Volumen Molar de Un Gas

 

TRABAJO PRÁCTICO N°4 DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN MOLAR DE UN GAS EXPERIENCIAS CON GASES  Objetivos de la experiencia:   • •

• •

-Armar un aparato que permita medir el gas producido en la experiencia -Calcular el volumen molar del gas producido en las condiciones del laboratorio y en C.N.P.T. -Calcular porciento en masa de O 2e  n el KClO 3  -Calcular la densidad del O 2 

EXPERIENCIA DE LABORATORIO MATERIALES NECESARIOS Por cada grupo de alumnos se proveerá el siguiente material Equipo completo para efectuar el trabajo que consta de: • Tubo de ensayo común • Tapón de goma o similar • Tubo de vidrio doblado • Probeta de 100 mL • 2 pie • 2 agarraderas • 1 cuba o similar simi lar

Material para todo el curso (en común)  

•

KClO3

MnO2 De estas sustancias se prepararán mezclas previamente previamente al trabajo práctico  

•

EXPERIENCIA DE LABORATORIO Se usará la siguiente reacción química: 2 KClO3  →2   KCl + 3 O 2ä  El aparato necesario para desarrollar la experiencia es el siguiente:

o

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El tubo de ensayo A debe estar limpio y seco. Controlar todas las conexiones (MUY IMPORTANTE: No debe haber pérdidas). En caso de duda parafinar las mismas. La probeta de 250 mL (C) debe estar completamente llena de agua e invertida sobre un recipiente adecuado (D). El extremo del tubo (B) debe penetrar en la probeta de modo tal que esté por encima del nivel del agua de la probeta, una vez que el gas se haya recogido. De esta manera el gas en la probeta (C) se conecta a través del tubo (B) con el gas en el tubo tub o (A).

Marcha del trabajo:  ⇒ ⇒

4.1.1P  esar con aproximación de 0,0l g (centésima de g) el tubo A. 4.1.2 Se proveerán muestras de KClO 3  y de MnO 2 (catalizador de la reacción).

Las mismas tendrán alrededor de 0,5 g de KClO 3 y 0,04 g de MnO 2 . Solicitar al docente la masa exacta de KClO 3q  ue hay en la muestra. muest ra. ⇒ 4.1.3  Sosteniendo el mechero con la mano, calentar la mezcla suavemente de modo de obtener una evolución del gas lenta pero continua. ⇒ 4.1.4C   ontinuar calentando hasta que no haya más desprendimiento de gas. ⇒ 4.1.5A   segurar que el extremo del tubo ( B) esté por encima del nivel del agua en la probeta (C) y dejar que todo el aparato se enfríe a temperatura ambiente. ⇒ 4.1.6  Cuidadosamente retirar el tubo (B) de la probeta (C) y ajustarla de tal forma que los niveles de agua adentro y afuera sean los mismos. Si no se puede o

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lograr, medir la altura de la columna de agua que se observa en la probeta con respecto al nivel de la misma en el recipiente(D). ⇒ 4.1.7T   omar nota del volumen desplazado durante la reacción. ⇒ 4.1.8 Cuando los niveles de agua estén balanceados, o medida la columna correspondiente, cerrar cerrar la boca de la probeta completamente con llaa palma de la mano y colocar la probeta sobre la mesa con la boca b oca hacia arriba. ⇒ 4.1.9 Tomar la temperatura del agua en el recipiente (D) ⇒ ⇒

Tomar la presión barométrica (o consultar al docente). 4.1.10 4.1.11 Pesar el tubo A + KCl + MnO2  ⇒ 4.1.12C   alcular la masa de O 2r  ecogido y el número de moles de O 2. ⇒ 4.1.13C   alcular el volumen de O 2e  n CNPT. CNPT . ⇒ 4.1.14C   alcular el volumen molar de O 2e  n CNPT. CNPT . ⇒ 4.1.15 Calcular el porciento en masa de O 2e   n el KClO 3. ⇒ 4.1.16C   alcular la densidad del O 2.

