PRACTICA Nº 3“DENSIDAD DE UN GAS”

OBJETIVOS: 1.- producir dióxido de carbono (CO2) por la reacción del bicarbonato de sodio con acido clorhídrico.2.- determinar la densidad del dióxido de carbono en las condiciones que se desarrolla el experimento.

RESUMENLa densidad (ρ) de un gas es una propiedad intensiva que se define como la masa por unidad de volumen y puede expresarse en kg/m3, g/cm3, g/L. Ρρ= masa/ volumen = m/ v

Para los gases o vapores que se comportan idealmente, su densidad se puede calcular a partir de la ecuación de gas ideal:pV= nRT si n= (m/PM) entonces pV= mRT/PM, arreglando términos m/V= p(PM)/RT o ρ= p(PM)/RT

Donde ρ= densidad del gas en g/L p= presion del gas en Pa PM= peso molecular del gas en g/mol R= constante universal = 0.082 atm*L/ mol*K T= temperatura del gas en unidades Kelvin

La densidad del gas esta en proporción directa a su presión y en proporción inversa a su temperatura.

Tabla Nº 1 Densidad (ρ) de algunos gases a CNPT

Gas 1 mol= PM en gramos

Volumen en litros

Ρ= m/ V en g/ L

H2 2 22.4 0.089NH2 17 22.4 0.759O2 32 22.4 1.428CO2 44 22.4 1.964

La ley de Dalton se ve aplicada en este experimento porque se establece el hecho de que la presión total en una mezcla de gases es igual ala suma de las presiones parciales.

Cunado un gas se recibe al pasar por agua, se considera que esta húmedo y es necesario conocer la presión de vapor que ejerce al agua en estas condiciones. Observar la siguiente tabla.

Tabla Nº 2 Presión de vapor de agua a diferentes temperaturas.

T en ºC 17 18 19 20 21 22 23 24 25P en mmHg

14.53 15.48 16.48 17.53 18.65 19.83 21.07 22.38 23.76

MATERIAL Y EQUIPO

1 vidrio reloj1 soporte de hierro con anillo y tela de asbesto1 pinza de tres dedos1 espátula chica1 balanza electrónica con precisión de 0.01 g1 bureta de gases de 100 mL1 matraz de dos bocas con dos tapones de hule y tubería de látex1 vaso de precipitados de 2 L1 probeta corta (60 mL) o frasco gotero de 20 mL1 termómetro (-10 a 100 ºC)1 vaso de precipitados de 250 mL (por grupo)1 varilla de vidrio como agitador (por grupo)

REACTIVOSAcido clorhídrico 1 M (en frasco gotero)Tableta efervescente (que contengan bicarbonato de sodio)Agua de la llaveDisolución de hidróxido de sodio 1 MIndicador de fenolftaleina o papel pH

DESARROLLO EXPERIMENTAL

1.- Llene al vaso de precipitados con agua de la llave, poco antes del borde.2.- Introduzca la bureta para gases de tal manera que se llene con 70-72 mL de agua. Anote ese dato.3.- Prepare el matraz de dos bocas soportado sobre un anillo y tela de asbesto, sujeto al soporte con la pinza de tres dedos.4.- Conecte la bureta al matraz con tapón y tubería látex. Nota: no coloque el segundo tapón al matraz.

5.- Prepare 20 mL de acido clorhídrico (HCl) 1 M en un probeta corta o en un frasco gotero y adiciónelo al matraz de dos bocas.6.- Pese sobre el vidrio reloj, un trozo pequeño de tableta efervescente de 0.20 a 0.24 g.7.- Agregue el trozo de tableta al matraz y tape de inmediato con el tapón de hule.8.- Mantenga la bureta para gases en posición vertical, de tal manera que el nivel de agua en su interior coincida con el nivel del agua en el vaso exterior, evitando así el factor por presión hidrostática.9.- Una vez terminada la reacción, lea el volumen ocupado por el gas y determine el volumen debido únicamente al desplazamiento por efecto de la reacción. Anote ese dato.10.- Registre la temperatura en el agua.11.- Repita dos veces más todo el procedimiento experimental con objeto de seleccionar el mejor de los resultados.Nota: no cambie el acido del matraz, ya que este reactivo esta en exceso y sirve para efectuar la reacción con otros dos trozos de pastilla efervescente.12.- Anote sus observaciones y registre algunas imágenes antes de desmontar el equipo.13.- Desmonte el equipo cuidadosamente.14.- Colecte los residuos de acido en un matraz de 250 mL por grupo.15.- Antes de desecharlo, se neutraliza con hidróxido de sodio, agregando y agitando lentamente en presencia de unas gotas de indicador.16.- El agua del vaso de 2 L puede emplearse para efectos del lavado del material.

