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Se llevo acabo una reacción entre el bicarbonato de sodio y el acido clorhídrico para determinar la cantidad de dióxido de carbono que se forma como producto. Utilizando métodos físicos se separa el producto gaseoso, para así determinar el volumen del gas y por medio de la ecuación de los gas...

Description

Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Ciencias Área de Química General Laboratorio de Química General 1

Practica No. 5 Determinación del Porcentaje de Rendimiento en una Reacción Química

Nombre: Luis Alfredo Alvarado Rodríguez Carné: 201612241 Instructor: Ingeniero Danilo Ajcip Sección: M2 Fecha de realización: 11/04/2016 Fecha de entrega: 26/04/2016

Resumen Se llevo acabo una reacción entre el bicarbonato de sodio y el acido clorhídrico para determinar la cantidad de dióxido de carbono que se forma como producto. Utilizando métodos físicos se separa el producto gaseoso, para así determinar el volumen del gas y por medio de la ecuación de los gases ideales calcular la cantidad en moles del gas. Sabiendo el peso atómico del dióxido de carbono se determino la cantidad producida de gas. Luego, a sabiendas de la cantidad de cada reactivo se realizaron las estequiometrias necesarias para determinar el reactivo limitante, y luego el rendimiento teórico. Demostrando que las reacciones químicas no se llevan a un 100% de rendimiento, ya que una parte de los productos vuelve a reaccionar en forma de reactivos sistemáticamente, en particular la reacción analizada presento un valor grande de rendimiento ya que uno de los productos es la formación de un gas, y el gas fue removido de los demás productos así que se evito que reaccionará en sentido contrario. Conociendo el rendimiento teórico y el rendimiento experimental de la reacción, se calculo el rendimiento porcentual para saber que tan eficiente es la reacción, con los mismos datos se calculo el error relativo entre el rendimiento teórico y el rendimiento experimental. Con métodos estadísticos se analizan los datos de las tres corridas para identificar que valor fue el mas difícil de recrear en el laboratorio, se idealizo la atmosfera a nivel del mar para facilitar los cálculos.

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Resultados Tabla No.1 Reaccion quimica balanceada

HCl + NaHC𝑂3 →

Reaccion 𝐻2 𝑂

𝐶𝑂2 + 𝐻2 𝑂 + 𝑁𝑎𝐶𝑙

Tabla No. 1 Gramos teóricos del gas formado (CO2) Corrida

Volumen (mL) Temperatura (K)

Presion (atm) Moles

Gas (g)

1

100

297.15

1

0.004101028

0.18044524

2

97

298.15

1

0.003964655

0.174444822

3

98

299.15

1

0.003992138

0.175654076

Tabla No. 2 Reactivo limitante Reactivo

Producto de CO2 (g)

Tipo

HCl

0.198

Exceso

NaHCO3

0.196

Limitante

Tabla No. 3 Rendimiento de la reacción Rendimiento experimental (g)

Rendimiento teorico (g)

Rendimiento porcentual

0.180

0.196

91.84%

0.174

0.196

88.78%

0.176

0.196

89.80%

Tabla No.4 Porcentaje de error relativo Rendimiento experimental (g)

Rendimiento teorico (g)

Porcentaje de error relativo

0.180

0.196

8.16%

0.174

0.196

11.22%

0.176

0.196

10.20%

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Interpretación de Resultados La reacción química que se aprecia al verter acido clorhídrico y bicarbonato de sodio en un medio acuoso (agua) da como resultado la formación de un gas, agua y cloruro de sodio, como se observa en la tabla numero uno de la sección de resultados. Ya que el bicarbonato de sodio es el reactivo en menor proporción estequiometria corresponde al reactivo limitante, y por lo tanto determina la cantidad máxima de gas que se formara. Es evidente que la cantidad de gas formado es menor al calcularlo por medio de la ecuación de los gases ideales que al calcularlo por estequiometria, se puede apreciar al comparar esos valores de la tabla numero uno y dos de la sección de resultados, eso es debido a varios factores, entre ellos la incerteza de los instrumentos. Ninguna reacción tiene un rendimiento del 100%, debido a que los productos obtenidos vuelven a reaccionar en sentido inverso. El rendimiento de la reacción esta entre los limites esperados, 91.84% lo cual indica que este tipo de reacción particularmente es muy eficiente, ya que el gas se aleja de los demás productos lo cual evita que reaccione en sentido contrario. La reacción fue difícil de recrear ya que el laboratorio no se fue capaz de controlar muchos factores, como la presión del recipiente que contenía al gas, la temperatura del mismo, entre otros. Es apreciable en la tabla numero cuatro de la sección de resultados de que el volumen del gas vario mucho entre corridas, una desviación estándar muy elevada. El error relativo entre el dato experimental y el dato teórico de gas formado es bajo, debido a que el rendimiento de la reacción fue alto. Dicho de otra manera, la diferencia entre los datos experimentales y teóricos fue bajo ya que la reacción en particular fue muy eficiente, el dato experimental se acero mucho al teórico.

