Laboratorio de Metodología Experimental II

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

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FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN

Laboratorio de Metodología Experimental II

Profa. Gaspar Medina Araceli

DISEÑO EXPERIMENTAL

“Determinar experimentalmente el desplazamiento del equilibrio químico de una reacción de metátesis y la concentración de las especies”

Química Industrial         Semestre

Grupo: 2202           Equipo:

Integrantes:

Fecha de entrega: 22-02-2022

ÍNDICE

Planteamiento del problema        1

Marco teórico        1

Ley de acción de masas, LAM.        1

Principio de Le Châtelier        2

Concentración        2

Presión        2

Temperatura        2

Asignación de variables        3

Hipótesis        3

Metodología experimental        3

        3

        3

Procedimiento Experimental        4

Referencias        6

Anexo        6

Planteamiento del problema

Determinar experimentalmente el desplazamiento del equilibrio químico de un sistema de metátesis y la concentración de las especies.

Marco teórico

Las reacciones de metátesis suceden cuando dos compuestos intercambian sus iones, produciendo nuevos compuestos derivados de los primeros, se puede expresar la reacción química de la siguiente manera: AB + CD → AD + CB

Dentro de esta reacción ocurre un fenómeno llamado equilibrio químico, el cual es el estado de un sistema donde no se observan cambios en la concentración de reactivos o productos, al transcurrir el tiempo, éstas se mantienen constantes. Se presenta cuando reacciones opuestas ocurren con velocidades iguales: la velocidad a la que se forman los productos a partir de los reactivos es igual a la velocidad a la que se forman los reactivos a partir de los productos. Como resultado, las concentraciones dejan de cambiar haciendo que la reacción parezca estar detenida.

Ley de acción de masas, LAM.

“En un proceso elemental, 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, es una constante para cada temperatura, llamada constante de equilibrio”.  [pic 2]

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La constante de equilibrio (KC) indica hasta qué punto se lleva a cabo una reacción. Si K es muy grande, la mezcla en equilibrio contiene principalmente sustancias del lado de los productos de la ecuación de la reacción. (Es decir, la reacción procede cuantiosamente hacia la derecha). Si K es muy pequeña (es decir, mucho menor que 1), la mezcla en equilibrio contiene principalmente sustancias del lado de los reactivos de la ecuación. 

La constante de equilibrio también permite: 

1. Predecir el sentido en el que avanzará la mezcla de reacción para alcanzar el equilibrio.
2. Calcular las concentraciones de equilibrio de los reactivos y productos.

Estrictamente hablando la constante de equilibrio no tiene unidades.

El valor de la constante de equilibrio puede cambiar muchos órdenes de magnitud dependiendo del sistema químico considerado.

En los equilibrios heterogéneos, los sólidos y los líquidos puros no aparecen en la constante de equilibrio. Sólo lo hacen disoluciones y gases.

Principio de Le Châtelier

“Si un sistema en equilibrio se perturba mediante un cambio de temperatura, presión o la concentración de uno de los componentes, el sistema desplazará su posición de equilibrio de manera que se contrarreste el efecto de la perturbación”.

Concentración 

Cuando un sistema químico está en equilibrio y se aumenta la concentración de una sustancia en la mezcla (ya sea un reactivo o un producto), el sistema reacciona para consumir parte de esa sustancia. A la inversa, si se disminuye la concentración de una sustancia, el sistema reacciona para producir parte de esa sustancia.   Por lo que, a mayor concentración en los reactivos, el equilibrio tiende a desplazarse hacia los productos, mientras que, a mayor concentración en el producto, este equilibrio se desplaza hacia los reactivos.[pic 4]

Presión 

Si un sistema que contiene uno o más gases se encuentra en equilibrio y se disminuye su volumen, y por consiguiente aumenta su presión total, el principio de Le Châtelier indica que el sistema responde desplazando su posición de equilibrio para reducir la presión

Un sistema puede reducir su presión disminuyendo el número total de moléculas gaseosas (menos moléculas de gas ejercen menos presión). Así, a temperatura constante, reducir el volumen de una mezcla en equilibrio gaseoso ocasiona que el sistema se desplace en la dirección que reduce el número de moles de gas. [pic 5]

Temperatura

Si se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio, el sistema reacciona como si se hubiera agregado un reactivo a una reacción endotérmica o un producto a una reacción exotérmica. El equilibrio se traslada hacia la dirección que consume el “exceso de reactivo”, a saber, el calor.[pic 6]

Asignación de variables

Variable independiente: Concentración de FeCl3 y NH4SCN

Variable dependiente: Equilibrio químico

Variable de control: Temperatura y presión

Hipótesis

Al modificar la concentración en una reacción de metátesis en equilibrio, en temperatura ambiente y presión estándar, la reacción tenderá a desplazarse para recuperar el equilibrio químico.

