RELACIÓN ESTEQUIOMÉTRICA DE REACCIONES QUÍMICAS.

PRÁCTICA N° 5: RELACIÓN ESTEQUIOMÉTRICA DE REACCIONES QUÍMICAS

1. MATERIALES Y REACTIVOS.

1. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.

Para la determinación del peso molecular del carbonato cálcico y la obtención del porcentaje en peso de carbonato en una muestra problema, se ensayará la siguiente reacción química:

CaCO3    +    2HCl    →   CO2↑   +   H2O   +   CaCl2

El CO2  es un gas que escapará del medio contribuyendo de esta forma a que la reacción se complete.

1.  Determinación de la masa molar del CaCO3.

1. Método de pesada.

1. Tome un beaker de 250 mL y péselo. Anote su masa y tare la balanza.
2. Pese en el beaker de 250 mL exactamente 0,3000 g de CaCO3 puro. Sume la masa del beaker con la masa del CaCO3. Esta será su masa Ai.
3. Determine previamente qué volumen de la disolución de HCl 2 M sería necesario para combinarse estequiométricamente con el CaCO3.
4. Agregue en un beaker el volumen calculado de HCl 2M más un exceso de al menos un 20%. Introduzca una varilla de vidrio y pese todo el conjunto en una balanza. Esta será su masa Bi.
5. Sume la masa Ai y la masa Bi para obtener la masa inicial de todo el sistema.
6. Añada poco a poco la disolución del ácido sobre el vaso que contiene la muestra, removiendo con suavidad con la varilla de vidrio. Observe el desprendimiento de CO2. Es necesario evitar derrames o proyecciones de gotas de líquido al exterior durante la reacción.
7. Una vez que se ha vertido todo el ácido sobre la muestra de carbonato y que ya ha cesado el desprendimiento de gases vuelva a pesar todo por separado, el beaker de 250 mL que contiene la mezcla (masa Af), y el beaker vacío de 100 mL con la varilla (masa Bf). Todo ello conjuntamente permite determinar la masa final del sistema.
8. Calcule la cantidad de CO2 que se ha desprendido mediante la diferencia entre la masa inicial y la masa final del sistema.

NOTA: para la manipulación de los materiales es recomendable el uso de pinzas o guantes de latex, de manera que se altere lo menos posible la masa de los sistemas.

1. Método volumétrico.

1. Monte el equipo que se muestra en la Figura 1 y que permitirá la recogida del gas que se desprende por reacción en el cilindro graduado invertido. Inicialmente el cilindro graduado debe estar lleno de agua, pero en caso de quedar una pequeña cantidad aire atrapado debe medir y anotar el volumen de aire empleando la propia escala del cilindro graduado.  Debe hacer buen uso de los soportes y pinzas para evitar que se vuelque alguno de los elementos de la instalación.
2. Pese con exactitud 0,3000 g de CaCO3. Deposite dicha muestra en el matraz Kitasato, procurando que no se adhiera a las paredes.
3. Agregue en un embudo de decantación la cantidad de HCl 2 M necesaria para combinarse estequiométricamente con el CaCO3 (calculado para la sección anterior), con un exceso de al menos un 20 % en volumen. Tenga cuidado de mantener la llave de paso del embudo en la posición de cerrado.
4. Antes de dejar gotear el ácido sobre la muestra compruebe el estado de todas las conexiones y ajustes para evitar fugas de CO2. El gas también puede escapar si no opera con cuidado por el propio embudo de decantación.
5. Una vez realizadas las comprobaciones indicadas comience a verter el HCl sobre la muestra. Inmediatamente se observará como se desprende CO2 y llega hasta el cilindro graduado desplazando al agua.
6. Con la ayuda de la escala del cilindro graduado mida el volumen de CO2 desprendido en la reacción. En el caso de que inicialmente no estuvo completamente lleno de agua el cilindro debe calcular la variación de volumen, es decir, sustraer el volumen inicial de aire atrapado al volumen final de gas en el cilindro.
7. Calcule el número de moles de CO2 producidos por la reacción empleando la ecuación de los gases. Para ello, asuma que las condiciones de presión y temperatura del laboratorio son aproximadamente de 1,0 atmósferas y 298 K. A partir de la temperatura puede determinar la presión de vapor del agua. La presión en el laboratorio y la presión de vapor del agua permiten por diferencia conocer la presión parcial del CO2. Con los datos de presión de CO2, temperatura y la anotación de volumen desprendido puede calcularse el número de moles de CO2.

[pic 1]

Figura 1. Montaje de equipo para recogida de gases.

1. POST-LABORATORIO.

1. Calcule teóricamente el número de moles de CO2 que deben producirse en la reacción de 3 g de CaCO3 y HCl 2M, empleando la estequiometría de la reacción.
2. Compare los moles de CO2 determinados experimentalmente mediante el método gravimétrico y método volumétrico.
3. Calcule el porcentaje de error experimental de ambos métodos (gravimétrico y volumétrico) al comparar los moles de CO2 determinados experimentalmente con los teóricos.
4. Empleando la estequiometria de la reacción, determine la masa molar del CaCO3 a partir de los moles de CO2 obtenidos con ambos métodos.

1. DISPOSICIÓN DE DESECHOS.

Las soluciones acuosas de CaCl2 pueden desecharse directamente por el desagüe.

1. CUESTIONARIO.

-  ¿A qué se denomina “relación estequiométrica” de los reactivos en una reacción química?  

-  Explicar qué significa el término “reactivo limitante”, ¿Qué utilidad tiene conocerlo en un proceso químico?

-  El carburo de calcio reacciona con el agua para formar hidróxido de calcio y el gas etino que es inflamable. ¿Cuál es el reactivo limitante si 0,0100 g de agua reaccionan con 0,0100 g de carburo de calcio? ¿Cuál está en exceso, cuántos moles no reaccionarán?

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