Cinética de reacción entre los iones peroxodisulfato y yoduro

Química. Temperatura. Concentración. Tiosulfato. Reacción. Ecuación

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Cinética de Reacción entre los Iones Peroxodisulfato y Yoduro

Informe de Prácticas:

  • Para cada temperatura, construya una tabla que incluya las siguientes columnas:

  • Nº de experimento.

  • Concentración inicial del ión peroxodisulfato.

  • Concentración del ión peroxodisulfato en el instante de la aparición de la coloración azul.

  • Media de los intervalos de tiempo transcurridos hasta la aparición de la coloración azul.

  • Como muestra de todos los cálculos realizados, presente en el informe detallada y razonadamente la determinación de las concentraciones inicial, y remanente en el experimento 1.

    Concentración inicial de peroxodisulfato (C0) = VS2O82- x MS2O82-/Vtotal

    • Vtotal = 12.5 ml. que son las condiciones iniciales de reacción. (suma de tubos A y B)

    • VS2O82- x MS2O82-= es la cantidad total de moles de S2O82-, que divididos por el volumen total, nos da la nueva concentración.

    Molaridad de S2O82- = 0.00625 M.

    Tubo

    VS2O82-(ml)

    V x M (moles)

    C0 (mol/l)

    A1

    5

    3,125·10-5

    2,5·10-3

    A2

    4

    2,5·10-5

    2·10-3

    A3

    3

    1,875·10-5

    1,5·10-3

    A4

    2

    1,25·10-5

    10-3

    C remanente=(Moles iniciales S2O82- —Moles reaccionados S2O82-)/Vtotal=

    Por estequiometría de las reacciones :

  • S2O82- + 2 I----2 SO42- + I2

  • 2S2O32- +I2 -- S4O62- +2 I-

  • los moles reaccionados de peroxodisulfato son los mismos de I2 que reaccionan en la segunda ecuación, que a su vez podemos calcular por ser la mitad de los moles de tiosulfato que reaccionan en la segunda ecuación, ya que este se consume por completo.

    Moles de S2O32- : n= V x M

    Volumen utilizado: 1.5 ml.

    Molaridad: 0.00125 molar

    N=1.5·10-3 x 0.00125 = 1.875·10-6 moles

    Moles de I2 : N I2 = n S2O32-/2

    n I2 = 1.875·10-6/2 = 9.375 ·10-7 moles = moles de peroxodisulfato que reaccionan

    C remanente=(moles iniciales de S2O82- - 9.375 ·10-7)/12.5 ·10-3

    Puesto que los moles iniciales y los reaccionados son los mismos para cada temperatura:

    Tubo

    Moles iniciales

    Moles reaccionados

    C remanente

    A1

    3,125·10-5

    9,375·10-7

    2,425·10-3

    A2

    2,5·10-5

    9,375·10-7

    1,925·10-3

    A3

    1,875·10-5

    9,375·10-7

    1,425·10-3

    A4

    1,25·10-5

    9,375·10-7

    9,25·10-4

    Tubo

    C0

    C remanente

    (t-t0)a 21ºC

    (t-t0) a 30ºC

    (t-t0) a 40ºC

    A1

    2,5·10-3

    2,425·10-3

    46,55

    28,31

    17,52

    A2

    2·10-3

    1,925·10-3

    59,25

    35,5

    22,41

    A3

    1,5·10-3

    1,425·10-3

    79,49

    45,32

    29,41

    A4

    10-3

    9,25·10-4

    123,04

    71,13

    48,27

    Nota: las unidades de (t-t0) son segundos

  • Compruebe que la reacción es de primer orden respecto a los iones peroxodisulfato. Con este fin, para cada temperatura construya una tabla con las siguientes columnas:

  • Número de experimento.

  • Ln (c0/c).

  • Medias de los intervalos (t-t0).

  • A continuación, represente gráficamente los valores de ln (c0/c) frente a (t-t0) y ajuste los datos a una línea recta por un procedimiento de mínimos cuadrados.

    A 21º C:

    Tubo

    ln (C0/C)

    (t-t0)a 21ºC

    A1

    0,03045

    46,55

    A2

    0,03822

    59,25

    A3

    0,05129

    79,49

    A4

    0,07796

    123,04

    A 30º C :

    Tubo

    ln (C0/C)

    (t-t0) a 30ºC

    A1

    0,03045

    28,31

    A2

    0,03822

    35,5

    A3

    0,05129

    45,32

    A4

    0,07796

    71,13

    A 40º C:

    Tubo

    ln (C0/C)

    (t-t0) a 40ºC

    A1

    0,03045

    17,52

    A2

    0,03822

    22,41

    A3

    0,05129

    29,41

    A4

    0,07796

    48,27

    Cinética de reacción entre los iones peroxodisulfato y yoduro

    El procedimiento por mínimos cuadrados no nos sale una línea recta, esto puede ser debido a que había parte del reactivo contaminado en una de las experiencias.

