Cuantificacin de la cantidad de un gas generado en una

reaccin.

Estudiantes:

Diana Molina

Laura Name

Brayan Olivero

Andrea Pernett

Mesa N 2

Abril 2014

Profesor:

Antonio Ramos

Universidad del Norte Primer semestre 2014

1. INTRODUCCIN

Cmo es posible explicar que el peso del carbn que arde ser igual al peso de los

gases formados? Piense un momento en lo siguiente: si usted vive por ejemplo, en el barrio Las Delicias y viene todos los das, dos veces al da, a esta Universidad en un vehculo particular; seguro, gastas un poco ms de un galn y medio de gasolina (1,6) en ese diario recorrido. El peso de este volumen de gasolina es 6000 g ms o menos, que, al multiplicarlo por el nmero de das al ao que usted asiste a clases, 250, arroja un peso total de 1500 Kg. que es equivalente a una tonelada y media, es decir ms de 20 veces su peso corporal. Qu se hizo el peso de gasolina que equivale a esas 20 personas? Acaso desapareci? Seguramente usted comentar que la gasolina se transform en una serie de gases txicos. Pero, En qu porcentaje, lo que pesan esos gases (si es que pesan) representa el peso de los 1500 Kg. de gasolina? 2. CONCEPTOS CLAVES Mol: Cantidad de materia que contiene 6,02 x 1023 partculas elementales ya sean tomos, molculas, iones, etc. Peso Molar: Representa la masa en gramos de un mol que corresponde a determinada sustancia. Balanceo de Ecuaciones: Mtodo utilizado para evidenciar que la cantidad de reactivos en una ecuacin qumica sea igual a la cantidad de productos. Ley de la conservacin de materia: En una reaccin qumica la masa permanece constante, es decir, la masa que se consume en los reactivos debe ser igual a la alcanzada en los productos. Pesos de sustancias consumidas y formadas en una reaccin: Determinan la cantidad necesaria de reactivos que deben consumirse para la obtencin del mismo peso en los productos. Reactivo Lmite: Es aquel que se consume completamente durante la reaccin limitando la continuacin de esta. Reactivo en exceso: El reactivo en exceso es aquel que se encuentra en mayor proporcin estequiomtrica, lo que contribuye a que sobre cierta cantidad de este luego de que el reactivo limitante se consume.

Ecuacin de Estado de los Gases Ideales: PV=nRT donde: P= Presin absoluta en atmsferas V= Volumen en litros. n= Nmero de moles de un gas R= Constante universal de los gases ideales. T= Temperatura absoluta. Anlisis Dimensional: Es una herramienta muy til que simplifica el estudio de cualquier fenmeno en el que se involucren muchas magnitudes fsicas como variables independientes.

2.2 CONCEPTOS CIENTFICOS

1. Cul es la diferencia entre un MOL y una docena? Ambas son unidades que permiten agrupar cierta cantidad de objetos o elementos. La principal diferencia entre mol y docena es la cantidad de elementos u objetos que cada uno agrupa. En el caso del mol es usado para agrupar 6.022 x 10^23 unidades elementales y esta unidad es usada principalmente para calcular un nmero de tomos o molculas. La docena es usada para agrupar 12 cosas de cualquier tipo de objeto (no solamente unidades elementales como el mol) y por esta razn tiene un uso diario y cotidiano. 2. Hay la misma cantidad de Sal de mesa en 5 g y 5 moles de dicha sustancia? Teniendo en cuenta la siguiente informacin : Sal de mesa NaCl =58,5 g/mol (Na= 23 g/mol + Cl= 35.5 g/mol)

En donde: n=moles; Wg= peso en gramos; Pm= peso molecular W=58.5 g/mol *5 moles = 290.5 g NaCl Es evidente que no hay la misma cantidad en 5g y 5 moles de esta sustancia ya que como podemos ver que estequiometricamente en 5 moles hay 290.5 g de sal de mesa y en 5 g hay 0.085 moles de esta.

