Práctica 11

Tecnológico de Monterrey Campus Puebla

“Reactivo Limitante, Rendimiento Teórico y Rendimiento Práctico.”

Víctor Hugo Blanco Lozano

Equipo #2, Sesión 11

Objetivo:
Los objetivos a alcanzar por el equipo en esta práctica fueron: 
-Ser capaces de escribir una ecuación química para descubrir una reacción.
-Obtener el reactivo limitante en determinada reacción.
-Comparar el rendimiento teórico (a través de cálculos con fórmulas) con el rendimiento práctico (a través de los experimentos que se llevan a cabo en la sesión) y obtener el porcentaje de rendimiento.

Introducción:

El objetivo de esta práctica es conocer cuál es el reactivo limitante y a partir de este reactivo limitante conocer la cantidad de producto que se puede formar. Después de que una ecuación química haya sido balanceada, ésta nos proporcionará el número de moles de reactivo que se debe de emplear para generar cierto producto. Uno de estos reactivos siempre se encontrará en menor proporción que el otro, a este se le llamará reactivo limitante. El reactivo limitante es el que determina la cantidad de producto que se puede generar, ya que una vez que este se haya consumido por completo, la reacción se detendrá. Erróneamente se cree que todo el reactivo limitante se agotará y se producirá un máximo de producto. Esto se debe a que por lo general hay muchas reacciones secundarias que reducen la cantidad de producto que se puede generar. Para poder determinar la cantidad porcentual exacta del producto que se obtuvo, se debe de dividir la cantidad que se obtuvo durante el experimento entre la cantidad máxima que se debería de producir (rendimiento teórico) y multiplicarlo por 100. A esto se le conoce como rendimiento porcentual.

Procedimiento:

*Experimento 1

Se pesaron 1.5 g de acetato de sodio, .75 g de hidróxido de sodio y .75 g de óxido de calcio, y se trituraron en un mortero para ser introducidos en un tubo de ensaye.

Al mismo tiempo, un vaso de precipitado de 1 litro se llenó con agua a ¾ partes de su capacidad y una pipeta fue llenada a tope para después ser invertida e introducida en el vaso de precipitado. La pipeta se sujetó con una pinza asida al soporte universal. Posteriormente le fue colocado un tapón de hule horadado al tubo de ensaye de manera que un tubo de vidrio fuera colocado en el tapón de hule. Al tubo de vidrio se le colocó el extremo de una manguera mientras que el otro extremo fue colocado dentro de la pipeta sumergida en el vaso de precipitado. Se encendió el mechero de Bunsen y se calentó el tubo de ensaye para que se fundieran los reactivos. Finalmente se procedió a medir la cantidad de gas metano liberado dando como resultado 271 cm₃ de gas metano.

La reacción que ocurrió fue la siguiente

CH3COONa + NaOH -----> Na2CO3 + CH4

Peso molecular del CH3COONa: 82,0343 g/mol

Peso molecular del  NaOH: 39.997 g/mol

Peso molecular del CH4: 16.04 g/mol

 = .293 (reactivo limitante)              =.30 ( reactivo en exceso)

*Experimento 2

Se inició preparando 2 soluciones a concentración 1 N cada una. La solución A preparando 100ml de solución donde se usó 16.56 gramos de  Pb(NO3)2 y se depositaron en  un matraz aforado de 100ml y B donde se prepararon 50ml de solucion usando 4.855 gramos de K2CrO4 se depósito en un matraz aforado de 50ml. Se rotularon 12 tubo de ensaye con números en los cuales se depositarían las siguientes concentraciones de solución:

Tubo	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
ml A	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5
ml B	0.3	0.9	1.5	2.1	2.7	3.3	3.9	4.5	5.1	5.7	6.3	6.9

 

Se empezó colocando lo 4.5 ml de nitrato de plomo encara tubo de ensaye y se pusieron a calentar a baño María hasta antes de que empezaran a ebullir, se sacaron los tubos y se les agrego la solución B a cada tubo correspondiente, posteriormente con las soluciones completas se metieron los tubos de ensaye a baño María durante 20 minutos. Mientras el equipo esperaba a que pasarán los 20 minutos se pesaron 12 papeles filtró obteniendo los siguientes resultados

No.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Gramos	0.3984	0.3908	0.4041	0.3995	0.3943	0.4189	0.4080	0.4167	0.3976	0.3959	0.4240	0.4116

Posteriormente se filtró cada solución mientras estaba caliente en su respectivo papel filtró.

