INFORME DE LABORATORIO
Universidad Autónoma Juan Misael Saracho Facultad de Ciencias y Tecnología Carrera de Ingeniería Civil
Informe de laboratorio Práctica Nº 3:
REACTIVO LIMITANTE
Materia: CIV 131. Química y Laboratorio Grupo Nº
Docente: Ing. Integrantes:
Fecha de entrega:
Tarija – Bolivia
INFORME DE LABORATORIO
REACTIVO LIMITANTE 1. OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA •
Aplicar cálculos estequiométricos a las reacciones químicas.
•
Realizar operaciones químicas correctamente.
2. FUNDAMENTO TEÓRICO Los principales concepto utilizados en la realización de la práctica fueron:
Ley de la composición definida de Poust.- Cuando dos o más elementos se combinan para formar un compuesto determinado, lo hacen en una proporción fija (una relación de masa constante).
Reactivo limitante.- Es el reactivo que se consume totalmente en una reacción; la cantidad máxima de producto que se formará depende de la cantidad de este reactivo.
Reactivos en exceso.- Son los reactivos presenta en una cantidad mayor que la necesaria para reaccionar con el reactivo limitante.
Rendimiento teórico de la reacción .- Es la cantidad máxima de producto que se obtiene si reacciona todo el reactivo limitante; se calcula a partir de la ecuación balanceada.
Rendimiento Real de la reacción.- Es la cantidad de producto que realmente se obtiene en una reacción, casi siempre es menor que el rendimiento teó rico.
Rendimiento porcentual o porcentaje de rendimiento .- es la razón (cociente) entre el rendimiento real y el rendimiento teórico, se calcula como: % = · 100 ó
3. DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA 3.1. MATERIALES Y EQUIPOS En esta práctica se utilizaron los siguientes materiales 1 (ver fig. 1): 1. Tres vasos de precipitado 2. Tres probetas 3. Tres matraces Erlenmeyer 4. Tres embudos 5. Tres papeles filtro 6. Balanza electrónica digital (con una precisión de ±0,01 g)
3.2. REACTIVOS El grupo trabajó con los siguientes reactivos: •
Reactivo A: yoduro de potasio ( ), en una solución con concentración de 0,05 molar
(moles por litro) 1
El secado de los papeles filtró fue realizado por la Instructora (docente), por lo que entre los materiales usado en la práctica no se mencionan los necesarios para el secado de los papeles filtro.
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•
Reactivo B: nitrato plumboso ( ( ) ), en una solución con concentración de 0,05
molar (moles por litro) Fig. 1. Materiales utilizados en la práctica 1. Vasos de precipitado
2. Probetas
3. Matraces Erlenmeyer
4. embudos
5. Papeles filtro
6. Balanza eletrónica
0,000
3.3. PROCEDIMIENTO El procedimiento seguido en esta práctica fue: •
Numerar y pesar los papeles filtro , obteniéndose los siguientes resultados:
Tabla Nº1. Masa inicial de los papeles filtro Masa inicial (g) 0,80 0,79 0,84 cantidades (en ml) de cada reactivo se indican en la
Nº de papel filtro
•
1 2 3 Cantidades de Reactivos .- las siguiente tabla:
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Tabla Nº2. Cantidad de reactivos utilizados según reacción Vaso 1 2,5 10
Reactivo A Reactivo B •
Volumen (ml) Vaso 2 7,5 10
Vaso 3 10 10
Preparación: o
Vaso 1.- Con una probeta para cada reactivo, se midió las cantidades indicadas en
la tabla Nº2 para el vaso 1, se mezclaron en un vaso de precipitados (vaso 1) y se agitó bien con una varilla vidrio. La mezcla adoptó un color amarillo intenso. La reacción química originó dos compuestos: ▪
el (líquido, transparente)
▪
el (sólido, amarillo) que se precipitó hacia el fondo del vaso —indicando con eso que es más denso que el —
Para separar los componentes de esta mezcla heterogénea se procedió a filtrarla con el papel filtro 1; para transferir al papel filtro los restos de que quedaron en el vaso, se agregó agua al vaso 1, se agitó bien, y se vació el contenido al embudo con el filtro 1. o
Vaso 2 y 3 .- con estos vasos se repitió el procedimiento descrito para el vaso 1, sólo