3. Mencione ejemplos de ecuaciones qumicas balanceadas. a. N2 + 3H2 2NH3 (amonaco) b. 2HI + Na2O 2NaI + H2O ( cido yodhdrico + oxido de sodio ) c. HClO4 + KOH KClO4 + H2O ( cido perclrico + hidrxido de potasio ) d. 3H2SO4 + 2Fe(OH)3 Fe2(SO4)3 + 6H2O ( cido sulfhdrico + hidrxido frrico ) 4. De qu manera se puede demostrar la ley de la conservacin de la Materia en esas ecuaciones? Al ver estas ecuaciones podemos evidenciar que se demuestra la ley de la conservacin de la materia, ya que la masa de los productos es igual a la masa consumida de los reactivos. Por ejemplo, en la primera ecuacin podemos ver que hay igual nmero de tomos de cada elemento tanto en los productos como en los reactivos, ya que en ambos hay 2 tomos de nitrgeno y 6 de hidrgeno. 5. Esta ecuacin: CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O representa la reaccin del gas natural. Cuando se consumen (reaccionan) 32 g del gas natural, cul es el peso (g) de oxgeno que se consumir?: CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O - Ecuacin balanceada

6. Si slo se hubiesen puesto a reaccionar 8 g de O2, explique si hay o no reaccin. Si habra reaccin ya que se dispone con una suficiente cantidad de 1 mol de CH4, lo que quiere decir que 0.125 moles de CH4 no sobrepasa el valor lmite de moles para que la reaccin se lleve a cabo. 7. Cmo explican los anteriores pesos la idea sobre Reactivo lmite y Reactivo en Exceso? El reactivo lmite es el que se consume y, como su nombre lo dice, limita la reaccin, mientras que el reactivo en exceso es aquel que sobra en la reaccin

ya que hay exceso de este. En el punto anterior, podemos ver que el metano es el reactivo lmite, ya que este es el que se consume en su totalidad, mientras que nos sobra oxgeno siendo este el reactivo en exceso. e. Esta es la ecuacin que representa la reaccin entre el cido Ctrico y el

Bicarbonato de sodio: NaHCO3 (s) + H3C6H5O7 (ac) CO2 (g) + H2O (l) + Na3C6H5O7 (ac) 8. Cules son los coeficientes para balancearla? H3C6H5O7(ac) + 3NaHCO3(s) 3CO2(g) + 3H2O(l) + Na3C6H5O7(ac) 9. Cuntos gramos de cido Ctrico reaccionan con 252 g de Bicarbonato sdico?

10. Si se ponen a reaccionar 0.48 g de cido ctrico, explique si son suficientes, 0,10 g, 0,15 g 0,50 g de bicarbonato.

Concluimos que no son suficientes, que las cantidades de bicarbonato de sodio 0.10, 0.15 y 0.50 para poder reaccionar 0.48g de cido ctrico ya que estas cantidades son menores al valor de cido ctrico.

11. Entonces, cunto peso se requiere de bicarbonato para que todo el cido se consuma? 12. Qu cantidades (moles) de CO2 (g) se forman en cada caso?

13. Cmo es posible usar la Ecuacin de Estado de los Gases Ideales para calcular la presin que tiene un gas en un recipiente? De la ecuacin PV=nRT se despeja la variable de presin P y queda de la siguiente forma: 14. Con base en la ecuacin anterior de los gases ideales, Cmo se procede para calcular el nmero de moles de un gas?

De la ecuacin PV=nRT se despeja la variable correspondiente al numero de moles n y queda de la siguiente forma:

2.3 Conceptos Matemticos 1. Utilizando el Anlisis Dimensional Cmo se calcula el nmero de moles de un gas, sabiendo su temperatura (C), volumen (ml) y presin en kPa ? a. Se convierte la temperatura desde C K: K= C + 273 b. Se convierte el volumen de mL L: 1000 mL= 1L c. Se convierte la presin de KPa atm: 1Kpa= 0.00987 atm d. Se sabe que el valor de la constante R en la ecuacin PV=NRT es 0.082 atm*L/ mol*K, entonces se despeja la variable n para poder hallar el numero de moles del gas.

3. HIPOTESIS

Para un peso dado de Bicarbonato Sdico que reacciona, hay uno y slo un peso de cido Ctrico, que lo consume completamente.

La presin de CO2(g) generado en la reaccin anterior, depende de la cantidad del reactivo limitante. Preguntas Problema 1. Cul es el peso (g) de Bicarbonato de sodio que reacciona con 1 gramo de cido ctrico? 3NaHCO3 (s) + H3C6H5O7 (ac) 3CO2 (g) + 3H2O (l) + Na3C6H5O7 (ac)

2. Cul es la presin (expresada en Kilo pascal, KPa) del Bixido de Carbono que se forma en la anterior pregunta si el CO2 est en un recipiente de 78 ml y a 23 C? Antes de realizar los clculos, se realizar las conversiones pertinentes: 78mL=0.078L

23+273= 296K 1atm= 101.3kPa

3NaHCO3 (s) + H3C6H5O7 (ac) 3CO2 (g) + 3H2O (l) + Na3C6H5O7 (ac)

4. OBJETIVOS

4.1 GENERAL

Relacionar la cantidad de CO2(gas) formado con la cantidad del reactivo que limit la reaccin. 4.2 ESPECFICOS

Determinar el nmero de moles de CO2 (gaseoso) formados con base en la presin que genera, el volumen ocupado y su temperatura. Calcular el % de ERROR CO2 formado en el experimento con respecto a la cantidad terica que debera formarse.

