EL EQUILIBRIO QUÍMICO Y SUS PERTURBACIONES

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1 Práctico 7 Página: 1/7 DEPARTAMENTO ESTRELLA CAMPOS PRÁCTICO 7: EL EQUILIBRIO QUÍMICO Y SUS PERTURBACIONES Bibliografía: Química, La Ciencia Central, T.L. Brown, H.E.LeMay, Jr., B.Bursten; Ed. Prentice-Hall, Hispanoamérica, México, 7 a Edición, 1998, págs OBJETIVO Estudiar el efecto de diferentes perturbaciones sobre equilibrios establecidos, tanto en solución acuosa como en fase gaseosa. 2-CONCEPTOS PREVIOS En la presente clase se observan las modificaciones que distintas variables producen sobre una situación de equilibrio. En el experimento 3.1.1, una solución de ion cromato reacciona con una solución de un ácido, para dar ion dicromato: 2 CrO 4 2- (ac) + 2 H + (ac) Cr 2 O 7 2- (ac) + H 2 O (l) La reacción puede ser observada a través del cambio de color que se produce, ya que los dos aniones de Cr(VI) tienen distinta coloración; el ion CrO 4 2- es amarillo y el Cr 2 O 7 2- es naranja. Una vez que se alcanza una situación de equilibrio, ésta es modificada por el agregado de una base. La nueva composición de equilibrio así alcanzada es a su vez modificada por el agregado de un ácido. La fenolftaleína es una sustancia ampliamente utilizada como indicador del punto final en las titulaciones ácido-base. En su forma protonada (representada por FH ) es incolora, mientras que la forma desprotonada (representada aquí como F - ) es coloreada. El equilibrio FH (ac) Η + (ac) + F - (ac) es modificado, en el experimento 3.1.2, por agregado de a) una base y b) de un ácido. En el experimento 3.2.1, el ion Fe(III) en solución acuosa, reacciona con el ion sulfocianuro para dar el ion hexasulfocianoferrato(iii), intensamente coloreado. Si bien la reacción puede representarse mediante la ecuación

2 Química General Página: 2/7 Fe 3+ (ac) + 6 SCN - (ac) [Fe(SCN) 6 ] 3- (ac) la siguiente es una representación más realista [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ (ac) + 6 SCN - (ac) [Fe(SCN) 6 ] 3- (ac) + 6 Η 2 Ο (l) en tanto el ion Fe 3+ en solución acuosa forma el ion complejo hexacianohierro(iii), [Fe(SCN) 6 ] 3-. Una vez establecido el equilibrio, éste es perturbado mediante el agregado de a) solución de Fe(III), b) solución de ion SCN - y c) solución de una base. Con respecto a esta última perturbación debe tenerse en cuenta que el ion Fe 3+ (ac) reacciona con las bases para dar Fe(OH) 3, muy poco soluble. En el experimento el ion complejo tetraclorocobaltato(ii), de color azul inteso, reacciona con agua para formar el ion hexaacuocobalto(ii), de color rosa pálido: [CoCl 4 ] 2- (ac) + 6 H 2 O (l) [Co(H 2 O) 6 ] 2+ (ac) + 4 Cl - (ac) El equilibrio es perturbado a) por la adición de iones Cl - y b) modificando la temperatura de la mezcla en equilibrio. Respecto a esta última perturbación debe recordarse que el valor de casi todas las constantes de equilibrio cambia con la temperatura. La reacción anterior es endotérmica, por lo tanto, al aumentar la temperatura la reacción se dará en el sentido indicado. En el experimento 3.3, el ion Fe(III) reacciona con el ion ioduro para producir el ion Fe(II) y iodo. El iodo formado en presencia de ioduro forma el ion triioduro: 2 Fe 3+ (ac) + 2 I - (ac) 2 Fe 2+ (ac) + I 2 (s) I 2 (s) + I - (ac) I 3 - (ac) El equilibrio es perturbado por la adición de una solución de ion Ag +, ya que este ion reacciona con los iones I - (ac) para dar AgI que es una sustancia muy insoluble. En la experiencia 3.4, se hace reaccionar cobre con ácido nítrico, obteniéndose una mezcla gaseosa de dos óxidos de nitrógeno, NO 2 (de color marrón) y N 2 O 4 (incoloro): Cu (s) + 4 HNO 3 (ac) 2 NO 2 (g) + Cu(NO 3 ) 2 (ac) + 2 H 2 O (l) Cu (s) + 4 HNO 3 (ac) N 2 O 4 (g) + Cu(NO 3 ) 2 (ac) + 2 H 2 O (l) En la fase gaseosa, se establece el equilibrio 2NO 2 (g) N 2 O 4 (g) y éste es desplazado por cambios en la temperatura. Cabe destacar que la reacción es exotérmica.

