LABORATIO DE QUIMICA GENERAL

-EXPERIMENTO #7: GASES – LEY DE BOYLE

-PROFESOR: ZARATE SARAPURA, EDGAR

-GRUPO HORARIO: 90 G-ALUMNOS CODIGOS

-FECHA DEL EXPERIMENTO: 29/11/2012-SEMESTRE ACADEMICO: 2012B

I. OBJETIVOS:

OBJETIVOS GENERALES:Hacer conocer las propiedades físicas y químicas de un gas propiedades y relaciones de volumen, presión y temperarura.

OBJETIVOS ESPECIFICOS: Llegar a conocer las leyes de Boyle, Charles ,la escala kelvin el cero absoluto los tipos de presión.

II. DATOS EXPERIMENTALES:-Se prepara el equipo de trabajo:.

-Datos obtenidos:

Mediciones Valores iniciales del experimentoVolumen muerto de bureta 4mlVolumen inicial del gas 25mlTemperatura del agua 200CPresion del gas humedo 23,7Presion del gas seco 6,2Volumen del gas seco 5,49Producto pv del gas seco 34,03

-Tratamientos de datos:

-Presión del gas seco:

P(gas seco) = Ptotal – Pvapor de agua P=23,7-17.5P=6,2 torr

-Volumen del gas seco:

Vgas seco=Vgas húmedo x Pgas seco / Pgas húmedo

Vgas seco=21ml x 6,2/23,7Vgas seco=5,49ml

-Producto PV del gas seco

(PV)gas seco = Pgas seco x Vgas seco

(PV)gas seco =(6,2)x(5,49)(PV)gas seco=34.03

CONCLUSIONES:Hemos notado que se cumplen las leyes de boyle planteadas para el estudio de este experimento que nos sirvió para calcular la diferentes presiones y volúmenes que se requerían en el laboratorio.

CUESTIONARIO:

1) ¿La presión de de un gas en el interior de una vasija es de 200torr, calcular la presión en :a)dinas/cm2 b)libras/pulg2 c)atmosferas

A) 1 milímetro de mercurio=torr (mm Hg) = 1,333 x 103 dinas/cm2 (din/cm2)

1torr=1,333x103 dinas/cm2

200 torr=200x1.333x103 dinas/cm2

200torr=2,666x105dinas/cm2

B) 1 milímetro de mercurio=torr (mm Hg) = 1,934 x 10-2 libra/pulgada2 (lb/in2)

1torr=1,934x10-2 libra/pulg2

200torr=200x1,934x10-2 libra/pulg2

200torr=3,868 libra/pulg2

C) 1 milímetro de mercurio=torr (mm Hg) = 1,316 x 10-3 atmósfera (atm)

1torr=1,316x10-3 atm200torr=200x1,316-3 atm200torr=2,632x10-1 atm

2) ¿La expression PV=K (T:cte) es verdadera mientras la tempreratura permanescan contantes?VERDADERO

Por la ecuación general de los gases ideales se tiene:

PV=RTn

Donde:

P: presión

V: volumen

R: contante de proporcionalidad

n: numero de moles

T: temperatura

Tenemos un gas de presión(P) y volumen(V)Como la masa permanece contante entonces el numero de moles también permanece constante.

PV=RTn…….(1)

Si hacemos variar su volumen(V2) y su presión(P2) manteniendo la temperatura y masa constante

P1V1=RTn……(2)

Dividiendo (1) entre (2)

PVP 1 V 1

= RTnRTn

PVP 1V 1

=1

PV =P 1 P 2

Si seguimos variando la perison(P3) y el volumen(V3) manteniendo constante la temperatura y la masa se llega a obtener:

PV=P 3V 3

Por lo tanto se llega a la conclusión de que :

PV=P2V2=P3V3=……=PnVn=K

Cuando la masa y la temperatura se mantienen constantes.

3) ¿El producto PV depende únicamente de la temperatura del gas?FALSO

Por la ecuación de los gases ideales se tiene:PV=RTnComo “R” es una constante el producto PV depende de la temperatura “T” y del numero de moles del gas “n”si es que la masa no se mantiene constante pues si la masa es contante el numero de moles también los es y el producto PV dependería únicamente de la temperatura.