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Conclusiones 1. El bicarbonato de sodio es el reactivo en menor proporción estequiometria corresponde al reactivo limitante, y por lo tanto determina la cantidad máxima de gas que se formara. 2. El rendimiento de la reacción esta entre los limites esperados, 91.84% lo cual indica que este tipo de reacción particularmente es muy eficiente, ya que el gas se aleja de los demás productos lo cual evita que reaccione en sentido contrario. 3. El error relativo entre el dato experimental y el dato teórico de gas formado es bajo, debido a que el rendimiento de la reacción fue alto.

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Procedimiento Material y Equipo

Vidrio de reloj

Kitazato de 500

Reactivos

Manguera

Vinagre (ácido acético al 4%)

Tapón de Hule

Ácido Clorhídrico

Probeta de 100 ml

Bicarbonato de Sodio

Cubeta plástica

Agua

Termómetro

Procedimiento: 1. Llenaron la cubeta con agua. Introdujeron la probeta de manera que no queden burbujas de aire

dentro de ella. La colocaron de forma

invertida. Colocaron el termómetro dentro de la cubeta. 2. Conectaron

un extremo de la manguera al kitazato. Luego el

extremo lo introdujeoron en la entren

probeta invertida procurando

burbujas de aire, de lo contrario deberá

repetir

otro

que no

hasta lograr

que no haya ninguna burbuja. 3. Tomaron la cantidad en gramos instructor

en un vidrio

de bicarbonato de sodio que indico el

de reloj,

ayudándose con una varilla de vidrio

y lo introdujeron en el

kitazato,

o una espátula.

4. Quitaron el tapón del kitazato y agregaron

el

agua al bicarbonato

de sodio. 5. Midieron

la cantidad de ácido clorhídrico que indique su instructor e

introdúzcalo en el kitazato teniendo cuidado de no derramar. 6. Realice 2 veces más el

mismo

procedimiento.

5

Hoja de Datos Originales

6

Muestra de Cálculo 7

La ecuación que se utiliza para un gas ideal como el que se analiza en esta practica es:

𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 (Ecuación

Donde:

No. 1)

P es la presión del gas V es el volumen del gas n es la cantidad de moles del gas R es la constante del gas ideal T es la temperatura del gas El rendimiento de la reacción se calcula mediante la siguiente formula: 𝑅

%𝑅𝑒 = 𝑅𝐸 ∗ 100 𝑇

Donde:

(Ecuación No. 2)

%Re es el rendimiento de la reacción

𝑅𝐸 es el rendimiento experimental de la reacción 𝑅𝑇 es el rendimiento teórico de la reacción Reacción química balanceada La reacción química es:

HCl + NaHC𝑂3 →

𝐻2 𝑂

𝐶𝑂2 + 𝐻2 𝑂 + 𝑁𝑎𝐶𝑙

Gramos teóricos del gas formado Para la corrida uno tenemos: P = 1atm

V = 100ml = 0.1L

T = 24°C = 297.15K

R = 0.08206

Se despeja la cantidad de moles (n) de la ecuación numero 1 y se sustituyen valores:

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PV = nRT

𝑃𝑉 n = RT (1 atm)(0.1 L) = 0.004101 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2 n= (0.08206 𝐿 𝑎𝑡𝑚⁄ 𝑚𝑜𝑙 𝐾)(297.15𝐾) 0.004101 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2 ∗

