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• Pilar Rojas Rueda

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GUÍA N° 4: VOLUMEN MOLAR 1.LOGRO DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE Al finalizar la unidad el estudiante aplica las leyes que rigen los gases ideales para la resolución de problemas y determina el volumen molar de gases, de manera teórica y experimental. 2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS DE LA PRÁCTICA DE LABORATORIO • Obtener oxígeno a partir de la descomposición del clorato de potasio (KClO3) en presencia de dióxido de manganeso MnO2 (catalizador). • Determinar el volumen molar teórico y experimental del oxígeno producido. 3.MATERIALES Y EQUIPOS MATERIALES - 1 Pinza para tubo de ensayo - 1 Tubo de ensayo de 22 mL - 1 Recipiente de plástico - 1 Probeta de 100 mL - 1 Manguera de conexión con tapón monohoradado # 0 - 1 Soporte universal - 1 Pinza con nuez - 1 Gradilla de madera - 1 Termómetro

- 1 Portamuestra - 1 Mechero de Bunsen EQUIPOS - 1 Balanza electrónica. REACTIVOS - Clorato de potasio (KClO3). - Dióxido de manganeso (MnO2). EQUIPO DE PROTECCIÓN PERSONAL - Guardapolvo blanco - Lentes de protección

Fundamento El volumen molar corresponde al volumen ocupado por una mol de un gas ideal. Este volumen molar generalmente se reporta bajo condiciones normales de temperatura y presión, es decir a 273 K y 1 atm. En esta práctica, se determinará el volumen molar del oxígeno bajo las condiciones de temperatura y presión del laboratorio. Posteriormente, se realizará el cálculo para transformar el valor encontrado en su equivalente bajo condiciones normales. El método a utilizar para determinar el volumen molar del oxígeno consiste en generar cierta cantidad de este gas por descomposición térmica del clorato de potasio (KClO3), pues cuando este

último compuesto se calienta, la pérdida de masa de la fase sólida se debe exclusivamente al oxígeno desprendido. La reacción química se lleva a cabo según la siguiente ecuación: 2KClO3(s) MnO2 → 2KCl(𝑠)+ ↑ 3O2(g) El volumen de O₂ se determina utilizando el método de desplazamiento de agua. Si se determina el volumen correspondiente a la masa perdida podrá deducirse de él el volumen que corresponde a 32 gramos de oxígeno, esto es, el volumen de 1 mol del gas. Como el volumen de una muestra gaseosa varía cuando varían la temperatura y la presión, se deben medir estos valores y utilizarlos para efectuar la transformación a las condiciones normales, utilizando para ello i) las leyes de los gases, ii) la cantidad de oxígeno producido y iii) el volumen que ocupa el gas.

VOLUMEN MOLAR DE UN GAS EN CONDICIONES NORMALES

Es el volumen ocupado por una mol de cualquier gas en condiciones normales. Experimentalmente, se ha podido comprobar que el volumen que ocupa un mol de cualquier gas ideal en condiciones normales (Presión = 1 atm , Temperatura = 273K = 0 °C), es de 22,4 litros LEY GENERALIZADA DE LOS GASES Como consecuencia de la hipótesis de Avogadro, puede considerarse una generalización de la ley de los gases.

P: Presión del oxígeno obtenido en la probeta.

V: Volumen del oxígeno. n: Número de moles del oxígeno. R: Constante de los gases. T: Temperatura de la reacción.

CATALIZADOR Un catalizador es una sustancia que modifica la velocidad de una reacción química sin experimentar un cambio químico. La mayoría de los catalizadores aceleran la reacción, pero pocos la retardan. Los catalizadores pueden ser sólidos, líquidos y gaseosos. Tipos de catalizadores: Catalizadores positivos: son aquellos que incrementan la velocidad de la reacción. Son los que presentan mayor interés debido a su gran uso en diferentes industrias y laboratorios. Catalizadores negativos: también llamados inhibidores, son aquellos que causan la disminución de la velocidad de una reacción. Poseen un interés especial para la industria de los alimentos, donde suelen ser utilizados como aditivos con la finalidad de impedir ya sea el deterioro precoz del alimento o las posibles reacciones que alteren el producto. PRESIÓN DE VAPOR DE AGUA La presión de vapor es la presión de la fase gaseosa o vapor de un sólido o un líquido sobre la fase líquida, para una temperatura determinada, en la que la fase líquida y el vapor se encuentra en equilibrio dinámico; su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan ambas.

