UNIVESIDAD NACIONAL DE SAN CRISTOBAL DEHUAMANGA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA Departamento Académico de Ingeniería Química ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA Laboratorio de Química “B” ASIGNATURA: QU-142 QUÍMICA II PRÁCTICA N° 8 EQUILIBRIO QUÍMICO PROFESOR DE TEORIA: Ing. VARGAS CAMARENA, Mauro PROFESOR DE PRÁCTICA: Ing. VARGAS CAMARENA, Mauro ALUMNO: . DIA DE PRÁCTICAS: Martes HORA: 7-10am MESA: C FECHA DE EJECUCIÓN: 10 de Julio FECHA DE ENTREGA: 17 de Julio AYACUCHO – PERÚ 2012 PRÁCTICA DE LABORATORIO N 7-QU-142-UNSCH 2 EQUILIBRIO QUÍMICO I. OBJETIVOS: Extender la noción de equilibrio a los procesos en solución e interpretar casos especiales de equilibrios en solución. Discutir los criterios cualitativos y cuantitativos que permiten predecir el desplazamiento del equilibrio químico al variar parámetros tales como la temperatura, la presión, el volumen o las concentraciones. Saber generalizar la idea de equilibrio dinámico. Describir la formulación de la constante de equilibrio a partir de los criterios termodinámicos generales de evolución y equilibrio de los sistemas naturales y la relación de esta con la energía de Gibbs. II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA El equilibrio químico es un estado del sistema en el que no se observan cambios a medida que transcurre el tiempo. Así pues, si tenemos un equilibrio de la forma: a A + b B= c C + d D Se define la constante de equilibrio K c como el producto de las concentraciones en el equilibrio de los productos elevadas a sus respectivos coeficientes estequiométricos, dividido por el producto de las concentraciones de los reactivos en el equilibrio elevadas a sus respectivos coeficientes estequiométricos, para cada temperatura. EFECTO DE UN CAMBIO DE LAS CONDICIONES DE EQUILIBRIO. Existen diversos factores capaces de modificar el estado de equilibrio en un proceso químico, como son la temperatura, la presión, y el efecto de la concentración. La influencia de estos tres factores se puede predecir, de una manera cualitativa por el Principio de Le Chatelier,que dice lo siguiente: si en un sistema en equilibrio se modifica alguno de los factores que influyen en el mismo ( temperatura, presión o PRÁCTICA DE LABORATORIO N 7-QU-142-UNSCH 3 concentración), el sistema evoluciona de forma que se desplaza en el sentido que tienda a contrarrestar dicha variación. Efecto de la temperatura: si una vez alcanzado el equilibrio, se aumenta la temperatura, el equilibrio se opone a dicho aumento desplazándose en el sentido en el que la reacción absorbe calor, es decir, sea endotérmica. Efecto de la presión: si aumenta la presión se desplazará hacia donde existan menor número de moles gaseosos, para así contrarrestar el efecto de disminución de V, y viceversa. Efecto de las concentraciones: un aumento de la concentración de uno de los reactivos, hace que el equilibrio se desplace hacia la formación de productos, y a la inversa en el caso de que se disminuya dicha concentración. Y un aumento en la concentración de los productos hace que el equilibrio se desplace hacia la formación de reactivos, y viceversa en el caso de que se disminuya. K c y K p Para proceder a relacionar la K c y la K p debemos relacionar previamente las concentraciones de las especies en equilibrio con sus presiones parciales. Según la ecuación general de los gases perfectos, la presión parcial de un gas en la mezcla vale: p i = (n i R T) / V = C i R T Una vez que hemos relacionados las concentraciones con las presiones parciales de cada especie, se calcula la dependencia entre ambas concentraciones, simplemente llevando estos resultados a la constante K c . De esta manera llegamos a la expresión: K p = K c (R T ) An Donde la An es la suma de los moles estequiométricos de todos los productos en estado gaseoso menos la suma de todos los moles de reactivos también gaseosos. PRÁCTICA DE LABORATORIO N 7-QU-142-UNSCH 4 RELACIÓN ENTRE LA VARIACIÓN DE ENERGÍA LIBRE DE GIBBS, Y LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO. La variación de Energía Libre de