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• Juan Luis Timaná Lanfranco

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería de Petróleo, Gas Natural y Petroquímica

Escuela Profesional de Ingeniería Petroquímica INFORME DE LABORATORIO N°4 CURSO: Fisicoquímica II (PQ-312-A)

Profesor

:

Jorge Luján Barquero

Tema

:

Cinética del Perdisulfato de potasio

Ciclo Académico

:

2017-2

Día y hora

:

10 de Octubre del 2017

11:00 – 14:00

INTEGRANTES:

N°

APELLIDOS Y NOMBRES

CÓDIGO

ESP.

20152627K

P2

20152646E

P2

Chuquihuanca Córdova, Plutarco

20151462Y

P2

Carrero Sanchez, Kelvin Alexander

20151114J

P2

1 Timaná Lanfranco, Juan Luis 2 Pérez Contreras, Gustavo Javier

3

4

Especialidad: Ingeniería Petroquímica (P2)

FIP-P2

NOTA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería de Petróleo, Gas Natural y Petroquímica

Escuela Profesional de Ingeniería Petroquímica 1. Objetivo de la práctica Investigar el efecto de la concentración, temperatura y presencia de un catalizador. Estudiar la cinética de una reacción química por el método de las velocidades iniciales. Calcular de forma experimental los parámetros de la ecuación de velocidad de una reacción química: la constante cinética y el orden de la reacción.

No hay método sencillo para determinar el avance de la reacción directamente. Para resolver esta dificultad utilizaremos las reacciones secundarias acopladas, mucho más rápidas que la muestra de estudio, que se conoce con el nombre reacciones reloj, que transcurren simultáneamente a la reacción principal objeto de estudio y que sirven para poder detectar la aparición de un punto final observable, con la vista, mediante un cambio brusco de color.

2. Fundamento teórico:

I2(ac) 2S2O32-(ac) → 2I-(ac) + S4O62-(ac)…(2)

La velocidad de reacción corresponderá a la rapidez con que tiene lugar una reacción; durante el cambio, la concentración de los reactantes disminuirá, mientras que la concentración de los productos aumentará. La velocidad media, entonces, se medirá a través del cambio de concentración en un periodo determinado de tiempo. A partir de una reacción A y B, donde A está representado por las esferas rojas y B por las esferas azules, en la figura se ilustra cómo cambian las concentraciones a medida que transcurre el tiempo. En esta práctica se va a estudiar la reacción del ión persulfato con el yoduro en medio acuoso. Dicho proceso puede escribirse de acuerdo a la siguiente relación estequiométrica:

I2 + almidón → Complejo azul de yodo…..(3)

S2O8 (ac) + 2I- (ac) →I2 (ac) + 2SO42- (ac)...(1)

En realidad, se producen iones triyoduro al disolverse el yodo en la disolución de yoduro alcalino, con lo que la reacción sería: S2O8 (ac) + 3I- (ac) →I3 (ac) + 2SO42- (ac)..(1*) FIP-P2

El yodo que aparece como producto de la reacción principal (1), se consume junto al tiosulfato en la muy rápida reacción de oxidación de ión a tetrationato (2). Cuando se ha consumido todo el tiosulfato, el I2 en exceso colorea la disolución formando un complejo azul con el almidón. Ya que salvo en el caso de mecanismos de reacción complejos la velocidad de la reacción no está influenciada por la concentración de los productos, la ecuación o ley de velocidad de la reacción objeto de estudio puede escribirse como: v=k[S2O82-]m[I-]n - Para encontrar la constante de velocidad y los órdenes de reacción del proceso mantendremos constante la concentración del persulfato en un grupo de experimentos y en otro la del yoduro. Entonces la velocidad puede expresarse en los siguientes términos: vi=k´[I-]n donde

k´=k[S2O82-]m….(6)

vi= k″ [ S2O82-]m donde k″ =k[I-]n….(7)

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Escuela Profesional de Ingeniería Petroquímica Siendo k′ y k″ las constantes aparentes de pseudo-orden. Tomando logaritmos en estas dos últimas expresiones y haciendo una representación de log vi vs log[I-] y log vi vs log [S2O82-] se podrán obtener los órdenes parciales de reacción m y n a partir de las pendientes y las constantes de velocidad aparentes del proceso considerando la ordenada en el origen de ambas rectas. Por último, estaremos en disposición de calcular la



PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS A) Efecto de la concentración de

reacción 1. En diez tubos de ensayo limpio y seco, adicionar utilizando una pipeta 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3,2, y 1 ml respectivamente de la solución de. En los últimos nueve tubos agregar agua destilada hasta completar el volumen de cada uno a 10 ml. Utilizar también una pipeta.

