Se pesa NaHCO3 de modo que sea el reactivo en exceso. Para calcular el reactivo en exceso se realiz lo siguiente

NaHCO3 PM= 84.01 g/mol

HCl PM=36.46 g/mol pureza 37.1% densidad=1.19g/mol

4fM HCl= 36.64 g/mol /(1.19 g/mol)(0.371) = 82.584 correspondiente para una pureza de 37.1%

Para un Litro de solucin

222.548mL/mol 100%

4.451mL/mol 2%

0.445mL

g=L x PM x M

g= (0.05) (84.01) (0.445)

g= 1.87 g (NaHCO3)

Desarrollo experimental: Armar el equipo para la medicin del tiempo de reaccin usando: un matraz kitazato, una manguera de hule, un tapn perforado, un manmetro con forma de U, unas pinzas de seguridad y un indicador colorante.

Medir el tiempo del volumen desplazado desde la ltima burbuja.

Hacer grafica de la cintica de reaccin

Resultados y discusin

No. de experimentoVolumen de HCl empleado (ml)Concentracin de HCl empleadaTiempo de reaccin (s)

150.020.384

250.020.768

350.021.152

450.021.536

550.021.92

650.021.2

750.022.4

850.023.6

950.024.8

1050.026

1150.021.216

1250.022.432

1350.023.648

1450.024.864

1550.026.08

De acuerdo a este anlisis de datos obtenidos, se obtuvo una pendiente de 0.2661 esto indica que la velocidad de reaccin de HCl a una concentracin de 0.02M y NaHCO3 en exceso es de 0.2661.V0.02=0.2661

Conclusin

En esta prctica pudimos observar como la velocidad de reaccin se vio afectada por algunos factores como:

Concentracin: La velocidad de reaccin aumenta con la concentracin significativamente y el orden de la reaccin, que controla cmo afecta la concentracin a la velocidad de reaccin.

Todo esto se concluye a partir de la ley de velocidad de reaccin:

v = k(T) [A]^n [B]^m

Se trat de una prctica complicada en lo que a mediciones se refiere ya que se tuvo que estar muy al pendiente del cambio de volumen y del tiempo en el que ocurri la reaccin que fue muy rpida.Bibliografa

http://www.rlabato.com/isp/qui/qui_fis_2011-011.pdf AVERY H. E. Cintica qumica bsica y mecanismos de reaccin: Reverte, 1982. Facultad de Ciencias Universidad Autnoma de MadridCuestionario

1.- Definir el concepto de velocidad de reaccin, semireaccin y tiempo de vida medio.

La velocidad de reaccin se define como la cantidad de sustancia que se transforma en una determinada reaccin por unidad de volumen y tiempo. Por ejemplo, la oxidacin del hierro bajo condiciones atmosfricas es una reaccin lenta que puede tardar muchos aos, pero la combustin del butano en un fuego es una reaccin que sucede en fracciones de segundo.

El periodo de semirreaccin, t1/2, es el tiempo necesario para que desaparezca la mitad de la sustancia reaccionante original. Es decir cuando t=t1/2, x (la concentracin de reactivo que ha reaccionado) = a/2. Siendo a la concentracin inicial de partida.

2.- Qu respuestas se tendra sobre la velocidad de reaccin, la constante y el orden de reaccin, cuando los reactivos no son puros?

Se comprueba experimentalmente que la velocidad de una reaccin qumica homognea depende de las concentraciones de los reactivo Se llama reaccin homognea la que se produce en una sola fase y se llama heterognea aquella que precisa dos por lo menos.

Reacciones heterognea: en este tipo de reacciones se ha visto que la velocidad de reaccin es proporcional al rea de la superficie de contacto entre las fases.

Reacciones homogneas: en estas reacciones la velocidad depende de la concentracin (masa por unidad de volumen) de los reactivos disueltos. La disolucin puede ser liquida o gaseosa En el primer caso es factible alterar la concentracin de un reactivo aadiendo ms cantidad o separando una porcin, o bien cambiando el volumen del sistema por adicin o sustraccin de disolvente.

Es regla general que la velocidad de una reaccin aumenta cuando se aumenta la concentracin y pureza de los reacionantes. Esta observacin puede interpretarse en funcin de la teora de las colisiones: mientras mayor sea el nmero de as molculas reaccionantes, mayor ser la frecuencia de las colisiones totales y, por tanto, de sus colisiones electivas y mayor cantidad de reaccionantes se transforman en productos en menor tiempo.

