FIP UNI

1. Producción de Acetato de Etilo: Cinética química de la reacción y grado
de conversión
Paredes Tocas, J.P. (20152684D); Ubillas Alcalde, C.A. (20151335F); Alendez Quispitupa, D.A.
(20141239D); Asto Montes, B. L. (20150299F)
Escuela de Ingeniería Petroquímica, FIP-UNI.
Laboratorio de Operaciones Unitarias II, 29 de octubre 2019
jparedest@fip.uni.edu.pe; cubillasa@fip.uni.edu.pe; dalendezq@fip.uni.edu.pe; bastom@uni.pe
Resumen: En el presente laboratorio se analizará la obtención de acetato de etilo producido por la reacción de
etanol y ácido acético en un reactor batch con un agitador en su interior y utilizando como catalizador sólido
Amberlita, esta reacción tuvo una duración de 1 hora 40 minutos en donde la conversión llega a mantenerse
constante. Se analizarán las conversiones de la reacción de esterificación para un tiempo “t”, los factores que
influyen en la velocidad de reacción y el orden de reacción; concluyendo así, la obtención de un orden de reacción
directa igual a 2, un orden de reacción inversa igual a 1; finalmente se realizará una comparación con los
resultados obtenidos en la experiencia pasada.
Abstract: In the present laboratory we will analyze the obtaining of ethyl acetate produced by the reaction of
ethanol and acetic acid in a batch reactor with an agitator inside and using as a solid catalyst Amberlite, this
reaction lasted for 1 hour 40 minutes in where the conversion becomes constant. The conversations of the
esterification reaction for a time "t", the factors that influence the reaction rate and the order of reaction will be
analyzed; concluding thus, obtaining a direct reaction order equal to 2, an inverse reaction order equal to 1;
Finally, a comparison was obtained with the results obtained in the past experience.
1. INTRODUCCIÓN
La temperatura en este tipo de reacciones juega un
papel muy importante ya que es el único factor que
intervendrá en la reacción; la esterificación del
acetato de estilo se realiza en medio acido según la
reacción de Fisher, empleamos al etanol como
reactante en exceso. [1]
ETANOL
Conocido como alcohol etílico, es un alcohol que se
presenta como un líquido incoloro, volátil e
inflamable. Al mezclarse con agua en cualquier
proporción, da una mezcla azeotrópica. Se utiliza en
sectores industriales y farmacéuticos, es un buen
disolvente, y puede utilizarse como anticongelante.
También es un desinfectante. Su mayor potencial
bactericida se obtiene a una concentración del 70 %.
ACIDO ACÉTICO
El ácido acético, o su forma ionizada, el acetato, es
un ácido que se encuentra en el vinagre, siendo el
principal responsable de su sabor y olor agrios. Su
fórmula es CH3-COOH (C2H4O2). De acuerdo con la
IUPAC se denomina sistemáticamente ácido
etanoico.
ACIDO SULFÚRICO
El Ácido Sulfúrico, de fórmula H2SO4 (óleum:
H2SO4 con SO3 en solución), es un líquido corrosivo,
es más pesado que el agua e incoloro (a temperatura
y presión ambiente). Esta es la sustancia más
importante de la industria química mundial. Sus
nombres químicos son ácido sulfúrico y ácido
sulfúrico fumante. También es llamado aceite de
vitriolo, ácido de baterías y ácido de fertilizantes.
ACETATO DE ETILO
El etanoato de etilo, es un éster de fórmula CH3-
COO-CH2-CH3. El acetato de etilo es un líquido,
incoloro, muy inflamable. Es poco soluble en agua y
miscible al cloroformo y éter. Tiene un olor
penetrante y en muchos casos desagradable. Se
emplea en arte como disolvente universal. Es
obtenido por esterificación directa del ácido acético
con alcohol etílico en presencia de un catalizador. [1]
ESTERIFICACIÓN
Se denomina esterificación al proceso por el cual se
sintetiza un éster. Un éster es un compuesto derivado
formalmente de la reacción química entre un oxácido
y un alcohol. La reacción de la esterificación pasa por
un ataque nucleofílico del oxígeno de una molécula
del alcohol al carbono del grupo carboxílico. El
protón migra al grupo hidroxilo del ácido que luego
es eliminado como agua.[1]
Fig 1. Reacción de esterificación de Fisher

2. ÉSTER
Se suele tratar de sustancias incoloras e hidrofóbicas
(no se mezclan con el agua). Los ésteres de bajo peso
molecular suelen tener un olor característico.
Muchos aromas naturales de plantas son ésteres y
otro sintéticos se emplean como aromas artificiales.
