DETERMINACIÓN DE LA ESTEQUIOMETRÍA DE UNA REACCIÓN QUÍMICA POR ANÁLISIS GRAVIMÉTRICO

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DETERMINACIÓN DE LA ESTEQUIOMETRÍA DE UNA

REACCIÓN QUÍMICA POR ANÁLISIS GRAVIMÉTRICO

Yadith Vanessa Cortés-Polania, Jonathan Andrés Huertas-Beltrán, Pablo Emilio

Jacanamijoy-Chasoy y María Claudia Quimbaya-Cuellar

Programa de Licenciatura en Ciencias Naturales: Física, Química y Biología, Universidad Surcolombiana.

Huila, COLOMBIA.

,

RESUMEN

La práctica de laboratorio sobre determinación estequiométrica por análisis gravimétrico consistió en hacer precipitar yoduro de plomo, PbI2 a cual toma un color muy característico que es amarillo mediante soluciones

acuosas de nitrato de plomo, Pb(NO3)2 y yoduro de sodio, NaI con concentraciones de 0,05M. Las cantidades

de nitrato de plomo que se tomaron fueron 0.5mL, 1mL, 2mL, 3mL y 4 mL que se transvasaron en diferentes tubos de ensayo, las cantidades de yoduro de sodio en los 5 tubos de ensayo fue 4mL. Cuando se mezclan estos dos se procede a filtrar la solución y se lleva al horno a 100°C para remover sustancias ajenas al yoduro de plomo y posteriormente se pesa, esto se realiza con el fin de determinar cuántos gramos de yoduro de plomo se formó mediante cálculos gravimétricos. Se observó que en los tubos 1 y 2 las cantidades de yoduro de plomo fueron el doble y a partir del tubo 3 al 5 se mantuvo constante, esto se debe a que la reacción es 1:2. Al final de la práctica se analizó las tablas y gráficas con el fin de determinar en qué tubo de ensayo la solución precipitaba todo el yoduro de sodio en forma de yoduro de plomo, al finalizar, se ca

lculó la

cantidad en gramos de yoduro de plomo precipitado en los cinco tubos de ensayo.

ABSTRACT

The laboratory practice on stoichiometric determination by gravimetric analysis was to precipitate lead iodide, PbI2 to which takes a very characteristic color is yellow with aqueous solutions of lead nitrate, Pb (NO3) 2 and sodium iodide, NaI concentrations 0.05M. The amounts of lead nitrate taken were 0.5mL, 1 mL, 2 mL, 3 mL and 4 mL which transfer into different test tubes, the amounts of sodium iodide in 5 test tubes was 4mL. When mixed the two is it necessary to filter the solution and brought to the oven at 100 ° C to remove foreign to lead iodide and then weighed substances, this is done in order to determine how many grams of lead iodide formed by gravimetric calculations. It is noted that in the tubes 1 and 2 the amounts of lead iodide were double tube and from 3 to 5 remained constant, this is because the reaction is 1: 2. At the end of practice tables and graphs we were analyzed in order to determine which test tube the solution precipitated all sodium iodide as iodide of lead, at the end, the amount calculated in grams of lead iodide precipitate in five test tubes.

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0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,5 1 2 3 4 P bI 2 ( g ) Pb(NO₃)₂ (mL)

INTRODUCCIÓN

Los métodos gravimétricos son métodos cuantitativos basados en la determinación de la masa de un compuesto puro en una balanza analítica, con el cual está químicamente relacionado el analito. Según (Skoog, et all.,2015) existen 3 importantes métodos gravimétricos:

1. Gravimetría de precipitación: el analito se separa de una disolución de la muestra como un precipitado y se convierte a un compuesto de composición conocida que puede pesarse, mediante el tratamiento térmico adecuado.

2. Gravimetría de volatilización: el analito se convierte en un gas de composición química conocida para separarlo de los otros componentes de la muestra. La masa del gas sirve como medida de la concentración del analito.

3. Otros: electrogravimetría, Valoración gravimétrica, Espectrometría de masas.

En el método de precipitación, el analito se convierte en un precipitado poco soluble mediante la adición de un agente precipitante (Pierre, 1979).

Etapas del análisis gravimétrico por precipitación: Disolución del analito, adición de un agente precipitante, separación del precipitado: decantación o filtración, lavado del precipitado y desecación o calcinación (Harris, 2006).

