Práctica 7. Estequiometria PDF

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practica de estequimetria ...

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INDICE 1.Introducción_______________________________________________________3 2.Objetivos de trabajo_________________________________________________3 2.1 Objetivo general:_____________________________________________________________3 2.2 Objetivos específicos:________________________________________________________3

3.Descripción del experimento__________________________________________3 3.1 Reacciones de BaCl2 con H2SO4_______________________________________________3 3.2 Transformaciones sucesivas del Cu___________________________________________4

4. Diagrama de bloques._______________________________________________5 Figura 1: Diagrama experimento 1________________________________________________5 Figura 2. Diagrama experimento 2________________________________________________6 Tabla 1: Cantidades de reactivos para las concentraciones de BaCl2 con H2SO4.______7 Tabla 2: Resultados de las reacciones de BaCl2 con H2SO4__________________________7 Figura 3:________________________________________________________________________8 Tabla 3: Observaciones de las reacciones del experimento transformaciones sucesivas del cobre_____________________________________________________________8 Figura 4:________________________________________________________________________9

6. Análisis y discusión de resultados___________________________________10 6.1 Reacciones de BaCl2 y H2SO4________________________________________________10 Tabla 4. Peso del precipitado recuperado en cada reacción._______________________10 Tabla 5.- Masa y moles de cada reactivo en la serie de reacciones de H2SO4________10 Tabla 6.- Resultados obtenidos al hacer reaccionar BaCl2 con H2SO4_______________12 Figura 5: Grafica de comparación entre reactivos agregados y producto obtenido.__13 Figura 6: Grafica de comparaciones entre reactivos agregados y producto obtenido _______________________________________________________________________________13 6.2 Transformaciones sucesivas del Cu__________________________________________14 Tabla 7: Reacciones balanceadas en las trasformaciones sucesivas del cobre, considerando cantidades de reactivo experimenta________________________________14 Tabla 8: Comparación de masa teórica con la masa real obtenida del Cobre (Cu).___14

7. Conclusiones_____________________________________________________15 7.1 Rafael Hdz Lugo____________________________________________________________15

7.2 Mary Cruz Hdz Rubio________________________________________________________15 7.3 Diana Gaytan Carrera________________________________________________________15 7.4 Gerardo Villavicencio Gutiérrez______________________________________________15 7.5 Verania Ruiz Mercado_______________________________________________________15

8. Referencias______________________________________________________16

1.Introducción La estequiometría es el cálculo de las relaciones cuantitativas entre reactivos y productos en el transcurso de una reacción química . Estas relaciones se pueden deducir a partir de la teoría atómica, aunque históricamente se enunciaron sin hacer referencia a la composición de la materia, según distintas leyes y principios. [1,2] La estequiometría es una herramienta indispensable en química, una vez analizados los diversos tipos de reacciones se pueden estudiar los aspectos cuantitativos de las mismas (la cantidad en las que estas reacciones forman productos), es decir; trata de los cambios matemáticos de fórmula molecular a fórmula-gramos, de fórmula-gramos a fórmula molecular, y de fórmula porcentual la fórmula molecular, por lo tanto para interpretar una reacción cuantitativamente, se requiera aplicar el conocimiento de las masas molares y el concepto de mol, éste se basa en el hecho de que los coeficientes estequiométricos en una ecuación química se interpretan como el número de moles de moléculas de cada sustancia presentes en un sistema reaccionante. [1.2] Es por eso por lo que en esta práctica se realizarán cálculos estequiométricos para comprobar la ley de la conservación de la materia en base al rendimiento teórico y el experimental. 2.Objetivos de trabajo 2.1 Objetivo general:  Comprobar la ley de la conservación de la materia a través de diferentes reacciones químicas, se harán cálculos estequiométricos para obtener rendimiento teórico y comprobar con el rendimiento real obtenido. [3] 2.2 Objetivos específicos:  Representar mediante ecuaciones los cambios químicos en estudio.  Comprobar experimentalmente la ley de la conservación de la materia.  Establecer las relaciones cuantitativas entre reactivos y productos.  Determinar el rendimiento real de una reacción química.  Comparar el rendimiento real obtenido con el rendimiento teórico de la reacción y deducir cuales son las principales causas.  Realizar cálculos estequiométricos para determinar el porcentaje de rendimiento de una reacción química. [3] 3.Descripción del experimento 3.1 Reacciones de BaCl2 con H2SO4 Se preparó en un vaso de precipitado de 100 mL una disolución de cloruro de bario de 50 mL a una concentración 0.2M, de la misma manera se preparó una disolución de ácido sulfúrico de 25mL a una concentración 1M, se trasvasaron estas disoluciones a un matraz de 50 mL y 25 mL respectivamente. En cuatro vasos de precipitado de 50 mL se agregaron distintos volúmenes de las sustancias (ver tabla 1), una vez mezcladas las sustancias se calentaron los cuatro vasos de precipitado en la plancha a una temperatura de 50°C y se agito suavemente durante 5 minutos, se dejó enfriar la mezcla de los cuatro vasos para posteriormente colocarlos en tubos para centrifuga, se centrifugó 5 minutos a 200 rpm, se decantaron los tubos para centrifuga, se extrajo el precipitado de cada tubo agitando vigorosamente en el vórtex con ayuda de agua y

