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• liliana angarita

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Anexo – Tarea 4 Reacciones químicas Tablas para el desarrollo de los ejercicios Nombres y apellidos: Número de estudiante seleccionado:

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Correo institucional: Programa académico: Número de grupo: Nombre del tutor:

Ejercicio 1. Estequiometria Tabla 1. Ecuaciones químicas, pesos atómicos y moleculares 1. Descripción de la reacción química El zinc metálico sólido reacciona con ácido sulfúrico para formar hidrógeno gaseoso y una disolución acuosa de sulfato de zinc. 2. Ecuación química (2 puntos) Reacción Zn(s )+ H 2 SO 4(l) → ZnSO 4(ac) + H 2(g) balanceada y estados de agregación Tipo de reacción

Reacción de doble desplazamiento.

3. Peso molecular de reactivos y productos (3 puntos) Cálculo de los pesos moleculares de reactivos y productos a partir de los pesos atómicos: Zn(s )+ H 2 SO 4(l) → ZnSO 4(ac) + H 2(g) 65,38

g g g g + 98,079 →161 , 47 +2,0158 mol mol mol mol

163,459 1

g g → 163,4858 mol mol

Análisis de los resultados obtenidos (¿Se cumple la ley de la conservación de la masa?): Si, aunque las decimas no son exactas, debido a que se omiten muchos decimales en los cálculos de masa atómica de compuestos, sigue cumpliéndose la ley de la conservación de la masa que establece “La masa no se crea ni se destruye, sólo se transforma”. En una reacción química la suma de la masa de los reactivos es igual a la suma de la masa de los productos, postulada por Antoine Lavoisier en 1785. 4. Referencia (normas APA)

  

  

Mayer, L. (1992). Metodos de La Industria Quimica 2. Reverte. Museo Molet. (s. f.). Museo Usina Molet. https://web.epec.com.ar/molet/carburo_calcio.html Nejero Tuesta, P. A., Hoyos Herrera, E., León Flores, D., & Irigoin Jimenez, J. L. (2015, agosto). OBTENCION DE ACETILENO A PARTIR DE CARBURO DE CALCIO. UNIVERSIDAD DE LAMBAYEQUE INGENIERÍA AMBIENTAL. http://ingambiental-udl.blogspot.com/2016/04/obtencionde-acetileno-partir-de_92.html Patton, W. J. (1982). Ciencia y técnica de la soldadura. Urmo S.A. de Ediciones. Petrucci, R. H. (2017). QUIMICA GENERAL: PRINCIPIOS Y APLICACIONES MODERNAS (11.a ed.). PEARSON. Szabo, A., & Ostlund, N. S. (1996). Modern Quantum Chemistry: Introduction to Advanced Electronic Structure Theory (Revised ed.). Dover Publications.

Tabla 2. Cantidades de reactivos y productos, número de Avogadro y masa molar 2. Reacción química del proceso 1. Proceso químico

1

reactivos 1

2

CaC 2(s) +¿

H 2 O (l)

productos

→

3. Reacción química balanceada (2 puntos) 2

Balanceo de la reacción química

1

2

Ca (OH )2(ac)

+C 2 H 2(g)

CaC 2(s) +2 H 2 O(l ) → Ca ( OH )2(ac)+C 2 H 2(g) 4. Masa molar de reactivos y productos (4 puntos) Datos: PMCaC2 = 64,099 g/mol PMH2O = 18,01528 g/mol PMCa(OH)2 = 74,093 g/mol PMC2H2 = 26,04 g/mol Solución: Cálculo de la masa molar de reactivos y productos:

CaC 2(s) +2 H 2 O(l ) → Ca ( OH )2(ac)+C 2 H 2(g)

(64,099 molg )+2 ( 18,01528 molg )→(74,093 molg )+(26,04 molg ) (64,099 molg )+(36,03056 molg ) →100,133 molg 100,1 2956

g g →100,133 mol mol

Datos: PMCaC2 = 64,099 g/mol M = 78,00 mg ¿Cuántos moles y moléculas de reactivo 1 hay en 78,00 mg?

