CIENCIA    BÁSICA

EXPERIMENTAL  PARA

ESTUDIANTES    DE

INGENIERÍA    QUÍMICA

 

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ESTEQUIOMETRÍA


                                                       “Obtención de sulfato de cobre pentahidratado”

               INTRODUCCIÓN

              Las reacciones químicas son algo cotidiano en la naturaleza, los cambios químicos que se producen pueden representarse por medio de una ecuación química, en la cual los componentes deben estar en un balance estequiométrico, es decir, en relaciones de proporcionalidad que respeten la ley de la conservación de la materia.

En los procesos químicos no cambia la cantidad de materia. La masa total de los productos es igual a la masa total de los reactivos.                

Lavoisier

Sin embargo, la reacción química no es solamente un proceso mediante el cual una serie de sustancias a las que llamamos reactivos se transforman en productos, sino una relación estequiométrica definida, es decir, un proceso donde se conservan las cantidades de materia y de energía.

Así entonces, una reacción química puede representarse por medio de una ecuación química, representada con símbolos y fórmulas, con la indicación de proporcionalidad de materia por medio de los coeficientes estequiométricos.

La ecuación química tiene las siguientes características:

  1. Es una ecuación matemática

  2. Es eléctricamente equivalente en sus dos lados

  3. Cumple la ley de la conservación de la energía

  4. Cumple la ley de la conservación de la masa           

No obstante, cuando las reacciones químicas se llevan a cabo en el ambiente, por lo general los reactivos no están presentes en las proporciones que indica la ecuación de la reacción. Entonces, la cantidad de un reactivo controla la cantidad de los productos que se pueden formar, a éste reactivo se le llama reactivo limitante.

La cantidad de producto que se formará mediante una reacción química, puede ser calculada mediante la proporción en que se encuentran los reactivos y productos; a éste resultado se le llama rendimiento teórico. Así, en algunos casos sí se obtendrá la cantidad calculada de producto (reacciones cuantitativas). Y en otros se obtiene menos producto debido a una o más de las siguientes razones:

  1. Es un reactivo impuro.
  2. Se pierde mecánicamente algo de producto (por ejemplo, porque se adhiere al recipiente).
  3. Los reactivos participan en más reacciones además de la que se desea que suceda[1].

El rendimiento porcentual o % de rendimiento, se define como; la cantidad de producto que se forma realmente, dividida entre la cantidad calculada del producto que se formaría multiplicada por 100.

 

 

 

 

Por otra parte, las reacciones pueden ser clasificadas de acuerdo a las características de transformación que involucran, siendo las reacciones de síntesis y de desplazamiento las más comúnmente observadas, y así mismo las más utilizadas en la industria.

  1. Reacciones de síntesis o de formación de compuestos, son aquellas en que se obtiene un compuesto a partir de dos o más sustancias.

  2. Reacciones de desplazamiento son aquellas en que un elemento remplaza a otro compuesto, pueden dividirse en reacciones de desplazamiento simple o  de doble desplazamiento, si se reemplaza uno o dos elementos respectivamente.

En este proyecto experimental, se estudian ambos tipos de reacciones mediante la formación de una sal (sulfato de cobre penta hidratado), considerando a ésta como un compuesto iónico que remplaza uno  o más H+ de un ácido por otros cationes.


[1] A la reacción que se desea llevar a cabo se llama reacción principal, y a las reacciones no deseadas se llaman secundarias; los productos de las reacciones secundarias se llaman subproductos.


OBJETIVOS 

Los objetivos principales de este proyecto experimental son Inducir las leyes ponderales que se cumplen al transformar un metal en diferentes compuestos hasta obtener la sal hidratada del metal seleccionado.

Y aplicar los cálculos estequiométricos a las diversas ecuaciones químicas del proceso para obtener el sulfato de cobre II penta hidratado.

Para ello se introducirá al alumno en el concepto de una síntesis química así como de los diferentes tipos de reacciones químicas y del balanceo de las mismas a fin de determinar estequiométricamente la cantidad de producto del proceso de síntesis. 

 JUSTIFICACIÓN 

Este proyecto experimental tiene como finalidad que el alumno aplique los conocimientos adquiridos en Química, en lo referente a la parte correspondiente a estequiometría.  En virtud de lo anterior se pretende que el alumno sea capaz de balancear ecuaciones químicas e interpretar el significado cualitativo y cuantitativo de una ecuación química balanceada  al deducir las relaciones masa/masa y masa/volumen de las ecuaciones individuales en cada ecuación química. A fin de la determinación  de valores reales a partir de las cantidades de productos y reactivos calculados teóricamente por ellos mismos, en  las ecuaciones  que representan dicho fenómeno real empleado para tal fin.

                PROYECTO EXPERIMENTAL

               Obtención del sulfato de cobre II penta hidratado a partir de cierta cantidad (en gramos) de cobre elemental,  mediante una síntesis química, para así  demostrar la ley de la conservación de la masa.

Cu0 (s)  +  HNO3 (dil. 1:1) Cu(NO3)2 (ac)  +  NO (g)  +  H2O (l)

Cu(NO3)2 (ac)  +  NaHCO3 (ac) CuCO3 (s)  +  NaNO3 (ac)  +  CO2 (g)  +  H2O (l)

CuCO3 (s)  +  H2SO4 (dil. 1:4) CuSO4 (ac)  +  CO2 (g)  +  H2O (l)

CuSO4 (ac)  +  {. – H2O}  ;  {. + disolvente} CuSO4·5H2O(s)

Cabe destacar, que cada una de las "operaciones unitarias" a realizar tiene un procedimiento propio, y que de cada una de ellas, producirá distintos compuestos,  algunos no serán requeridos y por lo tanto, será necesaria la separación y purificación de los reactivos a utilizar en la siguiente etapa.

