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Práctica No. 6: Volumen Molar de Gases

Guías Guías de d e Práct Práctic icas as de Laboratorio

Identificación: GL-AA-F-1 Número de Páginas: 15

Revisión No.: 1

Fecha Emisión: 2011/08/31 Laboratorio de: Química General para Ingeniería Título de la Práctica de Laboratorio:

Práctica No. 6: Volumen Molar de Gases

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Revisado Revisado po r:

 Apr  Ap r ob ado po r:

Gema Acosta, M. Sc

Gema Acosta, M. Sc María Claudia Sandoval, Dr. Sc

Comité Asesor Departamento de Química

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Práctica No. 6: Volumen Molar de Gases 1. FACULTAD O UNIDAD ACADÉMICA: Facultad de Ciencias Básicas y Aplicadas 2. PROGRAMA: Ingeniería Civil, Ingeniería Mecatrónica, Ingeniería Industrial, Ingeniería de Multimedia e Ingeniería de Telecomunicaciones

3. ASIGNATURA: Química General 4. SEMESTRE: II 5. OBJETIVOS: 5.1.

OBJETIVO GENERAL

Hallar el volumen Molar para un gas, producido en el laboratorio y recogido sobre agua, y aplicar el concepto de estequiometría en la reacción de producción. 5.2.  





 

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Producir compuestos gaseosos a partir de reacciones químicas sencillas. Ejemplificar la principal forma de recolección y cuantificación de sistemas gaseosos sobre agua. Determinar experimentalmente el volumen ocupado por un mol de hidrógeno en condiciones normales de laboratorio. Describir y realizar un experimento sencillo para demostrar las leyes de los gases Ejemplificar la Ley de Dalton. Identificar y usar los implementos de seguridad en el laboratorio que permitan desarrollar la práctica de manera segura.

6. COMPETENCIAS A DESARROLLAR: 





El estudiante está en capacidad de realizar reacciones químicas sencillas en las cuales uno de sus productos es gaseoso. El estudiante conoce el método de recolección de gases sobre agua y está preparado para hacer los cálculos correspondientes para dos gases diferentes. El estudiante está capacitado para realizar un experimento sencillo, en donde se aplican diferentes leyes de los gases

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Práctica No. 6: Volumen Molar de Gases 7. MARCO TEÓRICO: Ley de la combinación de volúm enes: A una presión y temperatura dadas, los volúmenes de gases que reaccionan entre sí están en proporciones de números enteros pequeños. Por ejemplo, 2H2(g) +O2(g)→2H2 O(g)

2 volúmenes de hidrógeno gaseoso reaccionan con un volumen de oxígeno gaseoso para formar dos volúmenes de vapor de agua. Esta fue una observación realizada por Gay-Lussac, más tarde Avogadro interpretó esta observación proponiendo lo que ahora se conoce como hipótesis de Avogadro:   Volúmenes iguales de gases a la misma temperatura y presión contienen números iguales de moléculas. De acuerdo con el principio de Avogadro, 1 η Fig. 1. Montaje para la obtención y recolección de gases.

se denomina volumen molar de un gas.

de cualquier gas en condiciones normales temperatura de 273 K y 1,0 atm de presión ocupa un volumen de 22,4 L. Dicho volumen

La Ley de Avogadro es una consecuencia de la hipótesis de Avogadro: El volumen de un gas mantenido a temperatura y presión constante es directamente proporcional al número de moles del gas. Es decir,

V=constante × η

Así, una duplicación del número de moles de gas hará que el volumen se duplique si T y P permanecen constantes. La ecuación del g as ideal De las tres leyes de los gases de mayor importancia, (Boyle, Charles y Gay-Lussac), de las cuales cada una de ellas se obtiene manteniendo constantes dos variables, para ver cómo se afectan las otras dos mutuamente. LEY DE BOYLE LEY DE CHARLES LEY DE AVOGADRO

V α 1/P VαT V αη

(η, T constantes) (P, η constantes)

(P, T constantes)

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Práctica No. 6: Volumen Molar de Gases Se puede combinar estas relaciones para escribir una ley de los gases más general: Vα

ηT

ηT ⇒ V = R× ( ) P P

R = Constante de proporcionalidad, o constante de los gases ideales, entonces:

 =  (El valor y las unidades de R dependen de las unidades utilizadas de P, V, η y T)

Esta ecuación se conoce como ecuación de los gases ideales o ecuación de estado. Ley de Dalto n Cuando un gas se recoge sobre agua, dicho gas queda saturado con vapor de agua, de tal manera que se tiene no solo un gas sino una mezcla de gases; según la ley de Dalton, ejercen una presión total igual a la suma de las presiones parciales de los componentes. Ptotal = Pagua + Pgas La presión parcial del agua es igual a la presión de vapor del agua a la temperatura considerada. Por tanto, la presión parcial del gas seco será igual a la diferencia entre la presión total o atmosférica y la presión de vapor de agua.

