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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN FACULTAD DE INGENIERIA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICA

PRACTICA N° 4 BALANCE DE MATERIA CON REACCIÓN QUÍMICA DOCENTE: ING. LILIA MARY MIRANDA RAMOS ASIGNATURA: LABORATORIO DE BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA INTEGRANTES: ●

BATALLANES BAUTISTA OSCAR

●

CORI CORDOVA LISSET DIANA

●

MACHACCA CONDORI VENUS ESTEFANY

AREQUIPA – PERU 2019

PRACTICA DE BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA N°4 BALANCE DE MATERIA CON REACCION QUIMICA

1. OBETIVO ● Comprender el concepto de reactivo limitante y de reactivo en exceso en una reacción química. ● Determinar las cantidades estequiometricas de los reactivos que se requieren para producir una determinada cantidad de producto. ● Determinar el rendimiento porcentual de una reacción Quimica. ● Preparar los balances de materia correspondientes a cada reacción. 2. FUNDAMENTO TEORICO Para interpretar una reacción de manera cuantitativa, es necesario aplicar los conocimientos de masa molares y mol.

En una reacción química donde intervienen dos o mas reactivos, la sustancia que se consume completamente recibe el nombre de reactivo limitante, por que es el que determina la cantidad de producto que se forma. El otro reactivo se conoce como reactivo en exceso. La estequiometria es el estudio cuantitativo de reactivos y productos en la reacción química. Para determinar cuál es el reactivo limitante en una reacción química dada, es necesario conocer la ecuación estequimetrica, así como las cantidades teóricas que se requieren de los reactivos para generar determinado producto es el método de mol, significa que los coeficientes estequiometricos en una ecuación química se pueden interpretar como el numero de moles de cada sustancia.

Por otra parte, la cantidad de producto que se forma cuando el reactivo limitante ha reaccionado totalmente, se denomina rendimiento teórico. El rendimiento teórico es el máximo que se puede obtener. La cantidad de producto que realmente se obtiene una reacción se llama rendimiento real. El rendimiento teórico es mayor que es rendimiento real, ya que en este último se puede originar perdidas de producto durante el desarrollo del experimento. Sin embargo, es más común en una reacción química determinar el porcentaje de rendimiento de cierto producto, mediante la expresión siguiente: %𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =

𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑥 100 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜

Loa balances de materia permiten conocer los caudales y las composiciones de todas las corrientes de un sistema. E n un proceso en el que tiene lugar cambios el balance de materia informa sobre el estado inicial y final del sistema. Los balances se plantean alrededor de n entorno, una determinada región del espacio perfectamente delimitada. El balance de materia tiene la forma: 𝑆𝐴𝐿𝐼𝐷𝐴 − 𝐸𝑁𝑇𝑅𝐴𝐷𝐴 + 𝐴𝐶𝑈𝑀𝑈𝐿𝐴𝐶𝐼𝑂𝑁 = 𝐺𝐸𝑁𝐸𝑅𝐴𝐶𝐼𝑂𝑁 En un balance intermitente la acumulación es nula. 3. MATERIALES Y REACTIVOS ● 4 fiolas e 1 litro ● 2 buretas de 50 ml ● Soporte de bureta ● 3 vasos de 250ml ● Vagueta de vidrio ● Hidróxido de sodio ● Hidróxido de amonio ● Ácido clorhídrico ● Ácido acético

● Agua destilada ● Fenolftaleína 4. PROCEIMIENTO PRIMER ESPERIMENTO -

Tomar tres vasos y mezclar soluciones de ácido clorhídrico 0.1N con hidróxido de sodio 0.1M según las proporciones siguientes.

20 ml de hidróxido de sodio con 20 ml de ácido clorhídrico 30 ml de hidróxido de sodio con 20 ml de ácido clorhídrico 20 ml de hidróxido de sodio con 30 ml de ácido clorhídrico -

Agregar a uno por uno gotas de fenolftaleína y determinar si es de carácter acido o básico, dependiendo del carácter que muestre cada solución titular con ácido clorhídrico o hidróxido de sodio respectivamente anotando el gasto para poder determinar la cantidad en masa del reactivo que no reacciono.

2do EXPERIMENTO -

Tomar tres vasos y mezclar soluciones de ácido acético 0.1N con hidróxido de amonio 0.1M según las proporciones siguientes:

30 ml de ácido acético con 20 ml de hidróxido de amonio 20 ml de ácido acético con 30 ml de hidróxido de amonio 20 ml de ácido acético con 20 ml de hidróxido de amonio -

Agregar a uno por uno gotas de fenolftaleína y determinar si es de carácter acido o básico, dependiendo del carácter que muestre cada solución titular con ácido clorhídrico o hidróxido de sodio respectivamente anotando el gasto para poder determinar la cantidad en masa del reactivo que no reacciono

3er EXPERIMENTO

-

Tomar cuatro vasos y mezclar soluciones de ácido acético0.1N, ácido clorhídrico 0.1N con hidróxido de amonio0.1M y hidróxido de sodio 0.1M según las proporciones siguientes:

20 ml de ácido acético con 20 ml de hidróxido de sodio 20 ml de ácido clorhídrico con 20 ml de hidróxido de amonio 20 ml de ácido acético con 30 ml de hidróxido de sodio 20 ml de ácido clorhídrico con 30 ml de hidróxido de amonio -

Agregar a uno por uno gotas de fenolftaleína y determinar si es de carácter acido o básico, dependiendo del carácter que muestre cada solución titular con ácido clorhídrico o hidróxido de sodio respectivamente anotando el gasto para poder determinar la cantidad en masa del reactivo que no reacciono

5. NORMAS DE SEGURIDAD E HIGIENE -

Tener mucho cuidado al preparar las soluciones de los experimentos.

