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Qumica General e Inorgnica I Trabajo Prctico N 3 1er. cuatrimestre de 2004
TRABAJO PRCTICO No 3ESTEQUIOMETRA Y GASES
Objetivo Aplicar y verificar las leyes de las combinaciones qumicas y de losgases ideales.
Bibliografa CRC "Handbook of Chemistry and Physics"Brescia y otros: "Fundamentos de Qumica"
Gray y Haight: "Principios Bsicos de Qumica
A) Determinacin de la frmula mnima del clorato de potasio y ladensidad del oxgeno gaseoso
Introduccin
El clorato de potasio (KClO3) se descompone, a una temperatura ligeramente
superior a su punto de fusin, en cloruro de potasio (KCl) y oxgeno (O2). Este es un
mtodo para la preparacin de oxgeno en el laboratorio. A fin de acelerar la reaccin se
usa habitualmente dixido de manganeso como catalizador. La reaccin producida es:
)g(O2
3)s(KCl)s(KClO 23 +
La diferencia de peso antes y despus de la descomposicin corresponde a la masa
de oxgeno que se desprendi, lo cual permite calcular la cantidad de oxgeno presenteen el compuesto original, y por lo tanto, la frmula mnima del mismo.
El volumen del gas se determina haciendo que ste desplace agua de un matraz a
un vaso de precipitados, para luego medir el volumen del agua desplazada (ver
Figura 1). Esta tcnica es similar a la medicin del volumen de un slido por medio del
volumen de agua que desplaza.
Los dos valores obtenidos (masa y volumen de oxgeno) permiten calcular la
densidad del gas en las condiciones ambientales del laboratorio. Para corregir el valor
obtenido a condiciones normales de presin y temperatura usando la ecuacin de estado
de los gases ideales se deben conocer la presin atmosfrica y la temperatura ambiente.
El clorato de potasio funde a 368,4 C y se descompone a 400 C. El cloruro de
potasio tiene un punto de fusin de 776 C y se evapora a 1500 C. El mtodo decalentamiento utilizado est basado en stas propiedades de las dos sales.
Nota: Como el clorato de potasio tiende a absorber algo de agua, la sal se mantendrdurante la noche anterior en estufa a 105 C y ser enfriada en un desecador antes de
comenzar la clase.
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Qumica General e Inorgnica I Trabajo Prctico N 3 1er. cuatrimestre de 2004
Tcnica
En un tubo de ensayos Pyrex limpio y seco coloque aproximadamente 0,5 g de
dixido de manganeso, tpelo y pselo con una aproximacin de 0,001 g. Agregue
alrededor de 1 g de clorato de potasio y vuelva a pesar tapado. Arme el aparato ilustrado
en la figura 1.
Tubo A Tubo B
Tubo C
Pinza de Mohr (colocar en el tubo
de vidrio miesntras no se usa)
FIGURA 1
Llene el matraz con agua comn y monte el aparato, excepto el tapn del tubo A
que cierra el tubo de ensayos. Aada suficiente agua al vaso para cubrir la punta del
tubo C, terminado en un extremo de vidrio, hasta una altura aproximada de 1 cm. Sople
por el tubo A para llenar el tubo B de agua. Despus eleve y baje el vaso varias veces
para desplazar hacia atrs y hacia adelante el agua del interior del tubo B, con el fin de
eliminar las posibles burbujas de aire. Eleve el vaso hasta que el nivel del agua en el
matraz (en la prctica no se usa un frasco como el de la figura) quede a unos cuantos
milmetros por debajo del extremo del tubo A (tubo corto). El agua no debe tocar este
tubo. Ahora cierre el tubo B con la pinza de Mohr y baje el vaso hasta apoyarlo en la
mesa. La punta estrecha del tubo C evitar que el agua situada antes de la pinza vuelva
al vaso. Recuerde que debe asegurarse que no queden burbujas de aire en el tubo B.Conecte con firmeza el tapn del tubo A al tubo de ensayos que contiene el clorato
(ste debe estar a temperatura ambiente; no ejerza demasiada presin para evitar
roturas). Abra la pinza de Mohr para comprobar que no haya fugas en las conexiones. Si
el aparato es hermtico, no debe haber flujo continuo de agua del matraz al vaso, an si
existe una gran diferencia de niveles de agua entre ambos recipientes.
Iguale la presin del tubo de ensayos y el matraz con la presin atmosfrica
externa elevando el vaso hasta que los niveles del agua en el vaso y el matraz sean
iguales. El valor de la presin atmosfrica puede obtenerse consultando al Servicio
Meteorolgico Nacional. Cierre la pinza del tubo B. Vace el vaso por completo, pero
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no lo seque (por qu?). Vuelva a colocar en el vaso el tubo C con la punta estrangulada
y retire la pinza del tubo de goma.
Realice el resto del experimento con cuidado.Tomando el mechero con la mano, caliente el clorato suavemente al principio y
ms fuertemente una vez fundido (ver gua no. 0), asegurndose antes de que la llaveest abierta. Regule el calentamiento de manera tal de mantener un flujo moderado deoxgeno. Evite un calentamiento excesivo; ste se evidenciar por la formacin de una
nube blanca en el tubo de ensayos. Contine con el calentamiento hasta que no sedesprenda ms gas (esto ocurrir cuando, al calentar, el nivel en el vaso se mantenga
constante). Bajo ninguna circunstancia deje que el nivel del agua en el matraz caiga por
debajo del extremo del tubo C (por qu?).
