Universidad Catlica del Norte Departamento de Qumica Practica N 4

GASES Y ESTEQUIOMETRIA Recoleccin de gas en agua

En el laboratorio es muy fcil de obtener hidrogeno gaseoso a partir de la reaccin de un metal con un cido, en una reaccin de desplazamiento, la velocidad de formacin depender del tipo de metal, la fuerza y la concentracin del acido.

Los gases son muy livianos, en especial el hidrogeno que es el elemento mas simple, su tomo consta de un protn y un electrn, su P.A. es 1,008 bajo condiciones ambientales, existe como molcula biatmica gaseosa, es muy poco soluble en agua lo cual es muy favorable para ser recogido en dicho elemento (el agua), el hidrogeno es el gas ms liviano que existe, de modo que su peso resulta verdaderamente insignificante comparndolo con el peso del recipiente que lo contiene, el mtodo directo de

pesada del volumen dado de gas es susceptible a errores considerables aunque se tomen las mximas precauciones.

Llevado a la prctica el volumen del gas recogido en agua, se mide observando el volumen del agua desplazada, teniendo en cuenta la presin y la temperatura pues es sabido que el volumen se afecta por estas dos ltimas condiciones.

FUNDAMENTO TEORICO (gases)

Objetivos

1. Aprender a realizar un montaje para el anlisis de un sistema en equilibrio.

2.Obtener Hidrgeno mediante la reaccin de un metal (magnesio) con acido (clorhdrico). 3. Recolectar un gas sobre agua.

4. Aplicar la ecuacin de estado y presiones parciales de los gases. 5. Establecer relaciones estequiometrias entre cantidades de sustancias que se combinan y las que se producen l reaccionar en un sistema qumico simple

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FUNDAMENTO TEORICO (Ecuaciones y leyes)

Las condiciones ms favorables para medir el volumen de un gas, son a la temperatura y presin existentes en el laboratorio. No obstante, cuando se recoge un gas sobre agua, el espacio sobre el agua no solo contienen el gas de inters sino tambin vapor de agua, que ejerce una presin parcial (vase la presin parcia de vapor de agua a diferentes temperaturas) Tambin se debe considerar la presin que ejerce la columna de agua, en el caso que no pueda igualar los niveles de agua del eudimetro y el vaso exterior.

ECUACION DE ESTADO

El estado de un gas puede describirse en trminos de cuatro "variables de estado": presin, volumen, temperatura y nmero de moles del gas. El objetivo de esta ecuacin es combinar estas variables de tal manera que definan el comportamiento de un gas ideal frente a cambios en dichas variables de estado. !" = !"# En donde, P se refiere a la presin expresada en atmosferas (1atm=760mmHg) V al volumen en litros, n corresponde al nmero de moles y T a la temperatura en kelvin (C+273).

R corresponde a la constante de los gases ideales y tiene un valor de:

0,082 atm.L/mol.K

Esta ecuacin se define al combinar las relaciones existentes entre variables:

Ley de Boyle: PteconsV Atan=

Ley de Charles: TteconsV B *tan=

Ley de Avogadro: nteconsV C *tan=

PRESIONES PARCIALES

Tambin conocida como ley de Dalton para gases.

En una mezcla gaseosa cada componente ejerce una presin parcial igual a la que ejercera si estuviera solo en el mismo volumen, y la presin total de la mezcla es la suma de las presiones parciales de todos los componentes.

nT PPPPP ++++= ...321

Donde PT corresponde a la presin total del sistema, y las dems P1, P2, ..., Pn a la presin de cada componente gaseoso de la mezcla

CONDICIONES NORMALES

El trmino "Condiciones Normales" se suele utilizar habitualmente para la medicin de volmenes de gases en muchos campos de la ciencia, correspondindose a una temperatura de 0 C (o 273,15 K) y a una presin de 1 atm. Teniendo como resultado el volumen de un mol de gas ideal en condiciones de 22,4 L.

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MATERIALES Y REACTIVOS

* Eudimetro (1) * Tapn con gancho *Piseta *Vaso de precipitado 400ml (1) * Termmetro (1) * Probeta 5ml * Vaso de precipitado de 100ml (1) *Cinta Mg (40mg) * Regla * pinzas para bureta (1) * Azul de timol

cidos concentrados: * HCl

PROCEDIMIENTO: recoleccin de un gas en agua

1. Pese un trozo de cinta de magnesio entre 30 a 40 mg.

2. Enrolle la cinta en el gancho de cobre del tapn del eudimetro.

3. En el vaso de precitado de 100ml adicione 10ml de agua destilada, 5ml de HCl concentrado y dos gotitas de indicador:

4. Llene el vaso de precipitado de 400ml con agua potable hasta la mitad (200ml).

5. Fije la pinza para bureta en el sector indicado (reja) para sostener el eudimetro.

6. Tome la solucin de cido con indicador y virtala en el audimetro.

7. Complete el volumen del eudimetro con agua destilada, completamente hasta que rebalse.

8. Tape el eudimetro con el tapn que lleva la cinta de magnesio.

9. Sostenga el tapn con el dedo y RAPIDAMENTE, invierta el eudimetro para ser sumergido en el vaso precipitado con agua.

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10. Sumerja el eudimetro hasta que el tapn toque la base del vaso, quedando firme en esa posicin.