Los ésteres tienen buenas propiedades como
disolventes y a menudo se utilizan como tal (acetato
de etilo).[1]
ESTERIFICACIÓN DE FISCHER
El método más común para la esterificación es el
calentamiento de una mezcla del alcohol y del ácido
correspondiente con ácido sulfúrico, utilizando el
reactivo más económico en exceso para aumentar el
rendimiento. El ácido sulfúrico sirve de catalizador
como de sustancia higroscópica que absorbe el agua
formada en la reacción. A veces es sustituido por
ácido fosfórico concentrado. El rol del catalizador es
el de aumentar la actividad carbonílico (la carga
parcial positiva sobre el átomo de carbono) por
protonación de uno de los oxígenos del ácido. Se
puede favorecer la esterificación empleando un
exceso de alguno de los reactivos o eliminando
alguno de los productos. Por ejemplo, con exceso de
etanol o por destilación del éster, respectivamente.[1]
CATÁLISIS HETEROGÉNEA
El catalizador utilizado ha sido la resina comercial
Amberlite IR 120 en su forma sódica, el cual es
pasado a su forma ácida fuerte. El fenómeno de
reacción se lleva a cabo cuando los reactantes son
transportados desde la fase fluida hasta el interior de
la resina, donde se encuentran en contacto con los
grupos catalíticamente activos de la resina. Cuando
se emplea como catalizador, las resinas de
intercambio fuertemente acidas, el grupo HSO3
-
está
unido a la matriz polimérica de divinilbenceno –
estireno, de manera que el contra ion (grupo
intercambiable) es H+ , que es el grupo móvil en el
interior de la estructura de la resina y que actúa como
catalizador para reacciones acidas en las cuales se
requiere de la presencia de iones H+
para acelerar la
reacción, por medio de la siguiente reacción de
disociación.
Donde Res, representa la matriz polimérica. Esta
disociación ocurre al interior de la resina y por
consiguiente las moléculas de reactantes deben
de transportarse hasta el interior de la estructura
para que ocurra el encuentro con el grupo H+
(sitio activo del Catalizador) y generar así los
productos de la reacción. La estructura típica de
la resina es:
Fig 2. Estructura de una resina de intercambio iónico.
Fig 3. Resina Amberlita LR-120. (Catalizador utilizado)
EQUILIBRIO QUÍMICO
Cuando se alcanza el estado de equilibrio, las
concentraciones de los reactivos y los productos se
encuentran en una relación numérica constante.
Experimentalmente se comprueba que las
concentraciones de las sustancias implicadas en un
sistema en equilibrio se encuentran relacionadas por
la siguiente expresión matemática:[1]
𝐶𝐻3 𝐶𝑂2 𝐻(𝑙) + 𝐶2 𝐻5 𝑂𝐻(𝑙)
𝐻2 𝑆𝑂4
↔ 𝐶𝐻3 𝐶𝑂2 𝐶2 𝐻5(𝑙) + 𝐻2 𝑂(𝑙)
𝐾 =
[𝐶𝐴𝑡] 𝑒𝑞
1
∗ [𝐶𝐴𝑔] 𝑒𝑞
0
[𝐶𝐴𝑐] 𝑒𝑞
1 ∗ [𝐶 𝑂𝐻] 𝑒𝑞
1

3.  Si K < 1, se favorece la formación de
reactivos.
 Si K > 1, se favorece la formación de
productos.
El rendimiento de una reacción química se ve
disminuido por la tendencia a alcanzar el estado de
equilibrio, ya que los reactivos no se transforman al
cien por ciento en productos.[1]
CONSTANTE DE EQUILIBRIO K
En 1889 Arrhenius postuló que la variación de la
constante de equilibrio de reacción con la
temperatura se podía representar por:
𝐾 = 𝑒
−∆𝐺°
𝑅𝑇
donde:
T : Temperatura (K)
R : 1 ,987 (cal/mol K)
∆𝐺° : Energía Libre de Gibbs a la temperatura de
trabajo
1.1 Objetivos:
 Establecer la conversión de la reacción de
esterificación haciendo uso de Amberlita
como catalizador.
 Analizar los factores que influyen en la
velocidad de reacción.
 Realizar los balances de materia y establecer
el orden de la reacción de esterificación con
el catalizador heterogéneo.
 Comparar los resultados obtenidos con la
experiencia anterior.
2. METODOS Y MATERIALES
2.1.Materiales:
 Reactor QRSA: reactor, chaqueta de
calentamiento, agitador, sistema de
control de temperatura y agitación.
 Buretas de 25 mL, 24 probetas de 5 mL
y 24 matraces Erlenmeyer de 50 mL.
 Agitadores y perlas de agitación.
 Catalizador “Amberlita IR-120”
2.2.Reactivos
 Indicador
 Fenolftaleína
 Ácido acético (99%)
 Etanol (96% v/v)
 Hidróxido de sodio 0.5 M (SE DEBE
ESTANDARIZAR la concentración no
es REAL).
2.3.Procedimiento
 Pese 216.6 g de ácido acético en el reactor de
1 L. Sobre el mismo ácido agregue 1.1647 g
de Amberlita (catalizador sólido).
 Pese 182.6 g de etanol (96% v/v) y colóquelo
en el embudo de adición.
 Una vez ensamblado el equipo siga las
indicaciones del instructor para poner en
marcha el sistema de control de la chaqueta
de calentamiento del reactor.
 Ponga el agitador en funcionamiento (NO
CALIENTE AUN).
 Fije la temperatura del baño a 60ºC y
arranque el equipo. Cuando se alcance la
temperatura objetivo añada el etanol
lentamente con el agitador en
funcionamiento.