Teniendo en cuenta lo anterior se plantea como objetivo principal ilustrar algunos principios generales del análisis gravimétrico y su utilidad práctica. Se ilustra la técnica general a seguir en el análisis gravimétrico para colectar cuantitativamente un precipitado y pesarlo.

METODOLOGÍA

RESULTADOS Y ANÁLISIS

Cuando se mezcla nitrato de plomo, Pb(NO3)2 y yoduro de

sodio, NaI producen un precipitado de yoduro de plomo, PbI2

de color amarillo que es muy insoluble en agua. También se forma nitrato de sodio, NaNO3 pero es soluble y permanece en

solución (Skoog, et all.,2015).

En la siguiente tala se podrá observar la cantidad de PbI2 que se

formó en los 5 tubos de ensayos:

Tubo Peso de Papel Filtro (g)

Peso de Papel Filtro más precipitado (g) PbI2 que se formó 1 0,6481 0,6590 0,0109 2 0,6391 0,6618 0,0227 3 0,6303 0,6759 0,0456 4 0,6366 0,6819 0,0453 5 0,6194 0,6649 0,0455

Tabla 2: Pesos del papel filtro sin precipitado y con precipitado de yoduro de plomo y PbI2 que se formó luego de la reacción.

1. Haga una gráfica de gramos de yoduro de plomo (eje y) versus mililitros de solución de nitrato de plomo (eje x).

Gráfica 1: Relación entre gramos de PbI2 y mililitros de solución de

Pb(NO3)2.

En la gráfica 1 se puede observar la relación entre la cantidad de Pb(NO3)2 de los diferentes tubos de ensayo en relación con la cantidad en gramos de PbI2 que se formó. Se puede observar que desde el tubo 1 al tubo 3, los gramos de PbI2 van aumentando en cantidades dobles, hasta que a partir del tubo 3 ya se comienza a mantener constante. Esto se debe a que la reacción tiene proporcionalidad 1:2 hasta el tubo 3, que indica que se precipita todos los moles de PbI2 presentes en la solución.

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2. Calcule el número de moles de nitrato de plomo y de yoduro de sodio utilizado en cada uno de los 5 tubos de ensayo.

Tubo mol de Pb(NO3)2 mol de NaI

1 _1*10-4 _5*10-5

2 1*10-4 1*10-4

3 1*10-4 2*10-4

4 1*10-4 3*10-4

5 1*10-4 4*10-4

Tabla 3: Moles de nitrato de plomo y yoduro de sodio que se utilizó.

Los respectivos cálculos se podrán observar en el ítem del cuestionario, parte 1.

3. De su gráfica deduzca en cuál de los cinco tubos había la cantidad justamente requerida de solución de nitrato de plomo para reaccionar con todo el yoduro de sodio.

En la gráfica 1 se pude deducir que en el tubo 3 se encuentra justamente la cantidad de Pb(NO3)2 que se requiere para

precipitar todo el NaI en forma de PbI2 en relación 1:2 según lo

indica la ecuación de la reacción.

4. Para ese tubo de ensayo (seleccionado arriba) y utilizando la tabla 3 determine la relación de moles de nitrato de plomo a moles de yoduro de sodio. En base a esta relación deduzca la estequiometria de la relación y la formula de yoduro de plomo producido.

Ecuación de la reacción:

Pb(NO3)2 (aq) + 2 NaI (aq) → PbI2 (s) + 2 NaNO3 (aq)

De la ecuación anterior se puede deducir que por un mol de nitrato de plomo se necesita dos moles de yoduro de sodio para producir un mol de yoduro de plomo, la relación estequiométrica de los reactivos es de 1:2. En la tabla 3 se observa que en el tubo 3 hay 1*10-4 mol de nitrato de plomo y 2*10-4 mol de yoduro de sodio, lo cual se puede observar que la relación es 1:2 produciendo 0,0456g de yoduro de plomo. Porcentaje de error:

