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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIASEXTRACTIVASLABORATORIO DE QUÌMICA GENERALSesión No: 9 “ESTEQUIOMETRÍA”No. De Equipo: 3Nombre del profesor:- Juan Jasso CuadrosFecha de entrega: 10/12/Grupo: 1IMOBJETIVO GENERAL Aplicar el principio de conservación de l...

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS LABORATORIO DE QUÌMICA GENERAL

Sesión No: 9 “ESTEQUIOMETRÍA”

No. De Equipo: 3

Nombre del profesor: -

Juan Jasso Cuadros

Fecha de entrega: 10/12/2020 Grupo: 1IM4

OBJETIVO GENERAL 

Aplicar el principio de conservación de la masa en los cálculos estequiométricos relacionados con compuestos y reacciones químicas.

OBJETIVOS PARTICULARES

  

Identificar los conceptos fundamentales y metodológicos involucrados en los cálculos estequiométrico. Escribir la ecuación química balanceada y calcular el balance de masa de una reacción química. Constatar la importancia del balance de masa en la formación y ejercicio profesional del ingeniero químico.

 A partir de una investigación documental en fuentes bibliográficas y/o electrónicas, cada estudiante reportará en su bitácora los conceptos señalados en negritas en la introducción. Estequiometria:

Es el cálculo para una ecuación química balanceada que determinará las proporciones entre reactivos y productos en una reacción química. El balance en la ecuación química obedece a los principios de conservación y los modelos atómicos de Dalton como, por ejemplo, la Ley de conservación de masa que estipula que: la masa de los reactivos = la masa de los productos

Leyes ponderales: También llamadas leyes de las combinaciones químicas tratan de las cantidades de las sustancias que intervienen en las reacciones; en otras palabras; son las que rigen la proporción en masa y volumen para formar compuestos, para determinarlos se utilizan cálculos estequiométricos. y son: 1ª.- LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA MASA (Lavoisier, 1787) La suma de las masas de los productos reaccionantes es igual a la suma de las masas de los productos de la reacción. Esta ley afirma que en una reacción química la masa permanece constante. Esto implica que la masa que se consume de los reactivos es la misma que se obtiene de los productos de la reacción. Otra manera de enunciarla sería: en una reacción química, la materia no se crea ni se destruye, sino que se transforma permaneciendo constante. Solo existe una única excepción a esta ley: las reacciones nucleares en las que parte de la materia se transforman en energía. De esta ley se deduce que el número de átomos permanece constante una reacción. 2ª.- LEY DE LAS PROPORCIONES DEFINIDAS o CONSTANTES (Proust, 1799) Cuando dos o más elementos (o sustancias), se unen para formar una sustancia determinada, lo hacen siempre en proporciones fijas y determinadas. Esta ley afirma que cuando viarias sustancias se unen para formar un compuesto, lo hacen siempre en una relación constante de masa. Esta ley tiene implicaciones importantes. Por ejemplo, a la hora de determinar la fórmula molecular de un compuesto, podemos asegurarnos que los subíndices de cada elemento son fijos.

3ª.- LEY DE LAS PROPORCIONES RECÍPROCAS o DE LOS PESOS DE COMBINACIÓN (Richter, 1792).

Esta ley afirma que la masa de dos elementos diferentes que se combinan con una misma cantidad de un tercero guarda la misma relación que las masas de los elementos cuando se combinan entre si. En química moderna, el peso equivalente se usa en las reacciones ácido-base y las reacciones redox (reducción-oxidación) para calcular la cantidad de materia que proporciona 1 mol de iones de hidrógeno en el primer caso o de la cantidad de electrones que se consumen en el segundo. Etimológicamente "ponderal" proviene del latín "ponderare" que significa "pesar, estimación del peso". La Ley de Ritcher permite establecer el peso equivalente o peso equivalente - gramo, que consiste en la cantidad de una sustancia que reaccionará con una cantidad determinada de otra. Las masas de elementos diferentes, que se combinan con una misma masa de otro elemento, son las mismas son las mismas con las que se combinarían entre sí, si la reacción es posible, o son sus múltiplos o sus submúltiplos. 4ª.- LEY DE LAS PROPORCIONES MÚLTIPLES (Dalton, 1803). Esta ley afirma que la presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales que ejercen cada uno de los gases que la componen. Por lo tanto, esta ley se puede expresar como: PTotal = p1 + p2 +...+ pn Donde p1, p2, ..., pn son las presiones parciales de cada uno de los gases de la mezcla. Las cantidades de un mismo elemento que se combinan con una cantidad fija de otro, para formar varios compuestos, están en la relación de los números enteros y sencillos. 5ª.- LEY DE LOS VOLÚMENES DE COMBINACIÓN (Gay-Lussac, 1808). Los volúmenes, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, de las sustancias gaseosas que intervienen en una reacción química, están en una relación de números enteros y sencillos. 6ª.- LEY DE AVOGADRO (1811). A igualdad de presión y temperatura, volúmenes iguales de sustancias gaseosas con tiene el mismo número de moléculas.