3 Página: 3/7 3- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 3.1 Equilibrio ácido-base Sistema cromato - dicromato En un tubo de ensayo limpio y seco introducir 3 ml de una solución de K 2 CrO 4 1 M. Agregar gota a gota H 2 SO 4 3 M, agitando, hasta observar un cambio de color. Luego, agregar gota a gota NaOH 6 M (cuidado: corrosivo), agitando, hasta observar un cambio de color. Repetir el agregado de H 2 SO 4 3 M. Observar y anotar lo que sucede en cada paso Indicador ácido-base fenolftaleína Introducir 3 ml de agua destilada en un tubo de ensayo limpio y seco. Agregar 5 gotas de fenolftaleína y agitar para homogeneizar. Agregar gota a gota NaOH 6 M (cuidado: corrosivo), agitando luego de cada adición. Luego, agregar 3 gotas de HCl 6 M y agitar. Observar y anotar lo que sucede en cada paso. 3.2 Equilibrio involucrando iones complejos Sistema hierro(iii)-sulfocianuro En un erlenmeyer de 100 ml, verter 1,5 ml de una solución de Fe(NO 3 ) 3 0,1M y 1,5 ml de una solución de KSCN 0,1 M. Diluir con 100 ml de agua destilada. Homogeneizar la solución. Numerar 4 tubos de ensayo y colocar en cada uno 5 ml de la solución preparada. En el tubo 1, agregar 1 ml de agua destilada. Este tubo será utilizado para comparar la intensidad del color de la solución original con el resto de los tubos (tubo testigo). En el tubo 2, agregar 1 ml de solución de Fe(NO 3 ) 3 0,1 M y agitar. En el tubo 3, agregar 1 ml de la solución de KSCN 0,1 M y agitar. En el tubo 4, agregar gota a gota NaOH 6 M (cuidado: corrosivo), agitando y calentando en baño de agua luego de cada adición. Observar y anotar lo que sucede en cada paso Sistema cobalto(ii)-cloruro Verter en un tubo, 3 ml de una solución alcohólica de CoCl 2 0,15 M. Agregar, agitando luego de cada adición, agua destilada justo hasta que la solución tome color rosado. Dividir la solución en dos tubos. En el primero de ellos, agregar HCl 12 M (cuidado: corrosivo) hasta observar un cambio de color. Sumergir el segundo tubo en un baño de agua (65-70ºC) hasta que se produzca un cambio de color. Luego, enfriar este tubo, colocándolo en un baño de hielo. Repetir este ciclo de calentamiento y enfriamiento. Observar y anotar lo que sucede. 3.3 Equilibrio redox Colocar en un tubo de ensayo, 4 ml de una solución nítrica de Fe(NO 3 ) M y agregar 1 ml de solución de KI 0.1 M. A continuación, agregar gota a gota y agitando luego de cada adición, 2 ml de una solución de AgNO M. Dejar reposar durante 15 minutos. Observar y anotar lo que sucede.

