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UNIVERSIDAD DEL CAUCA

FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES EXACTAS Y DE LA EDUCACIÓN

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

ÁREA QUÍMICA GENERAL

Prácticas de Laboratorio de Química Básica

Práctica: DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN MOLAR DE UN GAS

Guía No: 05

Páginas: 26 a 30

1. INTRODUCCIÓN

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El volumen molar es el ocupado por un mol de un gas ideal. Este volumen molar generalmente se da en condiciones normales, o sea 273 K y 1 atm de presión. En este experimento se determinará el volumen molar del oxígeno en las condiciones de laboratorio y se calculará luego su valor para las condiciones normales.

El método a utilizar para determinar el volumen molar del oxígeno consiste en generar cierta cantidad de oxígeno, por descomposición térmica del KClO3, pues cuando se calienta este producto, la pérdida de masa de la fase sólida se debe exclusivamente al oxígeno desprendido. Según la reacción:

M nO2

2 KClO3 2 KCl + 3 O2

calor

El volumen de O2 se determina utilizando el método de desplazamiento de agua. Si se determina el volumen correspondiente a esta masa perdida podrá deducirse de él el volumen que corresponde a 32 gramos de oxígeno, esto es el volumen de una mol. Como el volumen de una muestra gaseosa varía cuando varían la temperatura y la presión, se deben medir estos valores y utilizarla para efectuar su reducción a las condiciones normales, utilizando las leyes de los gases, la cantidad de oxígeno producido y el volumen que ocupa.

2. OBJETIVOS

2.1 Determinar el volumen que ocupa una mol de un gas a 273 K y 1 atm de presión.

2.2 Aplicar la ley de Dalton de las presiones parciales.

3. CONSULTAS PRELIMINARES

3.1 ¿En que se diferencian los gases reales de los ideales?

3.2 ¿Cuales son las leyes de los gases ideales?

3.3 ¿Cuales son las condiciones normales de los gases?

3.4 ¿En que consiste el método de desplazamiento de agua para determinar el volumen de un gas?

3.5 Consultar las frases de riesgo y seguridad para la manipulación de los reactivos de la práctica.

3.6 Consultar las fichas de seguridad de los reactivos a usar en la práctica

Elaborado por:

Isabel Bravo Realpe

Liliana Montalvo Vélez Luis Alfonso Vargas Jiménez

Revisado Por:

Jefe Unidad de Área Presidente Comité de Plan

Coordinador Comité Desactivación Residuos

Químicos

Aprobada por:

Presidente Comité Técnico Ambiental

Rector

Danilo Reinaldo Vivas R.

Fecha de Aprobación:

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Práctica: Determinación del volumen molar de un gas. 2/5

4. MATERIALES

MATERIALES CANTIDAD

Termómetro 0 oC - 100

oC 1

Espátula 1

Vaso de 500 mL 1

Probeta de 50 mL 1

Tubo de ensayo con brazo lateral 1

Tapón para tubo de ensayo 1

Vaso de precipitados de 100 mL 1

Frasco lavador 1

Manguera larga 1

5. REACTIVOS

SUSTANCIA CANTIDAD

Clorato de potasio anhidro (KClO3) R 9 – 20/22 S 2-13-16-27 0.1 g

Dióxido de manganeso (MnO2) R 20-22 S 25 0.01 g

Agua destilada *Remitir al manual de protocolo de riesgo/ seguridad y fichas técnicas de seguridad (apéndice).

6. EQUIPO

EQUIPO CANTIDAD

Tubo de ensayo 1

Pinza más nuez 1

Mechero 1

Balanza semianalítica 1

Regla milimétrica (10 cm) 1

* Remitir al manual de protocolo de calibración de equipos. Departamento de Química

7. PROCEDIMIENTO

7.1 Pesar un tubo de ensayo limpio y seco, con una precisión de 0.001g

7.2 Introducir en el tubo aproximadamente 0.10 g de KClO3

7.3 Pesar nuevamente el tubo y su contenido con una precisión de 0.01g

7.4 Adicionar con la espátula un poco de MnO2, pesar nuevamente el tubo y su contenido con una precisión

de 0.001g. Retirar el tubo de la balanza.

7.5 Mezclar cuidadosamente los dos contenidos del tubo y tapar (el tapón debe quedar bien adherido para

evitar que el gas producido durante la reacción se pierda durante el calentamiento).

7.6 Colocar el vaso de 500 mL dentro de una poceta llena de agua como se indica la figura 8.1 A

7.7 Colocar dentro del vaso la probeta de tal manera que quede lleno con agua y no queden burbujas de aire.

Mirar figura 8.1 B.

7.8. Retirar el vaso y la probeta de la poceta y colocarlo sobre la mesa de trabajo. Mirar figura 8.1.C

7.9 Ensamblar el equipo como se indica en la figura 8.1. D. La punta del tubo del vidrio no debe llegar hasta el fondo de la probeta.

