UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS LABORATORIO DE QUIMICA QUÍMICA I (BQU01) GUÍA DE LABORATORIO No4 GASES UNI-FIIS-DCB-BQU01-LAB No4 LABORATORIO No4 GASES I. OBJETIVOS.- Estudiar y experimentar algunas propiedades y leyes fundamentales que explican el comportamiento de los gases ideales. II. FUNDAMENTO.- En el estado gaseoso, las moléculas se encuentran alejadas, se mueven más rápidamente que en el estado líquido y ocupan el volumen total del recipiente que las contiene. Las interacciones entre las moléculas son muy débiles. Debido a esas características, el almacenamiento y manejo de gases es más complicado que el de líquidos. El nitrógeno, hidrogeno y oxígeno se almacenan y venden en cilindros metálicos especiales de alta presión. Existen algunas reacciones químicas que producen gases, por ejemplo cuando un metal (zinc) es atacado con un ácido fuerte (HCl),produce el gas hidrógeno (H2). Zn + 2HCl ZnCl2 + H2 Zn + 2H+ Zn+2 + H2 De igual forma los carbonatos liberan bióxido de carbono (CO2), cuando son acidificados. Na2CO3 + 2HCl 2NaCl + H2CO3 CO3-2 + 2H+ H2CO3 (H2O + CO2) VOLUMEN MOLAR DE LOS GASES En 1811 Avogadro propuso que en las mismas condiciones de presión y temperatura, volúmenes iguales de diferentes gases contengan el mismo número de moléculas. De este principio se deduce que 1 mol de cualquier gas ocupa aproximadamente el mismo volumen a 0° y 1 atm de presión. A este volumen se le denomina volumen molar del gas a condiciones normales. UNI-FIIS-DCB-BQU01-LAB No4 Para casi todos los gases, este valor es de 22.414L. Para calcular el volumen molar a otras condiciones de presión y temperatura es necesario aplicar, la ecuación: PV = nRT DIFUSIÓN GASEOSA: Los gases a diferencia de los sólidos, se difunden (dispersan, esparcen) con mucha rapidez. La ecuación que relaciona la velocidad de difusión de un gas A, con relación a la de otro gas B, en medio estacionario, se conoce como la Ley de Graham y se expresa así: VA VB MB MA Donde: VA y VB, son las velocidades (promedio) de la difusión de los gases A y B respectivamente, M A y M B son sus correspondientes pesos moleculares. III. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL EXPERIMENTO N°1 DETERMINACION DEL VOLUMEN MOLAR ESTANDAR DEL HIDRÓGENO (A Condiciones normales) MATERIALES 1 bureta 1 recipiente tubular de 4x25 cm 1 vaso de 600 ml 1 probeta de 25 ml UNI-FIIS-DCB-BQU01-LAB No4 REACTIVOS: 1 cinta de Magnesio HCl, 3M MEDIDAS DE SEGURIDAD EQUIPOS DE PROTECCIÓN PERSONAL (EPP) o Uso del guardapolvo blanco es obligatorio o Uso de guantes de seguridad para manipular los frascos de Ácido Clorhídrico HCl 3M. PRECAUCIONES de SEGURIDAD: o Evitar inhalación de vapores de HCl. Usar mascarillas de seguridad. PROCEDIMIENTO: 1. Llenar el recipiente tubular, con agua de caño hasta el borde. 2. Colocar dicho recipiente dentro de un vaso de 400 ml el cual se usa para colectar el agua de rebose. 3. Fijar el recipiente tubular con una pinza a un soporte de pie. 4. Determinar el volumen muerto de la bureta. 5. Mida con una probeta 6 ml de HCl, 3M y viértalo dentro de la bureta, inclinándola ligeramente. 6. Enjuague la probeta con agua de caño y añádalo a la bureta. Complete con agua de caño el volumen faltando aproximadamente dos dedos de la boca de la bureta; procurando arrastrar el ácido que hubiera quedado en la pared interna. 7. Coloque la cinta de magnesio doblada en forma de U, en la boca de la bureta (ver Fig.) y enrase el volumen de la bureta con la piceta de agua. Coloque rápidamente un pequeño trozo de papel en la boca de la bureta e inmediatamente invierta la bureta, introduciéndolo dentro del recipiente tubular preparado previamente, tal como se muestra en la fig. (mantenga bien cerrada la llave de la bureta). 