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Facultad de Química, UNAM Departamento de Química Inorgánica y Nuclear Laboratorio de Química Inorgánica I (1310) Semestre 2021-1

Práctica 10. Obtención y caracterización del cloro elemental. 05 de enero de 2021 Grupo 20 Castillo Reséndiz Carlos Adrián.

Revilla Vilchis Fernando Ivan

Introducción: El cloro es un gas denso y tóxico, de color verde claro, es muy reactivo, aunque no tanto como el flúor. El dicloro Cl2 reacciona con muchos elementos, por lo regular para dar el estado de oxidación común más alto del elemento; por ejemplo: el hierro reacciona con cloro para producir cloruro de hierro (III) y no para dar cloruro de hierro (II). Sin embargo, sobre todo con los no metales, el estado de oxidación más alto del no metal en cloruros suele ser mucho más bajo que su estado de oxidación con el fluoruro; por ejemplo, el dicloruro de azufre SCl 2, es el estado de oxidación más alto de átomo de azufre (2+) mientras que, con el flúor, se puede obtener hexafluoruro de azufre SF6 (6+). El dicloro también puede actuar como agente oxidante fuerte, con un potencial estándar de reducción positivo de 1.36 V. El dicloro reacciona con agua para producir una mezcla de ácido clorhídrico y acido hipocloroso; a temperatura ambiente, una solución saturada de cloro en agua contiene dos terceras partes de moléculas de dicloro y una tercera parte de ácidos, el ion hipoclorito en equilibrio con el ácido hipocloroso.

Introduccion Cuestionario previo. Los valores de potencial estándar de reducción (en medio ácido) para algunos de los pares rédox del cloro son: E° Cl2/ Cl- = 1.36 V E° HClO/Cl2 = 1.63V Los correspondientes en médio básico son: E° Cl2/ Cl- = 1.36 V E° HClO/Cl2 = 0.42V Colocando a estos pares rédox sobre una escala de potencial escribe la reacción que puede llevarse a cabo y balancéala tanto en medio ácido como en medio básico Medio ácido: ⇄ Cl- + HClO Cl20 → ClCl20 → H+ Cl-O22e + Cl2 → 2Cl2H2O + Cl2 → 2HClO + 2e + 2H+ 2e + 2Cl2 + 2H2O → 2Cl- + 2HClO + 2e + 2H+ Cl2 + H2O → Cl-+ HClO + H+ Cl2

Medio básico: ⇄ Cl- + HClO Cl20 → ClCl20 → H+Cl-O22e + Cl2 → 2Cl2OH + 2H2O + Cl2 → 2HClO + 2e + H2O 2OH- + 2H2O + 2Cl2 +2e → 2Cl-+2HClO + 2e + H2O Cl2 + 2OH- ⇄ Cl- + HClO Cl2

Considerando a estas reacciones como equilibrios, aplica la ley de acción de masas para predecir lo que sucede al aumentar la acidez del medio y lo que sucede al aumentar la basicidad del mismo.

Un aumento en la acidez hace que se produzca ese equilibrio. La concentración de A - disminuye para formar HA y para compensar, aumenta la solubilidad de A-. Para una base sucedería un proceso similar.

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Procedimiento experimental para la obtención de Cl2. La producción de cloro se llevará a cabo realizando en medio ácido la reacción anterior en la jeringa, siguiendo el método de Mattson descrito previamente. Si se utiliza 1 mL de HCl 6M (o 0.5 mL de HCl conc.) y 3 mL de solución de hipoclorito de sodio comercial, se obtienen 55 mL de cloro. En este caso el reactivo que se coloca en la charolita transportadora es un líquido (1 mL HCl 6 M), y ya desalojada el agua, se succionan los 3 mL de hipoclorito. Cuando se está produciendo cloro si el émbolo no se mueve, hay que jalarlo manualmente un poco. Los residuos de HCl e hipoclorito de la jeringa ponlos en el recipiente de desechos correpondiente. Procedimiento para el lavado del cloro gaseoso. Para algunos experimentos es necesario lavar el gas (Cl 2) de la jeringa, para quitarle trazas de sustancias químicas no deseadas de la superficie interna de la jeringa, antes que los gases puedan usarse para otro experimento. Para hacer esto con el cloro succione 5 mL de agua destilada con la jeringa, sin descargar ningún gas, tape la jeringa y agite suavemente el agua para disolver los contaminantes en el interior de la jeringa. Quite la tapa y descargue el agua en el tanque de neutralización pero no los gases. Experimento 1.Coloca 5 mL de NaOH 3 M en un recipiente pequeño. Genera una jeringa llena de cloro (no es necesario lavarlo para este experimento). Succiona la solución de NaOH 3 M con la jeringa que contiene cloro e inmediatamente tapa la jeringa con el tapón de latex. Agita vigorosamente la jeringa para mezclar las sustancias químicas, el émbolo de la jeringa será empujado hacia adentro conforme reacciona el cloro. Basándote en el cuestionario previo, escribe la reacción química que se llevó a cabo: Cl2 + OH- ⇄

