Reacción química

Enviado por pref85

Determinar La Eficiencia De Una Reacción

OBJETIVOS GENERALES

Que el alumno a través de la experimentación compruebe que la eficiencia de una reacción depende tanto de la pureza de los reactivos como su concentración y balance estequiometrico.

HIPÓTESIS PROPUESTA

¿Podrá el alumno determinar la eficiencia de la reacción propuesta con el fin de llegar a la conclusión de que existen factores que afectan a la misma y que la "materia no se crea ni se destruye, simplemente se transforma"?

CUESTIONAMIENTO

EXPLIQUE QUE ES LA MOL
Unidad básica del Sistema Internacional de Unidades que mide la cantidad de sustancia, y que se representa con el símbolo mol. Es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene la misma cantidad de objetos elementales que átomos hay en 0.012 kilogramos de carbono 12. Debe especificarse a qué tipo de objetos se refiere (átomos, moléculas, etc.)
Se entiende como reacción ideal a aquella en donde todos los reactivos reaccionaran como debe de ser, es decir, de acuerdo a las porciones pondérales que implique el proceso (ESTEQUIOMETRIA) reaccionara el 100% del reactivo, obteniéndose el 100% de producto, en cambio en la reacción real solo es aquella en donde obedeciendo a los factores externos e internos de los reactivos será el total del producto que se obtiene, en su caso será menor al 100%.
¿QUE DIFERENCIA EXISTE ENTRE UNA REACCIÓN REAL Y UNA IDEAL?
Son aquellos que presentan un grado de pureza del 100%, no conteniendo ninguna sustancia ajena al ellos.
¿QUE SON LOS REACTIVOS QUÍMICAMENTE PUROS?
Son aquellos cuyo grado de impureza es mínimo, son utilizados en laboratorios.
¿QUE SON LOS REACTIVOS ANALÍTICOS?
Son aquellos cuyo grado de impureza varia, siendo mayor al de los analíticos
¿QUE SON LOS REACTIVOS TÉCNICOS?
Son aquellos cuyo grado de impureza varia siendo a consideración a tomar de ellos, el costo de los mismos.
¿QUE SON LOS REACTIVOS INDUSTRIALES?
Son aquellos que se utilizan para la cromatografía de los gases.
¿QUE SON LOS REACTIVOS GRADO ESPECTRO?
MENCIONE 5 RAMAS INDUSTRIALES DONDE SE UTILICE LA QUÍMICA APLICADA

Manufactura
Agraria
Minería
Textil
Farmacéutica

INVESTIGACIÓN

ESTEQUIOMETRIA: Del griego στοιχειον, (stoicheion), letra o elemento básico constitutivo y μετρον (métron), medida.

Hace referencia al número relativo de átomos de varios elementos encontrados en una sustancia química y a menudo resulta útil en la calificación de una reacción química, en otras palabras se puede definir como: "la parte de la Química que trata sobre las relaciones cuantitativas entre los elementos y los compuestos en reacciones químicas".

La reacción química se define como: el proceso mediante el cual una o más sustancias (elementos o compuestos) denominadas reactivos, sufren un proceso de transformación o combinación para dar lugar a una serie de sustancias (elementos o compuestos) denominadas productos. En una reacción química se produce desprendimiento o absorción de calor u otras formas de energía.

Las reacciones químicas se representan en una forma concisa mediante, Ecuaciones Químicas, que no es mas que la representación grafica de proceso que se esta llevando acabo.

2 H2(g) + O2(g) 2 H2O (g)

Significados:

Números = proporción de combinación (coeficientes estequiométricos);

Signo (+) = "reacciona con";

Signo ( ) = "produce" o "para dar";

Letras en ( ) = indican el estado de agregación de las especies químicas;

Fórmulas químicas = a la izquierda de son reactantes, a la derecha productos.

Reactivo Limitante

Los cálculos se basan en la sustancia de la que había menor cantidad, denominada "reactivo limitante". Antes de estudiar el concepto de reactivo limitante en ESTEQUIOMETRIA, vamos a presentar la idea básica mediante algunos ejemplos sencillos no químicos.

