Manual de Laboratorio Química General I QU-0101

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UCR 

UCR 

Manual de Laboratorio

Manual de Laboratorio

Química General I

Química General I

QU-0101

QU-0101

M. Ev. Patricia Guzmán L.

M. Ev. Patricia Guzmán L.

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En un laboratorio químico es absolutamente necesario establecer ciertas normas de En un laboratorio químico es absolutamente necesario establecer ciertas normas de conducta de cuyo cumplimiento dependen el orden en el trabajo, la comodidad y la conducta de cuyo cumplimiento dependen el orden en el trabajo, la comodidad y la seguridad

seguridad de todos de todos los que en los que en él trabajan.él trabajan.

A continuación se ofrecen reglas generales de laboratorio que deben cumplirse A continuación se ofrecen reglas generales de laboratorio que deben cumplirse cuidadosamente para que el trabajo experimental resulte conveniente individual y cuidadosamente para que el trabajo experimental resulte conveniente individual y colectivamente.

colectivamente.

Reglas de seguridad para el trabajo de laboratorio Reglas de seguridad para el trabajo de laboratorio

1.

1. Usar siempre lentes de seguridad.Usar siempre lentes de seguridad. 2.

2. Usar gabacha larga con manga larga, preferiblemente de algodón.Usar gabacha larga con manga larga, preferiblemente de algodón. 3.

3. No usar No usar faldas, shorts o zapatos faldas, shorts o zapatos abiertos. abiertos. Las personas de Las personas de cabello largo deberáncabello largo deberán sujetarlos mientras permanecen en el laboratorio.

sujetarlos mientras permanecen en el laboratorio. 4.

4. No fumar, comer o No fumar, comer o beber en el beber en el laboratorio. laboratorio. Lavarse bien las Lavarse bien las manos al salir manos al salir deldel lugar.

lugar. 5.

5. Al ser designado para trabajar en un determinado laboratorio, es muy importanteAl ser designado para trabajar en un determinado laboratorio, es muy importante conocer la localización de los accesorios de seguridad.

conocer la localización de los accesorios de seguridad. 6.

6. Antes de usar reactivos no conocidos, consultar la bibliografía adecuada eAntes de usar reactivos no conocidos, consultar la bibliografía adecuada e informarse sobre como manipularlos y descartarlos.

informarse sobre como manipularlos y descartarlos. 7.

7. No devolver los reactivos a los frascos originales, aunque no hayan sido usados.No devolver los reactivos a los frascos originales, aunque no hayan sido usados. Evitar circular

Evitar circular con con ellos por ellos por el el laboratorio.laboratorio. 8.

8. No usar ningún instrumento para el cual usted no ha sido entrenado o autorizado aNo usar ningún instrumento para el cual usted no ha sido entrenado o autorizado a utilizar.

utilizar. 9.

9. Verificar el voltaje de trabajo del instrumento antes de conectarlo. Cuando losVerificar el voltaje de trabajo del instrumento antes de conectarlo. Cuando los instrumentos no estén siendo usados deben permanecer desconectados.

instrumentos no estén siendo usados deben permanecer desconectados. 10.

10. Usar siempre guantes de asbesto, para el aislamiento térmico, al manipularUsar siempre guantes de asbesto, para el aislamiento térmico, al manipular material caliente.

material caliente. 11.

11. Nunca pipetear líquidos con la boca. En este caso usar peras de plástico o trompasNunca pipetear líquidos con la boca. En este caso usar peras de plástico o trompas de vacío.

de vacío. 12.

12. Manejar cuidadosamente con prensas u otros utensilios, los objetos calientes yManejar cuidadosamente con prensas u otros utensilios, los objetos calientes y colocarlos siempre sobre una lámina de asbestos.

colocarlos siempre sobre una lámina de asbestos.

Normas para el

Normas para el trabajo de laboratoriotrabajo de laboratorio

1.

1. Mantener siempre limpias las mesas y aparatos de laboratoriosMantener siempre limpias las mesas y aparatos de laboratorios 2.

2. No colocar sobre las mesas de trabajo las prendas personales y libros, excepto elNo colocar sobre las mesas de trabajo las prendas personales y libros, excepto el cuaderno de laboratorio.

cuaderno de laboratorio. 3.

3. Colocar en la mesa de trabajo solo aquellos utensilios que sean indispensablesColocar en la mesa de trabajo solo aquellos utensilios que sean indispensables para la realización de la práctica.