11. Sujete el eudimetro con la pinza. 12. Introduzca el termmetro en el vaso de

precipitado para monitorear la temperatura del sistema.

13. Espere a la que reaccin se suceda por completo (hasta que la cinta de magnesio desaparezca).

14. Retira el termmetro verifique la temperatura del sistema.

15. Mida: La columna de agua en milmetros (mm) con ayuda de una regla, desde donde termina el volumen del gas, hasta donde comienza el volumen del agua del vaso) y el volumen de Hidrgeno obtenido.

16. Realiza los clculos que se le indicaran a continuacin.

Clculos

El sistema para la recoleccin de Hidrogeno en agua, por la reaccin de magnesio con cido clorhdrico corresponde a un sistema de presiones parciales donde:

aguaColumnaaguaVaporHidrogenoAtm PPPP __ ++=

PAtm: Presin atmosfrica medida con un barmetro en el laboratorio PHidrgeno: Presin del Hidrogeno, la desconocemos PVapor_agua: Presin del vapor de agua que depende de la temperatura del sistema (ver tabla presiones vapor) PColumna_agua: Presin de la columna de agua, depende de la altura de la columna de agua en milmetros.

Presin de la columna de agua:

Densidad Hg * altura Hg = densidad H2O * altura H2O

Altura Hg = 1g/mL * h mm

13,69 g/ml

Altura de la columna de agua= X mmHg

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Clculos

Despus de hallar la presin de la columna de agua, la atmosfrica y la de vapor de agua, se procede a despejar la ecuacin con los datos obtenidos experimentalmente, para determinar la presin del gas recolectado Hidrgeno.

aguaColumnaaguaVaporAtmHidrgeno PPPP __ =

Determinacin del nmero de moles de hidrgeno obtenidos en la reaccin:

Teniendo datos como la presin de hidrgeno (en atmosferas), el volumen de hidrgeno (en litros), la temperatura (en Kelvin), es posible determinar la cantidad de moles de Hidrogeno, aplicando la ecuacin de estado !" = !"# Porcentaje de rendimiento de la reaccin:

Recordemos que el porcentaje de rendimiento corresponde a la cantidad de un sustancia obtenido realmente sobre la cantidad terica por cien, cuando hablamos de cantidad nos podemos referir a moles o gramos. Para determinar el rendimiento de esta reaccin es necesario determinar el nmero de moles terico dado que el numero de moles real corresponde al tem anterior.

Para ellos:

1. Escriba la ecuacin de la reaccin balanceada

2. Pase los miligramos de reactivo empleado (Mg) a moles PA Mg: 24,3 g

3. Establezca la relacin estequiometrica entre el magnesio y el hidrogeno

4. Determine la cantidad de moles terica.

5. Determine el porcentaje de rendimiento: % !"#$%&%"#'( = !"#$% ! !"#" !"#$ !"#!$%&!'()*!"#$% ! !"#" !"!"#$ ! 100 NOTA: en la relacin de rendimiento recuerda que debe usar la misma unidad en el numerado y en el denominador, si usa moles debe hacerlo en ambos casos, si usa gramos de la misma forma.

Determinacin del peso molecular del Magnesio:

A partir de la relacin estequiometrica entre el producto obtenido en moles y la cantidad de reactivo en gramos.

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Departamento de Qumica Practica N4 TABLA: PRESION DE VAPOR DEL AGUA

C P

mmHg T

C P

mmHg T

C P

mmHg -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

1,436 1,560 1,691 1,834 1,987 2,149 2,326 2,514 2,715 2,931 3,163 3,410 3,673 3,956 4,258 4,579 4,926 5,294 5,685 6,101 6,543 7,013 7,513 8,045 8,609 9,209 9,844

10,518 11,231 11,987 12,788 13,634 14,530 15,477 16,477 17,535 18,650 19,827 21,068 22,377 23,756 25,209 26,739 28,349 30,043 31,824 33,695 35,663 37,729 39,898 42,175 44,563 47,067

38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90

49,692 52,442 55,324 58,345 61,504 64,80 68,26

71,882 75,65 79,60 83,71 88,02

92,511 97,20

102,09 107,20 112,51 118,04 123,80 129,82 136,08 142,60 149,38 156,43 163,77 171,38 179,31 187,54 196,09 204,96 214,17 223,73 233,71 243,9 254,6 265,7 277,2

289,10 301,4 314,1 327,3 341,0

355,11 369,7 384,9 400,6 416,8

433,62 450,9 468,7 487,1 506,1

525,76

91 92 93 94 95 96 97 98 99

100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 120 125 130 135 140 145 150 175 200 225 250 275 300 325 350 360 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374

374,11

546,05 566,99 588,60 610,90 633,90 657,62 682,07 707,27 733,24 760,00 787,57 815,86 845,12 875,06 906,07 937,92 970,60

1 004,42 1 038,92 1074,56 1111,20 1148,74 1187,42 1227,25 1267,98 1 489,14 1 740,93 2 026,10 2 347,26 2 710,92 3 116,76 3 570,48 6 694,08

11 659,16 19 123,12 29 817,84 44 580,84 64 432,8 90 447,6

124 001,6 139 893,2 148 519,2 150 320,4 152 129,2 153 960,8 155 815,2 157 692,4 159 584,8 161 507,6 163 468,4 165 467,2 165 808,0