8/13/01 ESTEQUIOMETRÍA: LA PREPARACIÓN DE SULFATO DE BARIO (BASO ) Ileana Nieves Martínez QUIM 3003 OBJETIVOS Aprender a manejar las técnicas de asociadas a un análisis cuantitativo por el método ravimétrico Filtración por ravedad Secado pesada Utilizar el concepto de estequiometría y factor estequiométrico para: Calcular los ramos 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. MARCO TEÓRICO 1
8/13/01 PESOS ATÓMICOS Y MOLECULARES Se determinan por el número relativo de átomos de varios elementos en una sustancia química Ejemplo: H O CH N C H 6 O Los subíndices en las fórmulas químicas representan cantidades exactas. es de C C H 6 O 6 es de H 1 de O Todos los aspectos cuantitativos de la química descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados. ESTEQUIOMETRÍA Del rieo 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 COEFICIENTES ESTEQUIOMÉTICOS Son los coeficientes (números) que obtenemos cuando balanceamos la reacción química. CO O CO 1 1 Representan la cantidad de sustancia (es) que reaccionan y se producen. es de CO y 1 de O producen 1 de CO coeficiente estequiométrico de: CO es O y CO es 1 6
8/13/01 RAZÓN ESTEQUIOMÉTRICA es la relación matemática (cociente = razón) entre dos coeficientes estequiométricos, s. CO O CO esco esco 1esCO 1 O 1 CO 1 O sirve para calcular la cantidad exacta de sustancia para reaccionar químicamente sin que falte o sobre los reactivos o productos. 7 USOS 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 (es) Para los cálculos en una reacción química es más conveniente utilizar es. 8 ANÁLISIS 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. MCl ac ANO c ACl s M NO ac 3 3 de MCl de ANO 3 PM de MCl PM de ANO 3 es de MCl es de ANO 3 9 3
8/13/01 ANÁLISIS CUANTITATIVO GRAVIMÉTRICO MCl ac ANO ac ACl s M NO ac 3 3 1 1 MCl ACl PM MCl ; PM ACl MCl ACl n x MCl MCl MCl MCl PM MCl MCl ACl nacl ACl x PM ACl ACl ACl de MCl de ANO 3 PM de MCl PM de ANO 3 es de MCl es de ANO 3 10 PRÁCTICA Calcule las cantidades siuientes: Los es de CaH en 1.73 de esta sustancia, dado PM(CaH ) =.09 /. Los es de M(NO 3 ) en 3.5 de esta sustancia [PM(M(NO 3 ) ]= 18.3 /. La masa de.5 x 10-3 es de MCl 1.73 CaH CaH CaH 0.011es CaH CaH PM CaH.09 CaH n n x x CaH CaH CaH 1.73 CaH CaH CaH.09 CaH 11 PRÁCTICA Calcule las cantidades siuientes: Los es de CaH en 1.73 de esta sustancia, dado PM(CaH ) =.09 /. Los es de M(NO 3 ) en 3.5 de esta sustancia {PM(M(NO 3 ) } = 18.3 /. La masa de.5 x 10-3 es de MCl 3.5 M NO3 MNO 3 n 3 0.019 es M NO 3 M NO M NO 3 PM MNO3 18.3 MNO n M NO3 MNO3 xpmmno 3 18.3 3 MNO3 3.5x10 es 3 x 0.37 M NO M NO 3 M NO M NO 3 3 1
8/13/01 PRECIPITACIÓN 13 DIGESTIÓN DEL PRECIPITADO Dejar el precipitado en contacto con su licor madre durante alún tiempo antes de la filtración es más rápido a temperatura elevada. Un precipitado bien dierido se sedimenta con rapidez después de una aitación y deja un líquido transparente. 1 REACTIVO LIMITANTE 5
