Determinación de la estequiometría de una reacción química por análisis gravimétrico

LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL - UNIVERSIDAD DEL VALLE

DETERMINACIÓN DE LA ESTEQUIOMETRIA DE UNA REACCIÓN QUÍMICA POR ANÁLISIS GRAVIMÉTRICO (Laboratorio # 04) Cuchillo Mosquera, Leidy Tatiana (1331695); [email protected]; Páez Valencia, Paola Andrea (1431783); [email protected]; Rengifo Velasco, Ingrid Yulieth (1328362); [email protected] 28 de abril 2014. Departamento de Química – Universidad del Valle.

La siguiente tabla nos muestra los resultados obtenidos en cada caso. Tabla 1. Datos experimentales del peso del precipitado de Carb onato de Bario No. Papel Filtro

Peso del papel filtro (g)

Peso papel filtro más precipitado (g)

Peso precipitado (g)

1

0,79

0,98

0,19

2

0,82

1,50

0,68

3

0,79

1,86

1,07

4

0,81

1,95

1,14

5

0,82

1,96

1,14

* El precipitado se obtuvo al mezclar 3 mL de BaCl ₂ con diferentes volumenes de Na ₂CO₃ (1mL, 2mL, 3mL, 4mL y 5 mL)

Relación del Carbonato de Bario (g) vs carbonato de sodio (mL) 1.40 1.20

g de BaCO₃

I) Datos, cálculos y resultados. Cálculos para obtener el peso del precipitado Al mezclar diferentes volúmenes de las disoluciones acuosas de las sales solubles de Na2CO3 y BaCl2 a una concentración de 0,50 M, se formó un precipitado de carbonato de bario, cuyo peso varió de acuerdo a los volúmenes mezclados. Para determinar el peso del precipitado, se pesó cada papel filtro utilizado antes y después de verter en ellos la solución con el precipitado y, posteriormente se realizó la siguiente resta: Pf - Pi

y = 0.236x + 0.136 R² = 0.818

1.00 0.80

Carbonato de Bario (g) vs carbonato de sodio (mL)

0.60 0.40 0.20 0.00 0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

ml de Na₂CO₃ Gráfica 1. Gráfica experimental en la que se relaciona la masa del carbonato de bario con el volumen del carbonato de sodio

Para hacer los cálculos teóricos de los gramos de BaCO 3 producidos en cada reacción, se tuvo en cuenta la ecuación balanceada (realizada durante la práctica de laboratorio) y se determinó cuál era el reactivo limitante en cada tubo de ensayo. Posteriormente, se reemplazaron los valores en la siguiente ecuación:

Ahora, por factor de conversión se tiene que:

( A partir de los datos obtenidos durante el procedimiento anterior, se procede a elaborar una gráfica donde se establece la relación de la masa en gramos del carbonato de bario producidos (peso del precipitado) y el volumen en ml del carbonato de sodio (gráfica 1).

)

En la tabla 2 se tabulan los resultados teóricos de los gramos de precipitado (BaCO3), obtenidos a partir del número de moles del reactivo límite.

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Tabla 2. Datos teóricos de la masa del precipitado

Tubo

Moles de Reactivo limitante

Masa de BaCO₃ (g)

1

0,00050 moles Na₂CO₃

0,09867

2

0,0010 moles Na₂CO₃

0,1973

3

0,0015 moles Na₂CO₃

0,2960

4

0,0015 moles BaCl₂

0,2960

5

0,0015 moles BaCl₂

0,2960

= - 256% Cálculo del número de moles de los reactivos Para calcular el número de moles de cloruro de bario y carbonato de sodio que se utilizó en cada uno de los 5 tubos de ensayo (tabla 3) se relacionó la molaridad de la solución y los litros usados de ésta, usando la siguiente ecuación: (

Teniendo en cuenta los datos de la tabla 2 y los diferentes volúmenes de Na2CO3 usados en la práctica, se realiza una gráfica comparativa entre los datos experimentales y teóricos de la masa del carbonato de bario.

