Los ácidos disuelven a los metales, el ácido clorhídrico tiende a reaccionar con el zinc y de esta manera se emplea para determinar la pureza de los mismos. En procedimiento de laboratorio se hizo reaccionar una placa de zinc con un peso de 5,07 g con una pureza del 60% con 60 mL de solución de ácido sulfúrico al 19% y con una densidad 1,08 g/mL. Hallar el volumen de hidrógeno producido si se recoge sobre agua, a 27°C y 1,08 atm. Considerar que el rendimiento de la reacción es del 70%.
Respuestas
Dada la reacción entre zinc y ácido sulfúrico, se pide determinar el volumen de hidrógeno producido en condiciones determinadas de presión y temperatura, para unas cantidades dadas de reactivos y sabiendo que el rendimiento de reacción es 70%. El resultado obtenido es: 0,742 L de hidrógeno.
Ecuación química:
H₂SO₄ + Zn → ZnSO₄ + H₂
Datos Zinc:
5,07 g
pureza 60 %
masa atómica Zn = 65,4 g
Datos H₂SO₄
60 ml de solución al 19%
densidad = 1,08 g/ml
masa molar H₂SO₄ = 98 g/mol
Calculamos Zn puro disponible para reacción:
5,07 g × ( 60 g Zn / 100 g ) = 3,042 g Zn (puro)
Calculamos gramos de H₂SO₄ disponibles para reacción:
60 ml de solución al 19% (m /m)
60 ml × 1,08 g / ml = 64,8 g solución
64,8 g solución × ( 19 g H₂SO₄ / 100 g solución ) = 12,312 g H₂SO₄
Entonces tenemos disponible para reacción:
12,312 g H₂SO₄ × ( 1 mol / 98 g ) = 0,1256 mol H₂SO₄
3,042 g Zn × ( 1 mol / 65,4 g ) = 0,0465 mol Zn
De la ecuación química tenemos:
mol H₂SO₄ / mol Zn = 1 / 1 = 1
De los reactivos disponibles:
mol H₂SO₄ / mol Zn = 0,1256 / 0,0465 = 2,7
El reactivo limitante es el Zn.
Calculamos cuánto hidrógeno se puede producir:
1 mol Zn produce 1 mol de H₂, entonces por estequiometria, 0,0465 mol de Zn deberian producir 0,0465 mol de H₂.
Dado que la reacción tiene un rendimiento de 70%:
rendimiento = ( H producido / H teórico ) × 100
0,70 = H producido / 0,0465
H producido = 0,0326 mol
Para calcular el volumen de hidrógeno producido a 27 °C y 1,08 atm. usamos la ecuación de estado de los gases ideales:
P . V = n. R. T
V = n. R. T / P
n = 0,0326
P = 1,08 atm
T = 27 + 273 = 300 K
R = 0,082 atm L / K mol
V = ( 0,0326 mol × 0,082 atm L / K mol × 300 K ) / 1,08 atm
V = 0,742 L
Se produce un volumen de 0,742 L de hidrógeno.