Solución: mol=

1 mol mg∗1 g ∗78 =1 ,2 169∗10−3 mol 64,099 g 1000 mg

moleculas=

1mol ∗1 , 2169∗10−3 mol=2,0207∗10−27 moleculas 23 6,022∗10 moleculas

5. Cálculos estequiométricos (9 puntos) 6. Reactivo límite y pureza: ¿Cuál reactivo es el limitante cuando se permite que reaccionen 16,64 g 3

Datos del ejercicio: m R1 = 16,64 g pureza R1 = 89% PM R1 = 64,099 g/mol m R2 = 14,50 g

pureza R2 = 94% PM R2 = 18,01528 g/mol Ecuaciones que utiliza: m PM = n Solución numérica del ejercicio: CaC 2(s) +2 H 2 O(l ) → Ca ( OH )2(ac)+C 2 H 2(g) 16,64 g+14,50 g → x + y Pasar a moles y hallar las moles puras: 16,64

g∗1 mol =0 ,2596 moles CaC 2 64,099 g

0 , 2596 de reactivo 1 al 89% de pureza y 14,50 g de reactivo 2 al 94% de pureza?

14,50

moles∗89 =0 , 231043 moles CaC 2 100

g∗1 mol =0,8049 moles H 2 O 18,01 52 8 g

0,8049

moles∗94 =0,756 580moles H 2 O 100

0 , 231043 moles+2(0,756 580moles )→ x+ y Hallar limitante: 0 , 231043 moles Ca

C 2∗2 moles H 2 O =0,462086moles H 2 O 1 mol CaC 2

CaC 2(s) +2 H 2 O(l ) → Ca ( OH )2(ac)+C 2 H 2(g) Limitante+ Exceso → x + y Análisis de los resultados obtenidos (incluye la respuesta a la pregunta): El reactivo limitante es el carburo de calcio y el agua está en exceso dentro de la reacción. 7. Cantidad de producto obtenido: Datos del ejercicio: 4

n R1 = 0,231043 moles CaC2 n R2 = 0,756580 moles H2O PM P1 = 74,093 g/mol PM P2 = 26,04 g/mol Rendimiento = 76,2% n P1 = ¿? n P2 = ¿? Ecuaciones que utiliza: m PM = n Solución numérica del ejercicio: CaC 2(s) +2 H 2 O(l ) → Ca ( OH )2(ac)+C 2 H 2(g) ¿Cuántos moles de producto 1 y producto 2 pueden producirse si el rendimiento de la reacción es del 76.2%?

Hallar las moles teóricas para cada producto: 0 , 231043 moles Ca

C 2∗1 moles Ca ( OH )2 =0,231043 moles Ca(OH )2 1 moles CaC 2

0 , 231043 moles Ca

C 2∗1 moles C2 H 2 =0 , 231043 moles C2 H 2 1 moles Ca C2

Hallar las moles reales para cada producto: ( OH )2∗76,2 0 , 231043 moles Ca =0 , 176055 moles H 2 O 100 0 , 231043 moles C 2

H 2∗76,2 =0 , 176055 moles C2 H 2 100

Análisis de los resultados obtenidos (incluye la respuesta a la pregunta): Se han formado 0,231043 moles de hidróxido de calcio con 0,231043 moles de acetileno durante la reacción. 8. Moles de reactivos en exceso ¿Cuántos moles del reactivo en exceso quedan al término de la reacción?. 5

Datos del ejercicio: n R2 (R exceso) = 0,756580 moles H2O n R2 (R reacciona) = 0,462086 moles H2O n R2 (R sobra) = ¿? Ecuaciones que utiliza: R Sobra=R Inicial−R Reacciona

Solución numérica del ejercicio: R Sobra=0 , 756580 moles−0 , 462086 moles R Sobra=0,2 94494 moles Análisis de los resultados obtenidos (incluye la respuesta a la pregunta): 0,294494 moles del reactivo en exceso no reaccionan durante la reacción.

