TRABAJO PRÁCTICO N 2 DETERMINACIÓN DE DENSIDADES

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1 0 TRABAJO PRÁCTICO N 2 DETERMINACIÓN DE DENSIDADES a) Determinación de la densidad de hidrógeno Objetivos Determinar la densidad de un gas Conceptos Gases ideales, presión de vapor, rendimiento, pureza, estequiometría, reactivo limitante. Parte experimental 1. Introducción: En este experimento se medirá el volumen de un gas (hidrógeno), desprendido en una reacción química representada por la siguiente ecuación: Mg (s) + 2 HCl Mg 2+ (ac.) + 2 Cl - (ac.) + H 2 El gas generado desplazará un volumen de agua contenida en la probeta. De esta manera se pretende evaluar el volumen total del gas producido como resultado de la reacción. 2. Procedimiento: Para la realización de la práctica se armará el siguiente equipo: Mangera Probeta Agarradera Tapón de goma Soporte Vaso de precipitado Kitasato Tubo U

2 Verificar la ausencia de burbujas de aire en la probeta (consultar al docente para lograrlo). Colocar en el kitasato 20 cm 3 de HCl 2M, luego colocar cuidadosamente sobre la boca del kitasato inclinado, cuidando que no tome contacto con el HCl, 60 mg de Mg pesados. Tapar rápidamente empujando el Mg con el tapón (la reacción comienza instantáneamente. Ante cualquier duda consulte al docente). Cuando la reacción haya concluido (cuando se haya consumido todo el Mg y haya cesado el desprendimiento de gas), equilibrar la presión interna y externa igualando los niveles de agua dentro y fuera de la probeta, modificando para ello la altura de la misma, sin sacarla del agua. Si esto no es posible y quedara una columna de agua en la probeta, ésta será la altura en milímetros de la columna de agua. Medir el volumen de gas contenido en la probeta. DURANTE LA REACCIÓN, LOS MECHEROS DEBEN ESTAR APAGADOS PARA EVITAR ACCIDENTES, PORQUE EL HIDRÓGENO DESPRENDIDO FORMA UNA MEZCLA DETONANTE CON EL OXÍGENO DEL AIRE 3. Registrar los siguientes datos: a. El volumen de gas obtenido. b. La temperatura del agua del vaso. c. La altura de la columna de agua. d. El valor de la presión atmosférica. 4. Buscar en tablas: a. La presión de vapor de agua a la temperatura del experimento. b. La densidad del hidrógeno en CNPT. 5. Indicaciones para el informe: a. Ecuación balanceada que interpreta la reacción. b. Tabla de datos: Masa de Mg utilizada. Volumen de gas liberado. Altura de la columna de agua en "milímetros de agua". Temperaturas del agua y del gas. Presión de vapor del agua a la temperatura del experimento. Presión atmosférica. c. Cálculos: 1) Calcular el número de moles de Mg consumidos durante el experimento: n = m Mg / M Mg Mr Mg = 24 g/mol 2) Suponiendo que la pureza del Mg es del 100% y que la reacción ocurre con un 100% de rendimiento, calcular la masa de hidrógeno producida: m = n hidógeno. M hidrógeno 3) Hallar la presión del gas en el recipiente corrigiendo por la altura de la columna de agua y por la presión de vapor del agua: Logrado el equilibrio dentro y fuera de la probeta, se cumple:

3 P atm. = P hidrógeno + P vapor de agua + P columna de agua La presión de la columna de agua en milímetros de mercurio es igual a: P (mm Hg) = h (mm H 2 O) [δ agua / δ Hg ] δ = 13,6 g/cm 3 Hg 4) Calcular la densidad experimental del hidrógeno en las condiciones de trabajo: δ Hidrógeno = masa / volumen 5) Calcular la densidad del hidrógeno con la ecuación de los gases ideales, en las condiciones de trabajo. 6) Buscar el valor de literatura de la densidad del hidrógeno en las condiciones de trabajo. 7) Comparar los tres valores. d. Resultados: Presión del hidrógeno. Volumen del hidrógeno en CNPT. Número de moles de Mg. Número de moles de H. 2 Masa de H. 2 Densidad del H en CNPT (experimental). 2 Densidad ideal del H. 2 Densidad del H en CNPT (tablas). 2 b) Determinación de la densidad de sólidos. Se usará para estas determinaciones un picnómetro para sólidos. Se pesa el picnómetro completamente lleno con un solvente en el cual el sólido (cuya densidad se quiere determinar) no sea soluble (ej. tolueno). Se pesa alrededor de 0,5 g exactamente pesados de cloruro de sodio y se agrega al picnómetro que contiene el solvente. Durante este agregado, se desplazará una cierta cantidad de solvente. El picnómetro se seca bien y se vuelve a pesar. En todos los casos el picnómetro debe termostatizarse antes de proceder a las pesadas. La densidad del sólido se calcula según la siguiente ecuación: δ = + δ Donde, C = masa de muestra sólida A = masa del picnómetro lleno de solvente B = masa del picnómetro con muestra sólida y solvente δ sólido (t) y δ sv (t): densidades del sólido y del solvente respectivamente a la temperatura de termostatización t. Discutir los resultados obtenidos y obtener el valor de la arista de la celda unidad cristalográfica.

