Práctica 11


ITESM Campus Puebla
Equipo 8                                                 Sesión 10
Integrantes:
Juan Carlos López Medina                   A01324506
Arturo Tlelo Reyes                               A01099697 
Carla María Barceló Chong                  A01099195 
Iván Eduardo Teáhulos Castillo             A01324895

Responsables del laboratorio:

Mtro. Victor Hugo Blanco Lozano
Dr. Isaac Monroy

Reactivo Limitante, Rendimiento Teórico y Rendimiento Real.

Objetivo: Por medio de ecuaciones químicas ser capaces de formular una ecuación química así como utilizar dentro de las mismas el concepto de reactivo limitante. Y poder analizar y comparar el rendimiento obtenido (real) con el rendimiento esperado (teórico) y así poder determinar el porcentaje de rendimiento.

Introducción: 
-Reactivo limitante es aquel que nos va a determinar la cantidad de producto que se va a obtener en una reacción. Esto se puede saber fácilmente gracias a la estequiometría que nos dice cuántos moles de reactivo nos brindan cierta cantidad de moles de producto. El reactivo en exceso se usa cuando se quiere hacer rendir al máximo cierto reactivo limitante. 


EXPERIMENTO I. Obtención de metano


 Procedimiento
Montaje
a) Se llenó el recipiente de plástico con agua hasta las tres cuartas partes de su capacidad, aproximadamente.
b) Se llenó la probeta con agua hasta el ras y se invirtió para sumergirla en el recipiente.
c) Se insertó el extremo de la manguera de hule a la probeta invertida. 

 Diferentes perspectivas del dispositivo para la obtención del metano


 Ejecución
d) Se pulverizó en el mortero 1,5g de acetato de sodio, 0.75g de NaOH y 0.75g de óxido de calcio e se introdujeron los reactivos a un tubo de ensayo.
 Pesaje del hidróxido de sodio, acetato de sodio y óxido de calcio, respectivamente

 * El reactivo de acetato de sodio utilizado en el laboratorio se encontraba trihidratado, por lo que se tuvo que hacer una corrección en el pesaje, siendo 2.48g en lugar de 1.5g.
Acetato de sodio trihidratado


* A los 1.5g de acetato de sodio, se le añadieron otros 1.113g.
 Reactivo faltante de acetato de sodio

 * El producto fue una especie de pasta un tanto chiclosa, a diferencia del supuesto polvo que quedaba. Pudo deberse a que el mortero no se encontraba completamente seco.


 e) Se tapó el tubo de ensayo con el tapón de hule con manguera.
f) Se calentaron los reactivos con el mechero hasta que fundieron y empezaron a efervescer.
* La primera vez que se puso a calentar el tubo con los reactivos, el gas se escapaba debido a que el tapón no le quedaba justo al tubo. Por lo tanto, se perdió cierto volumen de gas afectando nuestro resultado final.
 Momentos en los que se extrajo el mentano
* Volumen de gas que se recolectó en la probeta: 230 ml aprox (se llenó la probeta 3 veces).

1.    Reacciones que ocurren en el experimento:

CH3-COONa + (NaOH + CaO) --------calor-------->CH4+ Na2CO3

2.    ¿Cuál es el reactivo limitante?
Durante esta reacción sucede algo peculiar, el hidróxido de sodio y el óxido de calcio actuan como

catalizadores, por lo que el único reactivo disponible es el acetato de sodio, el cual en todo caso, funcionaria 

como el reactivo limitante



3    ¿Cuál es el reactivo en exceso?

Aqui no existe un reactivo en exceso debido a que el único reactivo en la reacción es el acetato de sodio.
 
 

Experimento II: 

Para este experimento se necesitaron 2 reactivos: una disolución al 1 N de K2CrO4 (nombrada B) y otra de Pb(NO3)2 (nombrada A)
también al 1 N. En 12 tubos de ensayo, se agregaban los volúmenes que indica la siguiente tabla:


Debido a que el experimento resultaba muy largo por el proceso de preparación y filtrado. Un equipo anterior llenó los tubos con las respectivas cantidades y correspondió a nosotros hacer el proceso de calentamiento y filtrado de los tubos 7,8 y 9. A otros equipos se les asignaron los demás.