Ejercicio 2. Equilibrio Químico Tabla 3. Cálculo y aplicaciones de las constantes de equilibrio Kp y Kc 1. Reacción Química Reactivo 1

Reactivo 2 4 CO(g)

¿(s) +¿

Producto 1 ↔

¿ ( CO )4(g)

2. Expresión de las constantes de equilibrio Kc y Kp (5 puntos) Kc 1

[ ¿ ( CO )4(g) ] K C= 4 1 [ ¿(s) ] [ CO (g) ]

Kp 1

[ ¿ ( CO )4(g) ] ( RT )2 K P= 4 1 [ ¿(s) ] [ CO(g ) ]

3. Cálculo y aplicaciones de las constantes de equilibrio (10 puntos) b. Una mezcla de 5.00*10-3 moles de reactivo 1 y 1.00*10-2 moles de reactivo 2, se pone en un recipiente a 448 °C y se deja que alcance el equilibrio. El análisis de la mezcla en equilibrio muestra que la concentración de producto 1 es 1.87*10-3 M. Calcule Kc para la reacción. Datos del ejercicio: n R1 = 5,00 * 10-3 moles n R2 = 1,00 * 10-2 moles T = 448 °C + 273,15 = 721,15 K 6

[P1] = 1,87 * 10-3 M Kc = ¿? Ecuaciones que utiliza: moles de soluto M= litros de solucion K c=

[ C ]c [ D ]d a b [ A ] [ B]

Solución numérica del ejercicio: moles de soluto M= litros de solucion M=

5,00∗10−3 moles −3 =5,00∗10 M ∋¿ 1l

M=

1,00∗10−2 moles −2 =2,00∗10 M CO 1l 1

[ ¿ ( CO )4(g) ] K C= 4 1 [ ¿(s) ] [ CO (g) ] 1

[ 1,87∗10−3 ] K C= 1 4 [ 5,00∗10−3 ] [ 1,00∗10−2 ] 1,87∗10−3 K C= [ 5,00∗10−3 ] [ 1,00∗10−8 ] 1,87∗10−3 K C= 5,00∗10−11 K C =37400000 Análisis de los resultados obtenidos (incluye la respuesta a la pregunta): La constante de equilibrio de la reacción es 3,74 * 107 c. Usando el valor de Kc obtenido en el ejercicio anterior, calcule el valor ∆n de Kp (La expresión que relaciona Kc y Kp es K p =K c (RT ) ). Datos del ejercicio: Kc = 37400000 7

T = 448 °C + 273,15 = 721,15 K R = 0,08205746 (atm * l)/(mol * K) Δn = -3 Kp = ¿? Ecuaciones que utiliza: K p =K c (RT ) ∆ n Solución numérica del ejercicio: K p =37400000 ( 0,08205746∗721,15 )−3 K p =37400000 ( 59,17573728 )−3 K p =37400000∗4,825796091∗10−6 K p =180,4848 Análisis de los resultados obtenidos (incluye la respuesta a la pregunta): La constante de equilibrio con presiones parciales es de 180,4848

Ejercicio 3. Ácidos y Bases Tabla 4. Cálculo de pH y equilibrio ácido y base del ácido fórmico 1. Estudiante

2. [HCHO2] M

3. pH

1

0,20

2,45

a. Calcular Ka (constante de acidez) para el ácido fórmico a 25ºC (6 puntos) Datos del ejercicio: pH = 2,45 [HCHO2] = 0,20 M Ecuaciones que utiliza: −¿ HCHO 2( ac ) ↔ H +¿ ( ac ) +CHO 2 ( ac ) ¿ ¿ pH=−log ¿ ¿

8

K a =¿ ¿ Solución numérica del ejercicio: −¿ HCHO 2( ac ) ↔ H +¿ ( ac ) +CHO 2 ( ac ) ¿ ¿ pH=−log ¿ ¿ 2,45=−log ¿ ¿ −2,45=log ¿ ¿ 10−2,45 =10log ¿¿¿ ¿ Inicial: 0,20 M ↔ 0 M +0 M Final: 0,20 M −3,5481∗10−3 ↔ 3,5481∗10−3 M +3,5481∗10−3 M K a =¿ ¿

[ 3,5481∗10−3 M ][ 3,5481∗10−3 M ] Ka= [ 0,20 M −3,5481∗10−3 ] 1,258925412∗10−5 M −5 Ka= =6,4095∗10 0,1964519 M Análisis de los resultados obtenidos (incluye la respuesta a la pregunta): La constante de acidez es de 6,4095 * 10-5. b. ¿Qué porcentaje del ácido está ionizado en la disolución? (4 puntos). Datos del ejercicio: [HCHO2] = 0,20 M [H+] = 3,5481 * 10-3 M Ecuaciones que utiliza: %Ionizacion=¿ ¿ Solución numérica del ejercicio: %Ionizacion=¿ ¿

