Practica de Reactores 4

Instituto

Politécnico Nacional

Escuela superior de ingeniería Química E

Industrias Extractivas

Laboratorio de Cinética y Reactores

Homogéneos

Practica No.4

Influencia de la concentración en la velocidad de reacción

empleando como sistema el alcohol etílico y el ácido crómico.

Grupo: 3IV27

Profesor:

M.en.C Edgar Iván Hernández Carbajal

Alumna:

-Paredes Aguirre Aida Lizetti

Objetivos

i. Definir por la expresión de velocidad de reacción, el efecto que tiene la

variación de concentración en la misma velocidad.

ii. Determinar por los métodos matemáticos empleados el orden de

reacción así como el coeficiente cinético.

iii. Establecer la existencia de influencia entre la relación molar y el orden de

reacción.

iv. Adquirir las habilidades adecuadas para las toma de muestras, así como

para medir su concentración y determinar su relación respecto al tiempo.

v. Seleccionar el método más apropiado para la obtención de los datos

cinéticos para calcular la velocidad de reacción.

Fundamentos Teóricos

Velocidad de las reacciones químicas y concentración

La rapidez con la que se produce una transformación química es un aspecto muy

importante. Tanto desde el punto de vista del conocimiento del proceso como de su

utilidad industrial, interesa conocer la velocidad de la reacción y los factores que

pueden modificarla.

Se define la velocidad de una reacción química como la cantidad de sustancia

formada (si tomamos como referencia un producto) o transformada (si tomamos

como referencia un reactivo) por unidad de tiempo.

La velocidad de reacción no es constante. Al principio, cuando la concentración de

reactivos es mayor, también es mayor la probabilidad de que se den choques entre

las moléculas de reactivo, y la velocidad es mayor a medida que la reacción avanza,

al ir disminuyendo la concentración de los reactivos, disminuye la probabilidad de

choques y con ella la velocidad de la reacción. La medida de la velocidad de

reacción implica la medida de la concentración de uno de los reactivos o productos

a lo largo del tiempo, esto es, para medir la velocidad de una reacción necesitamos

medir, bien la cantidad de reactivo que desaparece por unidad de tiempo, bien la

cantidad de producto que aparece por unidad de tiempo. La velocidad de reacción

se mide en unidades de concentración/tiempo, esto es, en moles/s.

Son cinco los factores que influyen en la velocidad de una reacción química.

La ecuación química describe el resuktado general de una reacción química, misma

que se puede efectuar en una o varias etapas, las cuales conocemos, como

reacciones elementales que en conjunto describen lo que esta sucediendo a nivel

molecular, por ejemplo

aA + bB↔ Cc +Dd

De la ecuación anterior se puede observar que la velocidad de reacción será

proporcional al numero de colisiones entre moléculas de A y B por unidad de

volumen:

𝑟𝑖 ∝ (𝑛𝐴

𝑉)(𝑛𝐵

𝑉) ; si 𝐶1 =

𝑛1

𝑉

Por lo tanto, la velocidad de reacción dependerá de la concentración de ambos

compuestos, por siguiente, agregando una constante de proporcionalidad, la

velocidad de transformación de A puede expresarse en términos de las

concentraciones molares:

−𝑟𝐴 = 𝑘𝐶𝐴∝𝐶𝐵

𝛽

Influencia de la concentración de los reactivos

El aumento de la concentración de los reactivos hace más probable el choque entre

dos moléculas de los reactivos, con lo que aumenta la probabilidad de que entre

estos reactivos se dé la reacción.

En el caso de reacciones en estado gaseoso la concentración de los reactivos se

logra aumentando la presión, con lo que disminuye el volumen. Si la reacción se

lleva a cabo en disolución lo que se hace es variar la relación entre el soluto y el

disolvente.

En la simulación que tienes a la derecha puedes variar la concentración de una o

de ambas especies reaccionantes y observar cómo influye este hecho en la

velocidad de la reacción química.