Se procedió a calentar dichos tubos de ensayo a baño María durante 25 minutos, después se pesaron 3 papeles filtro 
                                                     

Papel filtro correspondiente para el tubo 7= 0.4002 gr
Papel filtro correspondiente para el tubo 8= 0.3858 gr
Papel filtro correspondiente para el tubo 9= 0.3895 gr


Estos se colocaron en tres embudos sujetados previamente al soporte universal y debajo de ellos se colocaron a su vez tres vasos de precipitado. Se procedió a verter las disoluciones en los embudos y se esperó a que estás se filtraran. El tubo 9 fue el primero en precipitar formando una capa clara desde el inicio, el tubo 8 sedimento más lento pero el último en sedimentarse fue el 7.

                                          

Con el fin de obtener la mayor cantidad de sedimento posible se fue sacando poco a poco la fase acuosa por medio de una pipeta. Al ser pequeños los papeles utilizados como filtros, se tardo más el proceso por ser poca la disolución que era posible ir filtrando. 

                              


Una vez filtrado el sedimento fue colocado con todo y papel filtro sobre la mufla a 50°C y se espero a que este estuviera seco para proceder a su pesaje. Esto con el fin de poder determinar los gramos obtenidos de precipitados en base a los mililitros del reactivo B agregado.

                               

Con los datos obtenidos de los demás equipos se construyó la siguiente tabla.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Peso del
Filtro (gr)
0.3984
0.3908
0.4041
0.4119
0.4146
0.424
0.3895
0.3858
0.4002
0.4104
0.3994
0.4074
Filtro+
Precipitado
(gr)
0.5032
0.5828
0.7451
0.8756
0.8964
0.9184
1.0550
1.1673
1.2311
1.1621
1.2065
1.1141
Masa del precipitado
(gr)
0.1048
0.192
0.341
0.4637
0.4818
0.4944
0.6655
0.7815
0.8309
0.7517
0.8071
0.7067






Después de obtener la masa del precipitado obtenida, se puede hacer una gráfica que compare los gramos del reactivo obtenidos del precipitado, en función de los mililitros utilizados para el experimento B. No se usa el reactivo A para hacer una gráfica porque éste se mantuvo constante a lo largo de toda la reacción. 

Gráfica de gr de precipitado obtenido vs ml de reactivo B utilizado

Masa del precipitado (gr)
0.1048
0.192
0.341
0.4637
0.4818
0.4944
0.6655
0.7815
0.8309
0.7517
0.8071
0.7067
Reacivo B (ml)
0.3
0.9
1.5
2.1
2.7
3.3
3.9
4.5
5.1
5.7
6.3
6.9

Haciendo un análisis de la gráfica, se procede a responder lo siguiente:

1. ¿Qué relación se observa entre el volumen de reactivo B agregado y la masa de precipitado 
obtenida? 
Conforme va aumentando el volumen de B, la masa del precipitado también lo hace, sin embargo, llega un punto en el que este valor cae.

2. ¿Qué valor encuentra para la ordenada al origen? 
El valor para la ordenada al orgien sería 0

3. ¿Qué significado tiene este valor? 
Si no hay un volumen del reactivo B en el tubo de ensayo, el Pb(NO3)2 no hace ninguna reacción y por lo tanto, no hay precipitado. 

4. ¿Se justifica que este valor sea diferente de cero? 
No, no puede ser diferente de 0

5. ¿En qué punto de la gráfica se observa un cambio de pendiente? 
A partir de 4.5 como valor en x

6. ¿Estima usted que este cambio es significativo? 
Sí, puesto que en este punto, la gráfica pareciera variar entre valores ligeramente abajo y arriba de este valor.

7. ¿Qué relación se observa entre el volumen de reactivo B agregado y la masa de precipitado 
obtenida en los tubos 8 a 12? 
Las masas obtenidas como precipitado varían entre 0.7067 y 0.8309 siendo estos los valores máximos y mínimos de este rango.

8. ¿Por qué después del punto 8, para volúmenes cada vez mayores de reactivo B agregado, la 
masa de precipitado que se forma se mantiene constante?
Porque después del tubo 8, el K2CrO4 se vuelve el reactivo en exceso y esto lleva a que solo se obtenga una cantidad más o menos constante.

