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Fecha:

Nombre de la

asignatura

Qumica analtica.

Nombre de la

practica

Equilibrio qumico y principio de Le Chatelier

Nmero de practica

4

Duracin (horas):

2

Sector o subsector

para el desarrollo de

la prctica

Laboratorio 01

Justificacin

Esta prctica permitir al estudiante comprobar cmo afecta la concentracin

y la temperatura en el equilibrio qumico.

Objetivos/Resultados

de aprendizaje

1.- Estudiar el equilibrio qumico.

2.- Investigar los efectos del cambio de concentracin y cambio de

temperatura en el equilibrio de las reacciones.

Actividades a

desarrollar

Demostrar el principio de Le Chatelier alterando el equilibrio de la reaccin

mediante la modificacin de la concentracin de un producto o un reactivo y

modificando la temperatura a la que se lleva a cabo la reaccin.

Evidencia a generar

en el desarrollo de la

prctica

Reporte de prctica y anlisis de resultados.

Las reacciones empleadas en qumica analtica nunca dan como resultado la conversin

completa de reactivos a productos. En su lugar, avanzan hacia un estado de equilibrio qumico en el

que la relacin de las concentraciones de reactivos y productos es constante. Las expresiones de la

constante de equilibrio son ecuaciones algebraicas que describen las relaciones existentes entre las

concentraciones de reactivos y productos en el equilibrio. Entre otras cosas, las expresiones de la

constante de equilibrio permiten calcular el error en un anlisis proveniente de una cantidad de un

analito que no reaccion y que permanece inalterado cuando se ha alcanzado el equilibrio.

Por otra parte, la relacin de concentraciones en el equilibrio qumico es independiente del camino

seguido para alcanzar el estado de equilibrio. Sin embargo, esta relacin se altera si se aplica cierta

tensin al sistema. La tensin puede ser un cambio en la temperatura, en la presin (si uno de los

productos y reactivos es un gas) o bien en la concentracin total de un reactivo o producto. Estos

efectos se pueden predecir cualitativamente mediante el principio de Le Chatelier, en el que se

establece que la posicin del equilibrio qumico siempre se desplaza hacia la direccin en que tiende

DESARROLLO DE PRACTICA 2do CUATRIMESTRE ITA

Introduccin

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a aliviarse el efecto de una tensin aplicada. Por ejemplo, un aumento en la temperatura altera la

relacin de concentracin en la direccin que absorbe calor, y el efecto que se produce al agregar

una cantidad adicional de una especie participante en una mezcla de reaccin hace que el

equilibrio se desplace en la direccin en la que se consuma parcialmente la sustancia que se agrego.

Por lo tanto, el desplazamiento en la direccin del equilibrio que ocurre al cambiar la cantidad de

una de las especies se denomina efecto de accin de la masa. Finalmente, los estudios tericos y

experimentales sobre sistemas de reacciones a nivel molecular han mostrado que las reacciones

entre las especies que participan continan incluso despus de haber alcanzado el equilibrio. La

relacin constante entre la concentracin de reactivos y productos se debe a que se igualan las

velocidades de las reacciones directa e inversa. En otras palabras, el equilibrio qumico es un estado

dinmico en el que las velocidades de reaccin directa e inversa son idnticas.

Bsicamente para cualquier reaccin deben responderse 2 preguntas, a) Cunto producto

se obtendr? Y b) Qu tan rpido se producir? La primera cuestin involucra al equilibrio qumico y

la segunda cuestin y la segunda compete al proceso de cintica qumica. Algunas reacciones son

irreversibles y generalmente llegan a completarse totalmente. Por ejemplo, cuando el gas metano

entra en combustin completa en el mechero de bunsen en presencia de aire (oxigeno) genera

dixido de carbono y agua.

