Omitir e ir al contenidoIr a la página de accesibilidadMenú de atajos de teclado
Logo de OpenStax
Química 2ed

4.5 Análisis químico cuantitativo

Química 2ed4.5 Análisis químico cuantitativo

Menú
Índice
  1. Prefacio
  2. 1 Ideas esenciales
    1. Introducción
    2. 1.1 La química en su contexto
    3. 1.2 Fases y clasificación de la materia
    4. 1.3 Propiedades físicas y químicas
    5. 1.4 Mediciones
    6. 1.5 Incertidumbre, exactitud y precisión de las mediciones
    7. 1.6 Tratamiento matemático de los resultados de las mediciones
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  3. 2 Átomos, moléculas e iones
    1. Introducción
    2. 2.1 Las primeras ideas de la teoría atómica
    3. 2.2 Evolución de la teoría atómica
    4. 2.3 Estructura atómica y simbolismo
    5. 2.4 Fórmulas químicas
    6. 2.5 La tabla periódica
    7. 2.6 Compuestos iónicos y moleculares
    8. 2.7 Nomenclatura química
    9. Términos clave
    10. Ecuaciones clave
    11. Resumen
    12. Ejercicios
  4. 3 Composición de sustancias y soluciones
    1. Introducción
    2. 3.1 La fórmula de masa y el concepto de mol
    3. 3.2 Determinación de fórmulas empíricas y moleculares
    4. 3.3 Molaridad
    5. 3.4 Otras unidades para las concentraciones de las soluciones
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  5. 4 Estequiometría de las reacciones químicas
    1. Introducción
    2. 4.1 Escritura y balance de ecuaciones químicas
    3. 4.2 Clasificación de las reacciones químicas
    4. 4.3 Estequiometría de la reacción
    5. 4.4 Rendimiento de la reacción
    6. 4.5 Análisis químico cuantitativo
    7. Términos clave
    8. Ecuaciones clave
    9. Resumen
    10. Ejercicios
  6. 5 Termoquímica
    1. Introducción
    2. 5.1 Conceptos básicos de energía
    3. 5.2 Calorimetría
    4. 5.3 Entalpía
    5. Términos clave
    6. Ecuaciones clave
    7. Resumen
    8. Ejercicios
  7. 6 Estructura electrónica y propiedades periódicas de los elementos
    1. Introducción
    2. 6.1 Energía electromagnética
    3. 6.2 El modelo de Bohr
    4. 6.3 Desarrollo de la teoría cuántica
    5. 6.4 Estructura electrónica de los átomos (configuraciones de electrones)
    6. 6.5 Variaciones periódicas de las propiedades de los elementos
    7. Términos clave
    8. Ecuaciones clave
    9. Resumen
    10. Ejercicios
  8. 7 Enlace químico y geometría molecular
    1. Introducción
    2. 7.1 Enlace iónico
    3. 7.2 Enlace covalente
    4. 7.3 Símbolos y estructuras de Lewis
    5. 7.4 Cargas formales y resonancia
    6. 7.5 Fuerza de los enlaces iónicos y covalentes
    7. 7.6 Estructura molecular y polaridad
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  9. 8 Teorías avanzadas del enlace covalente
    1. Introducción
    2. 8.1 Teoría de enlace de valencia
    3. 8.2 Orbitales atómicos híbridos
    4. 8.3 Enlaces múltiples
    5. 8.4 Teoría de los orbitales moleculares
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  10. 9 Gases
    1. Introducción
    2. 9.1 Presión del gas
    3. 9.2 Relaciones entre presión, volumen, cantidad y temperatura: la ley de los gases ideales
    4. 9.3 Estequiometría de sustancias gaseosas, mezclas y reacciones
    5. 9.4 Efusión y difusión de los gases
    6. 9.5 La teoría cinético-molecular
    7. 9.6 Comportamiento no ideal de los gases
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  11. 10 Líquidos y sólidos
    1. Introducción
    2. 10.1 Fuerzas intermoleculares
    3. 10.2 Propiedades de los líquidos
    4. 10.3 Transiciones de fase
    5. 10.4 Diagramas de fase
    6. 10.5 El estado sólido de la materia
    7. 10.6 Estructuras de red en los sólidos cristalinos
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  12. 11 Soluciones y coloides
    1. Introducción
    2. 11.1 El proceso de disolución
    3. 11.2 Electrolitos
    4. 11.3 Solubilidad
    5. 11.4 Propiedades coligativas
    6. 11.5 Coloides
    7. Términos clave
    8. Ecuaciones clave
    9. Resumen
    10. Ejercicios
  13. 12 Cinética
    1. Introducción
    2. 12.1 Tasas de reacciones químicas
    3. 12.2 Factores que afectan las tasas de reacción
    4. 12.3 Leyes de velocidad
    5. 12.4 Leyes de tasas integradas
    6. 12.5 Teoría de colisiones
    7. 12.6 Mecanismos de reacción
    8. 12.7 Catálisis
    9. Términos clave
    10. Ecuaciones clave
    11. Resumen
    12. Ejercicios
  14. 13 Conceptos fundamentales del equilibrio
