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• dilan guerra

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INTRODUCCIÓN. En esta práctica se pretende determinar la constante de equilibrio en la reacción del ácido acético y etanol para formar acetato de etilo usando como catalizador el HCl, conociendo las concentraciones iniciales y por medio de una titulación con NaOH determinar las concentraciones en el equilibrio. Así como como calcular la energía libre de Gibbs en el equilibrio y saber la espontaneidad de la reacción. MARCO TEÓRICO. 

Cinética y equilibrio químico

En un inicio de la reacción la velocidad en la producción de productos va disminuyendo mientras que la velocidad de producción aumenta, cuando ambas velocidades se igualan se obtiene el equilibrio químico. Un equilibrio químico es dinámico. Es importante diferenciar entre el equilibrio en términos de velocidad, en el que ambas velocidades son iguales, del equilibrio en términos de concentraciones, donde éstas pueden ser, y normalmente son distintas. (Alfredo Guitierrez, 2016)

Ilustración 2 Concentración de formación de productos y reactivos.

Ilustración 1 Velocidades de formación y descomposición del HI.



Constante de equilibrio

Cuando una reacción química llega al equilibrio las concentraciones son iguales independientemente de la cantidad dada en un principio, por lo cual se puede establecer una igualdad de las velocidad y concentraciones:

Kd [A]a [B]b=Ki [C]c [D]d Donde Kd y Ki son las constantes de velocidad específica para ambas reacciones Al pasar las constantes de un lado y las concentraciones de otros queda: 𝐾𝑑 [C]c[D]d = 𝐾𝑖 [A]a[B]b Y como la temperatura que se realizó la reacción es constante entonces se obtiene la constante de equilibrio de una reacción química: Calificación:

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𝐾𝑐 = 

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

Termodinámica y la constante de equilibrio

Todas las reacciones químicas siempre tienden una tendencia espontanea al equilibrio que es mediada por la energía libre (∆G), el equilibrio químico se da cuando ∆G=0 en donde no se obtiene ni se necesita energía para que se lleve a cabo.(“Equilibrio Quimico,” n.d.) Independientemente del punto de partida, el cociente de reacción en el equilibrio tiene a cada temperatura un valor constante al que se llama constante de equilibrio (K). La relación de la constante de equilibrio con la energía libre normal viene dada por la expresión: ∆G= 0 = ∆G°+ RTlnQequilibrio= ∆G°+ RTlnK

∆G°= –RTlnK

K= e–(∆G°/RT)

En donde la relación de a constante de equilibrio con la energía libre es:   

Proceso espontáneo hacia la formación de productos ∆GK

OBJETIVO Determinar la constante de equilibrio de una reacción química y relacionarla con la energía libre de Gibbs para determinar la espontaneidad de la reacción dependiendo de la concentración. Objetivos específicos.     

Preparar soluciones para llevar acabo las reacciones químicas. Titular las reacciones químicas para conocer las concentraciones de productos y reactivos en cada reacción química. Determinar la constante de equilibrio químico y conocer la direccionalidad de la reacción. Calcular la energía libre de Gibbs por medio de la constante de equilibrio Conocer la espontaneidad de la reacción al analizar la energía libre de Gibbs.

Calificación:

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METODOLOGIA Preparación de soluciones

Tubo A

Se le añadió: 5ml HCl 6M, 3ml de ácido acético y 2ml de etanol

Tubo B

Se le añadió: 5ml HCl 6M, 2ml de ácido acético y 3ml de etanol

Tubo D

se preparó 100 ml de NaOH al 1.5M

5ml de HCl 6M

Se añadió 6.027g de NaOH pesadon en balanza analitica en 50 ml de agua destilada

Tubo C

Se le añadió: 5ml HCl y 5ml de ácido acético

Se vertió en un matraz aforado de 100ml y se aforo con agua destilada

Se tapó y se guaró por una semana

Titulación

Se agrego en un matraz Erlenmeyer 15 ml de agua destilada, el tubo D y 4 gotas de fenoftaleina

Calificación:

Se llenó la bureta con solución de NaOH al 1.5M

Se tituló

Se prepararon en diferentes matraces Erlenmeyer cada tubo como se hizo con el tubo D

Se calculó los ml de NaOH para la titulación del tubo A con los ml gastados del tubo D por regla de 3

Se tituló

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RESULTADOS Y DISCUSIÓN Tabla 1 ml gastados de NaOH en cada titulación

Regla de tres para determinar los ml gastados para titular 5ml de HCl:

Tubo

ml de NaOH gastados

A

46.7

B

50.2

C

52

14ml------3ml de HCl

D

14

23.33ml---5ml de HCl

Tabla 2 diferencia de los ml de NaOH necesarios para titular 5ml de HCl y los gastados en cada titulación

Tubo

Diferencia de ml de NaOH gastados

A B C

23.37 26.68 28.67

Tabla 3. Moles iniciales.

