DETERMINACIÓN DE LA ESTEQUIOMETRÍA DE UNA REACCIÓN QUÍMICA POR ANÁLISIS GRAVIMETRICO. SIERRA GUERRERO JOHANA Cód.: 1125649 DÍAZ AGUÍRRE LIBARDO A. Cód.: 0942757 VÁSQUEZ RUIZ CLARA L. Cód.: 1123513 3749 - Ing. Química __________________ ___________________________ __________________ _________________ __________________ ___________________ ___________________ ________________ ______
RESUMEN En el trabajo en el laboratorio de química general, se utilizó el método gravimétrico de precipitación, aquel donde el analito se convierte en un precipitado poco soluble, para determinar la estequiometria de la reacción química entre dos disoluciones acuosas, a concentración 0.50M cada una, de Cloruro de bario, BaCl 2, y Carbonato de sodio, Na 2CO3, cuyo producto precipitado es Carbonato de bario, BaCO 3; a través de el proceso estructurado de el análisis gravimétrico: filtrar, secar y pesar. Logrando así los objetivos de la práctica: utilizar el análisis gravimétrico en la determinación de la estequiometria de una reacción y demostrar algunos principios generales del análisis y su utilidad práctica. Palabras Clave: gravimétrico, gravimétri co, estequiometria, filtración, solubilidad, precipitado en solución acuosa, reactivo límite.
1. INTRODUCCION Las reacciones químicas pueden dar muchos resultados e incluir cambios en los estados de la materia involucrada en ella; para el siguiente laboratorio se evaluaron algunas de las propiedades que se relacionan con aquellos cambios, específicamente la solubilidad y la capacidad de crear precipitado; precipitado ; teniendo en cuenta la estequiometria en las reacciones, introduciendo con esto el concepto de mol y de reactivo limitante. limitante. El concepto de mol puede utilizarse para calcular las cantidades relativas de
reactivos y productos de una reacción química. Los coeficientes de una ecuación balanceada proporcionan los números relativos de moles de dichos reactivos y productos. Las moles pueden ser usadas como factor de conversión que permita hallar, por ejemplo, la cantidad de masa usada/producida o el número de moléculas. Comparando la cantidad de sustancia, con la que se cuenta, con la formula de la reacción balanceada, se puede predecir cuál es el reactivo limite. Un reactivo limitante se consume totalmente en la reacción.
Cuando se agota, la reacción se detiene, y entonces limita las cantidades de productos formados. El rendimiento teórico de una reacción es la cantidad de producto calculado por formar cuando todo el reactivo limitante reacciona. El rendimiento real de una reacción siempre es menor que el rendimiento teórico. La solubilidad de una sustancia a una temperatura dada es la cantidad de sustancia que puede disolverse en una cantidad dada de disolvente a dicha temperatura. Para que un compuesto iónico sea soluble en agua, la fuerza de atracción entre el agua y los iones del compuesto deben ser mayor que la fuerza de atracción que existe entre iones. Las reacciones de precipitación son aquellas en las que el producto es un sólido insoluble formado por una reacción en disolución, llamado precipitado. Las reacciones de precipitación se efectúan cuando ciertos pares de iones con cargas opuestas se atraen entre sí con tal fuerza, que forman un sólido iónico insoluble. Las reglas de solubilidad son útiles para determinar si un compuesto iónico será o no soluble en agua (tabla1). Las reacciones de precipitación se utilizan en los métodos gravimétricos de análisis y en las titulaciones por precipitación. Los métodos gravimétricos se basan en las mediciones de masa, donde la sustancia a analizar se convierte en un precipitado escasamente soluble; se filtra, se lava para eliminar impurezas, se convierte mediante el tratamiento térmico adecuado en un producto de composición conocida y finalmente se pesa.
