Practica_4_LFisicoII Efecto catalizador y Concentración.pptx

informe de fisicoquimica

1. REDUCCIÓN DEL IÓN PERMANGANATO Universidad de la Amazonia. Facultad de ciencias básicas. Programa de Química. Laboratorio de Fisicoquímica II.

2. Resumen Durante la práctica de laboratorio, se estudió el efecto de la temperatura y los catalizadores en la cinética de reacción del ión MnO 4 - mediante la reacción con oxalato, realizando dos momentos. El primer consistía en variar cinco concentraciónes de permanganato para seis temperatura diferentes (2°C, 22°C, 24°C,30°C,36°C,46°C) y el segundo momento consistía en realizar el primer momento más la adición de un catalizador (MnCl 2 ). A partir de los resultados obtenidos se evidenció el efecto objetivo mediante los valores de la constante cinética hallados por el método de Van’t Hoff equivalentes a (0.00456, 0.00588, 0.01262, 0.02381, 0.05800, 0.09554)1/s con respecto a las temperaturas del primer momento y (0.05013, 0.05902, 0.14612, 0.16504, 0.19656, 0.23851)1/s con respecto a las temperaturas del segundo momento

3. Introducción cinética química permite estudiar y comprender cómo varía la velocidad de una reacción en función de factores como la concentración de los reactivos, la temperatura y la presencia de catalizadores. Para este experimento se debe tener en cuenta un factor en las reacciones químicas como lo son los: Agentes reductores. Las reacciones catalizadas. La energía de activación. Un agente reductor es aquella sustancia que cede electrones a otra por medio de las reacciones redox, dando paso a las reacciones catalizadas , que existen de 2 tipos homogéneas y heterogéneas. En este caso, dicho agente reductor actúa acelerando la reacción ya que reduce la especie de  MnO 4 -  a Mn 2+ denominándose una reacción auto catalítica.   

4. La energía de activación es la energía mínima necesaria para hacer que una reacción ocurra y esta puede verse influencia por el uso de los catalizadores. Un catalizador es una sustancia que permite aumentar la velocidad de reacción sin ser consumida en el proceso y favorece la producción de un producto sobre otro. En este experimento se analiza la cinética de la reducción del ion permanganato permitiendo observar cómo influye en esta el uso de un agente reductor que actúa como un auto catalizador.

5. Metodología Efecto de la concentración del ión MnO 4 - Efecto de la concentración del ión Mn 2+ 10 mL 10.5 mL

6. Datos experimentales recolectados N° Tubo/C KMnO 4 t 2 °C (s) t 22°C (s) t 24°C (s) t 30 °C (s) t 36 °C (s) t 46 °C (s) 1/0.001 3865.2 275.4 256.8 186.6 90.2 56.45 2/0.002 3182.4 261.6 238.8 151.8 79 51.34 3/0.003 2712 255.6 223.2 138 76 44.12 4/0.004 2304 251.4 210.0 136.2 74 41.23 5/0.005 1932 245.4 192.0 134.4 72 38.45 N° Tubo/ C KMnO 4 t 2 °C (s) t 22°C (s) t 24°C (s) t 30 °C (s) t 36 °C (s) t 46 °C (s) 1/0.001 81.4 42.2 27.2 20.78 19.45 17 2/0.002 72.77 38.53 24.29 19.04 17.45 15.23 3/0.003 66.76 37.12 22.58 17.42 15.95 14.01 4/0.004 62.4 35.59 20.98 16.12 15.02 13.16 5/0.005 58.32 33.75 19.53 15.8 14.23 12.12 SIN CATALIZADOR CON CATALIZADOR

7. Velocidad en función de concentración y temperatura C KMnO 4 v 2 °C v 22°C v 24°C v 30 °C v 36 °C v 46 °C 0.001 2.352E-07 3.301E-06 3.540E-06 4.872E-06 1.008E-05 1.610E-05 0.002 5.713E-07 6.950E-06 7.614E-06 1.198E-05 2.301E-05 3.541E-05 0.003 1.006E-06 1.067E-05 1.222E-05 1.976E-05 3.589E-05 6.181E-05 0.004 1.578E-06 1.446E-05 1.732E-05 2.670E-05 4.914E-05 8.820E-05 0.005 2.353E-06 1.852E-05 2.367E-05 3.382E-05 6.313E-05 1.182E-04 C KMnO 4 v 2 °C v 22°C v 24°C v 30 °C v 36 °C v 46 °C 0.001 1.170E-05 2.257E-05 3.501E-05 4.583E-05 4.897E-05 5.602E-05 0.002 2.618E-05 4.944E-05 7.842E-05 1.000E-04 1.092E-04 1.251E-04 0.003 4.280E-05 7.697E-05 1.265E-04 1.640E-04 1.791E-04 2.039E-04 0.004 6.105E-05 1.070E-04 1.816E-04 2.363E-04 2.536E-04 2.895E-04 0.005 8.165E-05 1.411E-04 2.438E-04 3.014E-04 3.346E-04 3.929E-04 SIN CATALIZADOR CON CATALIZADOR

8. Velocidad en función de concentración y temperatura SIN CATALIZADOR CON CATALIZADOR

9. Gráfico orden cero (sin catalizador)

10. Gráfico orden uno (sin catalizador)

11. Gráfico orden dos (sin catalizador)

12. Gráfico diferencial (sin catalizador) T (K) Constante cinética (1/s) 275.15 2.99E-05 295.15 1.11E-02 297.15 8.93E-05 303.15 3.36E-02 309.16 8.57E-01 319.15 5.68E-03