Altura de la columna a medir

Fig. 2. Forma correcta de colocar la probeta al tomar la lectura de la altura de la columna .

Se debe tener en cuenta que la presión del agua afecta la presión del hidrógeno, por tanto: 1 mm c.d.a = 1 mm de columna de agua = 10 Pa 1 Pa (N/m 2) = un Pascal = 0,987x10 -5 atm = 0,007 torr 1 torr = 1 mm de Hg

8. MATERIALES, REACTIVOS, INSTRUMENTOS, SOFTWARE, HARDWARE O EQUIPOS: 8.1. Materiales, Reacti vos y Equipos

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Práctica No. 6: Volumen Molar de Gases MATERIALES 1 Tubo de ensayo desprendimiento lateral 1 Tapón de caucho 1 Probeta o eudiómetro 1 Cubeta plástica 1 Manguera Pinza para tubo de ensayo   Termómetro.



REACTIVOS con 













Cinta de Magnesio Ácido clorhídrico Concentrado Agua Potable Bicarbonato de sodio

  

8.2.    

Implementos de Protecci ón Personal

Bata de Laboratorio Gafas de Seguridad Guantes de Nitrilo Tapa Bocas.

9. PRECAUCIONES CON LOS MATERIALES, REACTIVOS, INSTRUMENTOS Y EQUIPOS UTILIZAR : 9.1.

Descri pción y Precauciones con los reactivos por utili zar y/o primeros auxilios

Antes de realizar la práctica consulte información solicitada acerca de los reactivos químicos con los que desarrollará la práctica:

Nombre

Formula y Descripción

Precauciones (R) y (S)

Primeros  Auxili os

Pictogramas

Magnesio Cintas

 Ácido Clorhídrico

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Práctica No. 6: Volumen Molar de Gases Nombre

Formula y Descripción

Precauciones (R) y (S)

Primeros  Auxili os

Pictogramas

Bicarbonato de sodio

10. CAMPO DE APLICACIÓN: Química 11. PROCEDIMIENTO, MÉTODO O ACTIVIDADES:

11.1. Recolección de hidr ógeno: Reacción de magnesio con ácido clorhídrico Tomar una cubeta de plástico y llenar a la mitad con agua potable

Llenar con agua potable hasta el borde, una probeta de 100 mL.

Introducir una manguera de teflón por un extremo en el desprendimiento lateral del tubo y el otro extremo introducirlo, hasta la mitad, en la probeta con agua.

Sostener la probeta con la pinza para refrigerante, a un soporte universal

En cabina de extracción, adicionar a un tubo de ensayo de desprendimiento lateral 1,50 mL de HCl concentrado

Ubicar tubo en pinza para tubo y soporte universal, verificar el cierre del tapón. Pesar 0,030g de magnesio.

Hallar volumen de agua desalojada de la probeta; corresponde al volumen de gas producido.

Tapar la probeta con la mano e introducirla boca abajo dentro del agua de la cubeta. Sin dejar escapar agua de la Probeta, ni permitir la entrada de burbujas; levantar la probeta dentro del agua. Medir temperatura de agua

Mostrar montaje al docente antes de realizar la reacción

Dejar caer la cinta de Mg en el tubo de ensayo y tapar inmediatamente con tapón de caucho. Observar y registrar

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Práctica No. 6: Volumen Molar de Gases 11.2. Recolección de dióxido de carbon o: Reacción de bicarbonato de sodi o con ácido clorhídrico Tomar una cubeta de plástico y llenar a la mitad con agua potable Introducir una manguera de teflón por un extremo en el desprendimiento lateral del tubo y el otro extremo introducirlo, hasta la mitad, en la probeta con agua. En cabina de extracción, adicionar a un tubo de ensayo de desprendimiento lateral 2,00 mL de HCl concentrado

Tapar la probeta con la mano e introducirla boca abajo dentro del agua de la cubeta.

Llenar con agua potable hasta el borde, una probeta de 100 mL.

Sostener la probeta con la pinza para refrigerante, a un soporte universal

Sin dejar escapar agua de la Probeta, ni permitir la entrada de burbujas; levantar la probeta dentro del agua. Medir temperatura de agua

Ubicar tubo en pinza para tubo y soporte universal, verificar el cierre del tapón.

Hallar volumen de agua desalojada de la probeta; corresponde al volumen de gas producido.