Discusión:

Este experimento no tuvo un control por parte del equipo puesto que fue un trabajo colaborativo entre varias personas para la preparación, el filtrado y posteriormente, el pesado.

Durante la etapa del filtrado se pudieron haber tenido pérdidas del precipitado debido a la extracción de la parte acuosa (se hizo esto con la intención de acelerar el proceso) mediante una pipeta. Se pudieron haber obtenido resultados más precisos si este experimento se hubiera repetido varias veces y se hubiera hallado un promedio de masas.
El experimento hecho nos ayuda a comprender cómo se comportan los reactivos en exceso si uno de estos se mantiene constante.


EXPERIMENTO III.


 Obtención del precipitado de carbonato de calcio:
- Se pesaron aproximadamente entre 1,0 a 1,5 gramos de carbonato de sodio (Na2CO3).
- Se le adicionaron 10ml de agua destilada y se mezcló con el agitador de vidrio hasta disolución completa.
- En otro vaso de precipitados se agregó la cantidad de cloruro de calcio dihidratado (CaCl2.2H2O) en la cantidad necesaria para que reaccionara completamente con el carbonato de sodio que se pesó anteriormente.
- Se adicionaron 10ml de agua destilada y se mezcló con el agitador de vidrio hasta disolución completa.
- Se adicionó la solución de cloruro de calcio a la solución de carbonato de sodio lentamente utilizando una varilla de vidrio.
- Se enjuagó el vaso con aproximadamente 5 ml de agua destilada y se adicionaron al vaso donde estaba la mezcla de reacción.
- Se dejó reposar por aproximadamente 15 minutos.
 
Filtración:
- Se pesó una hoja de papel de filtro y se colocó en el embudo de vidrio.
- Se transvasó el sobrenadante del vaso de precipitados donde estaba la mezcla de reacción y finalmente el precipitado formado.
- Se lavó el sólido que quedó retenido en el papel de filtro con agua destilada hasta fin de cloruros.
* Si algo del precipitado pasaba el papel de filtro, se volvía a filtrar.

Determinación de cloruros:
- Se tomaron en un tubo de ensayo algunas gotas de las aguas de lavado que pasaron por el filtro y se recogieron al final del vástago del embudo.
- Se le adicionaron dos gotas de la solución de nitrato de plata (AgNO3).
* Si en la solución hay iones cloruros se produjera un precipitado blanco de cloruro de plata (AgCl). 
Precipitado de cloruro de plata

                                                                 
Secado:
- Se transfirió el papel filtro al vidrio de reloj previamente pesado y se colocó en la estufa a 105ºC hasta que quedara completamente seco.
- El vidrio de reloj se sacó y se dejó enfriar en un desecador y se pesó.
- Se colocó nuevamente en la estufa y se volvió a pesar hasta obtener un peso constante.

·      Tabla de datos.
·      Exprese claramente cómo determinó el peso de cloruro de calcio dihidratado que utilizó en la reacción y cuánto carbonato de calcio debía obtener teóricamente.
·      Realice el cálculo correspondiente para saber cuánto carbonato de calcio se obtuvo experimentalmente y determine el porcentaje de rendimiento de la reacción.
·      Analice las observaciones y resultados obtenidos.
·      Evalúe si se cumplieron los objetivos de la práctica total o parcialmente, y redacte unas conclusiones en donde exprese en forma explícita lo aprendido en esta práctica.

-Cálculo de los gramos de CaCl2 2H2O necesarios para la reacción:




-Rendimiento teórico del CaCo3 en base a la cantidad de CaCl2 2H2O utilizado:



-Rendimiento experimental: 
Se pesaron 1.502 gr. de CaCO3 menos el peso del papel filtro que fueron 0.39 gr, lo que nos dio un total de 1.13 gr de CaCO3. 



-Se obtuvo un porcentaje bastante alto del producto deseado, aunque la razón de que este no haya sido más alto puede atribuirse al hecho de que durante el traslado de el papel filtro con el CaCO3 de la mufla a la balanza analítica se haya perdido una cantidad mínima así como al momento de realizar el lavado de la muestra ubicada en el papel filtro dentro del embudo, pero aún así se logró conseguir un porcentaje considerable de la muestra experimental en base a la cantidad predicha previamente en los cálculos teóricos. 