9

%Ionizacion=

[ 3,5481∗10−3 M ] [ 0,20 M ]

∗100 %

%Ionizacion=1,77405 % Análisis de los resultados obtenidos (incluye la respuesta a la pregunta): El grado de ionización de la disolución es del 1,77% 4. Referencia (normas APA)







 

Kotz, J. C., P. M. Treichel, J. R. Townsend, y D. A. Treichel. Acids and Bases: The Arrhenius Definition (Ácidos y bases: definición de Arrhenius). En Chemistry and Chemical Reactivity, Instructor's Edition (Química y reactividad química, edición del profesor), 234-237. 9th ed. Stamford, CT: Cengage Learning, 2015. Libretexts. (2020, 15 agosto). The pH Scale. Chemistry LibreTexts. https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretic al_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical _and_Theoretical_Chemistry)/Acids_and_Bases/Acids_and_Base s_in_Aqueous_Solutions/The_pH_Scale Libretexts. (2020, 15 agosto). Weak Acids and Bases. Chemistry LibreTexts. https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretic al_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical _and_Theoretical_Chemistry)/Acids_and_Bases/Ionization_Const ants/Weak_Acids_and_Bases Químicas. (2015, 2 octubre). La Constante de Acidez Ka. https://www.quimicas.net/2015/05/laconstante-de-acidez.html Zumdahl, S.S., y Zumdahl S.A. (2003). Atomic Structure and Periodicity (Estructura atómica y periodicidad). En Chemistry (Química) (6th ed., pp. 290-94), Boston, MA: Houghton Mifflin Company.

Ejercicio 4. Cinética Química Tabla 5. Cambio de la concentración con el tiempo 1. Tiempo (min) 0

10

2. [C12H22O11] (M) 0,190

23

0,164

48

0,143

84

0,114

126

0,088

a. Dar respuesta por el método gráfico: ¿la reacción es de primer o segundo orden con respecto a C12H22O11? (6 puntos). Datos del ejercicio: 1. Tiempo (min)

2. [C12H22O11] (M)

0 23 48 84 126

0,190 0,164 0,143 0,114 0,088

Ecuaciones que utiliza: −d [ A ] =k∗[ A ] dt Solución gráfica del ejercicio:

Velocidad de reacción 0.2

[C12H22O11] (M)

0.18

f(x) = − 0 x + 0.18 R² = 0.99

0.16 0.14 0.12 0.1 0.08

0

20

40

60

80

Tiempo (min)

11

100

120

140

Orden de reacción 2 12

1/[C12H22O11] (M)

11

f(x) = 0.05 x + 4.98 R² = 0.99

10 9 8 7 6 5

0

20

40

60

80

100

120

140

Tiempo (min)

Análisis de los resultados obtenidos (incluye la respuesta a la pregunta): Es una reacción de primer orden ya que esta mejor representada por el modelo de primer orden según el coeficiente de correlación obtenido y, además, en una reacción de primer orden, la velocidad de reacción es directamente proporcional a la concentración de una única especie A, en este caso glucosa, y es independiente de las concentraciones de todas las demás. b. ¿Cuál es el valor de la constante de velocidad? (4 puntos). Datos del ejercicio: 1. Tiempo (min)

2. [C12H22O11] (M)

3. log [C12H22O11] (M)

0

0,19

-1,660731207

23

0,164

-1,807888851

48

0,143

-1,944910649

84

0,114

-2,171556831

126

0,088

-2,430418465

Ecuaciones que utiliza: [ A ] =[ A ]0∗e−k∗t y=mx+b

12

m=

∑ xy−

∑ x∑ y n 2

2

∑x−

(∑ x ) n

b= ´y −m ´x Solución gráfica y numérica del ejercicio:

[ A ] =[ A ]0∗e−k∗t

[ C 12 H 22 O11 ]= [C 12 H 22 O11 ]0∗e−k∗t ln [ C 12 H 22 O 11 ] =ln [ C12 H 22 O 11 ] 0−k∗t ln [ 0,088 ] =ln [ 0,190 ]0 −k∗( 126 )

ln [ 0,088 ] −ln [ 0,190 ]0 =−k∗( 126 ) ln [ 0 ,088 ] −ln [ 0,190 ] 0 =−k (126 ) k=

