UNIVERSIDAD DEL CAUCA Facultad De Ciencias Naturales, Exactas Y De La Educación Departamento de Química Laboratorio de química general I Periodo de 2017
RELACIONES DE MASA EN LOS PROCESOS QUIMICOS D.F. Rúales Martínez1 102216021356 H.Y Perez Benavides1 102216021248 1
ingeniería Física,Facultad de Ciencias Naturales Exactas y de la Educación, Universidad del Cauca, Popayán Colombia
Recibido: Abril 7 del 2017 Resumen
Esta práctica se trabajó la ley de Lomonósov-Lavoisier, la cual nos habla de la conservación de la materia, mediante un proceso que se basó en mezclar ácido nítrico, agua destilada, bicarbonato de sodio, ácido sulfúrico; obteniendo una solución de sulfato de cobre a la cual se le agrego zinc se mezcló y calentó finalmente se hizo el cálculo para saber qué porcentaje de cobre se recuperó. 1.
INTRODUCCIÓN
RENDIMIENTO DE UNA REACCIÓN:Teóricamente la reacción se realiza completamente, es decir, el rendimiento de la reacción es de un 100%, el denominados producto teórico, pero en realidad de los procesos químicos el rendimiento es inferior al 100%, producto real. Existen varias causas para esta disminución en elrendimiento como son reacciones incompletas, reacciones secundarias que llevan a otros productos, entre otros.
La estequiometria trata las relaciones cuantitativas de masa en una reaccion o proceso químico,es uni de los pilares en el desarrollo de la Química moderna como ciencia exacta.[1]. La estequiometría se refiere a las relaciones de masa y mol entre las sustancias que intervienen en una reacción química, esta es uno de los pilares que constituye a la química moderna, como una ciencia exacta. A partir de la estequiometría se han creado un serie de leyes cuantitativas que fueron sentando bases en la química moderna, entre esta tenemos una que es muy importante para larealización de procesos químicos en una reacción como lo es la ley de la conservación de la materia que menciona que la masa total de los reactivos mas los productos la reacción permanece constante.Mediante esta práctica se comprobara y se tratara de comprender que la ley de la conservación de la masa es supremamente importante ya que por medio de ella se pueden establecer análisis cuantitativos,rendimientos de los procesos medidas fisicoquimicas,etc.
Producto real % rendimiento = ------------------------------ x 100 Producto teórico En esta practica se observarán las relaciones de masa de cobre en una serie de reacciones en la que se forman diferentes compuestos de cobre,partiendo del elemeto metálico y llegando nuevamente a cobre metálico.Durante el desarrollo de la práctica se debe tener presente la estequiometria de las diferentes reacciones;entre ellas es importante resaltar las relaciones en masa que presenta el cobre con el ácido nitrico de acuerdo a las dos reacciones descritas(ver reacciones 1 y 2),la principal diferencia de estas reacciones es la obtención de dos diferentes oxidos de nitrogeno;uno,elóxido de nitrógeno,el cual es un gas icoloro,utilizado y producido por nuestro cuerpo en un gran numero de procesos bioquimicos,y otro el dióxido de nitrógeno,que es un gas café amarillento sumamente tóxico con un olor sofocante.[1]
REACTIVO LÍMITE :Un compuesto tiene proporciones definidas de sus elementos, pero por errores de calculo, medición, peso, entre otros factores que srcinan que un reactivo pueda limitar lacantidad de producto formado, no importando la cantidad que haya de los demás, este reactivo recibe el nombre de limite.
una del sustancia CRISTALIZACIÓN: adopta la forma de sólidoProceso cristalinodonde partiendo mismo producto fundido de sus disolución en un disolvente apropiado y/o de una fase de vapor sin pasar por el estado liquido. La cristalización de una sustancia pura de un solocompuesto componente se consigue al enfriarse por debajo de su punto de fusión.
Reacción 1: () → ()() ( ) ()
Reacción 2: () () → ( )() ( ) ()
1
Determinación del porcentaje de hidratación de un compuesto
2. ME TODOLOG Í A
G. Se retiró la pasta del fondo del tubo de centrifuga con una espátula al no quedar más precipitado en el tubo se agregó 0.4 de ácido Sulfurico 2 4 al vaso de precipitados,se agitó suavemente con la varilla de vidrio hasta disolución completa y se llevó a sequedad a 140 °C en la plancha de calentamiento.
Tabla 1. Materiales para el desarrollo de la práctica. MATERIALES Vaso de precipitados de 100mL -cant.2 Vidrio de reloj pequeño Varilla de vidrio Espatula Pipeta graduado de 5mL Probeta de 10 mL Frasco Lavador 1 tubo de Cetrifuga
REACTIVOS Laminas pequeñas de cobre metálico(0.1g) cido Nitrico concentrado(0,5mL) Bicarbonato de Sodio(0.4g) cido Sulfúrico con-
EQUIPOS Balanza Analítica
Centrifuga
H. Se dio un tiempo para que la temperatura del vaso de precipitados bajara y se lavó el recipiente con 0.5 mL de agua destilada,se agitó con una varilla de vidrio hasta disolución completa y se agregaron lentamente los 0.1g de
Plancha de calentamiento
centrado(0.4mL) Zinc metálico en polvo grueso(0.1g)
zinc,luego por se agrego Zinc hasta que la coloración verde producida la reacción.