DATOS EXPERIMENTALESMasa del trozo de tableta efervescente……………… 0.22 g Volumen total del gas en la bureta…………………… 45 mLPresión total del sistema……………………………….. 585 mmHgTemperatura…………………………………………….. 21 ºC

SECUENCIA DE CALCULOS

1.- Masa de bicarbonato de sodio que reacciona.Verifique la composición de la tableta y calcule el porcentaje en peso correspondiente al bicarbonato de sodio. Es necesario pesar la tableta entera.

Masa total de la tableta es de 3.3 g (Ácido Acetilsalicílico 0.324g, Bicarbonato de sodio 1.976g, Ácido Cítrico 1.000g)Ahora debemos conocer el porcentaje de NaHCO2 que contiene la tableta con una regla de tres nos queda: Cantidad de NaHCO2 =1.976 g% de NaHCO2 = (1.976 g/ 3.3 g)* 100= 59.87 %

Ya conociendo el porcentaje de NaHCO2 en la tableta podemos conocer la masa (NaHCO2) contenida en nuestro trozo de pastilla que reacciono con el acido clorhídrico. Tenemos que:Masa del trozo= 0.22 g= 220 mg Multiplicamos la masa del trozo por el porcentaje de NaHCO2

contenido en la pastilla:

0.22 g x 0.5987= 0.1317 g NaHCO2

2.- Masa de dióxido de carbono producido.De acuerdo con la reacción, se sabe que 1 mol de NaHCO2 produce 1 mol de CO2 entonces: NaHCO2----------------CO2

Masa o peso molecular 84 44En el experimento 0.1317 g ¿? Solo hacemos una regla de tres para conocer la masa de CO2

multiplicando la masa de NaHCO2 por el peso molecular de CO2 y después lo dividimos entre el peso molecular del NaHCO2: (0.1317 g)*(44 g/mol)/ (84 g/mol) = 0.068 g Masa de CO2 = 0.068 g

3.- Presión parcial de CO2

Presión total= presión de CO2 + presión del vapor de agua585 mmHg= pCO2 + p vapor de H2O a la temperatura del experimentoLea el dato de presión de vapor de agua en la tabla Nº 2 y calcule la presión del CO2.

585 mmHg= pCO2 + p vapor de H2O a la temperatura del experimento. Despejamos la pCO2 y nos queda: pCO2 = 585 mmHg – p vapor de agua del experimento

Sustituyendo valores nos queda:pCO2 = (585 mmHg) – (18.65 mmHg)= 566.65 mmHgpCO2 = 0.75 atm

4.- Fracción mol de CO2

Con base en el dato de presión parcial, puede calcularse la fracción presión del CO2 que es igual a la fracción mol y a la fracción volumen.Xn= (pCO2)/ (p total) Xn= 0.96 Sustituyendo valores nos queda:Xn= (566.65 mmHg)/ (585 mmHg)= 0.96

5.- Volumen de CO2

V CO2 = (Xn)(Vtotal) V CO2 = (0.96)*(45 mL)= 43.2 mL= 0.0432 L

6.- Densidad del CO2

a) por la relación directa de ρ= m/ V

Para la relación directa de m/ V, utilizamos la masa del CO2 que obtuvimos en el inciso 2) y el volumen total (Vtotal) es el valor que obtuvimos anteriormente en el punto 5) y debe estar en unidades de “L”; sustituyendo valores nos queda:ρ= m/ V ρ= (0.068 g)/ (0.0432 L)= 1.574 g/ L

b) por la relación indirecta de ρ= p(PM)/ RT ρ CO2 = g/L

Para obtener la densidad por esta relación solo debemos sustituir los valores que nos pide la formula, puesto que todos los conocemos y solo son valores del CO2 y deben de estar en las unidades correspondientes. Sustituyendo en la formula nos queda: p CO2 = 566.35 mmHg= 0.75 atm PM= 44 g/mol T= 21 ºC + 273.15= 294.15 K

