Informe Inorgánica - Obtención DE Ácido Nítrico PDF

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UNIVERSIDAD DE CARTAGENA PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA QUÍMICA INORGÁNICA INFORME PRÁCTICA OBTENCIÓN DE ÁCIDO NÍTRICO III Semestre de Ingeniería Química, Laboratorio Química Inorgánica. 1. RESUMEN. El ácido nítrico debido a que es uno de los ácidos más importantes desde el punto de vista industrial, por su utilización en la fabricación de abonos, colorantes, explosivos y demás. En esta práctica se buscó la obtención de este compuesto mediante una reacción de sustitución, con fin de identificar algunas de sus propiedades fisicoquímicas. Para ello se recolecto HNO3 mediante la reacción de nitrato de sodio (NaNO3) y ácido sulfúrico (H2SO4); posteriormente de su recolección se sometió a algunas pruebas complementarias de reconocimiento y de reacción, permitiendo así su identificación y medición cualitativa de su actividad química.

PALABRAS CLAVES: Ácido nítrico, reactividad.

1.1 ABSTRACT. The nitric acid because it is one of the most important acids from the industrial viewpoint, for use in the manufacture of fertilizers, dyes, explosives, and other. In this practice the preparation of this compound was sought by a substitution reaction, in order to identify some of their physicochemical properties. This HNO3 was collected by reaction of sodium nitrate (NaNO3) and sulfuric acid (H2SO4); later his collection was subjected to additional tests of recognition and reaction, thus allowing qualitative identification and measurement of its chemical activity.

KEY WORDS: Nitric acid, reactivity.

2. INTRODUCCIÓN.

A partir del estudio previo de las propiedades fisicoquímicas del ácido nítrico, se dispuso a la obtención la reacción de nitrato de sodio (NaNO3) y ácido sulfúrico (H2SO4) en calentamiento, produciéndose la formación del compuesto. El ácido nítrico puro es un líquido incoloro que hierve a 84,1 °C y se congela a -41,6 °C. es un ácido fuerte que se disocia totalmente en disolución acuosa diluida.

3. OBJETIVOS. -Sintetizar el ácido nítrico a partir del nitrato de sodio y el ácido sulfúrico. -Observar algunas propiedades químicas y físicas del ácido sintetizado -Determinar el rendimiento de la reacción de síntesis.

4. MARCO TEÓRICO. -Obtención de Ácido Nítrico: En el laboratorio, podemos lograr obtener Ácido Nítrico tratando al Nitrato de Sodio con Ácido Sulfúrico concentrado. En este proceso o reacción tiene o se aplica una de las reglas de Bertholet, y esto es debido pues a que el Ácido Sulfúrico es mucho más fijo que el mismo Ácido Nítrico. -Ácido Nítrico: Es un líquido viscoso y corrosivo que puede ocasionar graves quemaduras en los seres vivos. Se utiliza como reactivo de laboratorio y para fabricar explosivos como la nitroglicerina y trinitrotolueno (TNT), así como fertilizantes como el nitrato de amonio. Tiene usos adicionales en metalurgia y en refinado, ya que reacciona con la mayoría de los metales y en la síntesis química. Cuando se mezcla con el ácido clorhídrico forma el agua regia, un raro reactivo capaz de disolver el oro y el platino. El ácido nítrico también es un componente de la lluvia ácida. -Ácido Sulfúrico: El ácido sulfúrico es un compuesto químico extremadamente corrosivo. Es el compuesto químico que más se produce en el mundo, por eso se utiliza como uno de los tantos medidores de la capacidad industrial de los países. Una gran parte se emplea en la obtención de fertilizantes. También se usa para la síntesis de otros ácidos y sulfatos y en la industria petroquímica. -pH: El pH es una medida de acidez o alcalinidad de una disolución. El pH indica la concentración de iones de hidrógeno presentes en determinadas disoluciones.3 La sigla significa potencial de hidrógeno o potencial de hidrogeniones. -Diagrama de Flujo: Es la representación gráfica de un algoritmo o proceso. Se utiliza en disciplinas como programación, economía, procesos industriales y psicología cognitiva. Es un diagrama de actividades que representa los flujos de trabajo paso a paso. Un diagrama de actividades muestra el flujo de control general. Estos diagramas utilizan símbolos con significados definidos que representan los pasos del algoritmo, y representan el flujo de ejecución mediante flechas que conectan los puntos de inicio y de fin del proceso.

