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INSTITUTO POLITECNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÌMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVASDEPARTAMENTO DE FORMACIÓN BÁSICAACADEMIA DE QUÌMICALABORATORIO DE QUÌMICA DE SOLUCIONESPRACTICA 7 “OPERACIONES Y PROCESOS CON SOLUCIONES”INTEGRANTES : EQUIPO : 4Juanico Rodríguez Alain Giovanni Luján Gonzále...

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÌMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS DEPARTAMENTO DE FORMACIÓN BÁSICA ACADEMIA DE QUÌMICA

LABORATORIO DE QUÌMICA DE SOLUCIONES PRACTICA 7 “OPERACIONES Y PROCESOS CON SOLUCIONES”

INTEGRANTES: Juanico Rodríguez Alain Giovanni Luján González Dafne Illiana Martínez Arias Karen González Bello Erik Miguel

Grupo: 1IM13

Profesora: Mercado Hernández Ma. Delfina Ángela

Fecha de entrega: 25/04/2021

EQUIPO: 4

OBJETIVO GENERAL · Determinar la concentración teórica y experimental de las soluciones acuosas de ácidos y bases OBJETIVOS PARTICULARES · Identificar los términos dilución, reconcentración, mezclado y reacción entre soluciones acuosas. · Identificar y aplicar algunas de las operaciones y procesos unitarios de uso común en los laboratorios de análisis químicos. · Destacar la importancia de las titulaciones volumétricas para la determinación y/o comprobación experimental de la concentración de una solución ácida o básica INTRODUCCIÓN En la teoría de sistemas, un proceso se define como el área, equipo o conjunto de equipos, donde se incorporan diferentes recursos (materiales, humanos, tecnológicos y/o económicos) para que ocurra un cambio deseado en alguno(s) de dichos insumos. La estructura lógica usada para sintetizar y analizar los diagramas de flujo en las industrias químicas, es que todos los procesos son complejos y están compuestos por una serie de etapas o unidades individuales; si una de dichas etapas involucra un cambio químico de las sustancias, se llama proceso unitario y si el cambio es de naturaleza física se designa como operación unitaria. Por ejemplo, en el proceso de Haber para la síntesis del amoniaco, los reactivos nitrógeno e hidrógeno se mezclan (operación unitaria) de manera previa para que puedan reaccionar (proceso unitario) y la corriente de productos del reactor es separada en sus constituyentes (operación unitaria), los cuales pueden o no ser purificados posteriormente (operaciones unitarias.) Así, la mayoría de los procesos químicos consisten en una combinación de varios procesos unitarios y operaciones unitarias. La preparación de soluciones de concentración conocida (valoradas), para su uso en reacciones químicas con propósitos de análisis cuantitativo, debe realizarse con base en el cumplimiento de una serie de precauciones y recomendaciones para asegurar que su concentración corresponda a la señalada por las correspondientes técnicas analíticas; aún así, la metodología del trabajo en el laboratorio químico exige la verificación experimental de la concentración de dichas soluciones mediante el uso de otras soluciones de referencia, conocidas como patrón o estándar. La técnica para la preparación de una solución con fines analíticos considera el estado en el cual se encuentra el soluto a disolver (sólido o líquido), el instrumento para medir la cantidad de masa necesaria (balanza analítica) o volumen (pipeta volumétrica o graduada), así como los recipientes

de vidrio para realizar la disolución inicial (vaso de precipitados) y la preparación final (matraz volumétrico o aforado) Importante: Los materiales volumétricos (graduados) de vidrio nunca deben usarse para medir líquidos calientes o fríos; esto es, sólo se usan a la temperatura ambiente.

Operaciones con soluciones acuosas: Este conjunto de operaciones unitarias se usa para realizar cambios controlados en la concentración inicial de una solución líquida. El balance de materia del soluto(s) (expresado en masa, moles o equivalentes) es el criterio fundamental para relacionar las concentraciones y los volúmenes inicial y final de cada posible operación: La operación mediante la cual se disminuye la concentración de una solución se llama dilución; la técnica analítica se basa en adicionar un volumen dado de disolvente (agua destilada en el caso de las soluciones acuosas) a la solución concentrada inicial. 

La operación mediante la cual se incrementa la concentración de una solución se llama reconcentración, para lo cual existen dos formas experimentales de hacerlo: adicionando soluto a la solución inicial (diluida) o por evaporación de cierta cantidad de solvente, en caso que sólo éste sea volátil.



