Equilibrio Quimico

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FECHA

MESON PRÁCTICA N°12 EQUUILIBRIO QUIMICO

APELLIDOS Y NOMBRES

I.

NOTA

CASILLERO

OBJETIVOS 1. _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ 2. _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ 3. _________________________________________________________________ _________________________________________________________________

II. FUNDAMENTO TEÓRICO

2.1 EQUILIBRIO QUIMICO El equilibrio químico es el estado al que evoluciona de FORMA ESPONTÁNEA un sistema químico, en el que tiene lugar una reacción química REVERSIBLE. Cuando se alcanza esta situación, desde el punto de vista macroscópico, se observa que las CONCENTRACIONES de las sustancias, tanto reactivos como productos de la reacción, permanecen CONSTANTES a lo largo del tiempo. Desde el punto de vista microscópico los procesos siguen teniendo lugar indefinidamente: continuamente los reactivos se transforman en productos y estos a su vez reaccionan para producir los reactivos de partida, pero al hacerlo a igual velocidad, las concentraciones de ambos no varían. Así pues se trata de una SITUACIÓN DINÁMICA. El equilibrio químico es un fenómeno cuya naturaleza dinámica permite su MODIFICACIÓN con sólo variar algunos factores de los que depende, como temperatura, presión, volumen o concentraciones de las sustancias que intervienen en la reacción, lo cual resulta de vital importancia para aumentar el rendimiento de los procesos industriales. 2.1.1 EXPRESION DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO La ley de acción de masas establece que para una reacción reversible en equilibrio, a una temperatura fija, la relación entre el producto de las concentraciones de los productos (elevadas cada una a una potencia igual a su coeficiente estequiométrico) y el producto de las concentraciones de los reactivos (elevadas cada una a una potencia igual a su coeficiente estequiométrico) es una CONSTANTE. Es decir, para una reacción del tipo U.C.S.P. – Ingeniería Civil –Laboratorio de Química 2015-1

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MESON aA + bB

NOTA

cC + dD,

La cantidad es un número CONSTANTE denominado CONSTANTE DE EQUILIBRIO (Keq) y puede escribirse como Kc o Kp Ejemplo. Escribir la expresión de la constante de equilibrio para la reacción de hidrólisis del amoniaco: NH3(ac) + H2O(L)→ NH4+(ac) + OH-(ac) Nota: Como la concentración del agua en una solución acuosa permanece prácticamente constante, el término [H2O] es una constante que no se escribe en la expresión algebraica, ya que puede considerarse parte de la constante Keq.

[𝑁𝐻4+ (𝐚𝐜)] [𝑂𝐻− (𝐚𝐜)] 𝐾 𝑒𝑞 = [𝑵𝑯𝟑 (𝐚𝐜)]

Keq para esta reacción ha sido determinado experimentalmente y vale 1,8 x 10–5 2.2 EQUILIBRIOS 2.2.1 EQUILIBRIO CROMATO DICROMATO: Una solución de ion cromato (Amarillo) reacciona con una solución de un ácido, para dar ion dicromato (Naranja): -2 -2 + 2 CrO4 (ac) + 2H (ac) → Cr2O7 (ac) + H2O (l)

La reacción puede ser observada a través del cambio de color que se produce, ya que los dos aniones de Cr(VI) tienen distinta coloración; el ion CrO42- es amarillo y elCr2O72- es naranja. Una vez que se alcanza una situación de equilibrio, ésta es modificada por el agregado de una base. Añadiendo una base a este equilibrio, se observa un desplazamiento inmediato hacia la izquierda, porque al absorber la base los protones presentes en el equilibrio, según Le Chatelier el sistema buscará fabricar más protones; y se volverá de color amarilla la disolución. Si una vez alcanzado el equilibrio, añadimos un ácido, el exceso de protones volverá a desplazar el equilibrio hacia la derecha y la disolución tomará el color naranja original.