*Experimento 3

Para esta parte de la práctica la pareja conformada por Aldo y José Luis empezó por pesar    1.1352      grs de carbonato de sodio y diluyéndolos en 10 ml. de agua destilada. Después realizaron los siguientes cálculos:

Na2CO3 + CaCl2  = 2NaCl2 + CaCO3

Peso Molecular:

Na2CO3: 105.96 grs.

CaCl2 (dihidratado): 110.98 + 18.2=146.98 grs                                Si un mol de Na2CO3 reacciona con  

                                                                                                          un mol de CaCl2*2H2O

1mol=105.96

.01 mol= 1.1352 grs

.01 mol= 1.46 grs de CaCl2*2H20

Una vez que se tenía la masa necesaria de cloruro de calcio dihidratado para hacer la reacción, se diluyó en 10 ml. de agua destilada para luego proceder a mezclarla con la solución de carbonato de sodio y dejar reposar por 15 mins. La reacción fue instantánea volviéndose la mezcla totalmente blanca opaca con el precipitado formándose enseguida.
   La siguiente parte consistió en ensamblar el sistema de filtración que siempre usamos, se empezó a filtrar pero debido a la abundancia del precipitado se tuvo que enjuagar varias veces y ya al final parte se tomaron las gotas que pasaban or el filtro denominado fin de cloruros que fue recolectado en un tubo de ensaye para la última parte del experimento. 
    Se tomó la muestra de fin de cloruros y le agregamos un par de gotas de la solución (ya hecha) de Nitrato de Plata (AgNO3) y como se observa en la foto el precipitado de cloruro de plata fue de color blanco por lo que se comprueba que había iones de cloruro en la muestra tomada.

El precipitado con el filtro una vez seco nos dió: 1.5028 grs

Cuestionario:

1. Dada la siguiente reacción:

MgBr2(aq) + 2AgNO3 --> 2AgBr+ Mg(NO3)2 

a)    ¿Cuántos gramos de bromuro de plata se pueden formar cuando se mezclan soluciones que contienen 50 g de MgBr2 y 100 g de AgNO?

 R=Se forman 101.98 gramos de AgBr

b) ¿Cuántos gramos de reactivo en exceso se quedaron sin reaccionar?

R=Quedaron 92.38 gramos sin reaccionar 

 2.-El compuesto color azul oscuro Cu(NH3)4SO4 se fabrica haciendo reaccionar sulfato de cobre (II) con amoniaco.

CuSO4(ac) + 4NH3(ac)--> Cu(NH3)4SO4(ac)

a)    Si se emplean 10.0g de CuSO4 y un exceso de NH3, ¿Cuál es el rendimiento teórico de Cu(NH3)4SO4 ? 14.26 gramos

b)     Si se obtienen 12.6g de Cu(NH3)4SO4 ¿Cuál es el rendimiento porcentual? 88.35%

3. Dada la siguiente reacción:

2Na +I2 --> 2NaI

Si se tienen 10g de Na, ¿calcule la cantidad de I2 necesaria para producir 65.2g de forma que la reacción sea total? Se producen 65.19 gramos NaI

4.- Para producir NaCl, se colocan 20 grs de HCl y 80 de Na(OH). ¿Cual es el reactivo 

limitante? 

HCl + Na(OH) -> NaCl + H2O 

5.- De acuerdo con la siguiente reacción, su pongamos que se mezclan 637,2 g de NH3 con 

1142 g de CO2. ¿Cuántos gramos de urea [(NH2)2CO] se obtendrán? 

