EXPERIENCIAS DE LABORATORIO

REGLAS PARA TRABAJAR EN EL LABORATORIO














EXPERIMENTOS DE 10 GRADO





EXPERIMENTOS DE 11 GRADO









   

III TRIMESTRE 

PREPARACIÓN DE DISOLUCIONES.

1_Conocimientos teóricos necesarios para la realización de la práctica:

-Concepto de disolución

Definiremos disolución como aquella mezcla homogénea que resulta de la interposición de dos o más sustancias cuyas proporciones son variables. A cada una de estas partes se les denomina soluto y disolvente.

Se suele definir soluto como aquella parte de la disolución que se encuentra en menos proporción y disolvente como aquella sustancia que se encuentra en mayor proporción frente a las otras sustancias que intervendrán en la reacción.

Distinguimos una serie de disoluciones atendiendo al soluto respecto al disolvente: diluidas (poca cantidad de soluto respecto al disolvente), concentrada (proporción de soluto grande respecto al disolvente) y sobresaturada ( cuando la cantidad de soluto es mayor que la que admite el disolvente)

-Concepto de concentración

La concentración es la relación existente entre las cantidades de soluto y disolvente.

- Diferentes formas de expresión de la concentración de una disolución.

MOLARIDAD, (M) : Es el número de moles de soluto en 1 L de disolución.

Molalidad (m) : Es el número de moles de soluto en 1 Kg de disolvente.

RIQUEZA EN MASA ( % = m / m ): Son los gramos del soluto por 100 gramos de disolución.

GRAMOS POR LITRO

FRACCIÓN MOLAR del soluto: es la relación entre los moles de soluto y los moles totales

2_Objetivos:

-Realizar los cálculos numéricos necesarios para preparar disoluciones de determinadas concentraciones a partir de los reactivos comerciales o por disolución de una disolución más concentrada.

-Predecir la concentración de un nuevo soluto en disolución al mezclar dos disoluciones de solutos que reaccionen entre sí.

-Determinar experimentalmente la concentración de una especie química en disolución.

-Adquirir destreza en el empleo del material volumétrico necesario para la preparación de disoluciones.

3_Material necesario:

-2 matraces aforados de 100 ml -2 vasos de precipitados

-2 matraces aforados de 50 ml -1 frasco lavados

-2 probetas graduadas de 100 ml -2 pipetas de 10 ml graduadas

-1 varilla de vidrio -3 pipetas de 25 ml graduadas

-1 espátula -1 pipeta de 1 ml

-1 bureta de 25 ml -1 aspirador de pipeteado

-1 matraz erlenmeyer de 100 ml

4_Reactivos:

-Ácido nítrico comercial (HNO3, 60%)

-Hidróxido sódico, NaOH (P A)

-Disolución de HCl 0.05 M

5_Procedimiento:

A) Preparación de disoluciones a partir de los reactivos comerciales:

a) A partir de un reactivo comercial en estado sólido de riqueza 100%

Problema:

Calcule la cantidad de soluto (expresada en gramos), hidróxido sódico, necesaria para preparar 100 ml de disolución de concentración 2 M. Sabiendo que se dispone en el laboratorio del siguiente reactivo: lentejas de hidróxido sódico se considera de riqueza 100%) (reactivo sólido).

Procedimiento:

1_Se pesa la cantidad de soluto calculada en un vaso de precipitados en la balanza analítica de precisión. Se deberá realizar la adición o sustracción de sustancia con el vaso fuera del platillo de la balanza.

2_Se le añade una pequeña cantidad de agua destilada a dicho vaso y se agita hasta la completa disolución del soluto.

3_Se pasa la disolución a un matraz aforado de 100 ml.

4_Se añade con el vaso suficiente agua destilada hasta enrasar el matraz y finalmente se enrasa con ayuda de la pipeta.

Resolución teórica:

NaOH (23+16+1)gr/mol = 40 gr/mol; ¿Cuántos gramos hay en una disolución 2 M de la cual tomamos 100 ml?