Así entonces, es necesario considerar algunos aspectos metodológicos que permitan la ejecución adecuada de las reacciones, haciendo hincapié de que todo el proceso se realiza en solución acuosa, y por lo tanto, habrá que  establecer que compuestos son solubles y cuales no, para así poder identificar a los precipitados, compuestos disueltos, y entonces, separarlos.

            DISEÑO EXPERIMENTAL

MATERIALES                                        REACTIVOS

» Vaso de precipitado 100 mL.
» Vaso de precipitado 150 mL.
» Tubo de ensaye
» Pipeta volumétrica 1mL.
» Parrilla de calentamiento
» Cuerpos de ebullición
» Campana de absorción
» Soporte universal
» Arillo de metal
» Embudo de talle largo
» Papel filtro #2
» Vidrio de reloj
» Balanza analítica
» Varilla de vidrio con gendarme
 

Cobre

Ácido nítrico

Bicarbonato de sodio

Ácido sulfúrico concentrado

Agua destilada

 

METODOLOGÍA: 

Para la oxidación del cobre.

Cu0 (s)  +  HNO3 (dil. 1:1) Cu(NO3)2 (ac)  +  NO (g)  +  H2O (l)

  1. Hacer reaccionar 1g. de limadura de cobre con 1 mililitro de ácido nítrico (diluido 1:1), en un vaso de precipitado de 100ml.

  2. Acelerar el proceso, por medio del calentamiento de la solución en “baño maría”.

                Para la precipitación del carbonato

   Cu(NO3)2 (ac)  +  NaHCO3 (ac) CuCO3 (s)  +  NaNO3 (ac)  +  CO2 (g)  +  H2O (l)

  1.  En la solución anterior, agregar 2.6421g de carbonato ácido de sodio disuelto.

  2. Hacer reaccionar calentando indirectamente la solución y mezclando bien los componentes.

  Para la separación del carbonato de cobre y el nitrato de sodio

  1. Filtrar por decantación

  2. Lavar el precipitado

  3. Trasvasar el precipitado

  4. Dejar secar el carbonato de cobre

               Para la obtención del sulfato

CuCO3 (s)  +  H2SO4 (dil. 1:4) CuSO4 (ac)  +  CO2 (g)  +  H2O (l)

  1. Hacer reaccionar en un vaso de precipitado de 100mL, el carbonato de cobre y 0.9mL de ácido sulfúrico (dil. 1:4).

  Para la obtención del sulfato de cobre penta hidratado

 

CuSO4 (ac)  +  {. – H2O}  ;  {. + disolvente} CuSO4·5H2O(s)

  1. Calentar la solución en baño maría, hasta alcanzar el punto de saturación.

  2. Dejar reposar la solución hasta la formación de cristales y total evaporación del líquido.

 PRECAUCIONES

            Uno de los factores que se consideran más importante en esta síntesis química es el establecimiento de medidas de seguridad ya que la generación de óxidos de nitrógeno y la humedad de la atmósfera torna corrosivos a estos gases, por lo que:

 

1.- La primera operación unitaria del proceso se debe realiza dentro de una campana de absorción

REFERENCIAS

"Referencias En construcción el contenido de esta sección está sujeto a cambios"

            Cabe destacar, que cada una de las etapas a realizar tiene un procedimiento propio, y que cada una de las etapas, producirá distintos compuestos, que algunos no serán requeridos y por lo tanto, será necesaria la separación y purificación de los reactivos a utilizar en la siguiente etapa.

Así entonces, es necesario considerar algunos aspectos metodológicos que permitan la ejecución adecuada de las reacciones, haciendo hincapié de que todo el proceso se realiza en solución acuosa, y por lo tanto, habrá que  establecer que compuestos son solubles y cuales no, para así poder identificar a los precipitados, compuestos disueltos, y entonces, separarlos.

Bibliografía básica:

 
  1. D. A. Skoog, "Fundamentos de Química Analítica", Reverte, Barcelona, 1988, pp. 981.

  2. R. L. Pecsok, "Métodos Modernos de Análisis Químicos", Limusa México, 1983 p. 32 a 34.

  3. R. A. Day, "Química analítica cuantitativa", Prentice-Hall, México, 1989, pp. 841.

  4. G. H. Ayres, "Análisis Químico Cuantitativo", Ed. Harla, México, 1978

  5. Hawley “Diccionario de Química y de productos químicos”, Omega, Barcelona, pp 6, 25.,1993

  6. R. L. Pecsok, "Métodos Modernos de Análisis Químicos", Limusa México, 1983 p. 32 a 34

  7. Umland J. B. y Bellama J. M., “Química general”, 3°ed., International Thomson, México, 2000, Pág.. 74, 85-87, 120.

Web Bibliografía básica:

 
  1. La Seguridad en los Laboratorios de Prácticas, Universidad de Alcalá, 1995, Comisión de Seguridad y Salud Laboral                                                                                                   http://www2.uah.es/edejesus/seguridad.htm

  2. Estequiometría. La estequiometría es el estudio de las relaciones ...                   http://medicina.usac.edu.gt/quimica/estq1.htm

  3. Las reacciones químicas y los cálculos estequiométricos... http://platea.cnice.mecd.es/~pmarti1/educacion/primero_bach/estequiometria/reacciones.htm

 

 

 

 

 

 

 

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Última modificación: 14 de Diciembre de 2014