1. Ciencia

VELOCIDAD DE REACCION Y CATÁLISIS
OBJETIVO
El alumno observará el efecto del catalizador FeSO4 sobre la velocidad de la reacción
entre KI y K2S2O8, también determinará la constante de velocidad para el mecanismo que
involucra el catalizador (coeficiente catalítico).
CONSIDERACIONES TEÓRICAS
Un catalizador es una sustancia que modifica la velocidad de una reacción química sin
consumirse durante la reacción. Para explicar su efecto, se piensa que el catalizador permite que
la reacción se efectúe por un mecanismo diferente del que se presenta en su ausencia.
Esquemáticamente, para una reacción simple A B, se tendrían dos caminos para su realización,
con ó sin catalizador:
Vo
A
B
Vc
donde Vo sería la velocidad en ausencia del catalizador y Vc la velocidad con el catalizador. En
muchos casos Vc es mucho mayor que Vo, lo que puede deberse a que el mecanismo en presencia
del catalizador tiene menores energías de activación que el otro camino. Como el catalizador no
se consume durante la reacción, no modifica la constante de equilibrio correspondiente.
En muchas ocasiones, el catalizador no modifica el orden de la reacción con respecto a
los componentes que aparecen en la ecuación de velocidad sin catalizador; tal es el caso de la
reacción en estudio:
2 KI + K2S2O8  I2 + 2 K2SO4
(1)
que puede representarse por:
2A + B  P
(2)
Las ecuaciones para las velocidades de desaparción de A y B serán:

dC A
2 dt
 
dC B
dt
 k o AB
(3)
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donde [A] y [B] son las concentraciones molares correspondientes y ko es la constante de
velocidad sin catalizador.
En presencia de concentraciones altas del catalizador FeSO4, la velocidad de la reacción
se expresa así:
v = kc [A][B][C]
(4)
donde [C] es la concentración molar del catalizador y kc la constante de velocidad del
mecanismo catalizado, ó coeficiente catalítico.
En general, como la reacción puede efectuarse por los dos caminos mencionados, la
expresión general de velocidad será:
v = ko [A][B] + kc [A][B][C]
v = {ko + kc [C]} [A][B]
(5)
v = ke [A][B]
(6)
de manera que para una concentración fija del catalizador, la reacción se comportará como de
segundo orden y la constante empírica de velocidad ke será:
ke = ko + kc [C]
(7)
por lo que una gráfica de ke contra [C] permitirá evaluar ko y kc.
En esta práctica se determinará la constante ke en tres corridas con diferente concentración
de catalizador, utilizando la ecuación integrada de velocidad de segundo orden.
Finalmente es conveniente mencionar que uno de los posibles mecanismos compatibles
con la ecuación (4) es el siguiente:
k
1
A + B + C 
ABC
k
2
ABC + A 
P + C
(8)
y si el catalizador solo participa en la formación del intermediario ABC, la cantidad requerida
puede ser muy pequeña.
GUÍA DE ESTUDIOS
1. ¿Qué es un catalizador?
2. ¿Cómo se explica el efecto de los catalizadores?
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3. ¿Por qué en muchos casos sólo se requieren cantidades muy pequeñas de los catalizadores?
4. ¿Qué efecto general tiene la concentración del catalizador sobre la velocidad de la reacción?
5. ¿Qué efecto tiene la concentración del catalizador sobre la constante de equilibrio de la
reacción?
6. ¿Qué es un inhibidor?
7. ¿Qué es un veneno de un catalizador?
8. Escriba la reacción de titulación del yodo con el tiosulfato de sodio.
9. Obtenga la ecuación integrada de la ecuación de velocidad de segundo orden que se empleará
en la practica.
MATERIAL
Agitador magnético (3), barra magnética (20), cronómetro (2), matraz erlenmeyer de
25.mL (27), matraz redondo de 100 mL (2), microbureta (2), micropipeta (2), pipeta volumétrica
de 5 mL (1), pipeta volumétrica de 10 mL (2), pipeteador (2), punta para pipeta (5), termómetro
de –20 °C a 110 °C (2), vaso de precipitado de 500 mL (3) vaso de precipitado de 250 mL (2),
vaso de precipitado de 100 mL (1), vaso de precipitado de 50 mL (4).
REACTIVOS
Almidón, FeSO4 0.1 M, hielo, KI 0.04 M, K2S2O8 0.02 M, Na2S2O3 0.0025 M
PROCEDIMIENTO
1. En un baño a temperatura ambiente, monte tres reactores (matraz redondo de 100 mL) con su
agitador.
2. Agregue 10 mL de KI 0.04 M a cada reactor y encienda los agitadores.
3. Agregue al primer reactor 0.8 mL de agua destilada y 1.2 mL al segundo reactor.
4. Agregue 0.8 mL de FeSO4 0.1 M al primer reactor, 0.4 mL al segundo y 1.6 mL al tercero.
5. Agregue 10 mL de K2S2O8 0.02 M al primer reactor. Arranque el cronómetro cuando se haya
vaciado la mitad del contenido de la pipeta. Anote la temperatura del reactor.
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6. Tome alícuotas del primer reactor al minuto 1, otra al minuto 2, y las siguientes cada 2
minutos hasta completar 9 muestras. Las alícuotas deben ser de 0.5 mL y colocarse en un
matraz Erlenmeyer que contenga 5 mL de agua destilada helada, por lo que previamente
deberá colocarse el matraz en un vaso que contenga hielo en trozos. Debe anotarse el tiempo
exacto en que se vacía la alícuota.
7. Titule a la brevedad posible con Na2S2O3 0.0025M, utilizando almidón como indicador.
Anote el volumen gastado.
8. Al terminar el primer reactor, inicie el segundo reactor agregando 10 mL de K2S2O8 0.02 M y
arranque el cronómetro en la forma acostumbrada. Tome una alícuota al minuto 1, otra al
minuto 3 y las siguientes cada 3 minutos hasta completar 9 muestras. Las alícuotas se
manejaran igual que en el primer reactor.
9. Al teminar el segundo reactor, inicie el tercer reactor agregando 10 mL de K2S2O8 0.02 M y
arranque el cronómetro en la forma acostumbrada. Tome alícuotas cada minuto hasta
completar 9 muestras. Las alícuotas se manejaran igual que en el primer reactor.
10. Recolecte el residuo obtenido del experimento en un contenedor debidamente rotulado.
NOTA: Si la disolución de FeSO4 posee un precipitado café rojizo, espere a que se
sedimente.
TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN DE RESIDUOS
El residuo obtenido contiene K2S2O8, KI, FeSO4, NaI y Na2S4O6. se trata con un exceso
de yoduro de potasio para reducir el persulfato residual, el yodo liberado se reduce con tiosulfato
de sodio. La disolución resultante se desecha al drenaje.
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