Informe4

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

ASIGNATURA: Laboratorio de Química General AI

GRUPO: Jueves  13 -15 horas

SEMESTRE ACADEMICO:  2015 –I

PROFESOR: Jorge  Rojas

PRÁCTICA Nº 4: Estequiometría y Volumen molar

INTEGRANTES:

- Pezo Suarez Gian Roger

- Chacpi Alfaro Sara Geraldine

- Arredondo Yauri Madeleine

- Castañeda Espinoza Miguel Angel

FECHA DE REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA : 07 – 04 – 15 FECHA DE ENTREGA DEL INFORME : 14 – 04 – 15

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TABLA DE CONTENIDO

Caratula............................................................................................................. 1

Tabla de contenido............................................................................................ 2

Resumen........................................................................................................... 3

Introducción....................................................................................................... 3

Detalles Experimentales.................................................................................... 4

Aparatos................................................................................................... 4

Materiales................................................................................................. 4

Procedimiento Experimental..................................................................... 4

Resultados................................................................................................ 6

Discusión de resultados.................................................................................... 6

Conclusiones..................................................................................................... 7

Recomendaciones............................................................................................. 7

Bibliografía........................................................................................................ 8

Anexos.............................................................................................................. 9

Fotos de aparatos y materiales................................................................. 9

Cuestionario.............................................................................................. 15

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Resumen

Para realización de la experiencia, se utilizó los siguientes conceptos: Ley de la conservación de la masa (estequiometria), volumen molar (volumen ocupado por un mol de gas en las condiciones normales) y catalizador (acelera la reacción).

La demostración consiste en calentar KClO3(s) + MnO2(s), el cual está conectado a un balón de agua, mediante un sistema de mangueras; esto generara que el oxígeno quiera salir, así que lo hará desalojando un volumen de agua del balón, el cual será vaciado a un frasco colector. Así es como mediante cálculos matemáticos se llegara al volumen molar del oxígeno, aunque tendrá un margen de error respecto al valor teórico.

Introducción

En el presente informe el alumno aprenderá los conceptos básicos de estequiometria, volumen molar y catalizador.

Siendo nuestros objetivos a seguir:

* Buscar la relación que existe entre los pesos de las sustancias reactantes y de los productos, durante una reacción química de acuerdo a la ley de conservación de la masa.

* Determinar el volumen molar del oxígeno, a partir del volumen de agua desalojado, por el gas desprendido en la reacción.

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DETALLES EXPERIMENTALES

MATERIALES NECESARIOS

· 1 balanza· 1 tubo de ensayo· 1 pinza· 1 juego de tapones bihoradado, mangueras y conexiones· 1 colector de vidrio· 1 mechero· 1 espátula· 1 termómetro· 1 probeta de 500mL· 1 balón

Reactivos

· Mezcla de reactivos: 87.5% KClO3(s) y 12.5% MnO2(s)

Se usará la siguiente reacción química: 2 KClO3 2 KCl + 3 O2

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Pesar el tubo limpio y seco.2. Agregar la mezcla de KClO3 al tubo. Manténgalo listo mientras arma todo el equipo

tal como se muestra en el gráfico3. Llenar el balón con agua al tope y conectar las mangueras (mantener la manguera de

salida de agua por debajo del nivel del agua del balón).4. Llenar la conexión con agua soplando por el otro extremo, entre el balón y el frasco.

Cierre con una pinza el extremo de la manguera que va al frasco, no debe quedar burbujas de aire.

5. Conectar todo el sistema y proceder calentar el tubo con la mezcla, soltar la manguera e inmediatamente siga calentando hasta que ya no desprenda más oxígeno, esto se comprueba observando que no cae más agua en el frasco colector.

6. Dejar enfriar el tubo que contiene KCl y MnO2 en el desecador, para luego pesarlo.7. Medir exactamente el volumen desalojado, el cual es igual al volumen del oxígeno

desprendido en la descomposición del KClO3, puesto que el MnO2 actúa como catalizador permanece inalterable y se recupera al final del experimento.

8. Medir la temperatura del agua del balón, para luego determinar con ésta la presión del vapor del agua, en las tablas.

OBSERVACIONES

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No se debe mover la probeta donde se encuentra la mezcla bruscamente para lograr que el calor se distribuya uniformemente

Al aumentar la temperatura de la mezcla, este genera oxigeno gaseoso (O2) el cual aumenta la presión y lo dirige atreves de los conductos al envase lleno de agua

El agua no solo absorbe la presión si no también el calor ya que comienza a calentarse rápidamente

El envase al incrementarse la presión expulsa el agua que se encontraba en su interior atreves de unos pequeños conductos que lo distribuye hacia la probeta

La mezcla llega a un punto en que ya no genera mayor presión debido a que ha liberado todo el oxígeno que poseía

La mezcla no se consume por completo, es decir queda un residuo (sin oxígeno (O2)) El oxígeno de la mezcla no ha desplazado por completo el agua del envase, esto se debe porque la mezcla era insuficiente en proporción, si el objetivo fuera desplazar por completo el agua se hubiera optado por una mayor cantidad de dicha mezcla.

