OXIDACIÓN DEL YODURO CON PERÓXIDO DE HIDRÓGENO.docx

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA LABORATORIO DE REACTORES

DETERMINACIÓN DE LA CINÉTICA DE REACCIÓN DE LA OXIDACIÓN DE − CON PERÓXIDO DE HIDRÓGENO EN MEDIO ÁCIDO PRE-INFORME Nº 3

Docente:

Lic. López Arze Javier Bernardo

Estudiantes: Carrera:

Lic. en Ingeniería Química

Grupo:

5

Dia:

Martes

Fecha de entrega: 28 de Abril de 2017

SEMESTRE I/2017 OXIDACIÓN DEL YODURO CON PERÓXIDO DE HIDRÓGENO EN MEDIO ÁCIDO 1. RESUMEN Para poder conocer la cinética de reacción de la oxidación del yoduro en presencia del peróxido de hidrogeno se llevara a cabo la siguiente reacción:

   2  + →     Donde la ecuación de velocidad de reacción estaría dado por:

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 

[ ]   [ ] [] [+ ] 

El estudio de esta reacción se lleva a cabo en medio acido por lo que se puede considerar constante la concentración de + porque la cantidad que desaparece es considerada despreciable, mientras que la concentración de  − tratara de mantenerse constante con un volumen pequeño de una mezcla reaccionante de tiosulfato sódico y la reacción obtenida seria la siguiente:

2 =   →  =  2− Esta reacción es rápida e irreversible por lo que nos permite considerar constante la concentración de − mientras exista tiosulfato presente en la disolución. El método que emplearemos para poder determinar la velocidad de reacción será la espectrofotometría en la cual trabajaremos con un exceso de uno de los reactivos para de esta manera poder hallar la absorbancia del reactivo limitante y con los datos obtenidos hallar el exponente al que esta elevado la concentración de dicho reactivo, en este caso nos basaremos en el método integral para poder hacer algunas suposiciones para emplear un cálculo más sencillo, una vez cumplidas las suposiciones ya descritas en los antecedentes podremos hallar las demás variables que se encuentren en nuestra velocidad de reacción. 2. INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN La velocidad de reacción con la que se produce una reacción química es uno de los aspectos más importantes para conocer un determinado proceso en la industria para luego poder modificar los factores que influyen en esta o poder conocer de esta manera los factores que influyen. La cinética química abarca los siguientes aspectos: predecir la velocidad que tendrá una reacción en unas condiciones determinadas de presión, temperatura, concentración, catalizador, y determinar y comprender el mecanismo por el que tiene lugar una reacción. Los enfoques de la cinética química son: primeramente, los cambios cuantitativos que ocurren durante la reacción al alcanzar el estado estad o final sin importar si la reacción ocurre ocur re lenta o rápidamente y el segundo enfoque se interesa por la rapidez con la que los reactivos son transformados en productos, teniendo en cuenta el tiempo como variable independiente. Las reacciones del yodo son de importancia ambiental en la evaluación de las consecuencias de un accidente en un reactor nuclear, así como también en la química marina. El yodo también desempeña un rol muy importante en los organismos vivientes. El peróxido de hidrogeno o agua oxigenada, es un potente agente oxidante relativamente estable que al calentarlo o por exposición prolongada a luz se descompone con facilidad en oxígeno y agua, (razón por la cual se conserva en envases opacos. A temperatura temperatura ambiente, la reacción anterior es lenta pero existe una gran variedad de catalizadores que aumentan su velocidad. Debido a la facilidad de descomposición del peróxido de hidrogeno por la gran gama de catalizadores que favorecen esta reacción, las disoluciones comerciales contienen







