Instituto
Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey
Campus Puebla
Práctica No. 11
Reactivo
limitante, rendimiento teórico y rendimiento real.
Responsable: Mtro.
Víctor Hugo Blanco Lozano
Equipo No. 8
Grupo 2
Integrantes del
equipo:
Stephania Díaz
Lorenzo A00397831
Ana Laura
Velázquez Gil A01325205
Omar Sánchez
Jiménez A01324800
Jorge Armando Luna Morales A01099726
Gabriela Rivera
Hernández A01325193
Objetivos
Los objetivos se centran específicamente en los cálculos
relacionados con los cálculos estequiométricos que involucran al reactivo
limitante.
·
Determinar
y comprobar la importancia del reactivo limitante en la reacción, por medio de
ecuaciones químicas correctamente balanceadas.
·
El
correcto uso del reactivo limitante en los cálculos necesarios para las
reacciones en el laboratorio.
·
Comprobando
la ley de la conservación de la materia, analizar la cantidad de compuesto
formado, en comparación con el esperado. Se usará los conceptos de rendimiento
real y rendimiento teórico respectivamente
Introducción
En la práctica anterior se abordó el tema de la ley de la
conservación de la materia tocando de manera relativamente superficial el concepto
de reactivo limitante. En esta práctica se profundizará un poco más acerca de
la importancia del reactivo limitante.
El concepto de reactivo limitante se presenta cuando en una
reacción, los reactivos no interactúan en proporción de 1:1 donde al acabar la
reacción ambos reactivos se consumen totalmente.
Cuando tenemos una molécula, ejemplo H2O observamos que está en proporción 2:1 esto
quiere decir que necesitamos dos átomos de hidrógeno por cada átomo de oxígeno.
Si en una reacción tuviéramos igual cantidad de átomos de hidrógeno y de
oxígeno, la reacción de síntesis se detendría al acabarse uno de los dos
reactivos en este caso el hidrógeno por la relación descrita anteriormente. El
hidrógeno en esta reacción es el reactivo limitante por que determina cuanta
cantidad de cierto compuesto se va a formar.
Consideraciones
teóricas
Reactivo
limitante, rendimiento teórico y rendimiento real.
Reactivo
limitante
Se conoce como
reactivo limitante a aquel reactivo que al terminarse, la reacción deja de
suceder y por lo tanto éste determina cuánto producto se obtendrá. La
proporción entre las cantidades de reactivos y productos pueden darse en moles,
milimoles o masas.
Rendimiento
real
Se conoce como
rendimiento real a la cantidad de sustancia que se obtiene de una reacción.
Rendimiento
teórico
El rendimiento
teórico es la cantidad de producto que se produce según lo indicado por los
reactivos.
Rendimiento
porcentual
El rendimiento
porcentual es la división del rendimiento real entre el teórico multiplicada
por 100.
Porcentaje
de pureza
Es el porcentaje de
compuesto puro en una muestra impura. En una ecuación previamente balanceada
los coeficientes indican cuántos átomos de cada elemento hay tanto en reactivos
como en productos, de aquí se obtiene la relación molar. Con uso de lo anterior
se emplea la estequiometria para que a partir de los moles de una sustancia
conocida se obtengan los de una desconocida.
Usualmente se piensa
que se utilizan cantidades exactas en las reacciones químicas, pero no es así, en ocasiones necesitamos
agregar un exceso de algunos reactivos para que reaccionen.
Reactivo
limitante
Se le conoce como
reactivo limitante a aquella sustancia que se ha consumido por completo en la
reacción y determina la cantidad de producto que se obtendrá.
Rendimiento
teórico
Es la cantidad de
producto que resulta si todo el reactivo limitante se consumió. El rendimiento
teórico siempre será mayor o igual al rendimiento real, debido a que: puede ser
que no todos los productos reaccionen, que no se llegue al producto deseado y
porque no se puede recuperar la muestra al 100%.