se varió las cantidades de reactivos utilizados (de acuerdo a lo indicado por la tabla Nº2). o
Retirado de los papeles filtro .- el de cada reacción quedó atrapado en sus
respectivos papeles filtro. Los papeles filtro se retiraron de los embudos, se doblaron y se entregaron a la docente para la siguiente etapa del experimento: el secado y pesado (para obtener la masa final) de los papeles filtro. o
Masas finales de los papeles filtro .- las masas finales de los papeles filtro —
proporcionadas por la docente — fueron: Tabla Nº3. Masa Final de los papeles filtro Masa final (g) 1 0,82 2 0,87 3 0,97 Masa de obtenida en cada reacción.- esta masa se obtiene restando de la masa Nº de papel filtro
o
final de los papeles filtro la masa que tenían al principio (cuando no contenían el
): •
Reacción 1 2 3
Tabla Nº4. Masa Final de los papeles filtro Masa del papel filtro inicial (g) final (g) 0,80 0,82 0,79 0,87 0,84 0,97
Masa del (g) 0,02 0,08 0,13
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3.4. CÁLCULOS La ecuación de la reacción estudiada en la práctica es:
2 + ( ) → 2 +
3.4.1. Reacción 1 Para esta reacción se utilizaron las siguientes cantidades de reactivos: Tabla Nº5. Cantidad de reactivos utilizados en la Reacción 1 Volumen Concentración Peso molecular Masa (litro) (mol / litro) (g / mol) (g) Reactivo A 0,01 0,05 166 0,021 Reactivo B 0,0025 0,05 331 0,166 Con la masa de los reactivos utilizados y la ecuación balanceada de la reacción podemos calcular la cantidad (teórica) de producto ( ) en caso de que se consuma toda la cantidad de reactivos utilizados. Así, si se consume en su totalidad la cantidad inicial del reactivo A ( ) se obtiene: 332,04 g de ________ 461,05 g de 0,021 g de ________ g de 0,021 461,05 = = 0,029 332,04 Si se consume toda la cantidad inicial del reactivo B ( ( ) ) se tiene: 331 g de ( ) ________ 461,05 g de 0,166 g de ( ) ________ g de 0,16 461,05 = = 0,231 331 Estos resultados se resumen en la siguiente tabla: Tabla Nº6. Resultados teóricos de la Reacción 1 Peso Cantidad máxima Número Molecular (teórica) de de moles (g/mol) (g) Reactivo A: 0,021 166,02 2 0,029 Reactivo B: ( ) 0,166 331 1 0,231 Puede verse que la cantidad de originada por la reacción de todo el reactivo A ( ) es Masa inicial (g)
menor que la que se obtiene si reacciona todo el reactivo B disponible, por tanto: • •
en la Reacción 1, el reactivo limitante es el (reactivo A) la cantidad teórica de que se forma al reaccionar los 0,021 g de es 0,029 g
3.4.2. Reacción 2 Para esta reacción se utilizaron las siguientes cantidades de reactivos: Tabla Nº7. Cantidad de reactivos utilizados en la Reacción 2
Reactivo A Reactivo B
Volumen (litro) 0,0075 0,01
Concentración (mol / litro) 0,05 0,05
Peso molecular (g / mol) 166 331
Masa (g) 0,062 0,166
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Los valores teórico máximos de la reacción de las cantidades disponibles de los reactivos se presentan en la siguiente tabla: Tabla Nº8. Resultados teóricos de la Reacción 2 Peso Cantidad máxima Número Molecular (teórica) de de moles (g/mol) (g) Reactivo A: 0,021 166,02 2 0,086 Reactivo B: ( ) 0,166 331 1 0,231 Puede verse que la cantidad de originada por la reacción de todo el reactivo A ( ) es Masa inicial (g)
menor que la que se obtiene si reaccionara todo el reactivo B disponible, por tanto: • •
en la Reacción 2, el reactivo limitante es el (reactivo A) la cantidad teórica de que se forma al reaccionar los 0,021 g de es 0,086 g
3.4.3. Reacción 3 Para esta reacción se utilizaron las siguientes cantidades de reactivos: Tabla Nº9. Cantidad de reactivos utilizados en la Reacción 3 Volumen Concentración Peso molecular Masa (litro) (mol / litro) (g / mol) (g) Reactivo A 0,01 0,05 166 0,083 Reactivo B 0,01 0,05 331 0,166 Los valores teórico máximos de la reacción de las cantidades disponibles de los reactivos se presentan en la siguiente tabla: Tabla Nº10. Resultados teóricos de la Reacción 3 Peso Cantidad máxima Número Molecular (teórica) de de moles (g/mol) (g) Reactivo A: 0,021 166,02 2 0,115 Reactivo B: ( ) 0,166 331 1 0,231 Puede verse que la cantidad de originada por la reacción de todo el reactivo A ( ) es Masa inicial (g)