Metodología experimental

Sujeto de estudio:  FeCl3+3NH4SCN → Fe(SCN)3+3NH4Cl[pic 7]

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Procedimiento Experimental

Para sólidos 

1. Realizar los cálculos estequiométricos para obtener la masa de compuesto requerida para preparar una disolución de 25 mL con concentración 0.1 M de FeCl3,  NH4SCN y 25 mL a 1M de NH4Cl. 
2. Medir la masa requerida del soluto en la balanza granataria con un pesa sustancias.
3. Una vez que se tiene la masa de reactivo sólido requerido, se vacía dentro del vaso de precipitado y por consiguiente enjuagar el pesasustancias con agua destilada sobre el vaso de precipitado con una pequeña cantidad de agua tres veces.
4. Posteriormente se procede a agitar hasta que el sólido esté completamente disuelto, si es necesario se puede agregar más agua destilada para asegurar que se disuelva el reactivo teniendo cuidado de no rebasar el volumen del matraz utilizado.
5. Al estar disuelto el reactivo, agregar la disolución en el matraz volumétrico de 100 mL 
6. Enjuagar el vaso con agua destilada para recoger todo el reactivo que pudo haber quedado en las paredes de éste, del mismo modo enjuagar la varilla que sigue en el matraz.
7. Aforar el matraz con agua destilada y tapar el matraz invirtiendo tres veces para homogeneizar la mezcla. Después destaparlo para asegurar que todo el líquido resbale y no esté adherido a las paredes del matraz.
8. Con las sustancias sólidas restantes, realizar los pasos anteriores 

Preparación de disolución con líquidos

1. Encender la campana de extracción para colocar el reactivo en un frasco de color ámbar.
2. Verter el reactivo con ayuda del agitador de vidrio hacia el caso de precipitado de 250 mL.
3. A continuación, se procede a tomar la cantidad de reactivo necesaria por medio de la pipeta graduada 20 mL  a la que se le coloca una pipeteador para poder succionar el reactivo.
4. Después de tener la cantidad de reactivo necesaria se procede a agregarla al matraz volumétrico donde ya contenga la tercera parte de agua destilada del total de su volumen para evitar una reacción violenta.
5. Colocar la pipeta dentro del matraz y liberar el líquido poco a poco para proseguir a llenar el matraz con agua destilada hasta la marca del aforo.
6. Tapar el matraz y mezclar la disolución invirtiendo tres veces para homogeneizar la mezcla. Después destaparlo para asegurar que todo el líquido resbale.
7. Después de ambas preparaciones con las sustancias sólidas y líquidas, se hacen reaccionar y se obtiene la siguiente ecuación de equilibrio químico:

FeCl3+3NH4SCN → Fe(SCN)3+3NH4Cl

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Referencias

• Anónimo.(2009) “Química General”. New York:McGraw-Hill. 138 p.p  
• Anónimo. (s.f). “Equilibrio químico”. Recuperado 14 de febrero del 2022 de la fuente https://www.mheducation.es/bcv/guide/capitulo/844816962X.pdf 
• Brown, T., LeMay, H., Bursten, B., Woodward, P. y Murphy, C.. (2012). “Química: la ciencia central”. México: PEARSON EDUCACIÓN. 1200 p.p 
• Chang R. y College Williams. (2005). “Química Mc Grawn-Hill”. 7a edición 998 p.p
• FisQuiWeb. Laboratorio. (2019, 17 abril). FISQUIWEB. Recuperado 16 de febrero de 2022, de https://fisquiweb.es/Laboratorio/EquiTioCianato/realizacion.htm
• Goldsby K., Chang R. (2013) Química. New York:McGraw-Hill 623 p.p

Anexo

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