    1. Introducción
    2. 13.1 Equilibrio químico
    3. 13.2 Constantes de equilibrio
    4. 13.3 Equilibrios cambiantes: el principio de Le Châtelier
    5. 13.4 Cálculos de equilibrio
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  15. 14 Equilibrios ácido-base
    1. Introducción
    2. 14.1 Ácidos y Bases de Brønsted-Lowry
    3. 14.2 pH y pOH
    4. 14.3 Fuerza relativa de los ácidos y las bases
    5. 14.4 Hidrólisis de sales
    6. 14.5 Ácidos polipróticos
    7. 14.6 Tampones
    8. 14.7 Titulaciones ácido-base
    9. Términos clave
    10. Ecuaciones clave
    11. Resumen
    12. Ejercicios
  16. 15 Equilibrios de otras clases de reacción
    1. Introducción
    2. 15.1 Precipitación y disolución
    3. 15.2 Ácidos y Bases de Lewis
    4. 15.3 Equilibrios acoplados
    5. Términos clave
    6. Ecuaciones clave
    7. Resumen
    8. Ejercicios
  17. 16 Termodinámica
    1. Introducción
    2. 16.1 Espontaneidad
    3. 16.2 Entropía
    4. 16.3 La segunda y la tercera ley de la termodinámica
    5. 16.4 Energía libre
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  18. 17 Electroquímica
    1. Introducción
    2. 17.1 Repaso de química redox
    3. 17.2 Celdas galvánicas
    4. 17.3 Potenciales del electrodo y de la celda
    5. 17.4 Potencial, energía libre y equilibrio
    6. 17.5 Baterías y pilas de combustible
    7. 17.6 Corrosión
    8. 17.7 Electrólisis
    9. Términos clave
    10. Ecuaciones clave
    11. Resumen
    12. Ejercicios
  19. 18 Metales representativos, metaloides y no metales
    1. Introducción
    2. 18.1 Periodicidad
    3. 18.2 Incidencia y preparación de los metales representativos
    4. 18.3 Estructura y propiedades generales de los metaloides
    5. 18.4 Estructura y propiedades generales de los no metales
    6. 18.5 Incidencia, preparación y compuestos de hidrógeno
    7. 18.6 Incidencia, preparación y propiedades de los carbonatos
    8. 18.7 Incidencia, preparación y propiedades del nitrógeno
    9. 18.8 Incidencia, preparación y propiedades del fósforo
    10. 18.9 Incidencia, preparación y compuestos del oxígeno
    11. 18.10 Incidencia, preparación y propiedades del azufre
    12. 18.11 Incidencia, preparación y propiedades de los halógenos
    13. 18.12 Incidencia, preparación y propiedades de los gases nobles
    14. Términos clave
    15. Resumen
    16. Ejercicios
  20. 19 Metales de transición y química de coordinación
    1. Introducción
    2. 19.1 Incidencia, preparación y propiedades de los metales de transición y sus compuestos
    3. 19.2 Química de coordinación de los metales de transición
    4. 19.3 Propiedades espectroscópicas y magnéticas de los compuestos de coordinación
    5. Términos clave
    6. Resumen
    7. Ejercicios
  21. 20 Química orgánica
    1. Introducción
    2. 20.1 Hidrocarburos
    3. 20.2 Alcoholes y éteres
    4. 20.3 Aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos y ésteres
    5. 20.4 Aminas y amidas
    6. Términos clave
    7. Resumen
    8. Ejercicios
  22. 21 Química nuclear
    1. Introducción
    2. 21.1 Estructura y estabilidad nuclear
    3. 21.2 Ecuaciones nucleares
    4. 21.3 Decaimiento radiactivo
    5. 21.4 Transmutación y energía nuclear
    6. 21.5 Usos de los radioisótopos
    7. 21.6 Efectos biológicos de la radiación
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  23. A La tabla periódica
  24. B Matemáticas esenciales
  25. C Unidades y factores de conversión
  26. D Constantes físicas fundamentales
  27. E Propiedades del agua
  28. F Composición de los ácidos y las bases comerciales
  29. G Propiedades termodinámicas estándar de determinadas sustancias
  30. H Constantes de ionización de los ácidos débiles
  31. I Constantes de ionización de las bases débiles
  32. J Productos de solubilidad
  33. K Constantes de formación de iones complejos
  34. L Potenciales de electrodos estándar (media celda)
  35. M Semivida de varios isótopos radiactivos
  36. Clave de respuestas
    1. Capítulo 1
    2. Capítulo 2
    3. Capítulo 3
    4. Capítulo 4
    5. Capítulo 5
    6. Capítulo 6
    7. Capítulo 7
    8. Capítulo 8
    9. Capítulo 9
    10. Capítulo 10
    11. Capítulo 11
    12. Capítulo 12
    13. Capítulo 13
    14. Capítulo 14
    15. Capítulo 15
    16. Capítulo 16
    17. Capítulo 17
    18. Capítulo 18
    19. Capítulo 19
    20. Capítulo 20
    21. Capítulo 21
  37. Índice

