DEDUCCIÓN DE LA FÓRMULA DE UN CARBONATO ALCALINO

D E D U C C I Ó N D E L A F Ó RM U L A DE U N C AR B O N A T O A L C AL I N O
P O R E S T E Q U I OM E T R Í A
Objetivo
ƒ Utilizar la estequiometría para determinar la fórmula de un
carbonato
ƒ Determinar con exactitud las diversas medidas de masa y volumen
utilizadas en un laboratorio de Química
Consideraciones teóricas
En la determinación de las fórmulas empíricas y moleculares, las
medidas de las masas o de los moles puestos en reacción son
fundamentales.
La reacción de un carbonato alcalino (de fórmula general X2CO3) con
el ácido nítrico es un sistema que merece ser considerado por su
simplicidad y versatilidad. Las relaciones estequiométricas de dicha
reacción puede examinarse desde varios puntos de vista. Por ejemplo,
cuando el ácido reacciona con el carbonato, todo el ión carbonato
(CO3-2) se convierte a dióxido de carbono. Si el gas se deja escapar, la
masa de dióxido de carbono perdida constituye una valiosa
información acerca de la proporción de ácido nítrico añadido a la
cantidad de carbonato metálico originalmente presente. Por otra parte
la reacción puede seguirse fácilmente al ser una reacción ácido-base,
lo que permite utilizando un indicador adecuado, calcular la cantidad
exacta de ácido gastada hasta el final de la reacción.
Existen cinco metales alcalinos (grupo IA del sistema periódico). Por
cuestiones económicas, los carbonatos de rubidio y cesio son raros en
un laboratorio escolar. Por tanto, el problema con el que vas a trabajar
se limitará a los otros tres carbonatos alcalinos: el de litio, sodio o
potasio. Advierte que en cada experimento puedes determinar los
moles de carbonato (CO3-2) en tu muestra. De acuerdo con la fórmula
general, los moles de X estarán en relación 2:1 con los de carbonato.
Tanto si mides la pérdida de masa (1ª parte) como los moles que han
reaccionado (2ª parte), los valores que obtengas de X deben estar de
acuerdo con la masa atómica de uno de los tres metales alcalinos.
1ª parte: Determinación del CO2 producido en la reacción
Material
ƒ 2 g de carbonato ƒ Ácido nítrico 6 M
desconocido
ƒ Erlenmeyer de 250 cm3
ƒ Embudo y espátula ƒ Bureta de 50 cm3 ƒ Vaso de precipitados 250 cm3
Apartado experimental
1. Determina exactamente la masa de 25 cm3 de la disolución de ácido
nítrico. Utiliza la bureta y el vaso de precipitados, adoptando las
medidas de seguridad convenientes (guantes de goma), ya que el
nítrico es un ácido muy agresivo. Deposita el resto del ácido que te
sobre dentro del matraz aforado donde se encuentra el ácido y lava
bien la bureta para la segunda parte de la práctica.
2. Mide dentro de tu erlenmeyer (doble pesada) aproximadamente 2 g
de carbonato problema (conocer la masa con dos decimales)
3. Haz reaccionar el carbonato dentro del erlenmeyer con el ácido
nítrico. Vierte cuidadosamente 25 cm3 de ácido (hay que evitar las
pérdidas de masa por salpicadura) y deja que la reacción transcurra
(observarás desprendimiento de gases). Cuando creas que la
reacción ha terminado, calienta suavemente la disolución hasta que
aprecies que ya no hay más desprendimiento gaseoso
4. Deja enfriar el erlenmeyer y determina la masa total del conjunto.
Aplicando la ley de Lavoisier determina la masa de CO2
desprendido. Para ello ten en cuenta que la reacción sin ajustar es:
X2CO3 + HNO3 → XNO3 + CO2 + H2O
5. Determina los moles de dióxido de carbono desprendidos y de ahí
los moles de carbonato (CO3-2) que han reaccionado. Con la masa
de carbonato alcalino pesada y el dato de los moles de carbonato,
puedes determinar la masa del metal alcalino (Explica todos los
pasos).