Valoración del 𝑵𝒂𝟐𝑺𝟐𝑶𝟑 0.01 M

Tabla 1

#

Experimento

𝑚𝐾2𝐶𝑟2𝑂7

(g)

𝑚𝐾𝐼(g) 𝑉𝑁𝑎2𝑆2𝑂3

(ml)

𝑪𝑵𝒂𝟐𝑺𝟐𝑶𝟑[𝑴]

1 0.0138 0.0521 42 0.00670

2 0.0115 0.053 31.5 0.00744

3 0.0125 0.0614 38.4 0.00663

Prom=0.00691≈0.01

Pasar de g del 𝐾2𝐶𝑟2𝑂7 a mol

0.0138 𝑔 [1 𝑚𝑜𝑙

294.18] = 4.6910𝑥10−5 𝑚𝑜𝑙

0.0115 𝑔 [1 𝑚𝑜𝑙

294.18] = 3.9091𝑥10−5 𝑚𝑜𝑙

0.0125 𝑔 [1 𝑚𝑜𝑙

294.18] = 4.2490𝑥10−5 𝑚𝑜𝑙

Reacciones involucradas

3𝐶𝐻3 − 𝐶𝐻2 − 𝑂𝐻 + 4𝐻𝐶𝑟𝑂4−1 + 16𝐻+ → 3𝐶𝐻3 − 𝐶𝑂𝑂𝐻 + 4𝐶𝑟

3+ + 13𝐻2𝑂

Oxidación

4𝐻𝐶𝑟𝑂4−1 + 2𝐾𝐼

𝐻+

→ 4𝐶𝑟3+ + 𝐼2 + 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠

Titulación

𝐼2 + 2𝑁𝑎2𝑆2𝑂3 → 𝑁𝑎2𝑆4𝑂6 + 2𝑁𝑎𝐼

De la reacción de:

𝐾2𝐶𝑟2𝑂7 + 6𝐾𝐼 + 7𝐻2𝑆𝑂4 → 𝐶2(𝑆𝑂4)3 + 3𝐼2 + 7𝐻2𝑂

4.6910x10-5 1.4073x10-4

3.9091x10-5 1.1727x10-4

4.2490x10-5 1.2747x10-4

Para 𝑁𝑎2𝑆2𝑂3:


1.4073x10-4 2.8146 x10-4

1.1727x10-4 2.3454x10-4

1.2747x10-4 2.5494x10-4

Calculo para la Molaridad

1.- Pasar el volumen de ml a Lt.

42𝑚𝑙 |1𝑙𝑡

1000 𝑚𝑙| = 0.042 𝑙𝑡

31.5 𝑚𝑙 |1𝑙𝑡

1000 𝑚𝑙| = 0.0315 𝑙𝑡

38.4 𝑚𝑙 |1𝑙𝑡

1000 𝑚𝑙| = 0.0384 𝑙𝑡

2.- Calculo para Molaridad.

𝑀1 =2.8146𝑥10−4𝑚𝑜𝑙

0.042 𝑙= 0.00670

𝑚𝑜𝑙

𝑙

𝑀2 =2.3454𝑥10−4𝑚𝑜𝑙

0.0315 𝑙= 0.00744

𝑚𝑜𝑙

𝑙

𝑀3 =2.5494𝑥10−4𝑚𝑜𝑙

0.0384 𝑙= 0.00663

𝑚𝑜𝑙

𝑙

Valoración del 𝑵𝒂𝟐𝑺𝟐𝑶𝟑 0.02 M

Tabla 2

#

Experimento

𝑚𝐾2𝐶𝑟2𝑂7

(g)

𝑚𝐾𝐼(g) 𝑉𝑁𝑎2𝑆2𝑂3

(ml)

𝑪𝑵𝒂𝟐𝑺𝟐𝑶𝟑[𝑴]