13. Gráfico Van’t Hoff (sin catalizador) T(K) Constante cinética (1/s) 275.15 0.00456 295.15 0.00588 297.15 0.01262 303.15 0.02381 309.16 0.05800 319.15 0.09554

14. Gráfico orden cero(con catalizador)

15. Gráfico orden uno(con catalizador)

16. Gráfico orden dos (con catalizador)

17. Gráfico diferencial (con catalizador) Temperatura Constante cinética (1/s) 275.15 5.67E-03 295.15 1.30E-02 297.15 1.11E-02 303.15 4.32E-01 309.16 5.66E-02 319.15 1.39E-02

18. Gráfico Van’t Hoff (con catalizador) Temperatura Constante cinética (1/s) 275.15 0.05013 295.15 0.05903 297.15 0.14612 303.15 0.16504 309.16 0.19656 319.15 0.23851

19. Energía de activación (sin catalizador) Temperatura Constante cinética (1/s) 275.15 0.00456 295.15 0.00588 297.15 0.01262 303.15 0.02381 309.16 0.05800 319.15 0.09554  

20. Energía de activación (con catalizador) Temperatura Constante cinética (1/s) 275.15 0.05013 295.15 0.05903 297.15 0.14612 303.15 0.16504 309.16 0.19656 319.15 0.23851  

21. Ley de velocidad C KMnO 4 v 2 °C v 22°C v 24°C v 30 °C v 36 °C v 46 °C 0.001 4.143E-06 5.349E-06 1.147E-05 2.164E-05 5.272E-05 8.686E-05 0.002 8.286E-06 1.070E-05 2.294E-05 4.328E-05 1.054E-04 1.737E-04 0.003 1.243E-05 1.605E-05 3.441E-05 6.493E-05 1.582E-04 2.606E-04 0.004 1.657E-05 2.140E-05 4.587E-05 8.657E-05 2.109E-04 3.474E-04 0.005 2.071E-05 2.675E-05 5.734E-05 1.082E-04 2.636E-04 4.343E-04 C KMnO 4 v 2 °C v 22°C v 24°C v 30 °C v 36 °C v 46 °C 0.001 0.000048 0.000056 0.000139 0.000157 0.000187 0.000227 0.002 0.000095 0.000112 0.000278 0.000314 0.000374 0.000454 0.003 0.000143 0.000169 0.000417 0.000472 0.000562 0.000681 0.004 0.000191 0.000225 0.000557 0.000629 0.000749 0.000909 0.005 0.000239 0.000281 0.000696 0.000786 0.000936 0.001136 SIN CATALIZADOR CON CATALIZADOR

22. Cambios de color durante la reacción Oxalato de manganeso (II) (MnC 2 O4). Color : Blanco o ligeramente rosado Estado de oxidación : +2. Se descompone térmicamente en óxido de manganeso . ​ Oxalato de manganeso (III) (Mn 2 (C 2 O 4 ) 3 ​ ​ Color : Marrón oscuro o negro .   Estado de oxidación : +3.  •Es inestable y tiende a descomponerse fácilmente .   • En la reacción del permanganato con oxalato , el manganeso generalmen se reduce de +7 (permanganate, MnO4 −  ) a   (Mn 2+ ), formando oxalato de manganeso (II), que es blanco .

23. Velocidad de reacción constante.

24. Modelo Integrado KMnO 4 (x) + C 2 H 2 O 4 (Y) -K1→ Mn 2+ + (Z) Mn 2+ (Z) + C 2 H 2 O 4 (Y) -K2→ Complejo KMnO4 (X) + C 2 H 2 O 4 (Y) – K3→ Mn 2+ + (Z) [Y] >> [X] [Z] = 0 [Z] = [X] – [X]

25. Linealización   [ Y] >> [X] KMnO 4 (x) + C 2 H 2 O 4 (Y) -K1→ Mn 2+ + (Z) ​ Dado que [Y] es muy grande, se puede considerer constante y llamarlo [Y]

26. Energía de activación (con catalizador) Temperatura Constante cinética (1/s) 275.15 0.294 295.15 0.82908 297.15 0.89166 303.15 1.27092 309.16 1.28478 319.15 1.40532

27. Energía de activación (sin catalizador) Temperatura Constante cinética (1/s) 275.15 0.00352 295.15 0.24376 297.15 0.10912 303.15 0.12232 309.16 0.38236 319.15 0.37224

28. Conclusión El estudio cinético del efecto de la temperatura, los catalizadores y la concentración en la reacción del permanganato con ácido oxálico demostró que la reacción es de orden 1, además, que a medida que aumenta la temperatura (2°C, 22°C, 24°C, 30°C, 36°C, 46°C) y aumenta la concentración (0.001, 0.002, 0.003, 0.004, 0.005)M ocurre un aumento en la cinética de reacción, esto se observa a partir de los valores de constante cinética del modelo Van't Hoff que fueron (0.00456, 0.00588, 0.01262, 0.02381, 0.05800, y 0.09554 con respecto a la temperatura)1/s. También se observó el efecto del catalizador usado (MnCl 2 ) mediante las energías de activación para el ensayo sin catalizador y con catalizador, las cuales fueron de 54295 J/mol y 27894 J/mol respectivamente indicando que el catalizador efectivamente se encarga de disminuir energía de activación que como consecuencia aumenta la cinética de reacción obteniendo valores de constantes cinéticas mayores que al momento de no hacer uso de este, las cuales fueron (0.05013, 0.05903, 0.14612, 0.16504, 0.19656, 0.23851 con respecto a la temperatura)1/s.