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Qumica General e Inorgnica I Trabajo Prctico N 3 1er. cuatrimestre de 2004

TRABAJO PRCTICO No 3ESTEQUIOMETRA Y GASES

Objetivo Aplicar y verificar las leyes de las combinaciones qumicas y de losgases ideales.

Bibliografa CRC "Handbook of Chemistry and Physics"Brescia y otros: "Fundamentos de Qumica"

Gray y Haight: "Principios Bsicos de Qumica

A) Determinacin de la frmula mnima del clorato de potasio y ladensidad del oxgeno gaseoso

Introduccin

El clorato de potasio (KClO3) se descompone, a una temperatura ligeramente

superior a su punto de fusin, en cloruro de potasio (KCl) y oxgeno (O2). Este es un

mtodo para la preparacin de oxgeno en el laboratorio. A fin de acelerar la reaccin se

usa habitualmente dixido de manganeso como catalizador. La reaccin producida es:

)g(O2

3)s(KCl)s(KClO 23 +

La diferencia de peso antes y despus de la descomposicin corresponde a la masa

de oxgeno que se desprendi, lo cual permite calcular la cantidad de oxgeno presenteen el compuesto original, y por lo tanto, la frmula mnima del mismo.

El volumen del gas se determina haciendo que ste desplace agua de un matraz a

un vaso de precipitados, para luego medir el volumen del agua desplazada (ver

Figura 1). Esta tcnica es similar a la medicin del volumen de un slido por medio del

volumen de agua que desplaza.

Los dos valores obtenidos (masa y volumen de oxgeno) permiten calcular la

densidad del gas en las condiciones ambientales del laboratorio. Para corregir el valor

obtenido a condiciones normales de presin y temperatura usando la ecuacin de estado

de los gases ideales se deben conocer la presin atmosfrica y la temperatura ambiente.

El clorato de potasio funde a 368,4 C y se descompone a 400 C. El cloruro de

potasio tiene un punto de fusin de 776 C y se evapora a 1500 C. El mtodo decalentamiento utilizado est basado en stas propiedades de las dos sales.

Nota: Como el clorato de potasio tiende a absorber algo de agua, la sal se mantendrdurante la noche anterior en estufa a 105 C y ser enfriada en un desecador antes de

comenzar la clase.

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Tcnica

En un tubo de ensayos Pyrex limpio y seco coloque aproximadamente 0,5 g de

dixido de manganeso, tpelo y pselo con una aproximacin de 0,001 g. Agregue

alrededor de 1 g de clorato de potasio y vuelva a pesar tapado. Arme el aparato ilustrado

en la figura 1.

Tubo A Tubo B

Tubo C

Pinza de Mohr (colocar en el tubo

de vidrio miesntras no se usa)

FIGURA 1

Llene el matraz con agua comn y monte el aparato, excepto el tapn del tubo A

que cierra el tubo de ensayos. Aada suficiente agua al vaso para cubrir la punta del

tubo C, terminado en un extremo de vidrio, hasta una altura aproximada de 1 cm. Sople

por el tubo A para llenar el tubo B de agua. Despus eleve y baje el vaso varias veces

para desplazar hacia atrs y hacia adelante el agua del interior del tubo B, con el fin de

eliminar las posibles burbujas de aire. Eleve el vaso hasta que el nivel del agua en el

matraz (en la prctica no se usa un frasco como el de la figura) quede a unos cuantos

milmetros por debajo del extremo del tubo A (tubo corto). El agua no debe tocar este

tubo. Ahora cierre el tubo B con la pinza de Mohr y baje el vaso hasta apoyarlo en la

mesa. La punta estrecha del tubo C evitar que el agua situada antes de la pinza vuelva

al vaso. Recuerde que debe asegurarse que no queden burbujas de aire en el tubo B.Conecte con firmeza el tapn del tubo A al tubo de ensayos que contiene el clorato

(ste debe estar a temperatura ambiente; no ejerza demasiada presin para evitar

roturas). Abra la pinza de Mohr para comprobar que no haya fugas en las conexiones. Si

el aparato es hermtico, no debe haber flujo continuo de agua del matraz al vaso, an si

existe una gran diferencia de niveles de agua entre ambos recipientes.

Iguale la presin del tubo de ensayos y el matraz con la presin atmosfrica

externa elevando el vaso hasta que los niveles del agua en el vaso y el matraz sean

iguales. El valor de la presin atmosfrica puede obtenerse consultando al Servicio

Meteorolgico Nacional. Cierre la pinza del tubo B. Vace el vaso por completo, pero

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no lo seque (por qu?). Vuelva a colocar en el vaso el tubo C con la punta estrangulada

y retire la pinza del tubo de goma.

Realice el resto del experimento con cuidado.Tomando el mechero con la mano, caliente el clorato suavemente al principio y

ms fuertemente una vez fundido (ver gua no. 0), asegurndose antes de que la llaveest abierta. Regule el calentamiento de manera tal de mantener un flujo moderado deoxgeno. Evite un calentamiento excesivo; ste se evidenciar por la formacin de una

nube blanca en el tubo de ensayos. Contine con el calentamiento hasta que no sedesprenda ms gas (esto ocurrir cuando, al calentar, el nivel en el vaso se mantenga

constante). Bajo ninguna circunstancia deje que el nivel del agua en el matraz caiga por

debajo del extremo del tubo C (por qu?).