3

se colocaron en vidrios reloj previamente pesados y registrado el peso. Los vidrios reloj se llevaron a la estufa donde se dejaron durante 24 horas, después de ese tiempo se pesó cada vidrio reloj con su precipitado ya seco y se registraron los datos junto a las observaciones de cada precipitado. [3] 3.2 Transformaciones sucesivas del Cu Para comenzar este experimento se pesó 0.5 g de Cu en polvo, luego se preparó una solución de HNO3 con agua en donde se le agregó 4mL de agua en un vaso de precipitado y después se agregaron 2.5mL de HNO3, y se le agregó 1mL más puesto que este tenía una pureza de 70%. Posteriormente en esta solución se añadieron los 0.5g de cobre poco a poco ya que la reacción era muy violenta (Se efectuó este procedimiento en la campana de extracción y se retiró el vaso hasta que cesaran los vapores tóxicos). Se vertió el producto obtenido de la reacción (nitrato cúprico) en un matraz volumétrico y se aforó hasta los 100mL. Después se vertió en un vaso de precipitado de 250mL y se agregó una solución de 10mL de NaOH a 6M. Se calentó la mezcla hasta que cambió de azul medio a café oscuro y se filtró al vació la mezcla para recuperar el precipitado que se formó ya obtenido se colocó en un vaso de precipitado de 100mL y se añadió 5mL de H 2SO4 a 3M hasta que reaccionara todo el precipitado y se recuperara, después se añadió a la solución 0.2g de Zinc metálico y nuevamente se filtró al vacío dejándonos el precipitado en el papel filtro que se pesó anteriormente. [3]

4

4. Diagrama de bloques. Practica 7. Estequiometria. Experimento 1. Reacciones de BaCl2 y H2SO4.

5min a 50°

50mL, 0.2 de BaCl2 25mL, 1mL de H2SO4

Calentar y agitar la mezcla.

5m-2000ppm

Centrifugar

Decantar tubos

Suspender el precipitado

24horas

Colocar el precipitado en vidrios de reloj

Filtrar la mezcla

Lavar el precipitado con agua y acetona

24horas a 80°

Dejar secar

Registrar resultados

Figura 1: Diagrama experimento 1

5

5mL de H2O

Practica 7. Estequiometria Experimento 2. Transformaciones sucesivas del Cu

Pesar 0.5g de Cu

Verter en un vaso de precipitado de 100mL y agregar lentamente el Cu

Poner en la campana de gases hasta que cesen los gases producidos por la reacción

Verter el producto a un matraz volumétrico y aforar a 100mL

Colocar la disolución en un vaso de precipitado y agregar NaOH

Calentar la mezcla obtenida hasta observar un cambio en el color

Filtrar al vacío la mezcla para recuperar el precipitado que se formó

Colocar en un vaso de precipitado de 100mL y añadir 5mL de H2SO4

Añadir a la solución 0.2g de Zinc metálico y filtrar al vacío para recuperar el precipitado en el papel filtro