6.- En la reacción de formación de agua ,se hacen reacciones 2 gramos de hidrógeno con 2 
gramos de oxígeno ¿Cuánta agua se formará?

7.- La reacción de 6.8 gr de H2S con exceso de SO2 produce 8.2 gr de S ¿Cuál es el 

porcentaje de rendimiento de la reacción? 

Conclusión:

Esta práctica nos permitió el conocer cómo es que ocurren las reacciones químicas y poder conocer como determinada cantidad de un reactivo va a ser fundamental para que se produzca la sustancia. En el caso particular del experimento 1  se pudo observar que si hubiera más cantidad de acetato de sodio, se produciría más gas metano. El experimento 2 hace lo mismo solo que en este caso el reactivo B es el que va a determinar que tanto precipitado se va a a formar. Mientras más reactivo B era añadido, había una mayor cantidad de sustancia lo que nos permite deducir que este era el reactivo limitante. Finalmente, el experimento 3 nos permite ver con claridad el concepto de rendimiento porcentual, ya que debería de haber cierta cantidad que se debería producir y cuando se realizó el experimento se obtuvo otra, lo cual es común ya que es muy complicado poder obtener el rendimiento teórico en cualquier reacción.

Referencias:

Valladolid, U. d. (25 de Febrero de 2013). Introducción a la Quimica Organica. Obtenido de http://www.eis.uva.es/~qgintro/esteq/tutorial-04.html

Práctica 10

Tecnológico de Monterrey Campus Puebla

“OBSERVACIÓN DE LA MATERIA, REACTIVO LIMITANTE, 
RENDIMIENTO TEORICO Y RENDIMIENTO REAL.”

Víctor Hugo Blanco Lozano

Equipo #2, Sesión 10

Objetivo: 

1.-Escribir una ecuación química ajustada para descubrir una reacción química.
2.-Usar el concepto de reactivo limitante en cálculos con ecuaciones químicas.
3.-Comparar la cantidad de sustancia realmente formada (rendimiento real) con la 
cantidad predicha (rendimiento teórico) y determinar el porcentaje de rendimiento.

Introducción: La ley de conservación de la materia dice: "La materia no se crea ni se destruye solo se transforma." Por lo que en una reacción química los reactivos y los productos mantienen la misma materia y esto propicia la estequiometría. En esta práctica usaremos mediciones por lo que es importante recordar los siguientes conceptos:

Peso: Es la fuerza con la que un cuerpo es atraído a la Tierra y depende de la masa de él. Se mide en Newtons.
Masa: Propiedad característica estrechamente relacionada con el número de partículas que lo forman. Su unidad de medida son los gramos.
Materia: Todo aquello que ocupa un lugar en el espacio; por lo tanto tiene masa y es cuantificable, poseyendo así atributos de gravedad e inercia. La ley ed conservación de la materia es un principio fundamental en las ciencias.
Mol: Cantidad de materia que contiene 6.023X10^23 partículas elementales (Número de Avogrado).
       También tenemos que tener conocimiento del reactivo limitante que es el reactivo cuya presencia determina o limita la cantidad de producto formado. Se encuentra en defecto basado en la ecuación química ajustada. Otros de los conceptos que se deben saber son el rendimiento teórico y el real; siendo el teórico aquel en el que se obtiene la cantidad máxima de un producto específico que se obtiene a partir de reactivos suponiendo que el reactivo limitante se consume en su totalidad. El rendimiento real es la cantidad pura de producto que se obtiene de cierta reacción.