5. METODOLOGÍA. En esta práctica de Laboratorio hemos empleado lo descrito a continuación: 5.1 MATERIALES Y REACTIVOS. -Soporte Universal.

-Nitrato de Sodio.

-Manguera.

-Ácido Sulfúrico.

-Erlenmeyer.

-Agua.

-Bandeja o recipiente. -Embudo de decantación. -Vaso de precipitado. -Mechero. -Tubos de ensayo. -Balón de fondo redondo con desprendimiento lateral. -Pipeta. -Papel indicador de pH.

5.2 PROCEDIMIENTO. -Obtención de Ácido Nítrico: Primero que todo, realizamos el montaje de la práctica, tomamos un soporte universal, y en su parte superior colocamos un embudo de decantación, un poco más abajo del soporte universal colocaremos un balón de fondo redondo con desprendimiento lateral (en donde añadiremos dentro 10 gramos de Nitrato de Sodio), en la parte superior o tapa del balón introduciremos el tapón de caucho y mediante un orificio en el tapón introduciremos la parte inferior o boca del embudo de decantación. En la parte de abajo del balón de fondo redondo ubicaremos un mechero. Por último, en el desprendimiento lateral ingresaremos una manguera, esta llegará hasta dentro de un vaso de precipitado que estará dentro de un erlenmeyer, y este a su vez estará dentro de una bandeja o recipiente llena de agua con hielo.

Con el montaje ya puesto, procedemos a llenar el embudo de decantación con 15mL de Ácido Sulfúrico, e iremos vaciándolo poco a poco dentro del balón de fondo redondo. Ahora, para acelerar la reacción, encenderemos el mechero de bajo del balón de fondo redondo, y anotamos todo lo que ocurra ahí, todo el gas producido por esta reacción irá a través de la manguera hasta el recipiente lleno de agua con hielo, en donde aquí, recolectaremos en forma líquida el Ácido Nítrico. Tener en cuenta, que después de tener los datos del Ácido Nítrico sintetizado, deberemos calcular el rendimiento y porcentaje de error de la reacción, que es la relación entre la cantidad de producto obtenido y la cantidad de producto esperado.

-Identificación de Ácido Nítrico con Papel pH: Tomamos una pequeña muestra de Ácido Clorhídrico obtenido en el procedimiento anterior y con ayuda de una espátula pondremos en contacto la solución con el papel indicador de pH, deberemos observar un pH de carácter Ácido.

-Diagrama de Flujo:

5.3 IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES. En primer lugar nuestro procedimiento de Síntesis de Ácido Clorhídrico se divide en 2 partes esenciales, en el cual todos tienen 1 etapa de proceso: -Obtención de Ácido Nítrico. -Identificación con Papel pH. Los Reactivos principales presentes en todo el proceso junto con sus respectivas fórmulas moleculares y cantidad usada fueron los siguientes: - Nitrato de Sodio=NaN O 3 y 10 g . - Ácido Sulfúrico=H 2 S O 4 y 15 mL . - Agua =H 2 O y 250 mL .