1 0.0244 0.1020 35.7 0.0139

2 0.0271 0.1047 31.5 0.0175

3 0.0309 0.1299 32.6 0.0164

Prom=0.0159 M ≈

0.02 M

Pasar de g del 𝐾2𝐶𝑟2𝑂7 a mol

0.0244 𝑔 [1 𝑚𝑜𝑙

294.18] = 8.2942𝑥10−5 𝑚𝑜𝑙

0.0271 𝑔 [1 𝑚𝑜𝑙

294.18] = 9.2120𝑥10−5 𝑚𝑜𝑙

0.0309 𝑔 [1 𝑚𝑜𝑙

294.18] = 1.0503𝑥10−4 𝑚𝑜𝑙

De la reacción de:

𝐾2𝐶𝑟2𝑂7 + 6𝐾𝐼 + 7𝐻2𝑆𝑂4 → 𝐶2(𝑆𝑂4)3 + 3𝐼2 + 7𝐻2𝑂

8.2942x10-5 2.4882 x10-4

9.2120x10-5 2.7636x10-4

1.0503x10-4 3.1509x10-4

Para 𝑁𝑎2𝑆2𝑂3:


2.4882 x10-4 4.9664x10-4

2.7636x10-4 5.5272x10-4

3.1509x10-4 6.3038x10-4

Calculo para la Molaridad

1.- Pasar el volumen de ml a Lt.

35.7𝑚𝑙 |1𝑙𝑡

1000 𝑚𝑙| = 0.0357 𝑙𝑡

31.5 𝑚𝑙 |1𝑙𝑡

1000 𝑚𝑙| = 0.0315 𝑙𝑡

32.6 𝑚𝑙 |1𝑙𝑡

1000 𝑚𝑙| = 0.0326 𝑙𝑡

2.- Calculo para Molaridad.

𝑀1 =4.9764𝑥10−4𝑚𝑜𝑙

0.0357 𝑙= 0.0139

𝑚𝑜𝑙

𝑙

𝑀2 =5.5272𝑥10−4𝑚𝑜𝑙

0.0315 𝑙= 0.0175

𝑚𝑜𝑙

𝑙

𝑀3 =6.3038𝑥10−4𝑚𝑜𝑙

0.0384 𝑙= 0.0164

𝑚𝑜𝑙

𝑙

Tabla 3. Datos Experimentales

Experimentación 1

t(min) Sistema1

V𝑵𝒂𝟐𝑺𝟐𝑶𝟑 (ml)

0.02M

Sistema2

V𝑵𝒂𝟐𝑺𝟐𝑶𝟑 (ml)

0.01 M

3 8 6.3

6 7 2.0

9 5.9 1.5

12 4.7 0.3

15 4 0.1

18 3.3 0.1

21 2.6 0.05

24 2.3 0.05

27 2 0.05

30 1.6 0.05

Calculo de [𝑯𝑪𝒓𝑶𝟒−𝟏]

𝒎𝒐𝒍

𝒍= 𝑪𝑨

Tabla 4.

t(min) Sistema1

[𝐻𝐶𝑟𝑂4−1]

Sistema2

[𝐻𝐶𝑟𝑂4−1]

3 0.00848 0.0029022

6 0.00742 0.00092133

9 0.006254 0.000691

12 0.004982 0.0001382

15 0.00424 4.6067E-05

18 0.003498 4.6067E-05

21 0.002756 2.3033E-05

24 0.002438 2.3033E-05

27 0.00212 2.3033E-05

30 0.001696 2.3033E-05

Calculo para [𝑯𝑪𝒓𝑶𝟒−𝟏]

𝒎𝒐𝒍

𝒍

[𝑯𝑪𝒓𝑶𝟒−𝟏] =

𝑽𝑁𝑎2𝑆2𝑂3 ∗ 𝑴𝑁𝑎2𝑆2𝑂3

𝟑 ∗ 𝑽𝒂𝒍𝒊𝒄𝒖𝒐𝒕𝒂

Para sistema 1 cálculo de la molaridad ejemplos :

