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• Melvin Cubilla

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TRABAJO PRÁCTICO N°4 DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN MOLAR DE UN GAS EXPERIENCIAS CON GASES Objetivos de la experiencia: • -Armar un aparato que permita medir el gas producido en la experiencia • -Calcular el volumen molar del gas producido en las condiciones del laboratorio y en C.N.P.T. • -Calcular porciento en masa de O2 en el KClO3 • -Calcular la densidad del O2 EXPERIENCIA DE LABORATORIO MATERIALES NECESARIOS Por cada grupo de alumnos se proveerá el siguiente material Equipo completo para efectuar el trabajo que consta de: • Tubo de ensayo común • Tapón de goma o similar • Tubo de vidrio doblado • Probeta de 100 mL • 2 pie • 2 agarraderas • 1 cuba o similar Material para todo el curso (en común) KClO3 • MnO2 • De estas sustancias se prepararán mezclas previamente al trabajo práctico EXPERIENCIA DE LABORATORIO Se usará la siguiente reacción química: 2 KClO3 → 2 KCl + 3 O2
El aparato necesario para desarrollar la experiencia es el siguiente:

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El tubo de ensayo A debe estar limpio y seco. Controlar todas las conexiones (MUY IMPORTANTE: No debe haber pérdidas). En caso de duda colocar papel parafilm en las mismas. La probeta de 250 mL (C) debe estar completamente llena de agua e invertida sobre un recipiente adecuado (D). El extremo del tubo (B) debe penetrar en la probeta de modo tal que esté por encima del nivel del agua de la probeta, una vez que el gas se haya recogido. De esta manera el gas en la probeta (C) se conecta a través del tubo (B) con el gas en el tubo (A). Marcha del trabajo: ⇒ 4.1.1 Pesar con aproximación de 0,0l g (centésima de g) el tubo A. ⇒ 4.1.2 Se proveerá de KClO3 y de MnO2 (catalizador de la reacción). Pesar alrededor de 0,5 g de KClO3 y una pizca (aproximadamente 0,04 g) de MnO2 y armar el equipo de la figura. ⇒ 4.1.3 Sosteniendo el mechero con la mano, calentar la mezcla suavemente de modo de obtener una evolución del gas lenta pero continua. ⇒ 4.1.4 Continuar calentando hasta que no haya más desprendimiento de gas. ⇒ 4.1.5 Asegurar que el extremo del tubo (B) esté por encima del nivel del agua en la probeta (C) y dejar que todo el aparato se enfríe a temperatura ambiente. ⇒ 4.1.6 Retirar cuidadosamente el tubo (B) de la probeta (C). Luego ajustarla (subiendo o bajando) de tal forma que los niveles de agua adentro y afuera sean

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los mismos. Si no se puede lograr, medir la altura de la columna de agua que se observa en la probeta con respecto al nivel de la misma en el recipiente (D). ⇒ 4.1.7 Tomar nota del volumen desplazado durante la reacción. ⇒ 4.1.8 Cuando los niveles de agua estén balanceados, o medida la columna correspondiente, cerrar la boca de la probeta completamente con la palma de la mano y colocar la probeta sobre la mesa con la boca hacia arriba. ⇒ 4.1.9 Tomar la temperatura del agua en el recipiente (D) ⇒ 4.1.10 Tomar la presión barométrica (o consultar al docente). ⇒ 4.1.11 Pesar el tubo A + KCl + MnO2 ⇒ 4.1.12 Calcular la masa de O2 recogido y el número de moles de O2. ⇒ 4.1.13 Calcular el volumen de O2 en CNPT. ⇒ 4.1.14 Calcular el volumen molar de O2 en CNPT. ⇒ 4.1.15 Calcular el porciento en masa de O2 en el KClO3. ⇒ 4.1.16 Calcular la densidad del O2. Introducción al cálculo de volumen molar de O2 Para la determinación del volumen molar del gas, deben ser conocidos el volumen, la masa y la presión de una determinada cantidad de O2. El volumen se mide a la temperatura y presión del laboratorio, pero debe llevarse dicho volumen a condiciones normales de P y T. Una vez conocido el volumen de una determinada masa de O2 en CNPT, se podrá calcular el volumen de un mol de O2 (32,0 g) también en CNPT. El volumen de un mol de O2 en CNPT es también el volumen de un mol de cualquier gas en CNPT (Ley de Avogadro = volúmenes iguales de gases diferentes, en las mismas condiciones de temperatura y presión contienen el mismo número de moléculas). La masa de O2 desprendido en la experiencia se mide indirectamente. Para ello debe saberse la masa de la muestra original. Una vez efectuado el calentamiento y la consecuente reacción se pesa el KCl remanente y por diferencia entre las dos masas (el del KClO3 inicial y éste último, y considerando que el MnO2 no pierde masa durante los procesos) se obtiene la masa de O2. Masa de KClO3 - Masa de KCl = Masa de O2 La presión del gas en la experiencia se debe calcular conociendo la P atmosférica, la altura de la columna de agua y la Presión del vapor de agua a la temperatura de la experiencia. Cálculo del volumen molar del gas (VM) Vg = volumen de gas recogido (se mide en la experiencia)