2. Agregar al primer tubo rápidamente 10 ml de solución KI-almidónempezando a la vez a cronometrar el tiempo. Mezclar perfectamente las soluciones (inmediatamente después de poner en marcha el cronometro). FIP-P2

verdadera constante de velocidad del proceso a la temperatura de los experimentos. 

REACTIVOS

▪Yoduro de Potasio. 0,2M y 0,1M(KI) ▪Agua destilada (H2O) ▪Persulfato de Potasio. 0,1M y0,05M (K2S2O8). ▪Solución de Almidón

Registrar el tiempo de la primera aparición de un color azul. 3. Repetir este procedimiento con los otros nuevos, adicionando cada vez rápidamente 10 ml de solución KIalmidón -. Si el tiempo lo permite repetir el experimento y utilizar los valores promedio en los cálculos.

B) Efecto de las temperaturas sobre la velocidad de reacción 1. A un tubo de ensayo limpio y seco añadir con una pipeta 4 ml de solución 0.02 M de K2S2O8 y 6 ml de agua destilada. En un segundo tubo de ensayo colocar 10 ml de solución KIalmidón -. Colocar ambos tubos en un

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Escuela Profesional de Ingeniería Petroquímica vaso de precipitado con agua y hielo. Cuando la temperatura de ambos tubos sea constante, verter el contenido del tubo de KI-almidón S2O3 dentro del otro y cronometrar el tiempo. Mezclar el contenido de los tubos por agitación. Registrar el tiempo que tarda en aparecer el primer color azul en la solución. Registrar la temperatura de las soluciones antes y después de iniciar la reacción. 2. Repetir el procedimiento anterior sumergiendo ambos tubos en agua a una temperatura aproximada de 10°C. (Medir la temperatura exacta). 3. Repetir el procedimiento anterior a temperatura ambiente (alrededor de 20°C).(Medirla temperatura exacta).

4. Repetir el procedimiento anterior para sumergir los tubos en un vaso de precipitado o un baño de agua que se mantenga a una temperatura aproximada de 40°C. (Medir la temperatura exacta). Manténgase el calentamiento con un mechero Bunsen. C) Efecto de un catalizador sobre la velocidad de reacción 1. Preparar dos tubos de la misma manera que se describió en la parte B antes, a temperatura ambiente. Agregar unas cuantas gotas de solución de catalizador FeSO4–CuSO4 a la solución de perdisulfato. Mezclar las soluciones y medir el tiempo en que aparece el primer color azul.

1. ANALISIS Y PROCESAMIENTO DE DATOS

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Tubo

Tiempo (efecto de concentración)

1 (1 ml de perdisulfato)

39 seg

2 (2 ml de perdisulfato)

43 seg

3 (3 ml de perdisulfato)

48 seg

4 (4 ml de perdisulfato

55 seg

5 (5 ml de perdisulfato)

63 seg

6 (6 ml de perdisulfato)

75 seg

7 (7 ml de perdisulfato)

91 seg

8 (8 ml de perdisulfato)

124 seg

9 (9 ml de perdisulfato)

185 seg

10 (10 ml de perdisulfato)

412seg

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Escuela Profesional de Ingeniería Petroquímica 1. Calcular la concentración del ion perdisulfato en cada uno de los tubos de ensayo de la parte A. Calculando la concentración de ión perdisulfato para cada uno de los tubos del estudio A. Realizar los cálculos durante el laboratorio. Si: V1M1 = V2M2 Entonces: (1ml * 0.02) / 10ml = 0.002 mol/l (M2) (2ml * 0.02) / 10ml = 0.004 mol/l (M2) (3ml * 0.02) / 10ml = 0.006 mol/l (M2) (4ml * 0.02) / 10ml = 0.008 mol/l (M2) (5ml * 0.02) / 10ml = 0.01 mol/l (M2) (6ml * 0.02) / 10ml = 0.012 mol/l (M2) (7ml * 0.02) / 10ml = 0.014 mol/l (M2) (8ml * 0.02) / 10ml = 0.016 mol/l (M2) (9ml * 0.02) / 10ml = 0.018 mol/l (M2) (10ml * 0.02) / 10ml = 0.02 mol/l (M2) Nótese que estos cálculos son producto de un razonamiento netamente cuantitativo y estequiométrico con la finalidad de determinar las concentraciones del ion perdisulfato para cada uno de los tubos de ensayo.