Gibbs y la constante de equilibrio están intimamente ligadas entre sí a través de la siguiente ecuación: AG = - R T Ln k p donde R es la constante de los gases, T la temperatura absoluta, y K c la constante de equilibrio. - Un sistema en equilibrio dinámico, es aquel en el que la reacción directa y la inversa, ocurren a la misma velocidad. El sistema en equilibrio, puede ser descrito a través de la constante K c . Si la constante es muy grande, la reacción directa se producirá casi exhaustivamente, mientras que la inversa no ocurre de forma apreciable. Si la constante es muy pequeña, la reacción que domina es la inversa. Si un sistema en equilibrio, es perturbado en su posición de equilibrio, se produce o bien la reacción directa o la inversa, con objeto de restablecer el equilibrio. Se puede utilizar el Principio de Le Châtelier para predecir de qué forma evolucionará el equilibrio sometido a una perturvación. Una disminución del volumen; hace que se produzca la reacción de modo que decrezca, el nº de moles de gas en el sistema. Un aumento de la temperatura: hace que se produzca la reacción endotermica. La constante de equilibrio se puede relacionar con la energía Libre de Gibbs a través de la ecuación: AG = - R T Ln K p PRÁCTICA DE LABORATORIO N 7-QU-142-UNSCH 5 III. MATERIALES, EQUIPOS E INSTRUMENTOS DE LABORATORIO Y REACTIVOS QUÍMICOS UTILIZADOS. Tubos de ensayo (20) Piseta Gradilla para tubos (4) Pipeta graduad de mL (5) Vaso de precipitado de 250 mL Probeta graduada de 50 mL Probeta graduada de 25 mL Bureta graduada de 25 mL Pinza para bureta Regla graduada de 30 cm Equipo de iluminación REACTIVOS QUIMICOS K 2 CrO 4 0.1 M K 2 CrO 7 0.1 M HCl 1M KOH 1 M FeCl 3 0.2 M KSCN 0.002 M IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Evaluación de cualitativa de una ecuación química reversible. 2. Evaluación cuantitativa de la constante de equilibrio del ion complejo sulfucianuro-hierro (III). PRÁCTICA DE LABORATORIO N 7-QU-142-UNSCH 6 V. OBSERVACIONES, DATOS, RESULTADOS EXPERIMENTALES OBTENIDOS, ECUACIONES QUÍMICAS CÁLCULOS Y/O GRÁFICOS (SEGÚN LOS CASOS). 1. Evaluación de cualitativa de una ecuación química reversible. 2. Evaluación cuantitativa de la constante de equilibrio del ion complejo sulfucianuro-hierro (III). - Altura de las soluciones en los tubos N° 2,3,4 Y 5: 7 cm - Altura de la solución del tubo N° 1 (estándar) comparado con: - El tubo N° 2: 6.5 cm - El tubo N° 3: 5.4 cm - El tubo N° 4: 3.8 cm - El tubo N° 5: 1.7 cm - Volumen inicial de la solución de FeCl 3(ac) = 5 Ml - Volumen inicial de la solución de KSCN (ac) = 5 mL - Concentración molar inicial de la solución de: - FeCl 3(ac) = M y de ion Fe 3+ (ac) =0.2 M - Concentración molar inicial de la solución de: - KSCN (ac) = 0.002 My del ion SCN - (ac ) = 0.001 M - Concentración molar del ion Fe(SCN) 2+ (ac) en equilibrio: PRÁCTICA DE LABORATORIO N 7-QU-142-UNSCH 7 CUADRO N°1.- CALCULOS: N° de tubos prueba CONCENTRACIÓN MOLAR INICIAL Relación de alturas, R, cm Antes de mezclar Después de mezclar [Fe 3+ ] [SCN - ] [Fe 3+ ] [SCN - ] 1 0.2 7.0cm 2 6.5cm 3 5.4cm 4 3.8cm 5 1.7cm CUADRO N°2.- N° de tubo Concentración molar en el equilibrio, M Relación de constantes [Fe(SCN) 2+ ] eq [Fe 3+ ] eq [SCN - ] eq K 1 K 2 K 3 1 2 3 4 5 VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES PRÁCTICA DE LABORATORIO N 7-QU-142-UNSCH 8 VII. CUESTIONARIO 1. ¿Cuál de las tres relaciones de constantes (K 1 , K 2 y K 3 ) da valor numérico más constante? ( ).indique el valor promedio: 2. ¿Qué indica el valor de la constante en equilibrio? el valor de la constante de equilibrio de una reacción química posee un valor bastante grande, significa que el grado de conversión de los reactivos a productos es también muy alto, y viceversa, es decir, si los valores numéricos de la constante de equilibrio ( Kp o Kc) son muy pequeños, significará que el grado de conversión de los reactivos en producto también será muy pequeño. VIII. BIBLIOGRAFIA 1. Chang, Raymond. (1998). Química. México: McGraw-Hill. Sexta Edición. 2. BROWN, T. L., H.E. Y BURSTEN, B.E. (1993) .Química la ciencia central.