Objetivos de aprendizaje

Al final de esta sección, podrá:

  • Describir los aspectos fundamentales de las titulaciones y del análisis gravimétrico.
  • Realizar cálculos estequiométricos utilizando datos típicos de titulación y gravimetría.

En el siglo XVIII, la fuerza (en realidad la concentración) de las muestras de vinagre se determinaba anotando la cantidad de carbonato de potasio, K2CO3, que había que añadir, poco a poco, antes de que cesara el burbujeo. Cuanto mayor sea el peso de carbonato de potasio que se añada para alcanzar el punto en el que termina el burbujeo, más concentrado estará el vinagre.

Ahora sabemos que la efervescencia que se producía durante este proceso se debía a la reacción con el ácido acético, CH3CO2H, el compuesto principalmente responsable del olor y el sabor del vinagre. El ácido acético reacciona con el carbonato de potasio según la siguiente ecuación:

2CH3CO2H(aq)+K2CO3(s)2CH3CO2K(aq)+CO2(g)+H2O(l)2CH3CO2H(aq)+K2CO3(s)2CH3CO2K(aq)+CO2(g)+H2O(l)

El burbujeo se debe a la producción de CO2.

La prueba del vinagre con carbonato de potasio es un tipo de análisis cuantitativo: la determinación de la cantidad o concentración de una sustancia en una muestra. En el análisis del vinagre, la concentración del soluto (ácido acético) se determinó a partir de la cantidad de reactivo que se combinó con el soluto presente en un volumen conocido de la solución. En otros tipos de análisis químicos, la cantidad de una sustancia presente en una muestra se determina midiendo la cantidad de producto resultante.