8/13/01 8 10 16 REACTIVO LIMITANTE Aquel reactivo que se consume por completo y determina o limita la cantidad de producto formado. Ejemplo: Cuánta masa de CO se producirá al reaccionar 8.0 de metano (CH ) con 8.0 de O en la combustión de CH? CH O CO H O l 17 REACTIVO LIMITANTE CH O CO H O l es experimentales CH 1 CH CH PM 16 CH n 8 x 0.5esCH 1 O O O PM 3 O n 8 x 1.5esO 0.5 CH x 0.5 CO 1 CO 1CH 1.5 O x 0.75 CO 1 CO O CH es el reactivo limitante porque resulta en la menor cantidad de producto. 18 6
8/13/01 REACTIVO LIMITANTE CH O CO H O l es ramos teóri cos 1 CH 1 CO 16 1CH CO teóricos 8 x x x PM 1 CH 1 CO CO 16 1 1 teóricos 8x x CH x CO 19 RENDIMIENTO Y POR CIENTO DE RENDIMIENTO Teórico ramos esperados si todo el reactivo limitante reacciona. Experimental ramos recuperados recuperados % rendimiento x100 teóri cos 0 PROCEDIMIENTO 7
8/13/01 MÉTODO PRECIPITACIÓN CUANTITATIVA Disolución Precipitación Diestión Filtración Pesada/ cálculos Secado lavado MATERIALES Reactivos Cloruro de bario [BaCl ] Sulfato de sodio [(Na) SO ] Materiales Baño de María Papel de filtro Embudo Vaso Plancha de calentamiento 3 DATOS Tabla 1: Gramos de los reactivos y rendimiento teórico de BaSO PM(Na SO ), / 1.0 PM(BaCl H O), /.8 Peso de vaso + sal, Peso de vaso + sal, Peso de vaso vacío, Peso de vaso vacío, Masa sal (Na SO ) Masa sal (BaCl H O), Moles Na SO Moles BaCl H O * ramos teóricos de BaSO, es BaClH OxPM BaSO BaSO * BaClHO Na SOacBaSO snacl ac 8
8/13/01 MÉTODO EXPERIMENTAL Y EQUIPO (1) Pesar un vaso de 5 ml (50 ml) limpio y seco en balanza centoram. Anote el peso en la tabla de datos. Añadir de 0.50 0.60 de Na SO. Anote el peso. Convertir los ramos de Na SO a es (PM = 1.0) yna SO nna SO 1.0 Na SO Como la razón estequiométrica en la reacción es de 1: 1, entonces nbacl y se convierten los estos es a HO nna SO ramos de H O (PM =.6). [TÓXICO] Pesar otro vaso de 5 ml (50 ml) limpio y seco en balanza centoram. Anote el peso del vaso vacío en la tabla de datos. Añadir exactamente los ramos de BaCl H O calculados anteriormente. Anote el peso en la tabla de datos. Prepare un baño maría con un vaso de 50 ml con 15 ml de aua de la pluma. Colóquelo sobre la plancha y enciéndala. Coloque la plancha al lado izquierdo de su estación para dejar espacio para seuir trabajando. baño maría 5 MÉTDO EXPERIMENTAL Y EQUIPO () A una probeta de 10 ml añada 5 ml de aua destilada. Añada aproximadamente.5 ml de aua destilada al vaso con Na SO para disolverlo. Aite con aitador de vidrio. Transfiera la solución del Na SO a un tubo de ensayo. Utilice el volumen que sobra en la probeta para enjuaar el vaso. Transfiera el lavado en al tubo. IDENTIFIQUE el tubo con el #1. Repita los dos pasos anteriores para el BaCl H O en OTRO tubo de ensayo. IDENTIFIQUE el tubo con el #. Coloque ambos tubos, con mucho cuidado, en el baño maría que preparó. Lueo de 3 minutos de hervir las soluciones por separado para que los sólidos se disuelvan, mezcle ambas soluciones. Debe echar el NaSO (transparente) en BaCl (opaca) con mucho cuidado usando una aarradera de tubo de ensayo. NaSO 1 BaCl 6 MÉTDO EXPERIMENTAL Y EQUIPO (3) Deje hervir la mezcla durante 0 minutos. Añada pequeñas cantidades de aua destilada para mantener constante el nivel del líquido en el vaso. Mientras espera que pasen los 0 minutos, rotule,(con el marcador provisto), pese y prepare el papel de filtro en el embudo. {Vea diaramas a continuación} Deje enfriar la solución (~10 minutos) con el precipitado antes de filtrarla. Lueo filtre la solución (vea diarama). Secar la semana siuiente por media hora, pesar, volver a secar por media hora más y volver a pesar. Repetir hasta llear a peso constante. 7 9