I. Luego de lo anterior H, se decantó y se agregó agua 2 veces más consiguiente a esto se llevó a secado obteniedo cobre metálico,se prosiguó a pesar el cobre metalico+vaso de precipitados.
Fuente. EL Autor.
A. Se pesó un vaso de precipitados de 100mL limpio y seco.
3. DATO S Y RE SULTADO S
Tabular los datos, realizan las gráficas o los cálculos pertinentes a la práctica. (si se presentan algo extra lo envían a un anexo que no cuenta dentro de la paginación del informe como tal).
B. Se pesó un vidrio de reloj con 0.1g de cobre metálico en la balanza analítica. C.Se trasvazó el cobre a un vaso de precipitados,y dentro de la campana de extracción se agregaron 0.5mL de solución de ácido nítrico al 69%,d=1.40g/mL,se mezcló lentamente,hasta que se obtuvo una disolución completa del Cu y cesó de la salida de gas.se observó el color de la solución.
4. AN ÁL I SI S DE R E SUL TA DOS
C. Al ponerse en contacto rápidamente reacciona produciendo dióxido de nitrógeno, en unas burbujas de dióxido de nitrógeno.
D. Se calentó hasta sequedad el producto obtenido en el punto anterior dentro de la campana de extracción y sobre la plancha de calentamiento.
La reacción redox sin considerar los procesos intermedios posibles, sería: REDUCC: 4HNO3 + 2e- = 2NO2 + 2H2O + 2NO3 -
E. Se agregó 25mL de agua destilada, se agitó con varilla de vidrio hasta disolución completa.
OXIDAC:
F. Se pesó aproximadamente 0.4 g de bicarbonato de sodio en la balanza analítica y se agregó poco a poco a la solución obtenida en el paso E, se agitó con una varilla de vidrio obteniendo un precipitado que se trasvasó a un tubo de centrifuga y se separó mediante centrifugación,el Se verificó que el agua en la superficie del sólido no contuvieran 2+ en solución luego de esto se procedió a pa-
Cu - 2e = Cu2+
______________________________________________
4HNO3
+Cu
= Cu(NO3)2 + NO2 (gas) + 2H2O
Posiblemente las burbujitas más finas que se observan puedan proceder de la producción de óxido de nitrógeno(II), incoloro, menos soluble en el agua
sar aun recipiente deyaguas de desecho,luego de centrifugar se retiró el agua se volvió a disolver el decantado del compuesto a evaluar agregando agua,se procedió a pesar y tomando como referencia el pesaje de un grupo se agregó agua a los demás haciendo que las cantidades sean muy parecidas,se volvió a centrifugar durante 3 minutos,se retiró el agua y se prosiguió con la practica,luego de haber retirado los tubos de la centrifuga se trasvasó del tubo al vaso de precipitados con una minima cantidad de agua.
Según el proceso global: REDUCC: OXIDAC:
8HNO3 + 6e- = 2NO + 4H2O + 6NO3 3Cu - 6e- = 3Cu2+
__________________________________________________
2
Reconocimiento del material de laboratorio
8HNO3 +3Cu = 3Cu(NO3)2 + 2NO (gas) + 4H2O
lo obtuvo se debe a la baja pureza de los reactivos que participaron en ella. Finalmente, podemos afirmar que el rendimiento de una reacción será mayor en cuanto la diferencia existente entre el reac-
Tardó menos de 1 minuto en notarse verde azulada la disolución, después la disolución se tornaba completamente verdosa debido al nitrato de cobre. [3]
tivo límite y el reactivo en exceso sea mínima, esto a su vez depende de la pureza de los mismos, pues a mayor pureza de un reactivo, mayor será su capacidad para reaccionar completa-
Al mezclar el cobre con el ácido nítrico, la coloración de la solución se torna azul verdoso debido a que el cobre pasa de un estado de oxidación de 0 a +2.
mente con otro reactivo que sea igualmente puro. De esta manera, no habrá necesidad de aumentar o disminuir en cantidad cierta sustancia para cumplir la proporción estequiometria.
D. En este paso se eliminaron las moléculas de agua, seguidamente se adicionó bicarbonato de sodio, para la formación de carbonato de cobre como se muestra en la siguiente reacción:
En cuanto a la ley de la conservación de la materia, según los resultados obtenidos, no se cumple en este caso, pues en todas las reacciones la cantidad de materia que inició no fue igual a la
Cu(NO3)2 + 2NaHCO3 → CuCO3 + CO2 + 2NaNO3 + H2O
cantidad que se obtuvo como producto. Esto es debido a la naturaleza gaseosa de ciertos productos y al error experimental e
E.
instrumental.