Lo que se pretende en este trabajo es determinar relaciones y conclusiones sencillas pero valiosas sobre la cinética de esta reacción. 3. JUSTIFICACIÓN JUSTIFICACIÓN Las reacciones del yodo son de importancia ambiental en la evaluación de las consecuencias de un accidente en un reactor nuclear, así como también en la química marina. El yodo también desempeña un rol muy importante en los organismos vivientes. El peróxido de hidrogeno o agua oxigenada, es un potente agente oxidante relativamente estable que al calentarlo o por exposición prolongada a luz se descompone con facilidad en oxígeno y agua. A temperatura temperatura ambiente, la reacción es lenta pero existe una gran variedad de catalizadores catalizadores que aumentan su velocidad. Los iones yoduro y dicromato son un ejemplo de catalizadores homogéneos. Debido a la facilidad de descomposición del peróxido de hidrogeno por la gran gama de catalizadores que favorecen esta reacción, las disoluciones comerciales contienen estabilizantes cuya misión es ralentizar la reacción. Es importante pues en primer lugar conocer las cinéticas de descomposición de este producto químico para evitar reacciones. Siendo una bastante común con iones yoduro. Este trabajo pretende determinar relaciones y conclusiones sencillas pero valiosas sobre la cinética de esta reacción. 4. ANTECEDENTES El peróxido de hidrógeno es un poderoso agente oxidante que posee un elevado potencial estándar positivo:

   2H+  2e− ↔ 2H  O También actúa como agente reductor frente a sustancias de poder oxidante superior mediante la ecuación

 ↔ 2H+  O  2e− En esta práctica investigaremos la cinética de la reacción de oxidación del ion yoduro por el peróxido de hidrógeno:

   2I−  H+ → I   2H O La velocidad de una reacción es función de la concentración de los reactivos, la temp eratura y la presencia de un catalizador. 







Como se muestra en la expresión la velocidad de reacción se expresa como velocidad de cambio de concentración de los reactivos. En nuestro caso, la velocidad de reacción puede expresarse en función del cambio de concentración de peróxido de hidrógeno:

  (  (  ) 

[ ]  [ ] [− ] 

Dónde: 

K = constante de velocidad, (la unidad es M/s)



α= orden de reacción con respecto a la concentración de peróxido de hidrógeno



β = orden de reacción con respecto a la concentración del ión yoduro



El orden global de reacción, n, es la suma de los órdenes parciales:

   Mientras que la constante de velocidad, generalmente, depende de la temperatura de rea cción y cumple la expresión de la ley de Arrhenius: 

   − En la expresión anterior, A es el factor preexponencial, Ea es la energía de activación de l a reacción, R es la constante universal de los gases y T es la temperatura. La energía de activación se puede definir como la mínima energía cinética que debe en tener las moléculas de los reactivos para que comience la reacción. Una característica que se debe mantener constante en todas las reacciones iónicas para que sean reproducibles es la fuerza iónica. La fuerza iónica es una función de las concentraciones de todos los iones presentes en una disolución. Para mantener constante esta propiedad se puede añadir una sal inerte que no participe en la reacción. Todas las reacciones que se realicen deberán hacerse con la misma fuerza iónica para mantener los coeficientes de actividad de los reactivos constantes y así conseguir que no varíe la velocidad de reacción de un ensayo a otro.







el sólido está constituido por moléculas diatómicas discretas I2 que se mantienen unidas por fuerzas de London (dipolo instantáneo-dipolo inducido). Si el sólido se calienta en un recipiente abierto a la atmósfera el iodo sublima sin fundir, lo que permite separarlo fácilmente de otras sustancias no volátiles. La presión de vapor del sólido es elevada aún a temperatura ambiente (3 mmHg a 55°C) y por esta razón el iodo se volatiliza lentamente si se deja expuesto al aire, observándose vapores de color violeta y un olor característico. La solubilidad del iodo en agua pura es muy baja (0,33 g/l a 25°C). En cambio es mucho más soluble en presencia de ioduros, debido a la formación del anión trioduro, dando soluciones de color marrón intenso: − →  −    

Influencia de la fuerza iónica sobre la velocidad de reacciones iónicas. Las reacciones que se llevan a cabo en la práctica son las siguientes:

    →     2 2   →   2  5. OBJETIVO GENERAL 

Determinar la ley de velocidad velocidad o cinética química de reacción de la oxidación del yoduro con peróxido de hidrógeno en medio ácido.

6. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

Determinar el valor de la constante cinética a diferentes temperaturas.



Hallar el orden de reacción α y β experimentalmente.

 

Hallar la energía de activación (Ea) de la reacción. Establecer una relación cinética para describir la velocidad de reacción para cualquier concentración de reactivo experimentalmente.

7. MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS UTILIZADOS UTILIZADOS

7.1.

Materiales y Equipos 

Matraz Aforado de 25 ml. Matraz aforado de 25 ml.









Pipeta volumétrica de 10 ml

Balde





Vidrio de reloj.



Bureta de 25 ml.



Vaso precipitado de 100 ml.



Balanza analítica.



Espectrofotómetro UV-Visible.

Espátula



Pizeta



Termómetro



7.2.

Reactivos 

Yoduro de potasio 0.2 M.



Solución de peróxido de hidrogeno



Solución de Ácido clorhídrico



Agua destilada.

Hielo



8. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

−    + →     CASO 1:   en exceso  ?   ℃ Reactivo Volumen[] Concentración[] Moles∗ −  10 0.02 0.2 25 0.4 10    15 2 30 Volumen Total

50

? CASO 2:  en exceso  ? Reactivo

  ℃ Volumen[] Concentración[] Moles∗ −









Volumen Total

50

CASO 3:   ℃

]] Volumen[

Reactivo

    Volumen Total

Concentración[] Moles∗ −

25

0.2

5

10

0.04

0.4

15

3

45

50

CASO 4: Energía de Activación  ?   ℃

]] Volumen[

Reactivo

    Volumen Total

Concentración[] Moles∗ −

10

0.02

0.2

25

0.4

10

15

2

30

50

Preparar las siguientes soluciones: 

10 ml de yoduro de potasio potasio 0.02M



25 ml de peróxido de hidrogeno 0.4 M



25 ml de yoduro de potasio potasio 0.2M



10 ml de peróxido de hidrogeno 0.04 M



Ácido clorhídrico 2 M y 3 M







o

Mezclar en un matraz Erlenmeyer 10 ml de la disolución de KI con 15 ml de ácido clorhídrico 2 M.



Posteriormente mezclar los 25 ml de peróxido de hidrogeno y una vez comenzada la reacción cronometrar el tiempo.



Sacar alícuotas de 0.1 ml en un matraz aforado de 25 ml y aforar con agua destilada, en intervalos de tiempo determinados del reactor.

Llevar la muestra a leer la absorbancia en el espectrofotómetro hasta que sea constante el valor de absorbancia. D. Yoduro de Potasio (KI) 0.2 Molar 

Para preparar 25 ml de yoduro de potasio 0.2 molar, se debe repetir el mismo procedimiento del punto anterior, la única diferencia es en la cantidad de yoduro de potasio que se pesara, que son 0.83 gramos.

E. Disolución de Peróxido de hidrógeno 

Preparar 10 ml de solución 0.04 M

F. Disolución de Ácido Clorhídrico. Clorhídrico. (HCl) (HCl) 3 M Para preparar mililitros de ácido clorhídrico 3 Molar 

Con una pipeta preparamos 15 ml de solución solución 3 M



Mezclar en un matraz Erlenmeyer 25 ml de la disolución de KI con 15 ml de ácido clorhídrico 3 M.



Posteriormente mezclar los 10 ml de peróxido de hidrogeno y una vez comenzada la reacción cronometrar el tiempo.



Sacar alícuotas de 0.1 ml en un matraz aforado de 25 ml y aforar con







KI:

  165.94   ∗ ∗ 25 25  3  1.65 1.6599    1       1.659

0.4

   1.6571   0.4   10   :  ∗    ∗  1.956M*  0.04 0.04 ∗ 25 25

  0.51    0.04   25  HCl:

  1   15  A continuación se mostrara el tiempo vs la absorbancia, tabla 1. Tiempo

Tiempo(s)

Absorbancia







Tabla 1.

