U.M.S.A.LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA PRACTICA Nro. 3 BALANCE DE MATERIA DOCENTE: ING. LEONARDO CORONEL RODRIGUEZ AUXILIAR: UNIV. MONICAANCASI ESTUDIANTE: UNIV. LUQUE YANA ARTURO FELIX CARRERA: INGENIERIA INDUSTRIAL GRUPO: PARALELO A FECHA: 09 / 04 / 2015 GESTIÓN: I/2015 LA PAZ – BOLIVIA LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L BALANCE DE MATERIA MARCO TEÓRICO FUNDAMENTO TEÓRICO 6.CONCLUSIONES 13. OBJETIVO GENERAL 4. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 5.M.RESPUESTA A LAS PREGUNTAS 12. PROCEDIMIENTO 8.BIBLIOGRAFÍA 14. DATOS Y/O OBSERVACIONES 9. RESUMEN 3.S.GRÁFICOS 11.ANEXOS LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L BALANCE DE MATERIA .U.A. CÁLCULOS Y RESULTADOS 10. MATERIAL Y REACTIVOS 7. ÍNDICE 2. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL INDICE 1. 3.U. tanto en sistemas sin reacción química como en sistemas con reacción química. Realizar operaciones de filtración y secado.3 FUNDAMENTO TEÓRICO 3. que es el rendimiento y como se los pueden obtener para así tener resultados más precisos. 3. para diferentes cantidades de reactivos. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL BALANCE DE MATERIA RESUMEN En el laboratorio realizamos experimentos referidos a todo lo que se refiere a balance de materia.A. etc. Realizar una reacción química midiendo las cantidades de reactivos introducidos al sistema y de productos formados. así demostramos las diferentes leyes como ser la ley de conservación de la materia de Lavoisier.M.3. La expresión matemática de esta ley es la siguiente: LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L BALANCE DE MATERIA . son precisas y nos sirven para simplificar los cálculos o tener más precisión en posteriores experimentos químicos.1 OBJETIVO GENERAL Comprobar la ley de conservación de la materia de Lavoisier.1 Ley de Lavoisier La ley de conservación de la materia fue enunciada por Antoine Laurent Lavoisier en 1774 de la siguiente manera: “la masa de un sistema permanece invariable ante cualquier transformación que ocurra dentro de él”. 3. Tomando diferentes instrumentos para facilitarnos el trabajo y realizando los respectivos procedimientos podemos decir que muchas de las leyes enunciadas cumplen.S. Determinar la solubilidad de varias sustancias en agua.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Preparar una solución saturada. Determinar la cantidad de soluto que no se disuelve. También se la puede enunciar indicando: “la suma de la masa de las sustancias reaccionantes es igual a la suma de la masa de las sustancias resultantes o productos”. Determinar el rendimiento de la reacción. 4 SOLUCIONES DE SÓLIDOS EN LÍQUIDOS Una disolución saturada es aquella que ya no admiten más solutos por disolver en una determinada cantidad de disolvente. de la naturaleza del soluto. Uno de los factores que afectan la solubilidad de una sustancia es la temperatura. 0 60 37. 3 70 37. 8 80 38.A. también existen excepciones. 4 90 39.S. 3.8 La grafica siguiente muestra como varia la solubilidad con la temperatura en algunas sustancias.7 10 35. de la temperatura y muy poco de la presión. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL ∑ mri=∑ m pj i j La ley de Lavoisier de una manera mucho más sencilla se la puede expresar de la siguiente manera: en la naturaleza. la materia no se crea ni se destruye. La solubilidad de los sólidos en los líquidos es siempre limitada y depende de la naturaleza del solvente. en estos sistemas principalmente se debe considerar la ley de la conservación de la materia. considerándose al resto como impurezas. 3 40 36. 3. 