Para el caso de gases ideales: en la expresin P= nRT/V, n/V representa el nmero de moles por unidad de volumen, o sea concentracin.

3.- Cundo se realiza experimentalmente el estudio de una reaccin qumica es un requisito el que participen dos reactivos?

Los procedimientos de anlisis pueden englobarse en tres grupos: mtodos qumicos, mtodos fsicos y mtodos de relajacin (destinados a la medida de las velocidades de reaccin muy rpidas < 10 seg.).

Mtodos qumicos. En los mtodos qumicos se separa una cantidad de sustancia del reactor para su anlisis. Para que los mtodos qumicos sean eficaces, deben ser rpidos en relacin a la reaccin a estudiar, en caso contrario la reaccin se ha de frenar mientras transcurre el proceso de anlisis. Las formas en las que podemos detener el avance de la reaccin son diversas, dependiendo de cada sistema:Disminuyendo la temperatura de reaccin.Eliminando el catalizador.

Aadiendo un inhibidor al sistema.

Eliminando alguno de los reactivos.

Mtodos Fsicos. En los mtodos fsicos se mide una propiedad fsica de la mezcla que cambie a lo largo de la reaccin. Son rpidos y evitan tener que sacar muestras del reactor, por lo que en general son ms indicados para el estudio cintico de una reaccin. Los mtodos fsicos ms frecuentes son:

Medida de la presin en reacciones gaseosas.Mtodos dilatomtricos (cambio en el volumen).Mtodos pticos (polarimetra, ndice de refraccin, colorimetra, espectrofotometra).Mtodos elctricos (conductimetra, potenciometra, polarografa).

En contraposicin a los mtodos qumicos que dan medidas absolutas de la concentracin, los mtodos fsicos dan medidas relativas y en general se necesita una curva de calibrado de la propiedad fsica a medir en funcin de la concentracin.

Como hemos visto el estudio experimental de las velocidades de reaccin se reduce a la medida de las concentraciones en funcin del tiempo a determinadas temperaturas. Sin embargo, en el caso de reacciones muy rpidas los mtodos anteriores fallan casi siempre. A continuacin vamos a describir algunos de los mtodos utilizados para la medida de las reacciones muy rpidas.

Mtodos de relajacin. Si intentamos medir la velocidad de una reaccin muy rpida por los mtodos tradicionales descritos anteriormente, el tiempo de mezcla de los reaccionantes ser un factor restrictivo. Por lo tanto cualquier mtodo para la medida de velocidades de reaccin que requiera mezclar los reaccionantes, no podr aplicarse con xito en estos casos. Los mtodos de relajacin evitan los problemas de mezclado.

Los mtodos de relajacin difieren fundamentalmente de los descritos anteriormente, en que el estudio cintico no se comienza en el momento en el que los reaccionantes se mezclan, sino que se deja que el sistema alcance el equilibrio. Alcanzado el equilibrio el sistema se perturba y este evoluciona hasta su nueva posicin de equilibrio. Si la diferencia en concentracin de los dos estados no es muy grande, entonces la evolucin de la concentracin es una funcin exponencial simple caracterizada por una sola constante, el tiempo de relajamiento, t. El tiempo de relajamiento, t, se define como el tiempo necesario para que la diferencia de concentracin entre los dos estados disminuya hasta 1/e de su valor inicial ver Fig.

Para poder aplicar este mtodo es necesario que la perturbacin del equilibrio tenga lugar en un tiempo mucho menor que t. Para las reacciones ms rpidas el tiempo de perturbacin ha de ser del orden de 10-6 a 10-7 segundos. El camino hacia el nuevo equilibrio que siguen las especies que intervienen en la reaccin se mide por medio de tcnicas electrnicas de gran velocidad, por ejemplo con un osciloscopio.

4.- Cul es la influencia de las concentraciones de los reactantes en la velocidad de una reaccin?Concentracin: La velocidad de reaccin aumenta con la concentracin, como est descrito por la ley de velocidad y explicada por la teora de colisiones. Al incrementarse la concentracin de los reactantes, la frecuencia de colisin tambin se incrementa.

