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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO - CURSO BÁSICO Laboratorio Química General Practica Nro.4 ALUMNO: Luis Mauricio Averanga Vergara CONTENIDO: Estado Gaseoso-Informe CARRERA: Ingeniería Electrónica CATEDRÁTICO: Ing. Gustavo Adolfo Gonzales Gómez LA PAZ - BOLIVIA ESTADO GASEOSO 1. OBJETIVO GENERAL • Comprobar experimentalmente las leyes que rigen el estado gaseoso 1.1 OBJETIVOS ESPECIFICOS • Estudiar el comportamiento de un gas y comprobar en forma practica el cumplimiento de las leyes empíricas desarrolladas por Boyle, Charles y Gay Lussac • Generar un gas en condiciones controladas y recogerlo sobre agua, utilizando para ello en eudiómetro. • Realizar medidas de magnitudes comunes en forma correcta y confiable. • Calcular experimentalmente el valor de la constante R y comparar el valor hallado con el valor bibliográfico. • Realizar el tratamiento de datos con énfasis en promedios aritméticos y errores absoluto y relativo 2. FUNDAMENTO TEORICO 2.1 Gas Sustancia en uno de los tres estados diferentes de la materia ordinaria, que son el sólido, el líquido y el gaseoso. Los sólidos tienen una forma bien definida y son difíciles de comprimir. Los líquidos fluyen libremente y están limitados por superficies que forman por sí solos. Los gases se expanden libremente hasta llenar el recipiente que los contiene, y su densidad es mucho menor que la de los líquidos y sólidos. La teoría atómica de la materia define los estados, o fases, de acuerdo al orden que implican. Las moléculas tienen una cierta libertad de movimientos en el espacio. Estos grados de libertad microscópicos están asociados con el concepto de orden macroscópico. Las moléculas de un sólido están colocadas en una red, y su libertad está restringida a pequeñas vibraciones en torno a los puntos de esa red. En cambio, un gas no tiene un orden espacial macroscópico. Sus moléculas se mueven aleatoriamente, y sólo están limitadas por las paredes del recipiente que lo contiene. Se han desarrollado leyes empíricas que relacionan las variables macroscópicas. En los gases ideales, estas variables incluyen la presión (p), el volumen (V) y la temperatura (T). La ley de Boyle-Mariotte afirma que el volumen de un gas a temperatura constante es inversamente proporcional a la presión. La ley de Charles y Gay-Lussac afirma que el volumen de un gas a presión constante es directamente proporcional a la temperatura absoluta. La combinación de estas dos leyes proporciona la ley de los gases ideales pV = nRT (n es el número de moles), también llamada ecuación de estado del gas ideal. La constante de la derecha, R, es una constante universal cuyo descubrimiento fue una piedra angular de la ciencia moderna. 