6 50 37. únicamente se transforma.U.M. en el cual ingresan substancias originales y sale un producto formado por la mezcla de las substancias iniciales. se tiene: m1 mT LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L BALANCE DE MATERIA . 0 100 39. formadas por la mezcla de otras substancias.5 BALANCE DE MATERIA En toda mezcla homogénea se considera a una determinada sustancia tomada como referencia como sustancia pura. Se llama “solubilidad” a la máxima concentración de soluto que admite una determinada cantidad de disolvente a una determinada temperatura. El balance de matera se puede aplicar en sistemas en los cuales no se produce reacción química alguna. abierto. Así por ejemplo cuando se dice que el permanganato de potasio tiene una pureza del 90% significa que de 100 g de sustancia 90 g son de permanganato de potasio puro y los 10 g restantes. 8 20 36 30 36. Si se esquematiza un proceso sin reacción química como un sistema. Al representar la variación de la solubilidad con la temperatura observamos en la siguiente tabla los correspondientes datos: T [C] SOLUBILIDA D 0 35. la cantidad porcentual de la sustancia pura con relación a toda la mezcla homogénea se denomina pureza. Vemos en la gráfica que aunque la solubilidad suele aumentar con la temperatura. constituyen las impurezas. A.U. mT Es la masa de la mezcla que sale del proceso. YT Es la composición porcentual de la sustancia pura “Y” presente en la mezcla. el balance de materia de cada componente es el siguiente: A 1∗m1 + A2∗m2=A T ∗mT B 1∗m1+ B 2∗m2=BT ∗mT De un modo general las dos ecuaciones anteriores se pueden escribir: ∑ Y i∗mi=Y T∗mT i Dónde: Yi Es la composición porcentual de la sustancia pura “Y” presente en el componente “i”. mT Es la masa que sale del proceso y que corresponde a la masa de la mezcla. De un modo general la ecuación se puede escribir: ∑ mi=mT i Si se considera que las substancias 1 y 2 están formadas por mezclas homogéneas binarias (cuyas composiciones porcentuales son A y B). m2 Es la masa de la substancia 2. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL m2 Considerando el diagrama anterior se puede realizar un balance de materia.S. Las ecuaciones permiten efectuar el cálculo en mezclas homogéneas útiles en infinidad de procesos industriales. mi Es la masa que ingresa al proceso de la sustancia “i”. LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L BALANCE DE MATERIA .M. Balance general m1+ m2 =mT Dónde: m1 Es la masa que ingresa al proceso correspondiente a la sustancia 1. La posibilidad de que se efectúen reacciones secundarias.6 ESTEQUIOMETRÍA 3. Por lo general se trabaja con un exceso de un reaccionante. la cantidad máxima de nitrobenceno que se puede obtener es de un mol. el reactivo que limita la cantidad de producto formado en este caso es el benceno.3 Rendimiento Real En toda reacción química por lo general la cantidad de producto obtenido es menor que la cantidad esperada o teórica. es aconsejable emplear un excedente considerable de Ácido nítrico.6. definido matemáticamente de la siguiente manera: LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L BALANCE DE MATERIA . Si por ejemplo en un sistema cerrado se introducen un mol de benceno y 5 moles de ácido nítrico. Denominándose reactivo limitante a aquel reactivo que por su naturaleza particular se encuentra en menor proporción equimolecular. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL 3. debido a: Puede que la reacción no llegue a completarse totalmente.1 Rendimiento De Una Reacción Cuando se efectúa una reacción química en el laboratorio o en la industria.A. muy pocas veces se utilizan las cantidades exactamente estequiométricas de reactivos.U. Así.S.6. Debido a que parte del producto obtenido se pierde en las etapas posteriores al proceso de reacción química. 