Cobre y sus sales - Nota: 73 PDF

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Informe de Laboratorio de Química General I...

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UNI VERSI DAD DE COSTA RI CA FACULTAD DE CI ENCI AS ESCUELA DE QUI MI CA

I C2 0 18

LABORATORI O DE QUÍ MI CA GENERALI QU010104 ISEMESTRE 2018

I NFORME DE LABORATORI O

Rúbr i cadeeval uaci ónder epor t e* * Rubr oacal i ficar

Punt os posi bl es

Punt os obt eni dos

I nt r oducci ón 15 7 Val i dezdel osconc ept os 8 Apo yoenbi bl i ogr af í a 4 0 Re dacci ónyor t ogr af í a 3 3 Secci ónexper i ment al 5 5 Anál i si sdeer r or es 10 8 Di scusi ón 55 Obser vaci one s 10 10 Ec uaci onesquí mi c as 10 8 Val i dezdeexpl i caci ones 15 15 Apo yoenl abi bl i ogr af í a 10 0 Re dacci ónyor t ogr af í a 10 10 Concl usi ones 10 3 Bi bl i ogr af í a 10 10 Dí adet ar dí a( __ _ _dí as) 20/dí a TOTAL 100 73 * * Se r ec ue r da ales t udi ant e quea t odo r epor t e que seencuent r een condi ci ón depl agi o o que c ons t i t uya una c opi at ot alo par ci alde lr epor t e deo t r o,sel eas i gnar áunanot adeCERO.

Nota Tra. Lab.:_____ Fecha del Lab:____________

ESTUDI ANTE:I dani aGonz ál ezSant ana ASI STENTE:Dani e lUl at e

CARNÉ: B83502 GRUPO:04

TÍ TULO DE LA PRÁCTI CA El cobre y sus sales I NTRODUCCI ÓN ( 15 %) :en est e apar t ado se debe haceruna BREVE i nt r oducci ón,secoment asobr el ai nf or maci óndef ondor el evant epar ae l exper i ment e( su ut i l i dadye lconcept oquei l ust r a( puedeayudar sedel a bi bl i ogr af í ar ecomendadaobuscarbi bl i ogr af í aadi ci onal ) .

El cobre es un elemento químico y se encuentra representado por las letras “Cu”, es un metal de color rojizo, es muy maleable, buen conductor de electricidad además tiene varios estados de oxidación, pero los más frecuentes son +1 y +2 (referencia). ¿Para que se utiliza el cobre? La mayor parte de este elemento se obtiene de sulfuros minerales como la calcopirita (refencia). En esta práctica se realizó un proceso experimental para conocer acerca del cobre y las distintas sales que se forman a partir de reacciones con diferentes sustancias, además cómo podemos recuperar el cobre inicial.

Por medio del experimento se pudieron formar los siguientes compuestos del cobre: nitrato de cobre por la oxidación de cobre con ácido nítrico , hidróxido de cobre , oxido de cobre y sulfato de cobre por doble desplazamiento y al final cobre metálico por reducción con zinc.. SECCI ÓN EXPERI MENTAL: 1. Parte A: Obtener nitrato de cobre (II) Se pesó una muestra de cobre metálico, la cual fue puesta en un beaker para agregarle una disolución de ácido nítrico (HNO3) 6 mol/L. Cuando se agrega la disolución se pasa a calentar la mezcla poco a poco hasta que el cobre se desprenda por completo, es muy importante no dejar que se desprendan muchos gases, cuando esté listo se diluye con agua destilada y se agita para homogenizar la disolución. 2. Parte B: Obtención de hidróxido de cobre (II) A la disolución obtenida de la parte A se le deja enfriar y se le añade hidróxido de cobre (NaOH) 6 mol/L mediante agitación constante. 3. Parte C: Transformación del hidróxido de cobre (II) a óxido de cobre (II) Se calienta el precipitado obtenido en la parte B hasta que se produzca un cambio de color definido y total, por ultimo se agita la mezcla. 4. Parte D: Obtención de sulfato de cobre (II) Se decanta el líquido supernatante y se lava tres veces el precipitado con agua destilada, en cada ocasión se debe agitar y dejar que el sólido se asiente. Después del lavado al sólido se le agrega una disolución de ácido sulfúrico (H 2SO4) 6 mol/L, se agita suavemente hasta que se disuelva por completo. Nota: si el sólido no se disuelve por completo agregar más ácido sulfúrico gota a gota. 5. Parte E: Obtención de cobre metálico. A la disolución de sulfato de cobre (II) se le añade poco a poco magnesio o zinc mediante agitación constante (en este procedimiento no debe haber quemadores encendidos), detenga la adición cuando la solución esté incolora, sin embargo, sí la solución presenta una tonalidad celeste se debe añadir más magnesio o zinc. Espere a que se detenga el burbujeo para proceder a decantar el líquido supernatante. Una vez decantado lave el precipitado dos veces con agua destilada y decántelos. Después al precipitado ya lavado se le agrega agua destilada y ácido clorhídrico concentrado (tener mucho cuidado), cuando el burbujeo sea lento calentar poco a poco, pero se debe evitar que llegue a ebullición. Cuando el burbujeo ya no sea apreciable decante el líquido supernatante y lave el precipitado dos veces con agua destilada y obviamente decante los lavados. Después traslade el precipitado a una capsula de porcelana la cual debe estar previamente pesada y lave dos veces el precipitado con acetona (mantenga TODOS los quemadores apagados cuando realiza este procedimiento) una vez lavado el precipitado ponga la