4) ¿Calcular, en atm y dinas/cm2, la presión ejercida por una columna de Hg de 60cm de altura a 50oC (densidad del Hg es 13,4g/ml?Por la ecuación P.M=TRDDonde:P=presión=P M= masa molar =200.59D=densidad=13,4

T=temperatura=50 + 273 =323KR=0,082Reemplazando en la ecuación:(P)(200.59g/mol)=(323K)(0,082L.atm/K.mol)(13,4g/ml))x1000ml/1LP=1716,5atm

1 atmósfera (atm) = 1,013 x 106 dina/centímetro2 (din/cm2)

1716.5atm=1,013x106x1716.5=1738.8 dina/cm2

5) La densidad de un gas a condiciones es 1,74 g/ml; Calcular el peso molecular.

Se tiene la ecuación de los gase:PM=TRDDonde:

P: presiónM=peso molecularT:temperatura

R:constante de proporcionalidad

D:densidad

A condiciones normales:P=1atmR=0,0082L.atm/K.molT=273K

Reemplazando en la ecuación:

1 atm x M=273 K x0,082 L . atmK .mol

x1,74 gml

x 1000 ml1 L

M=38951.3 gmol

6) Una vasija de 10 litros a 20oC contiene una mezcla gesosa de CO2 y N2 . La presión total es 1500 torr; en la mezcla, el N2 esta en 25% en peso.Calcular :a) El numero total de moles del gas

SOL:

a) Volumen total=10LTemperatura = 20oC+273=293KPresión total=1500torr=1500x1,316x10-3atm=1974x10-3atm

R=0,082 L . atmK . mol

n=número de moles totales Reemplazando en la ecuación de los gases ideales:

P.V=R.Tn

(1974x10-3atm)(10L)=(0.082 L . atmK .mol )(293)(n)

n=1,21mol

7) Se descompone 3,0g de KClO3 en KCl y O2 . ¿Que volumen de oxigeno medido a 25oC y 700 torr se producen en esta descomposición?Realizando la reacción química: KClO3 KCl + O2

Balanceando la ecuación:2KClO3 2KCl + 3O2

Hallando el numero de moles(n) de KClO3:

Donde : m=masa y M=masa molarM=2()+2()+3(16)=

8) ¿Las leyes de Boyle y de Charles se cumplen para los gases a altas presiones y bajas temperaturas?. Explique

LEY DE BOYLE Al aumentar el volumen de un gas, las moléculas que lo componen se separarán entre sí y de las paredes del recipiente que lo contiene. Al estar más lejos, chocarán menos veces y, por lo tanto, ejercerán una presión menor. Es decir, la presión disminuirá. Por el contrario, si disminuye el volumen de un gas

las moléculas se acercarán y chocarán más veces con el recipiente, por lo que la presión será mayor. La presión aumentará.Matemáticamente, el producto la presión de un gas por el volumen que ocupa es constante. Si llamamos V0 y P0 al volumen y presión del gas antes de ser modificados y V1 y P1 a los valores modificados, ha de cumplirse: P0 x V0 = P1 x V1

DATO: Edme Mariotte completó la ley: Cuando no cambia la temperatura de un gas,el producto de su presión por el volumen que ocupa, es constante. El volumen y la presión iniciales y finales deben expresarse en las mismas unidades, de forma habitual el volumen en litros y la presión en atmósferas.

LEY DE CHARLES Y GAY-LUSSAC.Al aumentar la temperatura de un gas, sus moléculas se moverán másrápidas y no sólo chocarán más veces, sino que esos choques serán másfuertes. Si el volumen no cambia, la presión aumentará. Si la temperaturadisminuye las moléculas se moverán más lentas, los choques serán menosnumerosos y menos fuertes por lo que la presión será más pequeña.Numéricamente, Gay-Lussac y Charles, determinaron que el cociente entre la presión de un gas y su temperatura, en la escala Kelvin, permanececonstante.

PT

=P 'T '

ESTAS LEYES SON APLICABLES A LOS GASES IDEALES PERO ES IMPORTANTE SEÑALAR QUE LOS GASES REALES SE PUEDEN CONSIDERARSE IDEALES A ALTAS PRESIONES Y BAJAS TEMPERATURA.

-Si la pregunta fuera referente alos gase ideales estas leyes siempre se cumplen.-Si la pregunta fuera referente a las gases en general sean reales o ideales el enunciado seria correcto.