Formula química:

Representación de aquellos elementos que forman un compuesto. La fórmula refleja la proporción en que se encuentran estos elementos en el compuesto o el número de átomos que componen una molécula. Algunas fórmulas incluso aportan información sobre cómo se unen los átomos a través de los enlaces químicos y cómo se distribuyen en el espacio. Para nombrar una fórmula química hay que seguir las reglas de nomenclatura que se denominan formulación química. Una fórmula exhibe símbolos y subíndices: la formulación química establece que los símbolos indican los elementos presentes en el compuesto y los subíndices señalan la cantidad de átomos presentes en el compuesto de cada elemento. Hidrato: Hidrato es un término utilizado en química orgánica y química inorgánica para indicar que una sustancia contiene agua. Son compuestos definidos y no sustancias más o menos humedecidas, porque su composición es constante sea cual fuere el método de preparación y el tamaño de los cristales y porque la reacción entre el número de moles de la sal anhidra y el del agua combinada es una fracción muy sencilla. Reacción química: son procesos termodinámicos de transformación de la materia. En estas reacciones intervienen dos o más sustancias (reactivos o reactantes), que cambian significativamente en el proceso, y pueden consumir o liberar energía para generar dos o más sustancias llamadas productos. Ecuación química balanceada: Es una ecuación algebraica que proporciona los números relativos de reactantes y productos en la reacción y tiene el mismo número de átomos de cada tipo tanto del lado izquierdo como del lado derecho de la ecuación, es decir, aquí se aplica la ley de la conservación de la materia. Balance de materia: Es un método matemático utilizado principalmente en ingeniería química. Se basa en la ley de conservación de la materia (la materia ni se crea ni se destruye, solo se transforma), que establece que la masa de un sistema cerrado permanece siempre constante (excluyendo las reacciones nucleares o atómicas en las que la materia se transforma en energía según la ecuación de Einstein E= mc2, y la materia cuya velocidad se aproxima a la velocidad de la luz). La masa que entra en un sistema debe salir del sistema o acumularse dentro de él, así: Entradas= salida + acumulación. Los balances de materia se desarrollan comúnmente para la masa total que cruza los límites de un sistema. También, pueden enfocarse a un elemento o compuesto químico. Cuando se escriben balances de materia para compuestos específicos y no para la masa total del sistema, se introduce un término de producción (que equivale a lo que se genera en la reacción química menos lo que desaparece):

Entradas + producción= salida + acumulación Concentración de materias primas: Se determina mediante el mol, el cual corresponde a una unidad de concentración que estima la cantidad de materia presente en una solución. Presencia de impurezas inertes: Presencia de una sustancia en otra en tan baja concentración que no puede ser medida cuantitativamente por los métodos analíticos ordinarios. A la hora de sintetizar una sustancia siempre aparecen ciertas impurezas, es imposible preparar una sustancia idealmente pura. Existencia de reactivo en exceso: El reactivo en exceso será aquel que no se agote por completo durante la reacción. La cantidad de producto que se obtenga de la reacción dependerá siempre de la cantidad de reactivo limitante que se tenga en la reacción. Conversión parcial del reactivo limitante: Es aquel reactivo que está presente en una proporción menor a la estequiométrica en relación con los demás reactivos. Rendimiento del producto: Es la cantidad de producto obtenido en una reacción química. El rendimiento absoluto puede ser dado como la masa en gramos o en moles (rendimiento molar). Base de cálculo: Es el factor de conversión o datos que ya se tienen para llegar al resultado esperado, si la base de cálculo está expresada en términos molares, los cálculos deberán realizarse mediante la aplicación de factores o relaciones molares; en caso contrario, la base de cálculo debería convertirse a unidades de masa antes de aplicar las relaciones o factores en masa. Diagrama de proceso: Un proceso se puede definir como "un conjunto de actividades, acciones o toma de decisiones interrelacionadas, caracterizadas por inputs y outputs, orientadas a obtener un resultado específico como consecuencia del valor añadido aportado por cada una de las actividades que se llevan a cabo en las diferentes etapas de dicho proceso". Los diagramas de procesos son la representación gráfica de los procesos y son una herramienta de gran valor para analizar los mismos y ver en que aspectos se pueden introducir mejoras. Lo más importante para representar gráficamente un proceso es identificar el Inicio y el Fin del proceso. Esto debe ser acordado por el grupo de trabajo. Tabla de datos:

Es una disposición de datos en filas y columnas, o en algunas ocasiones en una estructura más compleja. Son ampliamente utilizadas en comunicación, investigación y análisis de datos. Tabla de resultados. Es una disposición de fila de la cuadrícula de datos corresponde a una observación y las columnas (también llamadas variables) contienen información relativa a las observaciones. Donde lo que se registran son resultados obtenidos a raíz de algo.