Sabiendo la molaridad (2 M) y el volumen (100 ml = 0.1 L ),hallamos:

M = n / V------n = M x V = 2 mol/L x 0,1L = 0,2 moles de NaOH

Ahora que sabemos el número de moles (0,2 mol) podemos hallar los gramos de soluto (gramos de NaOH):

n = gr NaOH / peso molecular NaOH ; gr NaOH = 0,2 mol x 40gr/mol = 8 gr NaOH

b)A parir de un reactivo comercial en estado líquido de riqueza y densidad conocidas.

Problema:

Calcule la cantidad de soluto (expresada en volumen), ácido nítrico (trioxonitrato(V) de hidrógeno), necesaria para prepara 100 ml de disolución de concentración 2 m. Sabiendo que se dispone en el laboratorio de los siguientes reactivos: Ácido nítrico comercial del 60% de riqueza en masa y densidad 1,38 g/ml (reactivo líquido).

Procedimiento:

1_En un matraz aforado de 100 ml se echa agua destilada, con el frasco lavador, aproximadamente hasta la mitad.

2_En la campana de extracción, se mide con la probeta el volumen de reactivo necesario y se agrega muy lentamente sobre el agua contenida en el matraz (se lava la probeta con un poco de agua destilada arrastrando los restos de reactivo al matraz).

3_Se añade agua destilada, hasta casi enrasa el matraz aforado. Se completa el enrase de la disolución como en el caso anterior.

Resolución teórica:

Tenemos HNO3 del 60% y d = 1,38 g/ml en disolución 2 M y 100 ml, hallamos el volumen:

Conociendo la molaridad (2 M) y el volumen (100 ml), hallamos el número de moles del HNO3:

M = n / V; 2 mol/L = n / 0.1 L = 0,2 mol

Calculando el peso molecular del HNO3 (16 x 3 + 1+14) podemos conocer los gramos puros de HNO3:

n = g puros de HNO3 / Peso molecular; g puros = 0,2mol x (16x3+1+14) g/mol = 12,6 gr puros de HNO3.

Sabiendo que 100 g de HNO3 ----------- 60 g de HNO3 puros

x ----------- 12,6 g de HNO3 puros

x resulta 21g de HNO3

Si densidad (d) es unidad de masa (m) partido de volumen (V):

d = m / V----------V = m / d = 21 g HNO3 / (1,38g/ml x 1000ml/L ) = 0.015 L

B) Preparación de disoluciones por disolución de otras más concentradas.

a) Preparación de una disolución de NaOH a partir de otra más concentrada.

Problema:

Calcule qué volumen de disolución 2 M de NaOH se necesita para preparar 50ml de una disolución 0,4M de NaOH.

Procedimiento:

1_Una alícuota de la disolución de NaOH se pasa a un vaso de precipitados, de donde de toma mediante pipeta el volumen calculado en el problema y se lleva al matraz de 50ml.

2_Se enrasa el matraz con agua destilada.

Resolución teórica:

Tenemos que hallar el volumen de una disolución 2 M de NaOH si tenemos otra disolución NaOH 0,4M 50ml

Sabiendo que la molaridad (M) es igual al número de moles (n) entre el volumen (V), podemos hallar saber el número de moles de NaOH 0,4M y como el número de moles no varía, posteriormente hallaremos el volumen pedido de la disolución NaOH 2M. (Dato, peso molecular del NaOH = (23+16+1)g/mol)).

M = n / V----------n = 0,050L x 0,4 mol/L = 0,02 mol NaOH 0,4M

M = n/ V-----------V = 0,02mol / 2mol/L = 0,01 L de NaOH 2M

b) Preparación de una disolución de HNO3 a partir de otra más concentrada.

Problema:

Calcule qué volumen de disolución 2 M de HNO3 se necesita para preparar 50ml de una disolución 0,3M de HNO3.

Procedimiento:

1_Una alícuota de la disolución 2M de HNO3 se pasa a un vaso de precipitados, de donde se toma, mediante una pipeta, el volumen calculado e el problema y se lleva al matraz de 50ml.

2_Se enrasa el matraz con agua destilada.

Resolución teórica:

Calcularemos primero el número de moles (n) del HNO3 0,3M 50ml, posteriormente con esos moles hallaremos el volumen (V) del HNO3 2M.