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6.

6. Manejar con cuidado los reactivos químicos especialmente los que son aún másManejar con cuidado los reactivos químicos especialmente los que son aún más peligrosos.

peligrosos. 7.

7. Al calentar una sustancia en un tubo de ensayo, no dirija la boca del tubo haciaAl calentar una sustancia en un tubo de ensayo, no dirija la boca del tubo hacia sus compañeros o hacia usted mismo.

sus compañeros o hacia usted mismo. 8.

8. Cuando trabaje con sustancias inflamables, asegurarse antes de que no hay llamasCuando trabaje con sustancias inflamables, asegurarse antes de que no hay llamas en su proximidad.

en su proximidad. 9.

9. Tomar muchas precauciones cuando necesite detectar el olor de una sustancia.Tomar muchas precauciones cuando necesite detectar el olor de una sustancia. Ventile suavemente hacia su nariz (moviendo la mano sobre la boca del Ventile suavemente hacia su nariz (moviendo la mano sobre la boca del recipiente) los vapores de la sustancia y no aproxime su nariz directamente.

recipiente) los vapores de la sustancia y no aproxime su nariz directamente. 10.

10. No probar nunca una disolución o sustancia a menos que tenga permiso delNo probar nunca una disolución o sustancia a menos que tenga permiso del profesor.

profesor. 11.

11. Verter siempre los ácidos concentrados (especialmente el ácido sulfúrico) sobre elVerter siempre los ácidos concentrados (especialmente el ácido sulfúrico) sobre el agua con sumo cuidado. No realice jamás la operación inversa (o sea agregarle agua con sumo cuidado. No realice jamás la operación inversa (o sea agregarle agua al ácido) puede producir calentamiento súbito con salpicaduras de ácido. agua al ácido) puede producir calentamiento súbito con salpicaduras de ácido. 12.

12. En caso de heridas o quemaduras informe a su asistente. En el caso deEn caso de heridas o quemaduras informe a su asistente. En el caso de salpicaduras con sustancias químicas lávese lentamente con agua en abundancia; salpicaduras con sustancias químicas lávese lentamente con agua en abundancia; enjuáguese si la sustancia entró en su boca, informe inmediatamente después a su enjuáguese si la sustancia entró en su boca, informe inmediatamente después a su asistente o profesor.

asistente o profesor. 13.

13. Al terminar la sesión de laboratorio asegurarse de que la mesa quede limpia y deAl terminar la sesión de laboratorio asegurarse de que la mesa quede limpia y de que las llaves del gas y del agua queden perfectamente cerradas.

que las llaves del gas y del agua queden perfectamente cerradas. 14.

14. Los utensilios, aparatos y reactivos son muy caros; usted tiene la obligación deLos utensilios, aparatos y reactivos son muy caros; usted tiene la obligación de cuidarlos y no desperdiciar nada. La Universidad espera la colaboración de todos cuidarlos y no desperdiciar nada. La Universidad espera la colaboración de todos sus estudiantes.

sus estudiantes. 15.

15. La última persona a salir del laboratorio, debe dejar todo apagado y desenchufadoLa última persona a salir del laboratorio, debe dejar todo apagado y desenchufado ..

Normas para descartar los residuos Normas para descartar los residuos

1.

1. Los residuos acuosos ácidos o básicosLos residuos acuosos ácidos o básicos deben ser neutralizados en el caño antes dedeben ser neutralizados en el caño antes de descartados, y solo después de esto podrán ser descartados.

descartados, y solo después de esto podrán ser descartados. 2.

2. Los metales pesados, metales alcalinos y de otros residuos, se descartan en losLos metales pesados, metales alcalinos y de otros residuos, se descartan en los recipientes designados para ello.

recipientes designados para ello. 3.

3. Los residuos sólidos en el basureroLos residuos sólidos en el basurero 4.

4. Las sustancias orgánicas como solventes u otros en diatomita.Las sustancias orgánicas como solventes u otros en diatomita.

1. Chaverri, G. Química General. Manual de Laboratorio.2da ed, Editorial Universidad 1. Chaverri, G. Química General. Manual de Laboratorio.2da ed, Editorial Universidad de Costa Rica, San José, Costa Rica. 1983. pp 12

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Experimento 1: Operaciones Fundamentales de Laboratorio

Materiales y Equipo

Sal (NaCl), agua destilada, arena.

