8/13/2014 ESTEQUIOMETRÍA: LA PREPARACIÓN OBJETIVOS MARCO TEÓRICO DE SULFATO DE BARIO (BASO 4 )

(1)

E

STEQUIOMETRÍA

:

L

A PREPARACIÓN

DE SULFATO DE BARIO (B

A

SO

4

)

Ileana Nieves Martínez

QUIM 3003

OBJETIVOS



Aprender a manejar las técnicas de asociadas a un

análisis cuantitativo por el método gravimétrico

 Filtración por gravedad

 Secado  pesada



Utilizar el concepto de estequiometría y factor

estequiométrico para:

 Calcular los gramos teóricos de un percipitado que resulta

de una reacción química

 Comprender el concepto de reactivo limitante.  Por ciento de rendimiento de un sólido poco soluble.

2

(2)

PESOS ATÓMICOS Y MOLECULARES



Se determinan por el número relativo de átomos de

varios elementos en una sustancia química



Ejemplo:

H

₂

O CH

₄

N

₂

C

₂

H

₆

O

 Los subíndices en las fórmulas químicas representan

cantidades exactas.

 Todos los aspectos cuantitativos de la química descansan

en conocer las masas de los compuestos estudiados.

4 C2H6O 2 moles de C 6 moles de H 1 mol de O

ESTEQUIOMETRÍA



Del griego

στοιχειον

, (

stoicheion)

,

letra

o

elemento

básico constitutivo

y

μετρον

(

métron), medida

.



Es el estudio

cuantitativo

de los reactivos y los

productos en una

reacción química.

5

C

OEFICIENTES ESTEQUIOMÉTICOS



Son los coeficientes (números) que obtenemos

cuando balanceamos la reacción química.



Representan la cantidad de sustancia (moles) que

reaccionan y se producen.

 2moles deCOy1mol deO₂producen 1 mol deCO₂  coeficiente estequiométrico de:

COes2 O₂yCO₂es1 6 2 2

2 CO



1

O



1

CO

2

(3)

RAZÓN

ESTEQUIOMÉTRICA



es la relación matemática (cociente = razón) entre dos

coeficientes estequiométricos,

s

.



sirve para calcular la cantidad exacta de sustancia

para reaccionar químicamente sin que falte o sobre los

reactivos o productos.

7 2 2 2 2 2 2

2

1

1 CO

O

CO

moles CO

mol O

mol CO

mol O







 





 





 



U

SOS DE LA ESTEQUIOMETRÍA



La cantidad de reactivos y productos que participan

en una reacción química se puede expresar en

unidades de:

 Masa

 Volumen

 cantidad de sustancia (moles)



Para los cálculos en una reacción química es más

conveniente utilizar moles.

8

A

NÁLISIS CUANTITATIVO GRAVIMÉTRICO



Consiste en separar y pesar, en el estado de mayor

pureza, un elemento o compuesto de composición

conocida que tiene una relación estequiométrica definida

con la sustancia que se determina.

9

 



  

2

3

2

3 2

MgCl ac



AgNO c



AgCl s



Mg NO

ac

moles de MgCl2 moles de AgNO3 g de MgCl2 g de AgNO3 PM de MgCl2 PM de AgNO3

(4)

ANÁLISIS CUANTITATIVO GRAVIMÉTRICO

10 2 2 2 2 2 2 MgCl MgCl MgCl MgCl MgCl MgCl

g

mol

n

g

x

PM

g



moles de MgCl2 moles de AgNO3 g de MgCl2 g de AgNO3 PM de MgCl2 PM de AgNO3 2 2 2 1 1

;

mol mol MgCl AgCl MgCl AgCl MgCl AgCl

g

PM

mol



 



  

2

3

2

3 2

MgCl

ac



AgNO ac



AgCl s



Mg NO

ac

AgCl AgCl AgCl AgCl AgCl AgCl

g

mol

n

g

x

PM

g



P

RÁCTICA



Calcule las cantidades siguientes:

 Los moles de CaH₂en 1.73 g de esta sustancia, dado

PM(CaH2) = 42.09 g/mol.