7.10 El tubo de ensayo se debe sostener con las pinzas y sujetarlo al soporte.

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3

Práctica: Determinación del volumen molar de un gas. 3/5

7.11 Cuando todo esté listo, empezar a calentar cuidadosamente el tubo y sus contenidos con el mechero. A

medida que se va llenando la probeta con el gas, se va desplazando el agua que ésta contiene y va pasando al vaso. Si es necesario, se debe sacar un poco de agua del vaso para evitar que se derrame. Continuar el calentamiento, haciéndolo más fuerte al final, cuando haya disminuido la velocidad de desplazamiento del gas.

7.12 Cuando haya cesado la producción del gas, retirar y apagar el mechero, dejando enfriar el tubo de

ensayo sin desensamblar el equipo. Medir las diferencias de alturas entre el nivel del agua en el vaso del precipitado y el nivel de agua de la probeta. Esta diferencia de altura corresponde a la columna de agua en mm de Hg.

7.13 Leer el volumen de gas recolectado que corresponde al volumen de gas recolectado en la probeta. Medir

la temperatura ambiente y la del agua sobre la cual se recolectó el oxígeno y también la presión atmosférica.

Mediante la fórmula:

donde:

dH 2O x hH2O = dHg x hHg

(5.1)

dH 2 O = densidad del agua a temperatura ambiente: 1.00 g/cm

hH 2 O = altura de la columna de agua en mm

dHg = densidad del mercurio

hHg = altura de la columna en mm Hg

se debe hallar

hHg dH2 O x hH2 O dHg

(5.2)

Presión total = Presión atmosférica = Pgas seco + PvH2O + hHg mmHg

De la fórmula se deduce Pgas seco = Pat – PvH2O – hHg mmHg

8. OBSERVACIONES, CÁLCULOS Y RESULTADOS

8.1 Peso del KClO3

8.2 Moles de KClO3

8.3 Volumen del oxígeno producido 8.4 Temperatura ambiente 8.5 Temperatura del agua 8.6 Presión atmosférica 8.7 Presión del vapor de agua a su temperatura 8.8 Altura de la columna de agua 8.9 Presión del oxígeno seco 8.10 Moles de clorato de potasio que reaccionaron. 8.11 Moles de oxígeno producidas por la descomposición de todo el clorato de potasio 8.12 Litros de oxígeno producidos en el experimento convertidos a condiciones normales 8.13 Volumen en litros que ocupa un mol de oxígeno en condiciones normales

8.14

Porcentaje de error del volumen molar del oxígeno obtenido en el experimento

Consultar tabla de Pv H2O vs. Temperatura

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Práctica: Determinación del volumen molar de un gas. 4/5

(A) (B)

9. PREGUNTAS

(C)

Figura 5.1. Desplazamiento de un gas

(D)

9.1 Describa el barómetro de mercurio. ¿Cómo funciona? 9.2 ¿Que diferencias hay entre gases ideales y gases reales?

9.3 ¿Cuales son los postulados de la teoría cinética molecular?

9.4 Qué usos tiene el óxido de manganeso

10. RECUPERACIÓN, DESACTIVACIÓN Y/O ALMACENAMIENTO TEMPORAL DE LOS RESIDUOS QUÍMICOS

10.1 RECUPERACIÓN

No aplica.

10.2 DESACTIVACIÓN

El agua del montaje y el oxígeno recolectado en la probeta serán vertidos directamente al lavadero ya que no presentan ningún efecto nocivo.

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10.3 ALMACENAMIENTO TEMPORAL

Práctica: Determinación del volumen molar de un gas. 5/5

Los residuos de manganeso y de la descomposición del clorato de potasio se almacenarán en el recipiente de residuos de agroquímica.

BIBLIOGRAFÍA

BRESCIA, F.; ARENTS, J. ; MEISLICH, H. ; TURK, A.: "Métodos de laboratorio químico". Academic Press- Compañía Editorial Continental, México, 1970. CHANG, R. "Química". 7a edición. México. Mc Graw – Hill. 2002 EBBING, D. D.: "General chemistry." 4ta. Ed., Addison Wesley Iberoamericana, 1990. VOGEL'S Textbook of Practical Organic Chemistry. Fourth Ed., Longman, London and New York, 1978. WHITTEN, K.; GAILEY, K. D. ; DABAS, R. E.: “Química General" 3ra. Ed., Mc. Graw Hill Interamericana de México, 1992. ISBN. CASTILLO, J.; VERGARA; H.; VIVAS; G.; MARTINEZ; C., “Manual de procedimientos de operación, mantenimiento y seguridad de los equipos de los laboratorios de docencia del departamento de Química”, Popayán, 2005.