-

Considere que no se hecha agua sobre el ácido si no acido sobre el agua.

-

Al manipular y mezclar las bases con los ácidos evitar el contacto con las manos, de hacerlo lavare con abundante agua para evitar quemaduras.

-

Tener mucho cuidado con el material de vidrio y después de su uso dejarlo perfectamente lavado.

6. CUESTIONARIO 6.1. Preparar con los gastos obtenidos una tabla donde se indique cual es el reactivo limitante y el reactivo en exceso y el porcentaje de rendimiento en función a la estequiometria de las reacciones que se llevan a cabo.

6.3. El ácido bromhídrico concentrado (48.0 % (m/m)) posee una densidad de 1.50 g.mL-1. ¿Qué volumen y qué masa del mismo deben utilizarse para preparar 500 mL de disolución 0.600 M? PM (HBr) = 80.917 g.mol-1 a) 0,600 moles de HBr ---- 1 L de disolución ⇒ en 0,500 L habrá 0,300 moles de HBr masa de HBr = 0,300 . 80,917 g.mol-1 = 24,2751 g de HBr en 0,500 L de disolución 24,2751 g ---- x x = 50,573125 g de disolución de HBr concentrado. b)

1,50 g ---- 1 mL de disolución

50,573125 g ---- x

x = 3,715417 mL de disolución de HBr concentrado.

48 g de HBr ---- 100 g de disolución 6.4. Se lleva a cabo la reacción: C2H4 + HBr

C2H5Br

En un reactor continuo. Se analiza la corriente de producto y se observa que contiene 50% molar de C2H5Br y 33.33% de HBr. La alimentación al reactor contiene solo C2H4 y HBr. Calcular la conversión del reactivo limitante y el porcentaje de exceso del otro reactivo. SOLUCION: Los productos que contiene 50% en mol de C2H5Br y 33.33% HBr asumimos que todos deben sumar 100% eso quiere decir que un 16.77% es de C2H4. Además el problema menciona la alimentación contiene etileno y bromuro de hidrogeno. x C2H4=y xHBr= 1 –y x C2H5Br=0.50

REACTOR A

B

xHBr=0.333 x C2H4= 0.1677

BASE DE CALCULO =100mol 1 Realizamos un BM para el HBr -

Alimentacion = Reaccionado + Exceso

-

Alimentacion = (1-y)A

-

Los moles reaccionados es el mismo que mol moles producidos de

-

Exceso = 0333B

(1 – y)A=0.50B+ 0.333B = 0.833B……………..(1) 2 realizamos un BM para C2H4 -

Entrada= yA

-

Reaccionado =0.5B

-

Salida =0.1766B

-

yA=0.50B+0.1677=0.6677B…………………(2)

3 Para simplificar B divido las ecaciones 1 entre 2 por lo tanto solo quedaría con A&y (1 − 𝑦)𝐴 0.833𝐵 = 𝑦𝐴 0.6677𝐵 0.833 = 1.2476 0.6677 𝑌=

1 = 0.4449 1 + 1.2476

Por lo tanto y=04449ª Eteno aliimentado y acido alimentado Mol de eteno = y.A=44.492 mol Mol HBr=(1-y).A=55.508mol 5 De la ecuación 2 se determina moles de B 𝐵=

𝑦. 𝐴 0.6677

6 mol de eteno en exceso Mol de eteno en exceso Mol eteno en exceso = 0.1677.B= 11.175 mol 7 Mol de etno reaccionado debio a que no odo que s alimenta reacción de cantidad reaccionada saca del bromuro de etilo produciendo la salida Mol etenoRx=0.5.B=33.317mol CONVERSION

𝑚𝑜𝑙 𝑒𝑡𝑒𝑛𝑜−𝑚𝑜𝑙 𝑒𝑡𝑒𝑛𝑜 𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑚𝑜𝑙 𝑒𝑡𝑒𝑛𝑜

= 0.7488

Mol estequimetrico = mol eteno Rx + mol eteno en exceso 𝑚𝑜𝑙 𝑒𝑡𝑒𝑛𝑜 𝑒𝑐𝑒𝑠𝑜

X100 exceso=𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑡𝑒𝑛𝑜𝑅𝑥+𝑚𝑜𝑙 𝑒𝑡𝑒𝑛𝑜 𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜 . 100 = 25.1161 RESPUESTA: f = 0.7488, %Exceso=25.116%

6.5Un combustible formado por etano C2H6 y CH4 en proporciones desconocidas se quema en un horno utilizando aire enriquecido que contiene 50% molar de O2. El análisis Orsay es CO2= 25% N2= 60% y O2= 15%.a)

a) Calcular la composición molar del combustible b) Calcular la relación en masa de aire/combustible.

A

QUEMADOR

B

C2H6 =X1

CO2 = 0.25

CH4 = X2

02 = 0.15 N2 = 0.6

C2H6 +

7 2

02

CH4 + 2 02

2 CO2 + 3 H2O CO2 + 2 H2O

𝐵𝑎𝑠𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑜 = 100 𝑚𝑜𝑙 de producto Balance de CO2 𝐸+𝐺 =𝐶+𝑆 0 + 2(𝑋2) + 𝑋1 = 0 + 25 Balance de O2

𝐸+𝐺 =𝐶+𝑆 𝐵(0.5) + 0 =

7 𝑋2 + 2𝑋1 + 15 2

Balance de N2 𝐸+𝐺 =𝐶+𝑆 𝐵(0.5) + 0 = 0 + 60 𝐵 = 120 Relacionando las dos ecuaciones resaltadas 2(𝑋2) + 𝑋1 = 25 4𝑥1 + 𝑄𝑥2 = 90 𝑥1 = 5 = 33.33% ; 𝑥2 = 10 = 66.67%