Ejercicio resuelto de Pureza - Rendimiento · Química · 2020

PREGUNTA 7
En el laboratorio se mezclan 20,0 mL de una disolución 0,03 M de cloruro de bario y 15 mL de una disolución 0,1 M de sulfato de cinc.

7.1. Escriba la reacción que tiene lugar y calcule el rendimiento si se obtuvieron 0,10 g de sulfato de bario.
7.2. Describa el procedimiento e indique el material que emplearía para separar el precipitado.

$\mathbf{\text{7.1.}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{tiene}}\mathbf{\text{lugar}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{calcule}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{rendimiento}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{obtuvieron}}\mathbf{\text{0,10}}\mathbf{\text{g}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{sulfato}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{bario.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

Al mezclar las dos disoluciones se produce una doble sustitución. De las dos sales que podrían formarse, el cloruro de cinc es soluble y queda en disolución, mientras que el sulfato de bario es extraordinariamente insoluble y precipita:

$\mathrm{B}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2(\mathrm{a}\mathrm{c})+\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4(\mathrm{a}\mathrm{c})\to \mathrm{B}\mathrm{a}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4(\mathrm{s})\downarrow +\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2(\mathrm{a}\mathrm{c})$

Como se dan las cantidades de los dos reactivos, hay que averiguar cuál limita la reacción:

$n(\mathrm{B}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2)=\mathrm{0,03}\cdot \mathrm{0,0200}=\mathrm{6,0}\cdot {10}^{-4}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

$n(\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4)=\mathrm{0,1}\cdot \mathrm{0,015}=\mathrm{1,5}\cdot {10}^{-3}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

La proporción estequiométrica es 1:1, así que los $\mathrm{6,0}\cdot {10}^{-4}$ mol de cloruro de bario solo pueden consumir esa misma cantidad de sulfato de cinc: sobran $\mathrm{9,0}\cdot {10}^{-4}$ mol de este último. El $\mathbf{\text{reactivo}}\mathbf{\text{limitante}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{el}}$ $\mathrm{B}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$ y es él quien fija el máximo de precipitado:

$n_{\text{te}\acute{\text{o}}\text{rica}}(\mathrm{B}\mathrm{a}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4)=\mathrm{6,0}\cdot {10}^{-4}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

Con $M(\mathrm{B}\mathrm{a}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4)=\mathrm{137,3}+\mathrm{32,1}+4\cdot \mathrm{16,0}=\mathrm{233,4}$ g/mol:

$m_{\text{te}\acute{\text{o}}\text{rica}}=\mathrm{6,0}\cdot {10}^{-4}\cdot \mathrm{233,4}=\mathrm{0,140}\mathrm{g}$

El rendimiento compara lo realmente obtenido con ese máximo:

$\eta ={\displaystyle \frac{\mathrm{0,10}}{\mathrm{0,140}}}\cdot 100$

$\eta =\mathrm{71,4}\mathrm{\%}$

$\mathbf{\text{7.2.}}\mathbf{\text{Describa}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{procedimiento}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{material}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{emplear}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{separar}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{precipitado.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

La operación adecuada es una $\mathbf{\text{filtraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{vac}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{o}}$, más rápida que la filtración por gravedad cuando el precipitado es fino, como es el caso del sulfato de bario.

$\mathbf{\text{Material}}\mathbf{\text{necesario}}$: embudo Büchner, papel de filtro circular de su diámetro, matraz kitasato, tapón de goma que adapte uno al otro, 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.

$\mathbf{\text{Montaje}}$, 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.

$\mathbf{\text{Procedimiento}}$:

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. El tubo debe ser 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 $\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$ formado y el $\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$ sobrante, se recoge en el kitasato; el sulfato de bario 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 $\mathbf{\text{primero}}$ el tubo de goma y $\mathbf{\text{despu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{s}}$ 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.