Balanza, espátula acanalada, papel de filtro, embudo, bureta, pipeta, probeta, beaker, mechero Bunsen, cuadro de cedazo con asbestos, soporte, prensa universal , agitador de vidrio

Mechero bunsen erlenmeyer cápsula de porcelana

embudo de espiga papel de filtro vidrio de reloj Objetivos:

Aprender a utilizar correctamente un mechero y una balanza granataria  Aprender a leer volúmenes con el equipo volumétrico básico.

Utilizar los métodos de filtración y evaporación para separar mezclas.Observar el proceso de destilación simple.

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Introducción

Para trabajar eficientemente en un laboratorio, es necesario conocer el nombre del equipo con el que se trabaja, su correcta manipulación, así como información importante sobre ellos; para lograr este objetivo es necesaria la experiencia en el laboratorio

En el tema operaciones fundamentales de laboratorio se dan una serie de pasos muy importantes para el desarrollo del programa de laboratorio por ejemplo podemos citar varios procedimientos como:

El pesado de los materiales.

Usted aprenderá a utilizar la balanza granataria (figura 1), que es un equipo utilizado para medir masas, procedimiento que puede realizarse directamente o por diferencia y al que está ligada una incertidumbre.

Figura 1. Tipos de balanzas granatarias.

 La medida de sustancias líquidas

En esta práctica usted también aprenderá a leer el menisco en un aparato volumétrico, como una probeta o una bureta. Para esto es necesario que coloque el recipiente con el menisco a la altura del ojo, como se muestra en la figura 2, ya que si se coloca por encima o por debajo de la línea de visión, la lectura será errónea.

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Por otro lado, se hará una evaluación comparativa en la sensibilidad que tienen el beaker, la probeta y la bureta (ver figura 3) para medir líquidos. En este experimento no se estará utilizando todo el equipo volumétrico existente, sin embargo, se espera que la experiencia pueda ser utilizada por el estudiante para inferir comportamientos en otros equipos.

Beaker Probeta Bureta

Figura 3. Equipo volumétrico típico de laboratorios químicos.

 La separación de mezclas de las cuales existen dos tipos como son las

homogéneas y heterogéneas.

o Filtración y evaporación.

Este método se utiliza para separar mezclas heterogéneas

o La destilación que es un procedimiento de separación de mezclas homogéneas

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Procedimiento

A) Medida de la masa de una sustancia

Observe y analice una balanza ya sea de dos platos o digital. De acuerdo a la explicación previa del asistente sobre su uso, coloque un beaker de 50 mL vacío y lo pesa, luego agregue una cantidad pequeña de arena y vuelva a pesar. La diferencia entre estas dos medidas es el peso de la arena.

Masa (g) Peso del beaker con arena

Peso del beaker vacío Peso de la arena

Resultados:

¿Es siempre necesario hacer las mediciones por diferencia? Explique.

¿Varían las masas del objeto cuando las miden personas diferentes? ¿A qué se debe este fenómeno?

B) Medida de líquidos

I. Lectura del menisco: coloque aproximadamente 8 mL de agua en una probeta de 10

mL y lea el volumen. Para esto, coloque la probeta a 3 alturas diferentes como se muestra en la figura 2 y anote su lectura. Repita el procedimiento utilizando ahora una bureta.

Posición Probeta (mL) Bureta (mL) 1

2 3

II. Medición de volúmenes: utilizando agua destilada, mida 25 mL en una bureta,

anote el dato. Traslade el líquido a una probeta y vuelva a medir el volumen. Finalmente, traslade ese mismo líquido a un beaker y vuelva a medir el volumen del líquido. Debe medir el mismo líquido en los tres recipientes!

Recipiente Volumen (mL) Bureta

Probeta Beaker

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Resultados:

¿Por qué varía la lectura del menisco al cambiar la posición del equipo volumétrico?

¿Cuál es la forma adecuada de leer un volumen en una bureta?

¿Cuál de los equipos utilizados da una lectura más exacta del volumen del líquido? Defina precisión y exactitud.

C) La separación de mezclas

I Filtración y evaporación.

Tome 10 gramos de una mezcla 50:50 de arena y cloruro de sodio. Agregue 20 mL de agua medidos con una probeta. Prepare el papel de filtro, doblándolo a la mitad y luego de nuevo hasta que quede en forma de abanico. Empleando un embudo de espiga coloque el papel de filtro, realice la filtración de la mezcla, reciba el filtrado en una cápsula de porcelana limpia, seca y previamente pesada.