 Cuando las temperaturas de los reactantes
alcancen los 60 ºC tome una muestra de
1.5 g (aproximadamente 2 mL).
 Enfríe la muestra en un baño de agua helada
(agua helada y hielo).
 Pese una alícuota de 0.5 g (el peso debe ser
alrededor de 0.5 g).
 Primera titulación: Añada dos ml de metanol
a la primera alícuota de 0.5 g, añada 1 gota
de fenolftaleína y titule con NaOH
estandarizado, registre el volumen cuando
vire al primer color rosado estable.
 Repita el procedimiento desde el punto sexto
punto hasta el noveno.
 Cuando los resultados no presenten una
variación significativa de por terminado la
reacción, drene el reactor y enfríe los
productos y reactantes en un baño de agua
helada. Pase el producto a un Erlenmeyer,
tape, rotule y guarde en el refrigerador

4. 3. RESULTADOS Y DISCUSION
3.1 Resultados
Tablas
RESULTADOS UTILIZANDO ACIDO
SUFURICO COMO CATALIZADOR
HOMOGENEO.
Tabla 1. Obtención de los datos experimentales
catalizador homogéneo (H2SO4).
DATOS EXPERIMENTALES
Tiempo
(min)
Análisis 1 Análisis 2 Análisis catalizador
Muestra
(g)
Titulación
NaOH
Muestra
(g)
Titulación
NaOH
Muestra
Acido
Titulación NaOH
0 0.5065 8.7 x x 0.4951 0.05
10 0.4812 7.1 0.4779 6.8 x x
20 0.5207 6.3 0.4846 6.4 x x
30 0.5147 6.1 0.5233 6.2 0.5557 0.05
40 0.5567 6.3 0.5130 5.9 x x
50 0.5685 5.0 0.5067 5.7 x x
60 0.5415 4.9 0.5224 5.2 0.4946 0.05
70 0.5561 4.5 0.5045 4.6 x x
80 0.5569 4.5 0.5378 4.4 0.5079 0.05
90 0.5775 4.2 0.5555 4.0 x x
120 0.5700 3.8 0.5800 3.7 x x
150 0.5730 3.6 0.5620 3.8 x x
Tabla 2. Determinación de la densidad de los productos
mediante un picnómetro.
PICNÓMETRO
Muestra Inicial Final Densidad
Volumen
(ml)
Temperatura
1 14.5559 37.8980 933.684 25 68.2
2 14.5590 37.9288 934.792 25 68.0
3 14.6520 37.9600 932.320 25 68.4
Tabla 3. Propiedades de los reactantes
Propiedades Experimental
Masa CH3COOH 216.7
Masa H2SO4 (99% w/w) 1.168
Masa Etanol (96% v/v) 187.4
Masa Total 405.268
MCH3COOH 60
Metanol 46
Densidad ácido acético 1.0546
Densidad Etanol 0.789
Molaridad ácido acético 13.72501215
Volumen (etanol + agua) 235.0020064
Vetanol (ml) 225
Masa Etanol (100%) 177.525
Vácido acético 205.480751
No (Moles)
Moles de CH3COOH 3.61
Moles de etanol 3.86
Tabla 4. Determinación de las concentraciones y
conversiones de la reacción de esterificación para un
tiempo “t”.
Tabla 5. Datos experimentales para la determinación de
la normalidad de NaOH a partir del ftalato de potasio.
N° Masa (g) Vol. NaOH
Normalidad
(NaOH)
1 0.3099 3.3 0.460
2 0.3372 3.5 0.472
3 0.3000 3.2 0.459
Promedio 0.3157 3.3333 0.4637
Gráficos
Gráfico 1. Densidad vs Temperatura.
Tiempo(min) Muestra(g) MolesdeNaOH CAacetico xa
0 0.5065 0.0040 6.59188 0.00000
10 0.4812 0.0033 6.36270 0.03477
20 0.5207 0.0029 5.20647 0.21017
30 0.5147 0.0028 5.10553 0.22548
40 0.5567 0.0029 4.88474 0.25898
50 0.5685 0.0023 3.80276 0.42312
60 0.5415 0.0023 3.90589 0.40747
70 0.5561 0.0021 3.49595 0.46966
80 0.5569 0.0021 3.49377 0.46999
90 0.5775 0.0019 3.14198 0.52336
120 0.57 0.0018 2.89521 0.56079
150 0.573 0.0017 2.72435 0.58671

5. Gráfico 2. Variación de la concentración de ácido
acético en el tiempo.
Gráfico 3. Variación de la conversión de la reacción
de esterificación en el tiempo.
RESULTADOS UTILIZANDO AMBERLITA
COMO CATALIZADOR HETEROGENEO
Tabla 6. Obtención de los datos experimentales
catalizador heterogéneo Amberlita.