Hacer observaciones Figura 2. Diagrama experimento 2

6

5. Resultados Tabla 1: Cantidades de reactivos para las concentraciones de BaCl2 con H2SO4. Experimento N°

Volumen de disolución 1M de H2SO4 (mL)

Volumen de disolución 0.2M de BaCl2 (mL)

1

2.2

5

2

2.2

7

3

2.2

10.8

4

2.2

12

Nota: Esta tabla se utilizó para conocer el volumen por agregar de la disolución madre de ambos reactivos.

Tabla 2: Resultados de las reacciones de BaCl2 con H2SO4 Experimento

Observaciones de la reacción

Peso del vidrio de reloj sólo (g)

Peso del vidrio de reloj con precipitado (g)

1

Pasó a tener dos fases, una cristalina y un precipitado blanco.

43.1

43.3

2

No se distinguen completamente las dos fases, pero sigue habiendo un pequeño precipitado.

40.5

40.6

3

Se presentan dos fases de manera muy rápida igual que en disolución anterior, una fase un poco blanca con un precipitado totalmente blanco.

53.3

53.4

4

Igual que en la disolución anterior, el precipitado es blanco, y la fase acuosa no es totalmente traslucida.

43.5

44.0

Nota: Esta tabla se utilizó para registrar los pesos del vidrio de reloj antes y después de colocar la sustancia recuperada después de centrifugar.

A

B

F

C

G

D

H

E

I

Figura 3: Nota: Se prepararon las disoluciones madre de ácido sulfúrico y cloruro de bario, posteriormente se extrajeron 4 volúmenes diferentes de cada una y se hicieron reaccionar en vasos de precitado

Tabla 3: Observaciones de las reacciones del experimento transformaciones sucesivas del cobre # REAC REACCIÓN OBSERVACIONES . 1

2

NO3 +CU →Cu(N O 3)2 + NO + H 2 O

Se desprendió un gas mezclando ácido con agua y al agregar cobre tomó un color azul cobalto.

NaOH al Cu(N O 3 )2 Agregando Cu(N O 3 )2 + NaOH → Cu (OH )2 +NaN O3 tomó un color azul en un precipitado de apariencia espumosa.

3

Cu(OH )2 +calor → CuO+ H 2 O

El color de la mezcla se tornó negra totalmente, nada traslucida; cuando se enfrió apareció un precipitado.

4

CuO+ H 2 S O 4 →Cu SO 4 + H 2 O

Una vez más volvió a tomar un color azul cobalto como antes.

5

Cu SO 4 + Zn→ Zn+Cu + SO 4

Terminó por tomar un color verde con algunos puntos negros.

Nota: Esta tabla se utilizó para registrar las reacciones químicas que se presentan junto con las debidas observaciones.

A

D

B

E

C

F

G

Figura 4: Nota: Se muestran todas las fases por las que pasó el cobre después de hacerlo reaccionar con diferentes

6. Análisis y discusión de resultados 6.1 Reacciones de BaCl2 y H2SO4 La reacción H2SO4 y el BaCl 2 corresponden al tipo de reacción de doble desplazamiento ya que los dos compuestos que se combinan intercambian entre si alguno de sus elementos químicos dando como resultado dos compuestos diferentes. H2SO4 (ac) + BaCl2 (ac)

BaSO4 (s) + 2HCl (ac) ……. Ecuacion 1

Tabla 4. Peso del precipitado recuperado en cada reacción. EXPERIMENTO Peso del precipitado recuperado (g) 1 0.20 2 0.28 3 0.38 4 0.50 Nota: Se observar los gramos obtenidos del experimento