)

A continuación se muestran los cálculos realizados para obtener el número de moles de Na2CO3: 1)

Relación del Carbonato de Bario (g) vs Carbonato de Sodio (ml)

2) 3)

g de BaCO₃

1.4 1.2

4)

1.0

5)

0.8 0.6

Por su parte, el cálculo de las moles de BaCl2 para todos los tubos de ensayo fue el siguiente:

0.4 0.2 0.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

ml de Na₂CO₃ Datos experimentales

Datos teóricos

Gráfica 2. Comparación de datos teóricos y empíricos de la relación de la masa del carbonato de bario y el volumen del carbonato de sodio

Cálculo del porcentaje de error Primero, con base en los resultados de la tabla 1, se halla el promedio del peso del precipitado para obtener el valor experimental. = 0,19 + 0,68 + 1,07 + 1,14 + 1,14/5 = 0,844 g El valor teórico se obtiene del promedio de los datos de la masa del BaCO3 indicados en la tabla 2. = 0,0987 + 0,197 + 0,296 + 0,296 + 0,296/5 = 0,237 g Luego, se procede a determinar el porcentaje de error usando la siguiente fórmula:

Tabla 3. Moles utilizadas en cada uno de los tubos de ensayo

Tubo

Moles de BaCl₂

Moles de Na₂CO₃

1

1,5 x 10 ⁻³

5,0 x 10⁻⁴

2

1,5 x 10 ⁻³

1,0 x 10⁻³

3

1,5 x 10 ⁻³

1,5 x 10⁻³

4

1,5 x 10 ⁻³

2,0 x 10⁻³

5

1,5 x 10 ⁻³

2,5 x 10⁻³

Deducción del tubo a partir del cual la cantidad de producto es constante: según la gráfica 2, se puede inferir que, según los datos teóricos la cantidad del precipitado es constante a partir del tercer tubo, mientras que según los datos experimentales el producto es constante a partir del tubo 4. De acuerdo a los datos teóricos de la tabla 3 y teniendo en cuenta que a partir del tubo 3 el producto es constante, se puede determinar que la relación que hay entre las moles de cloruro de bario y de carbonato de sodio en la reacción es de 1:1, a partir de esta relación y

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cumpliendo con la ley de la conservación de la masa, se tiene como resultado la siguiente ecuación: BaCl₂ + Na₂CO₃

BaCO₃ + 2 NaCl

límite, pero a partir del cuarto tubo el reactivo límite terminando siendo el cloruro de bario. III) Respuesta a las preguntas

II) Discusión de resultados. Uno de los aspectos cuantitativos que se debe tener en cuenta en las reacciones químicas por disolución, es la estequiometria que puede ser estudiada bajo un análisis gravimétrico y por valoración para poder determinar la (1) cantidad de una sustancia en una muestra . El análisis gravimétrico es un método de análisis cuantitativo basado en la medición precisa y exacta de la masa de la sustancia que se determina (analito), la cual ha sido previamente separada del resto de los componentes de la muestra (matriz) como una fase más o menos pura, que puede ser el componente mismo o un compuesto de composición conocida. El Análisis gravimétrico involucra dos etapas generales esenciales, la primera de ellas es la separación del componente que se desea cuantificar y, la segunda es la pesada exacta y precisa del componente separado. Hay diferentes métodos gravimétricos, estos son decantación, (2) volatilización, extracción y precipitación . En la práctica de laboratorio se usó el método por precipitación para determinar la estequiometria de la siguiente reacción química (Na2CO3 + BaCl2 →2NaCl + BaCO3), es decir que, con base en la igualación de la reacción química se determinó la cantidad en gramos que se debería obtener de los productos. En este caso, se analizó el carbonato de bario puesto que, cumple con algunas de las características ideales de un producto por análisis gravimétrico, las cuales son: ser insoluble, (2) fácilmente filtrable y tener una composición conocida . También se tuvo en cuenta el concepto de reactivo límite, que es aquel que se encuentra en menor proporción y se consume primero en una ecuación química balanceada. Una vez que se agota el reactivo limitante, ya no puede formarse más producto. Con base en lo anterior, se desarrolló una tabla en donde se calcularon las molaridades de cada reactivo y a partir de estos valores (3) se determinó cual era el reactivo límite . En el experimento presentado en la práctica, el reactivo límite comienza siendo el carbonato de sodio (tubo 1 y 2), en el tercero, se logró un equilibrio estequiométrico (relación 1:1) por lo tanto ambos podrían ser reactivo

Bibliografía 1) Chang, Raymond. College, William. Química General. Séptima edición. México, DF: McGraw-Hill, 2002. Pág. 942. 2) Harris, Daniel C. Análisis Químico Cuantitativo. Tercera edición. Colombia, Bogotá: Reverté S.A, 2003. Pág. 681,682. 3) Cervantes, Beatriz; Loredo, Nemer. Manual pedagógico de prácticas de química general en microescala. Tercera edición. México. Universidad Iberoamericana, 2009. Pág. 167-169.

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