Práctica No. 5 – Obtención de KNO3 por cristalización PDF

Preview

Summary

Práctica No. 5 – Obtención de KNO3 por cristalización - Prof. José Luis Romero...

Description

Centro de Enseñanza Técnica y Superior Química industrial Práctica #5 – “Obtención de KNO3 por cristalización” Equipo #1

1 – Objetivo Aprovechando las diferencias de las solubilidades de las sustancias a diferentes temperaturas se logra separar el nitrato de potasio.

2 – Marco teórico Cristalización La cristalización es una operación unitaria de transferencia de materia y energía en la que se produce la formación de un sólido (cristal o precipitado) a partir de una fase homogénea (soluto en disolución o en un fundido). La fuerza impulsora en ambas etapas es la sobre-saturación y la posible diferencia de temperatura entre el cristal y el líquido originada por el cambio de fases. La cristalización es el proceso por el cual se forma un solido cristalino, ya sea a partir de un gas, un líquido o una disolución. La cristalización es un proceso que se emplea en química con bastante frecuencia para purificar una sustancia sólida. La cristalización también es un proceso de separación líquido en el que hay transferencia de masa de un soluto de la solución líquida a una fase cristalina sólida pura. La cristalización consiste en la disolución de un sólido impuro en la menor cantidad posible de disolvente caliente. En estas condiciones se genera una disolución saturada que al enfriar se sobresatura produciéndose la cristalización. El proceso de cristalización es un proceso dinámico, de manera que las moléculas que están en la disolución están en equilibrio con las que forman parte de la red cristalina. El elevado grado de ordenación de una red cristalina excluye la participación de impurezas en la misma. Para ello, es conveniente que el proceso de enfriamiento se produzca lentamente de forma que los cristales se formen poco a poco y el lento crecimiento de

la red cristalina excluya las impurezas. Si el enfriamiento de la disolución es muy rápido las impurezas pueden quedar atrapadas en la red cristalina

Mecanismos para que un sólido forme una solución con un solvente 1. Formación de puentes de hidrógeno. 2. Solvatación (asociación de los iones). Además, influyen: 1. Transferencia de movimiento: agitación 2. Transferencia de calor: temperatura 3. Transferencia de masa: gradientes de concentración.

3 – Materiales SUSTANCIAS

MATERIALES ·

Dos soportes con anillo, tela

·

6 gr de KCl.

·

de alambre y mechero. Anillo chico.

·

9 gr de NaNO3

·

Embúdo de vidrio con

·

vástago corto. Papel filtro.

· · · ·

Probeta de 10ml. Agitador de vidrio. Cacerola con hielo. Vaso de precipitado de

·

400ml. Vaso de precipitado de

·

100ml. Matraz Erlenmeyer de 125ml.

· ·

Vidrio de reloj. Embudo Buchner con

· · · · ·

matraz kitasato. Pinzas para termómetro. Espátula. Termómetro. Piseta con agua destilada. Pinzas para vaso.

4 – Procedimiento experimental 1. Calentar en el vaso de 100ml, las sales, con 8 ml de agua destilada a 100º c y por 10 min. Mantenga agitación. 2. Simultáneamente calentar el embudo de vidrio con papel filtro, introducido en el matraz de 125ml, y peste sumergido en el vaso de 600ml con agua de la llave. Ver la fotografía. 3. Después de los 10 min filtrar la mezcla de sales en el embudo: tenga cuidado cómo sujetar el vaso ya que se encuentra caliente, igual que el embudo con el papel filtro, además el calentamiento del agua del vaso de 400ml se encuentre en ebullición, y suspenda hasta que ya no gotee el embudo. 4. Pasar el matraz de 125ml a la cacerola con el hielo para enfriar hasta 5º c. 5. Los cristales que se formen en este matraz filtrarlos al vacío (embudo Buchner col el matraz kitasato). 6. Pasar el producto a un vidrio de reloj para que se seque y se observe las características físicas del nitrato de potasio. Péselo finalmente.

