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2020

GUÍA DE TRABAJOS PRÁCTICOS QUÍMICA GENERAL

Autores: Equipo docente de la cátedra de Química General. U.T.N. F.R.H.

U.T.N. FACULTAD REGIONAL HAEDO – QUÍMICA GENERAL

LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL

TRABAJO PRÁCTICO N°1 Sistemas Materiales

TP N°1 – Sistemas Materiales

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TRABAJO PRÁCTICO N°1 SEPARACIÓN DE MEZCLAS

OBJETIVOS A ALCANZAR POR LOS ALUMNOS AI finalizar el trabajo práctico los alumnos deberán • • • •

Reconocer material de vidrio utilizado en la medición volumétrica Usar una balanza analítica Medir volúmenes y pesos Conocer métodos de separación de mezclas

CONOCIMIENTOS PREVIOS REQUERIDOS • • •

Diferencia entre sustancia pura y mezcla Métodos de separación de fases Métodos de fraccionamiento

FUNDAMENTOS Cuando se unen dos o más sustancias que no reaccionan químicamente el resultado es una mezcla. En ésta cada uno de los componentes conserva su identidad y sus propiedades. La separación de mezclas es un problema al que constantemente se enfrenta un laboratorio químico. Los procedimientos que se utilizan son variados y dependen de las propiedades de los componentes de cada mezcla.

MATERIAL A EMPLEAR ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢

Balón de destilación con tubuladura lateral. Vaso de precipitado. Pie universal. Bureta Tubos de látex, embudo, tapón de goma, trípode, tela metálica y mechero. Termómetro de graduación mínima igual a O,1°C. Pipeta Ampollas de vidrio. Balanza Hierro en polvo Cloruro de sodio Arena. Agua destilada Alcohol Kerosene

TP N°1 – Sistemas Materiales

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DESARROLLO DEL TRABAJO PRÁCTICO 1.- Imantación • • • •

Pese 2 g de limadura de hierro y 2 g de arena, cada uno en su respectivo vidrio de reloj. Mezcle ambas sustancias. Separe el hierro utilizando un imán. Pese el hierro separado ¿Qué conclusión puede sacar?

2.- Solubilización, filtración y cristalización • • • • •

Pese 2 g de arena y 2 g de cloruro de sodio (NaCl, sal de cocina), cada uno en su respectivo vidrio de reloj. Mezcle ambas sustancias. Agregue agua a la mezcla y filtre para separa la arena. Tome 0,5 cm3 del filtrado, colóquelos en un vidrio de reloj, y llévelo al calentador o mechero, hasta observar la cristalización del NaCl. Lave el precipitado con agua destilada hasta la ausencia de cloruros, verificando esto con una solución de nitrato de plata.

3.- Destilación

termómetro

balón

refrigerante m echero

agua

erlenmeyer

Soporte universal

TP N°1 – Sistemas Materiales

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• • • • •

Coloque en el balón de destilación 20 cm3 de whisky Encienda el mechero o calentador, y registre la temperatura en que aparece la primera gota de destilado Compruebe la presencia de alcohol en esa primera gota encendiéndolo Registre la temperatura vs volumen de destilado, y grafíquelo. Calcule el porcentaje de alcohol en el whisky.

4.- Decantación

erlenmeyer

Ampolla de decantación robinete

Vaso de precipitado

erlenmeyer

So porte universal

•

Coloque en una ampolla de decantación 100 cm3 de kerosene y 100 cm3de agua, agite la mezcla , deje reposar y separe las fases

TP N°1 – Sistemas Materiales

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PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS CUESTIONARIO DE FUNDAMENTOS TEÓRICOS 1. ¿Cuál es la diferencia entre una sustancia pura y una mezcla? 2. ¿Qué entiende por sistema heterogéneo?

ASPECTOS EXPERIMENTALES Presente el gráfico solicitado en el método de destilación y el porcentaje calculado de alcohol en el whisky. Describa las conclusiones de los distintos métodos de separación y fraccionamiento, realizados en el tp.

TP N°1 – Sistemas Materiales

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LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL

TRABAJO PRÁCTICO N°2 ESPECTROSCOPÍA

U.T.N. FACULTAD REGIONAL HAEDO – QUÍMICA GENERAL

TRABAJO PRÁCTICO N°2 ESPECTROSCOPÍA

OBJETIVOS A ALCANZAR POR LOS ALUMNOS 1. Observar los espectros de emisión de diferentes sustancias. 2. Leer en la escala, la frecuencia o longitud de onda, de las líneas características de cada espectro. 3. Calcular la energía de un fotón, correspondiente a las líneas observadas. 4. Observar los colores de los diferentes tubos de descarga, conteniendo distintos gases.