Reglas de solubilidad de algunos compuestos iónicos comunes en agua Compuestos iónicos Excepcione solubles s importantes Compuesto NO3 Ninguna s que CH3COO3 Ninguna contienen ClCompuestos de Ag+, Hg22+ y Pb2+ Br Compuestos de Ag+, Hg22+ y Pb2+ ICompuestos de Ag+, Hg22+ y Pb2+ SO42Compuestos de Sr2+, Ba2+, Hg22+ y Pb2+ Compuestos iónicos Excepcione insolubles s importantes 2Compuesto S Compuestos s que de NH4+, los contienen cationes de metales alcalinos, y Ca2+, Sr2+ y Ba2+ CO32Compuestos de NH4+, los cationes de metales alcalinos 3PO4 Compuestos de NH4+, los cationes de metales alcalinos OH Compuestos de cationes de metales alcalinos, y NH4+, Ca2+, Sr2+ y Ba2+ Tabla 1. Reglas de solubilidad de algunos compuestos iónicos comunes en agua
TUBO
2. DATOS, CALCULOS Y RESULTADOS
1 2 3 4 5
En la primera parte del laboratorio se calcula los gramos (g) necesarios para preparar 50mL de soluciones 0.50M de carbonato de sodio (1) y cloruro de bario (2), siguiendo estas ecuaciones:
(1)
El precipitado es filtrado (con papel filtro)
-Peso molecular BaCl 2 = 208.2 g/mol
Luego, con las soluciones listas, se procedió a reaccionar las dos soluciones, en cinco tubos de ensayo ( tabla2 ), creando así cinco disoluciones (de diferentes proporciones de reactivos cada una). Como era de esperarse (ver tabla1), la reacción (ecuación1) entre las soluciones acuosas de las sales creó un precipitado.
mL 0.50M Na2CO3 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
Tabla 2. Proporciones en la mezcla de Na2CO3 y BaCl2
-Peso molecular Na 2CO3 = 105.99 g/mol
(2)
mL 0.50M BaCl2 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0
para ser posteriormente pesado. En el proceso de filtración, en casi todos los casos, la solución salió libre de precipitado en el primer intento, sin embargo, en la primera filtración de la solución No. 4, el precipitado pasó el papel filtro. Igualmente todas las soluciones se filtraron más de una vez.
De aquí se obtuvieron cinco precipitados diferentes ( tabla3 ), debido a la diferencia de concentraciones en los reactantes. Tubo 1 2 3 4 5
Peso precipitado (g) 0.16 0.22 0.29 0.35 0.37
Mililitros de Na2CO3 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
Tabla 3. Datos empíricos del peso del precipitado
(ecuación1)
(BaCO3 = Precipitado)
Estos datos nos permiten comparar la relación entre los gramos de carbonato de bario producido y los mililitros de solución de carbonato de sodio utilizados en la reacción ( gráfica1), de una forma empírica. Para hacer los cálculos teóricos de gramos de BaCO 3 producidos en cada reacción, se debe tener en cuenta la fórmula de la reacción
balanceada (ecuación1) . Ésta nos permite saber cuántas moles de cada reactivo o producto están involucradas en la reacción (ecuación2) y usar éstas como factor de conversión (ecuación3).
0.4 0.35 0.3 0.25 3 O C0.2 a B g 0.15
Datos Teóricos Datos empíricos
0.1
0.05 0
(ecuación2)
0
2
4 mL Na2CO3
Gráfica 1. Comparación datos empíricos y datos teóricos
(ecuación3).
Tomando en cuenta la fórmula de la reacción balanceada y la definición de reactivo límite, se determinó cual era el reactivo limitante en cada tubo y de ahí se determinó el numero de moles de carbonato de bario producidas en cada reacción. En la tabla4 se tabulan los resultados teóricos de los gramos de precipitado, BaCO 3, obtenidos de los mililitros de solución de carbonato de sodio, Na2CO3. Tubo 1 2 3 4 5
Peso del precipitado BaCO3 (g) 0.0986 0.1973 0.2959 0.2959 0.2959
Para los cálculos en el número de moles de cloruro de bario y carbonato de sodio utilizadas en cada uno de los 5 tubos de ensayo (tabla5 ) se relacionó la molaridad de la solución y los litros usados de ésta (ecuación4 ).