A pesar de que NO es una operación recomendable en el laboratorio de química analítica, es factible realizar el mezclado de dos o más soluciones con diferente concentración del mismo soluto (o solutos similares con un ion en común)

Procesos cuantitativos con soluciones Este conjunto de procesos unitarios (reacciones) se usa principalmente para la determinación experimental de la concentración de una solución, sobre la base de que ocurre una reacción completa (100% de conversión del reactivo) para el soluto presente. Aquí se consideran las reacciones ácido/base, redox, precipitación y desprendimiento, las cuales se incluyen en los capítulos de gravimetría y volumetría de la química analítica cuantitativa El balance de materia de los solutos participantes en la reacción puede realizarse en moles, para lo cual se requiere usar los factores molares (coeficientes) deducidos a partir de la ecuación química balanceada correspondiente a dicha reacción, o en equivalentes químicos para lo cual se aplica el principio de equivalencia que establece que “toda reacción química, en términos de equivalentes químicos, se realiza en la proporción 1:1 entre reactivos y productos” Para la titulación volumétrica (valoración) de una solución problema de concentración desconocida, se mide un volumen exacto de muestra de dicha solución, mediante el uso de una

pipeta volumétrica, la cual se vierte en el interior de un matraz Erlenmeyer con unas gotas del indicador necesario, y se procede a la adición de una solución valorada hasta alcanzar el punto de equivalencia, indicado por el vire de coloración del indicador presente. De conformidad con la concentración y el volumen consumido de la solución valorada, se determina la concentración de la solución problema

ACTIVIDADES PREVIAS

Realiza una investigación documental para definir los conceptos operación unitaria, proceso unitario, análisis cuantitativo, solución valorada, solución patrón, muestra, alícuota, gravimetría, volumetría.

Operación unitaria: aquellas que implican tratamientos físicos a la materia prima con el objetivo de obtener los productos deseados a partir de esta. Todas estas operaciones obedecen las leyes de la conservación de la masa y la energía, así como también la cantidad de movimiento. Proceso unitario: procesos que involucran cambios químicos de los materiales, como resultado de la reacción química que tiene lugar. Junto con las operaciones unitarias (conversiones físicas), los procesos unitarios (conversiones químicas) forman la estructura básica de un proceso industrial químico. Análisis cuantitativo: estudio experimental de las cantidades de sustancia que aparecen en una muestra o que intervienen en una reacción, y no solamente en la identificación de su naturaleza. Solución valorada: aquellas en las que las medidas de concentración de sus componentes son conocidas y seguidas con precisión. Las medidas de concentración están estandarizadas Solución patrón: disolución que tiene concentración conocida de reactivo titulante. Por lo común, se prepara una disolución de una sustancia y a continuación se determina su concentración por titulación utilizando una disolución patrón. Muestra: una pequeña parte de un organismo el cual va a ser sometido a estudios y pruebas experimentales, las muestras químicas son tomadas del organismo con mucha precaución con el fin de no dañar la especie que se busca estudiar y conocer a pequeña escala Alícuota: parte que se toma de un volumen (alícuota líquida) o de una masa (alícuota sólida) iniciales, para ser usada en una prueba de laboratorio, cuyas propiedades físicas y químicas, así como su composición, representan las de la sustancia original.

Gravimetría: determinar la cantidad proporcionada de un elemento, radical o compuesto presente en una muestra, eliminando todas las sustancias que interfieren y convirtiendo el constituyente o componente deseado en un compuesto de composición definida que sea susceptible de pesarse. Volumetría: aquellos métodos que se basan en la medición de volúmenes de soluciones.

Efectúa los cálculos necesarios para las actividades 1 y 2A en el laboratorio.

Investiga cuáles son las expresiones algebraicas que representan el balance de masa de soluto(s) y que se usan para la resolución de problemas de dilución, reconcentración y mezcla de soluciones, así como en las titulaciones volumétricas ácido-base o redox. Indica el significado de cada literal.

ACTIVIDADES EN EL LABORATORIO NOTA: Recuerda que el error en una titulación se minimiza si todo el material de empleado durante la experimentación fue perfectamente lavado con jabón y se realizó un enjuague final con agua destilada. 1.- Reconcentración de una solución diluida de tiosulfato de sodio Efectúa los cálculos correspondientes y prepara en el matraz volumétrico de 25 mL la solución de Na2S2O3 con una concentración de 10 g/L, a partir de cristales de tiosulfato de sodio pentahidratado. Expresa la concentración en términos de normalidad y molaridad. Vierte tu solución a un vaso de precipitados de 50 mL y evapora lentamente el volumen necesario de agua, hasta tener un volumen aproximado de 10 mL de solución reconcentrada. Deja que la solución reconcentrada alcance la temperatura ambiente. Vierte tu solución a una probeta de 10 mL y mide el volumen final de solución reconcentrada y calcula su concentración, expresada en términos de g/L, normalidad y molaridad´. DISPOSICIÓN: Vacía la solución en el recipiente rotulado para contener este residuo. 2.- Preparación de soluciones acuosas Prepara en el matraz volumétrico de 25 mL la solución que corresponde a tu Mesa de trabajo indicada en la siguiente tabla.