-También, damos las ecuaciones de porcentaje rendimiento y de error: Porcentajede Rendimiento ( %r ) = Porcentajede Error(%E )=

gramos de producto obtenido experimentalmente × 100 % gramos de producto teórico

Valor Experimental−Valor Teórico ×100 % Valor Teórico

-Por último, mostramos la tabla de la escala de pH utilizada para comprobar la acidez en la Identificación del NaN O3 :

6. RESULTADOS. Procedimie nto

Reacción

Obtención de Ácido Nítrico

Prueba de pH

Nos dio como resultado un pH Ácido de 1, con un coloración roja intensa

Prueba Fotográfica

7. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS. -Obtención de Ácido Nítrico: En primer lugar, en esta práctica se buscó obtener Ácido Nítrico ( HN O 3) , mediante la reacción entre Nitrato de Sodio ( NaN O3) y Ácido Sulfúrico ( H 2 S O 4 ) , que además nos dio como producto secundario Sulfato de Sodio ( Na2 S O4) . Todo esto al estar en contacto con el fuego vemos aparecer un burbujeo de una espuma de color blanco, la cual nos anunciará el desprendimiento de los gases de Ácido Nítrico ( HN O3 ) , que después iban a pasar a un recipiente lleno de Agua ( H 2 O ) con hielo, que aprovechando la solubilidad de este compuesto en este líquido, se pudo solubilizar gas en Agua ( H 2 O ) . Formando así una solución de Ácido Nítrico ( HN O 3 ) . También vemos que el Ácido Nítrico ( HN O3 ) obtenido no es totalmente limpio sino que se encuentra mezclado con óxidos de nitrógeno formados por la descomposición del mismo a causa de la luz o el calor por lo que se observa que el Ácido obtenido presentaba coloración amarillenta en vez de ser incoloro. Se podría decir que este Ácido tiene gran potencia oxidante, algunas de sus reacciones pueden ser violentas, o incluso explosivas. Es un Ácido fuerte, que disuelto en agua se disocia por completo. Además, el Nitrato de Sodio ( NaN O3 ) empieza a tomar un color ámbar lo cual denota la presencia de este, debido a que el Ácido Nítrico ( HN O3 ) se descompone lentamente por la acción de la luz, adoptando una coloración amarilla por el que se produce en la reacción. Para finalizar con el análisis, podemos concluir también que la reacción es reversible a temperaturas ordinarias, pero al calentar se desprende Ácido Nítrico ( HN O 3 ) en forma de vapor y el equilibrio se desplaza a la derecha. Y cuando se hace pasar a través de la manguera el Ácido Nítrico ( HN O3 ) se vuelve incoloro, debido a que al hacer pasar una corriente de aire por el destilado se eliminan los óxidos y se mantiene el producto incoloro. Y lo que ocurre aquí es una reacción de Doble Desplazamiento o Doble Sustitución, ya que particularmente comunes para reacciones iónicas en solución; se intercambian átomos o grupos atómicos para dar una sal insoluble. También podríamos decir que es una reacción Exotérmica, ya que provoca la emisión de energía. Por lo general, estas emisiones de energía se dan al menos en forma de calor. Por lo que esta reacción tiene el riesgo de combustión. -Porcentaje de Rendimiento: En primer lugar debemos averiguar el rendimiento teórico: H 2 S O 4 +2 NaN O3 →2 HN O3 + Na2 S O4

Para esto, averiguamos las moles necesarias del Reactivo Limite

( NaN O3 ) :

PM NaN O3=85 g NaN O3 moles=10 g NaN O3 ×

1 mol =0,11764 moles NaN O3 85 g NaN O3

Ahora, procedemos a calcular las moles producidas teóricas del producto principal ( HN O3 ) : HN O 3 moles=

0,11764 moles NaN O 3 × 2 moles HN O 3 =0,11764 moles HNO 3 2 moles NaN O 3

Después, calculamos el rendimiento teórico, o lo que es lo mismo, la masa producida teórica del producto principal ( HN O 3) : PM HN O 3=63 g HN O3 gramos=0,11764 moles HN O 3 ×

63 g HN O3 =7,41132 g HN O3 1 mol

Con esto ya, finalizamos calculando el rendimiento experimental, o lo que es lo mismo, la masa producida experimentalmente del producto principal ( HN O3 ) : Peso inicial=488,8 g

Peso final ( solución )=487,8 g HN O3 gramos =|487,8 g−488,8 g|=1 g HN O3 Y para terminar, ahora sí, calculamos el Porcentaje de Rendimiento: %r=

1g × 100 %=13,492% 7,41132 g

-Porcentaje de Error: %E=

1 g−7,41132 g ×100 %=86,507 % 7,41132 g

8. CUESTIONARIO. -Pregunta 1: Proceso industrial del

HN O 3 .