Coloque la cápsula con el filtro sobre un cuadro de cedazo con asbesto y caliente con el mechero de Bunsen hasta lograr la evaporación hasta sequedad del contenido. Observe el residuo de la mezcla. Deje enfriar y pese la cápsula con su contenido. Obtenga el peso de la sal recuperada.

Masa (g) Peso de la cápsula con el filtrado

Peso de la cápsula sola Peso de la sal

Resultados

¿Qué tipo de mezcla homogénea o heterogénea es la usada en este experimento? ¿Por qué debe usted pesar la cápsula fría y no caliente?

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II Destilación simple

En un aparato como el siguiente:

Se estará efectuando una destilación de una disolución de Sulfato de Cobre (CuSO4). Observe y conteste las siguientes preguntas.

La disolución de sulfato de cobre es de color: ________________________________  El destilado es de color: __________________________________________________  Las partes del equipo de destilación son: _____________________________________  Explique la diferencia de color entre el destilado y la disolución de sulfato de cobre ¿Se puede separar por destilación cualquier mezcla de líquidos? Explique.

¿Qué son núcleos de ebullición?

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Experimento 2: El quemador bunsen y su llama

Materiales y equipo

El quemador Bunsen, fósforos, vela de cera, lámpara de alcohol, erlenmeyer, probeta.

Objetivos

Estudiar el quemador de Bunsen y otras fuentes de calor en el laboratorio.  Ilustrar el fenómeno de la combustión.

 Observar la llama de una vela y comparar las observaciones con aquellas hechas por una persona con más experiencia.

Introducción

El quemador de Bunsen constituye una fuente de calor en el laboratorio y su estudio revela aspectos interesantes del proceso de combustión.

.

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aproximadamente 20% de oxígeno que actúa como comburente. Al encender el gas con un palillo de fósforo o con un encendedor , pueden ocurrir simultáneamente las siguientes reacciones entre el gas propano y el oxígeno:

) 3 ...( ... 4 3 2 ) 2 ..( ... 8 6 7 2 ) 1 ...( ... 4 3 5 2 2 8 3 2 2 8 3 2 2 2 8 3 O  H  C  O  H  C  O  H  CO O  H  C  O  H  CO O  H  C          

Cuando las entradas de aire permiten que entre suficiente oxígeno la reacción (1) ocurre preferentemente; la llama no es luminosa y tiene un color gris azulado; se distinguen varias zonas.

En el caso que la entrada de aire esté restringida, no hay suficiente oxígeno y la combustión no es completa y ocurre la reacción (3). El hidrógeno de la molécula de propano se quema todo y forma agua pero el carbono de la molécula no se quema y como es sólido, se pone incandescente con el calor produciendo una luminosidad amarilla.

Cuando el carbono incandescente de la llama se enfría el contacto con una superficie fría se deposita en forma de negro de humo, este producto se utiliza en la fabricación de cosméticos y betún negro. La reacción (2) ocurre cuando hay una fuente intermedia de oxígeno, resultando el carbono oxidado a monóxido de carbono solamente, CO (gas muy venenoso).

La llama de una vela de cera tiene muchas semejanzas con la del quemador de Bunsen. Una vela encendida puede servir para probar la capacidad de observación y descripción científicas del estudiante.

Procedimiento

A) El Quemador de Bunsen

Conecte el quemador de Bunsen con la llave del gas por medio de una manguera de hule. Cierre la entrada de aire del quemador. Abra la llave del gas e inmediatamente encienda el quemador. Observe la llama luminosa.

Con la ayuda de una pinza para crisol sostenga sobre la llave por unos segundos una cápsula de porcelana fría. Examine el depósito negro que se forma en la cápsula.

Abra poco a poco la entrada de aire del quemador. Observe el cambio de color de la llama. Observe las zonas características de la misma.

Coloque un palillo de fósforo acostado sobre la boca del tubo de quemador. Observe como se quema.

Encienda el quemador y sostenga una esquina del cedazo (no cubierta por el asbesto) sobre la llama; baje el cedazo hasta tocar la llama y trate de que la llama pase por el cedazo.

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Resultados

¿Por qué es luminosa la llama cuando las entradas de aire están cerradas? ¿Qué le sucedió a la cápsula fría de porcelana? Explique por qué.

Explique por qué cambia la luminosidad al abrir las entradas de aire.

