Calculo De La Constante De Gases

PRÁCTICA 21 CÁLCULO DE LA CONSTANTE DE LOS GASES: VOLUMEN MOLAR DEL HIDRÓGENO. COMPARACIÓN CON EL MÉTODO HOFFMAN OBJETIVOS • Discernir entre un proceso redox que es espontáneo y otro que no lo es. • Obtener, por reacción química, un número determinado de moles de hidrógeno y medir cuantitativamente su volumen para calcular la constante de los gases. • Determinar el volumen molar del hidrógeno encondiciones normales utilizando la ley de presiones parciales de Dalton y la de los gases ideales. • Emplear la electrolisis del agua acidulada para determinar, nuevamente, la constante de los gases. FUNDAMENTO TEÓRICO La Ley de los gases ideales es una ecuación de estado que relaciona la presión, volumen, temperatura y numero de moles de un gas. Es de gran utilidad en el estudio de los gases dadoque se ha observado experimentalmente que todos ellos, en condiciones de presión y temperatura próximas a las del ambiente, la obedecen con una exactitud considerable. Aunque, ningún gas real la cumple exactamente su expresión es: PV=nRT (1) Siendo: P la presión ejercida por el gas, V el volumen que ocupa, n el número de moles de gas en la muestra, R la constante de los gases y T la temperaturaabsoluta a la que se encuentra la muestra. Una característica interesante del comportamiento ideal de los gases, evidente en la ecuación 1, es su universalidad; en efecto, en dicha expresión no aparece ningún parámetro que dependa de la naturaleza química del gas. Por ello, la constante de proporcionalidad R que aparece en la ley puede calcularse para cualquier muestra gaseosa, siendo solamentenecesario trabajar en condiciones de presión y temperatura en las cuales el gas se comporte idealmente. La determinación experimental de R será uno de los objetivos de esta práctica.

PROCESO ESPONTÁNEO: REACCIÓN DE UN METAL CON UN ÁCIDO En el primer experimento, se va a obtener un número de moles conocido de hidrógeno y a medir el volumen que ocupa en condiciones de presión y temperaturaconocidas. Un método de obtención de hidrógeno simple consiste en hacer reaccionar un metal activo con un ácido (por ejemplo, zinc, hierro, aluminio, magnesio, etc); en este caso se va a utilizar magnesio, que reacciona rápida y espontáneamente con ácidos fuertes con arreglo a la siguiente reacción: (2) Mg(s) + 2 H3 O + (ac ) → Mg2+ (ac ) + H2 (g) + 2 H2 O(l) En el sistema utilizado, ver Figura 1, elhidrógeno desprendido desplaza un volumen igual de agua, V, el cual puede medirse. Los datos n, P, V y T del experimento se utilizan para calcular la constante R. Finalmente, con el valor de R obtenido, se determina el volumen que ocupa un mol de hidrógeno (volumen molar) en condiciones normales de presión y temperatura (1 atm, 0 ºC). Al inicio del experimento el erlenmeyer recolector de hidrógeno seencuentra completamente lleno de agua. A medida que el hidrógeno se libera, las burbujas del gas se

elevan hacia la parte superior y el agua es empujada hacia fuera del mismo. Finalizada la reacción, en el erlenmeyer quedará una fase líquida formada por el agua que no ha sido desplazada y una fase gaseosa formada por una mezcla de hidrógeno y vapor de agua. Según la ley de Dalton, la presióntotal (P T ) del gas es igual a la suma de las presiones ejercidas por el hidrógeno gaseoso PH 2 y el vapor de agua PH 2 O
PT = PH2 + PH2O

(3)

La presión del H 2 O(g) en equilibrio con el H 2 O(l) (llamada presión de vapor), depende únicamente de la temperatura, por lo cual el dato PH 2 O de la ecuación 3 se encuentra tabulado. Este método de desplazamiento de agua para recoger un gas esviable en este caso porque el hidrógeno no reacciona con el agua y no se disuelve apreciablemente en ella.

ELECTROLISIS Realizaremos otro experimento distinto para estudiar el desprendimiento de gases mediante una electrolisis del agua. El agua a temperatura y presión estándar no se descompone espontáneamente en hidrógeno y oxígeno gaseosos, porque el cambio de energía de Gibbs estándar para esta...