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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONÓMA DE MÉXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLAN




QUIMICA INDUSTRIAL



REPORTE 9
(Predicción de la espontaneidad de las reacciones REDOX)


LABORATORIO DE QUÍMICA ANALÍTICA I



OBJETIVOS

Establecer la espontaneidad de las reacciones redox, para varios sistemas, al realizar diferentes mezclas entre oxidantes y reductores.




INTRODUCCIÓN


Es de gran importancia el estudio de las reacciones de óxido-reducción para un químico, ya que muchas reacciones químicas se caracterizan por la transferencia de electrones entre las especies reaccionantes, en cuyo caso se designan como reacciones de oxidación-reducción o, simplemente reacciones redox.

La oxidación implica la pérdida de electrones por una substancia y la reducción es su ganancia. En toda la reacción Redox la razón de moles de substancia oxidada a moles de sustancia reducida tiene que setal que el número de electrones perdido por una especia sea igual al número de los ganados de la otra.

El agente reductor es aquel elemento químico que suministra electrones de su estructura química al medio, aumentando su estado de oxidación, es decir, siendo oxidado.

El agente oxidante es el elemento químico que tiende a captar esos electrones, quedando con un estado de oxidación inferior al que tenía, es decir, siendo reducido.

En la siguiente práctica cualitativa se observará de manera el intercambio de electrones, y si es espontánea o no la reacción en cuestión al momento que ocurra un cambio químico.

A lo largo de las siguientespaginas se mostraran los resultados experimentales obtenidos en la realización de reacciones entre polvo de zinc, lamina de zinc y granalla de cobre con soluciones, se realizará su análisis haciendo uso de la escala de potencial, se determinará su constante equilibrio para cada sistema, y finalmente se realizará una conclusión acerca de ello.

Se introducirán nuevos conceptos, y aplicará la Ecuación de Nernst para calcular la constante de equilibrio en sistemas redox. Finalmente, para la realización de este reporte se hizo uso de libros y de fuentes electrónicas.





MATERIAL

Material
Reactivos
Soluciones
4 tubos de ensaye
1 gradilla


1 Piseta con agua destilada
1 Espátula
Polvo de Zn°
Granalla de Cu°
Laminillas de Zn°
Solución de HNO3 5M
Solución de HCl 5M
Solución de CuSO4 0.2M

PROCEDIMIENTO
1. Etiquetar lo tubos.
2. Se peso 0.1 g y agrego al tubo 1, se adicionó 0.5 ml de HCl 0.5M. Se anotaron las observaciones.
3. Se peso 1 laminilla de Zn° y agrego al tubo 2 y se adicionaron 0.5 ml de CuSO4 0.2M. Se anotaron las observaciones.
4. Se peso por duplicado 0.1 g de granalla de Cu° y se agregaron a los tubos 3 y 4, al tubo 3 se le adicionaron 0.5 ml de HNO3 5M y al tubo 4 se agregaron 0.5 ml de HCl 5M. Se anotaron las observaciones.
DIAGRAMA ECOLOGICO


Etiquetar 4 tubos de ensaye


Agregar 0.1g Agregar 0.1g Agregar 0.1g Agregar una lámina
De Zn° de granalla de Cu° de granalla de Cu° de Zn°Adicionar 0.5 ml Adicionar 0.5 ml Adicionar 0.5 ml Adicionar 0.5 ml
De HCl 5M de HNO3 5M de HCl 5M de CuSO4 0.2 M


R1, R2, R3 Y R4: Se depositan su respectivo contenedor
RESULTADOS
Muestra
Observación
Masa (g)
1
Reacción exotérmica, y liberación de gas
0.1303
2
liberación de gas en forma de burbujas
0.0442
3
liberación de gas en forma de burbujas, adquirió un color verde y en la pared del tubo se aprecia un color rojizo
0.1024
4
Sin cambio. No espontánea
0.1003

ANALISIS DE RESULTADOS
Reacciones
La siguiente reacción esta dada por la siguiente reacción redox.
Tubo 1.


Zn0

Zn2+
+
2e-
2e
+
2H+

H2


Zn0
+
2H+

Zn2+
+
H2



En el tubo uno se observa una reacción exotérmica, y la liberación de un gas incoloro, por lo que se dice que es una reacción espontanea, además se puede predecir los productos a partir de los reactivos que se agregaron al tubo, e s decir que se puede inferir que el gas incoloro es la liberación de H2, tal y como lo reporta la literatura equilibrio (ver apéndice) para esta reacción es espontanea, además que si se hace la constante de e. Entonces como hubo una reacción se puede hacer la siguiente escala de predicción de reacción









La siguiente reacción esta dada por la siguiente reacción redox.
Tubo 2.


Zn0

Zn2+
+
2e-
2e-
+
Cu2+

Cu0


Zn0
+
Cu2+

Zn2+
+
Cu0



En el tubo 2 se puede observar que en la lamina de Zn hay liberación de gas en forma de burbujas,aunque en la formula no se ve que exista una liberación de un gas, esto lo podemos explicar que el cobre no viene solo, si no que viene por la forma dada de sulfato de cobre II, al observar que se oxida el cobre y probablemente exista la liberación del gas de dióxido de azufre, y si se hace la constante de equilibrio se ve que es una constante mayor a 1 y se puede hacer la siguiente suposición de la escala de predicción de reacción ya que fue espontanea.