En el vaso de precipitados de 50 mL, vierte tu solución preparada y realiza las siguientes acciones: 3.- Titulación. Con una pipeta volumetrica, mide una muestra de 5 mL (alícuota) y viértela en un matraz Erlenmeyer de 50 mL ó de 25 mL y titula la solución, de acuerdo al procedimiento descrito posteriormente, compara con la concentración teórica.

4.- Dilución de soluciones acuosas Toma una muestra de 5 mL de la solución preparada en el paso 2, con la pipeta volumétrica, colócala en el matraz aforado de 10 mL y agrega agua destilada hasta el aforo. Realiza los cálculos necesarios para determinar la concentración teórica de esta solución diluida, expresala en términos de g/L, normalidad y molaridad. Toma una alícuota de 5 mL y viértela en un matraz Erlenmeyer de 25 mL para realizar la titulación correspondiente y comprobar la concentración teórica. Proceso de titulación de ambas soluciones Adiciona 10 mL de agua destilada al matraz Erlenmeyer de 50 mL ó de 25 mL, que contiene los 5 mL de la solución preparada ó diluida. Adiciona 2 gotas de fenolftaleína (para las soluciones ácidas) o rojo de metilo (para las básicas) y homogeniza. Titula con la solución valorada de NaOH 0.5N (para las soluciones ácidas) ó de HCl 0.5N (para las soluciones básicas) que deberas colocar en la bureta. Adiciona la correspondiente solución valorada mediante goteo lento y uniforme, con agitación constante. Auxíliate empleando una hoja blanca en la base del soporte, para percibir el vire del indicador, suspendiendo en ese momento la adición de la solución valorada. Se considera el vire cuando la solución problema adopte una coloración rosada (fenolftaleína) o una coloración rojiza (rojo de metilo) persistente por más de 30 segundos. Anota el volumen gastado de la solución valorada, este dato se obtiene del cambio de volumen registrado en la bureta.

REPORTAR EN BITÁCORA Cálculos efectuados durante el desarrollo de las actividades en el laboratorio (preparación de solución de tiosulfato de sodio, inicial y final en g/l, N y M, soluciones a preparar y cuadros esquematizados en g/L, N y M). Así como la tabla elaborada por el grupo durante la experimentación.

SOLUCIÓN

Concentración VOLUMEN SOLUCION VOLUMEN Concentración teórica DE VALORADA GASTADO experimental MUESTRA PREPARADA o diluida (N) (mL) (N) HCl 0.5M HCl diluida CH3COOH 0.6F CH3COOH diluida HNO3 0.3 N HNO3 diluida NaOH 0.8M NaOH diluida NH4OH 0.5F NH4OH diluida KOH 0.4N KOH diluida

0.5 0.25 0.6

5.0 mL 5.0 mL 5.0 mL

NaOH 0.5 N NaOH 0.5 N NaOH 0.5 N

4.8 2.4 6

0.52 0.52 0.5

0.3

5.0 mL

NaOH 0.5 N

3

0.5

0.3 0.15 0.8 0.4

5.0 mL 5.0 mL 5.0 mL 5.0 mL

NaOH 0.5 N NaOH 0.5 N HCl 0.5 N HCl 0.5 N

4.2 2.1 6.6 3.3

0.35 0.35 0.60 0.60

0.5

5.0 mL

HCl 0.5 N

4.9

0.51

0.25

5.0 mL

HCl 0.5 N

2.45

0.51

0.4 0.2

5.0 mL 5.0 mL

HCl 0.5 N HCl 0.5 N

6.4 3.2

0.31 0.31

CALCULOS

HCL CONCENTRACION EXPERIMENTAL

HCl DILUIDA CONCENTRACION TEORICA

CONCENTRACION EXPERIMENTAL

CH3COOH CONCENTRACION EXPERIMENTAL

CH3COOH DILUIDA CONCENTRACION TEORICA

CONCENTRACION EXPERIMENTAL

HNO3 CONCENTRACION EXPERIMENTAL

HNO3 DILUIDA CONCENTRACION TEORICA

CONCENTRACION EXPERIMENTAL

NaOH CONCENTRACION EXPERIMENTAL

NaOH DILUIDA CONCENTRACION TEORICA

CONCENTRACION EXPERIMENTAL

NH4OH CONCENTRACION EXPERIMENTAL

NH4OH DILUIDA CONCENTRACION TEORICA

CONCENTRACION EXPERIMENTAL

KOH CONCENTRACION EXPERIMENTAL

KOH DILUIDA CONCENTRACION TEORICA

CONCENTRACION EXPERIMENTAL

Diagramas de flujo de los procedimientos realizados.