2.2 Ley de Boyle-Mariotte En física, ley que afirma que el volumen de un gas a temperatura constante es inversamente proporcional a su presión. ( ) V k P Tn, = La ley de Boyle también se puede enunciar de la siguiente manera: “En un sistema aislado para cualquier masa de gas en un proceso isotérmico (temperatura constante), el producto de la presión por el volumen es constante”. 2.3 Ley de Charles Ley que afirma que el volumen de un gas ideal a presión constante es proporcional a su temperatura absoluta. ( ) ( )PnPn kTVk T V ,, == 2.4 Ley de Gay-Lussac Se puede expresar de la siguiente manera: “En todo proceso isocórico (volumen constante), manteniendo el número de moles constante, la presión de cualquier gas es directamente proporcional a su temperatura constante”. ( ) ( )VnVn kTPk T P ,, == 2.5 Condiciones normales Se conoce como condiciones normales de la materia gaseosa, a ciertos valores arbitrarios (acordados universalmente), de presión y temperatura, los que son: T = 273 K ó t = 0 °C P = 1 atm = 760 mmHg En estas condiciones el volumen ocupado por un mol de cualquier gas es de 22.4 litros (valor igual a V0 en la ley de Charles). Al volumen ocupado por un mol de sustancia se denomina volumen molar. 2.6 Vapor Sustancia en estado gaseoso. Los términos de vapor y gas son intercambiables, aunque en la práctica se emplea la palabra vapor para referirse al de una sustancia que normalmente se encuentra en estado líquido o sólido, como por ejemplo agua, benceno o yodo. Se ha propuesto restringir el uso del término a las sustancias gaseosas que se encuentren por debajo de su punto crítico (la máxima temperatura a la que se puede licuar aplicando una presión suficiente) y hablar de gas por encima de la temperatura crítica, cuando es imposible que la sustancia exista en estado líquido o sólido. Esencialmente, el uso de los términos es arbitrario, porque todas las sustancias gaseosas tienen un comportamiento similar por debajo y por encima del punto crítico. Cuando se confina el vapor emitido por una sustancia a cualquier temperatura, ejerce una presión conocida como presión de vapor. Al aumentar la temperatura de la sustancia, la presión de vapor se eleva, como resultado de una mayor evaporación. Cuando se calienta un líquido hasta la temperatura en la que la presión de vapor se hace igual a la presión total que existe sobre el líquido, se produce la ebullición. En el punto de ebullición, al que corresponde una única presión para cada temperatura, el vapor en equilibrio con el líquido se conoce como vapor saturado; es el caso, por ejemplo, del vapor de agua a 100 °C y a una presión de 1 atmósfera. El vapor a una temperatura superior al punto de ebullición se denomina vapor