5. DISEO DEL EXPERIMENTO

Materiales y Mtodos Para comenzar colocamos un pedazo de papel sobre la Balanza Analtica para pesar 0.0902g NaHCO3 (experimentales) seguidamente lo agregamos en el Baln Volumtrico que est situado sobre un Soporte universal y lo tapamos con un corcho. Posteriormente con una jeringa medimos 5 ml de H3C6H5O7, conectamos la jeringa con una aguja que atraviesa el corcho hasta el interior del Baln Volumtrico e introducimos el volumen de H3C6H5O7. Luego, damos inicio al Software Data Studio el cual est conectado con el sensor de presin,

mantenemos el embolo de la jeringa presionado. Consecuente con esto esperamos que el reactivo lmite sea consumido en su totalidad y que finalice la reaccin para detener el software, proseguimos a tomar nota de los datos respectivos de la grafica P contra T. Procedemos a tomar la temperatura ambiente nos da una temperatura contante de 22.7C. Preguntas Problema

1. Cul es la ecuacin qumica balanceada entre el cido Ctrico y el Bicarbonato de Sodio? R:

NaHCO3(s) y H3C6H5O7 (ac)

3NaHCO3 (s) + H3C6H5O7 (ac)3CO2 (g) + 3H2O (l) + Na3C6H5O7 (ac) 2. Qu pesos estequiomtricos se podrn tomar para realizar esta reaccin? R: Na:23 H3:3 H:1 84 X 3= 252g C6:72 192g C:12 H5:5 O3:48 O7:112 Del Bicarbonato de Sodio (3NaHCO3) tomaremos 252g y del Acido Citrico 192g en total tendramos 444g de reactivos. C:12 44 X 3= 132g H2:2 18 X 3=54g Na3:69

O2:32 O:16 C6:72 258g

H5:5

O7:112

En total nos dar 444g de producto.

3. Si el cido Ctrico est en solucin acuosa, y la concentracin de este cido es 192 g H3C6H5O7/1000 ml Sln, cuntos ml contendrn disueltos 0,96 g de c. Ctrico(H3C6H5O7)? R: 192g H3C6H5O7 1000ml 0.96g H3C6H5O7 x X=0.96g H3C6H5O7 x 1000ml sln/ 192g H3C6H5O7= 5ml sln

4. Cul sera el nmero de moles calculado de CO2 formado, si el peso anterior de Ac. Ctrico (H3C6H5O7) reacciona con suficiente bicarbonato sdico? R: 192g H3C6H5O7 3 moles CO2 0.96g H3C6H5O7 x X= 3moles CO2 x 0.96g H3C6H5O7 / 192g H3C6H5O7 = 0.015 moles de CO2

5. Cul sera el recipiente para hacer esta reaccin? R: Para realizar esta reaccin se puede utilizar un Baln Volumtrico tapado con un corcho, el cual lo atraviesa una jeringa para as poder introducir el volumen de H3C6H5O7.

6. Teniendo en cuenta que el CO2 es un gas y si la intencin es determinar experimentalmente el nmero de moles de l, usando la ecuacin de estado de los gases Cmo dispondras el equipo necesario? R: Se utilizaran los siguientes materiales: 2 tabletas de Alka-seltzer, 2 vasos de 150 ml, un vidrio de reloj, sensor de presin, una jeringa grande (bao Mara, baln y dos pinzas), una probeta de 100 ml. Para uso comn: solucin de cido actico (vinagra comercial). La tableta utilizada registra en el sobre 1.976g de bicarbonato de sodio, 1000g de cido ctrico y 0,324g de cido acetilsaliclico. Se llena la probeta con agua de la llave dentro del bao Mara, se miden 20 ml de vinagre en el baln de fondo plano y se procede a pesar tabletas de Alka-seltzer sobre el vidrio de reloj. Se ubica el trozo en el cuello del baln de fondo plano mantenindolo casi horizontal, de manera que la pastilla no caiga a la disolucin