[𝐻𝐶𝑟𝑂4−1] =

8𝑚𝑙 ∗ 0.0159 𝑀

3 ∗ 5 𝑚𝑙= 0.00848 𝑀

[𝐻𝐶𝑟𝑂4−1] =

7𝑚𝑙 ∗ 0.0159 𝑀

3 ∗ 5 𝑚𝑙= 0.00741𝑀

Para sistema 2 cálculos de la molaridad ejemplos:

[𝐻𝐶𝑟𝑂4−1] =

6.3 𝑚𝑙 ∗ 0.00691 𝑀

3 ∗ 5 𝑚𝑙= 0.029022 𝑀

[𝐻𝐶𝑟𝑂4−1] =

2.0 𝑚𝑙 ∗ 0.00691 𝑀

3 ∗ 5 𝑚𝑙= 0.00092133 𝑀

Método diferencial para sistema 1

Tabla 5

t(min) [𝑯𝑪𝒓𝑶𝟒

−𝟏]𝒎𝒐𝒍

𝒍= 𝑪𝑨

∆𝑪𝑨 ∆𝒕 𝑪𝑨̅̅̅̅ 𝒙 = 𝑳𝒏𝑪𝑨̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅ 𝒚 = 𝒍𝒏 −

∆𝑪𝑨∆𝒕

3 0.00848

6 0.00742 -0,00106 3 0,00795 -4,83458335 -7,94809866

9 0.006254 -0,001166 3 0,006837 -4,98540624 -7,85278848

12 0.004982 -0,001272 3 0,005618 -5,18177955 -7,7657771

15 0.00424 -0,000742 3 0,004611 -5,37931053 -8,3047736

18 0.003498 -0,000742 3 0,003869 -5,5547592 -8,3047736

21 0.002756 -0,000742 3 0,003127 -5,7676812 -8,3047736

24 0.002438 -0,000318 3 0,002597 -5,95339835 -9,15207146

27 0.00212 -0,000318 3 0,002279 -6,08401853 -9,15207146

30 0.001696 -0,000424 3 0,001908 -6,26169971 -8,86438939

Modelo cinético

−𝒓𝒂 = 𝟎. 𝟎𝟒𝟑𝟕𝟏𝑪𝑨𝟏

Método Diferencial para sistema 2

Tabla 6



𝒍= 𝑪𝑨

∆𝑪𝑨 ∆𝒕 𝑪𝑨̅̅̅̅ 𝒙 = 𝑳𝒏𝑪𝑨̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅ 𝒚 = 𝒍𝒏 −

∆𝑪𝑨∆𝒕

3 0.0029022

6 0.00092133

-

0,00198087

3 0,00191177 -6,25972751 -7,32283311

9 0.000691

-

0,00023033

3 0,00080617 -7,12322005 -9,47459531

12 0.0001382 -0,0005528 3 0,0004146 -7,78819636 -8,59912657

15 4.6067E-05

-9,2133E-

05

3 9,2133E-05 -9,29227375 -10,390886

18 4.6067E-05 0 3 4,6067E-05 -9,98542094 #¡NUM!

21 2.3033E-05

-2,3033E-

05

3 0,00003455 -10,273103 -11,7771804

24 2.3033E-05 0 3 2,3033E-05 -10,6785681 #¡NUM!

27 2.3033E-05 0 3 2,3033E-05 -10,6785681 #¡NUM!

30 2.3033E-05 0 3 2,3033E-05 -10,6785681 #¡NUM!

Modelo cinético

−𝒓𝒂 = 𝟖. 𝟒𝟑𝟖𝟖 ∗ 𝟏𝟎−𝟏𝟎𝑪𝑨𝟏

Graficas

De la regresión lineal


y = 1.1567x - 1.9769R² = 0.7047 -12

-10

-8

-6

-4

-2

0

-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0

Y=LN

(DC

A/D

T)