cápsula a calentar hasta que el precipitado esté seco, posteriormente deje enfriar la cápsula y determine la masa de cobre recuperado.

ANÁLI SI SDE ERRORES( 10%) :enest asecci ónsedebedescr i bi ralmeno unaf uent edeer r orpar a cada secci ón del apr áct i ca.Elef ec t osobr eel r endi mi ent odebet enermagni t ud ydi r ecci ón,pore j empl o,aument aun poco( omucho) ,di smi nuyaunpoco( omucho) .

Secci ón Er r or

Ef ect o sobr e e l r endi mi ent o

A Perdida al calentar por las salpicaduras

Disminuye mucho.

La disolución no estaba completamente fría. No va a afectar el rendimiento. Esperamos que está fría por seguridad.

Aumenta mucho.

B

C No se calentó bien el precipitado que resulta en una Disminuye descomposición incompleta de hidróxido de cobre a poco. monóxido de cobre. D Al decantar el líquido algunas partículas están en suspensión.

Disminuye mucho.

E El precipitado no está lo suficientemente seco o la cápsula no está fría.

Aumenta mucho. Disminuye poco

RESULTADOS Y DI SCUSI ÓN ( 60%) : en est e apar t ado debe i nc l ui r t abl as/cuadr os, cál cul os y gr áficos que i l ust r en l os r esul t ados pr i nci pal es obt eni dos en el l abor at or i o y se debe i ncl ui r l as obser vaci onesmásr el evant esquehi zoa l ol ar godel apr áct i ca. Ust ed debe además j ust i ficar l os r esul t ados que obt uvo, el por qué del compor t ami ent o observ ado ( debe ayudar se de l a bi bl i ogr af í a r ecomendada o buscar bi bl i ogr af í a adi ci onal ) y cual qui er ot r a i nf or maci ón quedemuest r equeent endi ól ospr i nci pi osasoci adosa l os r esul t ados.Per odebeserconci so. Parte A: Obtener nitrato de cobre (II): Cuadr oI :Cuadr odemedi dai ni ci aldel amasadelcobr e. Masa del beaker (g) 64,14 ± 0,01 Masa del cobre (g) 0,31 ± 0.01 Volumen de la disolución de HNO3 (mL) 10 ± 0,5 Volumen de agua destilada (mL) 45 ± 0,5 A la muestra de 0,31 g de cobre de se agregó 10 mL de disolución de ácido nítrico lo cual genera la siguiente reacción de REDOX: 3Cu(s) + 8HNO3(ac) → 3Cu(NO3)2(a) + 2NO(g) + 4H20(l) Observaciones: Cuando se agrega la disolución de ácido nítrico al cobre se formaron burbujas, se escucha la efervescencia y la solución se vuelve celeste, además se divisa humo amarillo. Es un proceso exotérmico, pues el beaker se puso caliente. Resultados: 1. ¿Qué tipo de reacción se lleva a cabo en este proceso? La reacción que ocurre es de oxidación- reducción, porque el HNO 3 actúa como un poderoso oxidante, el ion nitrato se reduce y forma el NO. 2. ¿A qué se debe el color verdoso inicial de la disolución del cobre metálico en ácido nítrico?

