Practica 6 y 7. Sintesis y Descomposicion del Carbonato de Calcio

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Departamento de Química

Laboratorio de Química General I

(QM-1181)

Sección 2

Síntesis y descomposición del carbonato de calcio

Autor: Anamaria Vizla

Fecha: 29 de noviembre de 2018.

RESUMEN

Objetivos:

• Precipitar carbonato de calcio al mezclar disoluciones acuosas de carbonato de sodio y cloruro de calcio.
• Sintetizar el carbonato de calcio combinando los reactivos de dos maneras; de forma estequiométrica  y con uno de los reactivos en exceso. Evaluar el porcentaje de rendimiento
• Descomponer carbonato de calcio partir de una muestra distinta del compuesto  ya sintetizado, con exceso de ácido clorhídrico en exceso.
• Determinar de forma indirecta la masa de dióxido de carbono que se desprende al hacer reaccionar el carbonato de calcio con exceso de ácido clorhídrico acuoso.
• Evaluar el rendimiento de la reacción, aplicando la Ley de la Conservación de la Masa.

Se llevaron a cabo dos experimentos de síntesis de carbonato de calcio a partir de cloruro de calcio anhídrido y carbonato de sodio en combinación estequiometria y combinando los reactivos con exceso de carbonato de sodio. Se obtuvieron 1,14 (± 0,02 g) y 1,34 (± 0,02 g) respectivamente. Se realizó un experimento de descomposición del carbonato de calcio con HCl 4M para la posterior determinación indirecta de la cantidad de dióxido de carbono desprendido, obteniéndose  como resultado 0,41 (± 0,02 g).

INTRODUCCIÓN

Como complemento a la información cualitativa que se proporciona sobre la identidad y los estados físicos de los reactivos y productos, una ecuación química balanceada proporciona información cuantitativa sobre los mismos. Específicamente, indica las cantidades relativas de reactivos y productos consumidos o producidos en una reacción. El número de átomos, moléculas o unidades de fórmula de un reactivo o producto en una ecuación química balanceada viene dado por el coeficiente, el cual es un número mayor que 1 que precede a la formula en una ecuación y establecen la relación molar en la que se deben combinar los reactivos sin que sobren o falten alguno de ellos. Una ecuación química balanceada surge de la ley de la conservación de la masa. Dado que la materia no se crea ni se destruye, solo sufre transformaciones; la misma cantidad de materia presente en los reactivos debe ser igual a la que se encuentre en los productos. Esta herramienta es fundamental a la hora de llevar a cabo reacciones en el laboratorio. Balancear una ecuación química le da información al científico sobre cuanto material debe usar en los reactivos. El cálculo de estas relaciones cuantitativas entre reactivos y productos se denomina estequiometria.

En una reacción química, el reactivo limitante es el reactivo que determina cuánto producto se va a obtener. A veces se dice que los otros reactivos están en exceso porque va a sobrar algo cuando el reactivo limitante se haya utilizado por completo. El rendimiento teórico es la máxima cantidad de producto que podemos esperar obtener de una reacción basándose en la cantidad de reactivo limitante. En la práctica, sin embargo, es difícil que los químicos obtengan el rendimiento máximo por varias razones. Cuando se realiza una reacción en el laboratorio se puede perder algo del producto durante la purificación o los pasos de aislamiento. Incluso puedes llegar a decidir que vale la pena perder 10% de tu producto en un paso extra de purificación porque sabes que es más importante obtener un producto extremadamente puro en lugar de tener más cantidad de un producto menos puro. Debido a que la cantidad real de producto casi siempre es menor al rendimiento teórico, los químicos también calculan el rendimiento porcentual usando la proporción entre el rendimiento experimental y el teórico, dado por la siguiente ecuación:

Rendimiento % =  · 100 [pic 2]

La gravimetría es un método de análisis cuantitativo comúnmente usado para determinar la cantidad de una sustancia al medir su masa. En la práctica se realizará una reacción de precipitación para obtener carbonato de calcio a partir de dos soluciones acuosas empleando el método del la gravimetría. El sólido así obtenido se seca y se pesa. Para que el método gravimétrico sea exitoso, un precipitado requiere cumplir las siguientes propiedades:

• Que posea muy baja solubilidad.
• Que pueda aislarse cuantitativamente del medio de reacción mediante filtración sencilla.
• Que ofrezca alta pureza al separarlo del medio de reacción, es decir, que se puedan lavar fácilmente los constituyentes solubles de la solución madre.
• Que presente una composición química definida o que pueda convertirse fácilmente en otra sustancia de composición conocida.

El método de análisis para una sustancia X será directo si se puede medir directamente el peso de X; el método de análisis será indirecto si se volatiliza X y su masa se determina por la diferencia entre la masa inicial y la masa final del sistema.

Una reacción de descomposición es un proceso que experimentan algunos compuestos químicos en el que, de modo espontáneo o provocado por algún agente externo, a partir de una sustancia compuesta se originan dos o más sustancias de estructura química más simple. Es el proceso opuesto a la síntesis química.