3.2 Rendimiento Teórico El rendimiento teórico de una reacción se puede definir de la siguiente manera: “la cantidad máxima de producto que puede obtenerse en una reacción química tomando como base de cálculo el reactivo limitante”. debido principalmente a la reversibilidad de la reacción. el rendimiento de una reacción química se puede medir el rendimiento en porcentaje. estableciéndose por consiguiente un equilibrio de carácter dinámico. para efectuar esta reacción se puede utilizar en principio un mol de ácido nítrico tomando en cuenta le reacción igualada.6.M. como en la práctica no es posible convertir todo el benceno en nitrobenceno. existen muchas razones para que la cantidad realmente obtenida sea menor a la teórica. Si se considera por ejemplo la reacción del benceno con ácido nítrico: C6H6 (l) + HNO3 (l) C6H5NO2 (l) + H2O (l) Se desea producir un mol de nitrobenceno a partir de un mol de benceno. 3. esperando de esta manera convertir completamente en productos aquel reactivo o reactivos que puedan resultar más costosos o más difíciles de obtener. a. p.U.7. Exprese la solubilidad en g de soluto / 100 g de agua. Realice el balance de masa y determine el peso del soluto añadido. Registre el peso del vaso con agua. Añada suficiente sal común agitando con la varilla de vidrio hasta que se forme una solución saturada con soluto sin disolver.A. CANTIDAD 50 g 50 g 4g 6g 3. b) Determinación de la solubilidad de la sacarosa LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L BALANCE DE MATERIA .7. Registre el peso del vaso con el agua y el soluto. Realice un balance para el soluto y determine el peso del soluto disuelto.S. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA η= INGENIERIA INDUSTRIAL Rendimiento real ∗100 Rendimiento teórico 3. Filtre el exceso de soluto que no se disolvió y séquelo en el horno.a.8 PROCEDIMIENTO a) Determinación de la solubilidad de cloruro de sodio En un vaso de precipitados de 250 ml pese 100 g de agua destilada.M.7 MATERIALES Y REACTIVOS 3.1 Materiales ITEM 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 MATERIAL Vaso de precipitado Embudo Soporte universal Aro p/embudo Papel filtro Vaso de precipitado Vidrio de reloj Balanza Horno de secado Varilla de vidrio Piseta CARACTERISTICAS 250 ml CANTIDAD 6 2 2 100 ml D = 10 cm Eléctrica Eléctrico 2 4 4 2 1 1 1 1 3.2 Reactivos ITEM 1 2 3 4 5 REACTIVO Cloruro de sodio Sacarosa Cromato de potasio Nitrato de plomo (II) Agua destilada CARACTERISTICA Sal común Azúcar común p. c) Determinación del rendimiento de reacción Pese exactamente alrededor de 0. Escriba la reacción química correspondiente.25 g de cromato de potasio y 0.47 223.31 183. Repita el procedimiento para 0. Filtre el precipitado formado y séquelo en el horno.98 1.1 g de cromato de potasio y diluya en agua destilada (20 cm3) en un vaso de precipitados de 100 ml.93 Realice el Balance de masa y determine el peso del soluto añadido mTotal =mvaso+ magua +msoluto msoluto =mTotal −mvaso−magua msoluto =223.S.16 6.98 1.98 1.31 101.50 183.94 223.32 101.31−100 LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L BALANCE DE MATERIA . 