5.- Cmo determinar el orden total y la constante de velocidad de una reaccin?El orden de reaccin est definido como la suma de los exponentes de las concentraciones en la ley de la rapidez de la reaccin. Este es tambin llamado orden total de reaccin, pues el orden depende del reactivo que se analice. El orden de la reacciones se determina experimentalmente.

Anexo 1Preparacin de las soluciones: Preparar las soluciones de HCl a las concentraciones de: 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.12. La concentracin con la cual se trabaj fue la de 0.02 molar para esto se realizan los siguiente clculosDatosNaHCO3 PM= 84.01 g/mol al 99.7% de purezaHCl PM=36.46 g/mol pureza 37.1% densidad=1.19g/molPara 0.02 molar de HCl

Se pesa NaHCO3 de modo que sea el reactivo en exceso. Para calcular el reactivo en exceso se realiz lo siguiente

para 50 ml

Anexo 2CUESTIONARIO

1. Definir el concepto de velocidad de reaccin, semireaccin y tiempo de vida medio. a) Velocidad de reaccin: se puede definir como la concentracin de reactivo que se transforma o se consume en la unidad de tiempo o la concentracin de producto que se genera en la unidad de tiempo.b) Semireaccin: Es un proceso en que imaginariamente transcurre producindose en l la oxidacin o la reduccin de un tomo en una reaccin redox.c) Tiempo de vida medio: se define como el tiempo necesario para que la concentracin inicial del reactivo disminuya hasta la mitad de su concentracin.2. Qu respuestas se tendra sobre la velocidad de reaccin, la constante y el orden de reaccin, cuando los reactivos no son puros? De no ser puros los reactivos podra aumentar o disminuir la velocidad de reaccin dependiendo de la naturaleza de las impurezas, ya que las concentraciones esperadas no seran las verdaderas, de esta manera, la constante y el orden de la reaccin se veran afectados. 3. Cundo se realiza experimentalmente el estudio de una reaccin qumica es un requisito el que participen dos reactivos? No, no es requisito ya que hay reacciones monomoleculares las cuales se llevan a cabo o por manejo de temperaturas y presiones, o adicin de catalizadores, empero, si es ms sencillo el poder estudiar una reaccin qumica en la que participen dos reactivos.4. Cul es la influencia de las concentraciones de los reactantes en la velocidad de una reaccin? Al aumentar la concentracin de los reactantes, aumenta la probabilidad de choques efectivos entre las molculas, y adems existen ms molculas que tienen la energa necesaria para formar el complejo activado. A mayor concentracin, mayor es la velocidad de reaccin. En el caso de reacciones en estado gaseoso el aumento de la concentracin de los reactivos se logra aumentando la presin, con lo que disminuye el volumen. Si la reaccin se lleva a cabo en disolucin, para cambiar la concentracin, lo que se hace es variar la relacin entre el soluto y el disolvente. 5. Cmo determinar el orden total y la constante de velocidad de una reaccin? El orden global de una reaccin no puede determinarse a partir de su ecuacin estequiometria. Se debe obtener experimentalmente. A lo largo del curso de una reaccin qumica cualquiera entre los reactantes A, B, C, etc., sus concentraciones disminuirn progresivamente. Excepto en el caso de una reaccin de orden cero, la velocidad de reaccin decrecer tambin correlativamente con el tiempo, de forma tal que podr indicarnos el orden de la reaccin. No obstante, en lugar de pretender un ensayo continuo de la velocidad de reaccin, a menudo es ms prctico medir las concentraciones iniciales de los reactantes y entonces seguir la reaccin midiendo las concentraciones de estos reactantes en varios tiempos. Operando matemticamente (por integracin) la ecuacin de velocidad de una reaccin, se puede obtener una ecuacin cintica que define (indirectamente) la constante de velocidad en trminos de las concentraciones de reactantes presentes inicialmente y las que quedan despus de un tiempo t. Constante de velocidad, k, es la constante de proporcionalidad entre la velocidad de reaccin experimental y las concentraciones elevadas a exponentes dados y es funcin de temperatura, agente cataltico e independiente de concentracin. Orden total de una reaccin es la suma de los exponentes a los que estn elevadas las concentraciones de los reactivos en la ecuacin de velocidad.

El orden de reaccin est definido como la suma de los exponentes de las concentraciones en la ley de la rapidez de la reaccin. Este es tambin llamado orden total de reaccin, pues el orden depende del reactivo que se analice. El orden de la reacciones se determina experimentalmente.