Instituto Politcnico Nacional

OBJETIVOS: 1.- producir dixido de carbono (CO2) por la reaccin del bicarbonato de sodio con cido clorhdrico.2.- determinar la densidad del dixido de carbono en las condiciones que se desarrolla el experimentoIntroduccin En fsica y qumica, la densidad (smbolo ) es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia. Se expresa como la masa de un cuerpo dividida por el volumen que ocupa.La densidad () es una propiedad intensiva que se define como la masa por la unidad de volumen y puede expresarse en kg/m. G/cm. G/L.=masa/volumen= m/v

Para los gases o vapores que se comportan idealmente, su densidad se puede calcular a partir de la ecuacin de gas ideal:pV=nRT si n=(m/PM) entonces pV=mRT/PM, arreglando trminos m/V=pPM/RT o=p(PM)/RTdonde =densidad del gas en g/m.p=presin del gas en Pa.PM=peso molecular del gas en g/mol.R=constante universal= 8.314 Pa(m)/mol(K)T=temperatura del gas en unidades kelvin

La densidad del gas est en proporcin directa a la presin y en proporcin inversa a su temperatura.Como un mol de cualquier gas ocupa 0.0224m (22.4L) a 1.01325x10Pa (1 atm) y 273.15 K(0C) es posible calcular la densidad de cualquier gas en estas condiciones (CNPT).

Tabla N 1 Densidad () de algunos gases a CNPT

Gas1 mol= PM en gramosVolumen en litros= m/ V en g/ L

H2222.40.089

NH21722.40.759

O23222.41.428

CO24422.41.964

Si se desea transformar el dato obtenido a otras condiciones de p y T ser necesario establecer la relacin:/= pT/pT

En esta prctica se genera dixido de carbono por medio de la reaccin entre el bicarbonato de sodio y el cido clorhdrico NaHCH(s) + HCl (ac) NaCl + HO (I) + CO(g) y por desplazamiento del agua.La densidad del gas se denomina por procedimientos: a) de manera directa por la relacin =m/V y b) la manera indirecta por =pPM/RT.La ley de Dalton se ve aplicada en este experimento porque se establece el hecho de que la presin total en una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales.Cuando un gas se recibe al pasar por agua, se considera que esta hmedo y es necesario conocer la presin del vapor que ejerce al agua en estas condiciones. Ver tabla No. 2

Tabla N 2 Presin de vapor de agua a diferentes temperaturas.T en C171819202122232425

P en mmHg14.5315.4816.4817.5318.6519.8321.0722.3823.76

Desarrollo experimental:

Material y equipo utilizado:

1 vidrio reloj1 soporte de hierro con anillo y tela de asbesto1 pinza de tres dedos1 esptula chica1 balanza electrnica con precisin de 0.01 g1 bureta de gases de 100 mL1 matraz de dos bocas con dos tapones de hule y tubera de ltex1 vaso de precipitados de 2 L1 probeta corta (60 mL) o frasco gotero de 20 mL1 termmetro (-10 a 100 C)1 vaso de precipitados de 250 mL (por grupo)1 varilla de vidrio como agitador (por grupo)

REACTIVOSAcido clorhdrico 1 M (en frasco gotero)Tableta efervescente (que contengan bicarbonato de sodio)Agua de la llaveDisolucin de hidrxido de sodio 1 MIndicador de fenolftalena o papel pHDESARROLLO EXPERIMENTAL

1.- Llenamos el vaso de precipitados.2.- introducimos la bureta hasta que llegara a llenarse a 64 mL y anotamos el dato.3.- sujetamos el matraz de dos bocas a las pinzas de tres dedos.4.- Conectamos la bureta al matraz con tapn y tubera ltex no colocamos el segundo tapon al matraz5.- Preparamos 20 mL de acido clorhdrico (HCl) 1 M en un probeta y lo depositamos en el matraz.6.- pesamos en el vidrio de reloj 0.20g de una tableta efervescente.7.- agregamos los 0.20g de tableta al matraz y lo tapamos de inmediato con el segundo tapn.8.- sostuvimos la bureta de forma vertical para evitar la presin hidrosttica.9.- cuando termino la reaccin tomamos el volumen que ocupo el gas y medimos (determinamos) su volumen y anotamos el dato.10.- registramos la temperatura en la que se encontraba el agua.11.- repetimos el experimento dos veces ms, anotamos los datos sin cambiar el cido del matraz.12.- anotamos datos tomamos algunas imgenes del experimento y.13.- desmontamos con mucha precaucion el equipo utilizado.14.- depositamos los residuos de acido en un vaso de precipitados.15.- antes de tirarlo por el drenaje, el profesor lo neutralizo con hidrxido de sodio, agregando y agitando lentamente en presencia de unas gotas de indicador cuando este tuviera un color rosa y agitarlo sin que este perdiera el color indicaba que estaba completamente neutralizado.16.- utilizamos el agua en el vaso de precipitados para lavar el material ocupado.