44𝑔 𝐶𝑂2 = 0.180𝑔 𝐶𝑂2 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2

Reactivo limitante Se realiza una estequiometria entre los reactivos y el gas que se forma (CO 2). 0.015𝐿 𝐻𝐶𝑙 ∗ 0.375𝑔 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 ∗

0.3 𝑚𝑜𝑙 𝐻𝐶𝑙 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2 44𝑔 𝐶𝑂2 = 0.198𝑔 𝐶𝑂2 ∗ ∗ 1𝐿 𝐻𝐶𝑙 1 𝑚𝑜𝑙 𝐻𝐶𝑙 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2

1 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2 44 𝑔 𝐶𝑂2 ∗ ∗ = 0.196𝑔 𝐶𝑂2 84𝑔 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 1 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2

El reactivo limitante es el bicarbonato de sodio ya esta a menor proporción estequiometria. Rendimiento de la reacción El rendimiento de la reacción se calcula con los datos obtenidos en Gramos teóricos del gas formado y Reactivo limitante, el rendimiento experimental y el rendimiento teórico respectivamente. Mediante la ecuación numero dos se calcula el rendimiento:

%𝑅𝑒 =

0.180𝑔 𝐶𝑂2 ∗ 100 = 91.84% 0.196𝑔 𝐶𝑂2

Análisis de Error Desviación estandar

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La media aritmetica se calcula mediante la siguiente ecuacion:

𝑥 =

𝑛

∑𝑖=1 𝑥𝑖 (Ecuación No. 3) 𝑛

La desviación de los datos corresponde a la desviación estandar respecto a la media de una distribución estadística. Y se calcula mediante la siguiente formula:

𝜎=√

∑ 𝑛𝑖=1 (𝑥𝑖 −𝑥 )2 𝑛

(Ecuación No. 4)

Se realiza el calculo de la desviación estándar del volumen, la temperatura, los moles y el gas formado, para las tres corridas. Para el volumen:

(100 − 98.33)2 + (97 − 98.33)2 + (98 − 98.33)2 = 1.25 𝜎𝑉 = √ 3 Determinar el porcentaje de error relativo Por medio del valor teorico de la raccion desconocida y el valor experimental, se calcula el error relativo con la siguente ecuacion:

Donde:

𝐸𝑟 = |

𝑅𝐸 − 𝑅𝑇 |∗ 𝑅𝑇

100

(Ecuación No.5)

R E es el rendimiento experimental de la reacción R T es el rendimiento teórico de la reacción

0.180 − 0.196 𝐸𝑟 = | | ∗ 100 = 8.16% 0.196 Datos Calculados

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Tabla No. 1 Gramos teóricos del gas formado (CO2) Corrida

Volumen (mL) Temperatura (K)

Presion (atm) Moles

Gas (g)

1

100

297.15

1

0.004101028

0.18044524

2

97

298.15

1

0.003964655

0.174444822

3

98

299.15

1

0.003992138

0.175654076

Tabla No. 2 Reactivo limitante Reactivo

Producto de CO2 (g)

Tipo

HCl

0.198

Exceso

NaHCO3

0.196

Limitante

Tabla No. 3 Rendimiento de la reacción Rendimiento experimental (g)

Rendimiento teorico (g)

Rendimiento porcentual

0.180

0.196

91.84%

0.174

0.196

88.78%

0.176

0.196

89.80%

Tabla No.4 Desviación estandar Dato Volumen (L) Temperatura (K)

𝑥

𝜎

Cr. 1

Cr. 2

Cr. 3

100

97

98

98.33

1.25

297.15

298.15

299.15

298.15

0.82

Moles

0.004101028

0.003964655 0.003992138 0.004019274 0.00

Gas (g)

0.18044524

0.174444822

0.175654076

0.176848046 0.00

Tabla No.5 Porcentaje de error relativo Rendimiento experimental (g)

Rendimiento teorico (g)

Porcentaje de error relativo

10

0.180

0.196

8.16%

0.174

0.196

11.22%

0.176

0.196

10.20%

Bibliografia

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Timberlake, K. C. (2008). Química (Segunda Edición ed.). Mexico: Pearson Educación. Chang, R. (2007). Química (Novena Edición ed.). Mexico: McGraw-Hill Interamericana.

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