Estudio cinético de la reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno catalizada por óxidos de metales de transición

Práctica 4. ESTUDIO CINÉTICO DE LA REACCIÓN DE DESCOMPOSICIÓN DEL PERÓXIDO DE HIDRÓGENO CATALIZADA POR ÓXIDOS DE METALES DE TRANSICIÓN Nota: El alumno deberá traer un par de guantes, papel milimetrado y calculadora. Introducción. Para un proceso químico aA + bB → cC + dD la velocidad de la reacción depende generalmente de las concentraciones de los reactivos según una ley de velocidad, v=k[A]m[B]n El valor de los exponentes m y n ( órdenes parciales respecto de los reactivos A y B) se obtiene a partir de datos experimentales de velocidades de reacción. La velocidad de reacción puede también verse afectada por la presencia de catalizadores, sustancias que producen una variación en la velocidad de reacción, al modificar tanto su mecanismo como la energía de activación del proceso. Loscatalizadores pueden encontrarse en la misma fase que los reactivos (catálisis homogénea) o en distinta fase (catálisis heterogénea).

Bibliografía. P.W. Atkins. Química General. 1989 Tema 12. Ed. Omega.

Objetivo. Es frecuente utilizar en el laboratorio sustancias que en condiciones normales son gases. Su manipulación y medida exige procedimientos especiales. En esta práctica se describe unprocedimiento general para recoger y medir cantidades de gas. El gas manipulado es O2, obtenido por descomposición del agua oxigenada. Adicionalmente se va a determinar la velocidad de la reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno, H2O2, catalizada con una mezcla de MnO2 y Fe2O3. En fracciones fijas de tiempo se mide el volumen de O2 desprendido según la reacción: 2 H2O2 → 2 H2O + O2Prerrequisitos Velocidad de una reacción. Orden de reacción y constante de velocidad. Ecuación integrada de velocidad (de orden cero y de orden uno).
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Ecuación de Arrhenius. Energía de activación. Catalizadores.

Material y reactivos Material Matraz con tapón y conexión Baño con termostato Eudiómetro Termómetro Reactivos Catalizador, MnO2-Fe2O3 H2O2 0.33% (en dosificador)

Agitador magnéticoImán y plomos Pesa-sustancias Cronómetro

Nota: El peso del catalizador y las r.p.m. del agitador han de permanecer siempre constantes en todos los ensayos que se realicen. El pesa-sustancias sólo se lavará al final de la práctica. Los residuos sobrantes del matraz se verterán en las botellas de reciclado.

Procedimiento experimental Se comprueba que el agitador está en marcha a 400 r.p.m.. A.Ensayo a 20 ºC 1. Se llena completamente y con agua del grifo el eudiómetro. 2. Se le da la vuelta sobre la cubeta pequeña (que también estará llena con agua del grifo). 3. Se toman 40 mL de agua oxigenada del 0.33% en el matraz completamente limpio, dejando la boca esmerilada un poco mojada (esto permitirá que al cerrar no se escape el gas generado. Se introduce el matraz en el baño termostático yse dejar atemperar durante 1 ó 2 minutos. Para evitar que se vuelque se colocan unos aros en el cuello del matraz. 4. Se pesa 0.1 g de catalizador pulverizado en el pesa-sustancias de vidrio. 5. Se introduce el extremo del tubo fino en la boca del eudiómetro. 6. Se introduce el imán en el matraz y se añade inmediatamente el catalizador colocando el tapón (del otro extremo del tubo) rápidamente. 7.Tan pronto como la primera burbuja pase al eudiómetro se pone el cronómetro en marcha (t =0). Medir el volumen desprendido durante 3 minutos a intervalos de 20 segundos. 8. Repetir la experiencia en las mismas condiciones y comparar los resultados. B. Ensayos a 30ºC. Se repite el proceso del apartado A, pero efectuándose la reacción a 30ºC.

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Figura 1.- Dibujo esquemático indicando laconexión del aparato.

Resultados y discusión Dibujar las curvas correspondientes de la velocidad de descomposición del agua oxigenada en función del tiempo para ambas temperaturas, representando el volumen (mL) de oxígeno desprendido frente al tiempo (segundos).

Tabla de ordenación de datos. Volumen, en mL de O2 desprendido en los intervalos de tiempo TIEMPO ºC Ex p 1 20 2 1 30 2 20" 40" 1'...