Práctica 7 Reacciones reversibles. Introducción al equilibrio químico. Ley de acción de masas.

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE QUÍMICA LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL II 1 Grupo: Equipo: Práctica 7 Reacciones reversibles. Introducción al químico. Ley de acción de masas. Problema: En cada una de las reacciones a estudiar, encontrar cómo se puede, experimentalmente, provocar que el se desplace hacia la derecha o hacia la izquierda. Introducción: La ley de acción de masas establece que para una reacción reversible en, a una temperatura fija, la relación entre el producto de las concentraciones de los productos (elevadas cada una a una potencia igual a su coeficiente estequiométrico) y el producto de las concentraciones de los reactivos (elevadas cada una a una potencia igual a su coeficiente estequiométrico) es una CONSTANTE. Es decir, para una reacción del tipo aa + bb cc + dd, la cantidad es un número CONSTANTE denominado CONSTANTE DE EQUILIBRIO (Keq) Ejemplo. Escribir la expresión de la constante de para la reacción de hidrólisis del amoniaco: NH 3(ac) + H 2 O (l) NH 4 + (ac) + OH - (ac) Nota: Como la concentración del agua en una solución acuosa permanece prácticamente constante, el término [H 2 O] es una constante que no se escribe en la expresión algebraica, ya que puede considerarse parte de la constante Keq. Keq para esta reacción ha sido determinado experimentalmente y vale 1.8 x 10-5.

2 Tarea previa: 1.- Conociendo el valor de Keq para la hidrólisis del amoniaco, Cuál es la especie más abundante en una solución acuosa de amoniaco, el NH 3, el NH 4 + o el ion OH -? R 2.- Sabiendo que el valor de Keq debe mantenerse constante, Cómo variará la concentración de las especies NH 3 y NH + 4 si la concentración de OH - aumenta? NH 3 : NH Cómo variará la concentración de las especies NH 3 y NH + 4 si la concentración de OH - disminuye? NH 3 : NH + 4 Reactivos: K 2 CrO 4 (s) K 2 Cr 2 O 7 (s) Disolución de NaOH 3M Disolución de HCl 3M Disolución de FeCl 3 (ac) Ácido benzoico (s) Tarea previa. Experimento 1: El ión cromato y el ión dicromato se interconvierten uno en el otro al cambiar el medio de ácido a alcalino o viceversa. a) Proponer una estructura de Lewis para cada una de estas dos especies. ión cromato ión dicromato 2 b) Balancea por el método del ión-electrón la reacción de interconversión del ión cromato al ión dicromato en medio ácido: 2-2- CrO 4 Cr 2 O 7 Ecuación iónica balanceada (Equilibrio 1): c) Balancea por el método del ión-electrón la reacción de interconversión del ión cromato al ión dicromato en medio básico: 2-2- CrO 4 Cr 2 O 7 Ecuación iónica balanceada (Equilibrio 2): d) Escribe la expresión de la constante de para cada una de estas dos reacciones balanceadas: K Eq(1) = K Eq(2) =

3 3 EXPERIMENTO 1. PROCEDIMIENTO: El ión cromato y el ión dicromato se interconvierten uno en el otro al cambiar al medio de ácido a alcalino o viceversa. Se va a proporcionar una muestra sólida de alguna de ellas (de aprox. 30 mg). Disolverla en aproximadamente 2-3 ml de agua y dividir la solución en dos porciones. Añadir aproximadamente 10 gotas de HCl 3M a la primera de las porciones y lo mismo de KOH ó NaOH 3M a la segunda registrando cualquier cambio de color. Ahora añadir base a la primera porción y ácido a la segunda. NOTA: No desechar las soluciones de Cr VI, son muy contaminantes. Se recogerán al final de la sesión Resultados, Discusión y Conclusiones Experimento 1: Con la información de los resultados experimentales y las actividades previas al experimento, completa la siguiente tabla: COLOR INICIAL DE LA DISOLUCIÓN Porción 1 Porción 2 Ecuación iónica balanceada (Equilibrio 1) Ecuación iónica balanceada (Equilibrio 2) disolución al agregar ácido Según el Equilibrio 1, al agregar ácido, el se desplazaría hacia: Especie en el especie en el disolución al agregar base Según el Equilibrio 2, al agregar base, el se desplazaría hacia: Especie en el especie en el disolución al agregar base Según el Equilibrio 1, al agregar base, el se desplazaría hacia: Especie en el nuevo especie en el nuevo disolución al agregar ácido Según el Equilibrio 2, al agregar ácido, el se desplazaría hacia: Especie en el nuevo especie en el nuevo