Curva de absorbancia vs tiempo 0.035 0.03

y = 0.002e0.0039x R² = 0.9649

0.025

a i c n 0.02 a b r o 0.015 s b A

0.01

0.005 0 0

100

200

300

400

500

600

Tiempo(s)

Para encontrar la Ca, utilizamos la ley de Lambert y beer A=εbC Donde εb es 5220 L*−; despejando se tiene:

  Tiempo(s)

Absorbancia

Ca

 ∗ 25 5220

ln Ca

65

0.0024965

1.19564E-05

-11.3342424

361

0.008519

4.07998E-05

-10.1068332

481

0.0099443

4.7626E-05

-9.95213261

583

0.024233

0.000116058

-9.06141679

718

0.029093

0.000139334

-8.87863454

700

800







ln Ca vs tiempo 0 0

100

200

300

400

500

-2

-4 a C n l

y = 0.0039x 0.0039x - 11.5 11.58 8 R² = 0.9649

-6

-8

-10

-12

Tiempo(s)

y = 0.0039x - 11.58 β = 0.9649 =1

k=0.0039  −

Para β

 =10°C KI:

  0.4

600

700

800









Tiempo (min) 1.04

Tiempo(s)

Absorbancia

60

0.21285

2.2

122

0.31434

3.59

239

0.31661

9.21

561

0.36988

11.5

665

0.36203

20.36

1236

0.47505

21.22

1282

0.41304

25.3

1503

0.38181

33.17

1997

0.40222

38.22

2302

0.50563

40.02

2400

0.5731

47.47

2867

0.62404

51.51

3111

0.57012

55.27

3327

0.58465

59.23

3563

0.61876

1'02.29

3749

0.6006

1'06.06

3960

0.58879

1'10.50

4250

0.65712

1'13.30

4410

0.66969







Tiempo(s)

Absorbancia

Ca

lnCa

60

0.21285

0.001019397

122

0.31434

239

0.31661

6.88854444 0.00150546 6.49865693 0.001516331 -6.4914614

561

0.36988

0.001771456

665

0.36203

0.00173386

1236

0.47505

0.002275144

1282

0.41304

0.001978161

1503

0.38181

0.001828592

1997

0.40222

0.001926341

2302

0.50563

0.0024216

2400

0.5731

0.002744732

6.33595351 6.35740505 6.08571207 6.22558769 6.30420903 6.25213293 6.02332696 5.89807191







4902

0.73799

5004

0.69805

5122

0.8266

0.003534435

5.64520186 0.003343151 -5.7008414 0.003958812

5.53181123

ln Ca vs tiempo 0 0

1000

2000

3000

4000

-1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8

y = 0.0002x 0.0002x - 6.501 R² = 0.8332

5000

6000









  

Horta Zubiaga A., Esteban Santos S., Navarro Delgado R., Cornago Ramírez P., Barthelemy González C., Técnicas experimentales de Química, UNED, 1ª ed., Madrid, 1986. House D. A., Chemical Reviews, 1962, 62(3), 185203. Indelli A., Bonora P. L., J. Am. Chem. Soc., 1966, 88(5), 924929. Levine I. N., Fisicoquímica, Fisicoquímica , 3ª ed., McGrawHill, Madrid, 1991.

  

Conceptos de física, Hewitt P. G., Limusa, 1997 Fisicoquímica, Fisicoquímic a, Castellan G. W., Addison Wesley Longman, 2ª Edición, 1987.

  

Fisicoquímica, Fisicoquímic a, Keith J. Laidler, John H. Meiser, CECSA, CECSA, 1a. Edición, 1997. Fisicoquímica, Fisicoquímic a, Ira N. Levine, Mc Graw Hill, 4ª edición, 1996

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