Ejercicio resuelto de Reactivo limitante · Química · 2023

PREGUNTA 7.
Mezclamos en un vaso de precipitados 25 mL de una disolución de $\mathrm{CaCl_2}$ 0,02 M con 25 mL de una disolución de $\mathrm{Na_2CO_3}$ 0,03 M, formándose un precipitado en el fondo del vaso.

7.1. Escriba la reacción química que tiene lugar, nombre y calcule la cantidad en gramos del precipitado obtenido.
7.2. Describa el procedimiento que llevaría a cabo en el laboratorio para separar el precipitado, dibujando el montaje que emplearía y nombrando el material.

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

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

$\mathrm{CaCl_2(ac)} + \mathrm{Na_2CO_3(ac)} \rightarrow \mathrm{CaCO_3(s)} \downarrow + 2\,\mathrm{NaCl(ac)}$

El precipitado es, por tanto, $\textbf{carbonato de calcio}$, un sólido blanco: es el componente principal de la caliza y de la cáscara de huevo.

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

$n(\mathrm{CaCl_2}) = 0{,}02 \cdot 0{,}025 = 5{,}0 \cdot 10^{-4}\ \mathrm{mol}$

$n(\mathrm{Na_2CO_3}) = 0{,}03 \cdot 0{,}025 = 7{,}5 \cdot 10^{-4}\ \mathrm{mol}$

La proporción estequiométrica es 1:1, así que los $5{,}0 \cdot 10^{-4}$ mol de cloruro de calcio solo pueden consumir esa misma cantidad de carbonato de sodio: sobran $2{,}5 \cdot 10^{-4}$ mol de este último. El $\textbf{reactivo limitante es el}$ $\mathrm{CaCl_2}$ y es él quien fija la cantidad de precipitado:

$n(\mathrm{CaCO_3}) = 5{,}0 \cdot 10^{-4}\ \mathrm{mol}$

Con $M(\mathrm{CaCO_3}) = 40{,}1 + 12{,}0 + 3 \cdot 16{,}0 = 100{,}1$ g/mol:

$m(\mathrm{CaCO_3}) = 5{,}0 \cdot 10^{-4} \cdot 100{,}1$

$m(\mathrm{CaCO_3}) = 0{,}050\ \mathrm{g}$

Se obtienen unos 50 mg de carbonato de calcio, suponiendo que la reacción es completa.

$\textbf{7.2. Describa el procedimiento que llevaría a cabo en el laboratorio para separar el precipitado, dibujando el montaje que emplearía y nombrando el material. (1 punto)}$

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 carbonato de calcio.

$\textbf{Material necesario}$: 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 matraz kitasato apoyado en la mesa, con su tubuladura lateral conectada mediante el tubo de goma a la trompa de agua acoplada al grifo; sobre la boca del kitasato, el tapón de goma; y encajado en él, el embudo Büchner con el papel de filtro en el fondo.

$\textbf{Procedimiento}$:

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.

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 un poco de agua destilada para que quede adherido.

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

iv) Se agita la mezcla del vaso 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 NaCl formado y el $\mathrm{Na_2CO_3}$ sobrante, se recoge en el kitasato; el carbonato de calcio 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 y se lleva a la estufa sobre un vidrio de reloj hasta masa constante, si se quiere pesar el precipitado y comprobar el resultado del apartado anterior.