Relaciones estequiométricas

Práctica 14

Relaciones estequiométricas (I)

14.1 Objetivos

• Aplicar las relaciones peso a peso para la deteterminación de la composición de una mezcla de clorato de potasio y cloruro de potasio.

• Aplicar la ley de Dalton a la resolución de problemas en la que intervienen gases.

• A partir de relaciones peso a volumen, analizar la estequiometría que tiene lugar en una reacción en la que se producen gases.

14.2 Teoría

En la producción industrial de algunos compuestos es frecuente obtener mezclas, lo cual hace necesario una posterior determinación de la pureza de la misma. Por ejemplo, en la preparación comercial del clorato de potasio a partir de cloro gaseoso e hidróxido de potasio, se obtiene clorato de potasio y cloruro de potasio según la siguiente reacción:

3Cl2(g) + 6KOH(aq) --> KClO3(aq) + KCl(aq) + H2O(l)

De acuerdo con la solubilidad de cada compuesto, el cloruro de potasio se podría separar del clorato de potasio por disolución en agua fría, ya que el cloruro es más soluble; sin embargo, si la solución es muy concentrada, probablemente precipitarán ambos compuestos. Esta situación hace que los métodos físicos den poco rendimiento en la separación de la mezcla. Existe la posibilidad de determinar la composición de la mezcla utilizando un cambio químico, el cual consiste en hacer reaccionar la mezcla de tal manera que uno de los reactivos reaccione en tanto que el otro compuesto permanezca inalterado. Debe tenerse en cuenta que en este caso se determinará la composición de la mezcla, pero permanece el problema de separar o aislar los dos componentes.

El KClO3 se descompone químicamente en KCl y O2 utilizando MnO2 como catalizador:

2 KClO3 (s) ---> 2 KCl(s) + 3 O2(g)

2 x 122.5 g 2 x 74.5 g 3 x 32.00 g

Si se conoce la masa de oxígeno desprendido en la reacción, puede aplicarse una relación peso a peso para determinar la masa de clorato descompuesto y la composición de la mezcla KClO3-KCl:

(14.1)

Ley de Dalton

Cuando un gas se recoge sobre agua se obtiene una mezcla del gas y de vapor de agua y por eso se dice que el gas está húmedo. El compuesto gaseoso ejerce una presión parcial Pgas. Análogamente, el vapor de agua ejerce una presión parcial Pagua y ésta presión depende solamente de la temperatura. Los datos de presiones de vapor del agua se encuentran tabulados (véase el Anexo 5).

De acuerdo con la ley de Dalton, la presión total del gas húmedo es la suma de las presiones parciales del gas y del vapor de agua. En un tubo recolector de gases o eudiómetro (figura 14.1) se puede hacer el siguiente balance de presiones:

Figura 14.1 Recolección de un gas sobre agua

Patm = Pgas húmedo + Pcolumna

Patm = Pgas seco + Pagua + Pcolumna

Pgas = Patm - Pagua - Pcolumna

Pgas = Patm - Pagua - hcolumna (mm) /13.6 (14.2)

donde: Patm = presión atmosférica

Pagua = presión del vapor de agua a la temperatura de reacción (en tablas)

Pcolumna = presión ejercida por la columna de agua

hcolumna = altura de la columna de agua en mm

Una vez obtenida la presión del gas, se puede calcular la cantidad química aplicando la ecuación de estado:

PV = nRT

ngas = (PgasV ) / (RT) (14.3)

donde: V = volumen del gas recogido

R = constante universal de los gases = 0.082 L x atm /(mol x K)

T = temperatura (K)

La cantidad química de gas permite realizar los cálculos estequiométricos que sean necesarios de acuerdo con el propósito del experimento.

14.3 Materiales y equipo

• Mezcla KClO3-KCl, MnO2, Mg, HCl 4.0 M

• Tubo de ensayo

• Pinza para tubo de ensayo

• Eudiómetro

• Regla graduada (traerla)

• Beaker

• Soporte universal

• Mechero

• Balanza

• Hilo y corcho

14.4 Procedimiento

14.4.1 Separación de una mezcla de KClO3-KCl

Adaptar la base de la probeta a un tubo de ensayo limpio y seco. Colocar una pizca de MnO2 en el tubo de ensayo, pesar y agregar aproximadamente 2.00 g de la mezcla asignada.

Pesar con la mayor exactitud el tubo con las sustancias y agitar para que mezcla y catalizador se pongan en contacto. Calentar el tubo de ensayo, sin su base, manteniendo las debidas precauciones (figura 14.2).

Figura 14.2 Descomposición del KClO3

Suspender el calentamiento al cabo de unos minutos cuando cese el desprendimiento de oxígeno, enfriar y pesar. Repetir el procedimiento de calentar, enfriar y pesar hasta obtener un peso constante.

14.4.2 Determinación de la pureza de una lámina de Mg

Colocar 10.0 mL de HCl 4.0 M en un eudiómetro y llenar completamente con agua; colocar en la boca del eudiómetro la cinta y el magnesio atada al cordel y al corcho. Tapar con el dedo

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