Suponga que tiene 20 lonchas de jamón y 36 rebanadas de pan, y que quiere preparar tantos bocadillos como sea posible con una loncha de jamón y dos rebanadas de pan por bocadillo. Obviamente sólo podemos preparar 18 bocadillos, ya que no hay pan para más. Entonces, el pan es el reactivo limitante y las dos lonchas de jamón demás son el "exceso de reactivo".
Suponga que una caja contiene 93 pernos, 102 tuercas y 150 arandelas. ¿Cuántos grupos de un perno, una tuerca y dos arandelas pueden formarse? Setenta y cinco, ya que se emplean todas las arandelas. Por tanto, éstas serán el "reactivo limitante". Aún quedarían 18 pernos y 27 tuercas, que son los reactivos en "exceso".

¿Qué masa de CO2 se producirá al reaccionar 8,0 gramos de CH4 con 48 gramos de O2 en la combustión del metano?

Reproduzcamos la reacción ajustada:

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1 mol 2 moles 1 mol 2 moles

16 g 64 g 44 g 36 g

Con nuestros datos se calcula el número de moles de cada uno.

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La ecuación ajustada indica la relación de los reactivos al reaccionar:

1 mol de CH4 a 2 moles de O2

0,5 mol de CH4 a 1 mol de O2

pero como realmente tenemos:

0,5 mol de CH4 a 1,5 de O2

Entonces una vez que han reaccionado 0,5 moles de CH4 con 1 mol de O2, la reacción se detiene por agotamiento del CH4, y quedarían 0,5 moles de O2 de exceso. El CH4 es el reactivo limitante y sobre él deben basarse los cálculos.

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RENDIMIENTO DE LAS REACCIONES QUÍMICAS

Muchas reacciones no se efectúan en forma completa; es decir, los reactivos no se convierten completamente en productos. El término "rendimiento" indica la cantidad de productos que se obtiene en una reacción.

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Consideremos la preparación de nitrobenceno, C6H5NO2, por reacción de ácido nítrico, HNO3, en exceso con una cantidad limitada de benceno, C6H6. La ecuación ajustada de la reacción es :

C6H6 + HNO3  C6H5NO2 + H2O

1 mol 1 mol 1mol 1 mol

78,1 g 63,0 g 123,1 g 18,0 g

Una muestra de 15,6 gramos de C6H6 reacciona con HNO3 en exceso y origina 18,0 g de C6H5NO2. ¿Cuál es el rendimiento de esta reacción con respecto al C6H5NO2? Calcúlese en primer lugar el rendimiento teórico del C6H5NO2 de acuerdo a la ESTEQUIOMETRIA.

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Esto significa que si todo el C6H6 se convirtiera en C6H5NO2, se obtendrían 24,6 de C6H5NO2 (rendimiento del 100%); sin embargo, la reacción produce solamente 18,0 gramos de C6H5NO2, que es mucho menos que el 100%.

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Sus conocimientos de ESTEQUIOMETRIA aumentarán si observa que la mayor parte de las sustancias no son 100% puras. Al utilizar sustancias impuras, como generalmente lo son, han de tenerse en cuenta algunas o todas las impurezas. El termino pureza (o impureza) suele indicar el "Tanto Por Ciento de Pureza" .

HIGIENE Y SEGURIDAD

ÁCIDO CLORHÍDRICO.

IDENTIFICACIÓN DE LA SUSTANCIA

Nombre comercial: ácido clorhídrico

Nombre químico (español): ácido clorhídrico

Nombre químico (ingles): Hydrochloric acid.

Formula condensada: HCl

Sinónimos: ácido muriático, hidrocloruro

IDENTIFICACIÓN DE LOS COMPONENTES.

% y nombre de componentes: ácido clorhídrico 35 – 40%

Nº de CAS: 7647-01-0

Nº DE ONU: 27891789

CPT, CCT o P: ND

IPVS (NIOSH): NW4025000

GRADO DE RIESGO O-4

Inflamabilidad: 0 ninguna

Corrosividad: 3 severa

Reactividad: 2 moderada

Salud: 3 severa

EQUIPO DE PROTECCIÓN

Bata, mandil, lentes de seguridad, careta, campana, guantes de protección.