¿En qué forma se quema el palillo de fósforo que se coloca acostado sobre el cañón del quemador? Explique.

¿Por qué la llama tiene forma cónica?

¿Qué sucede cuando se coloca el cedazo entre la llama?

B) Lámpara de alcohol

Examine y encienda una lámpara de alcohol. Note el color de la llama. Aumente y disminuya el tamaño de la llama.

Resultados

¿Cómo funciona la lámpara? ¿Por qué no se quema la mecha, o lo hace muy lentamente, en una lámpara de alcohol?

C) Observación de una vela de cera

Observe cuidadosamente una vela de cera o candela de parafina. Enciéndala y observe su llama y todo lo que ocurre mientras la vela se quema. Haga y anote todas las observaciones que usted crea de interés y que merecen una explicación. Sople por medio de una manguera de hule con una punta de gotero en el extremo, en la base de la llama de la vela. Observe los cambios. Introduzca la vela en el fondo de un beaker de 4000 mL (o de un frasco de conservas). Agregue unos 200 mL de agua para que cubra parte de la vela. Encienda la vela y luego introduzca sobre la vela encendida y hasta tocar el fondo del beaker un erlenmeyer de 250 mL (puede utilizar un frasco angosto como los que se

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Resultados

Anote la lista de observaciones que usted hizo de la vela encendida y de las operaciones efectuadas. Anote todas las explicaciones que usted pueda ofrecer para los fenómenos observados.

Evalúese usted mismo como investigador comparando sus observaciones y explicaciones con las que le leerá su asistente de laboratorio en la próxima sesión de práctica.

Cuestionario

1) ¿Qué gas se usa en el laboratorio?

2) Ni el propano, ni el butano tienen olor, ¿por qué huele el gas de laboratorio? 3) ¿De qué color esta pintada en el laboratorio la tubería que conduce el gas? 4) ¿Qué es una llama?

5) ¿Qué reacción ocurre cuando la llama es luminosa?

6) ¿Qué reacción ocurre cuando la combustión es más completa? 7) ¿Qué es lo que sucede cuando un quemador se cala?

8) ¿Para qué sirve y como funciona la mecha de la lámpara de alcohol? 9) ¿Qué reacción ocurre al quemarse el alcohol?

10) ¿Qué es a) combustión, b) combustible y, c) comburente?

11) ¿A qué se debe el desprendimiento de calor del carbono luz del carbono incandescente?

12) ¿Cómo es que la corriente eléctrica genera energía calórica en un calentador eléctrico, por ejemplo en el disco de la cocina?

13) ¿Como se puede hervir agua más rápidamente, con un quemador de Bunsen o con un calentador eléctrico? ¿por qué?

Nota:

Es importante que conteste el cuestionario anterior porque sirve de base para hacer los quices de laboratorio

Bibliografía

1. Chaverri, G. Química General. Manual de Laboratorio.2da ed, Editorial Universidad de Costa Rica, San José, Costa Rica. 1983. pp 13-15

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Experimento 3: Estudio de propiedades de la materia Materiales y Equipo

Hierro en polvo (Fe); carbón vegetal pulverizado (C); nitrato de potasio sólido (KNO 3); disolución 6 mol/ L de ácido clorhídrico (HCl).

Un imán, tubos de ensayo, probeta, vidrio de reloj, papel de filtro

Objetivos

Estudiar algunas propiedades específicas de los elementos y los compuestos.

Comprobar que estas propiedades se conservan cuando los elementos o los

compuestos en estudio se mezclan con otros.

Hacer la separación de una mezcla con base en las propiedades de sus

componentes.

Introducción

Los elementos y los compuestos tienen propiedades físicas tales como color, olor, sabor, solubilidad en agua o en otros disolventes, el efecto del imán y densidad, que son características de cada uno. Es posible determinar en forma sencilla estas propiedades físicas y a su vez utilizarlas en la identificación de las sustancias. El olor, el color y el efecto del imán se observan fácilmente. La solubilidad y la densidad pueden determinarse cualitativamente observando por ejemplo si una sustancia se disuelve o no en agua, si flota o se precipita.

Mediante procedimientos menos sencillos se puede determinar exactamente cuanto se disuelve de una sustancia en un volumen dado de disolvente y determinar también el valor numérico de la densidad; estas dos determinaciones corresponderían a procesos cuantitativos.

Los componentes de una mezcla, en general conservan sus propiedades físicas, algunas de ellas como la solubilidad pueden servir para separar esos componentes.