Introducción al cálculo de volumen molar de O2

Para la determinación del volumen molar del gas, deben ser conocidos el volumen, la masa y la presión de una determinada cantidad de O2. El volumen se mide a la temperatura y presión del laboratorio, pero debe llevarse dicho volumen a condiciones normales de P y T. Una vez conocido el volumen de una determinada masa de O2 en CNPT, se podrá calcular el volumen de un mol de O2 (32,0 g) también en CNPT. El volumen de un mol de O2 en CNPT es también el volumen de un mol de cualquier gas en CNPT (Ley de Avogadro = volúmenes iguales de gases diferentes, en las mismas condiciones de temperatura y presión contienen el mismo número de moléculas). La masa de O2 desprendido en la experiencia se mide indirectamente. Para ello debe saberse la masa de la muestra original. Una vez efectuado el calentamiento y la consecuente reacción se pesa el KCl remanente y por diferencia entre las dos masas (el del KClO3 inicial y éste último, y considerando que el MnO2 no pierde masa durante los procesos) se obtiene la masa de O2.

Masa de KClO3 - Masa de KCl = Masa de O2

La presión del gas en la experiencia se debe calcular conociendo la P atmosférica y la Presión del vapor de H2 a la temperatura de la experiencia.

Cálculo del volumen molar del gas (VM)

Vg = volumen de gas recogido (se mide en la experiencia) mO2= masa de oxígeno liberado(se mide en la experiencia)

Para calcular la presión O2 (Pg), sabemos que en las condiciones de trabajo:

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Patm.= Pg + Pv + Pc (a)Patm = presión atmosférica (dato a proporcionar). Pg = presión de O2 que se calculará. Pv = presión de vapor del agua a la temperatura del laboratorio (se extrae de la bibliografía, ej. Chang)

Con esto calculado tenemos Vg, Pg y Tg (temperatura del gas). Esta será igual a la del agua (por esa causa se la mide) ya que al “pasar” el gas por ella, tomará la misma temperatura.

Sabiendo que las CNPT son P = l.atm y T =273 K aplicamos

T°= 23°C=296K Pvapor =21,1mmHg(ver Bibliografía)

Pg= 760mmHg-21,1mmHg=738.9mmHg

Vo2=257mL

Vn=(738.9x257x273)/(296x760)

Vn=230.45mL

Discusión de resultados:

_Para obtener medidas más exactas debemos revisar que el sistema y los materiales estén en correcto estado, evitar cualquier tipo de escape.

_No se desplaza todo el agua del balón ya que la mezcla usada no cuenta con suficiente oxígeno hacerlo.

_Medimos la temperatura del agua ya que el oxígeno ha pasado por ahí y ambas temperaturas son iguales.

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Recomendaciones:

Cuando realizamos el experimento fallamos en dos oportunidades al momento de retirar el agua mediante el soplo pero afortunadamente en un tercer intento logramos realizar el experimento correctamente, es por ello que se recomienda lo siguiente:

- Seguir el procedimiento con sumo cuidado , si se comete errores en la experiencia como por ejemplo dejar el agua y medirla junto con el gas liberado , entonces los datos obtenidos no coincidirán con las reales características de los gases y romperá con la ley de conservación de la masa.

- Tener los conocimientos necesarios de los materiales ,elementos y compuestos que se va a utilizar así como también de sus propiedades para poder prevenir cualquier accidente ya que muchos elementos y compuestos son muy reactivos .

- Esta demás mencionar que es obligatorio el uso de gafas, guantes, mandil.

- Es sumamente importante asegurarse de cerrar la llave de fuego para evitar cualquier accidente así como desconectar los circuitos eléctricos.

Conclusiones:

Al tener en cuenta que el comportamiento de un gas ideal se lleva a cabo en sistemas cerrados, donde no interactúa con el aire del ambiente exterior, por esta razón se comprueba la relación existente entre los pesos de las sustancias reactantes y de los productos, por consiguiente se cumple la ley de la conservación de la masa.

