Question

Se ensaya en el laboratorio la producción de CO2 a partir de la siguiente reacción: CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + H2O + CO2 Indicar ¿qué volumen mínimo de ácido clorhídrico 10 % m/v será necesarios agregar a 20,5 g de CaCO3 si se desea obtener 3,6 L de CO2 (medidos en CNPT), si por cuestiones operativas el ensayo tiene un rendimiento de 80% ?

Answer 1

El volumen mínimo de  HCl 10% m/V necesario de agregar a la reacción es de 93.8 mL

¿Cómo es la reacción del carbonato de calcio con ácido clorhídrico?

Es una reacción de efervescencia con desprendimiento del gas CO2, además de la sal cloruro de calcio y agua. La reacción balanceada es:

$CaCO_{3} + 2HCl ---> CaCl_{2} +H_{2}O +CO_{2}$

¿Cuál es la ecuación estado de los gases ideales?

La ecuación de estado de gases ideales es p V=n R T, se aplica para conocer el volumen la presión y la temperatura .

En  condiciones normales o estándar el volumen de un gas,  se calcula a partir de la ecuación de estado  de los gases despejando de allí. Se toman la presión igual a 1 atm y la temperatura igual a 273 K.

datos

m $CaCO_{3}$ = 20.5 g

PM =  1* 40.078 + 1*12 +3 *16 = 100.078 g/mol

moles $CaCO_{3}$ = m/PM

$moles CaCO_{3} =\frac{20.5 g}{100.078 g/ mol} = 0.2048 mol$

%m/V = 10%

%m/V= (m soluto/ 100 ml solución) *100

(10/100)= m soluto/100 mL solución

m soluto= m ácido= 0.10*100 = 10 g

Para 100 ml solución ------ 10 g ácido HCl

$mol HCl= \frac{10 g }{36.458 g/ mol} = 0.2743 mol$

1 mol carbonato          ----- 2 mol HCl

0.2048 mol carbonato----  x mol HCl

mol HCl reacción= $\frac{0.2048 mol * 2 mol}{1 mol} = 0.4096 mol$    

Para toda a reacción se necesitan 0.4096 mol HCl se disponen de 0.2743 mol

El reactivo limitante es el HCl

$VCO_{2}$= 3.6 L

p=1 atm

T=273 K

R= 0.082 atm L/K mol

n CO2= pV/RT

$n CO_{2}= \frac{1 atm *3.6 L}{0.082 atm L/K mol *}273 K =0.1608 mol$

2 mol HCl       --------     1 mol CO2

 X   mol HCl   --------     0.1608 mol CO2

$mol HCl= \frac{2 mol * 0.1608 mol }{ 1 mol } = 0.3216 mol$

% Rendimiento = moles reales / moles teóricos

moles reales= % Rendimiento * moles teóricos

moles reales= 0.80 * 0.3216 mol=0.2573 mol  HCl

$m HCl= 0.2573 mol * 36.458 g/ mol= 9.3799 g$

m HCl =9.3799 g

V solución = 9.3799 g/0.10

V solución HCl=93. 8 mL

Para saber mas de volumen de HCl 10% m/V  en la reacción consulta

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