Examen 2 FQ B2013 - Web del Profesor

Mérida, 22 de mayo de 2014
Fisicoquímica para IQ
Prof. Ronald Márquez
Nombre:_______________________________________________________
2° Examen Parcial
1. El carbonato de sodio se produce en la industria como reactivo para la fabricación de vidrio. El diagrama
de fases Na2CO3-NaHCO3-H2O a 25ºC se muestra en la Fig. 1
Figura 1.
Diagrama de fases Na2CO3-NaHCO3-H2O a 25ºC
La Laguna de Urao en Lagunillas edo. Mérida es un reservorio natural de agua rico en carbonatos, donde se
encuentran carbonatos de sodio disueltos en solución. La composición del agua de la Laguna de Urao es
18,1% de Na2CO3, 3,0% de NaHCO3 y 78,9% de H2O. Se propone un proceso para utilizar el agua de la
Laguan de Urao para producir Na2CO3 para la industria de producción del vidrio a través del siguiente
proceso. Se dispone de 1000 kg de solución y se evapora para separar los cristales
NaHCO3.Na2CO3.2H2O. Estos cristales son transportados hasta la planta de carbonatación y calcinación,
donde se disuelven hasta solución saturada agregando agua y luego la solución se carbonata a través de la
reacción:
Na2CO3 + CO2 + H2O -> 2NaHCO3
El proceso de carbonatación consiste en una torre donde se coloca la solución y se inyecta CO2 a 10 atm a
25ºC, produciéndose la reacción.
Luego de la carbonatación y de transformar todo el Na2CO3 presente en solución en NaHCO3, lo que se
obtiene es una solución de 33% de NaHCO3 y 67% de agua.
Esta solución se utiliza para producir NaHCO3 por evaporación isotérmica, se requiere que los cristales
sean homogéneos y grandes.
Finalmente se obtiene Na2CO3 por calcinación del NaHCO3 a través de la reacción
2NaHCO3 -> Na2CO3 (s) + CO2 (g) + H2O (g)
El Na2CO3 producido se requiere para la obtención de cristales Na2CO3.H2O.
El diagrama binario del sistema Na2CO3 - H2O se muestra en la Fig. IV.2. la zona 5 es de equilibrio entre
Na2CO3.7H2O y Na2CO3.H2O. La zona 7 de equilibrio Na2CO3.H2O y solución saturada
180
1.- Hielo+ solución
2.- Hielo+ Na2CO310H2O
3.-Na 2CO310H2O + Na2CO37H2O
4.-Na 2CO37H2O+ solución
5.-Na2CO37H2O+ Na2CO3H2O
6.-Na 2CO310H2O+ solución
7.-Na 2CO3H2O+ solución
160
140
120
100
C
80
Solución
60
7
1
S
R
T
B
40
P
E
1
0
-20
0
41
A
20
3
1
61
Q
2
1
51
2
1
5
10
H2O
15
20
25
30
35
40
45
% peso
Fig.IV.2.- Sistema Na2CO3 - H2O
50
Na2CO3
Calcular:
a) ¿Cuanto NaHCO3 se produce? y ¿cuánta agua se evapora? (4 ptos)
b) ¿Cuánto Na2CO3 se produce por calcinación? (3 ptos)
c) Identifique en el diagrama binario cada una de las zonas de equilibrio y los puntos característicos (3 ptos)
d) ¿Cuánta agua debe agregar para obtener los cristales Na2CO3.H2O? (2 ptos)
2. El proceso de extracción de aceite de maíz se puede realizar a través de la utilización de surfactantes,
colocando en contacto los "pellets" de maíz en contacto con una solución de un nuevo tipo de surfactantes
llamados surfactantes extendidos y agua. En la Figura 3 se muestra el diagrama de fases para el sistema
agua-aceite de maíz-surfactante extendido a 0% de NaCl y 3% de NaCl. Si se agrega una solución acuosa
con 10% de surfactante, en una relación de 50% de aceite 50% de solución. Indique: a) ¿Cuál de los
sistemas es el más adecuado para realizar la extracción del aceite de maíz? (2 ptos) b) ¿Qué cantidad de fase
rica en aceite se produce? (3 ptos) c) ¿Cuál es la composición de las fases que se producen? (3 ptos)
Dodecil Sulfato de Sodio + Pentanol
Surfactante
extendido
0 ,5
0,6
0,5
0,6
0,4
0,7
0,4
0,7
0,3
0,8
0,3
0,8
0,2
0,9
0,2
0,9
0,1
1
0,1
1
0
0
Dodecil Sulfato de Sodio + Pentanol
Surfactante
extendido
0,6
0 ,6
0,5
0,5
0,7
B
B
0,8
0,3
0,8
0,3
0,7
0,4
0,4
0,9
0 ,9
0,2
0,2
0,1
1
1
0,1
0
0
Aceite
de
Querosén
maíz
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0
0,1
0,2
0% NaCl
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Agua
AceiteQuerosén
de Agua
maíz
3% NaCl
Figura 3. Diagrama de fases surfactante extendido-aceite de maíz-agua
Lo más importante es
siempre intentar!