La cantidad que
relaciona el rendimiento real con el teórico se denomina rendimiento porcentual
o porcentaje de rendimiento y se calcula de la siguiente manera:
Desarrollo
EXPERIMENTO 1. Obtención de Metano
Cantidad
|
Material
|
Cantidad
|
Material
|
1
|
Soporte
universal
|
1
|
Tapon de hule
|
1
|
Probeta de 100ml
|
1
|
Recipiente de
plástico
|
1
|
Pinza para
sujetar
|
1
|
Vidrio de reloj
|
1
|
Manguera de hule
|
1
|
Mechero de
bunsen
|
1
|
Mortero con
pistilo
|
1
|
Espátula
|
1
|
Matraz kitasato
|
Sustancias
Acetato de Sodio
Hidróxido de Sodio (NaOH)
Oxido de Calcio (CaO)
Procedimiento
a) Llene el recipiente de plástico con agua
hasta las tres cuartas partes de su capacidad, aproximadamente.
b) Llene la probeta con agua hasta el ras o
inviértala para sumergirla en el agua del recipiente de plástico. Utilice una
pinza para apoyar la probeta y sujetarla al soporte universal.
c) Inserte el extremo de manguera de hule a
la probeta invertida.
d) Pulverizar en el mortero 1,5g de acetato
de sodio y 0.75g de NaOH y 0.75g de Oxido de Calcio e introducir los reactivos
al matraz o tubo de ensayo.
e) Tape el tubo de ensayo con el tapón de
hule con manguera
f) Caliente los reactivos suavemente hasta
que funda y empiece a efervecer
g) Mida y anote el volumen de gas que se
recolectó en la probeta.
Montaje y
ejecución del experimento
La reacción obtenida
del experimento fue la siguiente:
Para conocer el reactive
limitante, es necesario saber la proporción de moléculas de reactivos y
productos, en este caso sería 1:1 y por lo tanto se deben realizar las operaciones
para conocer la cantidad de producto obtenidos. Para ello se llevan a cabo los
siguientes cálculos:
Donde n: número de
moles, m: masa y PM: peso molecular.
Después de calcular
los moles de cada reactivo, se debe obtener los gramos de producto según su proporción:
Por lo que podemos
deducir que el reactivo limitante es el acetato de sodio y el reactivo en
exceso es el hidróxido de sodio.
Debido a errores en
el montaje del equipo, el volumen aparente es de 250 mL aproximadamente; sin
embargo, obteniendo una masa aprox. De 0.30 gr de metano y sabiendo que la
densidad es de 0.66 g/mol. El volumen de metano (CH4) obtenido es de
198 mL.
Experimento 2
Cantidad
|
Material
|
Cantidad
|
Material
|
1
|
Soporte
universal
|
2
|
Matraz aforado
de 50 ml
|
1
|
Buretas de25 ml
|
1
|
Vidrio de reloj
|
1
|
Pinzas para sujetar
|
1
|
Termo agitador
|
12
|
Tubos de ensaye
|
1
|
Espátula
|
1
|
Baño maría
|
1
|
Piceta
|
1
|
Embudo de vástago
corto
|
1
|
Matraz aforado
de 100 ml
|
Procedimiento
1. Instale la bureta de 25 ml. llénela con la
solución B. Las disoluciones se deben preparar con una concentración 1N cada
una, la solución A son 100 mL y de solución B son 50 mL
2. Llene la bureta con disolución B de
K2CrO4.
3. Prepare la disolución A de Pb(NO3)2.y
agréguela con ayuda de una pipeta hacia los tubos.
4. Enumere doce tubos de ensayo.
5. Agregue a cada tubo los volúmenes de
reactivo A indicados en la tabla 1.
6. Caliente los tubos en baño María hasta
alcanzar casi el punto de ebullición.
