Universidad Catlica del Norte Facultad de Ingeniera y Ciencias Geolgicas Departamento de Ingeniera Qumica

Informe de Laboratorio l:

INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA Y DE LA PRESENCIA DE UN CATALIZADOR

Nombre Alumnos: Alexis Alfaro S. Angie Hidalgo A. Yerka Inostroza E. Vincenzo Ortega G. Profesor: Rodrigo Rojas. Ayudante: Gean Araya. Fecha Laboratorio: 20/05/2105 Fecha de Entrega: 03/06/2015

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NDICE GENERAL

NDICE GENERAL 2 RESUMEN 3 CAPTULO I: OBJETIVOS 4 1.1 OBJETIVOS GENERALES Y ESPECIFICOS 4 CAPTULO II: ASPECTOS METODOLGICOS 5 2.1 MATERIALES Y EQUIPOS 5 2.2 REACTIVOS 5 2.3 DESCRIPCIN DEL PROCEDIMIENTO 5 CAPTULO III: RESULTADOS Y DISCUSIN 7 CAPTULO IV: CONCLUSIN Y RECOMENDACIONES 13 4.1 CONCLUSIN 13 4.3 BIBLIOGRAFA 14

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RESUMEN

En esta prctica se trata de observar el efecto que tiene sobre la velocidad de reaccin la influencia de la temperatura, y analizar el efecto que produce un catalizador en una reaccin redox que experimenta el permanganato y el oxalato en un medio acido. Determinando la energa de activacin utilizando la ecuacin de Arrhenius de manera lineal que dio como resultado 63642 [J/mol*K]. Logrando determinar que se trata de un catalizador positivo ya que aumenta la velocidad reaccin.

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CAPTULO I: Objetivos

1.1 OBJETIVOS GENERALES Y ESPECIFICOS El objetivo principal de este laboratorio es comprender la influencia de la temperatura y la presencia de un catalizador en la velocidad de la reaccin.

Como objetivos especficos se requiere:

Determinar las velocidades de reaccin para cada ensayo. Estimar la energa de activacin para los primeros 4 ensayos. Identificar como afecta un catalizador en la velocidad de reaccin

y qu tipo de catalizador se est utilizando. Determinar la relacin entre la temperatura y velocidad de

reaccin.

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CAPTULO II: Aspectos metodolgicos

2.1 MATERIALES Y EQUIPOS Para realizar la experiencia fue necesario tener:

Equipo bao mara. 3 pipetas de 5 mL. 3 vasos de precipitados de 50 mL. 4 Tubos de ensayos. Gradilla. Cronometro.

2.2 REACTIVOS

cido sulfrico 0,25 M cido oxlico 1,510-3 M Permanganato potsico 510-4 M Sulfato de manganeso 0,01M,

2.3 DESCRIPCIN DEL PROCEDIMIENTO Se calienta el bao mara a diferentes temperaturas 25C, 35C, 45C y 55C. Para cada temperatura, se prepara en un tubo de ensayo la solucin A donde se ponen 2 mL de disolucin de permanganato potsico 510-4 M y 3 mL de disolucin de cido sulfrico 0,25 M. En otro tubo de ensayo se prepara la solucin B, en donde se ponen 5 mL de disolucin de cido oxlico 1,510-3 M. Se introducen los dos tubos en el bao de agua a las diferentes temperaturas y se espera unos cinco minutos hasta que las disoluciones alcancen la temperatura del bao. Se vierte el contenido del tubo de cido oxlico sobre el que contiene el permanganato y a la vez poner en marcha el cronmetro, se agita constantemente la mezcla dentro del bao mara. Medir el tiempo desde que se realiza la mezcla hasta que desaparece el color rosa del permanganato. Se realiza todo los ensayos por duplicado.

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Se realiza un ensayo ms, calentando el bao a 45c. Se prepara un tubo de ensayo la solucin A donde se colocan 2 mL de permanganato potsico 510-4 M y 3 mL de cido sulfrico 0,25 M con una gota de sulfato de manganeso 0,01M (catalizador), En otro tubo de ensayo se prepara la solucin B donde se colocan 5 mL de disolucin de cido oxlico 1,510-3 M. Se introducen los dos tubos en el bao de agua, se espera unos cinco minutos hasta que las disoluciones alcancen la temperatura del bao. Se vierte el contenido del tubo de cido oxlico sobre el que contiene el permanganato, paralelamente se pone el cronmetro, se agita constantemente la mezcla dentro del bao mara. Se mide el tiempo desde que se realiza la mezcla hasta que desaparece el color rosa del permanganato. Se realiza todo los ensayos por duplicado.

Diagrama del Equipo

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CAPTULO III: Resultados y discusin

La reaccin asociada a la experiencia tiene lugar a una reaccin REDOX, en la que se tiene como:

Oxidacin: C2O4-2 2CO2 + -2e Reduccin: MnO4-1 + 8H+1 + -5e Mn+2 +4H2O.

Multiplicando la ecuacin de oxidacin por 5, y la de reduccin por 2, se obtiene que: 2KMnO4 + 3H2SO4 + 5H2C2O4 10CO2 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O

Tras realizar la experiencia se recolecta la siguiente tabla en que se muestra 5 ensayos con su duplica correspondiente y sus respectivos datos obtenidos.

Tabla 1: Datos obtenidos a diferentes temperaturas

Ensayo x Ensayo x' Media

1 y 1' 25 5.00E-04 1.50E-03 0.25 2.32 2.24 2.28 2.19E-04

2 y 2' 35 5.00E-04 1.50E-03 0.25 1.38 1.33 1.355 3.69E-04

3 y 3' 45 5.00E-04 1.50E-03 0.25 0.37 0.49 0.43 1.16E-03

4 y 4' 55 5.00E-04 1.50E-03 0.25 0.23 0.26 0.245 2.04E-03

5 y 5' 45 5.00E-04 1.50E-03 0.25 0.3 0.29 0.295 1.69E-03

V=[MnO4]/tEnsayos T (C) [KMnO4] mol/L [C2O4 -2] mol/L [h2SO4] mol/LTiempo (min)

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Con los datos obtenidos, se grafica las velocidades de reaccin de los ensayos 1 al 4 en funcin a sus temperatura.

Grfico 1: Comportamiento de velocidad de reaccin con respecto a diferentes

temperaturas.

Analizando el grafico, se aprecia una curva creciente a medida que aumenta la temperatura del bao. Esto ocurre ya que al aumentar la temperatura, aumenta el nmero de molculas con una energa igual o mayor que la energa de activacin, con lo que aumenta el nmero de choques efectivos.

Para determinar la energa de activacin de la reaccin se ocupara la ecuacin de Arrhenius.

Es necesario tomar el logaritmo natural, para poder representarla de forma lineal para determinar la energa de activacin.

ln ln

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Sabiendo que la constante de reaccin especfica se expresa como:

Asumiendo que la reaccin que estamos tratando es de primer orden

Obtenindose la constante de reaccin especfica

1

Finalmente obteniendo una ecuacin en donde la variable dependiente

va a ser ln y la variable independiente

ln1

= ln

1

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Con los datos del ensayo 1 al 4 se obtiene las variables dependientes e independientes para determinar la energa de activacin.

Tabla 2: Datos con variables dependiente e independiente

[C] [K]

2.28 25 298 -0.824175443 0.003355705

[C] [K]

1.355 35 308 -0.303801454 0.003246753

[C] [K]

0.43 45 318 0.84397007 0.003144654

[C] [K]

0.245 55 328 1.406497068 0.00304878

Temperatura

TemperaturaTiempo [t] Ln (1/t)

Tiempo [t] Ln (1/t) 1/T

Ensayo 1 y 1'

Ensayo 2 y 2'

Ensayo 3 y 3'

Ensayo 4 y 4'

1/T

Tiempo [t]Temperatura

Ln (1/t) 1/T

Tiempo [t]Temperatura

Ln (1/t) 1/T

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Grfico 2: Tendencia lineal de variables dependientes e independientes.

De la solucin de la grfica se deduce

ln 1 24,768 7654,9 1

Por tanto

7654,9

7654,9

7654,9 8,314 ' ()*+,

63642,8386 ' ()*+,

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Un catalizador puede definirse como una sustancia capaz de hacer que un sistema qumico alcance ms rpidamente su estado de equilibrio, sin alterar las propiedades de dicho equilibrio ni consumirse durante el proceso, en la experiencia se utiliz como catalizador sulfato de manganeso (MnSO4). Se hace la comparacin y se observan los siguientes resultados.

Ensay

os

T

(C)

[KMnO4]

mol/L [C2O4 -2]

mol/L

[h2SO4]

mol/L

Tiempo (min) V=[MnO4

]/t Ensayo

x

Ensayo

x'

Medi

a

3 y 3' 45 5,00E-04 1,50E-03 0,25 0,37 0,49 0,43 1,16E-03

5 y 5' 45 5,00E-04 1,50E-03 0,25 0,3 0,29

0,29

5 1,69E-03

Tabla 3: Comparacin velocidad de reaccin con y sin catalizador

Analizando la tabla de datos, se puede concluir que el catalizador usado es positivo, ya que hace que la reaccin sea mucho ms rpida.

Adems se habla de una catlisis homognea, porque ocurre toda en la misma fase, generalmente en la disolucin. Esta catlisis es muy eficaz, porque el contacto entre el catalizador y las sustancias qumicas est asegurado.

Sabiendo que un catalizador es una sustancia capaz de acelerar o disminuir la velocidad de reaccin y que el factor de temperatura tambin ayuda a acelerar o disminuir la velocidad de reaccin, si se agregaran ms ensayos con catalizador a diferentes temperaturas, el comportamiento va a ser igual porque a menor temperatura la velocidad de reaccin ser mucho ms lenta que a mayor temperatura.

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CAPTULO IV: Conclusin y Recomendaciones

4.1 CONCLUSIN

Se logra determinar las velocidades de reaccin para diferentes

temperaturas, concluyendo que estas dos variables son directamente proporcional.

Se logra estimar la energa de activacin. Al utilizar la ecuacin de Arrhenius de manera lineal, dando como resultado 63642,8 [J/molK]

Se logra identificar el tipo de catalizador que se usa en la reaccin, donde se utiliza un catalizador positivo ya que aumenta la velocidad de reaccin y una catlisis homognea porque ocurre en la misma fase.

Se puede predecir el comportamiento de la reaccin al realizar ms ensayos a diferentes temperaturas, ya que se obtendr un comportamiento directamente proporcional entre la temperatura y velocidad de reaccin.

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4.3 BIBLIOGRAFA

HOLMAN, J. P. Transferencia de Calor. Editorial CECSA INCROPERA, F. Fundamentos de Transferencia de Calor Ed.

Prentice Hall CENGEL, Y. Transferencia de Calor y masa. Editorial McGrawHill