DATOS EXPERIMENTALES
Tiempo
(min)
Análisis 1 Análisis 2
Temp
Reactante
Muestra
(g)
Titulación
NaOH
Muestra
(g)
Titulación
NaOH
0 0.5449 10.8 0.5865 7 59.70
10 0.61 9 0.5405 6.8 65.80
20 0.5415 7.8 0.5188 6.4 66.90
30 0.5357 7.5 0.5883 6.2 67.00
40 0.5315 7.1 0.5057 5.1 67.20
50 0.52 6.8 0.533 5.2 67.10
60 0.5554 6.7 0.5387 5.5 67.20
70 0.5 5.9 0.508 4.9 67.00
80 0.511 6 0.5817 4.5 67.10
90 0.5079 5.9 0.506 3.8 67.20
100 0.5565 6.45 0.4939 3.7 67.30
Tabla 7. Determinación de la densidad de los
productos mediante un picnómetro.
PICNOMETRO
Muestra
Inicial Final
densidad
Volumen
(ml)
Temp.
1 14.41 37.60 0.927 25 34
2 14.40 37.93 0.941 25 25.2
3 14.42 37.96 0.941 25 20
Tabla 8. Propiedades de los reactantes
Propiedades Experimental
Masa CH3COOH 216.6
Masa Amberlita 1.1641
Masa Etanol (96% v/v) 182.6
MCH3COOH 60
Metanol 46
Densidad Etanol 0.789
Molaridad ácido acético 13.72501215
Volumen (etanol + agua) 235.0020064
Vetanol (ml) 225
Masa Etanol (100%) 177.525
V. ácido acético 205.480751
No(Moles)
Moles de CH3COOH 3.61
Moles de etanol 3.86
Tabla 9. Determinación de las concentraciones y
conversiones de la reacción de esterificación para un
tiempo “t”.
Tiempo(min)Muestra (g)Moles de NaOHCA acetico xa
0 0.5449 0.0049 7.35684 0.00000
10 0.61 0.0041 5.17259 0.29690
20 0.5415 0.0036 4.99182 0.32147
30 0.5357 0.0034 4.84658 0.34121
40 0.5315 0.0032 4.61438 0.37278
50 0.52 0.0031 4.52203 0.38533
60 0.5554 0.0031 4.16704 0.43358
70 0.5 0.0027 4.08487 0.44475
80 0.511 0.0027 4.06030 0.44809
90 0.5079 0.0027 4.01266 0.45457
100 0.5565 0.0029 3.99928 0.45639

6. Tabla 10. Datos experimentales para la determinación de
la Normalidad de NaOH a partir del ftalato de potasio.
N° Masa (g)
Vol.
NaOH
Normalidad
(NaOH)
1 0.3201 3.3 0.475
2 0.3139 3.5 0.439
Promedio 0.3170 3.4000 0.4565
Gráfico 4. Densidad vs Temperatura.
Gráfico 5. Variación de la concentración de ácido
acético en el tiempo.
Gráfico 6. Variación de la conversión de la
reacción de esterificación en el tiempo.
Gráfico 7. Variación de la concentración de ácido
acético para ambos catalizadores.
Gráfico 8. Variación de la conversión de la reacción
de esterificación en el tiempo utilizando ambos
catalizadores.
y = -0.0001x2 + 0.0048x + 0.8891
R² = 1
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0 10 20 30 40
Densidad
Temperatura
Densisad vs Temperatura
000,000
000,001
000,002
000,003
000,004
000,005
000,006
000,007
000,008
0 20 40 60 80 100 120
Concentracion(CA)
Tiempo
Concentracion vs Tiempo
y = -3E-11x6 + 1E-08x5 - 1E-06x4 + 1E-04x3 - 0.0033x2
+ 0.0531x + 0.0014
00,000
00,000
00,000
00,000
00,000
00,001
0 50 100 150
Conversion
Tiempo
Conversion vs Tiempo

7. 3.2 Discusión
La elaboración de catalizadores sólidos constituye el
know-how de todo proceso catalítico, pues gran parte
de sus propiedades y su influencia en el proceso
principal dependen de las condiciones
experimentales de su obtención. Tales procesos,
conocidos también por catálisis, pueden ser:
homogéneos o heterogéneos. Algunas ventajas y
desventajas entre ambos tipos de catálisis se
muestran en la tabla. [2]
N°
Criterios de
medida
Catálisis
Homogénea
Catálisis
Heterogénea
1 Selectividad Alta Variable
2 Actividad Alta Variable
3
Condiciones
de reacciones
Moderadas Severas
4
Tiempo de
uso del
catalizador
Variable Prolongado
5
Variabilidad
en las
propiedades
electrónicas
Son posibles No posibles
6 Mecanismo
Posiblemente
bajo
determinadas
condiciones
Muy complejo
7
Impacto
económico y
ambiental
Mayor Menor
La mayoría de los procesos en catálisis utilizan
catalizadores sólidos. Estos sólidos, de composición
altamente compleja, en ocasiones llegan a tener 10 o
más elementos en su fórmula. Pueden ser, sin
embargo, descritos en forma de tres componentes
elementales: la fase activa, el soporte y el promotor.
4. CONCLUSIONES
 Se obtuvo una mayor conversión utilizando
como catalizador el ácido sulfúrico
alcanzando una conversión de equilibrio de
0.55246 a comparación del catalizador
heterogéneo (Amberlita) con un valor de
conversión de equilibrio de 0.4564 en un
menor tiempo.
