4_Estequiometría (Experimento #3)

8/13/2014
ESTEQUIOMETRÍA:
LA PREPARACIÓN
DE SULFATO DE BARIO (BASO4)
Ileana Nieves Martínez
QUIM 3003
OBJETIVOS

Aprender a manejar las técnicas de asociadas a un
análisis cuantitativo por el método gravimétrico




Filtración por gravedad
Secado
pesada
Utilizar el concepto de estequiometría y factor
estequiométrico para:



Calcular los gramos teóricos de un percipitado que resulta
de una reacción química
Comprender el concepto de reactivo limitante.
Por ciento de rendimiento de un sólido poco soluble.
2
MARCO TEÓRICO
1
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PESOS ATÓMICOS Y MOLECULARES


Se determinan por el número relativo de átomos de
varios elementos en una sustancia química
Ejemplo:

H2O CH4 N2
C2H6O
Los subíndices en las fórmulas químicas representan
cantidades exactas.
C2H6O

2 moles de C
6 moles de H
1 mol de O
Todos los aspectos cuantitativos de la química descansan
en conocer las masas de los compuestos estudiados.
4
ESTEQUIOMETRÍA


Del griego στοιχειον, (stoicheion), letra o elemento
básico constitutivo y μετρον (métron), medida.
Es el estudio cuantitativo de los reactivos y los
productos en una reacción química.
5
COEFICIENTES ESTEQUIOMÉTICOS

Son los coeficientes (números) que obtenemos
cuando balanceamos la reacción química.
2
2CO
 1 O2  1 CO2

Representan la cantidad de sustancia (moles) que
reaccionan y se producen.


2 moles de CO y 1 mol de O2 producen 1 mol de CO2
coeficiente estequiométrico de:


CO es 2
O2 y CO2 es 1
6
2
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RAZÓN ESTEQUIOMÉTRICA

es la relación matemática (cociente = razón) entre dos
coeficientes estequiométricos, s.
2CO  O2  CO2
 2 moles CO 
 1 mol O 
2 


 2 moles CO 
 1 mol CO 
2 

 1 moles CO2 
 1 mol O 
2


sirve para calcular la cantidad exacta de sustancia
para reaccionar químicamente sin que falte o sobre los
reactivos o productos.
7
USOS DE LA ESTEQUIOMETRÍA

La cantidad de reactivos y productos que participan
en una reacción química se puede expresar en
unidades de:




Masa
Volumen
cantidad de sustancia (moles)
Para los cálculos en una reacción química es más
conveniente utilizar moles.
8
ANÁLISIS CUANTITATIVO GRAVIMÉTRICO

Consiste en separar y pesar, en el estado de mayor
pureza, un elemento o compuesto de composición
conocida que tiene una relación estequiométrica definida
con la sustancia que se determina.
MgCl2  ac   2 AgNO3  c   2 AgCl  s   Mg  NO3 2  ac 
g de MgCl2
g de AgNO3
PM de MgCl2
moles de MgCl2
PM de AgNO3
moles de AgNO3
9
3
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ANÁLISIS CUANTITATIVO GRAVIMÉTRICO
MgCl2  ac   2 AgNO3  ac   2 AgCl  s   Mg  NO3 2  ac 
mol
mol
g 1MgCl
g 1AgCl
2
PM MgCl2 
; PM AgCl 
molMgCl2
mol AgCl
nMgCl2 
nAgCl 
g MgCl2
PM MgCl2
g AgCl
 g AgCl x
PM AgCl
g de MgCl2
g de AgNO3
molMgCl2
 g MgCl2 x
g MgCl2
mol AgCl
g AgCl
PM de MgCl2
moles de MgCl2
PM de AgNO3
moles de AgNO3
10
PRÁCTICA

Calcule las cantidades siguientes:



Los moles de CaH2 en 1.73 g de esta sustancia, dado
PM(CaH2) = 42.09 g/mol.
Los moles de Mg(NO3)2 en 3.25 g de esta sustancia
[PM(Mg(NO3)2]= 148.3 g/mol.
La masa de 2.5 x 10-3 moles de MgCl2
nCaH 2 
g CaH 2

