UNIVERSIDAD INTERAMERICANA Recinto de Bayamón Departamento de Ciencias Naturales y Matemáticas Experimento No. 5: ESTEQUIOMETRIA DE UNA REACCION EN MEDIO ACUOSO Laboratorio QUIM 1111

Objetivos experimentales 1) Determinar el porcentaje de rendimiento de una reacción.

Objetivos capacitantes (pedagógicos) 1) Familiarizar al estudiante con especies que son solubles y no-solubles en medio acuoso. 2) Resolver problemas que incluyan estequiometría de una reacción. 3) Identificar el sólido que se forma en la reacción y calcular la cantidad esperada de precipitado que se forma. 4) Aprender la técnica de filtración por gravedad. Introducción Cuando llevamos a cabo una reacción que envuelve reactivos sólidos, es necesario llevarlos a un medio acuoso para que ocurra la reacción. Si las sustancias son compuestos iónicos, al disolverse se disociarán en los iones que las componen. Supongamos que disolvemos Na3(PO4)2 y CaCl2·2H2O en agua. Ambos compuestos se encuentran como iones en la solución, y al combinar las dos soluciones esperamos que ocurra una reacción de desplazamiento doble. Como evidencia de que ocurre la reacción, debemos observar la formación de un precipitado. 2Na3PO4(ac) + 3CaCl2(ac)  6NaCl(ac) + Ca3(PO4)2(s)

La ecuación iónica presenta las sales disociadas en sus iones cuando se encuentren en solución. Si un compuesto se precipita, ya no se encuentra en solución y no se disocia, por lo que representamos su estado como sólido (s). Podemos predecir la identidad de precipitado utilizando como guía las reglas de solubilidad. 6Na+(ac) + 2PO4-3(ac) + 3Ca+2(ac) + 6Cl-(ac)  6Na+(ac) + 6Cl-(ac) + Ca3(PO4)2(s)

Podemos calcular, de forma teórica, cuánto del precipitado se va a obtener. Para eso necesitamos conocer la cantidad de los reactivos, la relación estequiométrica de cada uno de los reactivos con el producto precipitado, y la identidad del reactivo que limita la cantidad del producto que se pueda obtener (reactivo limitante). Supongamos que en

esta situación hipotética mezclamos 1.0 mol de Na3PO4 con 1.0 mol de CaCl2. El precipitado es Ca3(PO4)2. Para reaccionar con la cantidad dada de Na3PO4, se requieren 1.0 mol de Na3PO4 x

3molCaCl 2 = 1.5 mol CaCl2 2molNa3 PO4

Como solamente contamos con 1.0 mol de CaCl2, este es nuestro reactivo limitante. La cantidad máxima de Ca3(PO4)2 que podemos obtener depende del reactivo limitante. 1.0 mol de CaCl2 x

1molCa3 PO4 2 294.3gCa3 PO4 2 x = 98.1 g de Ca3(PO4)2 3molCaCl 2 1molCa3 PO4 2

Lo que acabamos de calcular es el rendimiento teórico de esta reacción. Al llevar a cabo la reacción, la sal insoluble o precipitado se puede separar del resto de los componentes de la mezcla por medio de la técnica de filtración. Luego la secamos y la pesamos, para obtener así el rendimiento actual de ésta reacción, y luego el porcentaje de rendimiento.

Equipo (Dibujen en la libreta el cristal de reloj y el embudo solamente) Balanza analítica Probeta de 25 mL 2 vasos de precipitado de 150 mL Botella de lavado Agitador de vidrio Hornilla Cristal de reloj Embudo con papel de filtro Soporte Anillo metálico Termómetro Tenaza

Reactivos (Para buscar el MSDS) Cloruro de calcio (s) Carbonato de sodio (s)

Procedimiento Para la libreta antes del laboratorio 1.

Calcular las masas molares de Na2CO3 y de CaCl2•2H2O.

2.

Calcular moles de Na2CO3 y de CaCl2•2H2O en 1.00 g de cada uno.

3.

Escribir la ecuación balanceada de la reacción entre Na2CO3 y CaCl2•2H2O.

4.

Predecir cuál será el reactivo limitante usando los coeficientes estequimétricos.

En el laboratorio 1.

Pesar en una balanza aproximadamente 1 g de Na 2CO3. Colocar el Na2CO3 en un vaso precipitado de 150 ml y añadir 20 ml de agua destilada.

2.

En la balanza del Paso #1 pesar aproximadamente 1 g de CaCl2·2H2O. Colocar el CaCl2·2H2O en otro vaso precipitado de 150 ml y añadir 20 ml de agua destilada.

3.