de vinagre. Se ubica el tapn hermticamente el cual tiene unida la jeringa que permitir el paso del gas y el sensor de presin. Con el montaje listo y el baln bien cerrado con el corcho se pone en forma vertical de manera que la pastilla caiga en el vinagre. Agita suavemente el baln y permite que la reaccin se complete, retire el baln cuando ya no se generen ms burbujas, se observa y se mide la altura de desplazamiento del gas obtenido en la jeringa que corresponde al espacio generado por el desplazamiento del mbolo generado por el CO2, luego se registra la temperatura del bao de agua y la presin. Clculo de moles de CO2: Una vez determinado el valor de Pgas puede utilizarse la ecuacin de estado de gas ideal para determinar las moles de gas encerradas en la jeringa, con la siguiente ecuacin PV=nRT Que al despejar se obtiene nCO2=PV/RT Clculos En el experimento se presenta la siguiente reaccin: H3C6H5O7(ac) + 3NaHCO3(s) 3CO2(g)+ 3H2O(l) + Na3C6H5O7(ac) Se quiere medir el CO2 producido por la reaccin y para esto se tienen los siguientes datos. La solucin presenta una concentracin de 1M (192g/L) y se tomaran 5 mL (0.05 L) deH3C6H5O7. 0.005 L x 192 g/L = 0.96 g H3C6H5O7 presentes en esta Sln

1,26 g es el peso del NaHCO3 que reaccionara con los 0.96 g de H3C6H5O7 que previamente hemos calculado Si tomamos 0,0902 g NaHCO3 en el experimento se deberan producir 8.511x10-3 moles de CO2 0.0902 g NaHCO3 3 mol CO2 252 g NaHCO3 x X=8.511x10-3 moles de CO2 Para calcular el nmero de moles de CO2 que se producirn experimentalmente se tendr en cuenta que: PV= nRT n = PV RT

Datos: PCO2 = Pf - Pi PCO2= 1.33 1.002 = 0.328atm PCO2= P atm P CO2 PCO2= 1atm 0.328 atm = 0.672 atm V CO2= 63 mL = 0.063L T=22.7C + 273 K =295.7 K n = 0.672 0.063 0.0082295.7= 1.746*10 -3moles de CO2 (Valor experimental)

Grafica 1. Estudio de cambio presin (kPa) a temperatura constante.

Presin Inicial Final KPa 101.6 134.8 Atm 1.002 1.33

6. CONCLUSION-RELACION-EVALUACIN 6.1 Conclusin 1. Cules son los pesos de cido Ctrico que reaccionan con 0.05, 0.10 y 0.15 g de Bicarbonato sdico? R/ 3 NaHCO3 + H3C6H5O7 3 CO2 + 3 H2O + Na3C6H5O7

2. Cmo se demuestra la proporcionalidad entre la presin del gas CO2 obtenido y la cantidad del reactivo lmite en cada una de las mesas de trabajo? Mesa Peso #molesCO2 1 2 90mg0.0900g 1.746x10-3 3 120mg0.1200g 1.02x10-4 4

El reactivo limite al ser el reactivo que se consume este ser el que limitar la cantidad de producto. El cambio de la temperatura, o la entalpia de reaccin determinar cuando finaliza la reaccin. La cantidad de CO2 obtenida es directamente proporcional a la cantidad de reactivo lmite. Por ende, la presin depender a la cantidad de CO2. 6.2 Relacin

Cuando un paciente ingiere una cucharada de un anticido, cuntos mg de cido clorhdrico neutralizan? Nota: 1 cucharada son 15 ml. El anticido contiene hidrxido de magnesio. El frasco de anticido sostiene que cada 100 ml tienen suspendidos 8.5 gramos de Mg(OH)2. Ecuacin: Mg(OH)2 + HCl MgCl2 + H2O

6.3 Evaluacin 1. Si se hubiese usado CARBONATO DE SODIO (Na2CO3) en lugar de bicarbonato de sodio, cules seran las presiones obtenidas? En este caso, los resultados respecto a las presiones hubiesen descendido considerablemente. La razn a este hecho radicara en que habra una menor cantidad de moles disponibles; a su vez, generando una menor cantidad de moles de CO2. 2. Para obtener una presin de CO2 igual a 100 KPa, Cul es el peso de Bicarbonato de sodio que se pondra a reaccionar?

NaHCO3 (s) + H3C6H5O7 (ac) 3 CO2 (g) + 3 H2O (l) + Na3C6H5O7 (ac)

Referencias Bibliograficas: Molina, L. (2012, Agosto 29). Estequiometria. Retrieved from http://www.infoescola.com/quimica/estequiometria/

Ing. Ana Ettorre. (2011, Marzo). Estequiometra y gases. Retrieved from http://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/quimica.pdf

Snchez , J., Caldern , Z., & Becerril, M. (2009). Quimica ii. Retrieved from http://prepaunivas.edu.mx/v1/images/pdf/libros/quimica_II.pdf