menor que la que se origina si reaccionara todo el reactivo B disponible, por tanto: • •
en la Reacción 3, el reactivo limitante es el (reactivo A) la cantidad teórica de que se forma al reaccionar los 0,021 g de es 0,115 g
4. RESULTADOS Y CONCLUSIONES •
Los resultados de la práctica se resumen en la siguiente tabla: Tabla 11. Resumen de los resultados de la práctica
Vaso Nº 1 2 3
•
Reactivo A gramos ml 0,021 2,5
0,086 0,115
7,5 10
Reactivo B gramos ml
0,166 0,166 0,166
10 10 10
Color prod. amarillo amarillo amarillo
Cantidad de producto Teórico experimental
0,029 0,086 0,115
0,02 0,08 0,13
Tipo de reactivo Limitante En exceso
En todas las reacciones el reactivo limitante es el (reactivo A)
( ) ( ) ( )
Rend. %
69 93 113
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•
La Relación entre la cantidad de producto calculada a partir de la ecuación química y la cantidad de producto realmente obtenido en el experimente se ilustra en la fig. 2 Fig. 2. Cantidad teórica y experimental de producto obtenido en cada reacción
Masa Real vs. Masa teórica (según reacción) 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 1
2 Masa real
3 Masa teórica
En las primeras dos reacciones, la cantidad de producto obtenido es menor que la cantidad calculada teóricamente; sin embargo, en la última reacción la cantidad obtenida supera a la teórica en un 13%, esto indica que se utilizó una cantidad mayor que la “correcta” de reactivo limitante en esta reacción. En cuanto a la magnitud de la diferencia,
puede verse (en la tabla Nº11) que en la Reacción 1, la diferencia entre el valor teórico esperado de producto y el valor real es de 21% (es la mayor discrepancia entre la cantidad real y la cantidad teórica de producto); este resultado puede deberse a que la cantidad de reactivo limitante usada en esa primera reacción fue menor que la “correcta”. La reacción 2, con un rendimiento porcentual de 93%, es la que mejor se ajusta a nuestra expectativa teórica. o
Esta práctica nos enseña que: o
Las cantidades obtenidas en reacciones reales pueden diferir de las calculadas a partir de la ecuación química.
o
Estas variaciones en la cantidad se deben —probablemente— a errores a la hora de medir los reactivos y el producto de la reacción.
o
Para minimizar los errores (y la diferencia entre los valores teóricos y los experimentales) debe prestarse especial atención a la medición de las cantidades de los reactivos y, en lo posible, repetir el experimentos varias veces (para verificar los resultados y lograr mayor exactitud).
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CUESTIONARIO: 1. Mediante ecuación química exprese la reacción que ocurre. La ecuación de la reacción estudiada en la práctica es:
2 + ( ) → 2 +
2. En base a la ecuación calcular para cada vaso cuál es el reactivo limitante y cuál es el reactivo en exceso, como también cual es la cantidad de precipitado que ha de formarse. Los cálculos realizados para determinar el reactivo limitante, el reactivo en exceso y la cantidad (teórica) de precipitado se detallan en el punto 3.4 de este informe. En la siguiente tabla se resumen esos resultados Reacción Nº 1 2 3
Reactivo A:
Reactivo B:
( )
(gramos)
(gramos)
0,021 0,086 0,115
0,166 0,166 0,166
Tipo de reactivo Limitante
En exceso
Cantidad (teórica) de precipitado
( ) ( ) ( )
0,029 0,086 0,115
3. Describir las posibles fuentes de error. o
Errores de medición.- las discrepancias entre los valores teóricos y experimentales de
las cantidades obtenidas sugieren errores en la medición del reactivo limitante (principalmente). Esos errores pueden provenir de: ▪
Los materiales empleados.- todo instrumento (probetas, balanza) tiene asociado una apreciación limitada y un error sistemático.
