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Transcripción

1 8. Influencia de la temperatura en el equilibrio químico Experimento 1 Problema Encontrar la relación entre la absorción o desprendimiento de calor en una reacción química, con el sentido en que se desplaza el equilibrio. Tarea previa 1. Completar y balancear la siguiente ecuación química: Cu + HNO 3 NO 2 2. El dióxido de nitrógeno es un gas café-rojizo que se encuentra en bajas concentraciones en la atmósfera de ciudades con alto índice de contaminación. Investigar a partir de qué gases y en qué condiciones se forma en la atmósfera. 3. El NO 2 puede dimerizarse, según la siguiente reacción reversible, para producir el N 2 O 4, que es un gas incoloro. 2 NO 2 N 2 O 4 Dibujar las estructuras de Lewis de estas dos especies: 4. Al formarse un enlace químico se absorbe o se desprende energía? Por qué? QG II Influencia de la temperatura sobre el equilibrio Página 1

2 Material y reactivos Virutas de cobre metálico HNO 3 1:1 Tubos, tapones y jeringa para armar el aparato descrito en la figura. Procedimiento 1. Bajo la campana se deberá instalar el siguiente equipo: 2. En un tubo de ensaye colocar unas virutas de cobre, como se puede apreciar en la figura. Agregar poco a poco unos mililitros de ácido nítrico (1:1); con esto se generará el gas NO Marcar tres tubos de ensaye (1, 2 y 3) y en cada unos de éstos colocar una muestra del gas. Tapar los tubos herméticamente con tapones de hule. 4. Después de tomar las muestras agregar agua a través de la jeringa, para así detener la producción del NO El tubo 3 servirá como testigo 6. El tubo número 1 se calienta en un baño María, al sumergirlo presionar el tapón del tubo con el pulgar. Mantenerlo así hasta que ocurra un cambio en el color, describirlo, comparándolo con el tubo 3: 7. Mientras tanto colocar el tubo número 2 en un baño de hielo y describir el cambio de color, comparándolo con el tubo testigo: QG II Influencia de la temperatura sobre el equilibrio Página 2

3 8. Después de la comparación deje los tubos reposar unos minutos hasta que todos tengan la misma temperatura, compararlos y anotar las observaciones. 9. Posteriormente poner el tubo 1 en un baño de hielo y el tubo 2 en un baño María. Sacarlos al ocurrir el cambio de color y compararlos con el testigo. Anotar las observaciones. Manejo de residuos: Disolver el gas agregando agua al tubo, tapando y agitando. Neutralizar la solución antes de desecharla. Cuestionario 1. Tomando en cuenta que la formación de dimerización del NO 2 para formar N 2 O 4 implica únicamente la formación de un enlace, indicar si la siguiente reacción es endotérmica o exotérmica, incluyendo al calor (Q) como un producto o un reactivo: 2 NO 2 N 2 O 4 2. Escribir la reacción de disociación del N 2 O 4. Esta reacción es endotérmica o exotérmica? Por qué puede saberse esto con seguridad? 3. Completar los siguientes enunciados: Si la reacción A + B C es endotérmica, un aumento en la temperatura provocará que el equilibrio se desplace hacia Si el equilibrio A + B C se desplaza hacia la izquierda cuando se aumenta la temperatura, la reacción es QG II Influencia de la temperatura sobre el equilibrio Página 3