 Los moles de Mg(NO3)2en 3.25 g de esta sustancia

[PM(Mg(NO3)2]= 148.3 g/mol.  La masa de 2.5 x 10-3moles de MgCl2 11 2 2 2 2 2 2 ₂ 2 2 2 2 2 2 2

1.73 0.0411

42.09

1.73

42.09

CaH CaH CaH CaH CaH g CaH CaH mol CaH CaH

CaH CaH CaH

CaH CaH

g

n

moles

PM

mol

n

g

x

g

x

g



PRÁCTICA



Calcule las cantidades siguientes:

 Los moles de CaH2 en 1.73 g de esta sustancia, dado

PM(CaH2) = 42.09 g/mol.

 Los moles de Mg(NO3)2en 3.25 g de esta sustancia

{PM(Mg(NO3)2} = 148.3 g/mol.  La masa de 2.5 x 10-3_{moles de MgCl} 2 12               32 32 32 3 2 32 3 2 3 2 3.25 0.0219 148.3 Mg NO Mg NO Mg NO Mg NO Mg NO g Mg NO Mg NO _mol g g n moles PM                  32 32 32 3 2 32 32 3 2 32 148.3 3

2.5 10

Mg NO

0.37

Mg NO Mg NO Mg NO Mg NO g mol Mg NO Mg NO Mg NO

g

n

x PM

g

x



moles

x

g



(5)

PRECIPITACIÓN

13

D

IGESTIÓN DEL PRECIPITADO



Dejar el precipitado en contacto con su licor madre

durante algún tiempo antes de la filtración

 es más rápido a temperatura elevada.

Un precipitado bien digerido se sedimenta con rapidez después

de una agitación y deja un líquido transparente.

14

(6)

16

8

10

R

EACTIVO LIMITANTE



Aquel reactivo que se consume por completo y

determina o limita la cantidad de producto formado.



Ejemplo: ¿Cuánta masa de CO

2

se producirá al

reaccionar 8.0 g de metano (CH

4

) con 48.0 g de O

2

en

la combustión de CH

₄

?

17

 

4

2

2 2

2

CH

g



O

g







CO

g



H O l

R

EACTIVO LIMITANTE

18

CH

₄

es el reactivo limitante porque resulta en la

menor cantidad de producto.

2 4 2 2 1 4 1 2 1 2 2 2

0.5

1.5

0.75

mol CO molCH mol CO molO

mol CH x

mol CO

mol O x

mol CO



 







 





4 4 4 4 2 2 2 2 1 4 16 1 2 32

8

0.5

48

1.5

CH CH O O g mol CH CH PM g g mol O O PM g

moles experimentales

n

g x

moles CH

n

g x

moles O



 

4

2

2 2

2

CH

g



O

g







CO

g



H O l

(7)

REACTIVO LIMITANTE

19

















4 2 2 4 4 2 2 4 1 1 16 1 1 1 44 2 16 1 1

cos

8

22

mol CH mol CO teóricos g molCH CO mol CH mol CO g CO

teóricos g molCH mol

moles

gramos teóri

g

g x

x

x PM

g

g x

x

g CO









_

_







_

_



 

4

2

2 2

2

CH

g



O

g







CO

g



H O l

R

ENDIMIENTO Y POR CIENTO DE RENDIMIENTO



Teórico – gramos esperados si todo el reactivo

limitante reacciona.