7. Agregue a cada
tubo los volúmenes de reactivo B indicados en la tabla 1.
Tubo
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
A ml
|
4.5
|
4.5
|
4.5
|
4.5
|
4.5
|
4.5
|
4.5
|
4.5
|
4.5
|
4.5
|
4.5
|
4.5
|
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
|
8. Caliente los tubos y su contenido durante
20 minutos en baño María.
9. Enumere y pese doce piezas de papel filtro
en la balanza analítica y registre la masa de cada papel seco.
10. Filtre en caliente el contenido de cada
tubo sobre el papel filtro correspondiente. Evite pérdidas de precipitado.
11. Lave el precipitado con agua destilada
caliente y ponga a secar los precipitados en la estufa a 50 oC.
12. Compruebe que los precipitados estén
secos con varias pesadas en diferentes tiempos.
13. Por diferencia de masas calcule la masa
de precipitado obtenido en cada tubo.
14. Registre la información obtenida en la
tabla 2.
15. Trace la
gráfica gramos de precipitado obtenidos (ordenadas) en función de los
mililitros de reactivo B agregados (abscisas).
Tabla 2
Tubo
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
A
|
4.5
|
4.5
|
4.5
|
4.5
|
4.5
|
4.5
|
4.5
|
4.5
|
4.5
|
4.5
|
4.5
|
4.5
|
B
|
0.3
|
0.9
|
1.5
|
2.1
|
2.7
|
3.3
|
3.9
|
4.5
|
5.1
|
5.7
|
6.3
|
6.9
|
G.P.
|
0.503
|
0.582
|
0.745
|
0.875
|
0.8964
|
0.918
|
1.055
|
1.107
|
1.108
|
1.107
|
1.107
|
1.101
|
1. ¿Qué
relación se observa entre el volumen de reactivo B agregado y la masa de
precipitado obtenida?
Entre más se aumentaba el volumen del
reactivo B la masa del precipitado iba aumentando.
2. ¿Qué
valor encuentra para la ordenada al origen?
0.5032
3. ¿Qué
significado tiene este valor?
Es el peso mínimo del
precipitado
4. ¿Se
justifica que este valor sea diferente de cero?
Sí, es el sobrante
del reactivo en mayor abundancia que ya
no pudo reaccionar con el reactivo limitante.
5. ¿En
qué punto de la gráfica se observa un cambio de pendiente?
Del 2 a 3.5 y del 4
al 5
6.
¿Estima usted que este cambio es significativo?
No mucho, porque
aunque no se mantiene un patrón, no se desvía mucho, hay que tener en cuenta también
que este cambio de pendiente se repite.
7. ¿Qué
relación se observa entre el volumen de reactivo B agregado y la masa de
precipitado obtenida en los tubos 8 a 12?
Es constante.
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
es ha llegado al límite.
Disolución A
Pb (NO3)2
Peso molecular
Pb = 207.19 x 1 = 207.19
N = 14.006 x 2 = 28.012
O =
15.999 x 6 = . 95.994 .
331.196
Disolución B
K2CrO4
Peso molecular
K = 39.102 x 2 = 78.204
Cr = 51.966 x 1 = 51.966
O = 15. 999 x 4 = . 63.996
.
194.64
Experimento 3
Cantidad
|
Material
|
Cantidad
|
Material
|
1
|
Soporte
universal
|
1
|
Agitador de
vidrio
|
2
|
Vaso de
precipitado de 100 ml
|
1
|
Vidrio de reloj
|
1
|
Pinza para
sujetar
|
1
|
Matraz
Erlenmeyer de 250 ml
|
1
|
Pipeta de 10 ml
|
1
|
Espátula
|
1
|
Pipeta de 5 ml
|
1
|
Papel filtro
|
1
|
Embudo de
vástago
|
1
|
Tubo de ensaye
|
Reactivos
- Cloruro de calcio dihidratado sólido
-
Carbonato de sodio anhidro sólido
- Solución de
nitrato de plata al 2% (0,1N)
Procedimiento:
Obtención del precipitado de carbonato de
calcio:
En un vaso de precipitados de 100ml limpio y
seco pese aproximadamente entre 1,0 a 1,5 gramos de carbonato de sodio (Na2CO3);
adicione 10ml de agua destilada y con el agitador de vidrio mezcle hasta
disolución completa.