Tabla 5.- Masa y moles de cada reactivo en la serie de reacciones de H2SO4 Moles de Masa de Volumen de Moles de Masa de Experiment Volumen BaCl2 (g) BaCl2 (n) o de H2SO4 H2SO4 (n) H2SO4 (g) BaCl2 (ml) (ml) N° 1 2.2 2.2x 10-3 0.2156 5 0.001 0.208 2 2.2 2.2x 10-3 0.2156 7 1.4x 10-3 0.291 3 2.2 2.2x 10-3 0.2156 10.8 2.08x 10-3 0.433 4 2.2 2.2x 10-3 0.2156 12 2.4x 10-3 0.5 Nota: Se puede observar el volumen de H2SO4, sus moles y masa y también para el BaCl2 El reactivo limitante tanto para el experimento 1, 2 y 3 es el cloruro de bario, excepto en el experimento 4 que el ácido sulfúrico. Masa del H2SO4 = 6.68g Masa del BaCl2 = 19.3g, 27.03g, 40.14g, 46.32g. Datos de lo pesos moleculares: H=1g, S=32g, O=16g, Cl= 35.45g, Ba=137.34g Cálculos para las reacciones de BaCl2 con H2SO4. 2.2mL al 1M H2SO4

M=

n Lde dsl ´ n

….. ecuación 2

n= ( 1 M ) (2.2 X 10−3 L ) =2.2 X 10−3 mol

(

2.2 X 10−3 mol H 2 S O 4

)

98 g H 2 S O 4 =0.2156 g H 2 S O 4 1 mol H 2 S O 4

Volumen de BaCl2= 5mL 7mL 10.4mL 12mL todos al 0.2M Experimento 1:

M=

n Lde dsl ´ n

n= ( 0.2 M ) (5 X 10−3 L) =1 X 10−3 mol BaC l 2 1 X 10−3 mol BaC l2

(

208.24 gBaCl2 1 mol BaC l 2

)

=0.208 gBaC l2

Experimento 2: −3 −3 n= ( 0.2 M ) (7 X 10 L) =1.4 X 10 mol BaC l2

(

1.4 X 10−3 mol BaC l2

)

208.24 gBaC l2 =0.291 gBaC l2 1 mol BaC l 2

Experimento 3:

n= ( 0.2 M ) (0.0104 L ) =2.08 X 10−3 mol BaC l 2

(

2.08 X 10−3 mol BaC l2

)

208.24 gBaC l2 =0.433 gBaC l2 1 mol BaCl 2

Experimento 4: −3 n= ( 0.2 M ) (0.012 L )=2.4 X 10 mol BaC l2

(

2.4 X 10−3 mol BaC l2

)

208.24 gBaC l2 = 0.5 gBaC l2 1 mol BaC l 2

Para obtener el reactive limitante se realizaron los siguientes cálculos

H 2 S O 4 + BaC l2 → BaS O 4+ 2 HCl Reactivo limitante Experimento 1:

BaC l2 H 2 S O4

 0.208g  0.215g

(

0.208g

BaC l2

0.215g

H 2 S O4

)( )(

1 molBaCl 2 208.24 g BaC l2

(

1 mol H 2 S O 4 98 g H 2 S O 4

Por lo tanto los 0.208g

)( )(

) )

1 mol BaSO 4 233.34 g BaS O4 =0.33 gBaS O4 1 molBaCl 2 1 mol BaS O 4

1 mol BaS O 4 233.34 g BaSO 4 = 0.5133 g BaSO 4 1mol H 2 S O 4 1mol BaS O 4

BaC l2 son el reactivo limitante.

Experimento 2:  0.215g de  0.291g de 0.215g

H 2 S O4

0.291g

BaC l2

(

H 2 S O4 BaC l2

(

1 mol H 2 S O 4 98 g H 2 S O 4

)( )(

1 molBaCl 2 208.24 g BaC l2

Por lo tanto los 0.291g

)( )(

) )

1 mol BaS O 4 233.34 g BaSO 4 = 0.5133 g BaSO 4 1mol H 2 S O 4 1mol BaS O 4 1 mol BaSO 4 233.34 g BaS O4 =0.3264 gBaS O4 1 molBaCl 2 1 mol BaS O 4

BaC l2 son el reactivo limitante.