5 – Ilustraciones

1.- Se calienta la mezcla de las sales

2.- Simultáneamente se calienta matraz sumergido en agua con el embudo

4.- Se filtra la mezcla de sales en el matraz usando papel filtro

3.- Se procura que la temperatura de la mezcla permanezca a 100ºC

5.- Terminado el filtrado 5.- Se pesa el se enfría el matraz y contenido su de lo que contenido hasta los 5ºC se cristalizó

6 – Datos y observaciones La reacción que se llevó a cabo en el experimento fue la siguiente:

KCl + NaNO3  KNO3 + NaCl

Basándonos en la información obtenida en el marco teórico, se llegó a la conclusión de que gracias a las altas temperaturas en las que se encontraban las sales, además de la agitación constante que se le estaba proporcionando, fue posible que se ionizaran y posteriormente se sintetizaran formando las nuevas sustancias. Además, se obtuvo el dato que a los 100ºC la solubilidad del nitrato de sodio es de 182 g/100gH2O y la del cloruro de potasio 57.6 g/100g H2O. Con esto pudo realizarse el cálculo de proporciones en masa y la solubilidad. El filtrado se veía uniforme antes de enfriarlo. Al comenzarlo a enfriar se comenzaron a obtener cristales nitrato de potasio.

7 – Cálculos Masas y mediciones Matraz sin los cristales: 81 gr Matraz con los cristales: 85.5 gr

Peso de los cristales: 85.5 gr – 81 gr = 4.5 gr

Como se vio en la sección de datos, se realizará el cálculo de la relación proporcional entre las masas y la solubilidad de cada reactivo. x gr de KCl - 57.6 g/100gH2O de solubilidad 9 gramos de NaNO3 – 182 g/100gH2O de solubilidad

Aplicando la regla de 3 obtenemos que al estar completamente disuelto el nitrato de sodio, solo un poco menos de la mitad (2.84 gr de 6 gr) se encontraba ionizado del otro reactivo. De igual manera, toda la cantidad de sal se disolvió por la cantidad de agua manejada. Para comprobar si lo obtenido que se cristalizó era en su totalidad nitrato de potasio, se obtuvo la masa esperada a partir de los reactivos. Moles de KCl = 6 gr  74.6 gr/mol = 0.08 mol de KCl Moles de NaNO3 = 9 gr  85 gr/mol = 0.1 mol de NaNO3 Dividiendo el número de moles de cada sustancia entre su número de balanceo, se obtiene que el reactivo limitante es el KCl

0.08 mol

x

KCl + NaNO3  KNO3 + NaCl Por estequiometria se obtiene que se deben obtener 0.8 mol de KNO3, que es igual a 8.08 gramos de KNO3. Se puede ver que lo que el contenido del matraz es menor que lo que se debió haber obtenido, por lo que en esta reacción se obtuvo un rendimiento menor a 100, como es de esperarse en cualquier reacción. R = 4.5 gr / 8.08 gr R = 55.69%

8 – Respuestas a preguntas 1. Describa la reacción química que se registró.

KCl + NaNO3  KNO3 + NaCl

2. Investigar las solubilidades de las sales que intervinieron y produjeron en la reacción, a bajas temperaturas (cerca de 0°c) y altas (alrededor de 100º c).

3. Dé una explicación del porqué se logra obtener el producto en la forma que se operó en el laboratorio, con base a las solubilidades. Ver sección de Datos y observaciones 4. Investigar algunas aplicaciones industriales del nitrato de potasio. En la industrial es utilizado en una amplia variedad de aplicaciones incluyendo manufactura de vidrio, explosivos para minería y obras civiles, tratamiento de metales, fuegos artificiales, y recientemente como una medida para aumentar drásticamente la eficiencia en las plantas de Concentración de Energía Solar. Además, en agricultura, el nitrato de potasio se utiliza como fertilizante soluble y una fuente de nitrógeno nítrico y potasio virtualmente libre de cloruro. También tiene aplicaciones en la industria alimenticia como conservador y en la industria farmacéutica como anestesia para dientes doloridos. 5. Aporte sus observaciones y conclusiones.

Ver sección de Datos y observaciones y sección de Conclusiones 6. Calcule el rendimiento. Ver sección de cálculos

9 – Conclusiones Es posible disolver sólidos con distintas solubilidades para que sus iones puedan reaccionar con mayor facilidad y posteriormente separarse por medio de la filtración gracias a la solubilidad de las nuevas sustancias obtenidas.

10 – Referencias bibliográficas Martin, E. (2014). Properties of Water Solutions. Recuperado el 25 de Septiembre de 2017, de SlidePlayer: http://slideplayer.com/slide/734950/ Potasium Nitrate Association. (2017). Usos de nitrato de potasio. Recuperado el 25 de Septiembre de 2017, de Potasium Nitrate Association: http://www.kno3.org/es/about-potassium-nitrate/uses-of-potassium-nitrate Procesos Bio. (25 de Mayo de 2012). Cristalización. Recuperado el 20 de Septiembre de 2017, de Procesos Bio - Wikispaces: http://procesosbio.wikispaces.com/Cristalización...