Titulación

El método descrito para medir la fuerza del vinagre era una versión temprana de la técnica analítica conocida como análisis de titulación. Un análisis de titulación típico implica el uso de una bureta (Figura 4.16) para realizar adiciones incrementales de una solución que contiene una concentración conocida de alguna sustancia (el titulante) a una solución de muestra que contiene la sustancia cuya concentración se va a medir (el analito). El titulante y el analito experimentan una reacción química de estequiometría conocida, por lo que la medición del volumen de solución titulante necesario para la reacción completa con el analito (el punto de equivalencia de la titulación) permite calcular la concentración del analito. El punto de equivalencia de una titulación puede detectarse visualmente si un cambio claro en el aspecto de la solución de la muestra acompaña la finalización de la reacción. La detención de la formación de burbujas en el análisis clásico del vinagre es un ejemplo de ello, aunque, más comúnmente, se añaden tintes especiales llamados indicadores a las soluciones de la muestra para impartir un cambio de color en el punto de equivalencia de la titulación o muy cerca de él. Los puntos de equivalencia también pueden detectarse midiendo alguna propiedad de la solución que cambie de forma predecible durante el curso de la titulación. Independientemente del enfoque adoptado para detectar el punto de equivalencia de una titulación, el volumen de titulante realmente medido se denomina punto final. Los métodos de titulación correctamente diseñados suelen garantizar que la diferencia entre los puntos de equivalencia y final sea insignificante. Aunque cualquier tipo de reacción química puede servir de base para un análisis de titulación, las tres descritas en este capítulo (precipitación, ácido-base y redox) son las más comunes. En el capítulo sobre el equilibrio ácido-base se ofrecen más detalles sobre el análisis de titulación.

Se muestran dos imágenes. En una, se muestra una persona vertiendo un líquido de un vaso pequeño a una bureta. La persona lleva anteojos de protección y guantes mientras transfiere la solución a la bureta. En b, se muestra una vista de cerca de las marcas en el lado de la bureta. Las marcas de 10, 15 y 20 se muestran claramente con anillos horizontales impresos en la bureta. Entre cada una de estas marcas de números enteros, también se muestran claramente las marcas de la mitad con marcas de segmentos de líneas horizontales.
Figura 4.16 (a) Un estudiante llena una bureta para preparar un análisis de titulación. (b) Una bureta típica permite medir el volumen con una precisión de 0,01 mL. (créditos: a: modificación del trabajo de Mark Blaser y Matt Evans; b: modificación del trabajo de Mark Blaser y Matt Evans).

Ejemplo 4.14

Análisis de titulación

El punto final en una titulación de una muestra de 50,00 mL de HCl acuoso se alcanzó mediante la adición de 35,23 mL de titulante 0,250 M de NaOH. La reacción de titulación es:
HCl(aq)+NaOH(aq)NaCl(aq)+H2O(l)HCl(aq)+NaOH(aq)NaCl(aq)+H2O(l)

¿Cuál es la molaridad del HCl?

Solución

Como en todos los cálculos de estequiometría de reacción, la cuestión clave es la relación entre las cantidades molares de las especies químicas de interés, tal como se representa en la ecuación química balanceada. Se sigue el enfoque expuesto en los módulos anteriores de este capítulo, con consideraciones adicionales necesarias, ya que las cantidades de reactivos suministradas y solicitadas se expresan como concentraciones de solución.

Para este ejercicio, el cálculo seguirá los siguientes pasos:

Esta figura muestra cuatro rectángulos. El primero está sombreado en color lavanda y está etiquetado como "Volumen de N a O H". A este rectángulo le sigue una flecha que apunta a la derecha y que lleva la etiqueta "Concentración molar" a un segundo rectángulo. Este segundo rectángulo está sombreado en rosa y está etiquetado como "Moles de N a O H". A este rectángulo le sigue una flecha que apunta a la derecha y que está etiquetada como "Factor estequiométrico", hasta un tercer rectángulo que está sombreado en rosa y que está etiquetado como "Moles de H C l". A este rectángulo le sigue una flecha con la etiqueta "Volumen de la solución", que apunta a un cuarto rectángulo. Este cuarto rectángulo está sombreado en color lavanda y está etiquetado como "Concentración de H C l".