Medir 0,5 mL de bicarbonato de sodio al 10% en una  jeringa

Dejar caer la solución de bicarbonato de sodio en el tubo de ensayo y tapar inmediatamente con tapón de caucho. Observar y registrar

12. RESULTADOS ESPERADOS: En esta práctica el estudiante realizará mediciones correspondientes a debe observar una aplicación de las leyes de los gases vistas en clase, y hacer los cálculos pertinentes. Asimismo, se estudian dos reacciones químicas en las que se producen dos compuestos gaseosos diferentes

13. CRITERIO DE EVALUACIÓN A LA PRESENTE PRÁCTICA: Esta práctica se evaluará con la entrega del informe en el formato adjunto. Asimismo, el docente evaluará el preinforme correspondiente, realizado en el cuaderno de laboratorio, que debe incluir el procedimiento, un mapa conceptual del marco teórico, unas fichas de seguridad cortas, así como también los datos obtenidos de la práctica. El docente estará El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor  GL-PS-F-1

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Práctica No. 6: Volumen Molar de Gases en libertad de realizar un quiz o evaluación corta antes de empezar la práctica, acerca del contenido de esta guía de laboratorio.

14. BIBLIOGRAFIA: 

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Acosta Niño, G.E., 2010. Manual de Laboratorio de Química General, 2ª Edición, Universidad Militar Nueva Granada, Bogotá, 283 p Delgado Ortiz, S.E., Solís Trinta, L.N., Muñoz Solá, Y., 2012. Laboratorio de Química General, McGraw-Hill, México, 380 p. Chang, R., Goldsby, K.A., 2013. Química, 11ª Edición. McGraw-Hill, México, 1085 p. Whitten, K.W., Davis,R.E., Peck, M.L., Stanley, G.G. 2011. Química, 8ª Edición, Cengage Learning, México, 1176 p Brown, T.L., LeMay H.E., Bursten, B.E., Murphy C.J., Woodward P., 2009 Química la Ciencia Central, 11ª Edición, Pearson Education, México, 1240  p

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Práctica No. 6: Volumen Molar de Gases INFORME No 6 Nombres y (Códigos) ____________________________________________________  ____________________________________________ Grupo de laboratorio N°: _____ 1. TITULO  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________ 2. OBJETIVOS 2.1. Objeti vo General  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________ 2.2. Objetivos Específicos  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________

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Práctica No. 6: Volumen Molar de Gases 3. DATOS TOMADOS EN EL LABORATORIO Presión atmosférica P total:  _______________ atm atm* L Constante de los gases ideales R = 0,082  * K Volumen molar teórico de los gases a C.N.: 22,4 L 3.1. Tabla de datos: Ecuación de la reacción

2HCl (ac) + Mg (s) → MgCl2(ac) + H2 (g)

Masa de magnesio utilizada (g) Temperatur a del H2O del Experimento (°C) Volumen de gas recogido (L) Presión de vapor del agua a T experimento (atm)  Altura de la columna de agua (mm)

Ecuación de la reacción

HCl(ac) + NaHCO3(ac) → NaCl(ac) + H2O(l) + CO2 (g)

Masa de bicarbonato de sodio utilizada (g) Temperatur a del H2O del Experimento (°C) Volumen de gas recogido (L) Presión de vapor del agua a T experimento (atm)  Altura de la columna de Agua (mm)

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Práctica No. 6: Volumen Molar de Gases 4. CÁLCULOS 

H2

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H2

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H2

Realice el cálculo de la presión de hidrógeno y de dióxido de carbono (Aplique la Ley de Dalton) CO2

Realice el cálculo de la cantidad de moles hidrógeno y de dióxido de carbono a condiciones de laboratorio (Aplique la ecuación de estado de los gases ideales) CO2

Realice el cálculo del volumen molar de hidrógeno y de dióxido de carbono a condiciones de laboratorio (Aplique la Ley de Avogadro) CO2

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Realice el cálculo del volumen molar a condiciones normales de hidrógeno y de dióxido de carbono (Aplique la ley combinada de los gases)

H2



CO2

Realice el cálculo del error para el volumen molar normal obtenido a partir hidrógeno y de dióxido de carbono (Volumen molar de cualquier gas a C.N. es 22,4 L)

H2

CO2

5. RESULTADOS H2

Presión de H2 (atm)

Moles de H2 (η)

Volumen Molar de H2 (L)

% de error (CN)

Condiciones de laboratorio Condiciones Normales

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Práctica No. 6: Volumen Molar de Gases CO2

Presión de CO2 (atm)

Moles de CO2 (η)

Volumen Molar de CO2 (L)

% de error (CN)

Condiciones de laboratorio Condiciones Normales 6. CONCLUSIONES  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________ El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor  GL-PS-F-1

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Práctica No. 6: Volumen Molar de Gases 7. BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________  ________________________________________________________________________

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