 Los factores que afectan la reacción de
esterificación del ácido acético
principalmente son la temperatura, presión y
la elección del catalizador (catalizador
homogéneo y heterogéneo).
 Se obtuvo una reacción de orden de reacción
para la velocidad directa de primer orden y
para la velocidad de reacción inversa de
segundo orden utilizando como catalizador
el ácido sulfúrico; mientras que se obtuvo
una reacción de orden de reacción para la
velocidad directa de segundo orden y para la
velocidad de reacción inversa de primer
orden utilizando como catalizador la
Amberlita.
 El ácido sulfúrico empleado como
catalizador presento mayor desempeño,
selectividad y conversión del ácido acético
en la reacción de esterificación en
comparación al catalizador de Amberlita.
5. RECOMENDACIONES
 Es importante evaluar el comportamiento de
la densidad con la temperatura, que por más
mínima que sea, ajusta a mejor medida los
resultados teóricos con los experimentales.
 Se recomienda, de ser necesario y si se
cuenta con el tiempo, poder replicar la
reacción y realizar una mejor y más amplia
toma de datos.
 Se recomienda ser lo más precisos con los
valores másicos de cada reactivo para así,
considerar la suposición de que sean
concentraciones iguales al inicio de manera
correcta.
6. BIBLIOGRAFÍA
[1] J. L. Cajahuanca valverde and I. J. Llacza Mateo,
“ESTUDIO DE LA INFLUENCIA DE LA
TEMPERATURA DEL REACTOR BATCH EN
LA ESTERIFICACIÓN DEl ACETATO DE
ETILO EMPLEANDO El SISTEMA DE
CONTROL SECUENCIAL EN EL
LABORATORIO DE OPERAGIONES Y
PROCESOS UNITARIOS,” 2009. [1]
[2] P. Mazo, L. Galiano, "ESTERIFICACIÓN DE
LOS ÁCIDOS GRASOS LIBRES (FFA)
DEL ACEITE CRUDO DE PALMA.
CALENTAMIENTO CONVENCIONAL
VS MICROONDAS"

8. APÉNDICES:
1. ANEXO CATALIZADOR HOMOGENEO
Estandarización del sodio:
Corrida 1:
Volumen de NaOH gastado = 3.3 mL
Peso de KHC8H4O4 = 0.3099 g
Corrida 2:
Volumen de NaOH gastado = 3.5 mL
Peso de KHC8H4O4 = 0.3372 g
Corrida 3:
Volumen de NaOH gastado = 3.2 mL
Peso de KHC8H4O4 = 0.3 g
[NaOH] =
(
Peso KHC8H4O4
204.22 ) ∙ 103
VNaOH
Donde:
Peso KHC8H4O4: g =
0.3099 + 0.3372 + 0.3
3
g
VNaOH: mL =
3.3 + 3.5 + 3
3
mL
[NaOH]:
mol
L
= 𝟎. 𝟒𝟔𝟑𝟕 𝐌
Balance de masa de la Reacción
De la Tabla 2. Se obtendrá la ecuación cuadrática del
Gráfico 2. Donde las moles del etanol y ácido acético
calculadas, considerando su pureza son:
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝐸𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝐸𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙
=
187.4
46
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 3.61 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 á𝑐𝑖𝑑𝑜
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑒𝑙 á𝑐𝑖𝑑𝑜
=
216.7
60
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 á𝑐𝑖𝑑𝑜 = 3.86 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠
Del gráfico
d = −0.0032 ∗ 𝑇2
+ 0.4303T − 13.529
Cálculo de la concentración inicial:
Dado una masa 1 de 0.5065g y un volumen de
titulación de 8.7 mL de concentración 0.4637 M, Se
tiene entonces:
nNaOHfenolf.
=
8.7 mL ∗ 0.4637 M
1000 mL
nNaOHfenolf.
= 0.0040moles
nNaOHfenolf.
= nAcido Acetico = 0.0040moles
A una temperatura de 61.40°C
ρ = −0.0032 ∗ 61.42
+ 0.4303 ∗ 61.4 − 13.529
ρ = 0.8275
g
ml
Siendo la muestra de 0.5065 g
V =
m
ρ
=
0.5065
0.8275
= 0.61
Calculando la concentración
CAcido Acetico =
0.0040
0.61
= 6.5919 M
Cálculo de la conversión para un tiempo de 10 min:
Dado una masa 1 de 0.4812 g y un volumen de
titulación de 7.1 ml de concentración 0.4637 M, Se
tiene entonces,
nNaOHfenolf.
=
7.1 mL ∗ 0.4637 M
1000 mL
nNaOHfenolf.
= 0.0033 moles
nNaOHfenolf.
= nAcido Acetico = 0.0033 moles
A una temperatura de 65.8°C
ρ = −0.0032 ∗ 65.82
+ 0.4303 ∗ 65.8 − 13.529
ρ = 0.9299
g
ml
Siendo la muestra de 0.4812 g
V =
m
ρ
=
0.4812
0.9299
= 0.52 L

9. Calculando la concentración
CAcido Acetico =
0.0033
0.52
= 6.3627 M
Calculando la conversión
x = 1 −
CAcido Acetico
C0 Acido Acetico
= 0.03477
En la Tabla 3. Se obtendrá los valores de conversión
para cada tiempo respectivo; además, del Gráfico 3.