PRECAUCIONES

Peligro. Veneno. Causa severas quemaduras. Puede ser fatal si se ingiere o se inhala. Evítese el contacto con los ojos, piel o ropa.

No aspirar el vapor. Daña el sistema respiratorio (pulmones), ojos y piel. Mantengase el recipiente totalmente cerrado. Ábralo cuidadosamente. Utilice ventilación adecuada. Lavese abundantemente después de manipularlo. En caso de derrame neutralice con ceniza de soda (carbonato de sodio Na2Co3) o lima (oxido de calcio CaO) y acomódelo dentro de un contenedor seco.

PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS

Temp. De ebullición (ºC): 110.00

Peso molecular: 36.46

Temp. De inflamación (ºC): NA

Densidad relativa: 1.19

Temp. De fusión (ºC): -25.00

% de volatilidad: 100.00

Densidad de vapor (aire = 1): 1.30

Presión de vapor (mmHg a 20ºC): NA

Velocidad de vapor (butilacetato = 1): NA

Estado físico, color y olor: líquido, amarillento, repugnante completa en todas

proporciones.

Solubilidad en agua: NA

RIESGO DE FUEGO O EXPLOSIÓN

Temp. De inflamación (ºC): NA

Lim. De inflamabilidad y explosividad: inferior NA, superior NA

MEDIO DE EXTINCIÓN

Niebla de agua (1)

Espuma (1)

Polvo químico seco (1)

CO2 (1)

Otros (1)

EQUIPOS DE PROTECCIÓN PERSONAL

Los bomberos deben utilizar equipos de protección con respirador y careta operado en modo de presión positiva.

PROCEDIMIENTO Y PRECAUCIONES ESPECIALES EN EL COMBATE DE INCENDIO.

Mover los recipientes expuestos lejos del área de fuego, si se puede hacerlo sin arriesgarse. Utilice agua para mantenerlos fríos los recipientes expuestos al calor. No introduzca agua dentro de los recipientes.

CONDICIONES QUE CONLLEVAN A OTRO RIESGO ESPECIAL.

Puede emitir gas hidrogeno, en contacto con el metal

PRODUCTOS DE LA COMBUSTIÓN NOCIVOS PARA LA SALUD.

Se producen gases de cloruro de hidrógeno e hidrogeno.

DATOS DE REACTIVIDAD

Sustancia: estable

Polimerización espontánea: no ocurre.

INCOMPATIBILIDAD (SUSTANCIAS A EVITAR)

Metales comunes, agua, aminas, óxidos metálicos, anhídridos acéticos, propiolactona, acetato de vinilo, sulfato mercúrico, fosfuro de calcio, formaldehído, álcalis, carbonatos, bases fuertes, ácido sulfúrico, ácido cloro sulfúrico.

CONDICIONES A EVITAR

Calor, humedad.

PRODUCTOS PELIGROSOS DE LA DESCOMPOSICIÓN:

Cloruro de hidrogeno. Hidrogeno, cloro.

EFECTOS A LA SALUD.

La inhalación de los vapores puede causar edema pulmonar, colapso del sistema circular, daño en el sistema respiratorio superior, colapso, dolor de cabeza y dificultad para respira. El liquido puede causar severas quemaduras en la piel, ojos. La ingestión es dañina y puede ser fatal, puede causar quemaduras severas en la boca y el estomago así como nauseas y vomito.

POR EXPOSICIÓN CRÓNICA

Depresión del sistema nervioso central.

Sustancia considerada como:

- Cancerigena ( )
- Teratogenica ( )
- Mutagénica ( )
- Otras ( )
INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA (DL50, CL50, etc.)

Toxicidad:

DL50 (oral-rata) (mg/Kg): 900

DL50 (IV-RATON): (mg/kg): 40

DL50 (PIEL-CONEJO): (mg/Kg): 3124

EMERGENCIA Y PRIMEROS AUXILIOS.