Procedimiento:
*Experimento 1

En el experimento 1 la pareja conformada por Martha y Aldo se dedicó a cortar la mitad de una tabla de alka-seltzer que luego procedieron a pesar, dando un peso de: 1.4497grs. Después se tomó el matraz pequeño donde se vertieron 10 ml. de agua destilada y después 6.2 ml. de ácido clorhídrico. Los alumnos estiraron el globo y lo inflaron un par de veces para que al momento de la reacción tomara una forma regular circular. Una vez que se tenía la mitad de la pastilla en pequeños trozos se colocaron dentro del globo, se prosiguió a meter la boca del globo en el matraz pequeño sin dejar caer algún trozo de alka-seltzer, se pesó el sistema dando como resultado: 396.18 N.
   Después de haber tomado el peso, se dejaron caer los pedazos de la pastilla dentro del matraz formando una reacción instantánea y así inflando el globo, ya asegurado que el globo no se inflaba más se midió el diámetro de éste: 7.6 cm. Se volvió a pesar el sistema completo: 386.57 N, se dejó escapar cuidadosamente el gas del globo, se volvió a pesar el sistema dando como resultado: 383.56 N, y se usó un termómetro para calcular la temperatura dentro del matraz, que fue de: 27ºC. 
 Para hacer los cálculos necesarios de la práctica usamos la siguiente fórmula denominada: Corrección por error de flotación.

d aire=  .0012 grs/cm3

d gas= .00196 grs/cm3

d pesa=8 grs/cm3

W2= Masa aparente del gas

W1= Masa corregida del gas

Primero sustituimos el valor del radio por el de nuestro globo: 3.8 cm

Por lo tanto el volumen del gas resultó ser: 229.84 cm3 = 229.84 ml =.229 L

d gas= 1.960 grs/L * .22984 L = .45 grs de masa aparente del gas =W2 

W1= .72 grs (Se sustituyeron todos los valores en la fórmula y da como resultado de masa corregida.)

*Nota no es el globo original, fue el intento fallido

*Experimento 2

Se coloco en un matraz kitazato 0.1 gramos de zinc metálico que se encontraba ya pesado en un vidrio de reloj y se cubrió con un tapan de hule. Esto se utilizaría más adelante del experimento por lo cual no se le realizo ningún cambio hasta después.

Se llenó 3/4 partes de un caso de precipitado de 1000 ml con agua, posteriormente se llenó una probeta al ras con agua, la cual se colocaría boca abajo en el vaso de precipitado lleno con agua y se utilizó un soporte para poder sujetar la probeta y que estuviera un poco separada del fondo del vaso. Después se utilizo una manguera para conectar el matraz kitazato con la probeta invertida. Se introdujo 5 ml de ácido clorhídrico en una aguja, la cual se coloco dentro del matraz kitazato perforando el tapón de hule. El ácido de la aguja se inyectó y junto con el zinc metálico se produjo una reacción que desprendía gases tóxicos; el volumen que se obtuvo de pudo medir en la probeta gracias al volumen de agua que desplazo, el equipo marcó que se había obtenido 30 ml del gas generado por la reacción.

Volumen	V= 87.93 ml	Gas producido	30ml
Ecuación quimica	Zn + 2HCl ----> ZnCl2 + H2
Reactivo limitante	Zn	Reactivo en exceso	HCl
Masa teórica de H2	87.93 gramos	Masa real de H2	30 gramos
Rendimiento %	25%	Porcentaje de error	30%

*Experimento 3

Se comenzó por calentar 200 ml de agua destilada, la cual se utilizaría más adelante en el experimento. El 2equipo después procedió con la obtención del nitrato cúprico. Se pesó 0.25 gramos de alambre de cobre, del cual fueron tres trozos pequeños y se colocaron en un vaso de precipitado de 500 ml, posteriormente se agrego 2.5 ml HNO3 concentrado en la campaña de extracción. La reacción que ocurrió fue exotérmica ya que generaba calor, el HNO3 fue desintegrando el alambre produciendo un gas de color café por un largo tiempo y la solución cambio a un coló azul.  Se hizo los cálculos para hacer una solución de 3 M a 50 mililitros de NaOH3 el cual al estar en contacto con el agua destilada produjo una reacción exotérmica y agarro una tonalidad turbia blanca. Se añadido 15 ml de la solución al vaso de precipitado con la solución que contenía el alambre de . Después se procedió a calentar la nueva solución justo antes de su punto de ebullición. La solución agarro un tono café oscuro, una vez calentado el líquido se esperó a que se sedimentaran las partes sólida y se decantó el líquido sobrante, se agrego aproximadamente 100 ml de agua destilada caliente a la solución para que se repitiera el proceso de sedimentación y decantación, para eliminar el exceso de solvente y quedarse sólo con el soluto.  Se procedió a añadir 2.5 ml de H2SO4.