 Elabora un diagrama de bloques para cada uno de los experimentos que se describen a continuación.

Transformación del cobre en nitrato de cobre (II)

cobre + ácido nítrico → nitrato de cobre (II) + óxido de nitrógeno (IV) + agua En un vaso de precipitados de 250 mL, colocar 1.0 g de la muestra de cobre limpia y seca,

Agregar poco a poco 6 mL de ácido nítrico concentrado, hasta lograr la disolución completa del cobre.

Para disolver el cobre metálico, opera dentro de la campana de extracción

Evitando así el contacto con vapores tóxicos

Transformación del nitrato de cobre (II) en hidróxido de cobre (II)

Diluir la solución obtenida con 100 mL de agua destilada y mezclar bien. Mientras se agita la disolución que contiene el nitrato de cobre, agregar lentamente 50 mL de hidróxido de sodio 2.0 M hasta obtener un precipitado uniforme.

En la adición de la solución de hidróxido de sodio a la solución acida, puede haber proyecciones.

Transformación del hidróxido de cobre (II) en óxido de cobre (II)

Calentar el vaso de precipitados que contiene el hidróxido de cobre (II) sin llegar a la ebullición,

La reacción finaliza con la aparición de un precipitado obscuro

mientras agitas la suspensión con una varilla de vidrio.

Dejar reposar y decantar el sobrenadante, puedes emplear una pipeta Pasteur para extraer la mayor cantidad de líquido, sin eliminar nada de sólido.

Proceder a lavar con agua destilada al menos en dos ocasiones.

Transformación del óxido de cobre (II) en sulfato de cobre (II)

Agregar 20 mL de ácido sulfúrico 2.0 M

Agitar lentamente hasta disolver por completo el precipitado.

Transformación del sulfato de cobre (II) en cobre

Agregar 1.5 g de zinc para reducir todo el cobre (desaparición del color azul de la solución), con la respectiva aparición del cobre metálico en el seno de la solución.

Lavar el cobre metálico con agua destilada, al menos en dos ocasiones y proceder a eliminar toda el agua por evaporación total (placa de calentamiento).

Cuantificar la cantidad de cobre metálico obtenido para poder calcular el rendimiento del ciclo.

REFERENCIAS:

Agregar 3 mL de ácido clorhídrico

Dejar sedimentar el cobre formado y decantar cuidadosamente, evitando la pérdida de cobre.

Agita mientras se calienta en la placa de calentamiento sin llegar a la ebullición, hasta que cese la efervescencia, con el objetivo de eliminar el posible exceso de zinc.

El desprendimiento de un gas da evidencia de zinc en exceso.

Base de datos química (s.f) https://es.wikipedia.org/wiki/Base_de_datos_qu %C3%ADmica#:~:text=Una%20base%20de%20datos%20qu%C3%ADmica,s %C3%ADntesis%20qu%C3%ADmicas%2C%20y%20datos%20termodin%C3%A1micos. Economipedia (s.f) base de cálculo, https://economipedia.com/definiciones/base-decalculo.html Gestión de calidad y mejora de procesos aplicación de bibliotecas y centros de comunicación (s.f) base de cálculo. https://www.sedic.es/autoformacion/seccion6_DProcesos.htm Wikipedia, (s.f) rendimiento químico, https://es.wikipedia.org/wiki/Rendimiento_qu %C3%ADmico Fernández Y. (21 de marzo 2010) balance de materia con reacción química. https://issuu.com/yoly10/docs/balance_de_materia_con_rq química general (s.f) reactivo limitante y reactivo en exceso. http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/43-reactivo-limitante-y-reactivo-enexceso.html Conceptodefinicion.de, Redacción. (26 de julio del 2019). Definición de Impurezas. https://conceptodefinicion.de/impurezas/ Significados (s.f) que es concentración química , https://www.significados.com/concentracion-quimica/#:~:text=La%20concentraci %C3%B3n%20qu%C3%ADmica%20es%20la,que%20se%20considere%20una%20soluci %C3%B3n. Deiana C. (s.f) Departamento de Ingeniería Química – FI – UNSJ. Balance de masa. http://www.fi.unsj.edu.ar/asignaturas/introing/BalanceDeMasa.pdf Estequiometria de reacciones químicas, (s.f) reacciones químicas http://univirtual.utp.edu.co/pandora/recursos/1000/1213/1213.pdf...