BALANCE DE MATERIA CON REACCIN QUMICAHIDRATACIN DEL ANHDRIDO ACTICO.

Problema:Se desea producir 4.5 g de cido actico en solucin acuosa en un reactor intermitente, Durante qu tiempo debe operar el reactor para cumplir este requerimiento?

Diagrama:

Resultados:Temperatura=25 CMasa inicial de anhdrido actico = 5.1 g.Volumen inicial de anhdrido actico = 5 mL.Pureza del anhdrido actico= 99 %Volumen inicial en el reactor =755 mL.Densidad de la mezcla de reaccin= 1g/ 1 cm3Concentracin NaOH= 0.05 N

Tabla 1. Registro de datos experimentales.

Tiempo (min)Masa muestra (g)V. NaOH gastado (mL)mL NaOH/g muestracido actico (mol/L)Anhdrido actico SIN reaccionar (mol/L)

Anilina0.57.29.11.263888890.0631944415.7368056

Agua15.712.32.157894740.1078947415.6921053

Anilina1.522.61.30.06515.735

Agua20.91.820.115.7

Anilina2.56.19.41.540983610.0770491815.7229508

Agua36.511.71.80.0915.71

Anilina3.56.6111.666666670.0833333315.7166667

Anilina53.86.61.736842110.0868421115.7131579

Agua76.915.82.289855070.1144927515.6855072

Anilina10612.32.050.102515.6975

Agua126.314.22.253968250.1126984115.6873016

Anilina136.113.22.163934430.1081967215.6918033

Anilina155.411.72.166666670.1083333315.6916667

Agua186.515.32.353846150.1176923115.6823077

Anilina20613.32.216666670.1108333315.6891667

Reacciones:Reactor: (CH3CO)2O + H2O 2CH3COOHMatraces con anilina: (CH3CO)2O + C6H5NH2 CH3COOH + (C6H5)NH2COCH3Titulacin:CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O

Algoritmo de clculo: Concentracin del cido actico (columna 5):

Concentracin de anhdrido actico SIN reaccionar: Para determinar dicha concentracin, es preciso conocer la concentracin del anhdrido cuando ha reaccionado el anhdrido completamente; para ello, se emple, el mximo valor de mL NaOH/ g muestra, cuando slo estaba presente agua en el matraz, debido a que en l, no se presenci ms produccin de cido actico a diferencia de los matraces con anilina, y se toma el mximo porque en l hubo un mayor consumo de anhdrido actico.

Donde:

Grfico 1. Concentracin de anhdrido actico vs tiempo (matraces con agua).

Grfico 2. Concentracin de anhdrido actico vs tiempo (matraces con anilina).

Anlisis de resultados.Mediante el grfico, podemos observar que existe una pequea variacin de la concentracin de anhdrido actico en los matraces con agua, sin embargo los ltimos tres, casi son constantes, esto se debe a que la reaccin en dichos matraces no se detuvo de forma determinante la reaccin, es decir continu, por lo que el volumen de NaOH se mantuvo constante al final, puesto que la hidratacin del anhdrido actico culmin.En el grfico 2, se aprecia un decrecimiento exponencial respecto a la concentracin de anhdrido actico (puesto que ste se consume) en los matraces con anilina, en ellos la reaccin fue detenida, aunque el anhdrido actico que no haba reaccionado en el reactor, form ms cido actico con la intervencin de la anilina; para cerciorarnos de que slo se determinara la cantidad de reactivo que se consumi en la reaccin que se efectu en el reactor, se midi la masa de dicha mezcla de reaccin.La ecuacin del balance de materia obtenida experimentalmente por medio del grfico 2, es:X = 15.73e-2t

Balance de materia (terico).El balance de materia se realiz respecto al cambio de concentracin del anhdrido actico, el cual es el reactivo de la reaccin.{Rapidez de acumulacin}= {Entra} {Sale} + {Rapidez de Generacin} {Rapidez de Consumo}En el reactor no existen una entrada y una salida, por lo que dichos trminos se eliminan; no hay generacin de anhdrido actico, debido a que es un reactivo, por lo que slo se consume. Tomando en cuenta dichos puntos, el balance se simplifica a lo siguiente:{Rapidez de acumulacin}= {Rapidez de Consumo}Recordando que:Rapidez de consumo = velocidad de reaccin = k {reactivo}

Donde:X= concentracin de anhdrido actico.V= volumen de reactorA lo largo del proceso, el Volumen permanece constante, por lo tanto:

Resolviendo la ecuacin diferencial:

Donde: Se emplea dicho valor Co, debido a que se trata Conclusiones.El tiempo que requiere la reaccin para que se produzcan 4.5 g de cido actico son:Se requiere que el anhdrido actico tenga una concentracin de 0.05 mol/L (algoritmo pregunta 4, de Preguntas adicionales), si sustituimos en la siguientes ecuaciones:Experimental:X = 15.73e-2t 0.05 mol/L = 15.73 mol/L e-2tDespejamos t.t=( ln(0.05/15.73))/(-2)= 2.87 minTerica:

K=???Preguntas adicionales:1. Para la muestra en t=3, (para el matraz con agua) Cuntas moles de NaOH se consumen? Con cuntas moles de cido actico reaccionaron?

Debido a que la reaccin de titulacin es 1:1 (NaOH: cido actico), reaccionan las mismas moles de cido actico.2. Para la muestra t=3.5, (para el matraz con anilina), Cuntas moles de NaOH se consumen? Con cuntas moles de cido actico reaccionaron?

Reaccionan las mismas moles de cido actico3. Al consumirse la totalidad del anhdridoo actico a las condiciones experimentales seleccionadas, Qu concentracin de cido actico se obtiene en la mezcla de reaccin?Pureza anhdrido actico= 99%Peso molecular del anhdrido actico=102 g/mol

Si la densidad de la mezcla de reaccin es de 1 g/cm3, el resultado anterior en g/gmuestraPeso molecular del cido actico= 60 g/mol

4. Qu cantidad de anhdrido actico, mol/L deber reaccionar para tener en la mezcla de reaccin 4.5 g de cido actico, a sus condiciones experimentales.