FUNDAMENTOS

TP N°2 – ESPECTROSCOPÍA

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MATERIALES A EMPLEAR ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢

Lámpara de sodio Lámpara de mercurio Lámpara incandescente de tungsteno Tubos de descarga (H, Ne, N e incógnita) Imán de neodinio Espectroscopio

DESARROLLO DEL TRABAJO PRÁCTICO •

-Se observará el espectro de emisión del mercurio. A continuación, deberá tomar nota de la lectura efectuada de dicho espectro, -Luego calcule la energía correspondiente.

•

-Se observará el espectro de emisión del sodio. A continuación, deberá tomar nota de la lectura efectuada de dicho espectro, -Luego calcule la energía correspondiente.

•

-Se observará el espectro producido por la incandescencia del tungsteno. A continuación, deberá tomar nota de la lectura efectuada de dicho espectro, -Luego calcule la energía correspondiente.

•

-Se observará el color característico de los gases contenidos en 3 tubos de descarga; tubo que contiene hidrógeno, tubo que contiene helio y tubo que contiene nitrógeno. -Se observará el efecto producido al acercar un imán de neodinio a los tubos de descarga -Luego se observará el color de un tubo de descarga con un gas incógnita, y por comparación podrá deducir de qué gas se trata.

PRESENTACIÓN DE RESULTADOS Presentar los cálculos de energía correspondientes a los espectros observados. Conclusión del efecto observado luego pasar el imán de neodinio. Conclusiones generales del trabajo práctico.

TP N°2 – ESPECTROSCOPÍA

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LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL

TRABAJO PRÁCTICO N°3 DETERMINACIÓN DE LA MASA MOLAR DE UNA SUSTANCIA VOLÁTIL POR EL MÉTODO DE VIKTOR MEYER

U.T.N. FACULTAD REGIONAL HAEDO – QUÍMICA GENERAL

TRABAJO PRÁCTICO N°3 DETERMINACIÓN DE LA MASA MOLAR DE UNA SUSTANCIA VOLÁTIL POR EL MÉTODO DE VIKTOR MEYER

OBJETIVOS A ALCANZAR POR LOS ALUMNOS Conocer los fundamentos del método de Viktor Meyer, que permite determinar en forma aproximada la masa molar de una sustancia volátil. Aplicar la ley de las presiones parciales de Dalton al sistema formado por aire húmedo. Calcular la masa molar de una sustancia volátil a partir de los resultados experimentales, empleando la ecuación de estado de un gas ideal. Conocer las causas de error en la experiencia. Identificar errores sistemáticos y/o accidentales.

FUNDAMENTOS El método de Viktor Meyer consiste en vaporizar una cantidad conocida de una sustancia volátil. El vapor formado desplaza un volumen igual de aire en el recipiente donde se realiza la vaporización. AI ser iguales los volúmenes -de acuerdo con la hipótesis de Avogadro- también lo son el número de moléculas y, por lo tanto, el número de moles. El aire desplazado se recoge sobre agua en una bureta (ver esquema del aparato). Para medir el volumen de agua desplazada por el aire se iguala la presión dentro de la bureta con la atmosférica que está aplicada sobre el agua del embudo abierto al aire. La bureta contiene aire saturado de humedad, por lo tanto, la presión dentro de la misma, de acuerdo a la ley de las presiones parciales de Dalton, es:

: Presión atmosférica en el momento de realizar la experiencia. : Presión parcial del aire dentro de la bureta. : Presión de vapor del agua a temperatura medida en la bureta.

TP N°3 – Determinación de la masa molar – Viktor Meyer

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Por lo tanto la presión parcial del aire en la bureta es:

Teniendo en cuenta la ecuación del gas ideal y que el número de moles de la sustancia vaporizada es igual al cociente entre la masa (m) y la masa de un mol (M), se tiene que el valor de ésta última es:

R: Constante universal de los gases ideales. T: Temperatura absoluta del aire contenido en la bureta. V: Volumen de agua desplazada en la bureta por un volumen igual de aire.

En la experiencia se determina la masa molar del cloroformo ( volátil cuyo punto de ebullición normal es 61,26 °C .

) que es un líquido

MATERIAL A EMPLEAR ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢

Balón de destilación de 250 , con tubuladura lateral. Vaso de precipitado de 500 . Pie universal. Bureta de 50 . Tubos de látex, embudo, tapón de goma, trípode, tela metálica y mechero. Termómetro de graduación mínima igual a O,1°C. Pipeta de 0,1 o 0,2 graduada en 0,01 . Ampollas de vidrio. Sensor de presión asociado a recolector de datos. Cloroformo ( ). Acetato de Etilo ( ). Arena.

