Ejercicio resuelto de Pureza - Rendimiento · Química · 2022

PREGUNTA 8.
Se disuelven 3,0 g de $\mathrm{SrCl_2}$ en 25 mL de agua y 4,0 g de $\mathrm{Li_2CO_3}$ en otros 25 mL de agua. A continuación, mezclamos las dos disoluciones, llevándose a cabo la formación de un precipitado del que se obtienen 1,55 g.

8.1. Escriba la reacción que tiene lugar, identificando el precipitado, y calcule el rendimiento de la misma.
8.2. Describa el procedimiento que emplearía en el laboratorio para separar el precipitado obtenido, dibujando el montaje y el material a emplear.

$\textbf{8.1. Escriba la reacción que tiene lugar, identificando el precipitado, y calcule el rendimiento de la misma. (1 punto)}$

Al mezclar las dos disoluciones se produce una doble sustitución. De las dos sales que podrían formarse, el cloruro de litio es muy soluble y queda en disolución, mientras que el carbonato de estroncio es insoluble y precipita:

$\mathrm{SrCl_2(ac)} + \mathrm{Li_2CO_3(ac)} \rightarrow \mathrm{SrCO_3(s)} \downarrow + 2\,\mathrm{LiCl(ac)}$

El precipitado es, por tanto, $\textbf{carbonato de estroncio}$, un sólido blanco.

Como se dan las masas de los dos reactivos, hay que averiguar cuál limita la reacción. Con $M(\mathrm{SrCl_2}) = 87{,}6 + 2 \cdot 35{,}45 = 158{,}5$ g/mol y $M(\mathrm{Li_2CO_3}) = 2 \cdot 6{,}94 + 12{,}0 + 3 \cdot 16{,}0 = 73{,}9$ g/mol:

$n(\mathrm{SrCl_2}) = \dfrac{3{,}0}{158{,}5} = 0{,}0189\ \mathrm{mol}$

$n(\mathrm{Li_2CO_3}) = \dfrac{4{,}0}{73{,}9} = 0{,}0541\ \mathrm{mol}$

La proporción estequiométrica es 1:1, así que los 0,0189 mol de cloruro de estroncio solo pueden consumir esa misma cantidad de carbonato de litio: sobra el resto. El $\textbf{reactivo limitante es el}$ $\mathrm{SrCl_2}$ y es él quien fija el máximo de precipitado:

$n_{\text{teórica}}(\mathrm{SrCO_3}) = 0{,}0189\ \mathrm{mol}$

Con $M(\mathrm{SrCO_3}) = 87{,}6 + 12{,}0 + 3 \cdot 16{,}0 = 147{,}6$ g/mol:

$m_{\text{teórica}} = 0{,}0189 \cdot 147{,}6 = 2{,}79\ \mathrm{g}$

El rendimiento compara lo realmente obtenido con ese máximo:

$\eta = \dfrac{1{,}55}{2{,}79} \cdot 100$

$\eta = 55{,}5\ \%$

$\textbf{8.2. Describa el procedimiento que emplearía en el laboratorio para separar el precipitado obtenido, dibujando el montaje y el material a emplear. (1 punto)}$

La operación adecuada es una $\textbf{filtración a vacío}$, más rápida que la filtración por gravedad cuando el precipitado es fino, como ocurre con los carbonatos alcalinotérreos.

$\textbf{Material necesario}$: embudo Büchner, papel de filtro circular del diámetro del Büchner, matraz kitasato, tapón de goma que adapte el embudo al kitasato, tubo de goma de paredes gruesas, trompa de agua o bomba de vacío, varilla de vidrio, frasco lavador con agua destilada y vidrio de reloj para secar el sólido.

$\textbf{Montaje}$, de abajo arriba: el kitasato apoyado en la mesa, con su tubuladura lateral unida por el tubo de goma a la trompa de agua acoplada al grifo; sobre su boca, el tapón de goma; y encajado en él, el embudo Büchner con el papel de filtro cubriendo el fondo perforado.

$\textbf{Procedimiento}$:

i) Se monta el conjunto comprobando que el cierre entre el Büchner y el kitasato es hermético: si entra aire por la unión, no llega a hacerse el vacío. Se usa tubo de paredes gruesas porque el fino se colapsa al succionar.

ii) Se coloca el papel de filtro en el fondo del embudo, verificando que cubre todos los orificios sin doblarse por los bordes, y se humedece con agua destilada para que quede adherido.

iii) Se abre la trompa de agua para establecer el vacío.

iv) Se agita la mezcla y se vierte sobre el papel ayudándose de la varilla de vidrio, apoyada en el borde del vaso para dirigir el líquido y evitar salpicaduras. El líquido, que contiene el LiCl formado y el $\mathrm{Li_2CO_3}$ sobrante, se recoge en el kitasato; el carbonato de estroncio queda retenido sobre el papel.

v) Se arrastran con el frasco lavador los restos de precipitado que hayan quedado en el vaso y se lava el sólido con un poco de agua destilada fría, para eliminar las sales solubles que lo impregnan y que falsearían el pesado.

vi) Se mantiene la succión unos minutos para secarlo. Al terminar se desconecta $\textbf{primero}$ el tubo de goma y $\textbf{después}$ se cierra el grifo, para evitar que el agua retroceda hacia el kitasato.

vii) Se despega el papel con el sólido, se lleva a la estufa sobre un vidrio de reloj y se pesa hasta masa constante. Esa masa es la que se ha usado en el apartado anterior para calcular el rendimiento.