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Bibliografía

http://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_molar

T. Brown, H.Lemay, B.Bursten; QUIMICA, LA CIENCIA CENTRAL; EDITORIAL PERTICE HALL; Mexico; 1988.

CHANG, Raymond; Química General, D`vinni Ltda., impreso en Colombia, Séptima Edición, pág.- 177,544.

http://www.cespro.com/Materias/MatContenidos/Contquimica/QUIMICA_INORGANICA/reacciones_quimicas.htm

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Anexos

FOTOS DE APARATOS Y MATERIALES

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CUESTIONARIO

1. Defina ¿Qué es volumen molar?

El volumen molar de una sustancia, simbolizado Vm , es el volumen que ocupa una mol de gas en condiciones normales de presión y temperatura, el cual es igual a 22.4 litros. La unidad del Sistema Internacional de Unidades es el metro cúbico por mol:m3· mol-1

Un mol de cualquier sustancia contiene 6,022 · 1023 partículas. En el caso de sustancias gaseosas moleculares un mol contiene NA moléculas. De aquí resulta, teniendo en cuenta la ley de Avogadro, que un mol de cualquier sustancia gaseosa ocupará siempre el mismo volumen (medido en las mismas condiciones de presión y temperatura).

Experimentalmente, se ha podido comprobar que el volumen que ocupa un mol de cualquier gas ideal en condiciones normales ( Presión =atmósfera, Temperatura = 273,15 K = 0 °C) es de 22,4 litros.Este valor se conoce como volumen molar normal de un gas.Este valor del volumen molar corresponde a los llamados gases ideales o perfectos; los gases ordinarios no son perfectos (sus moléculas tienen un cierto volumen, aunque sea pequeño) y su volumen molar se aparta ligeramente de este valor.

2. De haber obtenido alto porcentaje de error, justifique porqué y como poder evitarlo.Un porcentaje de error alto se puede deber a una incorrecta manipulación de los instrumentos y a las condiciones de en las cuales se trabajan.Para no llegar a un porcentaje de error alto se debe en tomar las medidas correctas al momento de usar la balanza y cuidar que no se escape el O2 por algún orificio que pueda haber cuando se encuentra adherido al corcho.

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3. De 5 ejemplos de reacciones químicas, donde se obtenga O2.

2KClO3 + MnO2 2KCl + 3022N2O5 4NO2 + O2 2HgO 2Hg + O2 6CO2 + 6H20 C6H12O6 + 6O2 2MnO4 + 5H2O2 + 6H 502 + 2Mn + 8H2O

4. ¿Será necesario descomponer totalmente el KClO3 para la determinación del volumen molar, según la experiencia que se realizó en el laboratorio?

Sí, es necesario ya que en la descomposición del KClO3 es donde se libera oxígeno, el cual empuja el agua hacia el recipiente colector y ese volumen obtenido de agua es igual al volumen liberado de oxígeno.

5. ¿Cuál será el volumen molar de un gas ideal a 25° C y 742 mm Hg?

Pca(Vca) / Tca = Pcn(Vcn) / Tcn

P = Presión; V = Volumen; T = Temperatura; ca = Condiciones ambientales cn =Condiciones normales

T= 0ºC = 273K P = 760mmHg V = 22.4L

Tenemos 25 º C = 298 º K Reemplazando en la fórmula: 742 mmHg x V = 760 mmHg x 22.4 L 298 º K 273 º K 2.49 x V =17024 / 273 2.49 x V= 62.36

Y, como resultado obtenemos que el volumen es igual a: V=25,05 L

6. ¿Cuál será la densidad del O2 a las condiciones experimentales y cual a las C.N.?

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A condiciones experimentales el O2 está a un volumen de 480ml y tiene 0.62g

D1= 0.62g/480ml x 1 ml/0.001L = 1.291 g/L

A condiciones normales el O2 está a un volumen de 430 ml y tiene 0.62g

D2= 0.62g/430ml x 1 ml/0.001L = 1.44 g/L

7. Tomando como base la reacción siguiente:

Fe2O3(s) + 3C(s) 3CO(g) + 2Fe (s)

a) ¿Cuántas toneladas de carbono se necesitarán para reaccionar con 240Kg de Fe2O3?

160g Fe2O3 36 g C 240 Kg de Fe2O3 X de C X= 0.054 ton de Carbono.

b) ¿Cuántas toneladas de coque de 96% de pureza se necesitan para reaccionar con una tonelada de mena de Fe que contiene 46% en peso de Fe2O3?

160g Fe2O3 36g Coque 460Kg Fe2O3 x Coque X= 103, 5 Kg 103,5Kg → 96% X coque → 100% X coque = 0,1078 ton

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c) ¿Cuántos kilogramos de Fe podrán formarse a partir de 5 Kg de Fe2O3?

160g FeO3 112 g Fe 25Kg Fe2O3 X Kg de Fe X= 17.5 Kg de Fe.

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