Metodo D Job

Práctica 11

Método de Job

11.1 Objetivos

• Determinar la relación estequiométrica en la que se combinan los reactivos de una reacción.

• Calcular el porcentaje de eficiencia de un cambio químico.

11.2 Teoría

11.2.1 Reacciones químicas

Una reacción es un proceso mediante el cual una o varias sustancias se combinan para dar lugar a otras sustancias nuevas. La reacción se representa mediante una ecuación química, la cual simboliza el tipo de sustancias que toman parte en el proceso y sus proporciones estequiométricas.

En la reacción de combustión del gas propano con el oxígeno, se forman dióxido de carbono y agua como como productos. Este proceso se representa mediante la ecuación química:

C3H8 + O2 --> CO2 + H2O

Sin embargo, la ecuación debe estar balanceada para que representa correctamente las cantidades químicas de cada sustancia que participan en la reacción:

C3H8 + 5 O2 --> 3 CO2 + 4 H2O

Los coeficientes estequiométricos denotan la proporción, como cantidades químicas, en la que se combinan los reactivos y aparecen los productos. Por lo tanto, por 1 mol de C3H8 que reacciona, se requieren 5 mol de O2 y se forman 3 mol de CO2 y 4 mol de H2O.

Las proporciones también se pueden se pueden expresar en masa:

C3H8 + 5 O2 --> 3 CO2 + 4 H2O

1 x 44 g 5 x 32 g = 3 x 44 g 4 x 18 g

44 g 160 g = 132 g 72 g

204 g = 204 g

11.2.2 Reactivo límite

Cuando ocurre una reacción, uno o varios de los reactivos se pueden encontrar en exceso. Esto significa que existe un reactivo que determina la proporción estequiométrica exacta en la que ocurrirá el cambio químico. Dicho reactivo, denominado reactivo límite, se consume completamente si el proceso es irreversible. Todos los cálculos estequiométricos deben realizarse tomando como referencia el reactivo límite.

Ejemplo 11.1 La hidrazina, N2H4, se ha usado como combustible para cohetes combinada con el peróxido de hidrógeno, H2O2. La ecuación química que representa el proceso es:

N2H4 + 7 H2O2 ---> 2 HNO3 + 8 H2O

Si se combinan 1.60 g de hidrazina con 20.0 g de peróxido, ¿qué masa de ácido se nítrico se obtiene?

N2H4 + 7 H2O2 ---> 2 HNO3 + 8 H2O

32.0 g 7 x34.0 g 2 x63.0 g

Uno de los métodos para determinar cuál es el reactivo límite, consiste en seleccionar uno de ellos como referencia y calcular cuánto se requiere del otro:

Por lo tanto, se requieren 11.9 g de H2O2 para reaccionar con la hidrazina. Esto significa que el peróxido se encuentra en exceso, ya que de él se tienen 20.0 g. El reactivo límite es el N2H4 y de peróxido sobran 20.0 g - 11.9 g = 2.1 g.

11.2.3 Rendimiento o eficiencia de una reacción

Muchas reacciones químicas no conducen a la formación de la cantidad esperada de productos. En algunos casos, un conjunto particular de reactivos sufren dos o más reacciones simultáneas y aparecen productos laterales no deseados. En estos casos, se habla de eficiencia o de rendimiento, el cual se calcula mediante la expresión:

x 100 (11.1)

Ejemplo 12.2 Una muestra de 21.6 g de benceno, C6H6, reacciona con un exceso de ácido nítrico, HNO3, y se forman 18.0 g de nitrobenceno, C6H5NO2. ¿Cuál fue el rendimiento del proceso?

C6H6 + HNO3 --> C6H5NO2 + H2O

15.6 g 18.0 g

R = 18.0 g / 24.6 x 100 = 73.2 %

11.2.4 Método de Job o método de la variación continua

Este método se ideó para determinar experimentalmente la relación estequiométrica en la que se combinan los reactivos de una reacción. Se basa en la realización de una serie reacciones empleando cantidades diferentes de cada reactivo pero manteniendo constante la cantidad total de ambos. Puede entonces medirse una variable del sistema, relacionada con la masa, y representarse gráficamente contra las cantidades de reactivos utilizadas. La variable puede ser el peso de precipitado o su altura, o la cantidad de calor liberado.

Ejemplo 11.3 El PbI2 también se puede obtener por reacción entre el Pb(NO3)2 y el KI:

a Pb(NO3)2 + b KI ---> c PbI2(s) + d KNO3

En una serie de experimentos, se varían las masas de los reactivos manteniendo un valor constante de la masa total de ambos. El precipitado se filtra, se lava, se seca, y se obtienen los siguientes resultados:

Tabla 11.1 Método de Job para la reacción entre el Pb(NO3)2 y el KI

Experimento

m Pb(NO3)2 (g)

m Kl (g)

m PbI2 (g)

1

0.50

4.50

0.75

2

1.00

4.00

1.39

3

1.50

3.50

1.98

4

3.00

2.00

2.78

5

4.00

1.00

1.45

En la figura 11.1 se muestra el gráfico de masa del precipitado versus masa de Pb(NO3)2 & masa de KI.

Figura 11.1 Masa de PbI2(s) versus masas de Pb(NO3)2 y KI

Del gráfico se puede concluír que los reactivos están exactamente en proporción estequiométrica cuando:

Esta relación, expresada en cantidades químicas, se transforma en:

(11.2)

y la máxima cantidad de PbI2 obtenida es de 3.50 g

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