Universidad Católica del Norte Departamento de Química Practica Nº 4

GASES Y ESTEQUIOMETRIA Recolección de gas en agua

En el laboratorio es muy fácil de obtener hidrogeno gaseoso a partir de la reacción de un metal con un ácido, en una reacción de desplazamiento, la velocidad de formación dependerá del tipo de metal, la fuerza y la concentración del acido.

Los gases son muy livianos, en especial el hidrogeno que es el elemento mas simple, su átomo consta de un protón y un electrón, su P.A. es 1,008 bajo condiciones ambientales, existe como molécula biatómica gaseosa, es muy poco soluble en agua lo cual es muy favorable para ser recogido en dicho elemento (el agua), el hidrogeno es el gas más liviano que existe, de modo que su peso resulta verdaderamente insignificante comparándolo con el peso del recipiente que lo contiene, el método directo de

pesada del volumen dado de gas es susceptible a errores considerables aunque se tomen las máximas precauciones.

Llevado a la práctica el volumen del gas recogido en agua, se mide observando el volumen del agua desplazada, teniendo en cuenta la presión y la temperatura pues es sabido que el volumen se afecta por estas dos últimas condiciones.

FUNDAMENTO TEORICO (gases)

Objetivos

1. Aprender a realizar un montaje para el análisis de un sistema en equilibrio.

2.Obtener Hidrógeno mediante la reacción de un metal (magnesio) con acido (clorhídrico). 3. Recolectar un gas sobre agua.

4. Aplicar la ecuación de estado y presiones parciales de los gases. 5. Establecer relaciones estequiometrias entre cantidades de sustancias que se combinan y las que se producen l reaccionar en un sistema químico simple

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FUNDAMENTO TEORICO (Ecuaciones y leyes)

Las condiciones más favorables para medir el volumen de un gas, son a la temperatura y presión existentes en el laboratorio. No obstante, cuando se recoge un gas sobre agua, el espacio sobre el agua no solo contienen el gas de interés sino también vapor de agua, que ejerce una presión parcial (véase la presión parcia de vapor de agua a diferentes temperaturas) También se debe considerar la presión que ejerce la columna de agua, en el caso que no pueda igualar los niveles de agua del eudiómetro y el vaso exterior.

ECUACION DE ESTADO

El estado de un gas puede describirse en términos de cuatro "variables de estado": presión, volumen, temperatura y número de moles del gas. El objetivo de esta ecuación es combinar estas variables de tal manera que definan el comportamiento de un gas ideal frente a cambios en dichas variables de estado.

!" = !"#

En donde, P se refiere a la presión expresada en atmosferas (1atm=760mmHg) V al volumen en litros, n corresponde al número de moles y T a la temperatura en kelvin (Cº+273).

R corresponde a la constante de los gases ideales y tiene un valor de:

0,082 atm.L/mol.K

Esta ecuación se define al combinar las relaciones existentes entre variables:

Ley de Boyle: PteconsV Atan

=

Ley de Charles: TteconsV B *tan=

Ley de Avogadro: nteconsV C *tan=

PRESIONES PARCIALES

También conocida como ley de Dalton para gases.

En una mezcla gaseosa cada componente ejerce una presión parcial igual a la que ejercería si estuviera solo en el mismo volumen, y la presión total de la mezcla es la suma de las presiones parciales de todos los componentes.

nT PPPPP ++++= ...321

Donde PT corresponde a la presión total del sistema, y las demás P1, P2, ..., Pn a la presión de cada componente gaseoso de la mezcla

CONDICIONES NORMALES

El término "Condiciones Normales" se suele utilizar habitualmente para la medición de volúmenes de gases en muchos campos de la ciencia, correspondiéndose a una temperatura de 0 °C (o 273,15 K) y a una presión de 1 atm. Teniendo como resultado el volumen de un mol de gas ideal en condiciones de 22,4 L.

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MATERIALES Y REACTIVOS

* Eudiómetro (1) * Tapón con gancho *Piseta *Vaso de precipitado 400ml (1) * Termómetro (1) * Probeta 5ml * Vaso de precipitado de 100ml (1) *Cinta Mg (40mg) * Regla * pinzas para bureta (1) * Azul de timol

Ácidos concentrados: * HCl

PROCEDIMIENTO: recolección de un gas en agua

1. Pese un trozo de cinta de magnesio entre 30 a 40 mg.

2. Enrolle la cinta en el gancho de cobre del tapón del eudiómetro.

3. En el vaso de precitado de 100ml adicione 10ml de agua destilada, 5ml de HCl concentrado y dos gotitas de indicador:

4. Llene el vaso de precipitado de 400ml con agua potable hasta la mitad (200ml).

5. Fije la pinza para bureta en el sector indicado (reja) para sostener el eudiómetro.

6. Tome la solución de ácido con indicador y viértala en el audiómetro.

7. Complete el volumen del eudiómetro con agua destilada, completamente hasta que rebalse.

8. Tape el eudiómetro con el tapón que lleva la cinta de magnesio.

9. Sostenga el tapón con el dedo y RAPIDAMENTE, invierta el eudiómetro para ser sumergido en el vaso precipitado con agua.

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10. Sumerja el eudiómetro hasta que el tapón toque la base del vaso, quedando firme en esa posición.