sobrecalentado, y se condensa parcialmente si se disminuye la temperatura a presión constante. A temperaturas y presiones normales, la presión de vapor de los sólidos es pequeña y suele ser despreciable. Sin embargo, la presencia de vapor de agua sobre el hielo demuestra su existencia. Incluso en los metales, la presión de vapor puede ser importante a temperatura elevada y presión reducida. Por ejemplo, la rotura del filamento de wolframio de una bombilla (foco) incandescente se debe fundamentalmente a la evaporación, que implica un aumento de la presión de vapor. Cuando se calienta una solución de dos sustancias volátiles, como agua y alcohol, el vapor resultante contiene ambas sustancias, aunque generalmente en proporciones distintas de las de la solución original. Normalmente se evapora primero un porcentaje mayor de la sustancia más volátil; este es el principio de la destilación. 2.7 Gas Húmedo Se entiende por gas húmedo a la mezcla homogénea de gas seco y el vapor de un líquido. Los gases húmedos tienen las siguientes características: - Se recogen generalmente sobre un líquido no volátil. - Tiene una aplicación de la ley de Dalton de las presiones parciales. - Se obtiene este gas burbujeando a través de un líquido. - Las moléculas arrastradas en forma de vapor son recolectadas como moléculas de gas y de líquido vaporizado. 2.8 Humedad absoluta Humedad absoluta es la relación entre la masa de vapor y la masa del gas seco, contenidos en una masa de gas húmedo. )osecgas( )vapor( m m = 2.9 Humedad relativa La humedad relativa es la relación entre la presión de vapor que contiene una masa de aire y la que contendría si estuviese saturado a la misma temperatura. 100 Pv Pv * = 3. MATERIALES Y REACTIVOS 3.1 Materiales ITEM MATERIAL CARACTE RÍSTICA CANT IDAD ITEM MATERIAL CARACTE RÍSTICA CANT IDAD 1 Manómetro en U 4 9 Aparato CENCO para gases 1 2 Termómetro de mercurio 0-100 ºC 1 10 Tubo generador de gases 1 3 Aparato para Leyes de Charles y Gay Lussac 1 11 Jarro metálico 1 4 Eudiómetro 50 cm3 1 12 Vaso de precipitados de 1000 cm3 1000 cm3 1 5 Regla 50 cm 1 13 Tapón de goma con una perforación 1 6 Soporte universal 1 14 Tubo devidrio en forma de U 1 7 Pinza porta bureta 1 15 Hornilla 1 8 Vernier 1 16 Balde de plástico transparente 15 litros 1 17 Botella Pet, de plástico transparente 750 - 800 cm3, de diametro ≤ 7 cm y altura ≥ 20 cm, cilindrico 1 18 Flexometro o cinta métrica pequeña 50 cm de largo 1 3.2 Reactivos ITEM REACTIVO CARACTERÍSTICA 1 Ácido clorhídrico p.a. 2 Magnesio en cinta p.a 3 Zinc p.a 4 Agua transparente 4. PROCEDIMIENTO 4.1 Ley de Boyle • Si se puede, realice las medidas a temperatura constante ambiente de su domicilio (en caso contrario se supone que esta será constante e igual a 