INFORME DE LABORATORIO

Estequiometría en reacciones con gases



En este tercer laboratorio se trabajó con bicarbonato de sodio (NaHCO3) y se puso a reaccionar con ácido cítrico (C6H8O7) para calcular la presión y cantidad en moles (tanto teórica como experimental) de CO2 que se generó cuando estos dos reaccionaron, en otro balón se introdujo Bonfiest junto con agua (H2O). En este lo que se busca es calcular la presión y la cantidad de CO2 que se produce en esta reacción así como también la diferencia que hay entre el valor de bicarbonato de sodio reportado en el sobre de Bonfiest y el obtenido en el laboratorio.
Según los datos obtenidos la presión que genero el CO2 fue de 0,285 atm y la cantidad de moles experimentales fue de 8,7 X 10-4 mol mientras que el teórico es de 1,07 X 10-3 mol; esto en cuanto al primer experimento, pero en el segundo la presión que se genera es de 0,37 atm. La cantidad teórica de bicarbonato de sodio reportada en el sobre es de 2,51 g y lo que se obtuvo en el laboratorio fue de 2,11g.

En conclusión se puede hallar la cantidad del gas a partir del reactivo límite de la reacción a pesar de que este no esté en estado gaseoso, esto respecto a la cantidad teórica del gas. Al momento de hallar la cantidad experimental se tiene en cuenta la ley de los gases ideales hallando la cantidad de molescon los datos reportados en el Software DataStudio.

Introducción

“Las reacciones químicas se representan de manera concisa por medio de ecuaciones químicas”. (1) En estos procesos intervienen los reactivos, los cuales pueden estas en estado gaseoso, para así dar paso a los productos, los cuales también pueden estar en cualquier estado de la materia. Siempre se deben balancear estas ecuaciones lo que permitirá mantener la misma cantidad de reactivas que en los productos, esto teniendo en cuanta que la materia no se crea ni se destruye. (2) teniendo estas ecuaciones balanceadas se pueden hallar las relaciones estequiométricas, que es una proporción entre las cantidades de moles de reactivos y productos. (3
“El reactivo que se consume por completo en una reacción se denomina reactivo limitante porque determina, o limita, la cantidad de producto que se forma.”(4) Los cálculos teóricos del producto del experimento se hallarán dependiendo de cuál sea ese reactivo limitan en la reacción que será: 3𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3(𝑎𝑐) + 𝐻3𝐶6𝐻5𝑂7(𝑎𝑐) → 3𝐻2𝑂(𝑙) + 3𝐶𝑂2(𝑔) + 𝑁𝑎3𝐶6𝐻5𝑂7(𝑎𝑐)

Con lo planteado anteriormente la relación estequiométrica entre reactivos y productos será: 𝑛𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3/3 = 𝑛𝐶6𝐻8𝑂7/1 = 𝑛𝐻2𝑂 /3= 𝑛𝐶𝑂2/3 = 𝑛𝑁𝑎3𝐶6𝐻5𝑂7/1.


Se deberá tener en cuenta la de los reactivos (bicarbonato de sodio y ácido cítrico) para hallar el limitante y de ahí la cantidad teórica de dióxido de carbono, el producto de interés en este caso.

Por otro lado, para hallar la cantidad experimental se debe tener en cuenta la ley de los gases ideales, PV=nRT, “la cual se aplica a los sistemas que no experimentan cambios enpresión, volumen, temperatura y cantidad de un gas”. (5) Siendo R= 0.08206 ðs.𝑎ð‘t𝑚/𝑚𝑜𝑙.𝐾, denominada la constante de los gases. Una vez obtenidos los datos en cada experimento se reemplazarán los datos en la fórmula y esto permitirá hallar el número de moles teórico del gas liberado en ambas reacciones, el dióxido de carbono; cuya presión se hallará teniendo en cuenta no sólo la presión final e inicial, sino también la del vapor del agua el cual también se libera en ambos experimentos
PCO2 = P.Final - P.Inicial - P.Vapor de agua


Materiales y métodos
• Balón.
• Bicarbonato de sodio, NaHCO3 (0 g)
• Balanza analítica.
• Espátulas
• Sensor de presión
• Jeringa.
• Bonfiest. (un sobre de 5,1 g)

I. Reacción del bicarbonato de sodio con ácido cítrico.
Usando la balanza analítica, pesamos una cantidad de bicarbonato de sodio, la cual varía dependiendo de cada grupo. Posteriormente agregamos la cantidad pesada al balón de vidrio, el cual debe estar debidamente asegurado. Luego tapar el balón de vidrio con el corcho que está conectado al sensor de presión. Se toman 5 ml de ácido cítrico 1M con una jeringa y esta se inserta en la aguja insertada en el corcho. Posteriormente se comienzan a tomar datos de presión como la presión inicial, la cual debe ser igual a la presión atmosférica (alrededor de 101 kPa), luego de este paso se adiciona el contenido de la jeringa al balón y se continúa toma la presión final y la temperatura, reportadas en el Software DataStudio, al final se mide el volumen ocupado por el gas llenando el balón con agua y midiendo la cantidad de lamisma.

II. Determinación de la cantidad de NaHCO3 en Bonfiest.
Usando una balanza analítica, se pesan 200 mg de bonfiest y se adicionan al balón. Adicionar 5 mL de ácido cítrico con ayuda de una jeringa y se anotan los datos necesarios para el experimento, como lo son la presión inicial, la presión final, temperatura y el volumen.

