FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
PRÁCTICA:
N° 07 OBTENCIÓN DE SUSTANCIAS GASEOSAS
FECHA DE PRÁCTICA: 28/05/2018
DOCENTE: Mg. INÉS SANTOS RIVERA GAMBOA
INTEGRANTES: -
AGUI AGUILA LAR R REQU REQUEJ EJO, O, AARÓ AARÓN N STEV STEVEN EN BOCA BOCANE NEGR GRA A RODR RODRÍG ÍGUE UEZ, Z, MIG MIGUE UELL SERI SE RIN N NER NERY, Y, ELME ELMER R RIC RICAR ARDO DO TÁVA TÁVARA RA UCAÑ UCAÑAY AY,, JOS JOSÉ É EDU EDUAR ARDO DO VILL VILLAN ANUE UEVA VA ORBE ORBEGO GOSO SO,, KA KATH THER ERIN INE E
Práctica N° 7 OBTENCIÓN DE SUSTANCIAS GASEOSAS OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA ● Desarrollar habilidad en la aplicación de la técnica de producción de sustancias gaseosas. ● Preparar pequeñas cantidades de hidrógeno, dióxido de carbono, oxígeno, etc. ● Identificar algunas propiedades físicas y químicas de estos compuestos. ● Verificar las reacciones de identificación del hidrógeno, dióxido de carbono y oxígeno.
FUNDAMENTO TEÓRICO En el estado gaseoso, las moléculas están separadas, se mueven más rápidamente que en el estado líquido y ocupan el volumen total del recipiente que los contiene.Las interacciones entre las partículas son muy débiles y elasticas. Debido a estas características, el almacenamiento y manejo de gases es mas complicado que el de líquido. El nitrógeno, hidrogeno y oxigeno se venden en cilindros de metal a alta presión. En el laboratorio, como se requiere solamente pequeñas cantidades con fines de estudio conviene obtenerse el gas por medio de alguna reacción química. La preparación de diversos compuestos se consigue aplicando los diferente tipos de reacciones químicas y se puede realizar en el laboratorio a escala reducida con fines demostrativos. La generación de productos gaseosos en el laboratorio puede conseguirse mediante el empleo de equipos sencillos y reactivos de fácil disponibilidad.
GENERADOR DE GASES Un generador de gases es esencialmente un recipiente que contiene el gas desprendido en la reacción y un tubo de salida para el gas. El aparato puede ser un tubo de ensayo con un tapón de corcho atravesado por un tubo de vidrio que puede conectarse a una manguera, uno más complicado consta de un matraz con salida lateral, conectada a una manguera y a un embudo de separación.
RECOLECCIÓN DE GASES
Una vez que se haya generado el gas, se requiere recolectar y/o medir su volumen. Hay algunos métodos para medir su volumen, por ejemplo por desplazamiento del aire, por desplazamiento del agua y por desplazamiento del mercurio.
MEDICIONES DE SUSTANCIAS GASEOSAS A diferencia de los liquidos, los gases pueden comprimirse.La densidad de un gas varia en función de la presión y la temperatura. De acuerdo con la ecuación de los gases perfectos:
EL HIDRÓGENO El hidrógeno con número atómico 1 y peso atómico 1,008 es el elemento más simple de los elementos conocidos. En el estado atómico, el hidrógeno tiende a combinarse para formar hidrógeno molecular a través de la reacción exotérmica: H + H -> H2 H° = 436.4 KJ El hidrógeno molecular es un gas incoloro e inocuo, que hierve a 252,9 EC. El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo, constituyendo el 70% de su masa total. Es el tercer elemento en abundancia de la corteza terrestre. La producción de hidrógeno en el laboratorio es un proceso simple. Existen dos métodos conocidos.
1. Metal activo más agua: Algunos de los metales más activos (litio, sodio, potasio, cesio, calcio) reaccionan con agua fría; el magnesio reacciona con agua caliente un ejemplo de tal reacción es: Ca + 2 H2O -> Ca(OH)2 + H2
2. Metal activo más ácido diluido: En general, los metales que son mas activos que el hidrógeno reaccionan con ácidos diluidos para producir hidrógeno gaseoso y una sal. Ejemplo: Zn + H2SO4 -> ZnSO4 + H2 Primer elemento de la tabla periódica. En condiciones normales es un gas incoloro, inodoro e insípido, compuesto de moléculas diatómicas, H2. El átomo de hidrógeno, símbolo H, consta de un núcleo de una unidad de carga positiva y un solo electrón. Tiene número atómico 1 y peso atómico de 1.00797. Es uno de los
constituyentes principales del agua y de toda la materia orgánica, y está distribuido de manera amplia no solo en la Tierra sino en todo el universo. Existen 3 isótopos del hidrógenos: el protio, de masa 1, que se encuentra en el 99.98% del elemento natural; el deuterio, de masa 2, que se encuentra en la naturaleza aproximadamente en un 0.02%; y el tritio, de masa 3, que aparece en pequeñas cantidades en la naturaleza, pero que puede producirse artificialmente por medio de varias reacciones nucleares.