Introducción al cálculo de volumen molar de O 2  Para la determinación del volumen molar del gas, deben ser conocidos el volumen, la masa y la presión de una determinada cantidad de O 2. El volumen se mide a la temperatura y presión del laboratorio, pero debe llevarse dicho volumen a condiciones normales de P y T. Una vez conocido el volumen de una determinada masa de O 2 en CNPT, se podrá calcular el volumen de un mol de O 2(  32,0 g) también en CNPT. El volumen de un mol de O2 en CNPT es también el volumen de un mol de cualquier gas en CNPT (Ley de Avogadro = volúmenes iguales de gases diferentes, en las mismas condiciones de temperatura y presión contienen el mismo número de moléculas). La masa de O2 desprendido en la experiencia se mide indirectamente. Para ello debe saberse la masa de la muestra original. Una vez efectuado el calentamiento y la consecuente reacción se pesa el KCl remanente y por diferencia entre las dos masas (el del KClO3i  nicial y éste último último,, y considerando que el MnO2 no pierde masa durante los procesos) se obtiene la masa de O2. Masa de KClO3  - Masa de KCl = Masa de O 2  La presión del gas en la experiencia se debe calcular conociendo la P atmosférica y la Presión del vapor de H 2 a la temperatura de la experiencia.

Cálculo del volumen molar del gas (VM) Vg = volumen de gas recogido (se mide en la experiencia) mO2= masa de oxígeno liberado(se mide en la experiencia)

o

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nO2  =

mO

 

2

 M rO

2

Mr O 2 = 32,0 g/mol Para calcular la presión O 2(  Pg), sabemos que en las condiciones de trabajo: Patm. atm.== Pg + Pv + Pc (a) Patm=  presión atmosférica (dato a proporcionar). Pg = presión de O 2q  ue se calculará. calcul ará. Pv = presión de vapor del agua a la temperatura del laboratorio (se extrae de la bibliografía, ej. Chang). Pc = presión de la columna de H2O, que se utilizará en caso de no poder igualarse los volúmenes como se indica en la marcha del trabajo. La Pc se mide en cm o mm de H 2O. Como las presiones convienen expresarlas en mm de Hg (Pv del H 2O se encuentra en tablas en mm de Hg y la P atm se dará en esa misma unidad), debemos transformar los cm en mm de H 2O en cm o mm de Hg Para ello sabiendo que δ agua 

x h agua =

δ Hg  x h

hHg  =

Datos

δ agua=   δ Hg 

Hg por lo tanto

δ H  O  .h H  2

δ Hg 

2

O

 

1 g/cm 3  

= l3,6 g/cm 3 

Despejando en (a) Pg = P

-  Pv - Pc atm

o

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Con esto calculado tenemos Vg, Pg y Tg (temperatura ( temperatura del gas). Esta será igual a la del agua (por esa causa se la mide) ya que al “pasar” el gas por ella, tomará la misma temperatura. Sabiendo que las CNPT son P = l.atm y T =273 K aplicamos =  P  g .V  g   P  N .V  N 

 

=

T  g 

T  N 

Despejando VN =

 P  g V  g T  N  T  g  P  N 

 

que es el VO2 en CNPT. El volumen molar VMe  n CNPT se calcula a partir de n  y el volumen en C CNPT: NPT: VM =

V  N .1mol  nO 2 moles

O2

, obtenido en la experiencia

 

El porciento de O 2e  n el KClO 3s  e calcula de la siguiente manera: Masa de O 2o  btenido %O2 =

  1   00

Masa de KClO3  El porcentaje calculado a partir de la fórmula se obtiene considerando la reacción que se produce. La densidad del O2  se calcula sabiendo su masa y el volumen ocupado en CNPT. Recordar que el éxito de la experiencia depende de la exactitud con que se realicen las siguientes mediciones: •

i) La masa de la muestra de KClO 3(  Se dará como dato)

•

ii)La masa de O 2o  btenido de la experiencia (cálculo ( cálculo indirecto).

•

iii) El volumen del oxígeno.

% O2 en el KClO3: o

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Masa de O 2o  btenido %O2 =   1  00 Masa de KClO3  Porciento de O 2c  alculado de la fórmula (tener en cuenta la ecuación balanceada de la reacción): Masa de O2t  eórico %O2 =

  1   00

Masa de KClO3  Error absoluto absoluto = Error relativo = Error porcentual =

%

Densidad del O2 O2 = m mO2/ O2/V VN = Densidad real del O 2en e  n CNPT =

(Dato de tablas).

Error absoluto = Error relativo = Error porcentual =

%

Disposición de los residuos: Puede agua. tirar en los desagües las sustancias utilizadas con precaución y abundante

INFORME DE LABORATORIO De acuerdo al al esquema mín mínimo imo dado en el TP 1, realice el informe anotand anotandoo todos los datos que considere. No olvide sus CONCLUSIONES.

o

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