Sin embargo, existen otras reacciones no llegan a completarse totalmente y se les conoce

como reacciones reversibles. En tales casos, la reaccin puede desplazarse en ambas direcciones

(hacia delante o hacia atrs). Por ejemplo, la reaccin:

Es a menudo utilizada para ilustrar reacciones reversibles, ya que es fcil observar el progreso

de la reaccin de manera visual. El ion Fe3+ (color amarillo) reacciona con el in tiocianato para

formar un complejo inico de color rojo, FeSCN2+ (esta es la reaccin directa). Al mismo tiempo, el

complejo inico de color rojo tambin se descompone y forma el in Fe3+ de color amarillo y el ion

tiocianato (esta es la reaccin inversa). Al comienzo, cuando se mezcla el in Fe3+ y el in tiocianato

la cintica de la reaccin directa es mxima. Con el paso del tiempo, la velocidad de esta cintica

disminuye por lo que cada vez hay menos Fe3+ y tiocianato para reaccionar. Por otra parte, la

cintica de la reaccin inversa (que comenz en cero) gradualmente incrementa. Eventualmente,

con el paso del tiempo las cinticas de la reaccin sern iguales. Cuando este punto es alcanzado,

se dice que el proceso ha alcanzado un equilibrio dinmico o solamente equilibrio. Cuando una

reaccin alcanza el equilibrio a una temperatura dada, dicha mezcla de reaccin est sujeta a la ley

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del equilibrio qumico. Esta ley impone una condicin sobre la concentracin de reactivos y

productos y es expresada en trminos de una constante de equilibrio (Kc). Para la reaccin vista

anteriormente entre los iones Fe3+ y tiocianato, la constante de equilibrio puede escribirse como:

Y de manera general:

Los corchetes indican concentracin en moles/L en el equilibrio. Como su nombre lo indica, la

constante de equilibrio es una constante a una temperatura dada para una reaccin en particular.

Su magnitud nos predice si una reaccin se lleva a cabo completamente o si est lejos de alcanzar

este estado (reaccin reversible). Un valor ms pequeo que 1 para Kc indica que en el equilibrio

solamente unas cuantas molculas de productos son formadas, significando que la mezcla consiste

principalmente de los reactivos. Por otra parte, la completacin de una reaccin podra tener un

valor muy grande para la constante de equilibrio. En este caso, obviamente el equilibrio esta

desplazado hacia la derecha. La reaccin anterior entre el hierro (III) y el tiocianato tiene una

constante de equilibrio de 207, indicando que el equilibrio se desplaza hacia la derecha pero no llega

a llevarse a cabo completamente. As, en el equilibrio, tanto los reactivos y productos estn presentes

aunque la presencia de los productos es mayor que la de los reactivos.

La ley del equilibrio qumico est basada en la constancia de la constante de equilibrio. Esto

significa que si se modifica el equilibrio, por ejemplo, agregando ms molculas de reactivo, habr un

aumento en el nmero de molculas de productos con la finalidad de mantener el cociente

productos/reactivos sin cambios y as preservar el valor numrico de la constante de equilibrio. El

principio de Le Chatelier expresa este fenmeno de la siguiente manera si un estrs externo es

aplicado a un sistema en equilibrio, el sistema reaccionara de manera tal que aliviara dicho estrs

En nuestro presente experimento, demostraremos el principio de Le Chatelier de dos maneras: a)

modificando el equilibrio mediante el cambio de la concentracin de un producto o un reactivo y b)

modificando la temperatura.

K= [productos]/[reactivos]

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a1) En el primer experimento, agregaremos amoniaco a una solucin azul plida de sulfato de

cobre (II). La reaccin inica es:

Un cambio en el color indicar la formacin del complejo cobre-amoniaco. Agregando un

cido fuerte (HCl) a este equilibrio, hace que el amoniaco prefiera reaccionar con el cido:

De esta manera, son removidas algunas molculas de reactivo de la mezcla de equilibrio.