EQUIPOS, MATERIALES Y REACTIVOS EQUIPOS - Una balanza analítica o de triple brazo MATERIALES - Una bureta de 50 ml. - Un matraz Erlenmeyer - Un vaso de precipitación - Una fiola de 100 ml o 200 ml REACTIVOS - Acido clorhídrico - Carbonato de sodio - Fenoltaleína
- Un frasco lavador ( pizeta ) - Un embudo de vástago corto - Una pipeta de 5 ml
- Hidróxido de sodio - Biftalato de potasio - Agua destilada
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL EXPERIMENTO N°1 OBTENCIÓN DE HIDRÓGENO 1. Instale un equipo generador de gases. 2. Agregue el matraz Kitasato o al tubo de ensayo 2 gramos de Zn en granallas.
3. Llene el embudo de separación con una solución de HCL 0,5 M y abra la llave para que caiga el ácido dentro del matraz gota a gota. 4. Note si se produce un gas y observe también su velocidad relativa de producción. Escriba la reacción química balanceada.
Zn 2HCl= ZnCl2+ H2 5. Hacer burbujear el hidrógeno en una solución jabonosa. Procurar formar burbujas de jabón, que se suspenderán en el aire debido a la diferencia de densidad entre el aire y el hidrógeno. Acercar la llama del mechero a las burbujas de hidrógeno. Anote las observaciones.
Observaciones: -
Se observa que se produce una obtención de gas al calentar el hidrógeno y eso nos damos cuenta por la reacción química que produce. Asimismo tiende a secarse en todo el contorno del tubo de ensayo lo cual dejaría de ser líquido pasando a gaseoso.
6. En una cubeta de agua, llene un tubo de ensayo e inviértalo el cual debe estar lleno de agua hasta un poco más arriba de la mitad, luego haga burbujear en su interior hidrógeno hasta el total desplazamiento del agua. Coloque el tubo de hidrógeno boca arriba. Espere unos segundos, aproxime ahora la llama de una vela encendida. Observe como se quema el hidrógeno.
Observaciones: -
Al colocar más agua en el tubo de ensayo la reacción química tiende a ser más lenta pero con el equipo de generador de gases, se observó que forma burbujas en el recipiente por lo tanto se infiere que dicha reacción se convierte en una obtención de gas.
EXPERIMENTO N°2: OBTENCIÓN DE DIÓXIDO DE CARBONO: 1. Instale un equipo generador de gases. 2. En un tubo de ensayo agregue 2 gramos de carbonato de calcio, luego agregue 5 ml. de agua destilada y agite. Observe la solubilidad del carbonato. 3. Vierta unos pocos ml. de HCL 6M e inserte un tapón. Burbujee el CO2 liberado en un tubo de ensayo que contenga 10 ml, de agua, dos gotas de NaOH al 10% y dos gotas de solución de fenoltaleina. Anote los resultados. Describa las reacciones:
HCL + NAOH = NACL + H 2O Ca(OH)2 + CO2
CaCO3 + H2O
4. Burbujee ahora el CO2 liberando dentro de un tubo de ensayo que contenga 5 ml, de agua destilada ¿Qué observa?
Observaciones: -
Se observa que durante la reacción química el CO2 ocurre una producción de gas ya que actúa en ella diferentes cambios que lo hace diferenciar y todo esto fue hallado con el equipo generador de gases.
5. Retire el tubo de ensayo con agua y burbujee el CO2 , dentro del tubo de ensayo que contiene agua de cal Ca(OH)2 ¿Qué observa?. Describe los resultados, la formación de un precipitado lechoso que indica la presencia
de CO2. La solución de hidróxido de calcio preparada al disolver la cal (CaO) en agua, se conoce como agua de cal.
Observaciones: -
Dentro del tubo de ensayo ocurre una presión que al momento de añadir cal, la reacción se cuantifica mucho más debido a los elementos que actúan en ella. También, los resultados suelen ser que se halla un precipitado al colocar Ca(OH)2 por ser un hidróxido, a la vez, la solución de cal se obtiene de dicha combinación de la reacción química donde se evidencia claramente la obtención de gas.
TRATAMIENTO DE DATOS CONCLUSIONES DE LA PRÁCTICA -
Existe una presión donde sus moléculas se mueven libremente y chocan con cualquier superficie con la que hacen contacto. Las unidades de presión de los gases incluyen milímetros de mercurio (mmHg), torr, pascales y atmósferas. Una atmósfera es igual a 760 mmHg, o 760 torr.
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Las relaciones de presión-volumen de los gases ideales están gobernadas por la Ley de Boyle: el volumen es inmensamente proporcional a la presión (a t y n constantes).