M = n / V----------n = 0,3 mol/L x 0,050L = 0.015 mol HNO3 0,3M

M = N / V---------V = 0,015 mol HNO3 / 2 mol HNO3/L = 0,075 L

C) Predicción de la cantidad y concentración del nuevo soluto formado al mezclar dos disoluciones.

Problema:

Se mezclan 25 ml de la disolución 0,4M de NaOH y 25ml de la disolución 0,3M de HNO3.

-Escriba la reacción química que tiene lugar.

-Prediga si las dos especies químicas se consumen totalmente o si alguna actúa como reactivo limitante. En caso afirmativo especifique qué especie química actúa como reactivo limitante y cuál está en exceso.

Tenemos 25ml 0.4M de NaOH y 25ml 0.3M de HNO3 para saber la concentración y los gramos del NaNO3.

Sabiendo que M = n / V:

n = 0,4M x 0,0025L = 0,01 mol NaOH

n = 0,3M x 0,0025L = 0,0075 mol HNO3; resulta el reactivo limitante por limitar la reacción a 0,075 moles, quedando el NaOH en un exceso de: 0,01-0,0075 = 0,0025 moles de NaOH no intervienen en la reacción.

-Calcule la cantidad de NaNO3 que se forma y su concentración en la nueva disolución, expresada en molaridad y el g/L. (considere los volúmenes aditivos).

El peso molecular del NaNO3 resulta: 23+14+16x3 = 85 g/mol

Si pasamos los moles obtenidos en el primer apartado a gramos, obtenemos:

0,0075 mol NaNO3 x 85 g NaNO3/mol = 0,6375 g NaNO3

Para saber su concentración no tenemos más que dividir los moles entre el volumen:

[NaNO3] = 0,6375g / 0,05L = 12,75 g/L

Para expresar la concentración en molaridad solo tendremos que pasar los g/L a mol/L, de la siguiente manera:

M = 12,75g/L / 85 g/mol = 0,15 M

-Calcule la cantidad de reactivo que hay en exceso y exprese su concentración en molaridad.

La cantidad en exceso del reactivo NaOH son 0.0025mol (hallado con anterioridad) y su molaridad será:

M = n / V---------M = 0,0025 mol / 0,025 L = 0,1 M

Procedimiento:

1_Mediante una pipeta de miden 25 ml de la disolución 0,4M de NaOH y se llevan a un vaso de precipitados.

2_Mediante una pipeta se miden 25ml de la disolución 0,3M de HNO3 y se incorporan al mismo vaso de precipitados.

3_Se agita para favorecer la reacción química.

D) Determinación de la concentración de una especie química en disolución.

Determinación de la concentración de NaOH en la última disolución preparada por mezcla de los disoluciones (apartado C).

Procedimiento:

1_Se llena la bureta con la disolución de ácido clorhídrico de concentración 0,05 M

2_Se pipetean 15 ml de la disolución problema (la disolución obtenida en el apartado C) y se llevan a un matraz erlenmeyer de 100 ml. Se le añaden 5-10 gotas del indicador fenolftaleina. Tomando la disolución un color rosa.

3_Se comienza la valoración hasta cambio de color de la disolución de rosa a incolora.

4_Se anota el volumen consumido.

5_Se repite tres veces y se halla el valor medio.

Problema:

Conocido el volumen de disolución de HCl 0,05M consumido en la valoración, halle la concentración de NaOH en disolución, expresada en molaridad y compruebe si este valor coincide con el calculado teóricamente.

Resolución teórica:

Conociendo la molaridad, 0,05M y el volumen 20,6ml de HCl podemos hallar el número de moles(n):

M = n / V-------------n = 0,05 mol/L x 20,6. 10-3L = 1,03. 10 -3mol HCl

Partiendo de que la relación de los reactivos es 1:1 tendremos los mismos moles de HCl como de NaOH, tendremos 0,00103 mol de NaOH.

Según esto la molaridad de este será, (teniendo en cuenta que el volumen obtenido en el laboratorio es 0,10L):

M = n / V--------------M = 0.00103 mol / 0.010L = 0.103 M

TABLA

RENDIMIENTO DE UNA REACCIÓN QUÍMICA

1_Fundamento.