Llame al medico. Si lo ingirió, NO inducir el vomito; si esta conciente dar agua, leche o leche de magnesia. Si lo inhalo, llevar a la persona a tomar aire fresco, si no tiene aliento, dar respiración artificial; si se dificulta la respiración, proporcionar oxigeno. En caso de contacto, inmediatamente lavar los ojos o la piel con agua en abundancia durante 15 min. Y quitar ropa y zapatos contaminados. Lavar la ropa antes de volverlo a utilizar.

INDICACIONES EN CASO DE FUEGO O DERRAME.

Detenga el derrame si puede hacerlo sin arriesgarse. Ventile el área. Neutralice con ceniza de soda (carbonato de sodio Na2Co3) o lima (oxido de calcio CaO). Con una toalla limpia acomode el material dentro de un contenedor limpio, seco y con tapa. Quitarlo del área. Lavar el área con agua. Se recomienda utilizar neutralizante de ácido de J.T. BAKER NEUTRASORB ® "LOW Na" en derrames de este productos.

PRECAUCIONES ESPECIALES.

SAF*T-DAT. Código de colores de almacenaje: blanco (corrosivo). Mantengase el recipiente totalmente cerrado, en el área de prueba de corrosión. Asilado de materiales incompatibles. No almacenar cerca del material oxidante

ÁCIDO NÍTRICO

IDENTIFICACIÓN DE LA SUSTANCIA

Nombre comercial: ácido nítrico

Nombre químico (español): ácido nítrico

Nombre químico (ingles): Nitic acid.

Formula condensada: HNO3

Sinónimos: ácido Azotico

IDENTIFICACIÓN DE LOS COMPONENTES.

% y nombre de componentes: ácido nítrico

Nº de CAS: 7697-37-2

Nº DE ONU: 2031

CPT, CCT o P: 2,4 ppm

IPVS (NIOSH): QU5775000

GRADO DE RIESGO O-4

Inflamabilidad: 0 ninguna

Corrosividad: 4 extrema

Reactividad: 3 severa

Salud: 3 severa

EQUIPO DE PROTECCIÓN

Bata, mandil, lentes de seguridad, careta, campana, guantes de protección.

PRECAUCIONES

Peligro. Veneno. Oxidante fuete –el contacto con otro material puede causar fuego. El liquido y el vapor causan severas quemaduras- puede ser fatal si se ingiere. Dañino si se inhala y puede causar lesiones en el pulmón. El derrame puede causar fuego o liberar gases peligrosos. Evítese el contacto con la ropa o cualquier otro material combustible. No se almacene cerca de materiales combustibles. Evítese el contacto con ojos, piel o ropa. No aspire los vapores. Mantenga los recipientes totalmente cerrados. Utilice ventilación adecuada. En caso de fuego, utilice niebla de agua, espuma, polvo químico seco, CO2. Lavar el área de derrame con agua.

PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS

Temp. De ebullición (ºC): 121.00

Peso molecular: 63.01

Temp. De inflamación (ºC): NA

Densidad relativa: 1.41

Temp. De fusión (ºC): -42.00

% de volatilidad: 100.00

Densidad de vapor (aire = 1): NA

Presión de vapor (mmHg a 20ºC): NA

Velocidad de vapor (butilacetato = 1): NA

Estado físico, color y olor: líquido, incoloro, olor irritante completa en todas proporciones

Solubilidad en agua: NA

RIESGO DE FUEGO O EXPLOSIÓN

Temp. De inflamación (ºC): NA

Lim. De inflamabilidad y explosividad: inferior NA, superior NA

MEDIO DE EXTINCIÓN

Niebla de agua (1)

Espuma (1)

Polvo químico seco (1)

CO2 (1)

Otros ( )

EQUIPOS DE PROTECCIÓN PERSONAL

Los bomberos deben utilizar equipos de protección con respirador, operado en modo de presión positiva.

PROCEDIMIENTO Y PRECAUCIONES ESPECIALES EN EL COMBATE DE INCENDIO.