HClO + Cl-

Experimento 2. Dismutación (o desproporción) del cloro en agua. Coloca 5 mL de agua destilada en un tubo de ensaye y agrégale 5 ml de Cl 2 (no es necesario burbujear) tapa con un trocito de parafilm y agita vigorosamente. Utilizando un pHmetro, toma nota del cambio en el pH. Ahora añade unas gotas de nitrato de plata. ¿Cuál es el origen del cambio en el pH? Si hay evidencia de reacción al añadir AgNO3, ¿Cuál es la especie que reacciona con Ag +?. Completa y balancea la siguiente reacción Cl2(g) + H2O(l)

⇄

Cl2(g) + H2O (l) + AgNO3 (ac)

Cl- (ac) + HClO (ac) + H+(ac)

⇄

Ag+ + Cl- + HClO + H+ + NO3-

La especie que reacciona con Ag+ es el Cl-, porque se puede ver una ligera turbidez en el agua.

De acuerdo con lo anterior: ¿En qué medio (ácido o básico) se favorece la dismutación del cloro elemental? 2

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La dismutación de cloro elemental Cl2 se favorece en el medio ácido.

Experimento 3. Propiedad decolorante. El cloro decolora los colorantes naturales de los jugos de frutas. Prepara una jeringa de cloro, y lávalo. Coloca en tubos de ensaye 2 mL de cada uno de los jugos de fruta que quieras (durazno, uva, etc). Conecta a la jeringa de cloro un tubo de hule con una pipeta Pasteur para descargar 5 mL en cada uno de los tubos con jugo, tapa con un trozo de parafilm y agita. Enjuaga cada vez que cambies de un jugo a otro. El jugo tiene una coloración roja, al agregar Cl 2, esta toma un color rojo muy claro hasta que queda una sustancia incolora. El cloro es un oxidante fuerte, si oxida a un compuesto (colorido), el otro compuesto pierde electrones y es por ello que se observa una decoloración del compuesto.

Experimento 4. Poder oxidante relative de los halógenos. Material:

2 tubos de ensayo pequeños con tapón de corcho Cloro gaseoso 60 mL Pequeños cristales de NaBr o KBr en uno de los tubos de ensayo Pequeños cristales de NaI o KI

Añade unos pocos cristalitos de NaBr a un tubo de ensayo y a otro tubo ponle cristalitos de NaI, agregandoles 2 mL de agua a cada tubo para disolver los cristales. Prepara 1 jeringa llena de cloro. Descarga 5 mL de cloro gaseoso en la solución del tubo de ensayo que contiene bromuro acuoso, tapa el tubo y déjalo en tu gradilla. La mezcla reacciona para tornarse amarillo-anaranjada. (Conserva esta mezcla de reacción, etiquétala con un (*)) . Completa la siguiente ecuación química: Cl2(g) + 2 Br-(ac) → Cl2(g) + 2 NaBr(ac) →

Br2 (g) + 2Cl-(ac) Br2 (g) + 2NaCl(ac)

Repite el experimento anterior con solución de yoduro. En este caso la solución inicial se vuelve café oscura y en el transcurso de unos minutos se vuelve amarillo pálido con pedazos de un sólido oscuro. Completa la siguiente ecuación química: Cl2(g) + 2 I - → Cl2(g) + 2 NaI

I2 + 2Cl-(ac)

→ I2 + 2NaCl(ac)

Prepara otro tubo con unos cristales de KI o NaI disueltos en 2mL de agua y añade la mezcla resultante de la reacción entre el cloro y el bromuro, (*). Escribe la reacción que se lleva a cabo. 3

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Br2 (g) + 2I- →

I2 + 2Br- o también

Br2 (g) + 2NaI →

I2 + 2NaBr

El bromo molecular oxida al yoduro para obtener yodo molecular. Coloca a esto tres pares X2/X- en orden, del oxidante más fuerte al más débil e incluye en esta secuencia al F2/F-. F2/F- > Cl2/Cl- > Br2/Br- > I2/I-

Experimento 5

Cloro gaseoso y sodio metálico.