ρ= p(PM)/ RTρ= (0.75 atm)*(44 g/mol)/ (0.082 atm*L/ mol*K)*(294.15 K)=ρ= 1.366 g/ L

CUESTIONARIO1.- exprese los resultados experimentales de la densidad del CO2 en kg/ m3 (S.I.) Kg= 1000 g m3 = 1000 L

Convirtiendo los valores nos queda:

A) ρCO2= 1.574 g/ L x 1 kg/ 1000 g= 1.5774x10-3 kg/ L ρCO2= 1.5774x10-3 kg/ L x 1000 L / 1 m3 = 1.574 kg/ m3

B) ρCO2= 1.366 g/ L x 1 kg/ 1000 g= 1.336x10-3 kg/ L ρCO2= 1.336x10-3 kg/ L x 1000 L / 1 m3 = 1.366 kg/ m3

2.- transforme estos valores a CNPT.

Para poder transformar la densidad experimental que obtuvimos podemos emplear la siguiente formula:a) ρ1/ ρ2= p1*T2/ p2*T1 solo debemos despejar ρ1 y nos queda asi: ρ1= ρ2 (p1*T2 )/ p2*T1 sustituimos valores y nos queda

nota: las letras que tienen subíndice 1 son los datos de CNPT, y la letras que contiene el subíndice 2 son nuestros datos experimentales.ρ1= (1.574 g/ L)*(1 atm)*(294.15 K)/ (0.75 atm)*(273.15 K)ρ1= 2.25 g/ L y haciendo análogamente este procedimiento con el segundo valor experimental nos queda:ρ1= (1.336 g/ L)*(1 atm)*(294.15 K)/ (0.75 atm)*(273.15 K)ρ1= 1.95 g/ L 3.- compare el dato teórico reportado en la tabla Nº 1 y exprese un comentario.Dato teórico ρCO2= 1.964 g/ LDatos experimentalesa) relación directa ρCO2= 1.574 g/ Lb) relación indirecta ρCO2= 1.336 g/ LConsidero que no son iguales cualquiera de los dos valores obtenidos en el experimento pero cabe mencionar que el valor teórico esta tomado en CNPT y en el experimento que realizamos no fue así. También no hay que olvidar que cuando se experimenta influyen muchos errores; error sistemático, error aleatorio, etc. por eso considero que nuestros valores obtenidos están dentro de un buen rango de aceptación con todo lo mencionado anteriormente.

4.- ¿Qué aplicaciones industriales tiene el conocer el dato de la densidad de un gas o de un vapor?

5.-¿Que aplicaciones industriales tiene el CO2 ?

El CO2 se utiliza en bebidas carbonatadas para darles efervescencia. Se utiliza como agente extintor eliminando el oxigenopara el fuego. También en refrigeración como líquido refrigerante en máquinas frigoríficas como hielo seco.El Bióxido de Carbono está ampliamente difundido en la soldadura MAG de metales ferrosos. Mediante el uso de este gas, se obtienen altas velocidades de soldadura, buena penetración y buenas propiedades mecánicas de la soldadura. El Bióxido de Carbono no es un gas inerte, bajo las condiciones de temperatura del arco se descompone en Monóxido de Carbono y Oxígeno, el cual se utiliza para calentar el metal base, pero obliga al uso de soldadura con desoxidante.

CONCLUSIONES

En general me agrado el experimento fue divertido observar como el CO2 desplazaba al agua dentro de la bureta, fue algo muy ilustrativo.Pero considero que esto nos puede ayudar ya que en la industria no se tal vez se nos presente alguna situación en la que debamos conocer la densidad de algún elemento y no tengamos los instrumentos necesarios para poder hacerlo de una forma convencional; por eso me fascino esta practica puesto que puedes conocer algunos datos que necesites si la necesidad de meter las manos o de utilizar instrumentos para hacerlo.

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE CIENCIAS

SOCIALES Y ADMINISTRATIVAS

QUIMICA APLICADA

“DENSIDAD DE UN GAS”

PRACTICA Nº 3

EQUIPO Nº 1

LOPEZ OROZCO SANTIAGO DE JESUS

1IV20

PROFESOR: J. MANUEL JUAREZ CALDERON

ELABORACION: 05/09/12ENTREGA: 19/09/12