4 Página: 4/7 3.4 Equilibrio en fase gaseosa Colocar una pequeña cantidad de cobre metálico en un tubo de ensayo. Agregar 10 gotas de HNO 3 concentrado (cuidado: corrosivo). Tapar el tubo inmediatamente (cuidado: los gases formados son irritantes). Sumergir el tubo en un baño de agua a ebullición durante 30 segundos. Enfriar el sistema en baño de hielo. Repetir el ciclo de calentamiento y enfriamiento. Observar y anotar lo que sucede en cada paso. 3.5 Disposición de residuos Solución de cromato: colocar en recipiente rotulado Solución de cromato para reutilizar. Solución de HCl: descartar en recipiente rotulado Descarte residuos ácidos. Solución de ion hexasulfocianoferrato(iii): diluir con agua en relación 1:10 y verter en la pileta con abundante agua. Precipitado de Fe(OH) 3 : descartar en recipiente rotulado Descarte residuos básicos. Solución ácida de CoCl 2 en etanol: descartar en recipiente rotulado Descarte residuos ácidos. Precipitado de AgI: colocar en un recipiente rotulado como Descarte de AgI. Sistema cerrado N 2 O 4 /NO 2 : abrir el frasco en campana, dejando escapar el gas con cuidado de no apuntar a ninguna persona. Descartar la solución remanente en recipiente rotulado Descarte residuos ácidos. El procedimiento a seguir para la eliminación de los residuos contenidos en los recipientes rotulados como Descarte residuos ácidos y Descarte residuos básicos consiste en: Descarte residuos ácidos : diluir con agua en relación 1:5 y neutralizar hasta ph 6-8 añadiendo lentamente solución de hidróxido de sodio. La solución que resulta se diluye 1:10 con agua y se vierte por la pileta. Dejar correr agua. Descarte residuos básicos : diluir la solución con agua en relación 1:5 y neutralizar hasta ph 6-8 añadiendo lentamente una solución ácida. La solución que resulta se diluye con agua y se vierte por la pileta. Dejar correr agua.

5 Página: 5/7 INFORME PRÁCTICO 7: EL EQUILIBRIO QUÍMICO Y SUS PERTURBACIONES FECHA: GRUPO: INTEGRANTES: DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS Sistema cromato - dicromato La composición de equilibrio es modificada por agregado de los reactivos que aparecen en la primera columna del cuadro; indique lo que se observa en cada caso. En la última columna indique con una flecha en qué sentido se modifica la posición del equilibrio (el sentido de la reacción). Reactivo agregado Se observa Sentido del desplazamiento NaOH H 2 SO 4 Indicador ácido-base fenolftaleína La composición de equilibrio es modificada por agregado de los reactivos que aparecen en la primera columna del cuadro; indique lo que se observa en cada caso. En la última columna indique con una flecha en qué sentido se modifica la posición del equilibrio. Reactivo agregado Se observa Sentido del desplazamiento NaOH HCl

6 Página: 6/7 Sistema hierro (III) sulfocianuro La composición de equilibrio es modificada por agregado de los reactivos que aparecen en la primera columna del cuadro; indique lo que se observa en cada caso. En la última columna indique con una flecha en qué sentido se modifica la posición del equilibrio. Reactivo agregado Se observa Sentido del desplazamiento Fe(NO 3 ) 3 KSCN NaOH Escriba la ecuación de la reacción del hidróxido de sodio con el ion [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ Sistema cobalto(ii) cloruro La composición de equilibrio es modificada por las perturbaciones indicadas en la primera columna; indique lo que se observa en cada caso. En la última columna, indique con una flecha en qué sentido se modifica la posición del equilibrio. Perturbación efectuada agregado de HCl calentamiento enfriamiento Se observa Sentido del desplazamiento El signo de H de la reacción en estudio es:

7 Página: 7/7 Equilibrio redox Complete el siguiente cuadro, indicando lo que se observa al agregar una solución de nitrato de plata a la mezcla en equilibrio. En la última columna indique con una flecha, en qué sentido se modifica la posición de equilibrio. Reactivo agregado AgNO 3 Se observa Sentido del desplazamiento Escriba la ecuación de la reacción entre el ion plata y el ion ioduro: Equilibrio en fase gaseosa Por qué debe tapar el tubo de ensayo? Complete el siguiente cuadro, indicando en qué sentido se desplaza el equilibrio anterior cuando se modifica la temperatura del sistema y lo que se observa en cada caso. Perturbación Se observa Sentido del desplazamiento calentamiento enfriamiento El signo del H de la reacción en estudio es: