Equilibrio químico: El principio de Le Châtelier






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fecha de publicación14.01.2016
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Práctica # 10 ITESM, campus Qro.

Academia de Química

Depto. de Ciencias Básicas

EQUILIBRIO QUÍMICO: El principio de Le Châtelier





    • Introducción

La mayoría de las reacciones químicas son reversibles, al menos en cierto grado. Al inicio de un proceso reversible, la reacción procede hacia la formación de productos. Tan pronto como se forman algunas moléculas de producto, comienza el proceso inverso: estas moléculas reaccionan y forman moléculas de reactivo. El equilibrio químico se alcanza cuando las velocidades de las reacciones directa e inversa se igualan y las concentraciones netas de reactivos y productos permanecen constantes. El equilibrio químico es, por tanto, un proceso dinámico. Los equilibrios químicos son importantes para explicar un gran número de fenómenos naturales, y desempeñan papeles importantes en muchos procesos industriales.

Para una reacción reversible de la forma,




a, b, c y d son los coeficientes estequiométricos de las especies reactivas A, B, C y D y la constante de equilibrio viene dada por la expresión:



Esta expresión se deduce de la ley de acción de masas que establece que para una reacción reversible en equilibrio, y a una temperatura constante, una relación determinada de concentraciones de reactivos y productos tiene un valor constante K llamado constante de equilibrio. Decimos que esta relación es la expresión de la constante de equilibrio. Los corchetes de la ecuación significan concentraciones molares.

Es importante resaltar que aunque las concentraciones pueden variar, el valor de K para una reacción dada permanece constante, siempre y cuando la reacción esté en equilibrio y la temperatura no cambie.

El equilibrio químico representa un balance entre las reacciones directa e inversa. Hay diversos factores experimentales que pueden alterar este balance y desplazar la posición del equilibrio para que se forme mayor o menor cantidad de un determinado producto. Las variables que se pueden controlar en forma experimental son: concentración de reactivos o productos, presión, volumen y temperatura.

El principio de Le Châtelier establece que si un sistema en equilibrio se perturba por un cambio de temperatura, presión o concentración de uno de los componentes, el sistema desplaza su posición de equilibrio de modo que se contrarreste el efecto de la perturbación, hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio.

Objetivos





  1. Comprobar el principio de Lê Chatelier mediante la observación el efecto de los cambios de Temperatura, concentración y presión en cuatro diferentes sistemas químicos en equilibrio.

  2. El alumno reconocerá los factores que alteran el equilibrio químico y predecirá el sentido en el que ha de desplazarse una reacción en equilbirio al variar un factor mediante la observación del cambio de alguna propiedad del sistema.




    • Materiales




Equipo o material

Reactivos

2 Vasos de precipitado de 250 mL


40 mL solución de CoCl2•6H2O al 1% (propanol-agua 90:10)

1 Probeta graduada de 50 mL

30 mL soln . saturada de PbCl2

3 tubos de ensayo (13 x 100 mm) con tapa de rosca.

10 mL soln . saturada de NaCl

1 Gradilla tubos de ensayo (13 x 100 mm)

10 mL soln . saturada de NaC2H3O2

1 Pipeteador de 5 mL

10 mL de Ciclohexano

1 Termómetro

20 mL de KI 0.5 M.

8 tubos de ensayo (13 x 100 mm)

0.1 g de cristales de Yodo

8 tapones de hule (para tubos de ensayo 13 x100)

Frasco gotero de Rojo de Metilo

1 Espátula acanalada

0.1 g de NaCl

1 gotero

0.1 g de NaC2H3O2

2 Pipetas de 5 mL

0.1 g de Pb(C2H3O2)2

1 agitador de vidrio




1 vaso de precipitado de 50 mL

Insumos que debe llevar el alumno

1 mechero Bunsen

Hielo

2 pipetas de 5 mL

Tapón para jeringa

1 parrilla eléctrica

1 Jeringa de 50 mL

1 pinzas de disección

1 Clavo de 5 cm




5 mL de agua mineral




    • Procedimiento


Sistema A: Efecto de la temperatura en el sistema [CoCl4]2- ↔ [Co (H2O)6]2+
Nota: Todas las observaciones de esta parte deberán ser registradas en la tabla correspondiente.
1. - Llene tres tubos de ensayo de 13 x100, aproximadamente a la mitad con la solución de CoCl2•6H2O al 1% y coloque el tapón de rosca.

2. - Elija uno de los tubos como referencia, manténgalo a temperatura ambiente, colóquelo en la gradilla y registre el color de la solución.

3.- Coloque un segundo tubo en un baño de agua caliente a 90°C. Espere unos minutos hasta que note el cambio de coloración de la solución.

4.- Coloque el tercer tubo en un baño de agua y hielo, espere unos minutos y registre (en la talba correspondiente) cualquier cambio de color.

5.- Invierta los procesos de los tubos 2 y 3, es decir, coloque el tubo que corresponde al baño de agua caliente en agua fría y viceversa. Observe y registre cualquier cambio de color.

Sistema B. Efecto del Ion común en el sistema PbCl2 (s)↔ Pb+2 + 2Cl-

Nota: Todas las observaciones de esta parte deberán ser registradas en la tabla correspondiente.
Utiliza tubos de ensaye de 13x100 y pipetas para proceder de acuerdo a la siguiente tabla. Etiqueta muy bien, disuelve muy bien las soluciones, asegurando que no contengan cristales, a menos que el experimento indique lo contrario y anota las observaciones en la tabla correspondiente de las hojas de resultados.

Tubo número







1

5 mL de PbCl2 saturado

+ la solución del tubo 5

2

5 mL de PbCl2 saturado

+ la solución del tubo 6

3

5 mL de PbCl2 saturado

+ cristales de Acetato de plomo (II) (Pb(C2H3O2)2

4

5 mL de PbCl2 saturado

+ agua del grifo.

5

2.5 mL de agua

+ NaCl hasta saturar

6

2.5 mL de agua

+ Acetato de sodio (NaC2H3O2) hasta saturar



Sistema C. Distribución de yodo en dos solventes miscibles, equilibrio del sistema I2 (aq) + I- ↔ I3-(aq)

Nota: Todas las observaciones de esta parte deberán ser registradas en la tabla correspondiente.
1.- Seleccione dos cristales de yodo del mismo tamaño (no toque los cristales para evitar contaminación de la muestra) y ponga cada uno de ellos en un tubo de ensaye con tapón.

2.- Añada 2 mL de ciclohexano a uno de los tubos anteriores. De igual mañera añada 2 mL KI 0.5 M al otro tubo. Tape ambos tubos y agite hasta que los cristales se disuelvan perfectamente. Observe el color formado con cada uno de los solventes.

3.- Tome el tubo que contiene la solución de ciclohexano y agregue 2 mL de KI 0.5 M. No agite.

4.- Tome el tubo que contiene la solución de yoduro de potasio y agregue 2 mL de ciclohexano, sin agitar. Observe la coloración al añadir el solvente respectivo en cada tubo y registre sus observaciones.

5.- Tape ambos tubos y agite con cuidado, observe los cambios de intensidad de color en la solución de los tubos.

6.- Finalmente agite vigorosamente ambos tubos por 15 segundos, deje reposar unos segundos hasta que la solución se estabilice, luego compare la coloración en cada solvente entre ambos tubos. Anote sus observaciones.

7.- Utilice una pipeta para retirar la capa del fondo de uno de los tubos, después agregue 2 mL de solución de yoduro de potasio a la capa de ciclohexano que quedó en el tubo y agite.

8.- Repita el procedimiento del paso 7, dos o tres veces. Observe lo que sucede con la cantidad de iodo presente en la capa de ciclohexano.

Sistema D. Equilibrio del Dióxido de carbono en solución acuosa

CO2 (g) ↔ CO2 (aq / CO2 (aq) + H2O (l) ↔ H2CO3

Nota: Todas las observaciones de esta parte deberán ser registradas en la tabla correspondiente.

Prepare una jeringa 50 mL de la siguiente manera:

Jale en émbolo de la jeringa hasta que el volumen de aire dentro de la jeringa sea de 50 mL. Caliente el clavo con ayuda de un mechero de bunsen y atraviese la jeringa de tal manera que el clavo mantenga el embolo en la marca de 50 cm3 sin que éste se mueva. Arme el dispositivo como lo muestra la figura.



1. Coloque de 10 a 20 mL de agua mineral en un vaso de precipitado de 50 mL y agregue unas gotas de rojo de metilo.

2. Quite el clavo y empuje el embolo hasta el fondo. Succione 5 mL del agua mineral-indicador con la jeringa, tape la jeringa con su tapa o utilice un dedo, jale el embolo hasta la marca de 50 cm3 y fíjelo con el clavo. Observe los cambios de coloración de la solución, si es necesario agite la jeringa para acelerar el desprendiendo de gas.

3. Coloque la jeringa con la punta hacia arriba (verticalmente), destape la jeringa y quite el clavo. Empuje el émbolo para expulsar el gas, tenga cuidado de no derramar la solución. Tape la jeringa y repita nuevamente el proceso de desgasificación (paso 2). Observe los cambios de coloración en la solución. Repita el procedimiento hasta que la solución cambie su color a amarillo.

4. Una vez que obtenga el cambio de color, coloque la solución en un vaso de precipitado y agregue un poco de agua carbonatada. Observe y anote sus cambios.


  • HOJA DE RESULTADOS


Nombre _________________________ Matrícula ___________ Fecha ____________________

_________________________ ____________

_________________________ ____________
EQUILIBRIO QUÍMICO: El principio de Le Châtelier
Datos y observaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Sistema A. Efecto de la temperatura en el sistema [CoCl4]2- ↔ [Co (H2O)6]2+

Basándose en sus observaciones, complete la tabla siguiente:


Tubo

Temperatura

Color de la solución

1


Temperatura ambiente


2


Baño de Agua caliente


3


Baño de agua con hielo


2


Baño de agua fría





3


Baño de agua caliente







Sistema B. Efecto del Ion común

Basándose en las observaciones, completa la tabla siguiente:


Prueba

Tubo A

Tubo B

Resultado de la mezcla de A+B

Observaciones

1


5 mL PbCl2

2.5 mL solución saturada de NaCl




2


5 mL PbCl2

2.5 mL solución saturada de NaC2H3O2




3


5 mL PbCl2

Cristales de Pb(C2H3O2)2




4


5 mL PbCl2

Gotas de agua del grifo






Sistema C

PARTE 3

Distribución de yodo en dos solventes miscibles, equilibrio del sistema I2 (aq) + I- ↔ I3-(aq)

Basándose en sus observaciones, complete la tabla siguiente:





Fase 1

Fase 2

Fase 3 (agitar)

Tubo ( cristal)

Solvente

Observaciones

Solvente

Observaciones

Observaciones

Tubo 1

ciclohexano



Solución de KI







Tubo 2

Solución de KI



ciclohexano










Adición de Solución de KI a la fase de Ciclohexano


Observaciones

Primera adición

Segunda adición

Tercera Adición


Sistema D

Equilibrio del Dióxido de carbono en solución acuosa

CO2 (g) ↔ CO2 (aq)

Basándote en las observaciones, completa la tabla siguiente:


Primera Desgasificación

Color Agua mineral

Color agua-indicador

Color después del desgasificado









Segunda Desgasificación




Color inicial de la solución

Color después del desgasificado






Tercera desgasificación




Color inicial de la solución

Color después del desgasificado






Cuarta desgasificación




Color inicial de la solución

Color después del desgasificado






Quinta desgasificación




Color inicial de la solución

Color Final






Adición de Agua Carbonatada




Color inicial de la solución

Color Final







Firma del Profesor:____________________________
Incluir en el análisis de resultados:


  1. En el equilibrio del complejo del ión cobalto, ¿a qué se debe que la solución se vuelva azul cuándo aumentamos la temperatura? ¿hacia dónde se desplaza el equilibrio al manipular la temperatura, explica por qué?

  2. ¿Qué ocurriría si en lugar de disolver el cristal de iodo en ciclohexano lo hiciéramos en benceno? ¿Ocurriría el mismo fenómeno de equilibrio?

  3. ¿Por qué al añadir yoduro de potasio al tubo con la solución de yodo y ciclohexano queda una capa transparente sobre una ocre? ¿Qué reacción se lleva a cabo y qué compuesto es el transparente?

  4. Explique el fenómeno que ocurre al añadir KI puro a la parte de ciclohexano (violeta)

  5. ¿Cómo afectan la presión y el vacío al equilibrio en el experimento 4?

  6. ¿Por qué utilizamos rojo de metilo en el experimento 4? ¿Con base en esta información que podemos esperar del pH antes y después de la reacción?

  7. ¿por qué cambia el pH en el sistema del experimento 4?

  8. ¿Cuál es el ión común del experimento 2?

Cuestionario

  1. ¿Qué es el ión común?

  2. De acuerdo a sus observaciones cómo define el equilibrio del experimento 2.

  3. Considere el equilibrio que sigue, en el cual ΔH‹0:

2SO2(g) + O2(g) ↔ 2SO3(g)

¿Cómo afectará cada uno de las cambios siguientes a una mezcla en equilibrio de los tres gases?

  1. Se agrega O2(g) al sistema

  2. Se caliente la mezcla de reacción

  3. Se duplica el volumen de reacción del recipiente

  4. Se agrega un catalizador a la mezcla

  5. Se aumenta la presión total del sistema agregando un gas noble

  6. Se extrae SO3 del sistema.



  1. Se pone yuduro de hidrogeno gaseoso en un recipiente cerrado a 425°C, donde se descompone parcialmente en hidrógeno y yodo:


2HI(g) ↔ H2(g) + I2(g)
En el equilibrio se encuentra que PHI=0.202 atm, PH2=0.0274 atm , y PI2=0.0274 atm ¿Cuál es el valor de Keq a esta temperatura?


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Q1004. Laboratorio de Química

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