Añadir la solución de Na2CO3 a la solución de CaCl2·2H2O. Enjuague el vaso precipitado que contenía la solución de Na2CO3 con 5 ml de agua destilada y lo añade a la mezcla.

4.

Calentar la mezcla resultante levemente mientras se agita con un agitador.

5.

Cuando el periodo de calentamiento termine permita que la mezcla se enfríe a temperatura de salón.

6.

Mientras enfría la mezcla prepare el sistema de filtración por gravedad. Antes de filtrar pese el papel de filtro junto con el cristal de reloj. Coloque el papel de filtro en el embudo y añada un poco de agua destilada.

7.

Filtre la solución cuidadosamente. El nivel del líquido debe estar por debajo del borde del papel de filtro.

8.

Añada aproximadamente 5 ml de agua destilada al vaso precipitado y filtre.

9.

Lave los cristales en el papel de filtro con aproximadamente 10 ml de agua destilada.

10.

Coloque el papel de filtro con el precipitado sobre el cristal de reloj, luego poner en el horno para secar los cristales.

11.

Pesar los cristales secos con el papel de filtro y el cristal de reloj.

12.

Calcular el rendimiento teórico, el rendimiento actual y el porcentaje de rendimiento de la reacción.

Ejemplo de la tabulación de los datos y resultados Tabla de datos y resultados: Debe demostrar sus cómputos en la libreta. Corrida # 1 Masa del vaso (g) Masa del vaso + Na2CO3 (g) Masa de Na2CO3 (g) Moles de Na2CO3 Masa del vaso (g) Masa del vaso + CaCl2·2H2O (g) Masa de CaCl2·2H2O (g) Moles de CaCl2·2H2O Identifique el reactivo limitante Masa de CaCO3 calculada (g) Masa del papel de filtro y cristal de reloj Masa del papel de filtro, cristal de reloj y CaCO3 Masa de CaCO3 obtenida(g) Rendimiento actual (g) Rendimiento teórico(g) Porcentaje de rendimiento, por masa Rendimiento actual (mol) Rendimiento teórico (mol) Porcentaje de rendimiento, por mol

GUÍA PARA INFORME: Separación de una Mezcla El informe deberá ser preparado, en español o inglés, utilizando computadora y Microsoft Equation 3 para las ecuaciones matemáticas. Las páginas deberán estar enumeradas y constará de las siguientes partes: Nombre: _________________________ I.

Número de Estudiante: _____________________

Título del informe (4 pts.): Escriba el título del experimento.

II. Objetivos experimentales (6pts.): Describa el propósito del experimento realizado. III. Datos (25 pts.): En esta sección usted deberá presentar los datos obtenidos en el laboratorio de manera ordenada. Puede utilizar tablas similares a las de la guía del experimento. IV. Cálculos, Resultados y Graficas (30 pts.): En esta sección usted deberá proveer un (1) ejemplo de cada uno de los cálculos que usted haya realizado en el laboratorio para obtener sus resultados. El nivel de detalle debe ser tal, que cualquier persona sin conocimiento de lo que usted hizo, pueda por sí mismo realizar los cálculos. Por consiguiente, usted deberá presentar ejemplos claros y específicos. De igual forma, recuerde seguir las reglas de cifras significativas. Una vez tenga todos sus cálculos, organícelos en una tabla de resultados. V. Discusión (25 pts.). Divida su discusión en tres partes siguiendo la siguiente guía: 1. Trasfondo

a) Defina reacción de desplazamiento doble (o metátesis), reactivo limitante, rendimiento teórico, rendimiento actual, porcentaje de rendimiento. b) Escriba las reglas de solubilidad. 2. Discusión de resultados a) Escriba las ecuaciones balanceadas molecular, iónica y neta de la reacción que llevó a cabo en el experimento. b) Explique porqué se formó el producto que usted cree en base a las reglas de solubilidad. c) ¿Cuál fue el reactivo limitante en la reacción y porqué? ¿Se verificó experimentalmente cuál fue el producto? 3. Análisis de error a) ¿Cómo se afectaría el porcentaje de rendimiento si los reactivos no se disolvieron completamente? b) ¿Cómo se afectaría el porcentaje de rendimiento si no todo el reactivo limitante reaccionó? c) ¿Cómo se afectaría su porcentaje de rendimiento si partículas de los reactivos quedaron atrapadas en el precipitado? VI. Referencias (10 pts.): De acuerdo con el diccionario de la Real Academia Española: Plagiar Copiar en lo sustancial obras ajenas, dándolas como propias. Recuerde que el 90% de lo que usted ha de escribir en este informe es informaron que ya ha sido divulgada. Por lo tanto, tenga la delicadeza y cortesía de citar a todos los autores.