18oC). • Proveerse de un recipiente de plástico (de aproximadamente 1 litro), dos metros de manguera plástica (1 cm de diámetro exterior y un balde de unos 15 litros de capacidad. • Arme el equipo como se indica en el video 1. • Considerar como volumen inicial del aire 1000 cc (900 del recipiente de plástico y 100 de la manguera); la presión inicial es la atmosférica. • Llene con agua el balde transparente de 15 litros (hasta unos 2 centímetros del borde). • Sumerja el recipiente de plástico con la boca hacia abajo hasta el fondo del balde. Registre la diferencia de alturas manométricas. • Sumerja el recipiente de plástico con la boca hacia abajo hasta la mitad del balde. Registre la nueva diferencia de alturas manométricas. • Sumerja el recipiente de plástico con la boca hacia abajo hasta unos 5 centímetros por debajo del nivel superior del agua en el balde. Registre la nueva diferencia de alturas manométricas. 4.2 Ley de Charles • Realice las medidas a presión constante (se sugiere la presión atmosférica que corresponde a alturas iguales del liquido manométrico en ambos brazos del manómetro). • Llene de agua caliente la camisa calefactora que rodea al tubo que contiene al gas • Con un termómetro registre las variaciones de temperatura a medida que el agua enfría. • Para cada variación de temperatura registre el volumen del gas. • Repita el proceso por lo menos 7 veces 4.3 Ley de Gay Lussac • Realice las medidas a volumen constante. • Llene de agua caliente la camisa calefactora que rodea al tubo que contiene al gas • Con un termómetro registre las variaciones de temperatura a medida que el agua enfría. • Para cada variación de temperatura registre la presión manométrica del gas. • Repita el proceso por lo menos 7 veces. 4.4 Determinación de la constante R Arme el sistema para recoger gas hidrogeno (generado por la reacción de HCl y Mg) sobre agua con ayuda de la probeta (eudiómetro), el tubo generador de gases, el vaso de precipitados y el soporte universal (según lo indicado en el video adjunto). • Pese y registre una masa de magnesio adecuada (pregunte al docente la cantidad) • Introduzca el Mg al tubo generador y espere reaccione completamente. • Registre en el sistema de la probeta (eudiómetro) la temperatura del agua ( se supone que esta temperatura es la del gas ya que el gas burbujea a través del agua y se supone que es la temperatura ambiente, escuchar el noticiero del medio día) • Mida y registre la presión manométrica (H) del gas húmedo, de la grafica correspondiente. • Mida y registre el volumen del gas (h), figura correspondiente. • Repita el procedimiento para otras dos muestras de Mg de diferente masa. 5. DATOS EXPERIMENTALES 5.1 Ley de Boyle Datos Proporcionados Prueba H [cm