GRUPO HEUREMA. EDUCACIÓN SECUNDARIA
ENSEÑANZA DE LA FÍSICA Y LA QUÍMICA
Equilibrio químico en gases
INTRODUCCIÓN
El
equilibrio químico
La razón de ello está en la fácil obtención
de los componentes y en el color marrón del dióxido de nitrógeno frente al
tetraóxido que es incoloro.
La presentación que aquí hacemos es como
demostración de cátedra
MATERIAL
Erlenmeyer (3)
Termómetros (3)
Vasos de precipitados
(2)
Tapones (3)
La fotografía
1 muestra el material anterior
ALMACÉN
Determinación de la masa molar del oxígeno
Aproximación al Número de Avogadro
Determinación del número de moléculas de agua de cristalización de una sal
Cinética de la reacción del ión tiosulfato en medio ácido
Punto de congelación de una mezcla de naftaleno y paradiclorobenceno
Calor de neutralización de un ácido fuerte con una base fuerte
Cinética de la reacción entre los iones peroxodisulfato y los iones yoduro
Estequiometría de la reacción entre el ácido clorhídrico y el mármol
Estequiometría de la reacción entre el yoduro potásico y el nitrato de plomo(II)
Cinética química de la reacción entre los iones yodato e hidrógenosulfito
Iniciación a las masas relativas y al mol
Fotografía 1
Cobre
Ácido nítrico
concentrado
Sal
Hielo picado
Vaso grande
Calentador eléctrico
Agua
PREPARACIÓN
Operación 1
En un recipiente grande se prepara una mezcla
frigorífica abundante de sal con hielo picado.
En el vaso que contiene el erlenemeyer 3
se añade agua y se calienta a ebullición
En cada uno de los tres erlenmeyer se añade
un trocito de cobre (aproximadamente del mismo tamaño) y unos mL de ácido
nítrico y de inmediato se tapan con los tapones sin apretar éstos fuertemente.
La fotografía 2 muestra los tres recipientes en los que el color es sensiblemente el mismo.
Fotografía 2
Los tres se encuentran a la misma temperatura
ambiente
El número 1 se introduce en la mezcla frigorífica,
el número 2 se deja al aire y el número 3 se introduce en el agua caliente.
Se espera un tiempo para que el 1 se enfríe y el 3 se caliente.
Se observa como el contenido del erlenmeyer 1 se aclara, mientras
que el número 3 se oscurece. En las fotografías
Fotografía 3a
Fotografía 3b
Nota.- Durante la espera el agua caliente
se enfría y es necesario calentar de
nuevo para mantener una temperatura que ronde los ochenta o noventa grados
centígrados. La mezcla frigorífica tiende a calentarse, y probablemente suba
algún grado su temperatura, aunque esto no afecta a lo que se pretende en
la demostración.
Explicación de lo observado.
1) El cobre reacciona con el ácido nítrico
concentrado según la reacción
Insistir por parte del Profesor en el color
de la disolución de nitrato de cobre (II), y en que la reacción es redox. Hay que igualarla.
2) Resaltar los cambios de color que se
producen: El erlenmeyer 2 permanece prácticamente con la misma coloración
ya que su temperatura no ha variado, el número 1 se ha aclarado
y el
La interpretación debe hacerse a partir
del equilibrio. El NO2 es marrón y el N2O4
incoloro, por tanto, el contenido del 1 al disminuir la temperatura ha evolucionado
hacia la formación de mayor cantidad de N2O4 , mientras que el
3 al aumentar la temperatura el
equilibrio se ha desplazado hacia la formación de mayor cantidad de NO2.
Según el principio de Le Chatelier, cuando una causa externa actúa sobre un equilibrio químico éste trata
de contrarrestar en lo posible la causa externa introducida.
Se trata de contestar a la pregunta, siguiendo
el anterior principio, si la reacción escrita en la forma
¿Es endotérmica o exotérmica?
1) Al aumentar la temperatura aumenta el
NO2, ¿cómo puede contrarrestar el equilibrio ese aumento de temperatura? Si la reacción tal
como está escrita fuese exotérmica resulta
que la evolución observada todavía aumentaría más la temperatura, si la reacción
tal como está escrita es endotérmica absorbería calor y trataría de bajar
la temperatura, en consecuencia la reacción tal como está escrita, de tetraóxido
a dióxido, es endotérmica.
2) Al disminuir
la temperatura aumenta el N2O4, si la reacción fuese
endotérmica en el sentido de NO2 a N2O4 favorecería
la disminución de temperatura, luego en el sentido NO2 a N2O4
la reacción es exotérmica.
Operación
2
El erlenmeyer 3 se introduce en la mezcla
frigorífica y el 1 en el agua caliente, el 2 se deja al aire. Se espera un
tiempo y se observan los cambios de color. El proceso se expone en las fotografías
Fotografía 4a
Fotografía 4b
El erlenmeyer 3 que contenía mucho NO2
disminuye la intensidad del color, lo que quiere decir que parte del NO2
ha pasado a N2O4 , por el contrario
el número 1 abundante en N2O4 intensifica su color ,
lo cual indica que parte del N2O4
se ha convertido en NO2.
El equilibrio es reversible, y las cantidades
de reactivo en el equilibrio dependen de la temperatura: a temperatura alta
el equilibrio está desplazado hacia el NO2 y a temperatura baja
hacia el N2O4.
Nota para el Profesor
.
En esta web en el capítulo Didáctica de
a) A
b)
A 77ºC y a 1 atm de presión existen 0,29 moles de tetraóxido y 1,42 moles de dióxido, en el equilibrio.