La siguiente reacción esta dada por la siguiente reacción redox.
Tubo. 3




Cu0

Cu2+
+
2e-


2(e-
+
2H+
+
NO3-

NO2
+
H2O)


4H+
+
2NO3-
+
Cu0

Cu2+
+
2NO2
+
2H2O



En el tubo 3 al agregar el ácido nítrico se observa una liberación de gas en forma de burbujas, adquirió un color verde y en la pared del tubo se aprecia un color rojizo, esto se puede explicar ya que como se ve en la ecuación hay liberación de dióxido de nitrógeno y agua lo que le da el color característico, además calculando la constante de equilibrio en esta reacción en particular es mayor a uno, esto es una prueba de que hay una reacción espontanea, así que se puede llegar a hacer la siguiente escala de predicción de reacción.







La siguiente reacción esta dada por la siguiente reacción redox.
Tubo 4.


Cu0

Cu2+
+
2e-
2e-
+
2H+

H2


2H+
+
Cu0

Cu2+
+
2H2



En el tubo 4 no presenta reacción aparente, así que al hacer la constante de equilibrio, esta sale menor a uno es decir que no es espontanea, con lo cual se puede hacer la siguiente predicción de reacción.



Teniendo como base estas explicaciones se puede hacer unaescala experimental de predicción de reacción donde se tengan contemplado todos los potenciales representativos aquí usados.




CONCLUSIONES
Al finalizar la practica se lograron realizar los objetivos propuestos, observamos el intercambio de electrones de forma física , aprendimos definiciones tales como agente oxidante, agente reductor, potencial eléctrico aprendiendo a diferenciar entre el que da y recibe el o los electrones. Se aprendió a establecer escalas de potencial eléctrico y asi poder predecir si es espontanea o no la reacción que se lleva a cabo esto se debe a si Eo.
Se logro adquirir experiencia sobre reacciones tipo Redox y se relaciono la parte teorica con la experimental. Finalmente se concluye que la espontaneidad de una reacción tipo redox depende de su Eo.
BIBLIOGRAFIA
1. Martí Mercadal, J.A. y Desoille H. Medicina del trabajo. 2da edición Editorial Masson. Barcelona: 1993 p.221.
2. C. Harris Daniel. Análisis químico cuantitativo 3ra edición Editorial Reverté Barcelona:2003 p.355

Consulta electrónica:
www.nscarmenva.es/edidac/fyq/redox.pdf
https://centros4.pntic.mec.es/~sierra8/aquimica/REDOX.pdf

ANEXO
Reacciones balanceadas
Tubo 1
Tubo 2
Zn0  Zn2+ + 2e-
2e- + 2H+  H2
Zn + 2H+  Zn2+ + H2

Zn0  Zn2* + 2e-
2e- + Cu 2+  Cu0
Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu0

Tubo 3
Tubo 4
Cu0 + NO3-  Cu2+ + NO2

Cu0  Cu2+ + 2e-
2(2H+ + 1e- + NO3-  NO2 + H2O)
Cu0 + 4H+ + 2NO3- 2 NO2 + 2H2O + Cu2+

Cu0  Cu2+ + 2e-
2e- + 2H+  H2
Cu° + 2H+  Cu2+ +H2



Escala de potencial

Tubo 1
Tubo 2

Zn2+
°E
-0.760.00

H2


Zn2+

-0.76 0.00 E°
Cu°


Tubo 3
Tubo 4

Cu2+

0.34 0.80 °E
NO2



Cu2+
°E
1.0 0.34
H2

Constantes de equilibrio
Tubo 1: Zn° + 2H+  Zn2+ + H2
metal gris incoloro incoloro incoloro



Tubo 2: Zn° + Cu2+  Zn2+ + Cu0
metal gris Azul incoloro metal rojizo




Tubo 3: Cu0 + 4H+ + 2NO3-  2 NO2 + Cu2+
metal rojizo Incoloro Incoloro Gas Café rojizo Azul





Tubo 4: Cu° + 2H+  Cu2+ + H2
metal rojizo incoloro azul incoloro





Calcular los milimoles de reactivos iniciales, y los milimoles de todas las especies presentes en la solución al equilibrio, en cada reacción.


Tubo 1: Zn° + 2H+  Zn2+ + H2
i) 0.1303 g =
1.993 mmoles
ag) 0.5ml(5M)=
2.5 mmoles
eq) ε 0.507mmoles



Tubo 2: Zn° + Cu2+  Zn2+ + Cu0

i) 0.0442 g=
0.6761mmoles
ag) 0.5ml(0.2 M)=
0.1 mmoles
eq) 0.5761mmoles ε

Tubo 3: Cu0 + 4H+ + 2NO3-  2 NO2 + Cu2+
i) 0.1024 g=
1.5738 mmoles
ag) 0.5ml(5M)= 0.5ml(5M)=
2.5 mmoles 2.5 mmoles
rx) 1.57 mmoles 0.625 mmoles 1.25 mmoles
eq) 0.9488 mmoles 4ε 1.25 mmoles




Tubo 4: Cu° + 2H+  Cu2+ + H2
i) 0.1003 g=
1.5785 mmoles

ag) 0.5ml(5M)=
2.5 mmoles
eq) ε 0.9215 mmoles