Ejercicio resuelto de Reactivo limitante · Química · 2021

PREGUNTA 7.
Se mezclan 20 mL de una disolución acuosa de $\mathrm{BaCl_2}$ 0,5 M con 80 mL de una disolución acuosa de $\mathrm{CaSO_4}$ 0,04 M.

7.1. Escriba la reacción química que tiene lugar, nombre y calcule la cantidad en gramos del precipitado obtenido.
7.2. Nombre y dibuje el material y describa el procedimiento que emplearía en el laboratorio para separar el precipitado.

$\textbf{7.1. Escriba la reacción química que tiene lugar, nombre y calcule la cantidad en gramos del precipitado obtenido. (1 punto)}$

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

$\mathrm{BaCl_2(ac)} + \mathrm{CaSO_4(ac)} \rightarrow \mathrm{BaSO_4(s)} \downarrow + \mathrm{CaCl_2(ac)}$

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

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

$n(\mathrm{BaCl_2}) = 0{,}5 \cdot 0{,}020 = 1{,}0 \cdot 10^{-2}\ \mathrm{mol}$

$n(\mathrm{CaSO_4}) = 0{,}04 \cdot 0{,}080 = 3{,}2 \cdot 10^{-3}\ \mathrm{mol}$

La proporción estequiométrica es 1:1, así que los $3{,}2 \cdot 10^{-3}$ mol de sulfato de calcio solo pueden consumir esa misma cantidad de cloruro de bario: sobran $6{,}8 \cdot 10^{-3}$ mol de este último. El $\textbf{reactivo limitante es el}$ $\mathrm{CaSO_4}$ y es él quien fija la cantidad de precipitado:

$n(\mathrm{BaSO_4}) = 3{,}2 \cdot 10^{-3}\ \mathrm{mol}$

Con $M(\mathrm{BaSO_4}) = 137{,}3 + 32{,}1 + 4 \cdot 16{,}0 = 233{,}4$ g/mol:

$m(\mathrm{BaSO_4}) = 3{,}2 \cdot 10^{-3} \cdot 233{,}4$

$m(\mathrm{BaSO_4}) = 0{,}75\ \mathrm{g}$

Que sea el sulfato de calcio el limitante a pesar de estar en mayor volumen es consecuencia de lo diluida que está su disolución: 0,04 M frente a 0,5 M.

$\textbf{7.2. Nombre y dibuje el material y describa el procedimiento que emplearía en el laboratorio para separar el precipitado. (1 punto)}$

La operación adecuada es una $\textbf{filtración a vacío}$, más rápida que la filtración por gravedad cuando el precipitado es fino, como es el caso del sulfato de bario.

$\textbf{Material necesario}$: embudo Büchner —un embudo cilíndrico de porcelana con el fondo plano y perforado—, papel de filtro circular de su diámetro, matraz kitasato —un matraz de paredes gruesas con una tubuladura lateral—, 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.

$\textbf{Montaje}$, 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. 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 $\mathrm{CaCl_2}$ formado y el $\mathrm{BaCl_2}$ 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.

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, lo que permite comprobar el resultado del apartado anterior.