Retire la llama y permita que el tubo de ensayos se enfre a temperatura ambiente
(unos 10 - 15 min). Asegrese que durante el perodo de enfriamiento el extremo del
tubo C permanezca por debajo del nivel del agua en el vaso, pues parte del agua
regresar al matraz, haciendo disminuir este nivel. Equilibre nuevamente las presiones
interna y externa igualando los niveles en el vaso y el matraz. Cierre el tubo B con la
pinza. Retire el tubo de ensayos con su contenido, tpelo y pselo. La prdida de peso es
igual a la cantidad de oxgeno desprendido.
Vierta el contenido del vaso en una probeta graduada de 500 mL, limpia y seca, ymida el volumen con exactitud. El volumen de agua es el volumen de O2 generado a
temperatura y presin ambiente. Anote la lectura de la presin baromtrica. Mida la
temperatura ambiente y suponga que todo el aparato, una vez fro, est en equilibrio con
esta temperatura.
El oxgeno recogido en el matraz estar saturado con vapor de agua, de tal manera
que la presin del gas corresponder a la suma de la presin parcial de oxgeno y la
presin que ejerce el vapor de agua.
Pgas =Poxgeno +Pvapor de agua
Esta ltima puede conocerse consultando una tabla que proporcione la presin del
vapor del agua con la temperatura.
Como durante la experiencia se tuvo especial cuidado en igualar los niveles de
agua en el matraz y en el vaso de precipitados, la presin sobre ambas superficies ser
igual:
Pbaromtrica =Pgas
Pbaromtrica =Poxgeno +Pvapor de agua
pudindose as conocer la presin parcial del oxgeno. Aplicando la ecuacin de estado
de gases ideales:
T
VP
T
PV=
donde: Po = 760 Torr
Vo = volumen del oxgeno en condiciones normales de temperatura y presin
To = 273 K
P = presin del oxgeno en las condiciones experimentales
V = volumen de oxgeno = volumen de agua desplazada
T = temperatura ambiente en K
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se puede calcular Vo, es decir el volumen del oxgeno en condiciones normales.
B) Ensayo cualitativo
Se le proveer de un tubo de vidrio limpio y seco de unos 40 cm de longitud,
HCl concentrado y NH3 concentrado diluido a la mitad. Sujete el tubo en forma
perfectamente horizontal, tome dos trozos de algodn y humedezca uno con gotas de
solucin de HCl y el otro con gotas de solucin de NH3, coloque simultneamente losalgodones en los extremos del tubo y observe. Luego de unos minutos se ver un anillo
blanco de NH4Cl slido. Mida las distancias del anillo a cada trozo de algodn. Realice
la experiencia bajo campana.
Cuestionario
1) Defina frmula mnima y frmula molecular.
2) Cuando el xido de bario (BaO) se calienta en condiciones adecuadas adicionaoxgeno dando un xido de frmula BaOx. Una muestra de BaO que pesa 1,15 g
produce por calentamiento 1,27 g del producto. Cul es la frmula de ste?
3) Al ser calentado, el nitrato de sodio desprende oxgeno para formar nitrito de sodio.
Una mezcla de nitrato y nitrito de sodio que pesa 0,754 g pierde 0,064 g al ser
calentada. Calcule el porcentaje de nitrato de sodio en la muestra original.
4) Calcule el error absoluto, relativo y relativo porcentual que afecta a la pesada
efectuada para determinar la frmula mnima del clorato de potasio.
5) En base al trabajo prctico, cul habra sido el efecto de cada uno de los siguientes
factores sobre el valor obtenido para la densidad del oxgeno? (Llame real al valor
verdadero y exp al experimental):
a) No tomar en cuenta la presin de vapor de agua.
b) El clorato de potasio no se descompone totalmente.
c) Presencia de fugas de oxgeno.
d) El clorato de potasio est contaminado con una impureza inerte (por ejemplo arena).
e) El clorato de potasio est contaminado con una impureza que tambin da lugar a
desprendimiento de oxgeno (por ejemplo: dixido de plomo).
f) El tubo de ensayos contiene algunas gotas de agua antes de iniciar el experimento.
6) Se obtuvieron 0,003 moles de hidrogeno a 298K, los cuales ocupaban un volumen de
70,0 mL. Calcular la presin ejercida por el gas utilizando la ecuacin de los gases
ideales y la ecuacin de Van der Waals. Es correcta la aproximacin hecha en el
trabajo prctico? Repetir el clculo si el gas ocupara un volumen de 1 mL a la misma
temperatura. Discutir los resultados en base a las interacciones moleculares.
Las constantes de Van der Waals para el H2 son: a = 0,2444 dm6
atm mol-2
, b = 0,0266
dm3/mol.
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7) Si un mol de molculas de hidrgeno tiene una masa de 2 g, cul es la densidad del
hidrgeno en condiciones normales de presin y temperatura? Aclare suposiciones.
8) Discuta en trminos semicuantitativos los resultados obtenidos en la parte B de este
trabajo prctico. Discuta, en los mismos trminos, los fundamentos del mtodo de
difusin gaseosa de UF6 para el enriquecimiento del uranio.