H2O] V recipiente [cc] H [mm Hg] Pman [mmHg] Patm [mmHg] PTotal [mmHg] K Boyle [mmHg*cc] Inicial 0 1000 0 0 495 495 - 1 13,6 980,20 10,00 10,00 495,00 505,00 495000 2 9,2 986,52 6,76 6,76 495,00 501,76 495000 3 4,8 992,92 3,53 3,53 495,00 498,53 495000 Temperatura ambiente = 18 [°C] Datos Experimentales en casa: Prueba H [cm H2O] V recipiente [cc] H [mm Hg] Pman [mmHg] Patm [mmHg] PTotal [mmHg] K Boyle [mmHg*cc] Inicial 0 1000 0 0 495 495 - 1 13,5 980,34 9,93 9,93 495,00 504,93 495000 2 9,3 986,37 6,84 6,84 495,00 501,84 495000 3 4,7 993,07 3,46 3,46 495,00 498,46 495000 Temperatura ambiente = 18 [°C] • Video Ley de Boyle: https://drive.google.com/file/d/1tVJFesOEKAGMzBzEUsdbC86-2q7aD0yy/view?usp=sharing 5.2 Ley de Charles Prueba 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 T [°C] 82.2 80.2 75.5 70.4 66.5 60.5 56.0 46.9 36.3 29.0 24.1 18.5 8.8 H [cm] 27.2 26.9 26.7 26.5 26.2 25.7 25.1 24.5 23.7 23.1 22.6 22.4 21.4 Diametro interior tubo derecho=5mm 5.3 Ley de Gay Lussac Prueba 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 T [°C] 81.3 79.4 74.9 69.8 65.9 60.3 55.6 46.8 36.2 29.0 24.1 18.5 9.1 Pman [mmHg] 104 102 93 89 81 70 68 49 28 17 9 0 -17 Diametro interior tubo derecho=5mm 5.4 Determinación de la constante R Prueba Mg [g] h=V[cc] H [cm H2O] 1 20 32.2 13.1 2 18 29.0 14.1 3 15 24.2 15.2 Temperaturatura Ambiente 18°C Presion de vapor (18°C)=15.48 mmHg 6. CÁLCULOS 6.1 Ley de Boyle • Calcular la presión absoluta para cada presión manométrica Para Pman 1 𝑃𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑃𝑎𝑡𝑚 + 𝑃𝑚𝑎𝑛 𝑃𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 495 + 10 𝑃𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 505 [𝑚𝑚𝐻𝑔] Para Pman 2 𝑃𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑃𝑎𝑡𝑚 + 𝑃𝑚𝑎𝑛 𝑃𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 495 + 6.76 𝑃𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 501.76 [𝑚𝑚𝐻𝑔] https://drive.google.com/file/d/1tVJFesOEKAGMzBzEUsdbC86-2q7aD0yy/view?usp=sharing Para Pman 3 𝑃𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑃𝑎𝑡𝑚 + 𝑃𝑚𝑎𝑛 𝑃𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 495 + 3.53 𝑃𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 498.53 [𝑚𝑚𝐻𝑔] • Calcular el volumen del gas a cada presión manométrica a partir de los valores iniciales (de presión y volumen) Tomando en cuenta V1=1000cc y P1=495mmHg Para PTotal 1 𝑃1 ∙ 𝑉1 = 𝑃2 ∙ 𝑉2 𝑉2 = 𝑃1 ∙ 𝑉1 𝑃2 𝑉2 = 495 ∙ 1000 505 𝑉2 = 980.20[𝑐𝑐] Para PTotal 2 𝑃1 ∙ 𝑉1 = 𝑃2 ∙ 𝑉2 𝑉2 = 𝑃1 ∙ 𝑉1 𝑃2 𝑉2 = 495 ∙ 1000 501.76 𝑉2 = 986.52[𝑐𝑐] Para PTotal 3 𝑃1 ∙ 𝑉1 = 𝑃2 ∙ 𝑉2 𝑉2 = 𝑃1 ∙ 𝑉1 𝑃2 𝑉2 = 495 ∙ 1000 498.53 𝑉2 = 992.92[𝑐𝑐] • Con los datos de presión absoluta y volumen, calcular la constante de Boyle KB Para la Prueba 1 𝐾 = 𝑃1 ∙ 𝑉1 𝐾 = 