Práctica 6. Reactivo Limitante

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE QUÍMICA LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL II 1 Grupo: Equipo: Problema Práctica 6. Reactivo Limitante Qué especie actúa como reactivo limitante en la siguiente reacción química? CaCl 2(ac) + K 2 CO 3(ac) CaCO KCl (ac) Tarea previa. Responde las siguientes preguntas usando únicamente el espacio asignado para ello, en caso de excederlo, tu respuesta será inválida. NOTA: Para esta práctica deberás llevar al laboratorio una regla con graduación en milímetros, tijeras y hojas de papel milimétrico 1. Qué es un reactivo limitante? 2. Qué es un reactivo en exceso? 3. Qué es el punto de equivalencia?

2 2 4. Completa la siguiente tabla, incluye las operaciones necesarias Cálculos: Reacción 3Mg + N 2 Mg 3 N 2 Datos Iniciales 168 g 140 g Moles Iniciales Reactivo Limitante Moles que reaccionan Moles sin reaccionar Moles que se forman

3 3 Materiales y Reactivos CaCl 2 1M (50 ml por equipo) K 2 CO 3 1M (50 ml por equipo) 2 Buretas 2 Pinzas para bureta Embudo Büchner Matraz Kitasato Manguera para Kitasato Estufa Papel filtro Agua destilada 4 hojas de papel milimétrico Indicador universal Procedimiento Experimental y Resultados 1. Etiquetar tubos de ensaye de igual tamaño con números del 0 al Agregar cuidadosamente a cada tubo los volúmenes de reactivo CaCl 2 indicados en la tabla 1, usando una bureta. 3. Agregar cuidadosamente a cada tubo los volúmenes de reactivo K 2 CO 3, indicados en la tabla 1, usando una bureta. Mezclar vigorosamente el contenido de cada tubo. 4. Agregar a cada tubo los volúmenes de agua destilada indicados en la tabla 1. Asegurarse de tapar los tubos para evitar pérdidas de la disolución. NO agitar en este paso, dejar reposar. 5. Dejar reposar durante un par de minutos los tubos y agregar dos gotas de indicador universal. Anotar las observaciones en la Tabla 1, de la altura del precipitado obtenido, el color de la disolución y el ph correspondiente. Tabla 1. Tubo # Volumen (ml) A (CaCl 2 ) Volumen (ml) B (K 2 CO 3 ) Volumen (ml) H 2 O Altura del precipitado (mm) Color de la disolución ph de la mezcla 6. Anotar las observaciones que indiquen si se lleva a cabo una reacción. 7. En qué tubo de ensaye se observa un cambio de color significativo del indicador? 8. A partir de qué tubo se observa que la altura del precipitado obtenido es constante?

4 4 9. Coincide el cambio de color con la altura del precipitado obtenido? 10. a) Por qué después de este tubo (en el que hay cambio de color), el color y el ph de la disolución que se observa, se mantiene constante para mayores volúmenes de reactivo B agregado? b) Sucederá lo mismo con la masa del precipitado obtenido, es decir, se mantiene constante? Para responder esta pregunta es necesario recuperar el sólido que se forma y para ello se debe filtrar a vacío, siguiendo el procedimiento que se indica a continuación: Procedimiento para la filtración del sólido obtenido 11. Numerar y pesar once piezas de papel filtro en la balanza analítica y registrar el peso de cada papel seco en la Tabla 2. Adicionalmente, se puede registrar el peso sobre el papel con lápiz pero no con pluma. 12. Para la filtración a vacío se requiere un matraz Kitasato, un embudo Buchner, un empaque de hule en forma de dona y una manguera de látex gruesa. Es necesario emplear papel filtro en forma de círculos, cuyo tamaño se ajuste exactamente al interior del embudo Buchner. El sistema de filtración se monta según el esquema que se presenta a continuación: 13. Filtrar el contenido de cada tubo de ensaye, a partir del tubo 1, sobre el papel filtro correspondiente. Evitar pérdidas de precipitado, recuperando el precipitado que se queda adherido al tubo para lo cual es necesario adicionar varias veces agua destilada y verter sobre el papel filtro. 14. Recuperar con cuidado el papel con el sólido y secar en la estufa a 70 o C durante 30 minutos. Evitar las pérdidas de sólido.

