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PRCTICA 16

ESTEQUIOMETRA DE LAS REACCIONES QUMICAS

1.- FUNDAMENTO TERICO.

En esta prctica se dirigir la atencin hacia el concepto de reaccin qumica. Todareaccin es una transformacin de la materia en la que se parte de una o varias sustancias,denominadas reactivos, que se transforman total o parcialmente en otras con propiedades diferentesque se denominan productos. Las distintas propiedades de reactivos y productos son tantoqumicas como fsicas. Las diferencias qumicas se revelan en la manera en la que tienden areaccionar, es decir a cambiar de naturaleza, cada sustancia. Por su parte las propiedades fsicas seusan con frecuencia para identificar cambios qumicos ocurridos en una reaccin; como ejemplosimple puede pensarse en los cambios de color asociados con cierta frecuencia a reaccionesqumicas.

Las ecuaciones qumicas se emplean como un primer elemento para describir lasreacciones qumicas. En ellas se especifica qu compuesto o compuestos actan como reactivos ycuales son los productos en que se transforman. Adems expresan las proporciones relativas en lasque se combinan los reactivos y se obtienen los productos. La manera habitual de dar cuenta deestas proporciones relativas de reactivos y productos es utilizando el concepto de mol.

Un aspecto a tener muy presente al enfrentarse a una ecuacin qumica es que por el hechode formular una ecuacin no tiene por que ocurrir en la prctica la reaccin qumica que ella implica.Obviamente son las propiedades qumicas de los reactivos las que determinarn si en la prctica lareaccin es o no viable. Esto no es ms que advertir lo que es obvio, dado que de otro modo laqumica se convertira en un simple juego de cifras y letras, y se ignorara el modo en que laspropiedades de los elementos y la estructura de los compuestos qumicos entran en juego paradeterminar la reactividad. La reactividad o tendencia a combinarse de una sustancia vendrmodulada por la naturaleza de otras sustancias que encuentre en su entorno y por las condiciones enlas que se encuentre, especialmente por su presin y temperatura. En concreto son laTermodinmica y la Cintica las ramas de la Qumica que se centran en el anlisis de lareactividad de los elementos y compuestos qumicos.

Otra matizacin a tener en cuenta es que en el caso en que una reaccin ocurra, losreactivos no tienen que transformarse completamente en productos, llegndose a una situacin finalde equilibrio qumico. En este estado de equilibrio, que puede definirse a partir del concepto deconstante de equilibrio, pueden quedar en el sistema cantidades apreciables de todos los reactivos yproductos. Un caso lmite sera aqul en que la concentracin final de alguno de los reactivos es tanpequea como para que a efectos de clculo de la cantidad de productos formados podamos

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admitir que la reaccin se ha producido de forma cuantitativa. Este caso se produce en aquellassituaciones en que la constante de equilibrio adopta valores muy altos. Excepcionalmente tambinocurre en aquellos casos en que uno de los productos escapa del sistema; esta situacin esfrecuente cuando uno o ms productos son gaseosos y pierden contacto con el resto del sistemafacilitando de este modo el avance de la reaccin qumica.

Cuando una reaccin ocurre con participacin de varios reactivos es frecuente que no todosellos se encuentren en las proporciones estequiomtricas, es decir en aquellas proporciones que nosindican los coeficientes de la ecuacin qumica. Se considera como reactivo limitante aquel quepor la cantidad inicial en la que est presente limita el avance de la reaccin; por contra el reactivo oreactivos en exceso seguira presente en cantidades significativas en el medio de reaccin inclusoen el supuesto de que la reaccin se produjera de forma cuantitativa. As, la ecuacin qumicainforma de que cada mol de CaCO3 (100 g) se combina con un volumen de disolucin tal quecontenga 2 moles de HCl. Si se aadiera un volumen de disolucin conteniendo 3 moles de cido elcarbonato ser el reactivo limitante y el HCl el reactivo en exceso. El reactivo limitante se consumepor completo en una reaccin cuantitativa.

2.- OBJETIVO DE LA PRACTICA.

El objetivo de la prctica es doble. Por una parte se determinar el peso molecular delcarbonato clcico ( CaCO3 ). Por otro lado se estimar la riqueza en peso de carbonato clcico enuna muestra problema. En ambos casos se utilizarn dos mtodos, una determinacin gravimtrica yuna determinacin volumtrica.

3.- MATERIAL Y REACTIVOS

3.1.- MATERIAL.

1 Vaso de precipitado de 250 ml1 Vaso de precipitado de 100 ml1 Matraz aforado de 100 ml1 Varilla de vidrio para agitar2 Pies2 Pinzas con sus nueces1 Matraz Kitasato1 Embudo de decantacin1 Tapn horadado1 Tubo de goma de ltex de 75 cm1 Vaso de precipitado de 1000 ml1 Probeta de Vidrio de 250 ml1 Probeta de 25 ml1 Frasco lavador

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3.2.- REACTIVOS

CaCO3Muestra Problema de CaCO3cido clorhdrico

4.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.

4.1.- PROCESO EXPERIMENTAL.

Para la determinacin del peso molecular del carbonato clcico y la obtencin delporcentaje en peso de carbonato en una muestra problema, vamos a ensayar la reaccin qumicaque se produce entre el CaCO3 y el cido clorhdrico. Esta reaccin se puede representar mediantela ecuacin qumica:

CaCO3 + 2 HCl CO2 + H2O + CaCl2

El CO2 es un gas que escapar del medio contribuyendo de esta forma a que la reaccin secomplete.