Al pesar el carbonato de sodio, este nos dio una
masa de 1.5213g, debido a que el rango requerido podía oscilar entre 1 y 1,5 g.
Por lo tanto, esta cifra inicial fue con la que se trabajó a través de todo el
experimento y con la que se obtuvieron los datos y resolución de problemas
estequiométricos posteriores.
En otro vaso de precipitados de 100ml limpio
y seco agregue la cantidad de cloruro de calcio dihidratado (CaCl2.2H2O)
en la cantidad necesaria para que reaccione completamente con el carbonato de
sodio que pesó anteriormente, (recuerde incluir las aguas de hidratación en el
peso molecular usado); adicione 10ml de agua destilada y con el agitador de
vidrio mezcle hasta disolución completa. (Recuerde manejar con precaución los
reactivos)
1.5g (Na2CO3) 10 ml de agua
.? (C9
Cl12 2H2O) 10
ml de agua
Peso molecular
Na =22.99 X 2
C = 12.011
O 15.999 X 3
106.
0108 g/mol
C = 40.08
Cl =
35.453 x 2
H 1.00797 x 2
O = 32
146.986
g/mol
Adicione la solución de cloruro de calcio a
la solución de carbonato de sodio lentamente utilizando una varilla de vidrio;
enjuague el vaso con aproximadamente 3,0 a 5,0 ml de agua destilada y
adiciónelos al vaso donde está la mezcla de reacción. Deje en reposo por
aproximadamente 15 minutos.
Después de preparar la disolución con Na2CO3 y
adicionarle CaCl2.2H2O, ésta se tornó incolora con ciertos grumos provenientes
de la sustancia CaCl2.2H2O que se le acababa de agregar, los cuales
posteriormente serían llamados como “sobrenadantes”. Se dejó reposar la mezcla
15 minutos, aproximadamente desde las 13:16h hasta las 13:31h.
FILTRACIÓN:
Pese una hoja de papel de filtro No 597 y
dóblela cuidadosamente, colóquela en el embudo de vidrio humedeciendo con agua destilada
para que el papel se fije a las paredes. El embudo se coloca sobre el aro
metálico con nuez y su vástago se coloca hacia el interior de un erlenmeyer de
250ml.
Peso del papel filtro: 0.5471g
Transvase cuidadosamente el sobrenadante del
vaso de precipitados donde está la mezcla de reacción y finalmente el
precipitado formado. Lave el sólido que queda retenido en el papel de filtro
con abundante agua destilada hasta fin de cloruros, si algo del precipitado
pasa el papel de filtro, volver a filtrar cuidadosamente.
La determinación de cloruros se realiza
tomando en un tubo de ensayo algunas gotas de las aguas de lavado que han
pasado por el filtro y se recogen al final del vástago del embudo, y se le
adicionan dos gotas de la solución de nitrato de plata (AgNO3). Si en la
solución hay iones cloruros se produce un precipitado blanco de cloruro de
plata (AgCl).
Para la parte de determinación de cloruros, se
obtuvo una pequeña muestra del filtro recolectado en el matraz Erlenmeyer y al
adicionarle unas cuantas gotas de AgNO3, se pudo observar que se produjo un
precipitado de color blanco opaco, por lo que se infiere a través de la
información proporcionada por el profesor que en la solución se encontraban
iones de cloruros de plata. (AgCl)
Na2Co3 -à 1.5g
Ca Cl2 X 2H2O à .?