11. Sujete el eudiómetro con la pinza. 12. Introduzca el termómetro en el vaso de

precipitado para monitorear la temperatura del sistema.

13. Espere a la que reacción se suceda por completo (hasta que la cinta de magnesio desaparezca).

14. Retira el termómetro verifique la temperatura del sistema.

15. Mida: La columna de agua en milímetros (mm) con ayuda de una regla, desde donde termina el volumen del gas, hasta donde comienza el volumen del agua del vaso) y el volumen de Hidrógeno obtenido.

16. Realiza los cálculos que se le indicaran a continuación.

Cálculos

El sistema para la recolección de Hidrogeno en agua, por la reacción de magnesio con ácido clorhídrico corresponde a un sistema de presiones parciales donde:

aguaColumnaaguaVaporHidrogenoAtm PPPP __ ++=

PAtm: Presión atmosférica medida con un barómetro en el laboratorio PHidrógeno: Presión del Hidrogeno, la desconocemos PVapor_agua: Presión del vapor de agua que depende de la temperatura del sistema (ver tabla presiones vapor) PColumna_agua: Presión de la columna de agua, depende de la altura de la columna de agua en milímetros.

Presión de la columna de agua:

Densidad Hg * altura Hg = densidad H2O * altura H2O

Altura Hg = 1g/mL * h mm

13,69 g/ml

Altura de la columna de agua= X mmHg

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Cálculos

Después de hallar la presión de la columna de agua, la atmosférica y la de vapor de agua, se procede a despejar la ecuación con los datos obtenidos experimentalmente, para determinar la presión del gas recolectado Hidrógeno.

aguaColumnaaguaVaporAtmHidrógeno PPPP __ −−=

Determinación del número de moles de hidrógeno obtenidos en la reacción:

Teniendo datos como la presión de hidrógeno (en atmosferas), el volumen de hidrógeno (en litros), la temperatura (en Kelvin), es posible determinar la cantidad de moles de Hidrogeno, aplicando la ecuación de estado

!" = !"# Porcentaje de rendimiento de la reacción:

Recordemos que el porcentaje de rendimiento corresponde a la cantidad de un sustancia obtenido realmente sobre la cantidad teórica por cien, cuando hablamos de cantidad nos podemos referir a moles o gramos. Para determinar el rendimiento de esta reacción es necesario determinar el número de moles teórico dado que el numero de moles real corresponde al ítem anterior.

Para ellos:

1. Escriba la ecuación de la reacción balanceada

2. Pase los miligramos de reactivo empleado (Mg) a moles PA Mg: 24,3 g

3. Establezca la relación estequiometrica entre el magnesio y el hidrogeno

4. Determine la cantidad de moles teórica.

5. Determine el porcentaje de rendimiento:

%  !"#$%&%"#'( =!"#$%  !  !"#"  !"#$   !"#!$%&!'()*

!"#$%  !  !"#"  !"ó!"#$  !  100

NOTA: en la relación de rendimiento recuerda que debe usar la misma unidad en el numerado y en el denominador, si usa moles debe hacerlo en ambos casos, si usa gramos de la misma forma.

Determinación del peso molecular del Magnesio:

A partir de la relación estequiometrica entre el producto obtenido en moles y la cantidad de reactivo en gramos.

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Departamento de Química Practica Nº4 TABLA: PRESION DE VAPOR DEL AGUA

°C P

mmHg T

°C P

mmHg T

°C P

mmHg -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

1,436 1,560 1,691 1,834 1,987 2,149 2,326 2,514 2,715 2,931 3,163 3,410 3,673 3,956 4,258 4,579 4,926 5,294 5,685 6,101 6,543 7,013 7,513 8,045 8,609 9,209 9,844

10,518 11,231 11,987 12,788 13,634 14,530 15,477 16,477 17,535 18,650 19,827 21,068 22,377 23,756 25,209 26,739 28,349 30,043 31,824 33,695 35,663 37,729 39,898 42,175 44,563 47,067

38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90

49,692 52,442 55,324 58,345 61,504 64,80 68,26

71,882 75,65 79,60 83,71 88,02

92,511 97,20

102,09 107,20 112,51 118,04 123,80 129,82 136,08 142,60 149,38 156,43 163,77 171,38 179,31 187,54 196,09 204,96 214,17 223,73 233,71 243,9 254,6 265,7 277,2

289,10 301,4 314,1 327,3 341,0

355,11 369,7 384,9 400,6 416,8

433,62 450,9 468,7 487,1 506,1

525,76

91 92 93 94 95 96 97 98 99

100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 120 125 130 135 140 145 150 175 200 225 250 275 300 325 350 360 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374

374,11

546,05 566,99 588,60 610,90 633,90 657,62 682,07 707,27 733,24 760,00 787,57 815,86 845,12 875,06 906,07 937,92 970,60

1 004,42 1 038,92 1074,56 1111,20 1148,74 1187,42 1227,25 1267,98 1 489,14 1 740,93 2 026,10 2 347,26 2 710,92 3 116,76 3 570,48 6 694,08

11 659,16 19 123,12 29 817,84 44 580,84 64 432,8 90 447,6

124 001,6 139 893,2 148 519,2 150 320,4 152 129,2 153 960,8 155 815,2 157 692,4 159 584,8 161 507,6 163 468,4 165 467,2 165 808,0