DATOS EXPERIMENTALESMasa del trozo de tableta efervescente 0.20 g Volumen total del gas en la bureta 64 mLPresin total del sistema.. 585 mmHgTemperatura.. 24 CSECUENCIA DE CALCULOS

1.- Masa de bicarbonato de sodio que reacciona.Verifique la composicin 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 3.23 g cido Acetilsaliclico 0.324g Bicarbonato de sodio 1.976g cido Ctrico 1.000gAhora 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/ 3.23 g)* 100= 61 %

Ya conociendo el porcentaje de NaHCO2 en la tableta podemos conocer la masa (NaHCO3) contenida en nuestro trozo de pastilla que reacciono con el cido clorhdrico. Tenemos que:Masa del trozo= 0.20 g= 200 mg Multiplicamos la masa del trozo por el porcentaje de NaHCO3 contenido en la pastilla:

0.20 g x 0.61= 0.122 g NaHCO2

2.- Masa de dixido de carbono producido.De acuerdo con la reaccin, se sabe que 1 mol de NaHCO3 produce 1 mol de CO2 entonces: NaHCO3----------------CO2Masa o peso molecular 84 44En el experimento 0.122 g ? Aplicamos la estequiometria de la reaccin para conocer la masa de CO2 multiplicando la masa de NaHCO3 por el peso molecular de CO2 y despus lo dividimos entre el peso molecular del NaHCO3: (0.122 g)*(44 g/mol)/ (84 g/mol) = 0.0639 g

Masa de CO2 = 0.0639 g

3.- Presin parcial de CO2 Presin total= presin de CO2 + presin del vapor de agua585 mmHg= pCO2 + p vapor de H2O a la temperatura del experimentoLea el dato de presin de vapor de agua en la tabla N 2 y calcule la presin 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) (22.38 mmHg)= 562.62 mmHgpCO2 = 0.75 atm4.- Fraccin mol de CO2 Con base en el dato de presin parcial, puede calcularse la fraccin presin del CO2 que es igual a la fraccin mol y a la fraccin volumen.yn= (pCO2)/ (p total) Xn= 0.961 Sustituyendo valores nos queda:yn= (562.62 mmHg)/ (585 mmHg)= 0.961

5.- Volumen de CO2 V CO2 = (yn)(Vtotal) V CO2 = (0.96)*(45 mL)= 61.44 mL= 0.06144 L

6.- Densidad del CO2

a) por la relacin directa de = m/ V

Para la relacin 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:= m/ V = (0.0639 g)/ (0.06144 L)= 1.04 g/ L

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

Para obtener la densidad por esta relacin 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 = 562.62 mmHg= 0.75 atm PM= 44 g/mol T= 24 C + 273.15= 297.15 K

= p(PM)/ RT= (0.75 atm)*(44 g/mol)/ (0.082 atm*L/ mol*K)*(297.15 K)== 1.354 g/ LCUESTIONARIO1.- exprese los resultados experimentales de la densidad del CO2 en kg/ m3 (S.I.) Kg= 1000 g m3 = 1000 LConvirtiendo los valores nos queda:

A) CO2= 1.04 g/ L x 1 kg/ 1000 g= 1.04x10-3 kg/ L CO2= 1.04x10-3 kg/ L x 1000 L / 1 m3 = 1.04 kg/ m3 B) CO2= 1.354 g/ L x 1 kg/ 1000 g= 1.354x10-3 kg/ L CO2= 1.354x10-3 kg/ L x 1000 L / 1 m3 = 1.354 kg/ m3

2.- transforme estos valores a CNPT.

Para poder transformar la densidad experimental que obtuvimos podemos emplear la siguiente formula:a) 1/ 2= p1*T2/ p2*T1 solo debemos despejar 1 y nos queda asi: 1= 2 (p1*T2 )/ p2*T1 sustituimos valores y nos queda

1= (1.04g/ L)*(1 atm)*(297.15 K)/ (0.75 atm)*(273.15 K)1= 1.50 g/ L haciendo este procedimiento con el segundo valor experimental nos queda:1= (1.354 g/ L)*(1 atm)*(297.15 K)/ (0.75 atm)*(273.15 K)1= 1.96 g/ L 3.- compare el dato terico reportado en la tabla N 1 y exprese un comentario.Dato terico CO2= 1.964 g/ LDatos experimentalesa) relacin directa CO2= 1.04 g/ Lb) relacin indirecta CO2= 1.354 g/ LCualquiera de los dos valores obtenidos en el experimento no son iguales pero cabe mencionar que el valor terico esta tomado en CNPT y en el experimento que realizamos no fue realizado de esa manera. al igual que en la realizacin de un experimento ocurren muchos errores; error sistemtico, error aleatorio, etc. Considerara nuestros datos tiene un margen de aceptacin aceptable.

4.- Qu aplicaciones industriales tiene el conocer el dato de la densidad de un gas o de un vapor?Con base en ella se calculan muchos parmetros importantes en ingeniera como potencias de bombas, densidad de gases en focos y/o lmparas, materiales de construccin, etc.5.- Que aplicaciones industriales tiene el CO2? El CO2 se utiliza en bebidas carbonatadas para darles efervescencia. Se utiliza como un agente extintor eliminando el oxgeno.

Conclusiones generales:Fue muy interesante observar como la reaccin (CO2) desplazaba el agua en la bureta, en la industria esto puede servir para darle efervescencia a las bebidas, y lo ms importante de la prctica fue que no necesitamos instrumentos especiales para conocer las densidades de los gases o vapores.