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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS LAB DE CINÉTICA QUÍMICA Y CATÁLISIS PRACTICA N°2

NOMBRE: Lilian Quishpe FECHA: 08/11/2018

TEMA: Cinética de reacciones de orden 2.

OBJETIVO: Determinar la constante cinética (K) de la reacción entre hidróxido de sodio y acetato de etilo a 20ºC.

FUNDAMENTO TEÓRICO: La cinética química constituye aquella parte de la Fisicoquímica que se ocupa del estudio de la velocidad con que transcurren las reacciones químicas, así como de los factores que influyen sobre las mismas. De entre estos factores, los más interesantes son la concentración y la temperatura. Considerando la reacción: 𝑪𝟒 𝑯𝟖 𝑶𝟐 + 𝑵𝒂𝑶𝑯 → 𝑪𝑯𝟑 𝑪𝑶𝑶𝑵𝒂 + 𝑪𝟐 𝑯𝟓 𝑶𝑯 Para la cual: 𝑣=−

𝑑[𝐶4 𝐻8 𝑂2 ] = 𝑘[𝐶4 𝐻8 𝑂2 ][𝑁𝑎𝑂𝐻] 𝑑𝑡

Para su cálculo se requiere regresionar mediante la ecuación: 𝑙𝑛

[𝑁𝑎𝑂𝐻] [𝑁𝑎𝑂𝐻]0 = 𝑘([𝑁𝑎𝑂𝐻]0 − [𝐶4 𝐻8 𝑂2 ]0 )𝑡 + 𝑙𝑛 [𝐶4 𝐻8 𝑂2 ] [𝐶4 𝐻8 𝑂2 ]

Esta ecuación se usa para obtener la constante de velocidad para un segundo elemento reacción en la que ambos reactivos tienen diferente concentración inicial. Si los datos experimentales

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satisfacen esta expresión pueden ser verificados por trazando 𝑙𝑛 [𝐶

contra el tiempo, que debe

4 𝐻8 𝑂2 ]

ser una línea recta pasando por el origen La pendiente de la línea recta da el valor de a a partir del cual se puede evaluar el valor de la constante de velocidad k. El período de semi desintegración en este caso solo puede determinarse si los reactivos son tomados en cantidades estequiométricas.

PROCEDIMIENTO 1. Preparar 1L de C4H8O2 0,01M, y 2L de una solución de NaOH 0,02M y 500mL de HCl 0,02M. 2. Colocar en cada uno de los 5 erlenmeyers 50mL de la solución C4H8O2 y 50 mL de la solución de NaOH y dejar los frascos a temperatura ambiente. 3. A los 20 minutos tomar del primer Erlenmeyer una alícuota de 25mL, añadir 15mL de HCl 0,02M y titular por retroceso el exceso de ácido con la solución de NaOH 0,02M. 4. Repetir el proceso anterior a los 40, 60, 90, 120 min de reacción. 5. Calcular las concentraciones instantáneas de éster y de sosa y determinar la constate cinética usando la regresión lineal indicada en el fundamento teórico.

MATERIALES Y REACTIVOS Tabla 1. Materiales y reactivos MATERIALES

REACTIVOS

1 balón aforados de 2L

Acetato de etilo

1 balón aforados de 1L

Ácido clorhídrico

1 balón aforados de 500ml

Hidróxido de sodio

1 pera de succión

Fenolftaleína

5 erlenmeyer de 125ml 1 pipeta volumétrica de 25ml 1 bureta de 50ml 2 vasos de precipitación de 250ml

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS LAB DE CINÉTICA QUÍMICA Y CATÁLISIS CÁLCULOS

Concentración de C4H8O2 CC4 H8 O2 = 0,010163 M de NaOH

Concentración de NaOH CNaOH = 0,02039 M de NaOH

Concentración corregida de HCl CHCl = 0,024725 M de HCl

Concentración del acetato de etilo inicial [C4 H8 O2 ]o = [C4 H8 O2 ]o =

[C4 H8 O2 ]preparada 2

0,010163M = 0.0050815 M 2

Concentración de NaOH inicial [NaOH]o = [NaOH]o =

Moles iniciales: 𝑛°𝑁𝑎𝑂𝐻 = 1,0195𝑥10−3 moles 𝑛°C4 H8 O2 = 5,0815𝑥10−4 moles

[NaOH]preparada 2

0,02039 M = 0,010195 M 2

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS LAB DE CINÉTICA QUÍMICA Y CATÁLISIS A t = cualquiera (Vol. Alícuota = 25ml) 𝑛𝑁𝑎𝑂𝐻

1,0195𝑥10−3 𝑚𝑜𝑙 − 𝑋𝑚𝑜𝑙 = 4

𝑛 C 4 H8 O 2 =

5,0815𝑥10−4 𝑚𝑜𝑙 − 𝑋𝑚𝑜𝑙 4

𝑛CH3 𝐶𝑂𝑂𝑁𝑎 = 𝑛HCl 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 = 15𝑚𝑙 ∗

𝑋𝑚𝑜𝑙 4

0,024725𝑚𝑜𝑙 = 3,70875𝑥10−4 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 (𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑡𝑜𝑑𝑜𝑠 𝑙𝑜𝑠 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜𝑠) 1000

𝑛HCl 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 = 𝑛HCl 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 − 𝑛𝑁𝑎𝑂𝐻 − 𝑛CH3 𝐶𝑂𝑂𝑁𝑎

𝑛HCl 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 = 3,70875𝑥10−4 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 −