PM CaH 2
nCaH 2  gCaH 2 x
1.73 gCaH 2
 0.0411 molesCaH 2
g
2
42.09 molCaH
CaH
molCaH 2
gCaH 2
2
 1.73 g CaH 2 x
molCaH 2
42.09 gCaH 2
11
PRÁCTICA

Calcule las cantidades siguientes:



Los moles de CaH2 en 1.73 g de esta sustancia, dado
PM(CaH2) = 42.09 g/mol.
Los moles de Mg(NO3)2 en 3.25 g de esta sustancia
{PM(Mg(NO3)2} = 148.3 g/mol.
La masa de 2.5 x 10-3 moles de MgCl2
nMg  NO3  
2
g Mg  NO3 

2
PM Mg  NO3 
2
3.25 g Mg  NO3 
2
g Mg  NO 
148.3 molMg NO3 2
 0.0219 molesMg  NO3 
g Mg  NO3   nMg  NO3  x PM Mg  NO3 
2
2
3
g Mg  NO3   2.5 x10 molesMg  NO3  x
2
2
3 2
2
2
148.3 g Mg  NO 
3 2
molMg  NO 
3 2
 0.37 g Mg  NO3 
2
12
4
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PRECIPITACIÓN
13
DIGESTIÓN DEL PRECIPITADO

Dejar el precipitado en contacto con su licor madre
durante algún tiempo antes de la filtración

es más rápido a temperatura elevada.

Un precipitado bien digerido se sedimenta con rapidez después
de una agitación y deja un líquido transparente.
14
REACTIVO LIMITANTE
5
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10
8
16
REACTIVO LIMITANTE


Aquel reactivo que se consume por completo y
determina o limita la cantidad de producto formado.
Ejemplo: ¿Cuánta masa de CO2 se producirá al
reaccionar 8.0 g de metano (CH4) con 48.0 g de O2 en
la combustión de CH4?

CH 4  g   2O2  g  
 CO2  g   2 H 2O  l 
17
REACTIVO LIMITANTE

CH 4  g   2O2  g  
 CO2  g   2 H 2O  l 
moles experimentales
nCH 4 
nO2 
gCH 4
PM CH
gO2
PM O
2
4
4
 8 g x 1mol16CH
 0.5 moles CH 4
g
O2
 48 g x 1mol
 1.5 moles O2
32 g
CO2

0.5 mol CH 4 x  11mol
molCH 4   0.5 mol CO2
CO2

1.5 mol O2 x  12mol
molO2   0.75 mol CO2
CH4 es el reactivo limitante porque resulta en la
menor cantidad de producto.
18
6
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REACTIVO LIMITANTE

CH 4  g   2O2  g  
 CO2  g   2 H 2O  l 
moles  gramos teóri cos
gteóricos  8 g x

1mol CH 4
16 g
 x 
1mol CO2
1molCH 4
 x PM CO
2

gteóricos  8 g x

1mol CH 4
16 g
 x 
1mol CO2
1molCH 4
x



44 g CO2
1mol

  22 g CO
2
19
RENDIMIENTO Y POR CIENTO DE RENDIMIENTO


Teórico – gramos esperados si todo el reactivo
limitante reacciona.
Experimental – gramos recuperados
% rendimiento 
g recuperados
g teóri cos
x100
20
PROCEDIMIENTO
7
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MÉTODO – PRECIPITACIÓN CUANTITATIVA
Disolución
Precipitación
Digestión
Filtración
Pesada/
cálculos
lavado
Secado
22
MATERIALES