Se calcula que la cantidad molar de HCl es:

35,23mL de NaOH×1L1.000mL×0,250mol de NaOH1L×1 mol de HCl1mol de NaOH=8,81×10-3mol de HCl35,23mL de NaOH×1L1.000mL×0,250mol de NaOH1L×1 mol de HCl1mol de NaOH=8,81×10-3mol de HCl

Utilizando el volumen proporcionado de solución de HCl y la definición de molaridad, la concentración de HCl es:

M=mol de HClsolución LM=8,81×10-3mol de HCl50,00 mL×1 L1.000 mLM=0,176MM=mol de HClsolución LM=8,81×10-3mol de HCl50,00 mL×1 L1.000 mLM=0,176M

Nota: Para este tipo de cálculos de titulación, es conveniente reconocer que la molaridad de la solución también es igual al número de milimoles de soluto por mililitro de solución:

M=mol de solutoL de solución×103mmolmol103mLL=mmol de solutomL de soluciónM=mol de solutoL de solución×103mmolmol103mLL=mmol de solutomL de solución

El uso de esta versión de la unidad de molaridad acortará el cálculo al eliminar dos factores de conversión:

35,23mL de NaOH×0,250mmol de NaOHmL de NaOH×1mmol de HCl1mmol de NaOH50,00mL de solución=0,176MHCl35,23mL de NaOH×0,250mmol de NaOHmL de NaOH×1mmol de HCl1mmol de NaOH50,00mL de solución=0,176MHCl

Compruebe lo aprendido

Una muestra de 20,00 mL de ácido oxálico acuoso, H2C2O4, se titula con una solución de 0,09113-M de permanganato de potasio, KMnO4 (vea la ecuación iónica neta a continuación).
2MnO4(aq)+5H2C2O4(aq)+6H+(aq)10CO2(g)+2Mn2+(aq)+8H2O(l)2MnO4(aq)+5H2C2O4(aq)+6H+(aq)10CO2(g)+2Mn2+(aq)+8H2O(l)

Se necesitó un volumen de 23,24 mL para alcanzar el punto final. ¿Cuál es la molaridad del ácido oxálico?

Respuesta:

0,2648 M

Análisis gravimétrico

Un análisis gravimétrico es aquel en el que una muestra se somete a algún tratamiento que provoca un cambio en el estado físico del analito que permite su separación de los demás componentes de la muestra. Las mediciones de masa de la muestra, del analito aislado o de algún otro componente del sistema de análisis, utilizadas junto con la estequiometría conocida de los compuestos implicados, permiten calcular la concentración del analito. Los métodos gravimétricos fueron las primeras técnicas utilizadas para el análisis químico cuantitativo, y siguen siendo herramientas importantes en el laboratorio de química moderno.

El cambio de estado requerido en un análisis gravimétrico puede lograrse mediante diversos procesos físicos y químicos. Por ejemplo, el contenido de humedad (agua) de una muestra se determina rutinariamente midiendo la masa de una muestra antes y después de someterla a un proceso de calentamiento controlado que evapora el agua. También son comunes las técnicas gravimétricas en las que el analito se somete a una reacción de precipitación del tipo descrito anteriormente en este capítulo. El precipitado se suele aislar de la mezcla de reacción por filtración, se seca cuidadosamente y se pesa (Figura 4.17). La masa del precipitado puede utilizarse entonces, junto con las relaciones estequiométricas pertinentes, para calcular la concentración del analito.