Como resultado, esperamos que el equilibrio se desplace hacia la izquierda, reformando iones de

cobre (II) hidratados con la reaparicin del color azul plido.

a2) En la segunda reaccin, demostraremos el efecto del in comn. Cuando tengamos una

solucin con una mezcla de H2PO4-/HPO42-, el siguiente equilibrio ser establecido:

S agregamos unas cuantas gotas de HCl acuoso a la solucin, estaremos agregando un in

comn, H3O+, que ya estaba presente en la mezcla de equilibrio. Nosotros esperaremos con base al

principio de Le Chatelier, que el equilibrio de la reaccin se desplace hacia la izquierda, generando

que la solucin no sea ms cida.

Azul plido Incoloro Color?

Papel tornasol azul con una gota de cido

Papel tornasol rojo con una gota de base

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a3) En la reaccin entre el tiocianato y hierro (III):

Los iones cloruro y potasio son iones espectadores. Sin embargo, su concentracin puede

influir en el equilibrio. Por ejemplo, cuando los iones cloruro estn en exceso el color amarillo del in

Fe3+ desaparecer con la consiguiente formacin de un complejo FeCl4- incoloro.

b1) Muchas reacciones son acompaadas de algunos cambios de energa. Frecuentemente,

la energa esta en forma de calor. Cuando hablamos de reacciones endotrmicas, entendemos que

el calor es consumido durante la reaccin. Por lo tanto, podemos considerar al calor como uno de los

reactivos. De manera contraria, el calor est involucrado en las reacciones exotrmicas, podemos

considerar al calor como uno de los productos. Por lo tanto, si calentamos una mezcla en equilibrio

de una reaccin endotrmica, ser como si estuviramos agregando uno de sus reactivos (calor) y el

equilibrio ser desplazado hacia la derecha. Por otra parte, calentando una mezcla de reaccin de

una reaccin exotrmica, el equilibrio ser desplazado hacia la izquierda. En esta prctica se

demostrara el efecto de la temperatura sobre la siguiente reaccin:

Amarillo Incoloros Rojo Incoloros

Amarillo Incoloro

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En este contexto, se observar un cambio en el color dependiendo si el equilibrio es

establecido a temperatura ambiente o a 100 C (punto de ebullicin del agua). A partir del cambio

de color, sers capaz de decir si la reaccin fue endotrmica o exotrmica.

CuSO4 0.1 M

NH3 1 M

HCl 1 M

Solucin saturada de NaCl

HCl concentrado

KSCN 0.1 M

FeCl3 0.1 M

CoCl2 1M

Solucin H2PO4-/HPO42-

Papel tornasol

10 Tubos de ensayo de 10 mL

1 Vaso de precipitados de 100 mL

1 Gradilla para tubos de ensayo

1 Pinzas para tubo de ensayo

1 bao mara

1 Termmetro

3 pipetas de vidrio de 1 mL y 1 pipeta de vidrio de 2 mL

10 Pipetas Pasteur de vidrio

Materiales

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a1) Colocar 20 gotas (1 mL aproximadamente) de la solucin de CuSO4 0.1 M en un tubo de ensayo

limpio y seco. Agrega (gota a gota) la solucin de NH3 1 M, mezclando el contenido despus de

agregar cada gota. Contina agregando NH3 1 M hasta que el color cambie. Nota el nuevo color de

la solucin y anota el nmero de gotas de la solucin de NH3 1 M agregadas. Posteriormente, a esta

mezcla en equilibrio, agrega gota a gota y contando el numero de gotas agregadas, la solucin de

HCl 1M hasta que el color cambie y sea nuevamente azul plido. Registra tus observaciones en la

hoja de reporte.

a2) Coloca 2 mL de la solucin H2PO4-/HPO42- en un tubo de ensayo limpio y seco. Demuestra si la

solucin es cida o bsica usando papel tornasol rojo y azul. Registra tus observaciones. Agrega una

gota de la solucin de HCl 1 M al papel tornasol. Registra tus observaciones. Agrega una gota de la

solucin de HCl 1 M al tubo de prueba, mezcla y demuestra si la solucin es cida o bsica con el

papel tornasol. Registra tus observaciones en la hoja de reporte.