A continuación, con base a los cálculos del ítem del cuestionario parte 1, se calculará el porcentaje de error de los gramos de yoduro de plomo en los diferentes tubos de ensayos: Tubo 1: Reactivo límite (Nitrato de plomo)

gramos PbI2 teórico: 0,0115

2,5*10-5mol Pb(NO3)2

1mol PbI2 1mol Pb(NO3)2

461g PbI2

1mol PbI2= 0,0115g PbI2 gramos PbI2 práctico: 0,0109

%error =Teórico − Práctico

Teórico ∗ 100

%error =0,0115g PbI2− 0,0109g PbI2

0,0115g PbI2 ∗ 100% = 𝟒%

Tubo 2: Reactivo límite (Nitrato de plomo) gramos PbI2 teórico: 0,0230

5*10-5mol Pb(NO3)2

461g PbI2

Teórico ∗ 100

%error =0,0230g PbI2− 0,0227g PbI2

0,0230g PbI2 ∗ 100% = 𝟏, 𝟑%

Tubo 3: Reactivo límite (Nitrato de plomo o yoduro de sodio), puede ser cualquiera debido a que se precipita todo el PbI2 del

tubo.

gramos PbI2 teórico: 0,0461

1*10-4mol Pb(NO3)2

461g PbI2

Teórico ∗ 100

%error =0,0461g PbI2− 0,0456g PbI2

0,0461g PbI2 ∗ 100% = 𝟏%

Tubo 4: Reactivo límite (yoduro de sodio). gramos PbI2 teórico: 0,0461

2*10-4mol NaI1mol PbI2 2mol NaI

461g PbI2

Teórico ∗ 100

%error =0,0461g PbI2− 0,0453g PbI2

0,0461g PbI2 ∗ 100% = 𝟏, 𝟕%

Tubo 5: Reactivo límite (yoduro de sodio). gramos PbI2 teórico: 0,0461

2*10-4mol NaI1mol PbI2 2mol NaI

461g PbI2

(4)

Teórico ∗ 100

%error =0,0461g PbI2− 0,0455g PbI2

0,0461g PbI2 ∗ 100% = 𝟏, 𝟑%

Medía aritmética:

x̅ =4% + 1,3% + 1% + 1,7% + 1,3%

5 = 𝟏, 𝟖𝟔%

El porcentaje de error es relativamente bajo, esto se debe a un bueno uso de los materiales y mucha precisión a la hora de medir y transvasar los reactivos.

CUESTIONARIO

1. Para cada uno de los tubos determinar reactivo limite y reactivo en exceso.

Tubo 1: 0,5mL de Pb(NO3)2 0,05M / 4,0mL de NaI 0,05M.

Reacción:

Número de moles en solución: 0,05mol L × 5*10 -4_{L = 2,5*10}-4_{mol Pb}₍_NO 3)2 0,05mol L × 4*10 -3_{L = 2*10}-4_{mol NaI}

Determinación de reactivo límite y reactivo en exceso:

2,5*10-5_{mol Pb(NO} 3)2

2mol NaI

1mol Pb(NO3)2=5*10

-4_{mol NaI}

2*10-4_{mol NaI}1mol Pb(NO3)2

2mol NaI = 1*10-4mol Pb(NO3)2

Reactivo límite: Nitrato de plomo (Pb(NO3)2 )

Reactivo en exceso: Yoduro de sodio (NaI)

Reacción:

Número de moles en solución: 0,05mol L × 1*10 -3_{L = 5*10}-5_{mol Pb}₍_NO 3)2 0,05mol L × 4*10 -3_{L = 2*10}-4_{mol NaI}

5*10-5_{mol Pb(NO} 3)2

2mol NaI

1mol Pb(NO3)2=1*10

-4_{mol NaI}

Reactivo límite: Nitrato de plomo (Pb(NO3)2 )

Reactivo en exceso: Yoduro de sodio (NaI)

Reacción:

1*10-4_{mol Pb(NO} 3)2

2mol NaI

1mol Pb(NO3)2=2*10

-4_{mol NaI}

En este caso, todo los moles de yoduro de sodio van a reaccionar con todos los moles de nitrato de plomo por lo que no va a ver un reactivo en exceso. Esto se puede observar en la reacción ya que está es 1:2 es decir por 1*10-4mol Pb(NO3)2 se necesita 2*10-4mol NaI.

