Practica de Reactores 4
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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:
𝐼2 + 2𝑁𝑎2𝑆2𝑂3 → 𝑁𝑎2𝑆4𝑂6 + 2𝑁𝑎𝐼
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:
𝐼2 + 2𝑁𝑎2𝑆2𝑂3 → 𝑁𝑎2𝑆4𝑂6 + 2𝑁𝑎𝐼
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
t(min) [𝑯𝑪𝒓𝑶𝟒
−𝟏]𝒎𝒐𝒍
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
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
t(min) [𝑯𝑪𝒓𝑶𝟒
−𝟏]𝒎𝒐𝒍
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
t(min) [𝑯𝑪𝒓𝑶𝟒
−𝟏]𝒎𝒐𝒍
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
De la regresión lineal
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=1.1567
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.