Se obtendrá la siguiente ecuación de grado 6
desarrollado polyfit en Matlab.
𝒙 𝑨 = −𝟐. 𝟓𝟎𝟑𝟓 ∗ 𝟏𝟎−𝟏𝟑
∙ 𝒕 𝟔
+ 𝟒. 𝟕𝟑𝟑𝟎 ∗ 𝟏𝟎−𝟏𝟏
∙ 𝒕 𝟓
+ 𝟔. 𝟗𝟏𝟓𝟔 ∗ 𝟏𝟎−𝟗
∙ 𝒕 𝟒
− 𝟐. 𝟎𝟐𝟑𝟐 ∗ 𝟏𝟎−𝟔
∙ 𝒕 𝟑
+ 𝟗. 𝟓𝟏𝟐𝟖
∗ 𝟏𝟎−𝟓
∙ 𝒕 𝟐
+ 𝟔. 𝟗𝟐𝟎𝟖 ∗ 𝟏𝟎−𝟑
∙ 𝒕
− 𝟕. 𝟏𝟓𝟏𝟗 ∗ 𝟏𝟎−𝟑
De donde derivando respecto del tiempo se tiene:
𝒅𝒙 𝑨
𝒅𝒕
= −𝟏𝟓. 𝟎𝟐𝟏 ∙ 𝟏𝟎−𝟏𝟑
∙ 𝒕 𝟓
+ 𝟐𝟑. 𝟔𝟔𝟓 ∙ 𝟏𝟎−𝟗
∙ 𝒕 𝟒
+ 𝟐𝟕. 𝟔𝟔𝟐𝟒 ∙ 𝟏𝟎−𝟕
∙ 𝒕 𝟑
− 𝟔. 𝟎𝟔𝟗𝟔. 𝒕 𝟐
+ 𝟔. 𝟗𝟐𝟎𝟖
Se usarán dichas ecuaciones para el desarrollo de la
cinética de la reacción.
Cinética de la Reacción
Considerando una cinética de la forma:
Ácido + Alcohol → Ester + Agua
Cambiando a variables
A + B → C + D
Dado que las moles iniciales son similares tanto para
el ácido como el alcohol y de igual manera para la
cantidad inicial de agua es despreciable; por lo tanto:
CA = CB = CA0(1 − xA)
CC = CD = CA0xA
En el equilibrio:
Keq =
k1
k−1
=
CA0
n−m
∙ xeq
n
(1 − xeq)
m
Igualando la derivada de la conversión respecto al
tiempo al valor de cero se obtendrá el valor de
conversión en el equilibrio:
xeq = 0.55246
Por lo tanto, se obtendrá una cinética de la
forma:
r = CA0
dx
dt
= k1CA
m
− k−1CC
n
Se desarrollará suponiendo ordenes totales de 1,
1.5 y 2 y usando una plantilla de Excel junta a las
herramientas de “Buscar Objetivo” y aplicando
mínimos cuadrados.
Por ejemplo, suponiendo un orden de m=1, n=1
y una constante k−1 = 1 se calcula la constante
de velocidad directa y la constante de velocidad
en el equilibrio según la siguiente ecuación:
Keq =
k1
k−1
=
CA0
n−m
∙xeq
n
(1−xeq)
m =0.8387
k1=1.2344
Tabla 11. Análisis de regresión lineal mediante mínimos
cuadrados.
Se realiza el análisis lineal mediante mínimos
cuadrados teniendo como objetivo minimizar el valor
de la sumatoria de cuadrados (∑(𝑥2
)min) el cual se
obtendrá teniendo como variable la constante de
velocidad inversa (k-1 ‘inicialmente asumida con el
valor 1’)
CAo*dXa/dt k1CA^n-k-1CC^m x*y x^2
0.0456 8.1373 0.3712 66.2150
0.0544 7.5170 0.4086 56.5056
0.0564 4.3879 0.2474 19.2532
0.0532 4.1147 0.2188 16.9304
0.0464 3.5171 0.1633 12.3703
0.0378 0.5889 0.0222 0.3468
0.0207 -0.2414 -0.0050 0.0583
0.0147 -0.2473 -0.0036 0.0612
0.0112 -1.1994 -0.0135 1.4386
0.0122 -1.8673 -0.0227 3.4867
-0.0132 -2.3297 0.0308 5.4273
0.3393 22.3777 1.4175 182.0934

10. Utilizando la herramienta solver para minimizar la
sumatoria se obtiene los siguientes valores:
Tabla. 12: Resultados de los coeficientes de velocidad
utilizando mínimos cuadrados.
Se toma como suposiciones de órdenes de reacción
para n y m valores entre 1-2, Se Realiza el mismo
procedimiento para demás suposiciones de órdenes.
Se adjunta tablas para el cálculo iterativo de las otras
suposiciones del orden de reacción.
Tabla 13. Resultados de los coeficientes de velocidad
cinético a distintos órdenes de reacción.