▪
El observador.- puede que hayamos cometido errores de apreciación (debido a las limitaciones de nuestros sentidos) y de posición (error de paralaje)
o
Concentración real de los reactivos .- es otra posible fuente de errores
o
Variaciones en las condiciones experimentales
4. Trazar las gráficas con los valores calculados y obtenidos (gr. de producto & ml del reactivo variante) ▪
Masa Experimental y teórica del producto respecto a la masa del reactivo limitante ( )
Masa real y teórica respecto a la masa del Reactivo Limitante 0,14
) r g 0,12 ( o t 0,10 c u d 0,08 o r p l 0,06 e d 0,04 a s a 0,02 M
0,00 0,000
0,020
0,040
0,060
0,080
Masa del Reactivo Limitante, KI (gr) Masa real producto
Masa teórica producto
0,100
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▪
Masa Experimental y teórica del producto respecto al volumen del reactivo limitante ()
Masa real y teórica respecto al volumen del Reactivo Limitante 0,14 ) r 0,12 g ( o t 0,10 c u d 0,08 o r p l 0,06 e d a 0,04 s a M0,02
0,00 0
2
4
6
8
10
12
Volumen del Reactivo Limitante, KI (ml) Masa real producto
Masa teórica producto
5. Explique la diferencia entre reacción química y ecuación química. ▪
Una reacción química es un proceso por medio del cual las moléculas de las sustancias (reactivos) reaccionantes cambian, originando como resultado moléculas de sustancias distintas
▪
Una ecuación química es una representación (descripción) teórica del proceso, en la que figuran el tipo y la cantidad de los elementos reaccionantes y del producto. Esta representación se basa en las leyes que describen el comportamiento cuantitativo de las reacciones químicas
6. ¿Por qué se dice que una reacción química cumple con la ley de la conservación de la materia? Porque la cantidad de materia (masa) antes de la reacción es la misma durante y después de la reacción, es decir, no se crea ni se destruye materia.
7. ¿Qué es un catalizador? Dé 3 ejemplos de reacciones químicas que utilicen uno Un catalizador es una sustancia (compuesto o elemento) capaz de acelerar (catalizador positivo) o retardar (catalizador negativo o inhibidor) una reacción química, permaneciendo éste mismo inalterado (no se consume durante la reacción). Ej.: ▪
los derivados de benceno. Se usa como catalizador para la cloración de benceno y para la bromación.
▪
En muchas reacciones, la luz UV se usa como catalizador
▪
En las reacciones biológicas, los catalizadores por excelencia son las enzimas. Por ejemplo, la ARN polimerasa, para la sintesis de RNAm, la DNA polimerasa para la replicación del DNA
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8. En el compuesto . , calcule el porcentaje de: a) Agua, b) Oxígeno, c) Hidrógeno En la siguiente tabla se muestra las cantidades relativas de cada elemento en una molécula de . 2 : Elemento Ca Cl H O
Peso Atómico (Pat) 40 35 1,01 16
Nº de átomos (X) 1 2 4 2
Pat · x
%
40 70 4,04 32 146,04
27,4% 47,9% 2,8% 21,9% 100%
a) % de Agua = 2,8 + 21,9 = 24,7% b) % de Oxígeno = 21,9% c) % de Hidrógeno = 2,8%
9. Si se debe producir un mol de oxígeno por descomposición del bromato de potasio a) ¿Qué peso del bromato debe usarse? El bromato de potasio se descompone, a una temperatura ligeramente superior a su punto de fusión, en cloruro de potasio y oxígeno. 2 + → 2 + 3 (Dicho catalizador no experimenta cambios durante la reacción, por lo cual no aparece en la ecuación estequiométrica de la reacción). La cantidad —en gramos— de bromato de potasio ( ) que debe usarse para producir un mol de 2 es: 334 g de ________ 3 moles de
g de ________ 1 mol de 1 334 = = 111,33 3 3
b) ¿Cuánto moles se forman del producto sólido? 334 g de ________ 2 moles de
111,33 g de ________ moles de 111,33 2 = = 0,67 334
10. Encontrar el peso del oxígeno que se desprende si se descomponen por el calor 5.0 g de bromato de potasio. ¿Qué porcentaje de oxígeno se libera del bromato de potasio? Peso del oxígeno: 334 g de ________ 96 g de 5 g de ________ g de 5 96 = = 1,42 2 334 Porcentaje de oxígeno liberado respecto a la masa inicial de bromato de potasio: 1,42 100% = 28,7% 5