1,0195𝑥10−3 𝑚𝑜𝑙 − 𝑋𝑚𝑜𝑙 𝑋𝑚𝑜𝑙 − 4 4

1,0195𝑥10−3 𝑚𝑜𝑙 𝑛HCl 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 = 3,70875𝑥10 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 − 4 −4

𝑛HCl 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 = 1,16𝑥10−4 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠

𝐻𝐶𝑙(𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜) + 𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑅. 𝐿) → 𝑁𝑎𝐶𝑙 (

1,0195𝑥10−3 𝑚𝑜𝑙 − 𝑋𝑚𝑜𝑙 ) + 𝐻2 𝑂 4

𝑋𝑚𝑜𝑙 𝐻𝐶𝑙(𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜) + CH3 𝐶𝑂𝑂𝑁𝑎(𝑅. 𝐿) → CH3 𝐶𝑂𝑂𝐻 ( ) + 𝑁𝑎𝐶𝑙 4 Retroceso: 𝑁𝑎𝑂𝐻 + 𝐻𝐶𝑙(𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜) → 𝑁𝑎𝐶𝑙 + 𝐻2 𝑂 𝑋𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎𝑂𝐻 + CH3 𝐶𝑂𝑂𝐻 ( ) → CH3 𝐶𝑂𝑂𝑁𝑎 + 𝐻2 𝑂 4

Para vol. NaOH consumido= 9,2 ml 𝑛𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜 = 1,87588x10−4 𝑚𝑜𝑙

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𝑛𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜 = 𝑛HCl 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 +

𝑋𝑚𝑜𝑙 4

𝑋𝑚𝑜𝑙 = (𝑛𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜 − 𝑛HCl 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠)4 𝑋𝑚𝑜𝑙 = (1,87588x10−4 𝑚𝑜𝑙 − 1,16𝑥10−4 𝑚𝑜𝑙)4 𝑋𝑚𝑜𝑙 = 2,86352x10−4 1,0195𝑥10−3 𝑚𝑜𝑙 − 𝑋𝑚𝑜𝑙 4 [𝑁𝑎𝑂𝐻] = 0,025𝐿 1,0195𝑥10−3 𝑚𝑜𝑙 − 2,86352x10−4 𝑚𝑜𝑙 4 [𝑁𝑎𝑂𝐻] = = 7,33148𝑥10−3 𝑀 0,025𝐿

5,065𝑥10−4 𝑚𝑜𝑙 − 𝑋𝑚𝑜𝑙 4 [C4 H8 O2 ] = 0,025𝐿 5,0815𝑥10−4 𝑚𝑜𝑙 − 2,86352x10−4 𝑚𝑜𝑙 4 [C4 H8 O2 ] = = 2,21798𝑥10−3 𝑀 0,025𝐿

Tabla 2. Valores totales V NaOH t por (min) retroceso (ml) 21,90 9,2 35,40 10,1 65,57 11,1 82,20 11,3 101,05 11,6

n NaOH retroceso

n HCl consumidas

n HCl exceso

n CH3COONa (x)

M NaOH

M CH3COOCH2CH3

0,00018759 0,00020594 0,00022633 0,00023041 0,00023652

0,00025488 0,00025488 0,00025488 0,00025488 0,00025488

0,000116 0,000116 0,000116 0,000116 0,000116

0,00028635 0,00035976 0,00044132 0,00045763 0,00048210

0,00733148 0,00659744 0,00578184 0,00561872 0,00537404

0,0022180 0,0014839 0,0006683 0,0005052 0,0002605

Elaborado por Quishpe Lilian

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS LAB DE CINÉTICA QUÍMICA Y CATÁLISIS Tabla 3. Datos para la regresión t(min)

ln (M NaOH/ M CH3COOCH2CH3 ) 1,19558053 1,49198098 2,15768022 2,40886518 3,02657883

21,90 35,40 65,57 82,20 101,05

Elaborado por Quishpe Lilian

Gráfica 1. Relación lineal entre el logaritmo de la relación entre concentraciones y el tiempo

ln ([NaOH]/ [C4H8O2] ) vs. t 3.50000000 y = 0.0223x + 0.6917 R² = 0.9904

ln ([NaOH]/ [C4H8O2] )

3.00000000 2.50000000 2.00000000 1.50000000 1.00000000 0.50000000 0.00000000 0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

t (min)

Elaborado por Quishpe Lilian

120.00

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([NaOH]) ([NaOH]o) ln ( ) = k([NaOH]o − [C4 H8 O2 ]o)t + ln ( ) ([C4 H8 O2 ]) ([C4 H8 O2 ]o) ([NaOH]) 1 ln ( ) = 0,0223( )t + 0,6917 ([C4 H8 O2 ]) s k([NaOH]o − [C4 H8 O2 ]o) = 0,0223 k=

k=

1 0,0223( 𝑠 ) ([𝑁𝑎𝑂𝐻]𝑜 − [𝐶4 𝐻8 𝑂2 ]𝑜) 1 0,0223( 𝑠 )

(0,010195 M − 0.0050815 M) k = 4,361005182

𝐿 𝑚𝑜𝑙 ∗ 𝑠

CONCLUSIONES: La constante cinética (K) de la reacción NaOH + CH3 COOC2 H5 → CH3 COONa + C2 H5 OH es 4,361005182

𝐿 𝑚𝑜𝑙∗𝑠

, a Temperatura de laboratorio de 20 °C.

REFERENCIAS: Cuaderno de Cinética Química y Catálisis