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PRÁCTICA 10: ESTEQUIOMETRÍA: MÉTODO DE JOB

PROPÓSITO
Al finalizar esta sesión el estudiante estará en capacidad de determinar la relación estequiométrica en la que se combinan los reactivos de una reacción química.

MARCO TEÓRICO
Reacciones químicas
Una reacción es un proceso mediante el cual una o varias sustancias se combinan para dar lugar a otras sustancias nuevas. La reacción serepresenta mediante una ecuación química, la cual simboliza el tipo de sustancias que toman parte en el proceso y sus proporciones estequiométricas.
Por ejemplo, en la reacción de combustión del gas propano con el oxígeno se forman dióxido de carbono y agua como productos. Este proceso se representa mediante la ecuación química:
C3H8(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g)
Sin embargo, la ecuación debe estarbalanceada para que represente correctamente las cantidades químicas de cada sustancia que participan en la reacción:
C3H8(g) + 5 O2(g) → 3 CO2(g) + 4 H2O(g)
Los coeficientes estequiométricos denotan la proporción, como cantidades químicas, en la que se combinan los reactivos y aparecen los productos. Por lo tanto, por 1 mol de C3H8 que reacciona, se requieren 5 mol de O2 y se forman 3 mol deCO2 y 4 mol de H2O.
Las proporciones también se pueden se pueden expresar en masa:
C3H8(g) + 5 O2(g) → 3 CO2(g) + 4 H2O(g)
(1 x 44 g) + (5 x 32 g) = (3 x 44 g) + (4 x 18 g)
44 g + 160 g = 132 g + 72 g
204 g = 204 g
Reactivo límite
Cuando ocurre una reacción, uno o varios de los reactivos se pueden encontrar en exceso. Esto significa que existe un reactivo que determina laproporción estequiométrica exacta en la que ocurrirá el cambio químico. Dicho reactivo, denominado reactivo límite (o reactivo limitante), se consume completamente si el proceso es irreversible. Todos los cálculos estequiométricos deben realizarse tomando como referencia el reactivo límite.
Ejemplo:
La hidrazina, N2H4(g), se ha usado como combustible para cohetes combinada con el peróxido dehidrógeno, H2O2(g). La ecuación química que representa el proceso es:
N2H4(g) + 2 H2O2(g) → N2(g) + 4 H2O(g)
Si se combinan 1.60 g de hidrazina con 20.0 g de peróxido, ¿qué masa de ácido se nítrico se obtiene?
Uno de los métodos para determinar cuál es el reactivo límite, consiste en seleccionar uno de ellos como referencia y calcular cuánto se requiere del otro:

Por lo tanto, se requieren11.9 g de H2O2(g) para reaccionar con la hidrazina. Esto significa que el peróxido se encuentra en exceso, ya que de él se tienen 20.0 g. El reactivo límite es el N2H4(g) y de peróxido sobran: 20.0 g - 11.9 g = 2.1 g.

Método de Job o método de la variación continua
Este método se ideó para determinar experimentalmente la relación estequiométrica en la que se combinan los reactivos de unareacción. Se basa en la realización de una serie reacciones empleando cantidades diferentes de cada reactivo pero manteniendo constante la cantidad total de ambos. Puede entonces medirse una variable del sistema, relacionada con la masa, y representarse gráficamente contra las cantidades de reactivos utilizadas. La variable puede ser el peso de precipitado o su altura, o la cantidad de calor liberado.Ejemplo:
El PbI2(s) también se puede obtener por reacción entre el Pb(NO3)2(ac) y el KI(ac):
a Pb(NO3)2(ac) + b KI(ac) → c PbI2(s) + d KNO3(ac),
donde a, b, c, d son los coeficientes estequiométricos de la ecuación.
En una serie de experimentos, se varían las masas de los reactivos manteniendo un valor constante de la masa total de ambos. El precipitado se filtra, se lava, se seca, y seobtienen los siguientes resultados:
Tabla 1: Método de Job para la reacción entre el Pb(NO3)2(ac) y el KI(ac)
Experimento
m Pb(NO3)2(ac), g
m Kl(ac), g
m PbI2(s), g
1
0.50
4.50
0.75
2
1.00
4.00
1.39
3
1.50
3.50
1.98
4
3.00
2.00
2.78
5
4.00
1.00
1.45

En la figura 1 se muestra el gráfico de masa del precipitado versus masa de Pb(NO3)2(ac) y masa de KI(ac).

Figura 1....