Reactivos



Cloruro de bario [BaCl2]
Sulfato de sodio [(Na)2SO4]
Materiales





Baño de María
Papel de filtro
Embudo
Vaso
Plancha de calentamiento
23
DATOS
Tabla 1: Gramos de los reactivos y rendimiento teórico de BaSO4
PM(Na2SO4), g/mol
142.04
PM(BaCl2•2H2O), g/mol
Peso de vaso + sal, g
Peso de vaso + sal, g
Peso de vaso vacío, g
Peso de vaso vacío, g
Masa sal (Na2SO4) g
Masa sal (BaCl2•2H2O), g
Moles Na2SO4
Moles BaCl2•2H2O
244.28
* gramos teóricos de BaSO4, g
moles  BaCl2 2 H 2O  x PM BaSO4  g BaSO4
* BaCl2 2 H 2O 
 BaSO4  s   2 NaCl  ac 
 Na 2 SO4  ac  
24
8
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MÉTODO EXPERIMENTAL Y EQUIPO (1)
Pesar un vaso de 25 mL (50 mL) limpio y seco en balanza
centogram. Anote el peso en la tabla de datos.


Añadir de 0.50 – 0.60 g de Na2SO4. Anote el peso.

Convertir los gramos de Na2SO4 a moles (PM = 142.04)
nNa2 SO4 
y g Na2 SO4
g
142.04  mol

Na2 SO4
Como la razón estequiométrica en la reacción es de 1: 1,
entonces nBaCl2 2 H 2O  nNa2 SO4 y se convierten los estos moles a
gramos de BaCl2•2H2O (PM = 244.26). [TÓXICO]

Pesar otro vaso de 25 mL (50 mL) limpio y seco en balanza
centogram. Anote el peso del vaso vacío en la tabla de datos.

Añadir exactamente los gramos de BaCl2•2H2O calculados
anteriormente. Anote el peso en la tabla de datos.

Prepare un baño maría con un vaso de 250 mL con 125 mL de
agua de la pluma. Colóquelo sobre la plancha y enciéndala.
Coloque la plancha al lado izquierdo de su estación para dejar
espacio para seguir trabajando.

baño maría
25
MÉTDO EXPERIMENTAL Y EQUIPO (2)






A una probeta de 10 mL añada 5 mL de agua destilada.
Añada aproximadamente 2.5 mL de agua destilada al
vaso con Na2SO4 para disolverlo. Agite con agitador de
vidrio.
Transfiera la solución del Na2SO4 a un tubo de ensayo.
Utilice el volumen que sobra en la probeta para enjuagar
el vaso. Transfiera el lavado en al tubo. IDENTIFIQUE
el tubo con el #1.
Repita los dos pasos anteriores para el BaCl2•2H2O en
OTRO tubo de ensayo. IDENTIFIQUE el tubo con el #2.
Coloque ambos tubos, con mucho cuidado, en el baño
maría que preparó.
Luego de 3 minutos de hervir las soluciones por
separado para que los sólidos se disuelvan, mezcle
ambas soluciones .

NaSO4
1
BaCl2
2
Debe echar el NaSO4 (transparente) en BaCl2 (opaca) con
mucho cuidado usando una agarradera de tubo de ensayo.
26
MÉTDO EXPERIMENTAL Y EQUIPO (3)




Deje hervir la mezcla durante 20 minutos. Añada
pequeñas cantidades de agua destilada para mantener
constante el nivel del líquido en el vaso.
Mientras espera que pasen los 20 minutos, rotule,(con el
marcador provisto), pese y prepare el papel de filtro en el
embudo. {Vea diagramas a continuación}
Deje enfriar la solución (~10 minutos) con el precipitado
antes de filtrarla. Luego filtre la solución ‘(vea diagrama).
Secar la semana siguiente por media hora, pesar, volver a
secar por media hora más y volver a pesar. Repetir hasta
llegar a peso constante.
27
9
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EQUIPO DE FILTRACIÓN
28
DATOS (CONTINUACIÓN)
Tabla 2: Datos del sólido a peso constante
Pesos de:
papel de filtro + BaSO4 a peso constante
papel de filtro
BaSO4 experimental (rendimiento experimental)
Por ciento de rendimiento:
gexperimental
gteórico
x100
29
CÁLCULOS
Los coeficientes de una ecuación balanceada
representan el número relativo de moles que
reaccionaron.
10
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RESUMEN DE LOS CÁCULOS