3. Mezcle ambos reactivos en un tercer vaso de precipitados de 250 ml y observe la formación del precipitado de cromato de plomo (II).92 223.35 g de nitrato de plomo (II) y diluya en agua destilada (20 cm3) en un vaso de precipitados de 100 ml.98−101.35 g de nitrato de plomo (II). Determine el reactivo limitante y calcule el rendimiento teórico del cromato de plomo(II).U.41 183. Pese el precipitado que es el rendimiento en cromato de plomo (II) real de la reacción. Determine el % de rendimiento (%) de la reacción. Pese exactamente alrededor de 0.30 101.16 6.21 56.20 56.A. Pese el papel filtro antes de utilizarlo y registre. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL Repita el procedimiento del inciso a) con sacarosa como soluto.93 223.17 6.50 183.9 DATOS Y/O OBSERVACIONES a) Determinación de la solubilidad de cloruro de sodio Masa del vaso de precipitado vacío (g) Masa del vaso pp con agua (100 ml) (g) Masa del vaso con agua y sal (g) masa del papel filtro (g) masa del papel filtro + sal (g) masa de la sal (g) Alumno 1 Alumno 2 Alumno 3 Promedio 101.15 6.20 56.M.21 56.97 1. 41 incolor o Escriba la reacción química correspondiente K2CrO4 + Pb (NO3)2 PAPEL FILTRO Masa Mpf + p.63 g 2KNO3 + PbCrO4 Determine el reactivo limitante y calcule el rendimiento teórico del cromato de Plomo (II) Para la reacción 1: con 0.35 Pb(NO3)2 0.63 g soluto 100 g de agua b) Determinación del rendimiento de reacción REACCIÓ N Masa R1 (g) 1 0.M.20−1.f.63 g Exprese la solubilidad en g de soluto/100g de agua La solubilidad es: 17.53 amarill o 0.51 g PRODUCTOS Mp Color (g) 0. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL msoluto =22.U.25 K2CrO4 REACTIVOS Masa R2 (g) 0. p 1.10 g K2CrO4 y 0.67 g Realice un balance para el soluto y determine el peso del soluto disuelto msoluto =msoluto sin disolver +msoluto disuelto msoluto disuelto =msoluto −msoluto sindisolver msoluto sindisolver =m papel filtro+ sal−mpapel filtro msoluto sindisolver =6.A.10 K2CrO4 2 0.04 msoluto disuelto =17.S.35 Pb(NO3)2 V (agua) (ml) 20 20 1.16=5.67−5.35 g Pb (NO3)2 LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L BALANCE DE MATERIA .10 g 1.10 g 1.04 g msoluto disuelto =22. 35 gPb (NO3)2.S.53 Para la reacción 2: con 0.17 g Pb (NO3)2 y tengo 0.25 g K2CrO4 y 0.25 g K 2 Cr 4 ∗¿ 194 g K 2 Cr O4 Entonces como necesito 0.M.U. eso significa que ese es el reactivo en exceso.17 ∗100=32.43 g Pb (NO3)2 y tengo 0.08 0.10 g K 2 Cr 4 ∗¿ 194 g K 2 Cr O4 Entonces como necesito 0.35 g Pb (NO3)2 N O3 ¿2 ¿ N O3 ¿2 ¿ N O3 ¿2 ¿ N O3 ¿2 1 mol Pb ¿ 331 g Pb ¿ 1 mol Pb ¿ O ∗1 mol K 2 Cr O 4 0.A.17 g PbCr O4 1 mol PbCr O4 η= 0.10 g K 2 Cr =0. entonces mi reactivo limitante es el K2CrO4 O4∗1 mol K 2 Cr O4 ∗1 mol PbCr O4 194 g K 2 Cr O 4 ∗323 g PbCr O4 1 mol K 2 Cr O 4 0.35 g Pb (NO3)2. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL N O3 ¿2 ¿ N O3 ¿2 ¿ N O3 ¿2 ¿ N O3 ¿2 1 mol Pb ¿ 331 g Pb ¿ 1 mol Pb ¿ O ∗1 mol K 2 Cr O 4 0. eso significa que ese es el reactivo en exceso. entonces mi reactivo limitante es el Pb (NO3)2 LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L BALANCE DE MATERIA . A.89 g de NaCl y 100 g de agua 100 g de agua Por tanto: Solubilidad KN O > Solubilidad NaCl 3 2. 5.93 0.41 3. Las solubilidades a 25C son: 38 g de KN O3 35. ¿qué sustancia tiene mayor solubilidad.9 g sacarosa 100 g d e agua 3.35 g Pb ¿ η= 0. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL N O3 ¿2 ¿ N O3 ¿2 ¿ N O3 ¿2 ¿ 1 mol Pb ¿ 331 g Pb ¿ 1 mol Pb ¿ N O3 ¿2∗¿ 0.34 ∗100=82. Mediante cálculos indique el producto que precipita y determine su masa. el KNO 3 o NaCl? Indique sus solubilidades.10 TRATAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES 1.S.93 % 3.11 CONCLUSIONES LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L BALANCE DE MATERIA . exprese en g de sacarosa por 100 g de agua.M. Escriba la reacción del cromato de potasio con nitrato de plomo (II) Y señale los reactivos limitantes en las dos reacciones llevadas a cabo en laboratorio. A 25C.08 % Reacción 2: 82. ¿Cuál es la solubilidad de la sacarosa a 25 C?. ¿Cuál es el rendimiento de la reacción química? Reacción 1: 32. 