TP N°3 – Determinación de la masa molar – Viktor Meyer

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ESQUEMA DEL APARATO

DESARROLLO DEL TRABAJO PRÁCTICO • • • • •

• • •

Secar perfectamente el balón y la arena contenida en él, flameando con la llama de un mechero. Construir el equipo de acuerdo con el esquema. Llenar la bureta con agua a través del embudo hasta la marca de 50 (o algo menos), nivelando el agua contenida en la bureta con la del embudo. Calentar el agua del baño a ebullición. A los 5 minutos o cuando se juzgue que todo el balón se ha termostatizado a la temperatura del baño, tapar el balón con un tapón y nivelar. Tomar nota de la lectura en la bureta (lectura inicial). Mediante una pipeta medir (al 0,01 ) entre 0,10 y 0,15 de cloroformo e introducirlo en una pequeña ampolla de vidrio. Sacar el tapón del balón, introducir rápidamente la ampolla y, tapar el mismo nuevamente. El cloroformo vaporizado desplaza aire, el cual a su vez desplaza agua en la bureta. Mientras esto sucede, mover el embudo, de modo que ambos niveles coincidan todo el tiempo.

TP N°3 – Determinación de la masa molar – Viktor Meyer

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• • • •

Cuando se observa que el nivel del agua en la bureta se estabiliza (deben desestimarse inevitables fluctuaciones de 0,2 ) deberán cerrar el robinete, luego destapar el balón y por último, apagar el mechero. Tomar nota de la lectura en la bureta (lectura final). Medir la temperatura alrededor de la bureta, que será, con muy buena aproximación, la temperatura del aire contenido en la misma. Tomar nota de la presión atmosférica con el Sensor conectado al recolector de datos. Separar el balón del equipo y secarlo con el mechero para eliminar restos de humedad y de cloroformo. Repetir la experiencia para tener, por lo menos, dos determinaciones del volumen.

PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS 1- Presentar la masa molar del cloroformo, para ellos utilizará los siguientes cálculos:

Densidad: •

Masa (

) de cloroformo:

Donde: : Volumen de cloroformo introducido en la ampolla (

).

: Densidad del cloroformo (a 25 °C).

•

Volumen de agua desplazado en la bureta:

•

Temperatura absoluta

•

Presión atmosférica (su valor se obtiene de la indicación del sensor conectado al recolector de datos).

•

Presión de vapor del agua.

alrededor de la bureta.

El valor de la presión de vapor del agua a la temperatura de la bureta, al igual que otras propiedades intensivas, se puede obtener de la bibliografía de cuatro diferentes formas: I. II. III.

Tablas Gráficos Ecuación que vincula la presión de vapor con la temperatura (Clausius-Clapeyron)

TP N°3 – Determinación de la masa molar – Viktor Meyer

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U.T.N. FACULTAD REGIONAL HAEDO – QUÍMICA GENERAL IV.

Ecuación empírica

•

Presión del Aire (

) (a T. bureta)

•

Masa Molar (M)

2- ¿Qué errores sistemáticos y/o accidentales encuentra en la aplicación de este método? 3- Conclusiones generales del trabajo práctico

TP N°3 – Determinación de la masa molar – Viktor Meyer

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LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL

TRABAJO PRÁCTICO N°4 DETERMINACIÓN DE LA ENTALPÍA DE VAPORIZACIÓN DEL AGUA Tensión superficial

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TRABAJO PRÁCTICO N°4 DETERMINACIÓN DE LA ENTALPÍA DE VAPORIZACIÓN DEL AGUA

OBJETIVOS A ALCANZAR POR LOS ALUMNOS 5. Determinar la presión de vapor 6. Calcular la entalpía de vaporización del agua, en el rango de temperatura de 40°C a 80°C, utilizando la ecuación de Clausius – Clapeyron. 7. Fortalecer el concepto de presión de vapor de un líquido y su dependencia con la temperatura, a través de su determinación para el agua. 8. Comprender los alcances y aplicaciones de las leyes de los gases ideales. 9. Ejercitar la habilidad para representar mediciones experimentales y el tratamiento de datos mediante el uso de software de computadora.

FUNDAMENTOS El método consiste en medir el volumen de aire atrapado en una probeta invertida, en función de la temperatura que oscila entre 40 y 80°C, considerando que se encuentra saturado de vapor de agua. La presión de este volumen de aire es igual a la atmosférica (se desprecia la diferencia de altura entre la columna de agua dentro del tubo graduado y el nivel de agua del baño termostatizado). El número de moles de aire es constante, pero no así el de vapor de agua que depende de la temperatura. El número de moles de aire se puede calcular despreciando el número de moles de vapor de agua a temperaturas menores a 5°C. Conocido el número de moles de aire, se puede calcular su presión a cada una de las temperaturas, tomando la medición del volumen del aire, y con el dato de la presión atmosférica se calcula la presión de vapor del agua a esas temperaturas aplicando la Ley de Dalton de las presiones parciales.