La ecuación química generalizada de una descomposición química es:

AB → A + B

En la práctica se llevó a cabo una reacción de descomposición del carbonato de calcio y se aplicó el método indirecto como análisis de la cantidad de dióxido de carbono liberado de la reacción.

Las ecuaciones químicas que representan las reacciones que se realizarán en la práctica son las siguientes:

Síntesis: Na2CO3 (ac) + CaCl2 (ac) → CaCO3 (s) + 2 NaCl (ac)

Descomposición: CaCO3 (s) + 2 HCl (ac) → CaCl2 (ac) + CO2 (g) + H2O (l)

METODOLOGÍA

En la práctica realizada se usaron los siguientes materiales y reactivos:

• Vaso precipitado (6): uno de 100 ml, tres de 150 ml y dos de 250 ml
• Varilla de vidrio
• Soporte Universal, embudo de filtración, pinza para embudo y papel de filtro
• Vidrio de reloj
• Cilindro graduado
• Cloruro de Calcio (anhídrido)
• Carbonato de Sodio
• Carbonato de Calcio
• Ácido clorhídrico 4M
• Agua destilada

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Síntesis empleando los reactivos en cantidades estequiométricas.

• Buscar un vaso de precipitado de 150 mL, limpio y seco, rotularlo con la marca “IA” y medir su masa.          
• Añadir cloruro de calcio al vaso precipitado hasta obtener un valor de entre 1,60-1,80 g de la sustancia. Registrar masa del conjunto.
• Calcular los moles y gramos de carbonato de sodio que reaccionan estequiométricamente con los moles de cloruro de calcio pesado.
• Buscar otro vaso de precipitado de 250 mL, limpio y seco, rotularlo como IB, pesarlo, y añadirle la masa carbonato de sodio obtenida en el cálculo estequiómétrico. Registrar la masa del conjunto.
• Añadir aproximadamente 20 ml de agua destilada a cada beaker (vaso precipitado) y agitar con la varilla de vidrio hasta la disolución completa de cada reactivo.
• Con ayuda de la varilla de vidrio, añadir lentamente la solución de carbonato de sodio a la solución de cloruro de calcio. Lavar el beaker del carbonato de sodio con una (1)  porción de 3 ml de agua destilada y luego añadirla a la mezcla de reacción. Repetir el lavado dos veces y agitar la mezcla resultante. Finalmente se deja en reposo la disolución.

Síntesis empleando carbonato de sodio en exceso.

• Buscar dos beakers de 150 ml y 250 ml, limpios y secos, rotular como IIA y IIB respectivamente. Pesar exactamente la misma cantidad de cloruro de calcio que en el procedimiento anterior y anotar la masa.
• Agregar en el IIB el doble del carbonato de sodio que fue agregado anteriormente. Registrar el valor.
• Añadir sendas porciones de 20 ml de agua destilada a los beakers. Disolver los sólidos y combinar las soluciones como en el procedimiento anterior.

Filtrado.

• Medir la masa de un papel de filtro, identificarlo como I. Realizar un montaje de filtración. Separar la mezcla I, transfiriéndola con la ayuda de la varilla de vidrio, cuidando de que el líquido nunca alcance el borde del papel.
• Transferir el remanente de la mezcla de reacción lavando con 3 porciones de 3 ml aproximadamente de agua destilada. Finalmente, lavar el sólido en el papel de filtro con pequeñas porciones de agua destilada.
• Repetir estos pasos para la mezcla II, identificando el segundo papel de filtro como IIB.
• Trasladar los papeles de filtro I y II una vez completado el procedimiento a un vidrio de reloj limpio y rotulado con la identificación del estudiante.
• Trasladar el vidrio de reloj con las dos muestras a la estufa para secarlos por aproximadamente 24 horas. Registrar el valor de la temperatura de secado.
• Pesar cada papel de filtro con su contenido y registrar la masa resultante en cada caso una vez se hayan secado.

Descomposición.

• Identificar un beaker de 150 mL como "A" y un beaker de 100 mL como "B". Lavarlos y secarlos completamente.
• Registrar la masa del beaker A y añadir aprox. 1 g de CaCO3  y medir la masa resultante.
• Registrar la masa del beaker B; introducir en él la varilla de vidrio. Determinar la masa del conjunto.
• Medir con el cilindro graduado aprox. 15 ml de HCl 4 M y añadirlo al beaker B. Registrar la masa total del conjunto.
• Añadir lentamente porciones del HCl sobre la sal (CaCO3), dejándolas resbalar por la pared del recipiente; agitar la mezcla con la varilla de vidrio y esperar a que cese la efervescencia antes de añadir la siguiente porción.
• Luego de añadir todo el ácido, agitar hasta observar la disolución completa de la sal y que no se aprecie desprendimiento de gas.
• Medir la masa total resultante de la reacción: [beakers A y B + sus contenidos + varilla de vidrio].
• Lavar y almacenar los instrumentos. Depositar desechos en el lugar indicado.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

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