Equipo: Tubo de ensayo pequeño con tapón Tubo latex de 15 cm de longitud Pipeta Pasteur de vidrio Mechero Bunsen Cerillos 60 mL de cloro gaseoso Un trocito de sodio de 2 a 3 mm de diámetro. Une el tubo de hule de 15 cm con una pipeta Pasteur, esto se conecta a la jeringa y se usa para dirigir cloro gaseoso al sodio fundido. Prepara una jeringa de cloro gaseoso. Calienta en un tubo de ensayo una pizca de sodio metálico (tamaño no mayor de 2 a 3 mm de diámetro) usando una flama suave producida por el mechero. Cuando el sodio empieza a fundir quita la flama. Usando la jeringa equipada con el tubo de hule y la pipeta Pasteur, adiciona el cloro gaseoso sobre el sodio fundido, a una distancia de alrededor de 1 cm, primero 5 mL y después otros 5 mL. La jeringa ayuda a controlar la dirección y la salida del cloro gaseoso; esto produce una reacción brillante, vigorosa y de corta vida, añada

nuevamente 5 mL de cloro, hasta que se termine. La posición vertical de la jeringa previene se descarguen líquidos residuales de la jeringa. Escribe la reacción que se lleva a cabo: 2Na(s) + Cl2 ⇄

2NaCl aunque require una energía de activación para que esta suceda, y es una reacción exotérmica.

Deja que la reacción se enfríe. La mezcla de reacción puede contener Na metálico sin reaccionar, para destruirlo llena la mitad del tubo de ensayo con etanol. Ya que cese el burbujeo (casi 15 minutos) puedes arrojar la solución a la tarja y agregar mucha agua. Conclusión:

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En la realización de esta práctica obtuvimos y caracterizamos al cloro elemental, el cual es un gas denso tóxico de color verdoso claro, presentando una reactividad muy alta. Donde por lo común actúa como un oxidante, ya que su estado de oxidación es alto con respecto a las sustancias 5

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utilizadas. Observándose también que para su obtención es en medio ácido, actuando como un agente oxidante fuerte donde tiene un potencial de reducción muy positivo. Además de que reacciona con agua para formar una mezcla de ácido clorhídrico, hipoclorito. Finalmente al tener la propiedad de agente 6

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oxidante actúa como blanqueador. En la realización de esta práctica obtuvimos y caracterizamos al cloro elemental, el cual es un gas denso tóxico de color verdoso claro, presentando una reactividad muy alta. Donde por lo común actúa como un oxidante, ya que su estado de 7

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oxidación es alto con respecto a las sustancias utilizadas. Observándose también que para su obtención es en medio ácido, actuando como un agente oxidante fuerte donde tiene un potencial de reducción muy positivo. Además de que reacciona con agua para formar una mezcla de ácido clorhídrico, hipoclorito. 8

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Finalmente al tener la propiedad de agente oxidante actúa como blanqueador. Al término de esta práctica se aprendió y analizo el proceso para obtener al cloro elemental, el cual es un gas denso tóxico de color verdoso claro, el cual tiene reactividad muy alta. Concluyendo que el cloro actúa como un oxidante, ya que su estado de oxidación es alto con respecto a las sustancias utilizadas. Observándose también que para su obtención es en medio ácido, actuando como un agente oxidante fuerte donde tiene un potencial de reducción muy positivo. Además de que reacciona con agua para formar una mezcla de ácido clorhídrico, hipoclorito. Finalmente, al tener la propiedad de agente oxidante actúa como blanqueador. Referencias: [1] Rayner-Canham, G. (2000) Química Inorganica Descriptiva. México: Pearson Educación. (pp 385-386). [2] Housecroft, C. ; Sharpe, A. Química Inorgánica. México: Pearson Educación. (p.p 474-475)

Chang, Raymong, Química, 10 a

edición, Editorial Mc GrawHill, México, D.F., 2010, pág. 940-945. [3] Chang, Raymong, Química, 10a edición, Editorial Mc Graw-Hill, México, D.F.,2010, (pp. 940-945).

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