Resultados

Experimento

Masa de Bicarbonato (g)
Volumen (mL)
Pinicial
Pfinal
PCO2
Pvapor de agua
#1
0,09
5,0 de ácido cítrico
0,994atm
1,34atm
0,32atm
0,0261atm
#2
0,084
5,0 de agua destilada
0,995atm
1,39atm
0,37atm
0,077atm


Vol. del balón = 66,6mL VCO2 = 66,6 mL = 0,0666L
Experimento #1

nac = [ac] Vac = 1,00mol/L x 0,005 L= 0,005mol

n NaHCO3 = mNaHCO3 / MNaHCO3
n NaHCO3 = 0,0900g/84,01g/mol
n NaHCO3 = 1,07 x 10 -3mol

nácido cítrico/1 > o < nNaHCO3/3
nácido cítrico/1= 0,005mol
nNaHCO3/3 =0,0107mol/3 = 3,57x10-4 ——> Reactivo Límite

nNaHCO3 = nCO2

nCO2= 1,07 x 10 -3mol —-> Cantidad teórica.

P.vapor de agua = 19,841 mmHg x 1,00 atm / 760 mmHg
P.vapor de agua = 0,0261 atm

Pinicial = 100,7 Kpa x 1,00 atm / 1,01325 x 102 Kpa
Pinicial = 0,994 atm


Pfinal = 136,2 Kpa x 1,00 atm / 1,01325 x 102 Kpa
Pfinal = 1,34 atm

PCO2 = P.final – P.inicial – P.vapor de H2O
PCO2 = 1,34 atm – 0,994 atm – 0,0261 atm
PCO2 = 0,32 atm

Temperatura= 292,25 K

nCO2= PCO2 V/R.T
nCO2= 0,32 atm x 0,0666 L / 0,0821 L.atm/mol.K x 295,25K
nCO2 = 8,7 x 10-4 mol —> Cantidad experimental.

%error = (nCO2 teórico – nCO2 experimental/ nCO2 teórico) X 100
%error = (1,07 x10-3 - 8,7 x 10-4 mol / 1,07 x 10-3 ) x 100
%error = 18,7 %

Experimento #2

Temperatura= 296,4 k

Pvapor de agua = 21,085 mmHg x 1,00 atm / 760 mmHg
Pvapor de agua = 0,277 atm

Pinicial = 100,8 Kpa x 1,00 atm / 1,01325 x 102 Kpa
Pinicial = 0,995 atm

P.final = 140,9 Kpa x 1,00 atm / 1,01325 x 102 Kpa
P.final = 1,39 atm

P.CO2 = P.final – P.inicial – P.vapor de H2O
P.CO2 = 1,39 atm – 0,995 atm – 0,0277 atm
P.CO2 = 0,37 atm

nCO2= PCO2 V/R.T
nCO2= 0,37 atm x 0,0666 L / 0,0821 L.atm/mol.K x 296,25K
nCO2= 1,0 x 10-3 mol—-> Cantidad experimental.

nCO2 = mCO2 / MCO2
nCO2 = 0,2030g / 84 g/mol
nCO2 = 2,42 x 10-3 mol —> Cantidad teórica.

nCO2 experimental = nNaHCO3 experimental

mNaHCO3 = nNaHCO3 x MNaHCO3
mNaHCO3= 1,0 x 10-3 mol x 84,01 g/mol = 0,084 g

mNaHCO3/ mBonfiest = 0,084g NaHCO3 / 0,203g = 0,414g NaHCO3 / g Bonfiest


0,414g NaHCO3 / g Bonfiest x 5,1g de Bonfiest = 2,1g
NaHCO3 ———> Cantidad experimental.

Cantidad de NaHCO3 reportada en el sobre de 5,1g de Bonfiest= 2 g —-> Cantidad teórica.

%error = (mNaHCO3 teórico –mNaHCO3 experimental / mNaHCO3 teórico) X 100
% de error = (2,51g NaHCO3 – 2,11g de Bonfiest/ 2,51g de Bonfiest) X 100
% de error = 16%


Discusión

- En el experimento de la reacción química, discutir a qué razón(es) se le puede atribuir la diferencia entre el valor teórico y el valor experimental. sCuál fue el mayor valor?

La diferencia entre el valor teórico y el valor experimental en el experimento de la reacción química se le puede atribuir a que el balón (el cual contenía la reacción) tapadocon el corcho no haya sido lo suficientemente hermético, lo cual afecto en la obtención de datos de la presión. Para que no exista una diferencie entre el valor teórico y el valor experimental al sacar el margen de error este debería de ser 0%, sin embargo como las condiciones del laboratorio pueden variar, un margen de error aceptado seria de 25% o menos; el obtenido fue de 18%, otra de las razones por las cuales el valor experimental no es igual al teórico.
El valor teórico (1 x 10 -3 mol) fue mayor sobre el experimental (8,7 x 10-4 mol).

- En el análisis del Bonfiest, discutir sobre la diferencia entre el contenido de NaHCO3 encontrado en el experimento y el contenido que reporta la información del medicamento.

La diferencia entre la cantidad experimental y la cantidad reportada en el Bonfiest no fue mucha (0 g), sin embargo al hallar el margen de error este fue de 16%, razón por la cual posiblemente el resultado obtenido en la práctica no fue igual al que decía contener el sobre.
Referencias
(1) Brown; LeMay; Bursten; Murphy. Química La ciencia central, décimo primera edición, 2010. Pearson Prentice Hall, pág. 80
(2) Brown; LeMay; Bursten; Murphy. Química La ciencia central,novena edición, 2004. Pearson Educación, pág 76.
(3) https://estequiometria2010.wikispaces.com/Concepto+de+razón+molar 26/03/14
(4) Brown; LeMay; Bursten; Murphy. Química La ciencia central,novena edición, 2004. Pearson Educación, pág 100.
(5) Chang. Química, décima edición . McGrawHill, pág. 185
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