Según el coeficiente de regresión lineal (R^2) cuyos
ordenes se ajustan más a la cinética de la reacción es
n=3 y m=0.5 con un valor de regresión R^2= 0.9068,
sin embargo, un orden de reacción de 3 es poco usual
lo cual un mejor par de órdenes de reacción seria de
m=1 y n=2, el cual la expresión de velocidad queda
expresada como:
r = CA0
dx
dt
= 0.4184 ∗ CA
1
− 0.1286 ∗ CC
2
Keq =
k1
k−1
= 3.2525
2. ANEXO CATALIZADOR HETEROGENEO
Estandarización del sodio:
Corrida 1:
Volumen de NaOH gastado = 10.8 mL
Peso de KHC8H4O4 = 0.3099 g
Corrida 2:
Volumen de NaOH gastado = 3.3 mL
Peso de KHC8H4O4 = 0.3201 g
Corrida 3:
Volumen de NaOH gastado = 3.5 mL
Peso de KHC8H4O4 = 0.3139 g
[NaOH] =
(
Peso KHC8H4O4
204.22 ) ∙ 103
VNaOH
Donde:
Peso KHC8H4O4: g =
0.3201 + 0.3139
2
g
VNaOH: mL =
3.3 + 3.5
2
mL
[NaOH]:
mol
L
= 𝟎. 𝟒𝟓𝟔𝟓 𝐌
Balance de masa de la Reacción
De la Tabla 2. Se obtendrá la ecuación cuadrática del
Gráfico 2. Donde las moles del etanol y ácido acético
calculadas, considerando su pureza son:
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝐸𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝐸𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙
=
187.4
46
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 3.61 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 á𝑐𝑖𝑑𝑜
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑒𝑙 á𝑐𝑖𝑑𝑜
=
216.6
60
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 á𝑐𝑖𝑑𝑜 = 3.85 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠
Del gráfico
ρ = −0.0001 ∗ T2
+ 0.0048 ∗ T + 0.8891
Cálculo de la concentración inicial:
Dado una masa 1 de 0.5065g y un volumen de
titulación de 8.7 mL de concentración 0.4637 M, Se
tiene entonces:
nNaOHfenolf.
=
8.7 mL ∗ 0.4637 M
1000 mL
nNaOHfenolf.
= 0.0049moles
m n R^2 kd ki Ke=kd/ki
1.00 1.00 0.7375 1.2344 1.4719 0.8387
m n R^2 kd ki Ke=kd/ki
1.00 1.00 0.7375 1.2344 1.4719 0.8387
1.00 1.50 0.7986 0.7187 0.4363 1.6474
1.00 2.00 0.8352 0.4184 0.1286 3.2525
1.50 1.00 0.7116 2.3557 5.4226 0.4344
1.50 1.50 0.7614 1.3715 1.5721 0.8724
1.50 2.00 0.792 0.7985 0.4558 1.7519
2.00 1.00 0.6769 4.4955 20.2554 0.2219
2.00 1.50 0.7173 2.6173 5.7328 0.4566
2.00 2.00 0.7417 1.5238 1.6314 0.9341
0.50 3.00 0.9068 0.0743 0.0033 22.8243

11. nNaOHfenolf.
= nAcido Acetico = 0.0049moles
A una temperatura de 59.70°C
ρ = −0.0001 ∗ 59.72
+ 0.0048 ∗ 59.7 + 0.8891
ρ = 0.8131
g
ml
Siendo la muestra de 0.5449 g
V =
m
ρ
=
0.5449
0.8131
= 0.67
Calculando la concentración
CAcido Acetico =
0.0049
0.67
= 7.35684 M
Cálculo de la conversión para un tiempo de 10 min:
Dado una masa 1 de 0.61 g y un volumen de
titulación de 9 ml de concentración 0.0.4565 M, Se
tiene entonces,
nNaOHfenolf.
=
9 mL ∗ 0.4565 M
1000 mL
nNaOHfenolf.
= 0.0041 moles
nNaOHfenolf.
= nAcido Acetico = 0.0041 moles
A una temperatura de 65.8°C
ρ = −0.0001 ∗ 65.82
+ 0.0048 ∗ 65.8 + 0.8891
ρ = 0.7680
g
ml
Siendo la muestra de 0.61 g
V =
m
ρ
=
0.61
0.7680
= 0.79 L
Calculando la concentración
CAcido Acetico =
0.0041
0.79
= 5.1726 M
Calculando la conversión
x = 1 −
CAcido Acetico
C0 Acido Acetico
= 0.2969
En la Tabla 3. Se obtendrá los valores de conversión
para cada tiempo respectivo; además, del Gráfico 3.
Se obtendrá la siguiente ecuación de grado 6
desarrollado polyfit en Matlab.