5 15. Comprobar que los sólidos y el papel estén bien secos antes de pesar. Si ya están secos, pesar cada uno de los papeles filtro con el sólido y anotar el resultado en la tabla Por diferencia calcular la masa de sólido obtenido en cada tubo de ensaye y registrar la información obtenida en la tabla 2. Tabla 2 Tubo # Masa del papel (g) Masa del papel + precipitado (g) Masa del precipitado (g) 17. Sucedió lo mismo con la masa del precipitado obtenido? A partir de qué tubo la masa del precipitado se mantiene aproximadamente constante? 18. Coincide con tus observaciones sobre el cambio de color? Cuestionario 19. Con los datos experimentales de masa de sólido obtenido, calcula el número de moles de sólido y el número de moles de los reactivos empleados en cada tubo. Coloca los valores en la tabla 3. Tabla 3. 5 CaCO g/mol CaCl 2(ac) + K 2 CO 3(ac) CaCO KCl (ac) Tubo # Masa exp. (g) CaCO 3 (mol) Reactivo A, CaCl 2 (mol) Reactivo B, K 2 CO 3 (mol) Escribe un ejemplo de las operaciones que llevaste a cabo para completar la tabla: Cálculos:

6 6 20. Traza la gráfica: mol de precipitado obtenido (ordenadas, eje y) en función de la cantidad en mol de reactivo B agregado (abscisas, eje x). Recuerda que el volumen de reactivo A se mantuvo constante en los tubos del 1 al 12. Utiliza la misma escala en ambos ejes y abarca toda la hoja de papel milimétrico. Con base en las respuestas de las preguntas 7 y 17 divide en dos los puntos obtenidos, empleando como punto de referencia el número de tubo en el que se observan los cambios significativos, identifica las dos rectas que describen la tendencia en cada caso y trázalas sobre el papel. Se llamará línea 1 al segmento que describe el comportamiento de la gráfica en los primeros valores de volumen de reactivo B agregado y línea 2 a los restantes. Tomando en cuenta esta consideración, responde las siguientes preguntas: 21. Qué relación se observa entre el volumen de reactivo B agregado y el número de moles de precipitado (sólido) obtenida en la línea 1? Describir en qué forma varía. 22. Qué valor cantidad de sustancia (moles) de sólido se obtiene para la ordenada al origen (volumen cero de reactivo B agregado)? 23. Se justificaría que este valor sea diferente de cero? Explicar por qué. 24. En qué valor de volumen de reactivo B agregado se observa un cambio de pendiente? Localizar el punto de intersección de la línea 1 con la línea 2 y dar sus coordenadas. 25. Qué relación hay entre el punto de intersección encontrado en la gráfica y el cambio de color del indicador? 26. Qué relación se observa entre el volumen de reactivo B agregado y las moles de precipitado obtenidas en la línea 2? Describir en qué forma varía.

7 27. Qué valor de cantidad de sustancia (moles) de sólido (precipitado) se obtiene en promedio para este segmento de la gráfica? 28. Por qué los cambios de masa en la línea 2 no son tan significativos que los observados en la línea 1? 29. Cuál de los reactivos (A o B) es el que impide que se forme más sólido en los tubos que comprenden la línea 2? Por qué? 31. Estima el valor de la pendiente en los puntos que comprenden el equivalente a la línea 1 de la gráfica anterior (los puntos iniciales) Qué valor se obtiene? Cálculos: 32. Ajusta este valor al número entero más cercano y responde: Por qué se obtiene este valor de pendiente y qué relación guarda con la ecuación balanceada de la reacción que se lleva a cabo? 33. Estima el valor de la pendiente en los puntos que comprenden el equivalente a la línea 2 de la gráfica anterior (los puntos finales) Qué valor se obtiene? Cálculos:

8 34. Ajusta este valor al número entero más cercano (incluido el cero) y responde: Por qué se obtiene este valor de pendiente y qué información proporciona sobre la reacción que se lleva a cabo? Cuál es el número de moles promedio de precipitado que se obtiene en la parte correspondiente a la línea 2? 36. Qué reactivo (A o B), determina la magnitud de este valor? 37. Hay alguna relación entre este valor y el punto de intersección de las rectas que se observa en las gráficas trazadas? Explica brevemente. 38. Considerando las propiedades ácido base de los reactivos empleados y la ecuación de la reacción balanceada, explica el porqué de los valores de ph, antes y después del punto de intersección encontrado en la pregunta 24. CaCl 2 (ac) + K 2 CO 3 (ac) CaCO 3 (s) + 2 KCl (ac) Antes: Después: 39. En qué tubos no hubo reacción? 40. Qué información se obtiene de estos tubos?

9 9 Conclusiones: Qué relación se observa entre los valores correspondientes al número de moles de los reactivos A, B y precipitado, y el punto de intersección de las rectas? Qué especie actuó como reactivo limitante en la siguiente reacción química antes y después del punto de intersección de las rectas? Qué es el reactivo limitante? Tratamiento de residuos Mezcla todas las disoluciones filtradas de los tubos 1 a 12, neutraliza (ph entre 6 y 7) y desecha en la tarja. El sólido obtenido, se junta, se disuelve con la mínima cantidad de HCl conc, se neutraliza y desecha en la tarja.