Por ejemplo, al calentar, a muy alta temperatura, el hierro o el azufre por separado no se produce cambio químico, es decir, no reacciona ninguno de los dos con el oxígeno o con el nitrógeno del aire que es el medio en que se encuentran; tampoco reaccionan con el vidrio del tubo de ensayo o con la porcelana del crisol en que se calientan. Pero si se calientan juntos entonces reacciona uno con el otro formando un compuesto. Este fenómeno constituye un ejemplo de propiedades químicas que se observan durante un cambio químico.

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Procedimiento

A) Propiedades del hierro

Examine un poco de hierro en polvo; note su color y olor. Observe el efecto del imán sobre el hierro. Añada 0,3 g de hierro a 5 mL de agua en un tubo de ensayo. Note si es más pesado o liviano que el agua. Agite el tubo y observe si el hierro se disuelve en agua. En otro tubo de ensayo añada a 5 mL de disolución acuosa de ácido clorhídrico, caliente pero no hierva, note si ocurre alguna reacción y escriba la ecuación en el cuadro 4-1. Nombre las sustancias formadas en la reacción, describa el olor del gas que se desprende; si el H2 es inodoro ¿Cómo explica el olor obtenido (si lo hubo)?

Resultados

Copie el cuadro 3.1 en su cuaderno y anote ahí los resultados de las propiedades químicas y físicas obtenidas para el hierro.

¿Cómo podría usted asegurarse de que el hierro no se disolvió todo en agua?

B) Propiedades del carbono

Repita paso a paso el procedimiento seguido en la parte A pero utilizando carbono (carbón vegetal) en lugar de hierro. Al ensayar la solubilidad filtre y observe el filtrado.

Resultados

Tabule los resultados en el cuadro 3.1. ¿Reacciona el Carbono con el HCl?

C) Propiedades del nitrato de potasio

Repita paso a pasos el procedimiento seguido en la parte A pero omita la adición de disolución de HCl. Al tratar de disolver en agua, note la temperatura del tubo.

Resultados

Tabule los resultados en el cuadro 3.1 ¿Notó usted algún cambio en la temperatura del tubo al disolver el nitrato de potasio en agua? Explique ¿Se disolvió completamente el nitrato de potasio en el agua al calentar?

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D) Ensayo y separación de una mezcla de carbón, hierro y nitrato de potasio.

Tome una cantidad pequeña de la mezcla de carbón vegetal, hierro en polvo y nitrato de potasio y ensaye con el imán, escriba sus observaciones. Coloque un gramo de la mezcla en un tubo de ensayo y agregue 5 mL de disolución de HCl. Caliente suavemente. Investigue el color del gas que se desprende. Determine su naturaleza. Investigue la reacción que ocurre. Coloque un gramo de la mezcla en un tubo de ensayo y agregue 5 mL de agua destilada. Agite bien y filtre. Recoja el filtrado en un vidrio de reloj, caliente suavemente para evaporar el agua, examine los residuos en el vidrio de reloj y en el papel filtro.

Resultados

¿Cuál es el efecto del imán? ¿Qué sucede al agregar HCl? Escriba la ecuación. ¿Qué olor tiene el gas que se desprende? Explique. ¿Qué componente de la mezcla disuelve en el agua? ¿Cambiaron las propiedades de los elementos al formar ellos una mezcla?

Cuadro 3-1. Tabulación de las propiedades observadas

Propiedades Hierro Carbón Nitrato de potasio Olor 

Color 

Efecto del imán Solubilidad en agua Reacción con el HCl

Más o menos pesado que el agua

Bibliografía

1. Chaverri, G. Química General. Manual de Laboratorio.2da ed, Editorial Universidad de Costa Rica, San José, Costa Rica. 1983. pp 20,21.

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Experimento 4: Estudio de la densidad Materiales y Equipo

Buretas, prensas para buretas, balanzas, mármol, cobre, zinc, hierro, aluminio, 5 g de una sustancia sólida que el estudiante traerá a la practica, hidrógeno carbonato de sodio sólido (NaHCO3), H2SO4, 0,1 mol/L, Handbook of Chemistry and Physics. Traer una alka-seltzer.

Objetivos

Utilizar uno de los métodos para determinar la densidad de sólidos insolubles en

agua y más pesados que esta; determinar la densidad de un líquido y un gas.

 Demostrar la importancia limitada que la densidad tiene en la identificación de sustancias.