X=LNCA

sistema 1

y

Lineal (y)

y = -2.8093x - 27.673R² = 0.2876

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0

y=Ln

(-d

ca/d

t)

x=Ln Ca

sistema 2

y

Lineal (y)

m=-1,674

b=-20.893

n=-1.674≈ 1

k= 8.4388*10-10

k=eb

m=n

Por lo tanto

m=0.9495

b=-3.13

Por lo tanto

n=0.9495≈ 1

k= 0.04371

k=eb

m=n

Tabla 3. Datos Experimentales

Experimentación 2

t(min) Sistema1

V𝑁𝑎2𝑆2𝑂3 (ml)

0.02M

Sistema2

V𝑁𝑎2𝑆2𝑂3 (ml)

0.01 M

3 7.8 4.5

6 6.5 2.3

9 5.4 0.9

12 4.5 0.3

15 3.7 0.3

18 2.8 0.3

21 2.6 0.3

24 2.2 0.2

27 1.7 0.3

30 1.5 0.3

Calculo de [𝑯𝑪𝒓𝑶𝟒−𝟏]

𝒎𝒐𝒍

𝒍= 𝑪𝑨

Tabla 4.

t(min) Sistema1 Sistema2

3 0,008268 0,002073

6 0,00689 0,00105953

9 0,005724 0,0004146

12 0,00477 0,0001382

15 0,003922 0,0001382

18 0,002968 0,0001382

21 0,002756 0,0001382

24 0,002332 9,2133E-05

27 0,001802 0,0001382

30 0,00159 0,0001382

Calculo para [𝑯𝑪𝒓𝑶𝟒−𝟏]

𝒎𝒐𝒍

𝒍

[𝑯𝑪𝒓𝑶𝟒−𝟏] =

𝑽𝑁𝑎2𝑆2𝑂3 ∗ 𝑴𝑁𝑎2𝑆2𝑂3

𝟑 ∗ 𝑽𝒂𝒍𝒊𝒄𝒖𝒐𝒕𝒂

Para sistema 1 cálculo de la molaridad

[𝐻𝐶𝑟𝑂4−1] =

7.8𝑚𝑙 ∗ 0.0159 𝑀

3 ∗ 5 𝑚𝑙= 0.008268𝑀

[𝐻𝐶𝑟𝑂4−1] =

6.5𝑚𝑙 ∗ 0.0159 𝑀

3 ∗ 5 𝑚𝑙= 0.00689𝑀

Para sistema 2 cálculos de la molaridad

[𝐻𝐶𝑟𝑂4−1] =

4.5 𝑚𝑙 ∗ 0.00691 𝑀

3 ∗ 5 𝑚𝑙= 0.002073𝑀

[𝐻𝐶𝑟𝑂4−1] =

2.3𝑚𝑙 ∗ 0.0159 𝑀

3 ∗ 5 𝑚𝑙= 0,00105953𝑀

Método diferencial para sistema 1

Tabla 5



𝒍= 𝑪𝑨

∆𝑪𝑨 ∆𝒕 𝑪𝑨̅̅̅̅ 𝒙 = 𝑳𝒏𝑪𝑨̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅ 𝒚 = 𝒍𝒏 −

∆𝑪𝑨∆𝒕

3 0,008268

6 0,00689 -0,001378 3 0,007579 -4,88237401 -7,6857344

9 0,005724 -0,001166 3 0,006307 -5,06609515 -7,85278848

12 0,00477 -0,000954 3 0,005247 -5,25009879 -8,05345918

15 0,003922 -0,000848 3 0,004346 -5,4384994 -8,17124221

18 0,002968 -0,000954 3 0,003445 -5,67083137 -8,05345918

21 0,002756 -0,000212 3 0,002862 -5,8562346 -9,55753657

24 0,002332 -0,000424 3 0,002544 -5,97401763 -8,86438939

27 0,001802 -0,00053 3 0,002067 -6,181657 -8,64124584

30 0,00159 -0,000212 3 0,001696 -6,37948274 -9,55753657

Modelo cinético

−𝒓𝒂 = 0.1384𝑪𝑨𝟏

Método Diferencial para sistema 2

Tabla 6



𝒍= 𝑪𝑨

∆𝑪𝑨 ∆𝒕 𝑪𝑨̅̅̅̅ 𝒙 = 𝑳𝒏𝑪𝑨̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅ 𝒚 = 𝒍𝒏 −