*Experimento 4 
En este experimento se preparó primero una disolución de sulfato de cobre a .5M. Sin embargo los estudiantes pasaron por alto que el sulfato de cobre era pentahidratado y olvidaron agregarlo al peso molecular. Los alumnos pidieron permiso al profesor de llevar el experimento así y él accedió. Después se hizo otra disolución, sólo que esta vez fue de hidróxido de sodio a .5M.
Los cálculos para la primera disolución nos dieron un resultado de:
En cuanto a la segunda disolución los cálculos se hicieron en base a la disolución del sulfato de cobre y nos dio un resultado de:

La siguiente parte del experimento fue montar los materiales para la filtración, pesar el papel filtro: 1.7554 grs. Luego se vertió el hidróxido de sodio en el sulfato de cobre y se empezó a formar el hidróxido de cobre. Fue una reacción instantánea notada a simple vista. Una vez que las  sustancias fueron mezcladas se empezaron a pasar por el embudo para el proceso de filtración. Debido a que el hidróxido de cobre es un precipitado abundante se tuvo que enjuagar varias veces con agua destilada hasta que toda la mezcla pasara por el filtro.

Debido a que el proceso de filtración por gravedad es relativamente lento, se tuvo que esperar un poco antes de tener el proceso completo. Una vez terminado dejamos a secar el papel filtro con el precipitado por un día. Se regresó al laboratorio, esta vez para pesar el papel filtro y se obtuvo:  2.7927 grs.

	Filtro (A)	Precipitado + Filtro (B)	Precipitado obtenido (B) – (A)
Masa (Gramos)	1.7554 grs.	2.5927 grs.	.8373grs.

CuSO4 (aq) + 2Na(OH) (aq) = Cu(OH)2 (s) + Na2SO4(aq)

.9755 = 100%

.8373 = 85.83%

Cuestionario:

1. El sulfato de cobre (II) penta-hidratado pierde el agua de hidratación al calentarse por 
encima de 100ºC. ¿Cuántos gramos de sulfato de cobre (II) se obtienen al calentar 10.5 g de la 
sal hidratada?

2. Escriba y balancee cada ecuación; indique el estado de oxidación de cada elemento; diga a 

qué clase de reacción química pertenece:

3. Para preparar fosfato de bario, se combinan 3.50 g fosfato de sodio con 6.40g de nitrato de 
bario.
a) Calcule la cantidad de fosfato de bario que se puede obtener.
b) Calcule el porcentaje de rendimiento, si se obtuvieron 4.70 g del producto.

4. Una muestra de 12.6 g de cobre al 95% se hace reaccionar con exceso de ácido nítrico. 
¿Cuántos gramos de nitrato de cobre (II) se pueden obtener si la eficiencia del procedimiento 
es de 98%?

5. Se trataron 7.00 g de una muestra X para analizar su contenido de cobre; con ese 
procedimiento, la obtención de cobre tiene un rendimiento del 98,5 %.La masa del producto 
obtenido fue de 6.35 g, pero se demostró que tenía 1,00%de impurezas. ¿Cuál es el porcentaje 

de cobre de la muestra X?

Conclusión: Lo más demandante de la práctica fue sin duda la parte del globo ya que la formula por corrección por flotación fue algo que no supimos desendreñar bien. Sin embargo pudimos sacar la masa corregida del gas y creemos que los resultados son satisfactorios. También es bueno saber que ya somos expertos realizando soluciones y sus cálculos que era en lo que perdíamos tiempo en las prácticas pasadas.

Otro pequeño detalle es que las prácticas llegan a tener partes donde es necesario dejar secar filtros con precipitados por lo cual hay que esperar un día y volver al siguiente para terminar lo que falto. Algo que afecta el ritmo de trabajo que llevamos.

Referencias:

http://ciencianet.com/masapeso.html