El color verdoso inicial se debe a que primero se oxida antes de finalizar el proceso. Parte B: Obtención de hidróxido de cobre (II): En esta segunda etapa se le añade NaOH a la solución anterior, formando la siguiente reacción: Cu (NO3)2(ac) + 2 NaOH(ac)  2 NaNO3(ac) + Cu(OH)2(s) Observaciones: Cuando se agrega el NaOH a la solución el líquido se vuelve azul y el precipitado es gelatinoso. Además, es un proceso exotérmico, pues el beaker estaba caliente. Resul t ados: 1. ¿Qué aspecto tiene el precipitado? ¿Por qué? El aspecto del precipitado es gelatinoso y de color azul, esto se debe a que la reacción es de doble desplazamiento formando nitrato de sodio e hidróxido de cobre, el hidróxido se precipita y se observa azul, mientras el nitrato es transparente. 2. ¿Se mantuvo el color azul en el líquido supernatante? ¿Por qué? El color azul no se mantiene en el líquido supernatante, pues este es el color del hidróxido y como este se precipita se nota el cambio ya que el sulfato de sodio no reacciona con el hidróxido de cobre. Parte C: Transformación del hidróxido de cobre (II) a óxido de cobre (II): Al calentar la disolución de hidróxido de cobre ocurre la siguiente reacción: Cu(OH)2(s) + Δ  CuO(s) + H2O(l) Observaciones: Cuando se procede a calentar la disolución se vuelve negra, al principio produce unas burbujas y con ellas se iba dando el cambio de color, cuando se deja reposar lo negro se sienta en el fondo y el líquido supernatante el cual es claro queda en la superficie. Resultados: 1. ¿Qué tipo de cambio químico le ocurrió al hidróxido de cobre(II)? Se puede decir que el hidróxido de cobre (II) se deshidrata pues pierde hidrogeno y oxígeno y produce oxido de cobre (II) y agua, en otras palabras, el hidróxido de cobre (II) se descompuso. 2. ¿Cómo clasifica este tipo de reacción? Esta reacción es de descomposición pues perdió hidrogeno y oxígeno y formó oxido de cobre (II) y agua.

Parte D: Obtención de sulfato de cobre (II): Durante este procedimiento se agrega ácido sulfúrico al compuesto anterior, produciendo la siguiente reacción de doble desplazamiento: CuO + H2SO4  CuSO4 + 2H2O. Observaciones: Hay partículas en suspensión cuando se decanta, cuando se agrega el ácido sulfúrico la sustancia se torna celeste, es un proceso exotérmico. Resultados: 1. ¿Qué color adquiere la disolución? ¿Por qué? El color que adquiere la disolución es celeste esto es debido a la formación del sulfato de

cobre que es una sal de color azul soluble en agua. 2. ¿Para qué se utiliza ácido sulfúrico? Escriba la reacción. Se utiliza un ácido sulfúrico porque lo que se busca es crear una reacción entre un óxido metálico y un ácido para formar la sal correspondiente (CuSO4) y agua. CuO + H2SO4  CuSO4 + 2H2O. Parte E: Obtención de cobre metálico: Cuadro II: Resultado final de la masa del cobre recuperado. Masa de mg o zn (g) 0,40 ± 0,01 Volumen de HCl concentrado (mL) 10,0 ± 0,5 Masa de la capsula (g) 44,65 ± 0,01 Masa del cobre recuperado (g) 0,13 ± 0,01 Durante este procedimiento se le agrega zn a la disolución anterior y se genera la siguiente reacción de REDOX: CuSO4 (ac) + Zn(s)  Cu(s) + ZnSO4(ac) Observaciones: Cuando se agrega el zinc se produce efervescencia y huele a Alka-Seltzer, un pedacito de zn Zn empezó a efervecer, se agregó mas zn del indicado. Cuando se agrega HCl la solución de se ve acuosa, cuando se calienta la solución antes de llegar a ebullición el zn empezó a brincar. La acetona se siente fría, puso la cápsula fría. Resultados: 1. ¿Qué sucede si no se lava el precipitado de cobre antes de añadir el ácido clorhídrico? Es posible que aun queden residuos de otras sustancias y esto puede generar otro tipo de reacciones. 2. ¿Por qué no debe estar encendido el quemador cuando se añade zinc a la disolución ácida de sulfato de cobre? El zinc en polvo no es pirofórico, pero puede arder en aire a temperaturas elevadas (referencia), es por esta razón que debe mantenerse apagado el quemador al momento de