Reacción:

Número de moles en solución: 0,05mol L × 3*10 -3_{L = 1}_,5_*10-4_{mol Pb}₍_NO 3)2 0,05mol L × 4*10 -3_{L = 2*10}-4_{mol NaI}

1,5*10-4_{mol Pb(NO} 3)2

2mol NaI

1mol Pb(NO3)2=3*10

-4_{mol NaI}

(5)

Reactivo límite: Yoduro de sodio (NaI)

Reactivo en exceso: Nitrato de plomo (Pb(NO3)2 )

Reacción:

2*10-4_{mol Pb(NO} 3)2

2mol NaI

1mol Pb(NO3)2=4*10

-4_{mol NaI}

Reactivo límite: Yoduro de sodio (NaI)

Reactivo en exceso: Nitrato de plomo (Pb(NO3)2 )

2. Para el tubo seleccionado de la sección 3 anterior, ¿Cuál es la naturaleza del filtrado? Si a este filtrado se le evapora toda el agua ¿Quedaría algún residuo? ¿De Qué? ¿Cuánto de él?

La naturaleza del filtrado es que en el papel filtro

quedarán los residuos sólidos de PbI

2

y el resto de

solución se desprecia pero muy probablemente queden

residuos de los otros reactivos en una cantidad muy

mínima, por lo cual se lleva al horno a 100°C para

removerlos. Si al filtrado se le evapora toda el agua

quedará un residuo de nitrato de sodio, NaNO

3 y quedará

0,0169g de él.

2*10-4_{mol NaI}2mol NaNO3 2mol NaI

84,994g NaNO3

1mol NaNO3 =0,0169g NaNO3

3. Para el tubo No. 5 responda la misma pregunta anterior. Es la misma naturaleza del filtrado, si el agua se evapora va a quedar la misma cantidad de nitrato de sodio, NaNO3 debido a

que la relación estequiométrica va a ser de 2:2 y en este caso el reactivo límite va a ser el yoduro de sodio, NaI por lo cual se formará 0,0169g de NaNO3.

2*10-4_{mol NaI}2mol NaNO3 2mol NaI

84,994g NaNO3

1mol NaNO3 =0,0169g NaNO3

4. Se requiere saber cuánta sal, NaCl, hay en agua marina; para lo cual se trató 50 gramos del agua con un exceso de

solución de nitrato de plata. El precipitado de AgCl formado se filtró, se lavó con agua destilada y luego se secó. Su pero fue de 1,23g. Calcule el porcentaje P/P de NaCl en el agua marina.

NaCl + AgNO3 → AgCl+ NaNO3

Peso del NaCl = 58,44 g /mol Peso del AgCl = 143,32 g /mol

Con una mol de NaCl se obtuvo una mol de AgCl (Relación 1:1)

12,3gAgCl 𝑥 1 mol AgCl 143,32g AgCl 𝑥

58,44g NaCl 1mol NaCl 𝑥

100

50 = 1.00 % Porcentaje de NaCl presente en el agua es de 1%.

CONCLUSION

Los cálculos del método gravimétrico nos permitieron

identificar la cantidad de PbI

2

formado en los diferentes

tubos de ensayos

que corresponde a: 0,0109 en el tubo 1; 0,0227 en el tubo 2; 0,0456 en el tubo 3; 0,0453 en el tubo 5 y 0,0455 en el tubo 5.

Con la ayuda de la estequiometria se

logró establecer la relación de la

reacción que corresponde a 1mol de Pb(NO3)2 se necesita 2mol de NaI para poder

precipitar todas las moles de PbI2 presentes en la solución,

también para la determinación de reactivo límite y reactivo en exceso como fue en los casos del tubo 1 y 2, el reactivo límite fue el Pb(NO3)2 y el reactivo en exceso fue el NaI, en el tubo 3

la cantidad empleada de Pb(NO3)2 y de NaI provocó toda la

precipitación de PbI2 por lo que no hay un reactivo en exceso

ya que la relación es este tubo es de 1:2, en los tubos 4 y 5 el reactivo límite fue el NaI y el reactivo en exceso fue Pb(NO3)2 .

Fue fundamental el empleo de este método ya que separamos el PbI2 de la solución como un precipitado, se le aplicó un método

térmico adecuado para tratar de remover especies diferentes a este y finalmente se pesó para saber la cantidad formada de PbI2.

REFERENCIAS

 Pierre, M., 1979. Química General. Editorial Reverté S.A. Bardas.

 Skoog, D.A. West, D.M. Holler, F.J. y Crouch, S.R. Fundamentos de Química Analítica. 9ª edición. Cengage Learning Editores, S.A. de C.V., México. 2015.

 Harris, D,. Análisis químico Cuantitativo. 3ª edición. Editorial Reverté S.A. Barcelona.

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