CONDICIONES QUE CONLLEVAN A OTRO RIESGO ESPECIAL.

Oxidantes fuertes. El contacto con otro material puede causar fuego.

PRODUCTOS DE LA COMBUSTIÓN NOCIVOS PARA LA SALUD.

Se producen gases de oxido de nitrógeno y gas hidrogeno.

DATOS DE REACTIVIDAD

Sustancia: estable

Polimerización espontánea: no ocurre.

INCOMPATIBILIDAD (SUSTANCIAS A EVITAR)

Bases fuertes, materiales combustibles, agentes reductores fuertes, álcalis, metales comunes, materiales orgánicos, alcoholes, carburos.

CONDICIONES A EVITAR

Calor, luz, humedad.

PRODUCTOS PELIGROSOS DE LA DESCOMPOSICIÓN:

Oxido de nitrógeno, Hidrogeno

EFECTOS A LA SALUD.

La inhalación de los vapores puede causar nauseas, vomito, mareos o dolor de cabeza, severa irritación en el sistema respiratorio, tos, dolor de pecho y dificultades para respirar o inconciencia. El contacto con el líquido o el vapor puede causar severa irritación o quemadura en los ojos, piel y membrana mucosa. La ingestión puede causar severas quemaduras en la boca y el estomago, puede causar un efecto adverso en la función del riñón y puede ser fatal. La ingestión es dañina y puede ser fatal.

Sustancia considerada como:

Cancerigena ( )
Teratogenica ( )
Mutagénica ( )
Otras ( )
EMERGENCIA Y PRIMEROS AUXILIOS.

INDICACIONES EN CASO DE FUEGO O DERRAME.

PRECAUCIONES ESPECIALES.

SAF*T-DAT. Código de colores de almacenaje: amarillo (reactivo). Mantengase el recipiente totalmente cerrado, en el área de prueba de corrosión. Asilado de materiales incompatibles. No almacenar cerca del material oxidante.

SECUENCIA DE CÁLCULOS.

Pb(NO3)2 + 2 HCl→ PbCl2↓ + 2HNO3

331g 73g 278g 126g

Concentración de la solución de Pb(NO3)2

20g de Pb(NO3)2

100ml sol’n

Cálculos estequiometricos (HCl al 38%)

1ml Pb(NO3)2 {20g Pb(NO3)2 / 100 ml} = 0.2g de Pb(NO3)2 …………………….(real)

0.2g Pb(NO3)2 {73g HCl / 331g} Pb(NO3)2 = 0.0441g HCl …….….(teórica)

(0.2 ml HCl)(1.185 g/ml)(0.38) = 0.0901g HCl……………………(real)

0.0901g HCl {331g Pb(NO3)2 / 73g HCl} = 0.4085g Pb(NO3)2 ……(teórica)

Reactivo limitante

Pb(NO3)2	HCl
0.2g (real)	0.0901g (real)
0.4085g (teórica)	0.0441g (teórica)
T>R	R>T
REACTIVO LIMITANTE

Productos que se pretenden obtener

0.2g Pb(NO3)2 {278g PbCl2 / 331g Pb(NO3)2} = 0.1680g PbCl2

0.2g Pb(NO3)2 {126g PbCl2 / 331g Pb(NO3)2} = 0.07613g HNO3

Eficiencia sabiendo que de la experimentación se tienen 0.16g PbCl2

 = (g. reales / g. teóricos ) x 100%

 = (0.16g / 0.1679g) x 100% = 92.29%

Balance de masa

ENTRA	SALE
0.2 g Pb(NO3)2	0.16g PbCl2
0.044g HCl (38%)	0.076g (0.923) = 0.070g HNO3
0.046 g HCl exc.	0.2g – (0.2 x 0.923) = 0.015g Pb(NO3)2 S/R
	0.044 – (0.0441 x 0.923) = 0.003g HCl S/R
	=0.046 g HCl exc.
TOL: 0.290 g	TOL: 0.291 g

Cálculos estequiometricos (HCl al 20%)