Na2 Co3 + Ca Cl2 X 2H2O = Ca CO3
+ 2Na Cl
SECADO:
Una vez terminado el lavado transfiera el
papel filtro cuidadosamente al vidrio de reloj previamente pesado y colóquelo
en la estufa a 105ºC hasta que esté completamente seco. El vidrio de reloj se
saca y se deja enfriar en un desecador y se pesa. Colocar nuevamente en la
estufa y volver a pesar hasta obtener un peso constante.(Tener cuidado en la
manipulación del papel de filtro, ya que el sólido obtenido es muy liviano). Diseñe
la tabla de datos.
Cálculo correspondiente acerca de cuanto carbonato
de calcio se obtuvo experimentalmente y porcentaje de rendimiento de la
reacción.
Ya que se terminó el lavado, se pesó en papel antes
de continuar con el paso posterior a la practica y la masa de la sustancia fue
de: 2.6968g. Una vez que se transfirió el papel filtro a una estufa para
continuar con el secado del mismo, y hasta que éste estuvo a un nivel
considerado de sequedad, se volvió a pesar, y ahora el peso marcaba: 1.88g.
Finalmente, hasta que el papel quedó casi quemado, se pesó por última vez la
sustancia, y esta dio una masa final de: 1.74g.
1.74/1.56 x 100 = 111.53 %
Exprese claramente como determinó el peso de
cloruro de calcio dihidratado que utilizó en la reacción y cuanto carbonato de
calcio debía obtener teóricamente.
Realice el cálculo correspondiente para saber
cuanto carbonato de calcio se obtuvo experimentalmente y determine el
porcentaje de rendimiento de la reacción.
Analice las observaciones y resultados obtenidos.
Revise de nuevo
los objetivos de la práctica, evalúe si se cumplieron total o parcialmente, y
redacte unas conclusiones en donde exprese en forma explícita lo aprendido en
esta práctica
Cuestionario
1. Dada la
siguiente reacción:
MgBr2(aq)
+ 2AgNO3 à 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?
b)
¿Cuántos gramos de reactivo en exceso 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
?
b) Si se obtienen 12.6g de
Cu(NH3)4SO4 ¿Cuál es el rendimiento
porcentual?
3. Dada la
siguiente reacción:
2Na +I2
à 2NaI
Si se tienen 10g
de Na. Calcule la cantidad de I2 necesaria para producir 65.2g de
forma que la reacción sea total.
4.- Para producir
NaCl, se colocan 20 grs de HCl y 80 de Na(OH). ¿Cual es el reactivo limitante?
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?
2NH3 + CO2 à (NH2)2
CO + H2O
6.- En la reaccion
de formacion de agua ,se hacen reacciones 2 gramos de hidrogeno con 2 gramos de
oxigeno ¿Cuánta agua se formara?
2H2 +
O2 à 2H2O
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?
2H2S
+ SO2 à 2H2O
+ 3S
H2S=
34
SO2=
64
S= 32
(8.2/9.6) *100 = 85.4%
Referencias
A Short Review . (n.d.). SlideFinder.
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Estequiometría.
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Reactivo
Limitante. (n.d.) Prepa Fácil. Retrieved February 26, 2013, from
http://www.prepafacil.com/cobach/Main/ReactivoLimitante
Estequiometría.
(n.d.) Escuela de Ingenierías
Industriales. Retrieved February
26, 2013, from
http://www.eis.uva.es/~qgintro/esteq/esteq.html
Conclusión
El desarrollo de la práctica comprobó lo descrito en las
consideraciones teóricas. Se realizaron experimentos con substancias esperando
la formación de compuestos en los 3 diferentes estados de agregación de la
materia (Sólido, líquido y gas) y a pesar de que el entorno afectó en los
resultados de cada práctica, se demuestra en todo momento la ley de la
conservación de la materia. Todos los datos obtenidos tomaron en cuenta al
reactivo limitante
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