−ln [ 0,088 ] −ln [ 0,190 ] 0 ( 126 )

k =6,1086∗10−3 Por mínimos cuadrados:

m=

∑ xy−

∑x−

13

Y

XY

X^2

0 23 48 84 126 281

-1,660731 -1,807889 -1,944911 -2,171557 -2,430418 -10,01551

0 -41,58144 -93,35571 -182,4108 -306,2327 -623,5807

0 529 2304 7056 15876 25765

∑ x∑ y n 2

2

X

(∑ x ) n

( 281 ) (−10,01551 ) 5 (281 )2 ( 25765 )− 5

(−623,5807 ) − m=

m=

(−2814,35831 ) 5 78961 ( 25765 ) − 5

m=

(−623,5807 ) −(−562,871662 ) 25765−15792,2

m=

−60,709038 =−6 ,0875∗10−3 9972 , 8

(−623,5807 ) −

b= ´y −m ´x b=

∑ y −m ∑ x

b=

−10,01551 281 −( −6 , 0875∗10−3 ) 5 5

n

n

( )

b=−2,003102−(−0,34 21175 ) =−1 ,6610

Ln [C12H22O11] (M)

Representación del logaritmo de la concentración frente al tiempo -1.5 0 20 40 -1.6 -1.7 f(x) = − 0.01 x − 1.66 -1.8 R² = 1 -1.9 -2 -2.1 -2.2 -2.3 -2.4 -2.5

60

80

100

120

140

Tiempo (min)

Análisis de los resultados obtenidos (incluye la respuesta a la pregunta): La constante de velocidad para el tiempo de desaparición de la glucosa 14

en minutos es de 6,1086 * 10-3 c. ¿Cuál es la vida media a partir del tiempo=0 para la desaparición del C12H22O11, según indican los datos tabulados? (3 puntos) Datos del ejercicio: 1. Tiempo (min)

2. [C12H22O11] (M)

0

0,19

23

0,164

48

0,143

84

0,114

126

0,088

Ecuaciones que utiliza: ln 2 t 1= k 2 Solución numérica del ejercicio: ln 2 t 1= k 2 t 1= 2

ln 2 6,1086∗10−3

t 1 =113 , 4707102 2

Análisis de los resultados obtenidos (incluye la respuesta a la pregunta): La vida media o el tiempo en el que se espera que reaccione la mitad de la concentración inicial es de 113,4707 minutos. d. ¿Con base en su experiencia de la vida diaria, proporcione dos ejemplos de los efectos de la temperatura sobre la velocidad de las reacciones? (2 puntos) 

 15

La utilización de la cadena de frio en la industria alimentaria para evitar reacciones de degradación como la oxidación, la fermentación láctica, la fermentación acida, y otras más, presentes en alimentos con alto contenido de agua. La caramelización de la azúcar en postres o flans que se emplea el

calor para derretir la glucosa y que se presente la reacción de Maillard o glicación (Coloración a marrón de ciertos alimentos como la carne debida a la presencia de melanoidinas).

4. Refere ncia (norma s APA)

 

  

B. (2013). Quimica La Ciencia Central (12.a ed.). Pearson Educación. Efecto de la temperatura sobre la velocidad de las reacciones químicas | La Guía de Química. (2010, 20 mayo). La Guía. https://quimica.laguia2000.com/reacciones-quimicas/efecto-de-latemperatura-sobre-la-velocidad-de-las-reacciones-quimicas Islam, M., & Singh, V. (2020). Manual de laboratorio de química orgánica I. Editorial Academica Espanola. J. (2012, 25 septiembre). Vida Media | FisicoQuímica. Fisicoquímica. http://www.quimicafisica.com/node/147 Reacciones de Orden 1. (s. f.). Universidad de Sonora. http://www.qb.uson.mx/cl2dqb/cl2d/cqw/c2/C203n1.aspx#:%7E:text=Estas %20reacciones%20se%20caracterizan%20porque,elevada%20a%20la %20primera%20potencia.&text=La%20constante%20de%20velocidad %20se,la%20concentraci%C3%B3n%20correspondiente%2C%20del %20reactivo.

Conclusiones _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________

16