El rendimiento teórico de una reacción química es la máxima cantidad de producto que se puede obtener a partir de una cantidad determinada de reactivo. Sin embargo, en la práctica se producen pérdidas y el rendimiento real de una reacción química es la cantidad de producto que se obtiene, siendo inferior a la esperada teóricamente.

El rendimiento de una reacción química se expresa en porcentaje mediante la relación existente entre ambas cantidades:

% de rendimiento = (rendimiento real /rendimiento teórico) x 100

2_Material necesario.

3_Reactivos.

-cloruro de calcio 2-hidrato (CaCl2-2H2O)

-Carbonato de sodio 10-hidratado (Na2CO3-10H2O)

-Disolución de AgNO3 (concentración 4,1 g/L)

-Disolución de ácido clorhídrico, HCl, de concentración 0,2 M

4_Objetivos.

-Determinar experimentalmente el rendimiento real de una reacción química.

-Adquirir destreza en el manejo de las técnicas que permiten aislar un precipitado de su disolución de origen por medio de una filtración a vacío.

5_Problema.

Dada la siguiente reacción química:

Prediga cuál de las especies químicas actuará como reactivo limitante, si se parte de las siguientes cantidades: 4,0 gramos de CaCl2-2H2O y 10.0 gramos de Na2CO3-10H2O.

Calcule la cantidad teórica de CaCO3 que se espera obtener al provocar la reacción entre los 4,0 gramos de CaCl2-2H2O y los 10,0 gramos de Na2CO3-10H2O, y calcúlese el rendimiento teórico de la reacción.

6_Procedimiento.

-En un vaso de precipitados se pesan 4,0 0,2 gramos de cloruro de calcio CaCl2.2H2O, y se disuelven en agua (25-50 mililitros).

-En un segundo vaso de precipitados se pesan 10, 00,2 gramos de carbonato sódico, Na₂CO₃. 10H₂O , disolviéndose en la menor cantidad de agua posible (50-100 mililitros)

-Se calienta la disolución de cloruro de calcio hasta 50 oC y en ese momento se procede a mezclar ambas disoluciones.

-Se recortan dos hojas de papel de filtro para colocar en el embudo Büchner, se pesan dichos filtros y un vidrio de reloj etiquetado, obteniéndose un valor P.

-Se prepara el embudo Büchner y el kitasato y se filtra a vacío ya frío para separar el carbonato cálcico precipitado. Se lava repetidas veces el precipitado con agua destilada y se ensayan periódicamente muestras del líquido que gotea del embudo Büchner hasta que no se observe turbidez periódicamente muestras del líquido que gotea del embudo Büchner hasta que no se observe turbidez al añadir unas gotas de nitrato de plata.

-Se recoge el precipitado formado con los papeles de filtro y se deposita sobre el vidrio de reloj anteriormente utilizado. Todo el sistema precipitado, papeles de filtro y vidrio de reloj, se seca en la estufa a 100-110 oC durante una hora. Finalmente se pesa el citado sistema, al resultado obtenido se llama P`. Halle la cantidad de CaCO3 separado.

- A partir de la cantidad de CaCO3 obtenida experimentalmente calcule el rendimiento de la reacción química expresado en porcentaje.

7_Limpieza del material de vidrio.

El material de vidrio en contacto con el carbonato de calcio se limpia con disolución de HCl, según la reacción:

ya que el CaCl2 es soluble en H2O, y se enjuaga con agua del grifo. El resto del material de vidrio se lava como normalmente.

8_Resolución teórica.

Sabiendo que el peso molecular del CaCl2.2H2O = 147 g/mol y el peso molecular del Na2CO3.10H2O = 286 g/mol

Tenemos 4 gramos de CaCl2.2H2O por cada 100g de CaCO3,en 4g tendremos 2,72g de CaCO3

(4g CaCl2.2H2O x 100g CaCO3/ 147 g CaCl2.2H2O)

Resultando el CaCl2 el reactivo limitante quedando el Na2CO3 en exceso.

Los gramos teóricos son 2,72 y los reales 2,610(gramos secados en la estufa del laboratorio y recogidos posteriormente)

Así, obtendremos un rendimiento:

( 2,61g / 2,72g ) x 100 = 95,9%