505 ∙ 980.20 𝐾 = 495000 [𝑚𝑚𝐻𝑔 ∙ 𝑐𝑐] Para la Prueba 2 𝐾 = 𝑃2 ∙ 𝑉2 𝐾 = 501.76 ∙ 986.52 𝐾 = 495000 [𝑚𝑚𝐻𝑔 ∙ 𝑐𝑐] Para la Prueba 3 𝐾 = 𝑃3 ∙ 𝑉3 𝐾 = 498.53 ∙ 992.92 𝐾 = 495000 [𝑚𝑚𝐻𝑔 ∙ 𝑐𝑐] • Realizar un gráfico Presión vs. Volumen • Realizar un gráfico Presión vs. 1/V • Del anterior gráfico calcular gráficamente la constante de Boyle KB como la pendiente de la recta Con ayuda de una calculadora y el análisis de regresión lineal nula (𝑦 = 𝛽𝑥) en la que 𝑦 = 𝑃, 𝑥 = 𝑉 y 𝛽 = 𝐾𝐵𝑜𝑦𝑙𝑒 obtenemos: 494 496 498 500 502 504 506 975 980 985 990 995 1000 1005 P re si ó n [ m m H g] Volumen [cc] 495 497 499 501 503 505 507 0,001 0,001005 0,00101 0,001015 0,00102 0,001025 P re si ó n [ m m H g] 1/Volumen [cc] 𝑃 = 4894999.23 𝑉 (𝑐𝑜𝑛 𝑃 𝑒𝑛 [𝑚𝑚𝐻𝑔] 𝑦 𝑉 𝑒𝑛 [𝑐𝑐]) Entonces el intervalo de confianza será: 𝛽 = 4894999.23 ± 13.03[𝑚𝑚𝐻𝑔 ∙ 𝑐𝑐] 𝛽 = 𝐾𝐵𝑜𝑦𝑙𝑒 𝐾𝐵𝑜𝑦𝑙𝑒 = 4894999.23 ± 13.03[𝑚𝑚𝐻𝑔 ∙ 𝑐𝑐] 6.2 Ley de Charles • Calcular la temperatura absoluta para cada juego de datos Sabiendo que: 𝐾 = °𝐶 + 273 Entonces obtendremos: Prueba 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 T [°C] 82,2 80,2 75,5 70,4 66,5 60,5 56,0 46,9 36,3 29,0 24,1 18,5 8,8 T [K] 355,2 353,2 348,5 343,4 339,5 333,5 329,0 319,9 309,3 302,0 297,1 291,5 281,8 • Con los datos de temperatura absoluta y volumen calcular la constante de Charles KCH. Sabiendo que el tubo en el que se esta experimentando se utilizo un tubo de 0.5 𝑐𝑚3 entonces el volumen será: 𝑉 = 𝜋 ∙ 𝑟2 ∙ ℎ Para la Prueba 1 𝐾𝐶𝐻 = 𝑉1 𝑇1 = 𝜋 ∙ 𝑟2 ∙ ℎ1 𝑇1 𝐾𝐶𝐻 = 𝜋 ∙ 0.52 ∙ 27.2 355.2 𝐾𝐶𝐻 = 0.060[𝑐𝑐/𝐾] Para la Prueba 2 𝐾𝐶𝐻 = 𝑉2 𝑇2 = 𝜋 ∙ 𝑟2 ∙ ℎ2 𝑇2 𝐾𝐶𝐻 = 𝜋 ∙ 0.52 ∙ 26.9 353.2 𝐾𝐶𝐻 = 0.060[𝑐𝑐/𝐾] Para la Prueba 3 𝐾𝐶𝐻 = 𝑉3 𝑇3 = 𝜋 ∙ 𝑟2 ∙ ℎ3 𝑇3 𝐾𝐶𝐻= 𝜋 ∙ 0.52 ∙ 26.7 348.5 𝐾𝐶𝐻 = 0.060[𝑐𝑐/𝐾] Para la Prueba 4 𝐾𝐶𝐻 = 𝑉4 𝑇4 = 𝜋 ∙ 𝑟2 ∙ ℎ4 𝑇4 𝐾𝐶𝐻 = 𝜋 ∙ 0.52 ∙ 26.5 343.4 𝐾𝐶𝐻 = 0.061[𝑐𝑐/𝐾] Para la Prueba 5 𝐾𝐶𝐻 = 𝑉5 𝑇5 = 𝜋 ∙ 𝑟2 ∙ ℎ5 𝑇5 𝐾𝐶𝐻 = 𝜋 ∙ 0.52 ∙ 26.2 339.5 𝐾𝐶𝐻 = 0.061[𝑐𝑐/𝐾] Para la Prueba 6 𝐾𝐶𝐻 = 𝑉6 𝑇6 = 𝜋 ∙ 𝑟2 ∙ ℎ6 𝑇6 𝐾𝐶𝐻 = 𝜋 ∙ 0.52 ∙ 25.7 333.5 𝐾𝐶𝐻 = 0.061[𝑐𝑐/𝐾] Para la Prueba 7 𝐾𝐶𝐻 = 𝑉7 𝑇7 = 𝜋 ∙ 𝑟2 ∙ ℎ7 𝑇7 𝐾𝐶𝐻 = 𝜋 ∙ 0.52 ∙ 25.1 329.0 𝐾𝐶𝐻 = 0.060[𝑐𝑐/𝐾] Para la Prueba 8 𝐾𝐶𝐻 = 𝑉8 𝑇8 = 𝜋 ∙ 𝑟2 ∙ ℎ8 𝑇8 𝐾𝐶𝐻 = 𝜋 ∙ 0.52 ∙ 24.5 319.9 𝐾𝐶𝐻 = 0.060[𝑐𝑐/𝐾] Para la Prueba 9 𝐾𝐶𝐻 = 𝑉9 𝑇9 = 𝜋 ∙ 𝑟2 ∙ ℎ9 𝑇9 𝐾𝐶𝐻 = 𝜋 ∙ 0.52 ∙ 23.7 309.3 𝐾𝐶𝐻 = 0.060[𝑐𝑐/𝐾] Para la Prueba 10 𝐾𝐶𝐻 = 𝑉10 𝑇10 = 𝜋 ∙ 𝑟2 ∙ ℎ10 𝑇10 𝐾𝐶𝐻 = 𝜋 ∙ 0.52 ∙ 23.1 302.0 𝐾𝐶𝐻 = 0.060[𝑐𝑐/𝐾] Para la Prueba 11 𝐾𝐶𝐻 = 𝑉11 𝑇11 = 𝜋 ∙ 𝑟2 ∙ ℎ11 𝑇11 𝐾𝐶𝐻 = 𝜋 ∙ 0.52 ∙ 22.6 297.1 𝐾𝐶𝐻 = 0.060[𝑐𝑐/𝐾] Para la Prueba 12 𝐾𝐶𝐻 = 𝑉12 𝑇12 = 𝜋 ∙ 𝑟2 ∙ ℎ12 𝑇12 𝐾𝐶𝐻 = 𝜋 ∙ 0.52 ∙ 22.4 291.5 𝐾𝐶𝐻 = 0.060[𝑐𝑐/𝐾] Para la Prueba 13 𝐾𝐶𝐻 = 𝑉13 𝑇13 = 𝜋 ∙ 𝑟2 ∙ ℎ13 𝑇13 𝐾𝐶𝐻 = 𝜋 ∙ 0.52 ∙ 21.4 281.8 𝐾𝐶𝐻 = 0.060[𝑐𝑐/𝐾] • Realizar un gráfico Volumen vs. Temperatura relativa (ºC). En este grafico prolongar la recta hasta