( ) (ecuación4)
Mililitros de Na2CO3 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
Tabla 4. Datos teóricos de los gramos de precipitado
Tubo 1 2 3 4 5
Moles de BaCl2 1,5 x 10 -3 1,5 x 10 -3 1,5 x 10 -3 1,5 x 10 -3 1,5 x 10 -3
Moles de Na2CO3 5,0 x 10 -4 1,0 x 10 -3 1,5 x 10 -3 2,0 x 10 -3 2,5 x 10-3
Tabla 5. Moles utilizadas en los tubos de ensayo
6
La cantidad de producto o precipitado debe ser constate desde el tubo numero 3, ya que el reactivo limitante pasa a ser el BaCl2, y como su cantidad es constante en cada tubo de ensayo, la cantidad de precipitado también lo es. Pues la relación que hay entre las moles de cloruro de bario y de carbonato de sodio, en la reacción es 1:1, una mol de cloruro de bario por una mol de carbonato de sodio (ver ecuacion1 )
3. DISCUSION DE RESULTADOS Posteriormente al elaborar la filtración y el secado de los papeles de filtro, conocimos que el peso de cada uno y, consecuentemente, de cada precipitado; era casi proporcional y creciente respecto a la cantidad de Na 2CO3 utilizado en cada tubo de ensayo en donde este actuaba como reactivo limitante. Para los tubos de ensayo 4 y 5 (en donde la cantidad de reactivo limitante, BaCl2, fue constante) se esperaba que el peso del precipitado fuera consecuente con el del tubo 3, sin embargo, los resultados experimentales siempre fueron ascendentes, esto debido a los errores en la exactitud de medidas, lo que hace que los resultados obtenidos no tengan una estimación de fiabilidad. En el proceso de filtración, específicamente en el tubo 4, notamos que el papel filtro no es de total confianza, pues parte del agua filtrada presentaba residuos del precipitado. Siendo así, lo más probable es que la cantidad de sal filtrada no fuera el 100% de la resultante en la reacción. Para el procedimiento de secado no se esperó a que el agua que contenía NaCl
pasara totalmente por el filtro, lo cual pudo ser un factor influyente en el peso del precipitado, pues el contenido del papel filtro incluía, además de carbonato de bario, algunos gramos de cloruro de sodio disuelto en el agua, masa que no se evaporó en el secado sino que se añadió a la del precipitado.
4. SOLUCIÓN A PREGUNTAS 1. El tubo que se selecciono en el numeral 3, que fue el tubo de ensayo número 3, el filtrado de esta reacción debería contener NaCl; solamente este producto de la reacción queda en solución acuosa debido a que estamos mezclando las mismas moles de carbonato de sodio y cloruro de bario y como sabemos la reacción es 1:1. Así que si tenemos 1.5x10-3 moles de los reactivos, y la relación estequiometria de los reactivos con el NaCl es de 1:2, las moles que quedan disueltas en el agua son 3.0x10 -3 moles. Y si se evapora toda el agua quedan 0.1753g de NaCl. 2. En el tubo número 5 aparte de las 3.0x10-3 moles de NaCl, también tendríamos 1.0x10 -3 moles de carbonato de sodio, ya que es el reactivo que está en exceso para la reacción. Convirtiendo de moles a gramos tendríamos, después de evaporada el agua, 0.1753g de NaCl y 0.1059g de Na 2CO3. 3. Para realizar esta debemos realizar los procedimientos:
operación siguientes
1 .23 gAgCl
1 molAgCl 143 .32 gAgCl
1 molCl 1 molAgCl
Así que en 50 gramos de agua marina hay 0.50g de NaCl. Y para hallar el %p/p debemos:
x
6. BIBLIOGRAFIA 58 .43 gNaCl 1 molNaCl molCl 1[1]
0 .50 gNaCl 50 gAguaMarin
a
x100
1%
Así que el %p/p de NaCl en 50g de Agua Marina es del 1%
5. CONCLUSIONES La realización de ésta práctica de laboratorio a resultado muy enriquecedor, pues se puso a prueba conocimientos teóricos acerca de concentraciones, soluciones, filtración y materiales de laboratorio. Mediante la práctica se comprobó el papel del análisis gravimétrico para determinar la estequiometria de una reacción química y como a partir de éste, y los pesos obtenidos en los papeles de filtro, podemos inferir el número de moles y concentraciones de los reactivos utilizados en la práctica.
1 molNaCl
0 .50 gNaCl
Brown, T. L., Bursten, B. E., & Burdge, J. R. (2004). Quimica: La ciencia central (9 ed.). Pearson Educación. Capitulos 3 y 4. [2]
% p / p
Guía de Laboratorio Química General.