9) Dos bulbos de muestra de gases de igual tamaña se mantienen a la misma temperatura.En uno se introduce CO2 y en el otro una masa igual de C3H6 a) ¿Que bulbo contiene mayor numero de moléculas?b) ¿En que bulbo es mayor la presión?

c) ¿En que bulbo las moléculas se mueven con mayor rapidez?

SOL:a) Se tiene la siguiente relación # de moléculas=n x N.A.DONDE:n=numero de molesN.A.=numero de abogadro=6,022x1023

# de moléculas = mM x6,022x1023

Para el CO2

#moleculas= m44 x6,022x1023

Para el C3H6

#moleculas= m42x6,022x1023

-Por lo tanto el bulbo con C3H6 tiene mas moléculas que el bulbo con CO2

.b) Por la ecuación de los gases ideales:

P .V =R .T . nPara el CO2

P .V =R .T . mM

P .V =R .T . m44

Para el C3H6

P ' .V =R .T . mM

P' .V=R . T . m42

Dividiendo las dos ecuaciones se obiene:44. P=42. P 'P'=1.04 . P

-Por lo tanto la presión el bulbo con C3H6 es mayor al de CO2

-Este resultado se podía deducir del enunciado”a” pues como el bulbo con C3H6 tiene mas moléculas que el de CO2 su presión es mayor .

c) Los dos gases tienen la misma masa pero distinto es el numero de moles como V, Y T son constantes se tiene que P(presión) es directamente proporcional a los moles, Como el bulbo con C3H6 tiene mayor numero de moles entonces las moleculas se moveran con mayor velocidad por la teoría CINETICO MOLECULAR donde haya mayor presión mayor es la velocidad.

10) Enunciar la ley de Charles. Según esta ley, ¿a que temperatura el volumen de los gases es cero?

LEY DE CHARLES:Charles fue el primero en estudiar los gases a presión constante haciendo varia la temperatura , observo que cuando aumentaba la temperatura del gas su volumen también aumentaba y cuando desminuia la temperatura su volumen tabien disminuía

Lo que Charles descubrió es que a presión constante, el cociente entre

el volumen y la temperatura de una cantidad fija de gas, es igual a una

constante.

Matemáticamente podemos expresarlo así:

Esto se aprecia mejor en la grafica presión(P) Vs volumen(V)

V / T = K

Se cumplirá: V1 / T1 = V2 / T2

Ahora realizaremos la grafica volumen volumen (V) Vs temperatura (T)

La proyección de la recta, dará una intersección en -273.15 ºC,

temperatura a la cual el gas teóricamente tendrá un volumen de cero ,

lo cual sólo se cumple para el gas ideal, puesto que los gases reales se

licuarán y solidificarán a temperaturas suficientemente bajas.

11) Diferencias entre un gas real y un gas ideal.

GAS REAL GAS IDEAL

Si interesa el volumen de las El volumen de las moléculas es

moléculas despreciable frente al volumen total

Si interesa las interacciones entre

las moléculas del gas

Las interacciones entre moléculas de

gas son despreciables

Esta desviaciones de la Fig 1 aparecen producto de la diferencia de volumen, por lo quedefiniremos el factor de compresibilidad (Z), que corresponde a una medida de la “no-idealidad” en el comportamiento de un gas:Z = PV/RTZ = Vreal / Vreal

Fig 1

Para un Gas Ideal, el factor de compresibilidad es unitario, mientras que para Gases Reales es mayor o menor que 1. Ejemplos para el H2O, CO2 y O2 gaseosos:

12) Definir: a) presión manométrica: Es la presión relativa que ejerce un fluido

(líquido o gas), su valor depende de la presion externa. La presión manométrica puede tener un valor mayor o menor que la presion atmosferica

La presión manométrica (Pman) la podemos expresar de dos formas, según la unidad de presión que se desee:

b) Pman = ϒ(Hg) x Ldonde Y(Hg) es el peso especifico del mercurio.También:

c) Pman =  L cmHg

b) manómetro: El manómetro es un instrumento utilizado para la medición de la presión en los fluidos, generalmente determinando la diferencia de la presión entre el fluido y la presión local.Un manómetro que mide presiones inferiores a la atmosférica se llama manómetro de vacío o vacuómetro.El manómetro es un tubo de vidrio doblado en  forma de “U” o forma de “J” con dos ramas, conteniendo cierta cantidad de mercurio y que posee un codo en una de las ramas para conectar al fluido que se le quiere medir la presión. La diferencia de niveles del mercurio es lo que corresponde a la presión manométrica.