Experimental – gramos recuperados

20 cos

%

rendimiento recuperados

100

teóri

g

x

g



P

ROCEDIMIENTO

(8)

MÉTODO

– PRECIPITACIÓN CUANTITATIVA

22 Precipitación lavado Pesada/ cálculos Secado Filtración Digestión Disolución

M

ATERIALES



Reactivos

 Cloruro de bario [BaCl2]

 Sulfato de sodio [(Na)2SO4]



Materiales

 Baño de María  Papel de filtro  Embudo  Vaso  Plancha de calentamiento 23

D

ATOS 24

 

2 2 2 4 4

*BaCl2H O  Na SO acBaSO s2NaCl ac

Tabla 1: Gramos de los reactivos y rendimiento teórico de BaSO4

PM(Na2SO4), g/mol 142.04 PM(BaCl2•2H2O), g/mol 244.28

Peso de vaso + sal, g Peso de vaso + sal, g

Peso de vaso vacío, g Peso de vaso vacío, g

Masa sal (Na2SO4) g Masa sal (BaCl2•2H2O), g

Moles Na2SO4 Moles BaCl2•2H2O

* gramos teóricos de BaSO4, g

 22 2  BaSO4 BaSO4 moles BaClH O x PM g

(9)

MÉTODO EXPERIMENTAL Y EQUIPO

(1)

Pesar un vaso de 25 mL (50 mL) limpio y seco en balanza

centogram. Anote el peso en la tabla de datos.

Añadir de 0.50 – 0.60 g de Na2SO4. Anote el peso.

Convertir los gramos de Na2SO4 a moles (PM = 142.04)

Como la razón estequiométrica en la reacción es de 1: 1,

entonces y se convierten los estos moles a

gramos de BaCl2•2H2O (PM = 244.26). [TÓXICO]

Pesar otro vaso de 25 mL (50 mL) limpio y seco en balanza

centogram. Anote el peso del vaso vacío en la tabla de datos.

Añadir exactamente los gramos de BaCl2•2H2O calculados

anteriormente. Anote el peso en la tabla de datos.

Prepare un baño maría con un vaso de 250 mL con 125 mL de

agua de la pluma. Colóquelo sobre la plancha y enciéndala. Coloque la plancha al lado izquierdo de su estación para dejar

espacio para seguir trabajando. 25

 

2 4 2 4 2 4 142.04 Na SO Na SO g molNa SO y g n  222 2 4 BaCl H O Na SO n  n baño maría

M

ÉTDO EXPERIMENTAL Y EQUIPO

(2)

26

A una probeta de 10 mL añada 5 mL de agua destilada. Añada aproximadamente 2.5 mL de agua destilada al

vaso con Na2SO4 para disolverlo. Agite con agitador de

vidrio.

Transfiera la solución del Na2SO4 a un tubo de ensayo.

Utilice el volumen que sobra en la probeta para enjuagar el vaso. Transfiera el lavado en al tubo. IDENTIFIQUE el tubo con el #1.

Repita los dos pasos anteriores para el BaCl₂•2H₂O en OTROtubo de ensayo. IDENTIFIQUE el tubo con el #2. Coloque ambos tubos, con mucho cuidado, en el baño

maría que preparó.

Luego de 3 minutos de hervir las soluciones por separado para que los sólidos se disuelvan, mezcle ambas soluciones .

 Debe echar el NaSO4(transparente) en BaCl2 (opaca) con

mucho cuidado usando una agarradera de tubo de ensayo.

BaCl2

NaSO4

2 1

M

ÉTDO EXPERIMENTAL Y EQUIPO

(3)

27

Deje hervir la mezcla durante 20 minutos. Añada pequeñas cantidades de agua destilada para mantener constante el nivel del líquido en el vaso.

Mientras espera que pasen los 20 minutos, rotule,(con el marcador provisto), pesey prepare el papel de filtro en el embudo. {Vea diagramas a continuación}

Deje enfriar la solución (~10 minutos) con el precipitado antes de filtrarla. Luego filtre la solución ‘(vea diagrama). Secar la semana siguiente por media hora, pesar, volver a

secar por media hora más y volver a pesar. Repetir hasta llegar a peso constante.

(10)

E

QUIPO DE FILTRACIÓN

28

DATOS

(

CONTINUACIÓN

)

29 Tabla 2: Datos del sólido a peso constante

Pesos de:

papel de filtro + BaSO4a peso constante

papel de filtro

BaSO4experimental (rendimiento experimental)

Por ciento de rendimiento:

100

experimental teórico g g

x

C

ÁLCULOS

Los coeficientes de una ecuación balanceada representan el número relativo de moles que reaccionaron.