a3) Prepara una solucin stock agregando 1 mL de cloruro de hierro (III) 0.1 M, FeCl3, y 1 mL de

tiocianato de potasio (KSCN) 0.1 M, a 50 mL de agua destilada en un vaso de precipitados. Etiqueta 4

tubos de ensayos limpios y secos. A cada tubo de prueba, agrega 2 mL de la solucin stock recin

preparada. Usa el primer tubo como estndar para que puedas comparar el color de las otras

soluciones. Al segundo tubo agrega 10 gotas de la solucin de cloruro de hierro (III) 0.1 M. Al tercero,

agrega 10 gotas de la solucin de tiocianato de potasio (KSCN) 0.1 M. Al cuarto agrega 5 gotas de la

solucin saturada de NaCl. Observa el color en cada tubo de prueba y registra tus observaciones en

la hoja de reporte.

b1) Coloca 5 gotas de la solucin de CoCl2 1M en un tubo de ensayo limpio y seco. Agrega gota a

gota HCl concentrado hasta que ocurra un cambio de color. Registra tus observaciones. Por otra

parte, coloca 1mL de la solucin de CoCl2 1M en un tubo de ensayo limpio y seco. Nota el color.

Coloca cuidadosamente el tubo de prueba en un bao de agua a 100 C. Registra tus observaciones

en la hoja de reporte.

El HCl concentrado es txico y puede causar quemaduras en la piel. Por lo tanto, debe ser manejado

con cuidado y no deben inhalarse sus vapores.

Procedimientos

Medidas de seguridad

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Nombre:

Equipo: Grupo: Fecha:

1.- Cul es el color del complejo cobre-amoniaco?, Cuntas gotas de NH3 1 M agregaste para

generar el cambio de color?

2.- Cuntas gotas de HCl 1 M agregaste para generar un cambio de color y regenerar el color azul

plido?

3.- Para la prueba de la solucin de fosfato, Cul fue el color del papel tornasol rojo? y Cul fue el

color del papel tornasol azul?

4.- Para la prueba de la solucin de HCl 1 M, Cul fue el color del papel tornasol rojo? y Cul fue el

color del papel tornasol azul?

5.- Despus de agregar una gota de HCl 1 M a la solucin de fosfatos, Cul fue el color del papel

tornasol rojo? y Cul fue el color del papel tornasol azul. Tu solucin de fosfatos fue cida, bsica o

neutra, a) antes de la adicin de HCl, b) despus de la adicin de HCl. Fue tu solucin de HCl cida,

bsica o neutra?

6.- Compara los colores en cada uno de los tubos de prueba que contienen la mezcla de cloruro de

hierro (III)-tiocianato:

Tubo No 1, tubo No 2, tubo No 3 y tubo No 4

7.- Hacia dnde estar desplazado el equilibrio en los siguientes tubos:

Tubo 2, tubo 3 y tubo 4

8.- Cul es el color de la solucin de CoCl2?

a) Antes de la adicin de HCl

b) Despus de la adicin de HCl

9.- Cul es el color de la solucin de CoCl2?

a) A temperatura ambiente

b) A 100 C

10.- En qu direccin ser desplazado el equilibrio por accin del calor?

11.- Con base a la respuesta de la pregunta 10, determine si la reaccin fue exotrmica o

endotrmica.

Reporte de practica

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2.- Cuestionario de postlaboratorio

2.1.- En el primer experimento del complejo cobre-amoniaco, agregaste amoniaco para cambiar el

color y despus, HCl para regresar nuevamente a la coloracin azul. Requeriras ms, menos o igual

numero de gotas para completar el cambio de color? Con base a los conceptos de estequiometria,

Cul es su explicacin?

2.2.- T agregaste HCl, un compuesto cido, a la mezcla de H2PO4-/H2PO42-. La mezcla ser de

naturaleza cida?

2.3.- S en vez de agregar HCl, t agregas ms [H2PO4-] a la mezcla. Qu esperaras que sucediera

en las pruebas con papel tornasol azul y rojo? Explica tu respuesta.