Se muestra una foto de un matraz y un embudo utilizados para la filtración. El matraz contiene un filtrado líquido ligeramente opaco con un ligero tinte amarillo. Encima del matraz hay un embudo que contiene un material amarillo y naranja brillante. El matraz se sujeta con una abrazadera y se conecta a una línea de vacío. La conexión entre el embudo y el matraz se sella con un tapón o junta de goma.
Figura 4.17 El precipitado puede eliminarse de la mezcla de reacción por filtración.

Ejemplo 4.15

Análisis gravimétrico

Una mezcla sólida de 0,4550 g que contiene MgSO4 disuelto en agua y se trata con un exceso de Ba(NO3)2, lo que provoca la precipitación de 0,6168 g de BaSO4.
MgSO4(aq)+Ba(NO3)2 (aq)BaSO4(s)+Mg(NO3)2 (aq)MgSO4(aq)+Ba(NO3)2 (aq)BaSO4(s)+Mg(NO3)2 (aq)

¿Cuál es la concentración (porcentaje en masa) de MgSO4 en la mezcla?

Solución

El plan de este cálculo es similar a otros utilizados en los cálculos estequiométricos, siendo el paso central la conexión entre los moles de BaSO4 y MgSO4 a través de su factor estequiométrico. Una vez calculada la masa de MgSO4 puede utilizarse junto con la masa de la mezcla de la muestra para calcular el porcentaje de concentración solicitado. Esta figura muestra cinco rectángulos. La primera está sombreada en amarillo y lleva la etiqueta "Masa de B a S O subíndice 4". A este rectángulo le sigue una flecha que señala a la derecha un segundo rectángulo. La flecha está etiquetada como "Masa molar". El segundo rectángulo está sombreado en rosa y está etiquetado como "Moles de B a S O subíndice 4". A este rectángulo le sigue una flecha que señala a la derecha un tercer rectángulo. La flecha está etiquetada como "Factor estequiométrico". Este tercer rectángulo está sombreado en rosa y está etiquetado como "Moles de M g S O subíndice 4". A este rectángulo le sigue una flecha con el nombre de "Masa molar", que apunta hacia abajo a un cuarto rectángulo. Este cuarto rectángulo está sombreado en amarillo y está etiquetado como "Masa de M g S O subíndice 4". A este rectángulo le sigue una flecha con el nombre de "Masa de la muestra", que apunta a la izquierda hacia un quinto rectángulo. Este quinto rectángulo está sombreado en color lavanda y lleva la etiqueta "Porcentaje M g S O subíndice 4".

La masa de MgSO4 que produciría la masa de precipitado proporcionada es

0,6168g de BaSO4×1mol de BaSO4233,43g de BaSO4×1mol de MgSO41mol de BaSO4×120,37g de MgSO41mol de MgSO4 =0,3181g de MgSO40,6168g de BaSO4×1mol de BaSO4233,43g de BaSO4×1mol de MgSO41mol de BaSO4×120,37g de MgSO41mol de MgSO4 =0,3181g de MgSO4

La concentración de MgSO4 en la mezcla de la muestra se calcula entonces como

porciento de MgSO4=masa de MgSO4muestra de masa×100%0,3181 g0,4550 g×100 %=69,91%porciento de MgSO4=masa de MgSO4muestra de masa×100%0,3181 g0,4550 g×100 %=69,91%

Compruebe lo aprendido

¿Cuál es el porcentaje de ion cloruro en una muestra si 1,1324 g de la muestra produce 1,0881 g de AgCl cuando se trata con exceso de Ag+?
Ag+(aq)+Cl(aq)AgCl(s)Ag+(aq)+Cl(aq)AgCl(s)

Respuesta:

23,76 %

La composición elemental de los hidrocarburos y compuestos relacionados puede determinarse mediante un método gravimétrico conocido como análisis de combustión. En un análisis de combustión, una muestra pesada del compuesto se calienta a una temperatura elevada bajo una corriente de gas oxígeno, lo que provoca su combustión completa para obtener productos gaseosos de identidades conocidas. La combustión completa de los hidrocarburos, por ejemplo, dará como únicos productos el dióxido de carbono y el agua. Los productos de la combustión gaseosa se barren a través de dispositivos de recogida separados y previamente pesados que contienen compuestos que absorben selectivamente cada producto (Figura 4.18). El aumento de masa de cada dispositivo corresponde a la masa del producto absorbido y puede utilizarse en un cálculo estequiométrico adecuado para obtener la masa del elemento correspondiente.