Conclusión:

 Con los experimentos llevados a cabo se puede comprender que no siempre se usan las cantidades exactas de reactivo obtener algún producto; a veces es necesario hacer que uno esté en exceso para obtener la mayor cantidad posible de éste. Con esto, la estequiometría es una herramienta fundamental, pues nos ayuda a calcular valores de la reacción conociendo tan solo el número de moles y el peso molecular de reactivos y productos. La estequiometría nos ayuda a predecir cantidades y evitar el desperdicio de uno de los componentes de la reacción.

 Con esta práctica también se comprobó que no siempre se puede obtener un 100% de producto y siempre suele haber pérdidas de materia de alguna forma. Es muy importante tratar de ser precisos para obtener resultados confiables, pues esto es uno de los pilares de la ciencia. 
Cuestionario:




1. Dada la siguiente reacción:
MgBr2(aq) + 2AgNO3 -->  2AgBr+ Mg(NO3)2 (aq)
.    a)  ¿Cuántos gramos de bromuro de plata se pueden formar cuando se mezclan soluciones que contienen 50 g de MgBr2 y 100 g de AgNO?
El reactivo limitante es el MgBr, por lo tanto se pueden formarse 102 gr de AgBr
.    b)  ¿Cuántos gramos de reactivo en exceso se quedaron sin reaccionar?
7.71 gr de AgNO3  se quedaron sin reaccionar.

2. El compuesto color azul oscuro Cu(NH3)4SO4 se fabrica haciendo reaccionar sulfato de cobre (II) con amoniaco.
CuSO4(ac) + 4NH3(ac) --> Cu(NH3)4SO4(ac)
.    a)  Si se emplean 10.0g de CuSO4 y un exceso de NH3, ¿Cuál es el rendimiento teórico de Cu(NH3)4SO4 ?
Se deberían obtener 14.268
.    b)  Si se obtienen 12.6g de Cu(NH3)4SO4 ¿Cuál es el rendimiento porcentual?
El rendimiento es del 88.31%
3. Dada la siguiente reacción:
2Na +I2 --> 2NaI

Si se tienen 10g de Na, ¿calcule la cantidad de I2 necesaria para producir 65.2g de forma que la reacción sea total?
1 mol I2 --> 2 mol NaI 
253.8 gr I2 --> 299.78 gr NaI 
   x gr  I2    --> 65.2 gr NaI 

gr. I2= 55.20 gr 

4.- Para producir NaCl, se colocan 20 grs de HCl y 80 de Na(OH). ¿Cual es el reactivo limitante?
HCl + Na(OH) --> NaCl + H2O
Reactivo lim. es el HCl
 5.- De acuerdo con la siguiente reacción, su pongamos que se mezclan 637,2 g de NH3 con 1142 g de CO2. ¿Cuántos gramos de urea [(NH2)2CO] se obtendrán?
El reactivo limitante es el amoniaco. Con este podrían obtener 1124 gr de urea.
6.- En la reaccion de formacion de agua ,se hacen reacciones 2 gramos de hidrogeno con 2 gramos de oxigeno ¿Cuánta agua se formara?
Se formarán 2.25 gr de agua.
7.- La reacción de 6.8 gr de H2S con exceso de SO2 produce 8.2 gr de S ¿Cuál es el porcentaje de rendimiento de la reacción?
La reacción es la siguiente:
2H2S + SO2 --> 3S + 2H2O
Si la reacción fuera del 100% se obtendrían 9.60 gr de azufre. Sin embargo se obtienen 8.2 gr que corresponden al 85.43%





Referencias:


- Escuela de ingenierías industriales. "Reactivo limitante y rendimiento".  (s.f.). Recuperado el 01 de marzo de 2013, de http://www.eis.uva.es/~qgintro/esteq/tutorial-04.html
- 100ciaQuímica. (s.f.). Ciencia Química. Recuperado el 02 de Marzo de 2013, de http://www.100ciaquimica.net/temas/tema6/punto6.htm






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