Aprender a usar el Handbook of Chemistry and Physics.

Introducción

La relación que existe entre la masa y el volumen se conoce como la densidad y matemáticamente puede expresarse como:

V   M 

 D  , en donde D es la densidad, M es la masa y V es el volumen.

Se dice que el oro es mas denso que el aluminio y que el corcho, puesto que tomando el mismo volumen de cada uno, la masa del oro es mayor que cualquiera de las otras dos.

La densidad es una propiedad física característica de cada sustancia como tal, ayuda a identificar o a describir la sustancia. En el sistema métrico decimal, densidad es la relación de la masa expresada en gramos y el volumen expresado en centímetros cúbicos (g/cm3) o mililitros (g/mL).

La densidad de los gases se determina a condiciones normales (0C y 760 mm de

Hg de presión) y por ser un número muy pequeño generalmente se expresa en gramos por litro, así la densidad del aire es de 1,293 g/L y la densidad del Oxígeno es de 1,429 g/L a TPN. (A temperaturas y presiones normales). La densidad de un líquido también varía con la temperatura pero esa variación es mucho menor que en los gases, es necesario especificar siempre la temperatura a la cual se midió la densidad de un líquido; la presión no es un dato de importancia en la densidad de un líquido. La densidad del alcohol etílico a 0C es 0,80625 g/mL, a 10C es 0,79788 g/mL, a 39C es 0,77329 g/mL; la del

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sólidos son menos expansibles con el aumento de temperatura, pero no debe omitirse mencionar la temperatura a la cual se mede su densidad.

Se llama peso específico, la relación entre el peso de un cuerpo y su volumen; matemáticamente se expresa:

V  P  E 

P.  , donde P.E significa peso específico, P significa peso y V significa

volumen en centímetros cúbicos. Puede entonces apreciarse que la diferencia entre densidad y peso específico se basa en la diferencia que existe entre peso y masa; ahora bien, para los efectos prácticos y usos corrientes, la masa se expresa en gramos por lo que peso especifico y densidad se igualan. Se denomina densidad relativa, peso especifico relativo o gravedad especifica, la relación entre el peso de un volumen dado de una sustancia y el del mismo volumen de una sustancia de referencia o patrón. El agua es el patrón corrientemente usado para calcular la gravedad específica de los líquidos y los sólidos, y el aire para los gases. La gravedad específica corresponde así a:

t a sustancia de dado volumen de peso t a sustancia de dado volumen de peso . 1 1 C  C  esp gr  t     , o así  (patrón) . ) tan ( . (patrón) ) tan ( . 1 1 1 t  t  t  t  t  t   E  P cia sus  E  P d  cia sus d  esp gr   

Con el valor de la gravedad específica es necesario indicar la temperatura, tanto de la sustancia en cuestión como de la sustancia de referencia.

La gravedad especifica del alcohol etílico es gr. esp. 415 =0,789 y esto significa que la densidad del alcohol etílico a 15 C es 0,789 veces la densidad del agua a 4C.

obsérvese que para la gravedad especifica no hay unidades porque lo que se esta indicando es la relación entre dos magnitudes expresada en las mismas unidades por lo que estas se cancelan.

Se pretende en este experimento que el estudiante tenga su primera experiencia con el Handbook of Chemistry and Physics buscando en este manual las densidades de varias sustancias. Conociendo así la existencia de ese manual el estudiante sabrá consultarlo para obtener otro tipo de información en el futuro.

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Procedimiento

A) Datos de la bibliografía química

Busque en un Handbook of Chemistry and Physics los valores de la densidad de los siguientes: mármol, cobre, zinc, hierro aluminio y otra sustancia de se elección. Cuando use el Handbook note la cantidad de información que contiene.

Resultados

Anote en su cuaderno de laboratorio antes de venir al laboratorio lo siguiente

Sustancia Densidad Mármol Cobre Zinc Hierro Aluminio B) Determinación de la densidad

Además de la sustancia extra que usted trajo, escoja dos más de la lista anterior, mida la densidad de cada una por el procedimiento siguiente:

Agregue agua a una bureta de 50 mL hasta aproximadamente la marca de 25,00 mL; pese una muestra de la sustancia cuya densidad usted determinara; anote el peso. Anote ahora la lectura de la bureta con dos decimales (lectura inicial) y agregue cuidadosamente la muestra dentro de la bureta de manera que quede cubierta completamente por el agua. Anote la nueva lectura (lectura final). Anote la temperatura del agua. Vacíe el agua de al bureta y saque la muestra. Repita el procedimiento para las otras dos sustancias. Anote los resultados en su cuaderno de laboratorio usando un esquema como el siguiente.