TP N°4 – Determinación de la Entalpía de vapor del agua

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MATERIALES A EMPLEAR ➢ ➢ ➢ ➢ ➢

Agua destilada Baño tesmostático Termómetro de graduación mínima igual a O,1°C. Probeta de 10 Hielo

DESARROLLO DEL TRABAJO PRÁCTICO

Experiencia 1: DETERMINACIÓN DE LA ENTALPÍA DE VAPORIZACIÓN DEL AGUA

•

Disponer del baño termostático con la suficiente cantidad de agua a temperatura menor de 5°C (adicionar hielo si es necesario). Llenar la probeta graduada con 6 a 7 de agua destilada, tapando con un dedo, introducir rápidamente en forma invertida y mantener la probeta totalmente sumergida. Debe quedar atrapado entre 4 a 5 de aire dentro de la probeta.

•

Cuando la temperatura del baño se estabilice cercana a los 5°C, registrar el volumen del aire.

•

Medir el volumen con una apreciación mínima de 0,1 causada por el menisco en la probeta invertida.

•

Poner en marcha el termostato con un primer escalón aproximadamente a 40ºC, dejar al menos 2 o 3 minutos a esa temperatura hasta su estabilización y tomar el nuevo volumen del aire.

y corregir la distorsión

Verificar la temperatura con el termómetro auxiliar colocado en el seno del baño. •

Volcar los datos en la tabla adjunta en el presente trabajo práctico.

•

Repetir la medición incrementando la temperatura del termostato cada 10°C, hasta 80°C.

TP N°4 – Determinación de la Entalpía de vapor del agua

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DESARROLLO DE CÁLCULOS

1. Utilizando el volumen y temperatura inicial medidos en el paso 2 calcular el número de moles de aire atrapado aplicando la Ecuación de estado de un gas ideal, conociendo la presión atmosférica y suponiendo que a esa temperatura, 5°C, el número de moles de vapor de agua es despreciable con respecto al de aire.

2. Para cada temperatura, calcular la presión parcial del aire aplicando la ley de las presiones parciales de Dalton.

3. Calcular la presión de vapor del agua a cada temperatura.

4. Graficar el

en función de

en el rango de temperaturas de 40 a 80°C y

dibujar la recta que mejor represente los valores experimentales. Utilizar una planilla de cálculo (Excel) y obtener la pendiente de la recta. También realizarlo en hoja milimetrada.

5. Utilizando la pendiente de la recta en el rango de temperaturas entre 40 a 80°C y utilizando la ecuación de Clausius – Clapeyron calcular el valor del

TP N°4 – Determinación de la Entalpía de vapor del agua

.

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T(°C)

T(K)

V (

5

278

0,00366

20

293

0,00341

30

303

0,00330

40

313

0,00319

50

323

0,00310

60

333

0,00300

70

343

0,00292

80

353

0,00283

Valor bibliográfico del

Experiencia 2: TENSIÓN SUPERFICIAL

Disponer sobre una superficie plana de vidrio una capa de agua muy delgada y extendida, y dejar caer sobre el centro de la misma unas gotas de etanol. Se observa que: aparece una interfase entre el etanol y el agua (note que esto no ocurre cuando ambos líquidos se mezclan en condiciones en que la relación área/volumen es despreciable, como por ejemplo en un vaso de precipitado). En la interfase las moléculas de agua superficiales tiran hacia el interior de la fase agua (hacia la periferia) con mayor fuerza que las de etanol hacia el interior de la fase etanol (hacia el centro), con el resultado de que estas últimas son arrastradas hacia afuera y el centro se seca.

PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS ASPECTOS EXPERIMENTALES Presente todos los cálculos de la experiencia Nº1, y los gráficos correspondientes, tanto en Excel como en hoja milimetrada. Describa las conclusiones de las diferentes experiencias realizadas en el tp.

TP N°4 – Determinación de la Entalpía de vapor del agua

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LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL

TRABAJO PRÁCTICO N°5 TERMOQUÍMICA

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TRABAJO PRÁCTICO N°5 TERMOQUÍMICA

OBJETIVOS A ALCANZAR POR LOS ALUMNOS 10. Determinar experimentalmente la constante del calorímetro 11. Determinar el calor específico del hierro y del aluminio, en un calorímetro adiabático 12. Comprobar la liberación de calor, de una reacción

FUNDAMENTOS La termoquímica se ocupa de los efectos térmicos que acompañan a las reacciones químicas. Si una reacción química está ligada a un cambio de volumen, como en el caso de los procesos que involucran combinación de gases, la magnitud del cambio calórico dependerá de que la reacción se efectúe a presión constante o a volumen contante. Como muchas reacciones se efectúan normalmente a presión constate (presión atm...