1. Obtención de CO₂ y Determinación de su Masa Molecular

• 1.1 Introducción
• 1.2 Parte Experimental
• 1.3 Ejemplo
• 1.4 Formulario

1.1. IntroducciÓn

La masa molecular de un gas puede determinarse midiendo el volumen que ocupa una determinada masa de este a una presión (P) y temperatura (T) conocida, y aplicando la ecuación de los gases perfectos como método aproximativo. En esta práctica vamos a determinar la masa molecular del CO₂, y éste lo vamos a obtener mediante reacción del ácido clorhídrico (HCl) con piedra de mármol (CaCO₃) utilizando un generador de Kipp.

1.2 Parte Experimental

El generador de Kipp esta constituido por los siguientes componentes:

En el balón B del aparato, se introducen los trozos de mármol (CaCO₃) que reaccionarán con el HCl, el cual se añadirá por la boca superior del balón A alcanzando al balón C, y en un volumen suficiente para que entre en contacto con el mármol.

 

Con este dispositivo, se puede observar que si se cierra la salida de gases, D, el aumento de presión en el balón B hace que el HCl retroceda y suba, por el tubo de control, al balón A, cesando entonces la reacción.

 

El gas así obtenido se lava al atravesar el primer frasco lavador con NaHCO₃, F, y se seca al atravesar el segundo frasco lavador con H₂SO₄, E, ambos frascos contienen disoluciones concentradas.

 

Procedimiento

Se toma un matraz seco de 500 ml y un tapón horadado que ajuste en el matraz, y se inserta un tubo de vidrio de aproximadamente 20 cm de longitud, de manera que llegue hasta 1 cm del fondo del matraz, M. Pesamos el matraz (que contiene aire a la temperatura y presión ambiental) con el tapón colocado en su lugar, con una precisión de 0.01g. Desde este momento procuramos tocar el matraz solamente por el borde del cuello.

Colocamos el matraz sobre una hoja de papel limpio y lo unimos a la salida del frasco lavador, que contiene al ácido sulfúrico, mediante un tubo de goma de longitud adecuada. El tapón debe de colocarse flojo en el cuello del matraz, no debe cerrarse herméticamente. Ahora, todo está preparado para comenzar con la formación del CO₂.

Transcurridos unos 10 minutos de corriente de CO₂ a través del matraz M desconectamos el tubo de goma del matraz, tocándolo solamente por el borde del cuello. Ajustamos el tapón y pesamos el matraz tapado, con CO₂, anotando a su vez la temperatura ambiente y la presión atmosférica.

Llenamos el matraz con agua, y medimos el volumen de agua contenida vertiéndola en una probeta. Este es el volumen de aire que inicialmente contenía el matraz, así como el volumen total de CO₂ recogido.

Para comprobar que efectivamente estamos llenando con CO₂ el matraz, podemos utilizar un segundo matraz lleno de CO₂ e introducir un fósforo encendido en su interior. Observaremos que éste se apaga inmediatamente.

 

Podemos incluso verter el CO₂ en otro recipiente y repetir la prueba del fósforo.

 

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1.3 Veamos un Ejemplo:

SEAN LOS RESULTADOS EXPERIMENTALES SIGUIENTES:

Masa del matraz con tapón, lleno de aire	168,16 g
Temperatura ambiente	22 ºC
Masa del matraz con tapón lleno de CO2	168,50 g
Temperatura del CO2	22 ºC
Lectura barométrica de presión	703 mmHg
Densidad del aire a temperatura ambiente	1,1067 g/L
Masa del matraz vacío, con tapón	167,51 g
Masa del CO2 recogido	1,10 g
Volumen del matraz (medido con agua)	590 mL
Masa molecular del CO2 (teórica)	44,00 g/mol
Masa molecular del CO2 (calculada)	43,90 g/mol
Error relativo, en %	0,23

CÁlculos:

Calcularemos los gramos de CO₂ recogidos en el matraz M, posteriormente y aplicando la ecuación de los gases ideales podremos obtener su masa molecular (Pm) de modo experimental:

PV =

gCO₂ / PmCO₂

·RT → PmCO₂ =

gCO₂ / PV

·RT

La masa de CO₂ recogido (g CO₂) se obtiene por diferencia entre las masas del matraz M lleno de aire y vacío:

g CO₂ = g matraz _CO2 – g matraz_vacío

Para conocer la masa del matraz vacío es necesario conocer la masa de aire que contiene (g_aire):

g matraz _vacío = g matraz_{con aire} – g_aire

Utilizando el dato de densidad del aire (d_aire = 1,1067 g/L) que podemos encontrar tabulado a la presión y temperatura experimental, y conocido el volumen del matraz M medido con agua (V_{matraz M} = 0,59 L), podemos calcular la masa de aire que contenía el matraz (g_aire).

g aire= d_aire · V_{matraz M} = 1,1067· 0,59 = 0,65 g_aire

g matraz_vacío = g matraz_{con aire} – g_aire = 168,16 - 0,65 = 167,51 g

g CO₂= g matraz _CO2 – g matraz_vacío = 168,50 – 167,51 = 0,99 g

PmCO₂ =

gCO₂ / PV

·RT =

0,99 / (703/760)·0,59

·0,082·295,15 = 43,90 g/mol CO₂

Error relativo:

44,00-43,90 / 44,00

x 100 = 0,23%

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1.4. Formulario de Auto-evaluación

Aquí se encuentra el formulario de preguntas que debes rellenar y enviar por correo electrónico a tu profesor:

Documento Word

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