F. G. H. I.
5. CONCLUSI ONE S •Se concluyó que la ley de la conservación de la materia nos indica que: “la cantidad de materia que inicia una reacción debe
En todas las reacciones llevadas a cabo, se puede notar la presencia siempre de un reactivo límite, que es aquel reactivo que en una reacción química se consume en primera medida, y que
ser igual a la cantidad que se obtiene como producto”.
determina la cantidad de producto o de productos obtenidos [4],
• Se determinó que el reactivo límite es la sustancia que durante
una reacción se gasta o consume en forma total antes de que el reactivo que a consecuencia de ello se encuentra en exceso, se consuma.
y a consecuencia de ello un reactivo en exceso. Esto se debe a que generalmente en el laboratorio es poco común tomar las cantidades precisas de cada uno de los reactivos que participan
• Se concluyó que el rendimiento permite establecer la efectivi-
en una reacción, para que estos reaccionen por completo. Es
dad de la reacción efectuada, la cual a su vez está dada por la pureza de los reactivos que participan en la reacción e indica además la diferencia existente entre el reactivo límite y el reactivo en exceso.
decir, experimentalmente es inviable medir la cantidad exacta de un reactivo para que reaccione completamente con otra cantidad exacta del otro reactivo que hace parte de la reacción, debido en su mayoría a que son grandes cantidades de reactivos.
• Se concluyó que el margen de error debe ser tenido en cuenta
Además de lo anterior, el rendimiento de la reacción está dado por la producción real, que es la obtenida experimentalmente y
como un elemento fundamental para la variación en los resultados.
la producción teórica, que supone una pureza del 100% de los
• Se observó que el rendimiento en una reacción es menor
reactivos. Por tal motivo, el rendimiento de las reacciones obtenidas en el laboratorio será mayor mientras la pureza de los reactivos aumente y por el contrario será menor a medida que
cuando alguno de losde reactivos alcanza a reaccionar completamente, la cantidad calor esnoinsuficiente, cuando hay reacciones laterales con diferentes productos o algunos de los productos reaccionan para formar nuevamente los reactivos.
disminuya la pureza de los mismos. Tomando en cuenta este
• Se observó que a pesar de que se considera que las reacciones
principio, sabiendo que los reactivos empleados en la práctica
y cambios químicos no son reversibles, durante la práctica se pudo comprobar que al llevar a cabo diferentes procesos químicos, se puede volver a obtener el producto con el que se partió inicialmente en la práctica, aunque probablemente este no se pueda recuperar en su totalidad.
no eran 100% puros y según los cálculos estequiométricos realizados, decimos que el bajo rendimiento de la reacción que así
3
Determinación del porcentaje de hidratación de un compuesto
• Se evidenció durante la práctica la presencia de reacciones en-
dotérmicas y exotérmicas.
[1]. CASTILLO, J.; VERGARA; H.; VIVAS; G.; MARTINEZ; C., ‘’manual de procedimiento de
• Se determinó que el uso del etanol (que se omitió en la práctica)
operación, mantenimiento y seguridad de los equipos de los laboratorios de docencia del departamento de química’’, Popayán, 2005. Pág. 44.
y el agua, actúa como un catalizador que permite la ionización de las diferentes sustancias; debido en gran parte al medio ácido presente (por el H 2 SO4 )
6. CONSULTAS COMPLE ME NTARI AS
[2].
6.1 Explicar cuáles fueron las causas y fuentes de error en el cumplimiento de la ley de la conservación de la masa.
[3]. http://www.heurema.com/QG34.htm Citado el 03/04/2017 a las 9:00Am
•La masa de un sistema crece porque recibe aportes externos de
materia, y cuando decrece es porque pierde partes de su materia,
[4].
que en su mayoría son debido a malas prácticas dentro del laboratorio, no es porque se destruyen. Así pues, la masa de un sistema cerrado, que no pueda intercambiar nada con su ambiente, no puede aumentar o disminuir. El rendimiento de una reacción depende de muchos factores, entre ellos, una buena toma de medidas, la pureza de los reactivos, es importante incluir factores como el error instrumental y experimental.
6.2 ¿Cuál es el punto de ebullición, fusión y densidad de las láminas del cobre? Punto de Ebullición Punto de Fusión Densidad
2595°C 1083°C 8.96 g/mL
6.3 ¿Cuál es la densidad, pH y solubilidad en agua del bicarbonato de sodio? Densidad pH
2.2x103 Kg /m3 en disolución saturada de
Solubilidad
10.3g / 100g de H2O
NaHCO3 → 8.4
6.4 ¿Cuál es el límite de explosión y punto de inflamación del etanol? LímitededeInflamación explosión Punto
CHANG, Raymond. Principios esenciales de química general, Raymond Chang. 11 edicion. Pág. 64
3.3-19 (%) 13°C(c.c)
7. BI BLI OGRAFÍ A
4
CHANG, Raymond. Principios esenciales de química general, Raymond Chang. 10ma edicion. Pág. 103
