determinación de la constante universal de los gases r

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MÉXICO
Facultad de Química
Determinación de la Constante
universal de los gases
Protocolo de Práctica
Por: IQ. Fernando Morales Morales
DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE UNIVERSAL DE LOS GASES R
OBJETIVO
Determinar experimentalmente la constante universal de los gases R y el volumen molar del
hidrógeno.
LECTURA OBLIGATORIA
Jensen, William B. The Universal Gas Constant R. J. Chem. Educ. 2003, 80, 731.
CUESTIONARIO PREVIO
1.
2.
3.
4.
5.
¿Por qué la constante universal de los gases es representada por la letra R?
¿Por qué R es llamada la constante universal de los gases?
Escribe la reacción balanceada entre el Mg y HCl. (productos)
Investiga los diferentes valores de la constante R en diferentes unidades.
Investiga la reactividad y toxicidad de los reactivos a utilizar.
PROBLEMA
Manteniendo constantes, Cantidad de materia (n), Presión (P) y Temperatura (T), obtener
experimentalmente la constante universal de los gases R y el volumen molar a condiciones
ambientales, a partir de la reacción de Mg y HCl para producir hidrógeno.
MATERIALES








1 Tubo de desprendimiento.
1 Jeringa de 3 mL con aguja
1 Tapón de #0
2 Mangueras de látex (aprox. 50 cm)
1 Bureta de 50 mL sin llave
1 Termómetro (0.1 °C)
1 Embudo de vidrio
2 Pinzas para bureta
Facultad de Química

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




1 Pinza de tres dedos
3 soportes universales
1 Pipeta Pasteur
1 Tapón de #000
1 Vaso de pp de 250 mL
1 Vidrio de reloj
Balanza digital
Depto. Fisicoquímica
IQ. Fernando Morales Morales
REACTIVOS