volumen 0 para encontrar el valor de cero absoluto de temperatura. Prolongando la graficando tendremos: 0 5 10 15 20 25 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 50,0 55,0 60,0 65,0 70,0 75,0 80,0 85,0 V [ cc ] T [°C] • Realizar un gráfico de Volumen vs. Temperatura absoluta (ºK). • Del anterior gráfico calcular gráficamente la constante de Charles KCH como la pendiente de la recta Con ayuda de una calculadora y el análisis de regresión lineal nula (𝑦 = 𝛽𝑥) en la que 𝑦 = 𝑉, 𝑥 = 𝑇 y 𝛽 = 𝐾𝐶𝐻 obtenemos: 𝑉 = 0.0602𝑇(𝑐𝑜𝑛 𝑉 𝑒𝑛 [𝑐𝑐] 𝑦 𝑇 𝑒𝑛 [𝐾]) Entonces tendremos el Intervalo de confianza: 𝛽 = 0.0602 ± 0.0002[𝑐𝑐/𝐾] 𝛽 = 𝐾𝐶𝐻 𝐾𝐶𝐻 = 0.0602 ± 0.0002[𝑐𝑐/𝐾] 6.3 Ley de Gay Lussac • Calcular la temperatura absoluta para cada juego de datos Sabiendo que: 𝐾 = °𝐶 + 273 Entonces obtendremos: 0 5 10 15 20 25 280 290 300 310 320 330 340 350 360 V [ cc ] T [K] 0 5 10 15 20 25 -273,0 -268,0 -263,0 -258,0 -253,0 -248,0 -243,0 -238,0 -233,0 -228,0 -223,0 -218,0 -213,0 -208,0 -203,0 V [ cc ] T [°C] Prueba 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 T [°C] 81,3 79,4 74,9 69,8 65,9 60,3 55,6 46,8 36,2 29,0 24,1 18,5 9,1 T [K] 354,3 352,4 347,9 342,8 338,9 333,3 328,6 319,8 309,2 302,0 297,1 291,5 282,1 • Con los datos de temperatura absoluta y presión calcular la constante de Gay Lussac KG. Sabiendo que la presión atmosférica en La Paz es 495 mmHg, entonces la presión total será: 𝑃𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑃𝑎𝑡𝑚 ± 𝑃𝑚𝑎𝑛 𝑃𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 495 ± 𝑃𝑚𝑎𝑛 Para la Prueba 1 𝐾𝐶𝐻 = 𝑃1 𝑇1 = 495 ± 𝑃𝑚𝑎𝑛1 𝑇1 𝐾𝐶𝐻 = 495 + 104 354.3 𝐾𝐶𝐻 = 1.691[𝑚𝑚𝐻𝑔/𝐾] Para la Prueba 2 𝐾𝐶𝐻 = 𝑃2 𝑇2 = 495 ± 𝑃𝑚𝑎𝑛2 𝑇2 𝐾𝐶𝐻 = 495 + 102 352.4 𝐾𝐶𝐻 = 1.694[𝑚𝑚𝐻𝑔/𝐾] Para la Prueba 3 𝐾𝐶𝐻 = 𝑃3 𝑇3 = 495 ± 𝑃𝑚𝑎𝑛3 𝑇3 𝐾𝐶𝐻 = 495 + 93 347.9 𝐾𝐶𝐻 = 1.690[𝑚𝑚𝐻𝑔/𝐾] Para la Prueba 4 𝐾𝐶𝐻 = 𝑃4 𝑇4 = 495 ± 𝑃𝑚𝑎𝑛4 𝑇4 𝐾𝐶𝐻 = 495 + 89 342.8 𝐾𝐶𝐻 = 1.704[𝑚𝑚𝐻𝑔/𝐾] Para la Prueba 5 𝐾𝐶𝐻 = 𝑃5 𝑇5 = 495 ± 𝑃𝑚𝑎𝑛5 𝑇5 𝐾𝐶𝐻 = 495 + 81 338.9 𝐾𝐶𝐻 = 1.700[𝑚𝑚𝐻𝑔/𝐾] Para la Prueba 6 𝐾𝐶𝐻 = 𝑃6 𝑇6 = 495 ± 𝑃𝑚𝑎𝑛6 𝑇6 𝐾𝐶𝐻 = 495 + 70 333.3 𝐾𝐶𝐻 = 1.695[𝑚𝑚𝐻𝑔/𝐾] Para la Prueba 7 𝐾𝐶𝐻 = 𝑃7 𝑇7 = 495 ± 𝑃𝑚𝑎𝑛7 𝑇7 𝐾𝐶𝐻 = 495 + 68 328.6 𝐾𝐶𝐻 = 1.713[𝑚𝑚𝐻𝑔/𝐾] Para la Prueba 8 𝐾𝐶𝐻 = 𝑃8 𝑇8 = 495 ± 𝑃𝑚𝑎𝑛8 𝑇8 𝐾𝐶𝐻 = 495 + 49 319.8 𝐾𝐶𝐻 = 1.701[𝑚𝑚𝐻𝑔/𝐾] Para la Prueba 9 𝐾𝐶𝐻 = 𝑃9 𝑇9 = 495 ± 𝑃𝑚𝑎𝑛9 𝑇9 𝐾𝐶𝐻 = 495 + 28 309.2 𝐾𝐶𝐻 = 1.691[𝑚𝑚𝐻𝑔/𝐾] Para la Prueba 10 𝐾𝐶𝐻 = 𝑃10 𝑇10 = 495 ± 𝑃𝑚𝑎𝑛10 𝑇10 𝐾𝐶𝐻 = 495 + 17 302.0 𝐾𝐶𝐻 = 1.695[𝑚𝑚𝐻𝑔/𝐾] Para la Prueba 11 𝐾𝐶𝐻 = 𝑃11 𝑇11 = 495 ± 𝑃𝑚𝑎𝑛11 𝑇11 𝐾𝐶𝐻 = 495 + 9 297.1 𝐾𝐶𝐻 = 1.696[𝑚𝑚𝐻𝑔/𝐾] Para la Prueba 12 𝐾𝐶𝐻 = 𝑃12 𝑇12 = 495 ± 𝑃𝑚𝑎𝑛12 𝑇12 𝐾𝐶𝐻 = 495 + 0 291.5 𝐾𝐶𝐻 = 1.698[𝑚𝑚𝐻𝑔/𝐾] Para la Prueba 13 𝐾𝐶𝐻 = 𝑃13 𝑇13 = 495 ± 𝑃𝑚𝑎𝑛13 𝑇13 𝐾𝐶𝐻 = 495 − 17 282.1 𝐾𝐶𝐻 = 1.694[𝑚𝑚𝐻𝑔/𝐾] • Realizar un gráfico Presión vs. Temperatura relativa (ºC). En