  • Calculo detallado y razonado de las constantes cinéticas obtenidas a temperatura ambiente, 30ºC y 40ºC. Asigne adecuadamente las unidades.

  • La pendiente de la recta obtenida por el método de mínimos cuadrados es la constante cinética de la reacción, a temperatura ambiente hemos obtenido:

    Ln (C0/C) =6.21·10-4 x (t-t0) + 1.57·10-3

    Donde k = 6.21·10-4s-1

    A 30 ºC:

    Ln (C0/C) =1.1·10-3 x (t-t0) + (-3.98·10-4)

    Donde k = 1.1·10-3 s-1

    A 40 ºC:

    Ln (C0/C) =1.53·10-3 x (t-t0) + 4.38·10-3

    Donde k = 1.53·10-3 s-1

  • Cálculo de la energía de activación (Ea) en KJ/mol. Para ello, construya una tabla en la que figuren las columnas ln k y 1/T. Después realice la correspondiente representación gráfica de ln k frente a 1/T y teniendo en cuenta la ecuación de Arrhenius, ajuste los datos por los mínimos cuadrados a una recta de cuya pendiente debe obtener el valor de la energía de activación. A partir de los resultados obtenidos, comente la influencia de la temperatura sobre la constante cinética y el valor de la energía de activación de la reacción, así como el significado del signo de Ea.

  • Temperatura

    ln k

    1/T

    21ºC

    -7,38417

    0,0033996

    30ºC

    -6,81244

    0,0032986

    40ºC

    -6,48248

    0,0031933

    Mínimos cuadraos obtenidos: lnk = 7.1097-4249.244x1/T

    Cinética de reacción entre los iones peroxodisulfato y yoduro

    Según la formula lnk = lnA-(Ea/R·T)

    -Ea/R=-4249.244 entonces la Ea=4249.244x8.314

    Ea= 35328.214 J/mol

    A 21ºC y de acuerdo con la fórmula anterior la Ea será:

    lnk = lnA-(Ea/R·T)

    -7.38417=7.1097-Ea/8.314·294.15

    Ea= 35445.673 J/mol

    A 30ºC y de acuerdo con la fórmula anterior la Ea será:

    lnk = lnA-(Ea/R·T)

    --6.81244=7.1097-Ea/8.314·303.15

    Ea= 35089.209 J/mol

    A 40ºC y de acuerdo con la fórmula anterior la Ea será:

    lnk = lnA-(Ea/R·T)

    -6.48248=7.1097-Ea/8.314·313.15

    Ea= 35387.636 J/mol

    La energía de activación disminuye con la temperatura, ya que el sistema tiene mas energía. A 30ºC se produjo una disminución, que puede ser debida a que el reactivo estaba contaminado. El signo es positivo, ya que es energía que hay que aportar al sistema.

  • Resuelva razonadamente las siguientes cuestiones:

  • ¿A qué tipo de ecuación se ajustarían los datos experimentales si el pseudo-orden de reacción respecto a los iones peroxodisulfato fuese 2 (n1 = 2, ecuación 8)?

  • V= - d [S2O82- ]/dt

    -d [S2O82- ]/dt =k · [S2O82- ] 2

    -d [S2O82- ]/ [S2O82- ] 2=k ·dt

    Integramos y obtenemos:

    1/[S2O82-]-1/[S2O82-]inicial= k · (t- t0)

    1/[S2O82-] = 1/[S2O82-]inicial + k · (t- t0)

  • Describa cómo podríamos diseñar experimentos para comprobar el pseudo-orden de reacción respecto a los iones yoduro.

  • Se puede hacer reaccionar el S2O82- con otro reactivo para formar otra especie distinta, y por medio de un colorante medidor del pH, se puede comprobar el pseudo orden, ya que el S2O82- tiene un pH determinado, y después de reaccionar tendrá otro diferente, para esto mediremos el tiempo, y sacaremos la constante cinética.

  • Verifique la hipótesis de considerar constante la concentración de yoduro. Para ello, calcule la concentración inicial del ión yoduro (instante t0) y la concentración existente en el instante de aparecer la coloración azul (instante t) en el Experimento I, y compárelas.

  • S2O82- + 2 I----2 SO42- + I2

    2S2O32- +I2 -- S4O62- +2 I-

    Concentración inicial de yoduro: moles = VxM; M(KI)=0.5M; V=1.5 ml.

    Moles iniciales = 7.5·10-4 para t=0.

    Por la estequiometría de la reacción, los moles de yoduro que reaccionan con peroxodisulfato son el doble que los de este último, es decir, los moles que reaccionan de yoduro son, 6.25·10-5 quedando en exceso 6.875·10-4 moles de yoduro.

    Entonces los moles de yodo producidos en la 1ª reacción, son los mismos que los de peroxodisulfato, es decir, 3.125·10-5, que en la 2ª reacción, vuelven a ser la mitad de los moles de yoduro que se producen, que sumados a los moles que había en exceso hacen un total de: 7.5·10-4