𝒙 𝑨 = −𝟑 ∗ 𝟏𝟎−𝟏𝟏
∙ 𝒕 𝟔
+ 𝟏 ∗ 𝟏𝟎−𝟖
∙ 𝒕 𝟓
− 𝟏 ∗ 𝟏𝟎−𝟔
∙ 𝒕 𝟒
+ 𝟏 ∗ 𝟏𝟎−𝟒
∙ 𝒕 𝟑
− 𝟎. 𝟎𝟎𝟑𝟑 ∙ 𝒕 𝟐
+ 𝟎. 𝟎𝟓𝟑𝟏 ∙ 𝒕 + 𝟎. 𝟎𝟎𝟏𝟒
De donde derivando respecto del tiempo se tiene:
𝒅𝒙 𝑨
𝒅𝒕
= −𝟏𝟖 ∙ 𝟏𝟎−𝟏𝟏
∙ 𝒕 𝟓
+ 𝟓 ∙ 𝟏𝟎−𝟖
∙ 𝒕 𝟒
+ 𝟒 ∙ 𝟏𝟎−𝟔
∙ 𝒕 𝟑
+ 𝟑 ∗ 𝟏𝟎−𝟒
. 𝒕 𝟐
− 𝟎. 𝟎𝟎𝟔𝟔. 𝒕
Se usarán dichas ecuaciones para el desarrollo de la
cinética de la reacción.
Cinética de la Reacción
Considerando una cinética de la forma:
Ácido + Alcohol → Ester + Agua
Cambiando a variables
A + B → C + D
Dado que las moles iniciales son similares tanto para
el ácido como el alcohol y de igual manera para la
cantidad inicial de agua es despreciable; por lo tanto:
CA = CB = CA0(1 − xA)
CC = CD = CA0xA
En el equilibrio:
Keq =
k1
k−1
=
CA0
n−m
∙ xeq
n
(1 − xeq)
m
Igualando la derivada de la conversión respecto al
tiempo al valor de cero se obtendrá el valor de
conversión en el equilibrio, además como de muestra
en la gráfica 6 la conversión se mantiene constante
aproximadamente en el valor de 0.45:
xeq = 0.4564

12. Por lo tanto, se obtendrá una cinética de la
forma:
r = CA0
dx
dt
= k1CA
m
− k−1CC
n
Se desarrollará suponiendo ordenes totales de 1,
1.5 y 2 y usando una plantilla de Excel junta a las
herramientas de “Buscar Objetivo” y aplicando
mínimos cuadrados.
Por ejemplo, suponiendo un orden de m=2, n=1
y una constante k−1 = 1 se calcula la constante
de velocidad directa y la constante de velocidad
en el equilibrio según la siguiente ecuación:
Keq =
k1
k−1
=
CA0
n−m
∙xeq
n
(1−xeq)
m =2.8188
k1=2.8188
Tabla 14. Análisis de regresión lineal mediante mínimos
cuadrados.
Se realiza el análisis lineal mediante mínimos
cuadrados teniendo como objetivo minimizar el valor
de la sumatoria de cuadrados (∑(𝑥2
)min) el cual se
obtendrá teniendo como variable la constante de
velocidad inversa (k-1 ‘inicialmente asumida con el
valor 1’)
Utilizando la herramienta solver para minimizar la
sumatoria se obtiene los siguientes valores:
Tabla. 15: Resultados de los coeficientes de velocidad
utilizando mínimos cuadrados.
Se toma como suposiciones de ordenes de reacción
para n y m valores entre 1-2, Se Realiza el mismo
procedimiento para demás suposiciones de órdenes.
Se adjunta tablas para el cálculo iterativo de las otras
suposiciones del orden de reacción.
Tabla 16. Resultados de los coeficientes de velocidad
cinético a distintos ordenes de reacción.
Según el coeficiente de regresión lineal (R^2) cuyos
ordenes se ajustan más a la cinética de la reacción es
de m=2 y n=1, el cual la expresión de velocidad
queda expresada como:
r = CA0
dx
dt
= 51.9046 ∗ CA
2
− 18.434 ∗ CC
1
Keq =
k1
k−1
= 2.819
CAo*dXa/dt k1CA^m-k-1CC^n x*y x^2
0.39084 152.56293 59.6282 23275.449
0.08561 35.19914 3.0134 1238.979
0.00318 26.69128 0.0850 712.424
0.00793 19.98922 0.1585 399.569
0.02576 9.52096 0.2453 90.649
0.02814 5.44212 0.1532 29.617
0.01605 -9.78947 -0.1571 95.834
0.00395 -13.21373 -0.0522 174.603
0.00380 -14.23014 -0.0540 202.497
0.00898 -16.19164 -0.1455 262.169
-0.02165 -16.74015 0.3625 280.233
0.55260 179.24051 63.23716 26762.023
m n R^2 kd ki Ke=kd/ki
2.00 1.00 0.9159 51.9046 18.414 2.819
m n R^2 kd ki Ke=kd/ki
1.00 1.00 0.8865 1.0409 1.240 0.840
1.00 1.50 0.8232 0.1470 0.350 0.420
1.00 2.00 0.8352 0.0538 0.129 0.418
1.50 1.00 0.8999 7.3424 4.773 1.538
1.50 1.50 0.8540 1.0334 1.343 0.769
1.50 2.00 0.8082 0.1439 0.374 0.385
2.00 1.00 0.9159 51.9046 18.414 2.819
2.00 1.50 0.8857 7.2800 5.165 1.410
2.00 2.00 0.8513 1.0107 1.434 0.705