1ml Pb(NO3)2 {20g Pb(NO3)2 / 100 ml} = 0.2g de Pb(NO3)2 …………………….(real)

0.2g Pb(NO3)2 {73g HCl / 331g} Pb(NO3)2 = 0.0441g HCl …….….(teórica)

(0.2 ml HCl)(1.098 g/ml)(0.20) = 0.04392g HCl……………………(real)

0.04392g HCl {331g Pb(NO3)2 / 73g HCl} = 0.199g Pb(NO3)2 ……(teórica)

Reactivo limitante

Pb(NO3)2	HCl
0.2g (real)	0.04392g (real)
0.199g (teórica)	0.0441g (teórica)
R > T	R>T
REACTIVO LIMITANTE

Productos que se pretenden obtener

0.2g Pb(NO3)2 {278g PbCl2 / 331g Pb(NO3)2} = 0.1680g PbCl2

0.2g Pb(NO3)2 {126g PbCl2 / 331g Pb(NO3)2} = 0.07613g HNO3

Eficiencia sabiendo que de la experimentación se tienen 0.11g PbCl2

 = (g. reales / g. teóricos) x 100%

 = (0.11g / 0.1679g) x 100% = 65.52%

Balance de masa

ENTRA	SALE
0.2 g Pb(NO3)2	0.11g PbCl2
0.044g HCl (38%)	0.076g (0.6552) = 0.04979g HNO3
0.046 g HCl exc.	0.2g – (0.2 x 0.6552) = 0.06896g Pb(NO3)2 S/R
	0.044 – (0.044 x 0.6552) = 0.01517g HCl S/R
	=0.046 g HCl exc.
TOL: 0.290 g	TOL: 0.28983 g

Cálculos estequiometricos (HCl al 10%)

1ml Pb(NO3)2 {20g Pb(NO3)2 / 100 ml} = 0.2g de Pb(NO3)2 …………………….(real)

0.2g Pb(NO3)2 {73g HCl / 331g} Pb(NO3)2 = 0.0441g HCl …….….(teórica)

(0.2 ml HCl)(1. 4074g/ml)(0.10) = 0.02815g HCl……………………(real)

0.02815g HCl {331g Pb(NO3)2 / 73g HCl} = 0.1276g Pb(NO3)2 ……(teórica)

Reactivo limitante

Pb(NO3)2	HCl
0.2g (real)	0.02815g (real)
0.1276g (teórica)	0.0441g (teórica)
T>R	R>T
REACTIVO LIMITANTE

Productos que se pretenden obtener

0.2g Pb(NO3)2 {278g PbCl2 / 331g Pb(NO3)2} = 0.1680g PbCl2

0.2g Pb(NO3)2 {126g PbCl2 / 331g Pb(NO3)2} = 0.07613g HNO3

Eficiencia sabiendo que de la experimentación se tienen 0.02g PbCl2

 = (g. reales / g. teóricos ) x 100%

 = (0.02g / 0.1679g) x 100% = 11.91%

Balance de masa

ENTRA	SALE
0.2 g Pb(NO3)2	0.02g PbCl2
0.044g HCl (38%)	0.076g (0.1191) = 0.0090516g HNO3
0.046 g HCl exc.	0.2g – (0.2 x 0.1191) = 0.17618g Pb(NO3)2 S/R
	0.044 – (0.0441 x 0.1191) = 0.03874g HCl S/R
	=0.046 g HCl exc.
TOL: 0.290 g	TOL: 0.2899716 g

BIBLIOGRAFÍA:

Douglas, B.E., McDaniel, D.H., y Alexander, J.J. Conceptos y Modelos de Química Inorgánica, 2ª Edición Reverté, 1994 Pag. 20-25
Cotton, F.A., Wilkinson, G., y Gaus, P.L. Química Inorgánica Básica, Limusa, 1978 pag. 10-18
Butler, I.S. y Harrod, J.F. Química Inorgánica. Principios y Aplicaciones, Addison-Wesley Iberoamericana, 1992, pag. 50-65

HECTOR URIEL VAZQUEZ MARTINEZ

TEC, EN TELECOM