Tabla Nª 1 Presiòn de vapor de agua Vs Temperatura

Procedimiento Descomposición térmica del clorato de potasio y volumen molar del oxígeno: - Pesar el tubo de ensayo limpio y seco. (m1) - Añadir los 0,15 g de clorato de potasio y 0,05 g de dióxido de manganeso (catalizador) contenidos en el sobre al tubo de ensayo y homogenizar. (m2) - Armar el sistema según el diagrama mostrado:

- Tapar el tubo de ensayo (el tapón debe quedar bien adherido para evitar que el gas producido por la reacción se pierda durante el calentamiento). - Introducir la manguera de conexión dentro de la probeta con mucho cuidado evitando que el agua dentro de la probeta se caiga.

- Cuando todo esté listo, calentar con mucho cuidado el tubo y su contenido en el mechero. - Cuando haya cesado la producción del gas apagar el mechero, medir el volumen de agua desplazada y la temperatura del líquido en el recipiente. - Dejar enfriar el tubo de ensayo en la gradilla de madera hasta temperatura ambiente. Si esta tuviera gotas de agua en sus paredes se procederá a secar con el mechero. - Pesar nuevamente el tubo de prueba (m3). Por diferencia de masas se obtendrá el peso del oxígeno

desprendido.

ENTREGABLES I.

CÁLCULOS Y RESULTADOS: Complete las tablas y escriba sus cálculos en una hoja adjunta.

II.

Tabla A. Volumen molar teórico y experimental del oxígeno II.

III.

CUESTIONARIO

IV.

CONCLUSIONES

FUENTES DE INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA LIBROS - Chang, R. (2010). Fuerzas intermoleculares y líquidos y sólidos. Química. 10a ed. México DF: Mc Graw Hill, 460-511. - Brown, T., LeMay Jr., Bursten, B., Burdge, J., (2007). Ciencia central. Pearson Prentice Hall: São Paulo. - Atkins, P., Jones, L. (2006). Principios de química: los caminos del descubrimiento. Ed. Médica Panamericana. - Gómez, F., Rubio, S., Franc, P. Grado en Ingeniería Electrónica y Automática 29803- Química.

REPORTE DE LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL PRÁCTICA 04: VOLUMEN MOLAR PROFESOR:

FECHA:

-SECCIÓN:

HORARIO:

INTEGRANTES:

I.

CÁLCULOS Y RESULTADOS: Complete las tablas y escriba sus cálculos en una hoja adjunta.

Condiciones del laboratorio: Presión atmosférica en el laboratorio. 755 mmHg

N

DATOS

RESULTADOS

º 1 2

Masa del tubo de prueba vacío (g) Masa del tubo de prueba (g)+ catalizador

m1 m2

3

+ clorato de potasio (g) Masa del tubo de prueba (g) + catalizador

𝒎𝟑: Lectura del peso final en la

4

(g) + cloruro de potasio (g) Volumen desplazado de agua en la

balanza electrónica 𝑽𝑯𝟐𝑶: Lectura de Volumen en la

5 6 7

probeta (L) Masa del Oxígeno experimental (g) Temperatura del agua desalojada (K) Presión atmosférica en el laboratorio

probeta 𝒎𝑶𝟐 = 𝒎𝟐 − 𝒎3 𝑻 = ……..…. °C +273 𝑷𝒂𝒕m

8 9 10

(mmHg) Presión de vapor de agua (mmHg) Presión de Oxígeno (mmHg) Volumen Molar Teórico (L/mol)

𝑷𝒗𝑯𝟐O 𝑷𝑶𝟐 = 𝑷𝒂𝒕𝒎 − 𝑷𝒗𝑯𝟐O 𝑷×𝑽=𝑹×𝑻×n

Dato: 𝑇= Temperatura (K) 𝑽̅𝒎𝒐𝒍𝒂𝒓 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐 = ( 𝑽/𝒏 ) = 𝑹 × 𝑻 𝑷𝑶2 𝑃𝑂2 = Presión de Oxígeno (mmHg) 𝑅 = 62.4 𝑚𝑚𝐻𝑔. 𝐿 𝑚𝑜𝑙.K