4 4 1. Mediante las observaciones realizadas y con la información de la tabla, identifica el color de cada una de las especies involucradas en el : Ión Dicromato Ión Cromato 2. De acuerdo con las respuestas de la pregunta anterior, identifica cuál es la especie que se te proporcionó: 3. Explica cómo logras responder las preguntas 1 y 2 al usar la información de la tabla. Actividades Previas al Experimento 2. INFORMACIÓN: El Fe 3+ (ac) precipita como hidróxido férrico en presencia de iones OH -. a) Escribe la reacción química (en ) que describe el fenómeno mencionado anteriormente: Reacción 1: b) Escribe ahora la reacción (en ) de disolución del hidróxido férrico cuando se le agregan iones H + a la disolución: Reacción 2: Nota importante: Los sólidos no se incluyen en las expresiones de las constantes de porque su concentración en la fase acuosa es igual a cero. Su concentración en la fase sólida (que es donde sí se encuentran), es constante, por lo que dicha concentración no se escribe, puesto que se considera parte de la Keq. (De modo que en su lugar escribimos simplemente un 1 ). Así la expresión de la constante de para la reacción de formación del precipitado de hidróxido férrico (Reacción 1) es: e) Escribe ahora la expresión de la constante de para la reacción de disolución del hidróxido de Fe(III) en presencia de iones H +. (Reacción 2) K eq (3) =

5 5 EXPERIMENTO 2. PROCEDIMIENTO: Con una disolución de 2 ó 3 ml de FeCl 3, una disolución de HCl y una de KOH ó NaOH; comprobar experimentalmente que los fenómenos de las reacciones 1 y 2 se llevan a cabo. Resultados, Discusión y Conclusiones Experimento 2: 1. Explica detalladamente cómo comprobaste experimentalmente que los fenómenos de las reacciones 1 y 2 se llevan a cabo. Escribe las observaciones. REACCIÓN 1 Comprobación Observaciones REACCIÓN 2 Comprobación Observaciones 2. Qué reactivo debe añadirse para lograr que la concentración de H + disminuya? 3. Basándote en la Ley de Acción de Masas explica el efecto que tiene la adición de dicho reactivo en cada una de las reacciones de REACCIÓN 1 REACCIÓN 2 5. Qué reactivo debe añadirse para lograr que la concentración de OH - disminuya? 6. Basándote en la Ley de Acción de Masas explica el efecto que tiene la adición de dicho reactivo en cada una de las reacciones de

6 6 REACCIÓN 1 REACCIÓN 2 Actividades Previas al Experimento 3. Responde las siguientes preguntas: 1. Será posible disolver 0.1 g de ácido benzoico en 5 ml de agua a temperatura ambiente? (la solubilidad del ácido benzoico es 0.29g/100mL H2O ) NOTA: Justifica esta respuesta con los cálculos correspondientes y anótalos en el espacio de abajo. 2. De acuerdo con los siguientes s:.equilibrio 1.Equilibrio 2 a) Hacia dónde se desplaza el Equilibrio 2 si se agrega OH -? b) Con esta adición de OH -, cómo cambian las concentraciones de Ac. Benzoico y de ión benzoato del Equilibrio 2?

7 c) Completa la siguiente ecuación en donde se representan los Equilibrios 1 y 2 como un sólo (Equilibrio 3): 7..Equilibrio 3 d) Con base en el Equilibrio 3, Cómo se verían afectadas las concentraciones de Ac.benzoico (s) y Ac.benzoico (ac), con la adición de OH -? e) Explica lo anterior basándote en la Ley de Acción de Masas. f) Con base en el Equilibrio 3 Cómo se verían afectadas las concentraciones de Ac.benzoico (s) y Ac.benzoico (ac), con la adición de H +? g) Explica lo anterior basándote en la Ley de Acción de Masas. h) Cuál de las especies involucradas en el Equilibrio 3 es la forma soluble del ácido benzoico? i) Es posible desplazar el Equilibrio 3 para lograr que predomine la forma soluble del ácido benzoico? Explica.

8 8 3. Elabora en esta hoja un solo diagrama de flujo que muestre el procedimiento experimental a seguir para: a) Observar el desplazamiento del Equilibrio 3 b) Intentar disolver 0.1 g de ácido benzoico en 5 ml de agua a temperatura ambiente. c) Regenerar el Ac.benzoico (s) para su reutilización en prácticas posteriores.

9 9 EXPERIMENTO 3. PROCEDIMIENTO: Lleva a cabo el procedimiento descrito en el diagrama de flujo que elaboraste. Resultados, Discusión y Conclusiones Experimento 3: Una vez que hayas llevado a cabo el procedimiento descrito en el diagrama de flujo que elaboraste responde las siguientes preguntas: 1. Fue posible disolver 0.1 g de ácido benzoico en 5 ml de agua a temperatura ambiente? 2. Por qué? Justifica tu respuesta basándote en la Ley de Acción de masas y en el Equilibrio Entrega a tu profesor el Ac. benzoico (s) recuperado. Conclusiones

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