8/13/01 EQUIPO DE FILTRACIÓN 8 DATOS (CONTINUACIÓN) Tabla : Datos del sólido a peso constante Pesos de: papel de filtro + BaSO a peso constante papel de filtro BaSO experimental (rendimiento experimental) Por ciento de rendimiento: experimental teórico x100 9 CÁLCULOS Los coeficientes de una ecuación balanceada representan el número relativo de es que reaccionaron. 10
8/13/01 RESUMEN DE LOS CÁCULOS Balancear la ecuación química. Calcular el peso ecular o fórmula de cada compuesto (reactivos y productos) Usar la ecuación química para obtener los datos necesarios para convertir las masas a es Reconvertir las es a masas para informar la cantidad de producto. 31 REACCIÓN ESTEQUIOMÉTRICA Determinar los ramos teóricos de la reacción: Razón estequiométrica BaCl H O Na SO ac BaSO s NaCl ac 1 BaCl H O PM 1 BaSO Xx x 1BaCl HO x PM BaClH O BaSO 1 ZBaSO 1 Na SO PM 1 BaSO BaSO Y x x x Z' BaSO 1 NaSO PM Na 1 SO 3 RENDIMIENTO Y POR CIENTO DE RENDIMIENTO Teórico ramos esperados si todo el reactivo limitante reacciona. Experimental ramos recuperados recuperados % rendimiento x100 teóri cos 33 11
8/13/01 EJEMPLO DE CÁLCULOS PARA LA REACCIÓN BaCl H O+ Na SO (ac) BaSO (s) + NaCl(ac) BaCl H O Na SO (ac) BaSO (s) NaCl(ac) PM (/).8 1.0 33.39 58. Masa () 0.86 0.50 es 0.035 0.035 0.035 0.070 teóricos 0.8 3 CÁLCULOS DE RENDIMIENTO DE LA REACCIÓN Tabla 3: Cáculos para los pesos de las sales y teóricos de BaSO. BaCl H O(ac) Na SO (ac) PM (/).8 1.0 Masa () (3b) (1) y: [0.5-0.6] H O Na SO BaCl n x.8 es (3a) () nbacl H O nna SO n NaSO y 1.0 teóricos BaSO n () teórico 33.39 BaSO n NaSO BaSO n NaSO x BaSO NaSO NaSO 35 ASIGNACIÓN PRELIMINAR Defina Precipitado Diestión Describa alunas de las advertencias de seuridad de los reactivos usados Una muestra de manesio que pesa 1.93 se colocó en un cristal de reloj que pesa 56.06. Se calienta por alunos minutos. Se deja enfriar y el peso total fue de 81.006. Se repite el proceso de calentar y se deja enfriar y el peso fue de 80.85. Se repitió el procedimiento hasta alcanzar peso constante de 80.85. Cuánto fue el aumento de la masa después de calentar? Cuántos ramo de manesio se colocaron en el cristal de reloj: Con cuál elemento pudo reaccionar el manesio al calentarse? Cuántos es se combinaron con Manesio? 36 1
8/13/01 PREGUNTAS GUÍAS Si el procedimiento de análisis ravimétrico fuera perfecto el por ciento de rendimiento sería iual a 100%. Analice el % de rendimiento suyo y suiera 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 llear a peso constante? Si hace los cálculos con el reactivo que no es el limitante? Como se afecta la solubilidad de BaSO con aumento en la temperatura? 37 Buen trabajo! 38 13