Balancear la ecuación química.
Calcular el peso molecular o fórmula de cada
compuesto (reactivos y productos)
Usar la ecuación química para obtener los datos
necesarios para convertir las masas a moles
Reconvertir las moles a masas para informar la
cantidad de producto.
31
REACCIÓN ESTEQUIOMÉTRICA

Determinar los gramos teóricos de la reacción:
BaCl2 2 H 2O 

 BaSO4  s   2 NaCl  ac 
 Na 2 SO4  ac  
Razón estequiométrica
 1 mol BaCl2 2 H 2O 
 PM BaSO4 
X g x
x  1mol BaSO4  x
 Z g BaSO4
 PM BaCl  2 H O
  1molBaCl2  2 H 2O   1 mol 


2
2
 1 mol Na2 SO4  1mol BaSO
 PM BaSO4 
4
x
Y g x
x
 Z ' g BaSO4
 PM Na SO   1mol Na2 SO4   1 mol 

2
4

32
RENDIMIENTO Y POR CIENTO DE RENDIMIENTO


Teórico – gramos esperados si todo el reactivo
limitante reacciona.
Experimental – gramos recuperados
% rendimiento 
g recuperados
g teóri cos
x100
33
11
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EJEMPLO DE CÁLCULOS PARA LA REACCIÓN
BaCl2•2H2O + Na2SO4(ac) → BaSO4 (s) + 2 NaCl(ac)

BaCl2•2H2O
Na2SO4(ac)
BaSO4 (s)
NaCl(ac)
PM (g/mol)
244.28
142.04
233.39
58.44
Masa (g)
0.86
0.50
moles
0.0352
0.0352
0.0352
0.0704
g teóricos
0.82
34
CÁLCULOS DE RENDIMIENTO DE LA REACCIÓN
Tabla 3: Cáculos para los pesos de las sales y g teóricos de BaSO4.
BaCl2•2H2O(ac)
Na2SO4(ac)
PM (g/mol)
244.28
142.04
Masa (g)
(3b)
(1) y: [0.5-0.6]
(3a)
(2)
g BaCl2 2 H 2O  nNa2 SO4 x 244.28
moles
nBaCl2 2 H 2O  nNa2 SO4
g teóricos
BaSO4
nNa2 SO4 
y g Na2 SO4
g
142.04  mol

teórico
nBaSO4  nNa2 SO4  (4) g BaSO
 nNa2 SO4 x 233.39
4
Na2 SO4
 
g
mol BaSO
4
35
ASIGNACIÓN PRELIMINAR

Defina




Precipitado
Digestión
Describa algunas de las advertencias de seguridad de los
reactivos usados
Una muestra de magnesio que pesa 14.932 g se colocó en un
cristal de reloj que pesa 56.064 g. Se calienta por algunos
minutos. Se deja enfriar y el peso total fue de 81.006 g. Se
repite el proceso de calentar y se deja enfriar y el peso fue de
80.825 g. Se repitió el procedimiento hasta alcanzar peso
constante de 80.825 g.
¿Cuánto fue el aumento de la masa después de calentar?
¿Cuántos gramo de magnesio se colocaron en el cristal de reloj:
¿Con cuál elemento pudo reaccionar el magnesio al calentarse?
 ¿Cuántos moles se combinaron con Magnesio?



36
12
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PREGUNTAS GUÍAS

Si el procedimiento de análisis gravimétrico fuera
perfecto el por ciento de rendimiento sería igual a
100%.



Analice el % de rendimiento suyo y sugiera qué errores
han contribuido para que su valor se devíe del 100%.
¿Como podría mejorar su rendimiento?
¿Como se afecta el rendimiento



si pesa antes de llegar a peso constante?
Si hace los cálculos con el reactivo que no es el limitante?
Como se afecta la solubilidad de BaSO4 con
aumento en la temperatura?
37
¡Buen trabajo!
38
13