Experimento 3:  0.215g de  0.433g de 0.215g

H 2 S O4

0.433g

BaC l2

(

H 2 S O4 BaC l2

(

1 mol H 2 S O 4 98 g H 2 S O 4

)( )(

1 molBaCl 2 208.24 g BaC l2

Por lo tanto los 0.433g

)( )(

) )

1 mol BaS O 4 233.34 g BaSO 4 = 0.5133 g BaSO 4 1mol H 2 S O 4 1mol BaS O 4 1 mol BaSO 4 233.34 g BaS O4 =0.48 gBaS O4 1 molBaCl 2 1 mol BaS O 4

BaC l2 son el reactivo limitante.

Experimento 4:  0.215g de H 2 S O 4  0.5g de BaC l2 0.215g

0.5g

H 2 S O4

BaC l2

(

(

)( )(

1 mol H 2 S O 4 98 g H 2 S O 4

)(

)

1 mol BaS O 4 233.34 g BaSO 4 = 0.5133 g BaSO 4 1mol H 2 S O 4 1mol BaS O 4

1 molBaCl 2 1 mol BaSO 4 208.24 g BaC l2 1 molBaCl 2

)(

)

233.34 g BaS O 4 =0.5602 gBaSO 4 1 mol BaS O 4

En este caso el reactivo limitante fueron los 0.215g de

H 2 S O4

El reactivo limitante en los experimentos 1, 2 y 3 es el BaCl 2 y se encuentra en un 100% excepto en el experimento 4 que fue el H2SO4 y este se encuentra en una pureza del 97.9%.

g H S O 1 mol H S O 1 mol BaC l g BaS O =0.524 g BaSO ( 0.2150.979 )( 98 g H S O )( 1 mol H S O )( 233.34 1 mol BaC l ) 2

4

2

2

4

4

2

2

4

4

4

2

Originalmente se obtuvo 0.5133 de BaSO4 experimental: 0.5133 de BaSO4→H2SO4 97.9%

Tabla 6.- Resultados obtenidos al hacer reaccionar BaCl2 con H2SO4 Núm . expe rimet o

Moles de BaCl2 (n)

Moles de H2SO4 (n)

% del rendimient o teórico

Precipitado formado BaSO4 Peso (g)

Moles (n)

Teórico (estequiométrico )

experimenta l

Teórico (estequiométrico )

experiment a

1

0.001

2.2x10-3

0.23

0.20

9.98x10-3

8.58x10-3

86.9%

2

1.4x10-3

2.2x10-3

0.32

0.28

1.39x10-3

1.20x-3

87.5%

3

2.08x10-3

2.2x10-3

0.48

0.38

2.05x10-3

1.63x-3

79.1%

4

2.4x10-3

2.2x10-3

0.51

0.50

2.27x10-3

2.14x 10-3

9.8

Nota: El rendimiento teórico se basa en el experimento de la práctica.

reactivos y producto experimental. 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1

2 Reactivos agregados

3

4

Producto obtenido

Figura 5: Grafica de comparación entre reactivos agregados y producto obtenido.

reactivos y producto teorico. 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1

2 Producto obtenido

3

4

Reactivos agregados

Figura 6: Grafica de comparaciones entre reactivos agregados y producto obtenido

Podemos apreciar que la cantidad de productos y reactivos teóricos es proporcional en todos los experimentos, aunque en algunos casos su variación es mayor que en otros. Sí, un poco en el experimento 4 en la tabla de reactivos y productos experimentales empezamos a tener una desproporcionalidad en el experimento 4, esto se puede deber a que un compañero al decantar el tubo para centrifuga del experimento 4, se mezcló un poco de BaSO4 en el HCl y se perdió. Obtuvimos un rendimiento menor al 100%, este error puede estar presente en la creación de las soluciones de 25 ml a 1M H 2SO4 y 50 ml a 0.2M de BaCl2, que tuvimos que hacer 2 disoluciones de BaCl2 al tener que compartir con otro equipo.

# Rea c.

6.2 Transformaciones sucesivas del Cu Tabla 7: Reacciones balanceadas en las trasformaciones sucesivas del cobre, considerando cantidades de reactivo experimenta Reacción balanceada obtenida de Reactivo Reactivo 1 Reactivo 2 Producto 1 Producto 2 ...