La disposición final de los residuos y productos de las actividades en las cuales no se haya indicado su almacenamiento. Para clasificar el residuo que generó de acuerdo a las características (CRETIB), todos los envases deberán tener adherida una etiqueta, esta etiqueta debe llenarse de acuerdo a las especificaciones que en ella se piden de la sustancia química o residuo. Los recipientes plásticos, ya sea que contengan algún tipo de residuo peligroso, deberán tener la etiqueta de identificación, llenada por la persona responsable de acuerdo a las características de la sustancia en cuestión. Los residuos deben estar depositados en contenedores que sean resistentes a la naturaleza del mismo. Generalmente para envasar los residuos químicos peligrosos se utilizan contenedores de polietileno de alta densidad, polipropileno, botellas de vidrio y recipientes de acero inoxidable.

CONCLUSIONES Juanico Rodríguez Alain Giovanni Durante la realización de la práctica pude reforzar mis conocimientos sobre la concentración teórica y experimental de las soluciones acuosas de ácidos y bases; Los procesos químicos en general y cada operación unitaria en particular tienen como objetivo el modificar las condiciones de una determinada cantidad de materia en forma más útil a nuestros fines. En un proceso unitario a diferencia de las operaciones unitarias, es en donde se presentan los fenómenos físicos y en algunos casos químicos, en cambio en las operaciones unitarias son principios fundamentales de física. Todo proceso químico conducido en cualquier escala puede descomponerse en una serie ordenada de lo que pudieran Llamarse operaciones unitarias, como pulverización, secado, cristalización, filtración, evaporación, destilación... El número de estas operaciones básicas no es muy grande, y generalmente sólo unas cuantas de ellas intervienen en un proceso determinado. Durante la realización de la práctica se nos proporcionaron datos experimentales se realizamos los cálculos correspondientes y se pudo conocer las concentraciones para cada disolución, tomando en cuenta los conceptos de formalidad, molaridad y normalidad. Por último y con ayuda del video proporcionado por la profesora nos resultó muy útil ver la experimentación y así saber lo que pasa en cada experimento.

Luján González Dafne Illiana A través de cálculos previos a la experimentación se determinaron las concentraciones de las soluciones que se ocuparían durante la práctica. Con la investigación teórica realizada pudimos identificar los términos de dilución y reconcentración que son de gran importancia para este tema, además de que por medio de la experimentación se pudo ver como es el proceso. Se pudo identificar las operaciones y procesos más importantes para el análisis químico.

Por último, se vio la importancia de las titulaciones ya que estas nos permitirán comprobar la concentración de una solución. Desarrollados estos puntos se puede concluir que se cumplieron con los objetivos previstos para esta práctica.

Martínez Arias Karen Mediante la elaboración de la práctica se llegó a la conclusión de que al momento de estar realizando la experimentación se pueden determinar las etapas como procesos y operaciones, es importante saber la diferencia, si involucra un cambio químico en las sustancias se va a tratar de un proceso unitario y por otro lado si el cambio es por naturaleza física se va a tratar de una operación unitaria. En los procesos y operaciones se puede conocer la concentración de una solución, en caso de que se desconozca la concentración se procede a hacer una titulación, es importante conocer el nivel de pH de las soluciones para hacer una mejor elección en el indicador que se vaya a utilizar, el nivel de pH se puede conocer a través de tiras indicadoras, o medidores naturales como col morada que es uno de los más conocidos y fáciles de preparar.

González Bello Erik Miguel A partir de los videos de apoyo, estos explican como suceden las actividades que se realizaron en el laboratorio. Las actividades 1,2 y 4 tienen que ver con la preparación de disoluciones. Mientras que la 3 es sobre métodos volumétricos. Sobre el proceso de elaboración del azúcar fue importante y fue un buen ejemplo, ya que menciona lo visto en otros 2 videos. También se toma el pH del jugo que es de carácter acido mientras este se agita con la cal para elevar el pH del jugo que es de carácter acido, mientras que se agita, con el objetivo de tener mínimas perdidas de sacarosa.

REFERENCIAS • Rodríguez Alzamora Ricardo Javier. (2017). FUNDAMENTOS DE QUIMICA GENERAL: Disoluciones, Propiedades Coligativas y Gases Ideales. Avenida La Libertad. Santa Elena: UPSE. • Gabriel Bolívar. (2019). ¿Qué es el punto de equivalencia y para qué sirve? 2020, de lifeder.com Sitio web: https://www.lifeder.com/punto-de-equivalencia/. • Arthur D. Little, William H. Walker, and Warren K. Lewis». Science History Institute. Consultado el 20 de marzo de 2018....