Físico-Química Experimental FQE001 Exp. 08 Equilíbrio Químico 1. Introdução Para a reação hipotética geral: ππ΄ + ππ΅ β ππΆ + ππ· (1) a constante de equilíbrio é dada pela expressão: πΎ= ππΆπ . ππ·π ππ΄π . ππ΅π (2) Se considerarmos que uma reação ocorra inteiramente na fase líquida, e aproximando que as atividades são iguais às concentrações, a Equação 2 pode ser reescrita como: πΎ= [πΆ]π . [π·]π [π΄]π . [π΅]π (3) Onde os colchetes indicam que as concentrações são expressas em mol/L. Na reação de esterificação: πΆπ»3 πΆπππ» + πΆ2 π»5 ππ» β πΆπ»3 πΆπππΆ2 π»5 + π»2 π (4) onde π = π = π = π = 1 (5) [πΆπ» πΆπππΆ π» ][π»2 π] 3 2 5 ππ»] 2 5 Portanto: πΎ = [πΆπ» 3πΆπππ»][πΆ π» πáππ’π π ( ππ π‘ππ )( π ) πππ π‘ππ . πáππ’π π πΎ= π = π πáπ.ππéπ‘πππ . πππ‘ππππ ( áπ.ππéπ‘πππ ) ( ππ‘ππππ π π ) (6) (7) onde n representa o número de mols do éster (acetato de etila), água, ácido acético e etanol, respectivamente, em qualquer mistura em equilíbrio, de volume total V. Como os volumes se compensam, não é necessário determinar o volume da mistura em equilíbrio. Para a reação estudada, o calor de reação (οH) é muito próximo a zero, e assim, a constante de equilíbrio (Kc) é quase independente da temperatura. Não é necessário, portanto, estudar a reação em temperatura constante. O tempo necessário para que o equilíbrio seja alcançado diminui quando se usa ácido clorídrico como catalisador. 2. Objetivos Determinar a constante de equilíbrio da reação de esterificação do acetato de etila (reação 4) por análise química da mistura em equilíbrio. Físico-Química Experimental FQE001 Exp. 08 3. Metodologia: Cada equipe ficará responsável por uma mistura reacional descrita na Tabela 1. Tabela 1: Misturas reacionais para a determinação da constante de equilíbrio da reação 4. Amostra Equipe Volumes / mL H2O Etanol HCl 3 mol/L 5 Éster - 5 - Ác. Acético - 0 Todos 1 Cleomar/Sandra /Scarlet Samara/Thiago 5 5 - - - 5 2 3 - - Denise/Dirlaine /Solyane Assis/Daniele/ Jessica Maiara/Samara /Tainara 5 4 - 1 - 5 4 - - 1 5 - - 4 1 1,0435 0,9003 0,9982 0,7893 1,0492 36,5 88 18 46 60 2 3 4 5 Densidade (g/mL) Massa molar (g/mol) Éster Número de mols iniciais H2O Etanol Ác. Acético A massa de água em cada frasco é obtida pela soma da massa da água pura e da massa de água contida na solução de HCl 3,0 mol/L. A massa de água na solução de HCl é obtida subtraindo a massa de HCl contida em 5 mL desta solução. A quantidade de ácido acético no equilíbrio de cada frasco é obtida pela subtração do volume (em mL) de NaOH 1,0 mol/L usado na titulação da amostra 0 pelo volume de NaOH 1,0 mol/L utilizado na titulação das amostras em equilíbrio. Nas amostras 4 e 5, o ácido acético é adicionado na solução original, e esta quantidade deve ser considerada nos cálculos das quantidades em equilíbrio dos outros reagentes. Para cada mol de ácido acético que reagiu, um mol de etanol desaparece da solução, um mol de acetado de etila é produzido e um mol de água também surge na mistura. Se os número de mols de cada um dos quatro reagentes na mistura original é conhecido, sabendo-se também o número de mols de ácido acético que reagiu, pode-se determinar os números de mols dos demais reagentes em equilíbrio e, então, a constante de equilíbrio (Kc) de acordo com a Equação 7. 