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Las relaciones de cantidad-volumen de los gases ideales son se describen por la ley de Avogadro: volúmenes iguales de gases contienen igual número de moléculas (a la misma T y P).
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La ecuación del gas ideal, PV=nRT, combina las leyes de Boyle, Charles y Avogadro. Esta ecuación describe el comportamiento del gas ideal.
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La ley de Dalton de las presiones parciales establece que, en una mezcla de gases, cada gas ejerce la misma presión que ejercería si estuviera solo y ocupa el mismo volumen.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ● QUÍMICA BÁSICA, James E. Brady, Editorial Limusa, México (1988). ● QUÍMICA GENERAL MODERNA, Babor - Ibarz, Editorial Marín S.A., España (1979). ● QUÍMICA, Raymond Chang, McGraw - Hill, Inc. México (1994). ● ATLAS DE QUÍMICA, M.A. Febrer Canals, Ediciones Jover, S.A. - Barcelona, 1988.
CUESTIONARIO 1. ¿Qué otras sustancias gaseosas podría obtener a nivel de laboratorio?. Indique las reacciones. ·
- HDO3 + CU --> CU (NO3)2 + NO + H2O Ácido + cobre --> Nitrato de cobre + Monóxido de Nitrógeno + Agua
·
- NH4CI + NaOH --> NaCI + NH3 + H2O
Cloruro de Amonio + Hidróxido de Sodio --> Cloruro de sodio + Amoniaco + Agua 2. Investiga como se prepara industrialmente el nitrógeno. · ·
- La conversión de metano (Gas natural) que, hoy en día, suministra el tonelaje más importante, ósea alrededor del 70%. - La extracción de gases de coque.
·
- La electrolisis del agua.
3. Menciona las principales propiedades físicas y químicas que presentan el cloro. ·
Número Atómico: 17
Olor irritante
·
Masa atómica: 35,45
Altamente tóxico
·
Gas incoloro:
4. Describa el color y el olor del dióxido de carbono. - Color: Incoloro --> Producto de desecho producido por el cuerpo - Olor: Inoloro --> Producto de la combustión de algunos hidrocarburos 5. ¿Cómo se demuestra químicamente la presencia del CO2? Vertiendo H20 en presencia del CO2 y así generar un ácido H2CO3 el cual al ser medido con un papel universal a pH-metro debe marcar en una escala de 6 a 1. 6. Menciona las principales propiedades que presenta el Acetileno. - Es un gas altamente inflamable - Más ligero que el aire. - Incoloro. - Produce una llama de hasta 3000°C - Densidad 1,1 kg/m3 7. De los gases producidos en la práctica, indique usted como se podrían producir las mismas sustancias pero con otros reactivos comunes a nivel de laboratorio. · -
H2 --> Zn + H2SO4 --> ZnSO4 + H2 CO2 --> C6 H12 O6 + 6O2 --> 6CO2 + 6H2O C2H2 --> CH9 + O --> C2H2 + 3H3
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Cl2 -->eNaCl + 2H2O --> NaOH + H2 + Cl2
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CaCO3 + O --> CaO + CO2
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HnO2 + HCI --> MnCI3 + H2O + Cl2
8. ¿Cómo se miden los moles en las sustancias gaseosas? Formula: Pv= nRT
9. ¿Una sustancia en estado gaseoso y en atmósfera anhidra, puede presentar carácter ácido, básico, neutro? Depende de la naturaleza del gas, es de saber que todos los gases tiene sus propiedades y estas son las que determinan el carácter básico, ácido y neutro. 10. ¿Donde encontramos dióxido de carbono en la tierra? - Incendios Naturales - Chimeneas de fábricas que queman el carbón. - Los motores de los automóviles. - En la atmosfera. - Intercambio gaseoso de los seres vivos. 11. Aplicaciones del dióxido de carbono para los humanos. - En la industria agroalimentaria para la carbonización de bebidas, sodas a aguas minerales. - Se usa como una atmósfera de inertización para la soldadura o la manipulación de materias inflamables, ya que crea una atmósfera protectora que permite controlar la proliferación de organismos. - Permite controlar el pH, sobre todo durante el tratamiento de aguas residuales. 12. El papel del dióxido de carbono en los procesos ambientales. El CO2 juega un papel importante en los procesos vitales de plantas y animales, tales como fotosíntesis y respiración. 13. ¿Cómo se controlan los gases que se producen en un relleno sanitario? Se canalizan y conducen a un lugar en que se les pueda dar un destino adecuado. 14. ¿Qué es el gas natural? El gas natural constituye una importante fuente de energía fósil liberada por su combustión. 15. ¿Es el hidrógeno una fuente de energía? Si, debido a que contiene más energía que otros combustibles comunes por peso, pero el ser el elemento más ligero y estar en estado gaseoso a temperatura y presión ambientales, hace que tengan menos energía por volumen.