Retire la llama y permita que el tubo de ensayos se enfre a temperatura ambiente

(unos 10 - 15 min). Asegrese que durante el perodo de enfriamiento el extremo del

tubo C permanezca por debajo del nivel del agua en el vaso, pues parte del agua

regresar al matraz, haciendo disminuir este nivel. Equilibre nuevamente las presiones

interna y externa igualando los niveles en el vaso y el matraz. Cierre el tubo B con la

pinza. Retire el tubo de ensayos con su contenido, tpelo y pselo. La prdida de peso es

igual a la cantidad de oxgeno desprendido.

Vierta el contenido del vaso en una probeta graduada de 500 mL, limpia y seca, ymida el volumen con exactitud. El volumen de agua es el volumen de O2 generado a

temperatura y presin ambiente. Anote la lectura de la presin baromtrica. Mida la

temperatura ambiente y suponga que todo el aparato, una vez fro, est en equilibrio con

esta temperatura.

El oxgeno recogido en el matraz estar saturado con vapor de agua, de tal manera

que la presin del gas corresponder a la suma de la presin parcial de oxgeno y la

presin que ejerce el vapor de agua.

Pgas =Poxgeno +Pvapor de agua

Esta ltima puede conocerse consultando una tabla que proporcione la presin del

vapor del agua con la temperatura.

Como durante la experiencia se tuvo especial cuidado en igualar los niveles de

agua en el matraz y en el vaso de precipitados, la presin sobre ambas superficies ser

igual:

Pbaromtrica =Pgas

Pbaromtrica =Poxgeno +Pvapor de agua

pudindose as conocer la presin parcial del oxgeno. Aplicando la ecuacin de estado

de gases ideales:

T

VP

T

PV=

donde: Po = 760 Torr

Vo = volumen del oxgeno en condiciones normales de temperatura y presin

To = 273 K

P = presin del oxgeno en las condiciones experimentales

V = volumen de oxgeno = volumen de agua desplazada

T = temperatura ambiente en K

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se puede calcular Vo, es decir el volumen del oxgeno en condiciones normales.

B) Ensayo cualitativo

Se le proveer de un tubo de vidrio limpio y seco de unos 40 cm de longitud,

HCl concentrado y NH3 concentrado diluido a la mitad. Sujete el tubo en forma

perfectamente horizontal, tome dos trozos de algodn y humedezca uno con gotas de

solucin de HCl y el otro con gotas de solucin de NH3, coloque simultneamente losalgodones en los extremos del tubo y observe. Luego de unos minutos se ver un anillo

blanco de NH4Cl slido. Mida las distancias del anillo a cada trozo de algodn. Realice

la experiencia bajo campana.

Cuestionario

1) Defina frmula mnima y frmula molecular.

2) Cuando el xido de bario (BaO) se calienta en condiciones adecuadas adicionaoxgeno dando un xido de frmula BaOx. Una muestra de BaO que pesa 1,15 g

produce por calentamiento 1,27 g del producto. Cul es la frmula de ste?

3) Al ser calentado, el nitrato de sodio desprende oxgeno para formar nitrito de sodio.

Una mezcla de nitrato y nitrito de sodio que pesa 0,754 g pierde 0,064 g al ser

calentada. Calcule el porcentaje de nitrato de sodio en la muestra original.

4) Calcule el error absoluto, relativo y relativo porcentual que afecta a la pesada

efectuada para determinar la frmula mnima del clorato de potasio.

5) En base al trabajo prctico, cul habra sido el efecto de cada uno de los siguientes

factores sobre el valor obtenido para la densidad del oxgeno? (Llame real al valor

verdadero y exp al experimental):

a) No tomar en cuenta la presin de vapor de agua.

b) El clorato de potasio no se descompone totalmente.

c) Presencia de fugas de oxgeno.

d) El clorato de potasio est contaminado con una impureza inerte (por ejemplo arena).

e) El clorato de potasio est contaminado con una impureza que tambin da lugar a

desprendimiento de oxgeno (por ejemplo: dixido de plomo).

f) El tubo de ensayos contiene algunas gotas de agua antes de iniciar el experimento.

6) Se obtuvieron 0,003 moles de hidrogeno a 298K, los cuales ocupaban un volumen de

70,0 mL. Calcular la presin ejercida por el gas utilizando la ecuacin de los gases

ideales y la ecuacin de Van der Waals. Es correcta la aproximacin hecha en el

trabajo prctico? Repetir el clculo si el gas ocupara un volumen de 1 mL a la misma

temperatura. Discutir los resultados en base a las interacciones moleculares.

Las constantes de Van der Waals para el H2 son: a = 0,2444 dm6

atm mol-2

, b = 0,0266

dm3/mol.

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7) Si un mol de molculas de hidrgeno tiene una masa de 2 g, cul es la densidad del

hidrgeno en condiciones normales de presin y temperatura? Aclare suposiciones.

8) Discuta en trminos semicuantitativos los resultados obtenidos en la parte B de este

trabajo prctico. Discuta, en los mismos trminos, los fundamentos del mtodo de

difusin gaseosa de UF6 para el enriquecimiento del uranio.