∆𝑪𝑨∆𝒕

3 0,002073

6 0,00105953

-

0,00101347

3 0,00156627 -6,45906041 -7,99299077

9 0,0004146

-

0,00064493

3 0,00073707 -7,21283221 -8,44497589

12 0,0001382 -0,0002764 3 0,0002764 -8,19366147 -9,29227375

15 0,0001382 0 3 0,0001382 -8,88680865 #¡NUM!

18 0,0001382 0 3 0,0001382 -8,88680865 #¡NUM!

21 0,0001382 0 3 0,0001382 -8,88680865 #¡NUM!

24 9,2133E-05

-4,6067E-

05

3 0,00011517 -9,0691302 -11,0840332

27 0,0001382 4,6067E-05 3 0,00011517 -9,0691302 #¡NUM!

30 0,0001382 0 3 0,0001382 -8,88680865 #¡NUM!

Modelo cinético

−𝒓𝒂 = 9.5889 ∗ 10−13𝑪𝑨

𝟏

Graficas



y = 1.1567x - 1.9769R² = 0.7047 -12

-10

-8

-6

-4

-2

0

-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0

Y=LN

(DC

A/D

T)

X=LNCA

sistema 1

y

Lineal (y)

y = -2.8093x - 27.673R² = 0.2876

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0

y=Ln

(-d

ca/d

t)

x=Ln Ca

sistema 2

y

Lineal (y)

m=1.1567

b=-1.9769

Por lo tanto

n=1.1567≈ 1

k= 0.1384

k=eb

m=n

m=-2.8093

b=-27.673

n=-2.8093≈ 1

k= 9.5889*10-13

k=eb

m=n

Por lo tanto

Observaciones

Tenemos que valorar las sustancias para tener una molaridad promedio para hacer

los cálculos de dos sistemas de un aproximado de 0.02 M y el otro de 0.01 M, ya

que si no está bien valorada puede afectar en los cálculos, observamos que a mayor

concentración mayor velocidad de reacción, al titular observamos que el vire fue de

un color azul claro, este experimento lo hicimos 10 veces.

Conclusiones

Puedo concluir que conforme aumenta la concentración de las moléculas de

reactivo, también lo hace el número de colisiones, el cual conduce a un incremento

de la velocidad de reacción.

La velocidad de reacción con el aumento o disminución de la concentración en los

reactantes, ósea la concentración es directamente proporcional a la velocidad de

reacción, ya que en ambos sistemas, la concentración de los reactivos va en

aumento. Y la disminución del volumen e incremento del tiempo. El método de

obtención para el modelo cinético utilizamos el método diferencial. El sistema 2

demostró que la velocidad de reacción es afectada con respecto a la concentración

pues la conversión de reactivos ocurrió de manera más acelerada y con menos

puntos que en el sistema 1, donde la concentración es menor. Acorde a lo anterior,

los objetivos de la práctica se han cumplido de manera satisfactoria

Bibliografica

http://apuntescientificos.org/cinetica-quimica-ibq2.html

CUESTIONARIO

1.-¿CÓMO INFLUYE LA RELACION MOLAR?

Si influye la relación molar, influye en la concentración de los reactantes.

2.-¿CÓMO INFLUYE LA RELACION MOLAR EN EL ORDEN DE REACCION?

En que se lleva a cabo partiendo de una mezcla en la que los reactantes tienen

una relación molar igual a su relación estequiometria.

La suma de órdenes cinéticos parciales de todos los reactantes que intervienen en

la ecuación cinética.

3.-¿CÓMO AFECTA LA CONCENTRACIÓN EN LA CONSTANTE DE

VELOCIDAD?

Que entre mayor sea la concentración de un reactante mayor será la velocidad de

reacción.

Practica de Reactores 4

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