Este diagrama muestra una flecha que apunta desde el O subíndice 2 hacia un tubo que conduce a un recipiente que contiene un material rojo etiquetado como "Muestra". Este recipiente está dentro de un contenedor azul con un revestimiento interior rojo que está etiquetado como "Horno". Una flecha señala desde el tubo de la derecha hacia el recipiente sobre el material de muestra rojo. Una flecha sale de este recipiente a través de un tubo hacia un segundo recipiente fuera del horno. Una línea apunta desde este tubo a una etiqueta sobre el diagrama que dice "C O subíndice 2, H subíndice 2 O, O subíndice 2, y otros gases". Muchas pequeñas esferas verdes son visibles en el segundo recipiente que está etiquetado abajo, "Absorbente de H subíndice 2 O como M g ( C l O subíndice 4 ) subíndice 2". Una flecha señala hacia la derecha a través del recipiente, y otra flecha señala hacia la derecha dirigiéndose hacia fuera del recipiente a través de un tubo hacia un tercer recipiente. El tercer recipiente contiene muchas pequeñas esferas azules. Está etiquetado como "Absorbente C O subíndice 2 como N a O H". Una flecha apunta a través de este recipiente y una última flecha apunta a un tubo en el extremo derecho del recipiente. Fuera del extremo de este tubo, al final de la flecha, está la etiqueta "O subíndice 2 y otros gases".
Figura 4.18 Este diagrama esquemático ilustra los componentes básicos de un dispositivo de análisis de combustión para determinar el contenido de carbono e hidrógeno de una muestra.

Ejemplo 4.16

Análisis de combustión

El polietileno es un polímero de hidrocarburos que se utiliza para fabricar bolsas para alimentos y muchos otros artículos de plástico flexible. Un análisis de combustión de una muestra de 0,00126 g de polietileno produce 0,00394 g de CO2 y 0,00161 g de H2O. ¿Cuál es la fórmula empírica del polietileno?

Solución

La suposición principal en este ejercicio es que todo el carbono de la muestra quemada se convierte en dióxido de carbono, y todo el hidrógeno de la muestra se convierte en agua:
CxHy(s)+exceso de O2(g)xCO2(g)+y2H2O(g)CxHy(s)+exceso de O2(g)xCO2(g)+y2H2O(g)

Tenga en cuenta que no es necesaria una ecuación balanceada para la tarea que nos ocupa. Para obtener la fórmula empírica del compuesto, solo se necesitan los subíndices x e y.

En primer lugar, calcule las cantidades molares de carbono e hidrógeno en la muestra utilizando las masas proporcionadas del dióxido de carbono y del agua, respectivamente. Con estas cantidades molares, la fórmula empírica del compuesto puede escribirse como se describe en el capítulo anterior de este texto. En el siguiente diagrama de flujo se presenta un esquema de este enfoque:

Esta figura muestra dos diagramas de flujo. La primera fila es un diagrama de flujo único. En esta fila, un rectángulo a la izquierda está sombreado en amarillo y está etiquetado como "Masa de C O subíndice 2". A este rectángulo le sigue una flecha que señala a la derecha un segundo rectángulo. La flecha está etiquetada como "Masa molar". El segundo rectángulo está sombreado en rosa y está etiquetado como "Moles de C O subíndice 2". A este rectángulo le sigue una flecha que señala a la derecha un tercer rectángulo. La flecha está etiquetada como "Factor estequiométrico". El tercer rectángulo está sombreado en rosa y está etiquetado como "Moles de C". A este rectángulo le sigue una flecha con la leyenda "Masa molar" que apunta a la derecha a un cuarto rectángulo. El cuarto rectángulo está sombreado en amarillo y está etiquetado como "Masa de C". A continuación, un segundo diagrama de flujo. Comienza con un rectángulo sombreado de color amarillo a la izquierda que está etiquetado como "Masa de H subíndice 2 O". A este rectángulo le sigue una flecha etiquetada como "Masa molar", que apunta a la derecha a un segundo rectángulo. El segundo rectángulo está sombreado en rosa y está etiquetado como "Moles de H subíndice 2 O". A este rectángulo le sigue una flecha que señala a la derecha un tercer rectángulo. La flecha está etiquetada como "Factor estequiométrico". El tercer rectángulo está sombreado en rosa y está etiquetado como "Moles de H". A este rectángulo le sigue, a la derecha, una flecha con la leyenda "Masa molar", que señala un cuarto rectángulo. El cuarto rectángulo está sombreado en amarillo y lleva la etiqueta "Masa de H". Una flecha etiquetada como "Masa de la muestra" apunta debajo de este rectángulo a un rectángulo sombreado de color verde. Este rectángulo está etiquetado como "Composición porcentual". Una flecha se extiende por debajo del rectángulo rosa etiquetado como "Moles de H" hasta un rectángulo sombreado en verde etiquetado como "Cociente molar de C a H". Debajo de este rectángulo, una flecha se extiende hasta un segundo rectángulo sombreado en verde que está etiquetado como "Fórmula empírica".
mol de C=0,00394g de CO2×1mol de CO244,01 g×1mol de C1mol de CO2=8,95×105mol de Cmol de H=0,00161g de H2O×1mol H2O18,02g×2mol H1mol H2O=1,79×104mol Hmol de C=0,00394g de CO2×1mol de CO244,01 g×1mol de C1mol de CO2=8,95×105mol de Cmol de H=0,00161g de H2O×1mol H2O18,02g×2mol H1mol H2O=1,79×104mol H

La fórmula empírica del compuesto se obtiene entonces identificando los múltiplos de números enteros más pequeños para estas cantidades molares. El cociente molar H a C es

mol Hmol de C=1,79×10-4mol H8,95×10-5mol de C=2mol H1mol de Cmol Hmol de C=1,79×10-4mol H8,95×10-5mol de C=2mol H1mol de C

y la fórmula empírica del polietileno es CH2.

Compruebe lo aprendido

Una muestra de 0,00215 g de poliestireno, un polímero compuesto de carbono e hidrógeno, produjo 0,00726 g deCO2 y 0,00148 g de H2O en un análisis de combustión. ¿Cuál es la fórmula empírica del poliestireno?

Respuesta:

CH

Cita/Atribución

¿Desea citar, compartir o modificar este libro? Este libro utiliza la Creative Commons Attribution License y debe atribuir a OpenStax.

Información de atribución
  • Si redistribuye todo o parte de este libro en formato impreso, debe incluir en cada página física la siguiente atribución:
    Acceso gratis en https://openstax.org/books/qu%C3%ADmica-2ed/pages/1-introduccion
  • Si redistribuye todo o parte de este libro en formato digital, debe incluir en cada vista de la página digital la siguiente atribución:
    Acceso gratuito en https://openstax.org/books/qu%C3%ADmica-2ed/pages/1-introduccion
Información sobre citas

© 19 may. 2022 OpenStax. El contenido de los libros de texto que produce OpenStax tiene una licencia de Creative Commons Attribution License . El nombre de OpenStax, el logotipo de OpenStax, las portadas de libros de OpenStax, el nombre de OpenStax CNX y el logotipo de OpenStax CNX no están sujetos a la licencia de Creative Commons y no se pueden reproducir sin el previo y expreso consentimiento por escrito de Rice University.