203. K2CrO4 + Pb (NO3)2 2KNO3 + PbCrO4 Reacción 1: El reactivo limitante es el K2CrO4 Reacción 2: El reactivo limitante es el Pb (NO3)2 4.U. El medio círculo de papel doblar en dos. Doblar el círculo de papel en dos. LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L BALANCE DE MATERIA .28 g de agua. Se ha preparado una solución saturada de cloruro de sodio y agua con 22. ¿Se cumplieron los objetivos de la práctica? Responda a cada uno de los objetivos específicos. Sí hay diferencias porque siempre existe algún error ya se aleatorio o un error de exactitud ya que la balanza tenía un error de 0. Explique cómo preparó el papel filtro para filtración.1.04 g Se ha determinado la solubilidad de las sustancias en el agua siendo experimentalmente : 17. El secado del cloruro de sodio pudo faltar.S. ¿Respecto a los posibles errores éstos son casuales o sistemáticos? Los errores de la práctica como ya mencionamos que son errores de exactitud ya que la sensibilidad de la balanza es de 0. ¿Qué sugiere para obtener resultados más confiables y precisos? Se recomienda realizar más mediciones con las pruebas de solubilidad y rendimiento para así reducir el error que tenga.67 g de NaCl y 100 g de agua. La cantidad de soluto que no se disuelve es de 5.08 % Reacción 2: 82.La balanza debe tener mejor precisión ya que es el principal instrumento de medida de éste laboratorio. 5. Se realizó una reacción química con las medidas de reactivos introducidos como de los productos formados: K2CrO4 + Pb (NO3)2 2KNO3 + PbCrO4 Se determinó el rendimiento de las reacciones que son: Reacción 1: 32.63 g soluto 100 g de agua Se ha realizado con éxito las correspondientes operaciones de filtración y secado.U. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL 1. Mencione qué se puede concluir sobre el resultado experimental del NaCl experimental y teórico ¿Hay diferencias? Explique.A. ya que pudimos medir el NaCl húmedo con 1. 3.93 % 2. Previamente cortar el capel filtro en forma de círculo. ¿Cuál es el error porcentual de las reacciones químicas? La relación porcentual viene dada con la siguiente expresión: Error porcentual= m teorica−mexperimental ∗100 mteorica 6.M.1. Se recomienda mojar con agua el papel antes de realizar la filtración sobre éste. Introducir el cono de papel filtro dentro de un embudo. Abrir como boca una de las partes plegadas hasta formar un cono. 4. Gilbert. Editorial Reverté. Leonardo G. Sc. Mg. MariaRocio Villa Gerley. Principios Básicosde Química. Como resolver Problemas en Química General.M. Química General Moderna.S. SENALTEXTOS. Joseph — lbarz. 2005 Montecinos Edgar— Montecinos José.12 BIBLIOGRAFÍA Alvarez. 2004 Gray. José. Coronel Rodríguez Manual de prácticas Química General. Ed.13 ANEXOS LUQUE YANA ARTURO FELIX QMC – 101L BALANCE DE MATERIA . Química Curso Prefacultativo.U. 1969. Harry – Haight. Babor. Prácticas de Química General. Coronel Rodríguez. 3. Ed 2010 Manual de química general e inorgánica. Alfredo — Valenzuela Julio — Yujra Federico. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA INDUSTRIAL El error también es de cero ya que la balanza varía en el último decimal de una medida a otra. Leonardo G. Química General.A. Saya Editorial Marin 1977 Docentes Facultad de Ingeniería. Prácticas de Laboratorio 3. M.U.A.S. LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL E INORGANICA FACULTAD DE INGENIERÍA LUQUE YANA ARTURO FELIX INGENIERIA INDUSTRIAL QMC – 101L BALANCE DE MATERIA .