(11)

RESUMEN DE LOS CÁCULOS



Balancear la ecuación química.



Calcular el peso molecular o fórmula de cada

compuesto (reactivos y productos)



Usar la ecuación química para obtener los datos

necesarios para convertir las masas a moles



Reconvertir las moles a masas para informar la

cantidad de producto.

31

R

EACCIÓN ESTEQUIOMÉTRICA



Determinar los gramos teóricos de la reacción:

 Razón estequiométrica

32

 

22 2 2 4 4 2

BaCl H O Na SO ac BaSO s  NaCl ac

4 4 2 2 2 2 1 2 2 4 1 2 2 1 2 1 BaSO mol BaSO molBaCl H O BaCl H O PM mol BaCl H O X g x x x Z g BaSO PM mol   _ _  _         _ _      4 4 2 4 2 4 1 2 4 4 1 1 ' 1 BaSO mol BaSO mol Na SO Na SO PM mol Na SO Y g x x x Z g BaSO PM mol   _ _      _ _     _ _  

R

ENDIMIENTO Y POR CIENTO DE RENDIMIENTO



Teórico – gramos esperados si todo el reactivo

limitante reacciona.



Experimental – gramos recuperados

33 cos

%

rendimiento recuperados

100

teóri

g

x

g



(12)

EJEMPLO DE CÁLCULOS PARA LA REACCIÓN

BaCl2•2H2O Na2SO4(ac) BaSO4 (s) NaCl(ac) PM (g/mol) 244.28 142.04 233.39 58.44

Masa (g) 0.86 0.50

moles 0.0352 0.0352 0.0352 0.0704

g teóricos 0.82

34

 BaCl2•2H2O + Na2SO4(ac) → BaSO4 (s) + 2 NaCl(ac)

C

ÁLCULOS DE RENDIMIENTO DE LA REACCIÓN

Tabla 3: Cáculos para los pesos de las sales y g teóricos de BaSO4.

BaCl2•2H2O(ac) Na2SO4(ac)

PM (g/mol) 244.28 142.04 Masa (g)

_(3b)

₍₁₎

_y

_{: [0.5-0.6]}

moles

_(3a)

₍₂₎

g teóricos BaSO4

(4)

35

 

2 4 2 4 2 4 142.04 Na SO Na SO g mol Na SO y g n  22 2 2 4

244.28

BaCl H O Na SO

g





n

x

22 2 2 4 BaCl H O Na SO

n





n

 

4 2 4 4 2 4 4 233.39 g teórico

BaSO Na SO BaSO Na SO mol _BaSO

n n  g n x

A

SIGNACIÓN PRELIMINAR

Defina

 Precipitado  Digestión

Describa algunas de las advertencias de seguridad de los reactivos usados

Una muestra de magnesio que pesa 14.932 g se colocó en un cristal de reloj que pesa 56.064 g. Se calienta por algunos minutos. Se deja enfriar y el peso total fue de 81.006 g. Se repite el proceso de calentar y se deja enfriar y el peso fue de 80.825 g. Se repitió el procedimiento hasta alcanzar peso constante de 80.825 g.

 ¿Cuánto fue el aumento de la masa después de calentar?  ¿Cuántos gramo de magnesio se colocaron en el cristal de reloj:  ¿Con cuál elemento pudo reaccionar el magnesio al calentarse?  ¿Cuántos moles se combinaron con Magnesio?

(13)

PREGUNTAS

GUÍAS



Si el procedimiento de análisis gravimétrico fuera

perfecto el por ciento de rendimiento sería igual a

100%.

 Analice el % de rendimiento suyo y sugiera qué errores

han contribuido para que su valor se devíe del 100%.

 ¿Como podría mejorar su rendimiento?  ¿Como se afecta el rendimiento

si pesa antes de llegar a peso constante?

Si hace los cálculos con el reactivo que no es el limitante?



Como se afecta la solubilidad de BaSO

₄

con

aumento en la temperatura?

37

38