Ácido Clorhídrico 3 M (5 mL)
Magnesio en tiras (3 aprox. 4 cm c/u)
Acetona o etanol
PROCEDIMIENTO
1.- Armar el equipo que se muestra en la Figura 1, verificando que no existan fugas.
Figura 1. Aparato recolector de gases
2.- Llenar completamente la bureta hasta que el agua inunde el vástago del embudo.
3.- Asegurar que no existan burbujas de aire en la bureta y mangueras.
4.- Medir la temperatura ambiente (Tamb) y presión barométrica (Patm).
5.- Doblarla en 4 partes una tira de Magnesio y pesarla para obtener la masa inicial (m1).
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6.- Llenar la jeringa con HCl 3M (este nos servirá para los tres experimentos) e insertar la aguja en
el tapón del tubo.
7.- Colocar el magnesio en el tubo y el tapón con la jeringa.
8.- Medir el volumen inicial en la bureta (V1).
9.- Inyectar aproximadamente 0.5 mL de HCl.
10.- Esperar 15 minutos a que la reacción finalice y que el gas obtenido alcance el equilibrio con la
temperatura ambiente (Tamb).
11.- Mover el embudo para igualar el nivel del agua con el nivel de la bureta, como se muestra en
la Figura 2.
Figura 2. Niveles de agua
12.- Medir el volumen final del gas en la bureta (V2).
13.- Desconectar el tubo del dispositivo y recuperar el Mg que no reacciono.
15.- Lavar y secar perfectamente el Mg recuperado y obtener la masa final (m2). Si es necesario
utiliza acetona o alcohol etílico.
16.- Repite el experimento 2 veces y registra los datos en el Anexo B. (nota: no necesitas secar el
matraz o tubo, ni cambiar el agua en la bureta).
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CÁLCULOS
NÚMERO DE MOLES
A partir de la masa final e inicial del Mg y la reacción balanceada con el HCl, se obtienen los moles
de H2 formados.
VOLUMEN
−
=
ó
Con el volumen inicial y final medido en la bureta, se obtiene el volumen del H2 recolectado.
PRESIÓN
−
=
El H2 no es el único gas en la bureta, existe también vapor de agua, para poder determinar la
presión parcial del H2 seco se necesita conocer la presión parcial del vapor de agua. En el
experimento se ajusta el nivel de agua en el embudo con el de la bureta, esto significa que la
presión total del sistema es igual a la presión atmosférica:
=
+
La presión del vapor del agua a temperatura ambiente se obtendrá consultando el CRC Handbook
of Chemistry and Physics (Anexo B).
TEMPERATURA
La temperatura será (Tamb).
OBTENIENDO R
Finalmente utilizando la ecuación del gas ideal se obtendrá R en (L Atm/mol K).
OBTENIENDO VOLUMEN MOLAR
Se conoce el volumen y el número de moles generadas de H2, por lo que:
=
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RESIDUOS
Los productos de la reacción pueden desecharse directamente a la tarja, ya que solo tenemos
MgCl2 y H2O.
CUESTIONARIO
1. A partir de la ecuación balanceada, demuestra usando los cálculos apropiados, que el
reactivo limitante en la reacción de formación del H2 es el HCl.
2. ¿Qué errores experimentales influyeron en tu determinación de R?
3. ¿Qué efectos tienen los siguientes errores experimentales en el cálculo del valor de R?
¿Se incrementa el valor de R?, ¿Decrece? ¿Se mantiene el valor? Explica tus respuestas
para cada inciso.
a. Parte del HCl no reaccionó con el magnesio.
b. Hay un exceso de Mg en la reacción de generación del H2.
c. La presión de vapor del agua no fue considerada en el cálculo de R.
d. Parte del H2 escapo del matraz.
4. En muchas ocasiones es necesario utilizar la constante R en J/mol-K:
a. usa la conversión de 1 L-atm = 101.27 J, para obtener la constante en estas
unidades.
b. Calcula el % error del valor de R determinado en J/mol-K con el de la literatura.
6.- Calcula el volumen molar (n/V) a las condiciones experimentales y compáralo con tus
valores obtenidos a partir de la práctica.
5. Calcula el volumen por mol (volumen molar) a condiciones estándar (usa tu valor
promedio experimental de R).
BIBLIOGRAFIA
1. David R. Lide; CRC Handbook of Chemistry and Physics; 84TH Edition 2003-2004; CRC Press;
Pag. 984.
2. Moss, David B.; Cornely, Kathleen. J. Chem. Educ. 2001, 78, 1260.
3. Blanco, L. H.;Romero, C.M. J. Chem. Educ. 1995, 72, 933.
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VAPOR PRESSURE OF WATER FROM 0 TO 370° C
This table gives the vapor pressure of water at intervals of 1° C from the melting point to the critical point.
REFERENCE
Haar, L., Gallagher, J.S., and Kell, G.S., NBS/NRC Steam Tables, Hemisphere Publishing Corp., New York, 1984.
t/°C
0
1
2
3
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46
47
48
49
50
51
52
P/kPa
0.61129
0.65716
0.70605
0.75813
0.81359
0.87260
0.93537
1.0021
1.0730
1.1482
1.2281
1.3129
1.4027
1.4979
1.5988
1.7056
1.8185
1.9380
2.0644
2.1978
2.3388
2.4877
2.6447
2.8104
2.9850
3.1690
3.3629
3.5670
3.7818
4.0078
4.2455
4.4953
4.7578
5.0335
5.3229
5.6267
5.9453
6.2795
6.6298
6.9969
7.3814
7.7840
8.2054
8.6463
9.1075
9.5898
10.094
10.620
11.171
11.745
12.344
12.970
13.623
t/°C
53
54
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56
57
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60
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65
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89
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98
99
100
101
102
103
104
105
t/°C
P/kPa
14.303
15.012
15.752
16.522
17.324
18.159
19.028
19.932
20.873
21.851
22.868
23.925
25.022
26.163
27.347
28.576
29.852
31.176
32.549
33.972
35.448
36.978
38.563
40.205
41.905
43.665
45.487
47.373
49.324
51.342
53.428
55.585
57.815
60.119
62.499
64.958
67.496
70.117
72.823
75.614
78.494
81.465
84.529
87.688
90.945
94.301
97.759
101.32
104.99
108.77
112.66
116.67
120.79
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
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155
156
157
158
6-8
P/kPa
125.03
129.39
133.88
138.50
143.24
148.12
153.13
158.29
163.58
169.02
174.61
180.34
186.23
192.28
198.48
204.85
211.38
218.09
224.96
232.01
239.24
246.66
254.25
262.04
270.02
278.20
286.57
295.15
303.93
312.93
322.14
331.57
341.22
351.09
361.19
371.53
382.11
392.92
403.98
415.29
426.85
438.67
450.75
463.10
475.72
488.61
501.78
515.23
528.96
542.99
557.32
571.94
586.87
t/°C
159
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162
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202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
P/kPa
602.11
617.66
633.53
649.73
666.25
683.10
700.29
717.83
735.70
753.94
772.52
791.47
810.78
830.47
850.53
870.98
891.80
913.03
934.64
956.66
979.09
1001.9
1025.2
1048.9
1073.0
1097.5
1122.5
1147.9
1173.8
1200.1
1226.9
1254.2
1281.9
1310.1
1338.8
1368.0
1397.6
1427.8
1458.5
1489.7
1521.4
1553.6
1586.4
1619.7
1653.6
1688.0
1722.9
1758.4
1794.5
1831.1
1868.4
1906.2
1944.6