4 Cuestionario: 1. Cuántos moles de HCl hay en los 20 cm 3 de solución? 2. Cuántos moles de HCl reaccionan si se consumen 60 mg de Mg? 3. Por qué los cálculos se hacen con la masa de Mg utilizada? 4. Qué se entiende por reactivo limitante? 5. Cuál es el reactivo limitante en el experimento? Por qué? 6. Mencione posibles causas de error en las determinaciones realizadas en el experimento. 7. Se obtiene oxígeno según: 2 KClO 3 2 KCl + 3 O 2 Se emplean 0,2 g de KClO 3 y se recogen, por desalojo de agua, 57 cm 3 de O 2 a 25ºC. Calcular la densidad del oxígeno. Datos: P vapor de agua a 25ªC =23,756 mmhg. P atmosférica = 784 mm Hg 8. Deducir la ecuación usada para determinar la densidad de los sólidos. 9. Discutir la importancia de la termostatización en la determinación de la densidad. 10. Cómo se relaciona la densidad de un sólido cristalino con la arista de la celda unidad? Comisión Nº: Integrantes: Fecha: a) Determinación de la densidad de hidrógeno INFORME TRABAJO PRÁCTICO N o 2 DETERMINACION DE DENSIDADES Rta: 1,4 g/dm 3. Objetivos:... Reacción en estudio: Esquema simple del equipo utilizado:

5 Observaciones:... Tabla de datos experimentales: Masa Mg + Masa Vidrio Reloj (m 1 ± Δm 1 ) / g Masa Vidrio Reloj (m 2 ± Δm 2 ) / g Altura de la columna de agua (h ± Δh) / mm Volumen de H 2 O desplazada (V ± ΔV) / l Temperatura ambiente (T ± ΔT) / C Presión barométrica / hpa Presión de vapor de H 2 O a la temperatura de trabajo* / Pa... Adjuntar un apéndice con los cálculos realizados incluyendo el cálculo de las incertezas. b) Densidad de hidrógeno en CNPT. Resultados Número de moles de Mg Volumen de H 2 en CNPT (V 0 ), experimental /L Densidad de H 2 en CNPT (δ 0 ), valor experimental /g.cm -3 Densidad de H 2 en CNPT, valor tabulado* / g.cm -3 Densidad de H 2 en CNPT, valor ideal / g.cm -3 Adjuntar un apéndice con los cálculos realizados incluyendo el cálculo de las incertezas. c) Determinación de la densidad de sólidos. Tabla de datos experimentales: Masa Muestra Sólida (C± ΔC) / g Masa Picnómetro + Solvente (A ± ΔA) / g Masa Picnómetro + Sólido + Solvente (B ± ΔB) / g Temperatura ambiente (T ± ΔT) / C δ solvente a T*/ g.cm -3 d) Densidad del sólido a T. Resultados δ NaCl a T, valor experimental/ g.cm -3 δ NaCl a T, valor taulado*/ g.cm -3 Adjuntar un apéndice con los cálculos realizados incluyendo el cálculo de las incertezas.

6 e) Cálculo de la constante de celda del NaCl. Esquema simple de la celda unidad del NaCl: f) Derivación de la ecuación que relaciona la densidad del NaCl con la constante de celda: Constante de celda del NaCl, valor experimental/ Å Constante de celda del NaCl, valor, valor taulado*/ Å Conclusiones:...