agregar zinc a la disolución Zn(s) + HCl(ac)  ZnCl(ac) + H2(g) 3. ¿Cuáles cambios químicos le ocurren al cobre y al zinc en este proceso? En este proceso se da una reacción de desplazamiento en el cual un elemento es desplazado por otro elemento con mayor actividad química, en este caso el zinc se oxida y desplaza al cobre que se reduce. 4. ¿Qué peligro existe si la acetona está cerca de la llama? La acetona no debe estar cerca de la llama puesto que es un líquido altamente inflamable. 5. ¿Por qué no se debe calentar a ebullición la disolución a la que se le agregó ácido clorhídrico? Para evitar algún tipo de accidente con una reacción muy fuerte. Cuestionario: 1. Calcule el porcentaje de cobre recuperado y enumere las posibles causas de error que puedan impedir obtener el 100 por ciento de rendimiento (hay un cuadro en el informe) Porcentaje de recuperación: 0,13 / 0,30 x 100 = 43,33 % *Para ver las posibles causas de error que pueden impedir obtener el rendimiento del 100 % ir al cuadro de análisis de errores. 2. Si el monóxido de nitrógeno es incoloro, ¿por qué se desprenden gases pardos al formar el nitrato de cobre(II)? Proponga una reacción con oxígeno que explique este fenómeno. Cuando se mezcla el cobre con el ácido nítrico, se forma NO que reacciona con el oxígeno y esto produce NO2 que es el gas responsable del color pardo (referencia). Cu(s) + 4HNO3 (ac)  Cu (NO3)2 (ac) + 2NO2 (g) + 2H2O (l) 3. ¿Por qué se utiliza el HCl concentrado para eliminar el exceso de zinc? ¿Se podría utilizar ácido nítrico o ácido sulfúrico? El ácido clorhídrico no reacciona con el cobre, pero si lo hace con el zinc (referencia), por eso se utiliza este ácido, no se puede usar ácido nítrico o sulfúrico porque estos se volverían a mezclar con el cobre y formarían otros compuestos como el Cu(NO 3)2 y el CuSO4 4. Proponga las reacciones para las transformaciones que ocurren en los apartados B, C, D y E. Indique cuáles reacciones son redox, ácido-base, precipitación, descomposición, desplazamiento simple o doble. B: doble desplazamiento.

C: descomposición. D: doble desplazamiento. E: redox. CONCLUSI ONES ( 10 %) : en est a secci ón se i nc l uye t odas l as afir maci onesoi deasquer esumen l ospr i nci pal esaspect osabar cadosen l adi scusi ón,deunamaner abr eveymuyconci sa. En gener al ,l asconcl usi onesdeben r esponderal osobj et i v ospl ant eados or i gi nal ment eenl apr áct i ca( vi enenenelmanual )ydebenr eflej arl oque Ud. apr endi ó/v er i ficó t r as ef ect uar e le xper i ment o ( y e l abor ar l a di scusi ón) . Fi nal ment e,r ecuer dequel asconcl usi onessesust ent anen l adi scusi ón; esdeci r ,nosepuedeconcl ui ral gosobr el ocualnohayadi scut i doant es. 1. Con este experimento he aprendido sobre las diferentes reacciones del cobre con diversas sustancias. Este es un objetivo, no una conlusión 2. El cobre puede ser sometido a diferentes reacciones y aun así puede ser recuperado casi en su totalidad. Muy vaga 3. En cada proceso para la regeneración del cobre todos los productos formados son reactivos en la siguiente reacción. Vaga 4. Las fuentes de error presentes en este experimento influyen mucho en la recuperación del cobre. Vaga 5. El zinc es el mejor elemento para la reducción del cobre, pues el magnesio es muy inflamable y es más peligroso utilizarlo en el laboratorio con los mecheros encendidos. BI BLI OGRAFÍ A( 10 %) :sedebei ncl ui rTODO elmat er i alconsul t adode acuer doal oi ndi cadoene lmat er i alder e f er enci a. Encadar epor t edebe ci t ar seAL MENOS t r esr e f er enci as,del ascual esAL MENOS dosdeben serl i br os. Ali ncl ui r una ci t a de i nt er ne tse debe i ndi car l a di r ecci ón delsi t i o consul t ado j unt oc on l af echa y l a hor a al a que se hi z ol a consul t a. Si t i os como ‘ elr i ncón delvago’y ‘ wi ki pedi a’NO son acept ados en l os r epor t escomobi bl i ogr af í a. Ust ed debe r eport arl a bi bl i ogr af í a de acuer do con elf or mat o del a Amer i can Chemi calSoci et y( ACS)que puede encont r aren elsi t i o delcur so. 1. Seese, W. Química, 8va edición; Pearson: 2005, p 69. 2. Chaverri, G. Química General, Manual de Laboratorio . 2da ed, Editorial de la Universidad de Costa Rica: San José, Costa Rica, 1983, pp 55-60. 3. Hilje, N; Minero,E. Temas de Química General, Editorial Universidad de Costa Rica: San José, Costa Rica, 2004 p 32. 4. Llano, M; Müller, G. Química un proyecto de la ACS; Editorial Reverté: España, 2005, p 422.

5. Kotz, J.; Treichel, P.; Weaver, G. Química y reactividad química. Thomson: 2005, p 181. 6. Martínez, J; Narros, A; Pozas, F; Días, V; García, M. Experimentación en química general; Editorial Paraninfo: 2006. p 172. 7. Koneman, E. Diagnostico microbiológico, 6ta edición; Editorial Medica Panamericana: Argentina, 2008, p 1393. 8. Lide, D. Handbook of Chemistry and Physics; CRC Press, 2005, pp 741. 9. McMurray E.; Fay C. Química General, 5 ed; Pearson: México, 2009, pp 108, 109, 122....