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mO2= masa de oxígeno liberado (se mide en la experiencia)

nO 2 =

mO2 M rO2

Mr O2 = 32,0 g/mol Para calcular la presión O2 (Pg), sabemos que en las condiciones de trabajo: Patm.= Pg + Pv + Pc (a) Patm = presión atmosférica (dato a proporcionar). Pg = presión de O2 que se calculará. Pv = presión de vapor del agua a la temperatura del laboratorio (se extrae de la bibliografía, ej. Chang). Pc = presión de la columna de H2O, que se utilizará en caso de no poder igualarse los volúmenes como se indica en la marcha del trabajo. La Pc se mide en cm o mm de H2O. Como las presiones convienen expresarlas en mm de Hg, debemos transformar los cm en mm de H2O en cm o mm de Hg Para ello sabiendo que δagua x hagua = δHg x hHg hHg =

Datos

por lo tanto

δ H O .hH O δ Hg 2

2

δagua = 1 g/cm3 δHg = l3,6 g/cm3

Despejando en (a) Pg = Patm - Pv - Pc

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(Pv del H2O se encuentra en tablas en mm de Hg y la P atm se dará en esa misma unidad) Con esto calculado tenemos Vg, Pg y Tg (temperatura del gas). Esta será igual a la del agua (por esa causa se la mide) ya que al “pasar” el gas por ella, tomará la misma temperatura. Sabiendo que las CNPT son P = l.atm y T =273 K aplicamos =

Pg .Vg

=

Tg

PN .VN TN

Despejando VN =

PgVgTN Tg PN

que es el VO2 en CNPT. El volumen molar VM en CNPT se calcula a partir de nO2, obtenido en la experiencia y el volumen en CNPT: VM =

VN .1mol nO 2 moles

El porciento de O2 en el KClO3 se calcula de la siguiente manera: Masa de O2 obtenido %O2 =  100 Masa de KClO3 El porcentaje calculado a partir de la fórmula se obtiene considerando la reacción que se produce. La densidad del O2 se calcula sabiendo su masa y el volumen ocupado en CNPT. Recordar que el éxito de la experiencia depende de la exactitud con que se realicen las siguientes mediciones: • i) La masa de la muestra de KClO3 • ii)La masa de O2 obtenido de la experiencia (cálculo indirecto). • iii) El volumen del oxígeno.

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Cálculo de error para el % O2 en el KClO3: Masa de O2 obtenido %O2 =  100 Masa de KClO3 Porciento de O2 calculado de la fórmula (tener en cuenta la ecuación balanceada de la reacción): Masa de O2 teórico %O2 =  100 Masa de KClO3 Error absoluto = Error relativo = Error porcentual =

%

Densidad del O2 = mO2/VN = Densidad real del O2 en CNPT =

(Dato de tablas).

Error absoluto = Error relativo = Error porcentual =

%

Disposición de los residuos: Puede tirar en los desagües las sustancias utilizadas con precaución y abundante agua. INFORME DE LABORATORIO De acuerdo al esquema mínimo dado en el TP 1, realice el informe anotando todos los datos que considere. No olvide sus CONCLUSIONES.

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