este grafico prolongar la recta hasta presión 0 para encontrar el valor de cero absoluto de temperatura. Prolongando la grafica tendremos: 0 100 200 300 400 500 600 700 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 P [ m m H g] T [°C] 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 -273 -272 -271 -270 -269 -268 -267 -266 -265 -264 -263 -262 -261 -260 P [ m m H g] T [°C] • Realizar un gráfico de Presión vs. Temperatura absoluta (ºK). • Del anterior gráfico calcular gráficamente la constante de Gay Lussac KG como la pendiente de la recta Con ayuda de una calculadora y el análisis de regresión lineal nula (𝑦 = 𝛽𝑥) en la que 𝑦 = 𝑃, 𝑥 = 𝑇 y 𝛽 = 𝐾𝐺 obtenemos: 𝑃 = 1.697𝑇(𝑐𝑜𝑛 𝑃 𝑒𝑛 [𝑚𝑚𝐻𝑔] 𝑦 𝑇 𝑒𝑛 [𝐾]) Entonces tendremos el Intervalo de confianza: 𝛽 = 1.697 ± 0.005[𝑚𝑚𝐻𝑔/𝐾] 𝛽 = 𝐾𝐺 𝐾𝐺 = 1.697 ± 0.005[𝑚𝑚𝐻𝑔/𝐾] 6.4 Determinación de la Constante R • Calcular el número de moles de H2 producidos a partir de la masa de Mg, considerando que 1 mol de H2 se obtiene a partir de 1 mol de Mg. Para la prueba 1 20𝑚𝑔𝑀𝑔 ∙ 1𝑔𝑀𝑔 1000𝑚𝑔𝑀𝑔 ∙ 1𝑚𝑜𝑙𝑀𝑔 24𝑔𝑀𝑔 ∙ 1𝑚𝑜𝑙𝐻2 1𝑚𝑜𝑙𝑀𝑔 = 0.000833𝑚𝑜𝑙𝐻2 Para la prueba 2 18𝑚𝑔𝑀𝑔 ∙ 1𝑔𝑀𝑔 1000𝑚𝑔𝑀𝑔 ∙ 1𝑚𝑜𝑙𝑀𝑔 24𝑔𝑀𝑔 ∙ 1𝑚𝑜𝑙𝐻2 1𝑚𝑜𝑙𝑀𝑔 = 0.00075𝑚𝑜𝑙𝐻2 Para la prueba 3 15𝑚𝑔𝑀𝑔 ∙ 1𝑔𝑀𝑔 1000𝑚𝑔𝑀𝑔 ∙ 1𝑚𝑜𝑙𝑀𝑔 24𝑔𝑀𝑔 ∙ 1𝑚𝑜𝑙𝐻2 1𝑚𝑜𝑙𝑀𝑔 = 0.000625𝑚𝑜𝑙𝐻2 • Calcular la presión del H2 seco. Considerar que el gas obtenido es húmedo y que se debe restar la Pv* a la temperatura del sistema de la presión del gas húmedo para obtener la presión del gas seco. Para la prueba 1 𝑃𝑔𝑠 = 𝑃𝑔ℎ − 𝑃𝑣 𝑃𝑔𝑠 = 𝑃𝑎𝑡𝑚 − 𝑃𝑚𝑎𝑛 − 𝑃𝑣 0 100 200 300 400 500 600 700 280 290 300 310 320 330 340 350 360 P [ m m H g] T [K] 𝑃𝑔𝑠 = 495 − 9.63 − 15.48 𝑃𝑔𝑠 = 469.89[𝑚𝑚𝐻𝑔] Para la prueba 2 𝑃𝑔𝑠 = 𝑃𝑔ℎ − 𝑃𝑣 𝑃𝑔𝑠 = 𝑃𝑎𝑡𝑚 − 𝑃𝑚𝑎𝑛 − 𝑃𝑣 𝑃𝑔𝑠 = 495 − 10.37 − 15.48 𝑃𝑔𝑠 = 469.15[𝑚𝑚𝐻𝑔] Para la prueba 3 𝑃𝑔𝑠 = 𝑃𝑔ℎ − 𝑃𝑣 𝑃𝑔𝑠 = 𝑃𝑎𝑡𝑚 − 𝑃𝑚𝑎𝑛 − 𝑃𝑣 𝑃𝑔𝑠 = 495 − 11.18 − 15.48 𝑃𝑔𝑠 = 468.34[𝑚𝑚𝐻𝑔] • Calcular con ayuda de la ecuación de estado la constante R experimental. 𝑅 = 𝑃𝐻2𝑉 𝑛𝐻2 𝑇 Con la ayuda de la anterior formula obtendremos: P [mmHg] V [L] T [K] n [mol H2] R [mmHg*L/mol*K] 469,89 0,0322 291 0,000833 62,419 469,15 0,0290 291 0,000750 62,338 468,34 0,0242 291 0,000625 62,317 • Calcular el error absoluto y relativo en cada caso tomando como referencia los valores bibliográficos. Hallando el error absoluto 𝑅 = �̅� ± 𝑡𝑐 𝑆𝑅 √𝑛 𝑅 = 62.358 ± 0.987 [ mmHg L mol K ] Hallando el error relativo 𝜀𝑅 = 𝐸𝑅 �̅� ∙ 100% 𝜀𝑅 = 0.987 62.358 ∙ 100% 𝜀𝑅 = 1.58% 7. BIBLIOGRAFÍA ▪ BABOR, JOSE &IBARZ, JOSE Química General Moderna. 8va Ed Editorial Marin S.A. (1977) ▪ GRAY, HARRY & HAIGHT, GILBERT Principios Básicos de Química Editorial Reverte (1969) ▪ MONTECINOS, EDGAR & MONTECINOS, JOSE Química General. Prácticas de Laboratorio. La Paz (1989)
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