6. Guarda este valor para compararlo con el que obtengas en la
segunda parte de la práctica
2ª parte: Valoración ácido-base. Determinación del punto final de
la reacción
Material
ƒ 0,1
g
de
desconocido
ƒ Naranja
(indicador)
de
carbonato ƒ Ácido nítrico 0,25 M
metilo ƒ Erlenmeyer 100 cm3
ƒ Bureta 50 cm3
ƒ Embudo
Apartado experimental
1. Mide aproximadamente 0,1 g del carbonato problema dentro del
erlenmeyer que vas a utilizar para neutralizar
2. Añade un chorro de agua destilada para disolver el carbonato.
Añade 4-5 gotas del indicador. La disolución adopta un color
amarillento
3. Rellena tu bureta con la disolución de ácido nítrico. Asegúrate de
haber limpiado ¡muy bien! tu bureta de la práctica anterior
4. Una vez enrasada, comienza añadir cuidadosamente el ácido
nítrico. Observarás pequeñas coloraciones rojizas que desaparecen
con la agitación. La reacción terminará cuando el color rojizo sea
permanente. Anota el volumen de ácido gastado
5. Repite la valoración una o dos veces más, con el fin de obtener
mayor precisión en el volumen de ácido gastado. Limpia y recoge
todo el material utilizado.
6. A partir del volumen puedes determinar el número de moles de
ácido nítrico gastado, y por estequiometría los de carbonato que
han reaccionado. Con los moles y la masa, puedes obtener la masa
molar y de ahí deducir de nuevo la masa atómica de X. Señala
todos los pasos y compara el valor de X obtenido en la 1ª parte
Cuestiones
1. Con los datos recopilados de las dos partes, ¿cuál crees que era el
carbonato problema? En el apartado de cálculos deben aparecer
justificados todos los datos que has utilizado para tu predicción
2. ¿Por qué es peligroso manipular el ácido nítrico? Busca en
biblioteca o Internet en que reside su peligrosidad
3. ¿Por qué crees que es mejor efectuar el proceso de doble pesada
en las prácticas, que utilizar la tara de la balanza?
4. Una vez que conoces el carbonato problema, escribe y ajusta su
reacción con el ácido nítrico. ¿Por qué es necesario controlar que la
reacción de la primera parte no salpique mucho?
5. ¿Por qué calentamos un poco la reacción una vez que cesa el
burbujeo?
6. Si el profesor necesitó preparar 1 litro de disolución 0,1 M de ácido
nítrico para la segunda parte de la práctica, ¿qué volumen de ácido
nítrico comercial necesitó tomar? Busca el % en masa y la densidad
del ácido nítrico comercial para efectuar tus cálculos
7. Los carbonatos alcalinos tienen una enorme importancia para la
industria química, de ahí que su producción y consumo sea un
índice económico del grado de desarrollo de un país. El primer
método sintético de la historia para la obtención de carbonato de
sodio (sosa) fue desarrollado por Nicolás Leblanc. ¿A las órdenes
de que noble francés trabajó como médico? ¿Qué sucedió con la
patente de fabricación del procedimiento Leblanc durante la
revolución francesa? ¿En que país se desarrolló preferentemente
este procedimiento durante el primer cuarto del siglo XIX?
Responde estrictamente lo que se pregunta.
Ampliación
3ª parte: Formación del precipitado de carbonato de calcio
Material
ƒ Cloruro
de ƒ 1 g de carbonato ƒ Vidrio
calcio 0,20 M
problema
reloj
de ƒ Vaso
precipitados
600 cm3
ƒ Filtros
ƒ Vaso precipitados ƒ Espátula
gravimétricos
100 cm3
ƒ Probeta
Apartado experimental
1. Dentro de tu vaso de 600 cm3 mide por doble pesada 1 g de
carbonato problema
2. Mide 300 cm3 de agua destilada con tu probeta y añádela al
carbonato para disolverlo
3. Añade 80 cm3 de la disolución 0,20 M de cloruro de calcio. Se
producirá la siguiente reacción: cloruro de calcio + carbonato
problema → cloruro del catión problema + carbonato de calcio. Este
último producto es muy insoluble
4. Para minimizar la cantidad de carbonato de calcio disuelto, calienta
suavemente hasta ebullición la disolución formada. Déjala enfriar
antes de filtrar. ¿Por qué realizamos esta operación?
5. Mide exactamente la masa del vidrio de reloj y del filtro gravimétrico.
Anota su valor
6. Prepara el embudo con el filtro. Cuando la disolución este fría, filtra
cuidadosamente toda la disolución, procurando que no quede nada
de sólido en el vaso. Si fuese necesario, añade tanta agua destilada
como necesites
7. Deposita tu filtro extendido sobre el vidrio de reloj, y el conjunto
dentro del horno desecador
8. Cuando este bien seco y frío, determina la masa de vidrio + filtro
más carbonato de calcio. Esta cantidad te permitirá conocer los
moles de carbonato formados, que son los moles de carbonato
problema inicial. Como sabes la mas, puedes determinar la masa
molar del carbonato problema, y de ahí la masa atómica del catión
problema
9. Compara este valor con los obtenidos en las otras dos prácticas