11

Número de moles (mol)

𝒏𝑶𝟐 = 𝒎𝑶𝟐 𝑀̅𝑂2

12

Volumen Molar Experimental (L/mol)

𝑽̅𝒎𝒐𝒍𝒂𝒓 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍 = 𝑽𝑯𝟐𝑶 𝒏𝑶𝟐

Dato: 𝑀̅𝑂2 = 32 g/mol 𝑛𝑂2 = número de moles (mol) 𝑉𝐻2𝑂= volumen de agua desplazada (L)

13

% Error

%𝑬 = | 𝑽̅𝒆𝒙𝒑 − 𝑽̅𝒕𝒆𝒐 I 𝒙 𝟏𝟎0 𝑽̅𝒕𝒆𝒐

CUESTIONARIO: 1. ¿Qué relación tiene el volumen molar teórico con el volumen molar experimental 2. ¿Mencione el nombre del catalizador utilizado en la experiencia y cuál es la importancia de su uso?

CONCLUSIONES:

HOJA DE CALCULOS:

RESULTADOS SUPUESTOS PARA EL DOCENTE

Nº 1 2

DATOS m1 m2

RESULTADOS

Masa del tubo de prueba vacío (g) Masa del tubo de prueba (g)+

3

catalizador + clorato de potasio (g) Masa del tubo de prueba (g) +

𝒎𝟑: Lectura del peso final en la

11,14 g

4

catalizador (g) + cloruro de potasio (g) Volumen desplazado de agua en la

balanza electrónica 𝑽𝑯𝟐𝑶: Lectura de Volumen en la

45ml

5 6 7

probeta (L) Masa del Oxígeno experimental (g) Temperatura del agua desalojada (K) Presión atmosférica en el laboratorio

probeta 𝒎𝑶𝟐 = 𝒎𝟐 − 𝒎3 𝑻 = ……..…. °C +273 𝑷𝒂𝒕m

0,06 g 21ºC 755mmHg

8 9 10

(mmHg) Presión de vapor de agua (mmHg) Presión de Oxígeno (mmHg) Volumen Molar Teórico (L/mol)

𝑷𝒗𝑯𝟐O 𝑷𝑶𝟐 = 𝑷𝒂𝒕𝒎 − 𝑷𝒗𝑯𝟐O 𝑷×𝑽=𝑹×𝑻×n

18,7mmHg 736,3mmHg V = 62,4 x 294

11,0 11,2g

Dato: 𝑇= Temperatura (K) 𝑽̅𝒎𝒐𝒍𝒂𝒓 𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐 = ( 𝑽/𝒏 ) = 𝑹 × 𝑻 𝑷𝑶2 𝑃𝑂2 = Presión de Oxígeno (mmHg)

736,3 V= 24,92 L

𝑅 = 62.4 𝑚𝑚𝐻𝑔. 𝐿 𝑚𝑜𝑙.K

11

Número de moles (mol)

𝒏𝑶𝟐 = 𝒎𝑶𝟐

n= 0,06

𝑀̅𝑂2

12

Volumen Molar Experimental (L/mol) Dato: 𝑀̅𝑂2 = 32 g/mol 𝑛𝑂2 = número de moles (mol) 𝑉𝐻2𝑂= volumen de agua desplazada

32

𝑽̅𝒎𝒐𝒍𝒂𝒓 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍 = 𝑽𝑯𝟐𝑶 𝒏𝑶𝟐

= 1,875x 10 V = 0,045

-3

1,875x 10

-3

V = 24 L

moles

(L)

13

% Error

%𝑬 = | 𝑽̅𝒆𝒙𝒑 − 𝑽̅𝒕𝒆𝒐 I 𝒙 𝟏𝟎0

%E = I 24

𝑽̅𝒕𝒆𝒐

- 24,92 I x 24,92

%E = 3,69

100