Tubo

HCl moles

A B C D

0.03 0.03 0.03 0.018

Moles de ácido acético 0.0524 0.035 0 0

Moles de etanol 0.0342 0.0514 0 0

Moles de acetato de etilo 0 0 0.0512 0

Tabla 4 Moles en el equilibrio

Tubo

Moles de ácido acético

Moles de etanol

Moles de acetato de etilo

A B C

0.035505 0.023715 0.043005

0.017305 0.040115 0.043005

0.016895 0.011285 0.0082

(0.016895)

Tubo A Keq= (0.035505)(0.017305) = 27.498 La direccionalidad de la reacción es a productos (0.011285)

Tubo B Keq= (0.023715)(0.040115) = 11.862 La direccionalidad de la reacción es a productos Tubo C Keq=

(0.0082) (0.043005)(0.043005)

Calificación:

= 0.0953 La direccionalidad de la reacción es a productos

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Determinación de energía libre de Gibbs. Suponiendo que nuestra reacción esta en el equilibrio entonces la energía libre de Gibbs es 0. 0 = ∆G°+ RTlnQequilibrio Entonces: ∆G°=-RTLnQequilibrio Tubo A ∆G° = −(8.3145)(300.16)ln27.498 = −8270.967J/gmol Tubo B ∆G° = −(8.3145)(300.16)ln11.862 = −6172.666J/gmol Tubo C ∆G° = −(8.3145)(300.16)ln0.0953 = 5866.659J/gmol

Tabla 5 Entalpias de formación en estado estándar

Compuestos gi° / (J/mol) Etanol -174780 Ac. Acético -389900 Ac. Etilo -332200 Agua -237129 ∆G° -4649 Tubo A

8000

Tabla 6 Relación de ∆G y Kc en el tubo A

7000

Inicio Cambio Equilibrio

0 0.01689 27.498

6000

∆G 7181.11 1913.3 0

∆G (J/ml)

Kc

5000 4000

3000 2000 1000 0

-5

0

5

10

15

Q Grafica 1 Relación de ∆G y Kc en el tubo A

Calificación:

Firma:

20

25

30

Tubo B Tabla 7 Relación de ∆G y Kc en el tubo B

Inicio Cambio Equilibrio

∆G

0 12958.86 0.01689 4011.55 11.862 0

12000 10000

∆G (J/ml)

Kc

14000

8000 6000 4000 2000 0 -5

0

5

10

15

Q Grafica 2 Relación de ∆G y Kc en el tubo B

Tubo C Tabla 8 Relación de ∆G y Kc en el tubo C

Inicio Cambio Equilibrio

∆G

0 38554 0.0043 13719.46 0.0053 0

∆G (J/ml)

Kc

45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

Q Grafica 3 Relación de ∆G y Kc en el tubo C

Según la literatura la energía libre de Gibbs de formación de acetato de etilo en un estado estándar es de -4649J/ml (tabla 5) a una concentración 1M por lo que si nosotros usamos este valor en nuestra fórmula para determinar la energía libre se obtendría un valor diferente a 0 por lo que se deduciría que las reacciones aún no están en el equilibrio. (I.Q Fernando Morales Morales, 2009) Tomando en cuenta nuestros valores de ∆G° calculados la reacción A y B es espontánea y la C no lo es, pero se cree que debido a la presencia de HCl como catalizador logró que la reacción fuer espontanea, además viendo cada valor se da a entender que si hay más presencia de Ac. Acético que de Etanol la reacción es más espontanea que si colocamos el Ac. acético como reactivo limitante. Calificación:

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CONCLUSIÓN Se lograron determinar las constantes de equilibrio que en este caso para el tubo A fue de 27.598 lo que nos indica que la reacción se favorece hacia los productos al igual que el B que fue de 11.862, en el caso del Tubo C fue de 0.0953 por lo que la direccionalidad es a los reactivos. En la determinación de energía libre de Gibbs también se obtuvieron los datos esperados ya que la reacción del tubo A y B es espontanea con valores de -8270.967J/gmol para el tubo A y -6172.666J/mol para el tubo C y en el caso del tubo C no fue espontaneo por que la energía libre de Gibbs fue positiva en este caso con un valor de 5866.659J/gmol, el único inconveniente fue que al compararla con la ∆G° de la literatura esta no coincide con nuestros valores, también cabe aclarar que el uso de HCl como catalizador indica que la reacción por si sola no es totalmente espontanea. BIBLIOGRAFÍA Alfredo Guitierrez. (2016). 12 Equilibrio químico, 9. Retrieved from http://www3.uah.es/edejesus/resumenes/QG/Tema_12.pdf Equilibrio Quimico. (n.d.). Retrieved from https://www.mheducation.es/bcv/guide/capitulo/8448157133.pdf I.Q Fernando Morales Morales. (2009). Fisicoquímica. Retrieved October 3, 2019, from http://depa.fquim.unam.mx/fisiquim/

Calificación:

Firma: