Ejercicio resuelto de Pureza - Rendimiento · Química · 2024

PREGUNTA 8 [2 puntos (1 punto por apartado)].
Se mezclan 40 mL de una disolución 0,1 M de cloruro potásico con 30 mL de otra disolución 0,1 M de nitrato de plomo(II), y se obtienen 0,48 g de un precipitado de cloruro de plomo(II) de color blanco.

8.1. Escriba la reacción completa que tiene lugar y calcule el porcentaje de rendimiento de la reacción.
8.2. Explique el procedimiento que emplearía para separar el precipitado formado mediante una filtración a vacío, indicando el material a emplear y dibujando el montaje a utilizar.

$\mathbf{\text{8.1.}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{completa}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{tiene}}\mathbf{\text{lugar}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{calcule}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{porcentaje}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{rendimiento}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

Al mezclar las dos disoluciones se produce una doble sustitución en la que precipita el cloruro de plomo(II), muy poco soluble:

$2\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}(\mathrm{a}\mathrm{c})+\mathrm{P}\mathrm{b}(\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3{)}_2(\mathrm{a}\mathrm{c})\to \mathrm{P}\mathrm{b}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2(\mathrm{s})\downarrow +2\mathrm{K}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3(\mathrm{a}\mathrm{c})$

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

$n(\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l})=\mathrm{0,1}\cdot \mathrm{0,040}=\mathrm{4,0}\cdot {10}^{-3}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

$n(\mathrm{P}\mathrm{b}(\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3{)}_2)=\mathrm{0,1}\cdot \mathrm{0,030}=\mathrm{3,0}\cdot {10}^{-3}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

La proporción estequiométrica es de 2 mol de KCl por cada mol de nitrato de plomo, de modo que los $\mathrm{4,0}\cdot {10}^{-3}$ mol de cloruro solo pueden consumir $\mathrm{2,0}\cdot {10}^{-3}$ mol de nitrato: sobra un milimol de este último. El $\mathbf{\text{reactivo}}\mathbf{\text{limitante}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{KCl}}$.

$n_{\text{te}\acute{\text{o}}\text{rica}}(\mathrm{P}\mathrm{b}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2)={\displaystyle \frac{\mathrm{4,0}\cdot {10}^{-3}}{2}}=\mathrm{2,0}\cdot {10}^{-3}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

Con $M(\mathrm{P}\mathrm{b}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2)=\mathrm{207,2}+2\cdot \mathrm{35,45}=\mathrm{278,1}$ g/mol:

$m_{\text{te}\acute{\text{o}}\text{rica}}=\mathrm{2,0}\cdot {10}^{-3}\cdot \mathrm{278,1}=\mathrm{0,556}\mathrm{g}$

El rendimiento compara lo realmente obtenido con ese máximo:

$\eta ={\displaystyle \frac{\mathrm{0,48}}{\mathrm{0,556}}}\cdot 100$

$\eta =\mathrm{86,3}\mathrm{\%}$

$\mathbf{\text{8.2.}}\mathbf{\text{Explique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{procedimiento}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{emplear}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{separar}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{precipitado}}\mathbf{\text{formado}}\mathbf{\text{mediante}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{filtraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{vac}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{o,}}\mathbf{\text{indicando}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{material}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{emplear}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{dibujando}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{montaje}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{utilizar.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

La filtración a vacío se emplea cuando el precipitado es fino y la filtración por gravedad resultaría muy lenta: la diferencia de presión a ambos lados del filtro fuerza el paso del líquido.

$\mathbf{\text{Material}}\mathbf{\text{necesario}}$: 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.

$\mathbf{\text{Montaje}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{procedimiento}}$:

i) Se encaja el embudo Büchner en la boca del kitasato con el tapón de goma, cuidando que el cierre sea hermético: si entra aire por la unión, no llega a hacerse el vacío.

ii) Se conecta la tubuladura lateral del kitasato a la trompa de agua con el tubo de goma. Debe ser de paredes gruesas, porque el tubo fino se colapsa al hacer el vacío.

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

iv) Se abre la trompa de agua y, con el vacío ya establecido, 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.

v) El líquido, que contiene el nitrato de potasio formado y el nitrato de plomo(II) sobrante, se recoge en el kitasato; el cloruro de plomo(II) queda retenido sobre el papel.

vi) 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 $\mathbf{\text{fr}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}$: la solubilidad del $\mathrm{P}\mathrm{b}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$ aumenta bastante con la temperatura, así que lavar con agua caliente disolvería parte del producto y falsearía el rendimiento.

vii) 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 agua, para evitar que esta retroceda hacia el kitasato.

viii) Se despega el papel con el sólido, se lleva a la estufa sobre un vidrio de reloj y se pesa hasta masa constante.

Conviene recordar que las sales de plomo son tóxicas: hay que manipularlas con guantes y recoger los residuos en el contenedor correspondiente, sin verterlos por el desagüe.