4. Experimental Materiais ο· ο· ο· ο· ο· 2 erlenmeyers com rolhas 1 bureta de 25 mL Pipetas de 5, 2 e 1 mL HCl 3,0 mol/L NaOH 1,0 mol/L ο· ο· ο· ο· Fenolftaleína Acetato de etila Ácido acético glacial Álcool etílico Físico-Química Experimental FQE001 Exp. 08 Procedimento Identifique a amostra da sua equipe e, então, pipete as quantidades indicadas em um dos erlenmeyers e tampe-o imediatamente. Vede bem para evitar evaporação. Espere que o equilíbrio seja atingido. Mantenha sua amostra devidamente identificada à temperatura ambiente, agitando de vez em quando, durante uma semana. Após 1 semana, prepare em outro erlenmeyer a amostra 0. Faça a titulação da amostra 0 e da sua amostra, que agora deve ter atingido o equilíbrio, com solução de NaOH 1,0 mol/L, usando fenolftaleína como indicador. Determine a quantidade de ácido acético presente no equilíbrio e, baseado na estequiometria da reação, dos demais reagentes, preenchendo a Tabela 2. Com os resultados das demais equipes, calcule a constante de equilíbrio em cada amostra. Tabela 2: Composição das amostras após o equilíbrio e constante de equilíbrio calculada para cada caso. Amostra Equipe NaOH gasto na titulação / mL 0 Todos 5 1 Cleomar/Sandra /Scarlet 5 2 Samara/Thiago 5 3 Denise/Dirlaine/Solyane 5 4 Assis/Daniele/ Jessica 5 5 Maiara/Samara/Tainara 5 Número de mols no equilíbrio Éster H2O Etanol Ác. Acético Kc 5. Discussão dos Resultados Calcule a constante de equilíbrio para cada amostra e compare os resultados. A partir das diferentes composições iniciais e dos resultados obtidos, discuta o princípio de Le Chatellier. Físico-Química Experimental FQE001 Exp. 08 Equilíbrio Químico Resultados Experimentais Nomes: Tabela 2: Composição das amostras após o equilíbrio e constante de equilíbrio calculada para cada caso. Amostra Equipe NaOH gasto na titulação / mL 5 0 Todos 1 Cleomar/Sandra /Scarlet 5 2 Samara/Thiago 5 3 Denise/Dirlaine/ Solyane 5 4 Assis/Daniele/ Jessica 5 5 Maiara/Samara/ Tainara 5 Número de mols no equilíbrio Éster H2O Etanol Ác. Acético Kc Observações: A partir das diferentes composições iniciais e dos resultados obtidos, discuta o princípio de Le Chatellier. Físico-Química Experimental FQE001 Exp. 08 Utilize esta folha e mais quantas forem necessárias para apresentar os cálculos efetuados para responder os dados na Tabelas 1. Físico-Química Experimental FQE001 Exp. 08 Equilíbrio Químico Pré-Laboratório Nome: 1. Preencha a Tabela 1. Tabela 1: Misturas reacionais para a determinação da constante de equilíbrio da reação 4. Amostra Volumes / mL H2O Etanol Éster 0 HCl 3 mol/L 5 - 5 - Ác. Acético - 1 5 5 - - - 2 5 2 3 - - 3 5 4 - 1 - 4 5 4 - - 1 5 5 - - 4 1 Densidade (g/mL) Massa molar (g/mol) 1,0435 0,9003 0,9982 0,7893 1,0492 36,5 88 18 46 60 Éster Número de mols iniciais H2O Etanol Ác. Acético 2. Quando 1 mol de ácido acético é misturado com 2 mols de etanol, cerca de 0,85 mols de água são formados no equilíbrio a 100 oC. Qual a constante de equilíbrio nessas condições?
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