Para las dos determinaciones que se van a llevar a cabo en esta prctica se utilizarn dosmtodos. El primero de ellos, mtodo gravimtrico, aprovecha la prdida de peso que se produceen el sistema. Esta prdida de peso se asigna al CO2 que se libera al medio. El segundo mtodo,volumtrico, se basa en la medida del volumen de CO2 desprendido. En este ltimo caso el CO2que se recoge est en contacto con agua, por lo cual deber considerarse la ley de Dalton de laspresiones parciales segn la cual la presin total del gas ser suma de la debida al CO2 ms lapresin del vapor de agua. La tabla con los datos de la presin de vapor de agua para cadatemperatura se incluye al final de la prctica.

Apartado A. Determinacin del peso molecular del CaCO3

A.1 MTODO GRAVIMTRICO:

Pesar exactamente unos 6 g de CaCO3 puro en el vaso de precipitado de 250 ml. Preparar100 ml de disolucin de HCl 2 M a partir de un frasco de cido clorhdrico concentrado. Extremarlas precauciones con el manejo del cido. Determinar qu volumen de esta disolucin seranecesario para combinarse estequiomtricamente con el CaCO3. Utilice el peso molecular queproporciona el bote de reactivo. Poner un exceso de volumen de la disolucin de HCl de al menosun 20%. Poner el volumen de disolucin de HCl calculado en el vaso de 100 ml junto con la varillade vidrio y pesarlo en la balanza.

La suma de los pesos del vaso de 250 ml con la muestra de carbonato que contiene ms eldel cido con que se va a hacer reaccionar en el vaso de 100 ml ms la varilla, nos define el peso departida del sistema en estudio.

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Aadir poco a poco la disolucin del cido sobre el vaso que contiene la muestra,removiendo con suavidad con la varilla de vidrio. NUNCA HACER ESTA OPERACIN SOBRELA BALANZA. Se observa como ocurre el desprendimiento de gases previsto por la reaccin. Esnecesario cuidar de que no se derramen o se proyecten gotas de lquido al exterior durante lareaccin. Una vez que se ha vertido todo el cido sobre la muestra de carbonato y que ya hacesado el desprendimiento de gases volvemos a pesar por separado, el vaso de 250 ml con ellquido que contiene, y el vaso vaco de 100 ml con la varilla. Todo ello conjuntamente permitedeterminar la masa final del sistema.

La diferencia entre la masa inicial y final del sistema debe corresponderse con la cantidad deCO2 que se ha desprendido. Atendiendo a la estequiometra de la reaccin determinar el pesomolecular del CaCO3. A.2 MTODO VOLUMTRICO:

Montar el dispositivo que se muestra en la figura y que permitir la recogida del gas que sedesprende por reaccin en la probeta invertida. Inicialmente la probeta debe estar llena de agua,que ser desplazada en parte por el gas. Sobre la propia escala de la probeta podremos leer al finaldel experimento el volumen de gas que se recoge. Hacer buen uso de los pies y las pinzas para

evitar que se vuelque alguno de los elementos de la instalacin.

DISPOSITIVO PARA RECOGIDA DE GASES

Pesar con exactitud una cantidad de carbonato clcico puro prxima a 0.8 g. Depositardicha muestra en el matraz Kitasato, procurando que no se adhiera a las paredes.

Preparar 40 ml de disolucin 3:1 de HCl. Recuerde que ello significa un volumen de agua 3veces mayor que el de cido concentrado. Poner esta disolucin en el embudo de decantacin con

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la llave an cerrada. Antes de dejar gotear el cido sobre la muestra tratar de comprobar el estadode todas las conexiones y ajustes para evitar fugas de gas. El gas tambin puede escapar si noopera con cuidado por el propio embudo de decantacin.

Una vez realizadas las comprobaciones indicadas comenzar a verter el cido sobre lamuestra. Inmediatamente se observar como se desprende gas y llega hasta la probeta desplazandoal agua.

Anotar la presin atmosfrica y la temperatura en el laboratorio. A partir de la temperaturapuede determinarse la presin de vapor del agua. La presin en el laboratorio y la presin de vapordel agua permiten por diferencia conocer la presin parcial del CO2.

Con los datos de presin de CO2, temperatura y la anotacin de volumen puede calcularseel nmero de moles de gas producidos por reaccin, y de ah los de carbonato.

Apartado B. Determinacin de la riqueza en CaCO3 de una muestra problema

Lgicamente el planteamiento de esta prctica asume que las impurezas del carbonato noreaccionan con el cido clorhdrico. En concreto una manera en la que su profesor podra haberimpurificado la muestra de carbonato que le facilita es con NaCl, es decir, con sal de mesa.

B.1 MTODO GRAVIMTRICO

Pesar exactamente unos 6 g de muestra problema de CaCO3 en el vaso de precipitado de250 ml. Preparar 100 ml de disolucin de HCl 2 M. Determinar qu volumen de esta disolucinsera necesario para combinarse estequiomtricamente con el CaCO3. Suponga para este clculoque la muestra es 100% carbonato clcico. Poner un exceso de volumen de la disolucin de HCl deal menos un 10%. Poner el volumen de disolucin de HCl calculado en el vaso de 100 ml junto conla varilla de vidrio y pesarlo en la balanza.

Opere de la misma forma que en el apartado A.1

B.2 MTODO VOLUMTRICO

Vuelva a montar el dispositivo que se explica en A.2.Pesar con exactitud una cantidad de muestra problema prxima a 1 g. Depositar dicha

muestra en el matraz Kitasato, procurando que no se adhiera a las paredes.Preparar 40 ml de disolucin 3:1 de HCl.Opere de la misma forma que en el apartado A.2.