Respuesta: El método de Ostwald es el proceso industrial de síntesis de ácido nítrico más común, y consiste en la oxidación catalítica del amoníaco a monóxido de nitrógeno (se usa como catalizador platino con un pequeño porcentaje de paladio o rodio), con una posterior oxidación del mismo a dióxido de nitrógeno para, finalmente, reaccionar con agua, produciendo ácido nítrico. Las tres reacciones especificadas son: 4 N H 3 +5 O2 → 4 NO + 6 H 2 O Catalizada por platinoa 800 ℃ 2 NO +O 2 → 2 N O 2

3 N O2 +H 2 O→ 2 HN O3+NO El NO producido en la última reacción se recicla, volviendo a la cámara de reacción para producir N O 2 a partir de la segunda reacción. Curiosamente, lo que más encarece el proceso de producción de ácido nítrico por medio del método de Ostwald es que una pequeña cantidad del platino utilizado como catalizador se va perdiendo por oxidación, pasando a Pt O2 . Se necesitan en torno a 50 toneladas anuales de platino para reponer el que se va perdiendo por oxidación. -Pregunta 2: Usos industriales del

HN O 3 .

Respuesta: En los principales usos del Ácido Nítrico nos podemos encontrar con que: -Como agente nitrante en la fabricación de explosivos. -En la fabricación de abonos. El nitrosulfato amónico es un abono nitrogenado simple obtenido químicamente de la reacción del ácido nítrico y sulfúrico con amoniaco. -El ácido nítrico es empleado en algunos casos en el proceso de pasivación. -El ácido nítrico es utilizado en grabado artístico (aguafuerte), también se usa para comprobar el oro y el platino. -En la industria electrónica, es empleado en la elaboración de placas de circuito impreso (PCBs). -Pregunta 3: Reacciones de las etapas de proceso. Respuestas: En primer lugar, al hacer reaccionar Nitrato de Sodio con Ácido Sulfúrico:

H 2 S O 4 + NaN O 3 → HN O 3 + NaHS O 4

Si se eleva la temperatua: HN O3 +NaHSO 4 → HN O3 + Na2 S O4 Y por último, sumando ambas reacciones: H 2 S O 4 +2 NaN O3 →2 HN O 3 + Na 2 S O 4

9. CONCLUSIONES.

10. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. -Ballesteros, D., Carmona, E., Polo, D. y Rodríguez, J. (2015). “OBTENCIÓN DE ACIDO NITRICO”. Universidad de Cartagena en Scribd [en línea]. Disponible en: https://es.scribd.com/document/264642779/Informe-obtencion-Acido-Nitrico. [Consultada el 29 Jun. 2019]. -Mayo, A. (2016). “Obtención del ácido nítrico, Guías, Proyectos, Investigaciones de Química”. Universidad de Guayaquil en docsity [en línea]. Disponible en: https://www.docsity.com/es/obtencion-del-acido-nitrico/690775/. [Consultada el 30 Jun. 2019]. -Carson, L. (2012). “Procesos industriales: fabricación de ácido nítrico”. Quimitube [en línea]. Disponible en: http://www.quimitube.com/fabricacion-industrial-acido-nitrico. [Consultada el 30 Jun. 2019]. -Castillero, O. (2014). “Los 11 tipos de reacciones químicas”. Psicologia y Mente [en línea]. Disponible en: https://psicologiaymente.com/miscelanea/tipos-de-reaccionesquimicas. [Consultada el 30 Jun. 2019]. -Candelaria, T. y Villabona, A. (2011). “Manual de laboratorio Química Inorgánica Modulo I”. Universidad de Cartagena [en línea]. Disponible en: file:///C:/Users/Usuario/Downloads/Manual%20de%20laboratorio%20de%20Quimica %20Inorganica[1].pdf. [Consultada el 29 Jun. 2019]....