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Escuela Profesional de Ingeniería Petroquímica 2. A partir de la concentración de tiosulfato de sodio en la disolución de Klalmidón-S2O32- y de la estequiometria de la reacción, calcular la cantidad y la velocidad de consumo (mol l-1 seg-1) de S2O82- en cada uno de los 10 sistemas. ¿Por qué puede suponerse que la velocidad es de d[S2O82-] dt? Concentración de ión perdisulfato (mol/l)

Velocidad de consumo (mol l-1 seg-1)

0.002

0.002 / 39 seg = 0.000051

0.004

0.004 / 43 seg= 0.000093

0.006

0.006 / 48 seg= 0.000125

0.008

0.008 /55 seg) = 0.000145

0.01

0.01 / 63 seg = 0.000158

0.012

0.012 / 75 seg = 0.00016

0.014

0.014 / 91 seg = 0.000153

0.016

0.016 / 124 seg = 0.00012

0.018

0.018 / 185 seg = 0.000097

0.02

0.02 / 412 seg = 0.000048

Se considera la siguiente relación estequiométrica: S2O8 (ac) + 2I- (ac) →I2 (ac) + 2SO42De tal modo denotamos la ecuacion de la velocidad: 𝑣𝑟 = 𝑘[𝐼− ]𝑎 [𝑆2 𝑂8 2− ]𝑏 Lo que a su modo es: 𝑣𝑟 = 𝑘 ′ [𝑆2 𝑂8 2− ]𝑏 En la cual k’ es una seudo-constante, por lo tanto podemos suponer que la velocidad es: d[S2O82-] /dt.

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3. Representando gráficamente log(vt) respecto de log(S2O82-). ¿ Cuál es el orden de la reacción respecto a la concentración del ion perdisulfato? Log (vt)

FIP-P2

Log (S2O82-)

-4.2900354.29003461

-2,69897

-4.0314084.03140846

-2,397940001

-3.903093.90308999

-2,22184875

-3.8372733.8372727

-2,09691001

-3.7993413.79934055

-2

-3.5585883.79588002

-1,92081875

-3.4829133.81291336

-1,85387196

-3.3393023.8893017

-1,79588002

-3.2518994.01189922

-1,74472749

-3.1138674.31386722

-1,69897

Formatted Table

Formatted: Font: 11 pt

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Escuela Profesional de Ingeniería Petroquímica Formatted: Centered

-5

-4,5

-4

-3,5

-3

-2,5

Log (concentración de ión perdisulfato)

-5,5

-1 -1,4 -1,8 -2,2 -2,6 -3 Log (velocidad de consumo)

Se logra determinar que la reacción es de orden 1.

AYUDEN A GRAFICAR ESTO

4. Calcular las velocidades de reacción para el estudio B de la misma forma que en la parte A.

Tubo 1

Tubo 1 + Tubo 2

(4ml K2S2O8 + 6ml agua destilada) Tubo 2

Tiempo (efecto de concentración)

(10ml KI-almidón-S2O32-)

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Frío 19.5ºC

183 seg

Tª ambiente 20ºC

88 seg

40ºC

30 seg

10ºC

183 seg

Formatted Table

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Escuela Profesional de Ingeniería Petroquímica Concentración de ión perdisulfato (mol/l)

Velocidad de consumo (mol-1 seg-1)

0.008

0.008 / 2 min 26 seg (146 seg) = 5,479x10^-5

Formatted: Superscript

0.008

0,008 / 1 min 03 seg (63 seg) = 1,269x10^-4

Formatted: Superscript

0.008

0,008 / 29 seg = 2,758x10^-4

Formatted: Superscript

0.008

0,008 / 2 min 30 seg (150 seg) = 5,333x10^-5

Formatted: Superscript

¿Cuál es el efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción?

Como se aprecia en el ejercicio anterior, a temperatura ambiente o superior, la velocidad de reacción actúa con mayor velocidad que a temperaturas bajas de 10ºC.

5. Describe el efecto del catalizador en la velocidad de esta reacción. Un catalizador es una sustancia que, al interactuar en una reacción química, acelera, induce o propicia dicha reacción sin actuar en la misma (sin consumirse). Es por tal motivo que en el estudio del experimento C, se observa que al mezclar las disoluciones y tratar de calcular el tiempo en el cual se logra visualizar la primera evidencia de tonalidad azul, esta se produce instantáneamente. El efecto del catalizador sobre la ecuación de Arrhenius queda evidenciado al trazar la gráfica del mecanismo de reacción en el cual se aprecia una energía de activación mucho menor gracias a la presencia del catalizador. 6. Sugiera un método para determinar k y a, el orden de reacción con respecto a I-. De modo que la concentración del ioduro permanece constante durante toda la reacción

2. FIP-P2

Formatted Table

Conclusiones:

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Escuela Profesional de Ingeniería Petroquímica Del laboratorio podemos concluir que la cinética de la reacción depende de la concentración del perdisulfato, y a su vez va a depender de la temperatura de manera cuantitativa. Es preciso decir que el efecto del catalizador en la reacción es altamente notable y que se evidencia su accionar en el mecanismo de la reacción. Fue usado el método de las velocidades iniciales para hallar los parámetros de la ecuación de la velocidad de la reacción tanto el orden como la constante de velocidad. 3. Recomendaciones :

Y Kelvin Que haraaaa!!!!!!!!

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