c) presión absoluta; Absoluto, es un adjetivo que nombra a aquello que es ilimitado, independiente, completo o total. Lo absoluto es incondicionado (existe por sí mismo, sin necesidad de una relación).Se conoce como presión absoluta a la presión real que se ejerce sobre un punto dado. El concepto está vinculado a la presión atmosférica y la presión manométrica.Estos dos conceptos nos permiten retomar la idea de presión absoluta, que se calcula en una determinada superficie a partir de la sumatoria de la presión atmosférica y la presión manométrica. Si nos referimos a una botella de Coca Cola, la presión absoluta a la que está sometida su botella es la igual a la suma de la presión atmosférica (externa al envase) y la presión manométrica (interna, por la acción de las moléculas del gas de la bebida).

Y se llega a la siguiente relación :Pabs = Pman +Patm

d) cero absoluto: Del problema (10) por la ley de charles y Gay Lusasc definiremos el cero absoluto.Haciendo la grafica de presión(P) Vs temperatura (T) de un gas:

Las presiones aumentan desde P1 hasta P4. Todos los gases al final se condensan(se vuelven liquidos) si se enfrían a temperaturas lo suficientemente bajas ; las partes solidas de las lines representan la región de temperatura por arriba del punto de condensación . Cuando estas líneas se extrapolen o se extienden (las partes punteadas) todas coinciden en el punto que representa el volumen cero a una temperatura de -273.150C

En 1848, Lord Kelvin comprendió el significado de dicho fenómeno. Identifico la temperatura -273.150C como el cero absoluto , teóricamente la temperatura mas baja posible. Tomando el cero absoluto com punto de partida estableció la escala de temperatura absoluta conocida ahora como escala de temperatura Kelvin.

e) volumen molar.El volumen molar de un gas es el volumen que ocupa una mol de gas en condiciones normales de temperatura y presión, la cual s igual a 22,4 litros.Calculando dicho valor:A condiciones normales:P=1atmT=273Kn=numero de moles =1molV=? Por la ecuacon de lops gases ideales:

P .V =R .T . n

(1 atm ) .V =(0,082 L . atmK .mol ) . (273 K ) .(1 mol)

P=22.398 L=22.4 L .tambien se puede calcular con la relación:

D= MV

V= MD

Siendo:D= densidadV= volumenM= masa Considerando cualquier gas en este ejemplo tomeremos el H2

D=0.089 gl

M=1mol=2gV=?Reemplazando en la ecuación:

V= 2 g

0.089 gL

V=22.47 L

13) Se tiene un frasco abierto con gas de cierto volumen a la temperatura ambiente y presión atmosférica. ¿Calcular a que temperatura se debe calentar para expulsar la cuarta parte del gas incial?

INICIOPresión=PVolumen =VTemperatura=T# de moles=n

P.V=R.T.n

FINALPresión=PVolumen=VTemperatura=T2

# de mole=(3/4)n

P.V=R.T2.(3/4)n

Dividiendo las el incio y el final se obtiene:

T2=(4/3)T ……..(1)Como al inicio esta a temperatura ambiente=25oC=25+273=298K

Reemplazando en (1) se tiene:T2=(4/3)x289kT2=385.33k

Por lo tanto el gas se tendrá que calentar desde los 298K hasta los 385.33K

14) Determinar el valor de R en :a) Calorías x mol-1 x grado -1

Se tiene la ecuación de los gases ideales :

P .V =R .T .n

Despejando el valor de R:

R=P .VT .n

R=8,314472 J/molK

a) Joule x mol-1 x grado -1

R=8,314472 J/molK x (1caloria/4,184 joule)R=1.98 calorias/molK

bueno para hallar presiones parciales nos basamos en la ley de dalton, la cual establece que la presion total de una muestra de gases es = a la suma de las presiones que cada gas ejerceria si estuviera solo.entonces teniendo la presion total (Pt) podremos hallar la presion de un gas "a" con la sgt formula:Pa =XaPtdonde Xa es la fraccion molar del gas a, entonces recordemos la formula de fraccion molarX = moles a/ moles totales

entonces en conclusion para hallar la presion parcial debes conocer la presion total y la fraccion molar del gas (ó moles del gas y moles totales).