4 Influencia de la temperatura en el equilibrio químico Experimento 2 Problema Identificar el carácter endotérmico o exotérmico de una reacción química dada. Introducción El cloruro de cobalto hexadidratado, CoCl 2 6H 2 O, (o cloruro de hexa acuo cobalto (II), [Co(H 2 O) 6 ]Cl 2 ) da lugar a las siguientes especies al combinarse con el agua: [Co(H O) ]Cl [Co(H O) ] (ac) + 2 Cl (ac) HO En presencia de una elevada concentración de iones Cl (como la que está presente en el HCl concentrado), las moléculas de agua que están enlazadas al ion Co 2+, pueden intercambiarse por iones cloruro, formándose una nueva especie, según el siguiente equilibrio: [Co(H 2 O) 6 ] 2+ (ac) + Cl (exceso) [CoCl 4 ] 2 (ac) + 6H 2 O (*) Material y reactivos 3 tubos de ensaye 0.6 g de sílica gel con indicador de humedad ([CoCl 4 ] 2 ) HCl concentrado Baño de hielo Procedimiento 1. Marcar tres tubos de ensaye (1, 2 y 3) y colocar en cada uno, aproximadamente 0.2 g de sílica gel con indicador de humedad. 2. El tubo 3 servirá como testigo 3. Añadir a los tubos número 1 y 2, dos gotitas de agua destilada y registrar el cambio de color de la sílica gel. 2. Añadir 0.5 ml de HCl concentrado al tubo número 2 y observar. Registrar el cambio de color de la sílica gel. 3. Calentar el tubo número 1 en el mechero hasta que ocurra un cambio notorio en el color de la sílica gel. Anotar el color. 4. Después de calentar, dejar reposar el tubo número 1 durante 10 minutos hasta que alcance la temperatura del ambiente. Anotar las observaciones. QG II Influencia de la temperatura sobre el equilibrio Página 4

5 Manejo de residuos: Lavar la sílica gel con agua y recuperarla para entregar el sólido al profesor. Asegurarse de que no hay residuos de HCl en las muestras. Cuestionario Los colores que, en sus dos posibles formas, la sílica gel con indicador de humedad adquiere, son debidos a los compuestos de cobalto [CoCl 4 ] 2 o [Co(H 2 O) 6 ] 2+ ya que la sílica gel por sí sola es incolora. 1. Indicar el color de la sílica gel con inidcador de humedad cuando el indicador de humedad se encuentra como cloruro de cobalto hexahidratado [Co(H 2 O) 6 ] Indicar el color de la sílica gel con inidcador de humedad cuando el indicador de humedad se encuentra como tetracloro cobaltato [CoCl 4 ] Escribir la ecuación de disociación del HCl en agua, Se encuentra presente algún ion que produzca color a la disolución? 4. Escribir la ecuación de disociación del [Co(H 2 O) 6 ]Cl 2 en agua, Qué especie es la que provoca color en la disolución? 5. Cuando se hace reaccionar a temperatura ambiente la sílica gel con el indicador en forma de [Co(H 2 O) 6 ] 2+ con una disolución concentrada de HCl, se establece un equilibrio entre los iones complejos Co(H 2 O) 6 2+ y CoCl 4 2 Qué color tiene esta disolución? De acuerdo con el equilibrio establecido en la introducción, [Co(H 2 O) 6 ] 2+ (ac) + Cl (exceso) [CoCl 4 ] 2 (ac) + 6H 2 O QG II Influencia de la temperatura sobre el equilibrio Página 5

6 y considerando los resultados obtenidos en los pasos 3 y 4, responder: 6. A qué temperatura predomina la especie [Co(H 2 O) 6 ] 2+? 7. A qué temperatura predomina la especie [CoCl 4 ] 2-? 8. Al suministrar calor, el equilibrio se desplaza hacia la (derecha, izquierda) y podemos decir que la reacción en ese sentido es (exotérmica o endotérmica). 9. Las siguientes dos reacciones (hipotéticas) serían endotérmicas o exotérmicas? Co(H 2 O) 6 2+ Co H 2 O CoCl 4 2 Co Cl 10. En la reacción de formación del ion [Co(H 2 O) 6 ] 2+ a partir de la especie CoCl 4 2, indicar si la reacción requiere calentarse o enfriarse para ser más cuantitativa (que haya una mayor cantidad de producto presente) Esta reacción es exotérmica o endotérmica? QG II Influencia de la temperatura sobre el equilibrio Página 6