Estructura tetraédrica del ion cromato. CrO42−

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NOTA

El ion dicromato, Cr2O72−, consiste en dos tetraedros unidos por un átomo de oxígeno. El origen de la diferencia de colores está en la estructura de los propios iones: el cromato es tetraédrico, mientras que dicromato, está formado por dos tetraedros unidos por un puente de oxígeno. En este caso la distancia Cr–O, es mayor (1,78D) frente los1, 61D, en la unidad tetraédrica del cromato. Esta mayor separación, modifica la interacción que se produce entre ellos y hace que la separación de las bandas de valencia y conducción en el caso del sólido dicromato sea ligeramente menor que en el cromato; 2,6 eV frente a 2,8 eV. Debe recordarse que tal como en el permanganato potásico, el desdoblamiento se produce por una transición electrónica p-d, desde los electrones del O2-al metal, por eso la modificación en las distancias afecta al color. 2.2.2 EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE EL EQUILIBRIO Efecto de los cambios de temperatura sobre el equilibrio de la reacción endotérmica: [Co(H2O)6]+2+ 4 Cl-+ calor (energía)

(CoCl4)-2+ 6 H2O

(

Equilibrio del ion Co(II): El complejo CoCl4-2es de color azul, mientras que el [Co(H2O)6]+2es de color rosa. Entre ambas especies se puede establecer un equilibrio fuertemente dependiente de la temperatura, la mezcla de equilibrio purpura de los complejos rosa y azul a temperatura ambiente, sufre cambios. En agua caliente, se favorece la reacción directa (endotérmica) y el valor de Kc es grande de modo que la disolución es azul (derecha). El principio de Le Chatelier indica que si enfriamos el sistema, el equilibrio se desplaza hacia el complejo acuoso (izquierda), es decir a 0°C, se favorece la reacción inversa (exotérmica) y el valor de Kc es bajo, así, la disolución es rosa (izquierda). En una reacción endotérmica, la reacción procede más hacia la derecha a mayor temperatura. En una reacción exotérmica la reacción procede más hacia la izquierda a mayor temperatura.

III. MEDIDAS DE SEGURIDAD

Usar mandil o bata de laboratorio y cuando realice las operaciones químicas colocarse los lentes de seguridad

IV. DESARROLLO EXPERIMENTAL. EXPERIMENTO Nº 1. INFLUENCIA DE LA CONCENTRACION DE IONES H+ y OH- EN EL EQUILIBRIO: ION CROMATO- IÓN DICROMATO Grafique los cambios en la coloración de las soluciones: U.C.S.P. – Ingeniería Civil –Laboratorio de Química 2015-1

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NOTA

A) PRIMERO: Adición de una base NaOH 1M (hidróxido de sodio) OH–

Amarillo

Naranja B)

PRIMERO: Adición de una ácido HCl 1M (ácido clorhídrico 1M) H+

Amarillo

Naranja

C)

Coloración inicial sin modificación:

Escriba la expresión de la constante de equilibrio, Keq para la reacción directa e inversa

La composición de equilibrio es modificada por agregado de los reactivos que aparecen en la primera columna del cuadro; indique lo que se observa en cada caso. En la última columna indique con una flecha en qué sentido se modifica la posición del equilibrio (el sentido de la reacción)

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NOTA

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SEGUNDO Reactivo agregado

NaOH 1M

HCl 1M

Hidróxido de sodio

Ácido clorhídrico

HCl 1M

NaOH 1M

Ácido clorhídrico

Hidróxido de sodio

Color observado

1

PRIMER Reactivo agregado

Sentido del desplazamiento →Derecha ←Izquierda

Color observado

Color cromato de potasio(ac) K2CrO4

Color observado

tubo

Para el tubo con cromato (AMARILLO)

Sentido del desplazamiento →Derecha ←Izquierda

Color dicromato de potasio (ac) K2Cr2O7

1

2

PRIMER Reactivo agregado

Color observado

tubo

Para el tubo con dicromato (NARANJA SEGUNDO Reactivo agregado

NaOH 1M

HCl 1M

Hidróxido de sodio

Ácido clorhídrico

HCl 1M

NaOH 1M

Ácido clorhídrico

Hidróxido de sodio

EXPERIMENTO Nº 2. Datos experimentales

EFECTO DE LA TEMPERATURA EN EL EQUILIBRIO ION COBALTO Co (II)

Tubo 1

Color del cloruro de cobalto anhidro

Tubo 2

Color del cloruro de cobalto + gotas de agua

Temperatura

°C

Coloración observada en el Tubo 2

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NOTA

Baño María Ambiente Baño hielo Indique hacia dónde se desplaza el equilibrio y el color, a bajas temperaturas. ¿Qué especies químicas habrá en mayor abundancia

______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ V. MANEJO DE RESIDUOS

Coloque soluciones de cromato y dicromato, en un frasco debidamente rotulado, para evitar contaminar los acuíferos con CrVI (es cancerígeno).

VI. CONCLUSIONES 1.

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2.

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3.

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