8. Observe el gas H2 generado por la reacción: Mg(s) + 2 HCl(ac) Mg2+ (ac) + 2 Cl-(ac) + H2 (g) 9. Cuando toda la cinta de magnesio se ha disuelto, desplazar suavemente hacia arriba o hacia abajo la bureta para igualar los niveles de agua de la bureta y del recipiente tubular, leer la graduación correspondiente y calcular el volumen de hidrógeno húmedo a la presión y temperatura de laboratorio como sigue: Vol. H2 (Húmedo) = (Capacidad de la Bureta + Lectura de Volumen muerto) en ml 4 UNI-FIIS-DCB-BQU01-LAB No4 10. Con ayuda del termómetro mida la Temperatura del contenido del vaso. SOLICITE a su JEFE DE PRÁCTICAS los siguientes DATOS: Densidad lineal (g/cm) de la cinta de magnesio. Presión Barométrica en el Laboratorio (en mmHg o en milibares) Tablas de Vapor. Para la lectura de la Presión de vapor de agua a la temperatura del Laboratorio (temperatura que. registró en el paso 10 (en°C)) EXPERIMENTO N°2 DEMOSTRACION DE LA LEY DE GRAHAM DE DIFUSION GASEOSA MATERIALES 1 tubo de vidrio pyrex de aproxim.30 cm de longitud y 10 mm de diámetro interno. 02 tapones de jebe con cavidades trozos de algodón Regla de 50cm REACTIVOS Acido Clorhídrico (HCl) concentrado Hidróxido de Amonio (NH4OH) concentrado o NH3(gas) conc. en agua MEDIDAS DE SEGURIDAD EQUIPOS DE PROTECCIÓN PERSONAL (EPP) o Uso del guardapolvo blanco es obligatorio 5 UNI-FIIS-DCB-BQU01-LAB No4 o Uso de guantes de seguridad para manipular los frascos de Ácido Clorhídrico HCl concentrado y de Amoníaco concentrado, es obligatorio. PRECAUCIONES de SEGURIDAD: o Evitar inhalación de vapores de HCl o de NH 4OH. Realizar la demostración de la Ley de Graham bajo la campana extractora. o Una vez terminada la difusión de Graham y la recolección de datos, introducir rápidamente los tapones con algodón utilizado (con HCl o NH4OH ) en un vaso con agua . PROCEDIMIENTO: 1. Armar el equipo mostrado en la figura. Tenga cuidado que el tubo esté perfectamente limpio y seco (consulte con su Jefe de Práctica sobre la forma de secar el tubo). Coloque el tubo de aproximadamente 30 cm., en posición perfectamente horizontal. 2. Colocar un pequeño trozo de algodón en la cavidad de cada uno de los tapones de goma. 3. Agregar cuidadosa y rápidamente sobre el algodón de uno de los tapones unas 4 gotas de HCl conc. con el gotero correspondiente. Al mismo tiempo, simultáneamente, agregar al algodón del otro tapón 4 gotas de NH3 conc. Los frascos goteros deben taparse tan pronto como sea posible para evitar la formación de humo. 4. Colocar simultáneamente (al mismo tiempo), los tapones a cada uno de los extremos del tubo de vidrio de aproximadamente 30 cm, con los algodones hacia la parte interna del tubo. 5. Observar cuidadosamente la superficie interna del tubo hasta ubicar el lugar donde empieza a formarse un anillo blanco de cloruro de amonio (NH4Cl), producto de la siguiente reacción: HCl(g) + NH3(g) NH4Cl(s) 6. Retirar inmediatamente los tapones y sumergirlos en un vaso con agua de caño para evitar que el Laboratorio se llene de humos blancos irritantes. 6 UNI-FIIS-DCB-BQU01-LAB No4 7. Medir con la regla la distancia desde el anillo blanco hasta el extremo del tubo en que se colocó el tapón humedecidos de HCl y anótelo como d1 . Haga lo mismo con el otro extremo y anótelo como d 2 . PROCESAMIENTO DE DATOS Considerando que cuando se empieza a formar el anillo blanco de cloruro de amonio, las moléculas de HCl han recorrido la distancia d1, empleado el mismo tiempo t que la molécula de NH3 ha empleado para recorrer la distancia d2 podemos escribir la ley de Graham de la siguiente manera: V NH 3 V HCl d2 d t 2 d1 d1 t M HCl M NH 3 Si se reemplaza los valores de d2 y d1 en la ecuación anterior, se obtiene el valor experimental para el término: M HCl / M NH 3 Teóricamente es de 1.46. La diferencia entre 1.46 y el valor obtenido se debe al error experimental. IV. CUESTIONARIO 1. ¿A qué se denomina "volumen muerto?" 2. En el Exp. N°1, determinar el número de moles de ácido usado para un determinado peso conocido de Mg. Calcular el N° de moles de H2 del Exp. N° 1 (estequiometrico). 3. ¿Cuál es el volumen del hidrogeno obtenido en el Exp.N°1 medidos a C.N. ?. 4. Calcular el volumen molar de H2 a Condiciones Normales. 5. Determinar el peso atómico de Mg. , usando los datos obtenidos en el Exp. N°1 6. Determinar el R experimental (constante universal de los gases, experimental), suponiendo que el número de moles de H2 es estequiometrico con el número de moles de Mg utilizado. 7. ¿Cuál es % de error cometido para determinar el peso atómico? 8. ¿Qué nos indica la formación de cloruro de amonio (NH4Cl) en el Exp.N°2? 9. ¿Por qué se deben colocar en forma simultánea los tapones humedecidos de HCl y NH3 acuoso?. 10. ¿Cuál es la importancia teórica de la temperatura: -273°C.?. ---------------------------------7