Temperatura del agua: __________ ºC

Lectura Sustancia 1 Sustancia 2 Sustancia 3 Peso (g)

Lectura inicial (mL) Lectura final (mL) Volumen (mL) Densidad (g/mL)

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Compare el valor experimental con el que obtuvo en la parte A y si difieren trate de explicar las posibles causas de esta diferencia (o error experimental).

Compare unos con otros los valores de las densidades de las sustancias que usted busco en las tablas y diga si la densidad es una propiedad por la que se pueda distinguir una sustancia de otra. Anote su conclusión.

C) Examine dos muestras de líquidos designados solamente con las letras A y B.

¿Se puede decir si son el mismo o diferentes líquidos por simple observación visual?

¿Se puede por olor? No ensaye probar el líquido pues aun en pequeñas cantidades podría ser tóxico.

La densidad es una propiedad que puede servir para distinguir entre dos líquidos. Se puede medir la densidad de un líquido pesándolo en una balanza y midiendo luego el volumen del líquido que se peso.

Mida exactamente con una bureta aproximadamente 10 mL de la sustancia A en beaker, previamente pesado y pese el beaker con su contenido; anote su peso y calcule la densidad. Repita la determinación con una nueva muestra del líquido A.

Repita el procedimiento con el líquido B. Anote en su cuaderno de laboratorio los datos usando el siguiente cuadro.

Medida Líquido A Líquido B

Peso del beaker + muestra (g) Peso del beaker vacío (g) Peso de muestra líquido (g) Volumen muestra líquido (mL) Densidad del líquido (g/mL)

D) Determinación de la densidad de un gas

Es más difícil medir la densidad de un gas que la de un líquido o de un sólido. Los gases son difíciles de manejar y la mayor parte de ellos no tienen color.

Si se coloca hidrógeno carbonato de sodio NaHCO3 en una disolución de ácido sulfúrico reaccionan produciendo dióxido de carbono (un gas insoluble en agua y por eso burbujea y sale de la disolución)  NaHCO3 H 2SO4  H 2O Na2SO4CO2(gas)

desprendido.

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CO2 desprendido. La diferencia o pérdida de peso en el tubo (1) después de la reacción es el peso del gas desprendido. Utilice el equipo ilustrado en la figura 4-1.

Figura 4-1. Equipo para recolectar CO2 gaseoso.

Asegúrese de que el extremo del tubo de goma este metido en la boca del frasco recolector. Cuando esté dispuesto, agregue la Alka Seltzer al tubo (1) e inserte rápidamente el tubo de salida con el tapo en el tubo de ensayo y recoja el gas producido. Todo el gas se desprenderá en los primeros 10 minutos de reacción. Mida el volumen de agua desplazado por el gas en el frasco colector. Pese de nuevo el tubo de ensayo y su contenido. Anote en su cuaderno de laboratorio los datos de acuerdo con el cuadro que se ofrece enseguida. Con los datos obtenidos calcule la densidad del gas.

Peso del tubo (1) + 10 mL de disolución de ácido Peso de la tableta de Alka- Seltzer

(A) Peso total tubo (1) + peso Alka -Seltzer

(B) Peso del tubo (1) después de ocurrida la reacción Peso del gas desprendido (A-B)

Volumen del gas mL

Cuestionario

1. ¿Qué es densidad?

2. ¿Qué es densidad relativa?

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4. ¿Se podría usar el procedimiento de parte b para sólidos insolubles mas livianos que el agua? Explique.

5. ¿Se puede usar el método de la parte C para determinar la densidad de un líquido muy volátil como el éter? Explique.

6. ¿Por qué el NaHCO3 se debe agregar rápidamente al tubo con la disolución de ácido en parte D?

7. En la parte C se pide la siguiente “mida exactamente con una bureta

aproximadamente 10 mL”, explique eso de exactamente y aproximadamente.

8. ¿Por qué la alka-seltzer desprende CO2 al ponerla en agua mientras que el NaHCO3 requiere ácido?

Bibliografía

1. Chaverri, G. Química General. Manual de Laboratorio.2da ed, Editorial Universidad de Costa Rica, San José, Costa Rica. 1983. pp 38-41

(24)

Experimento 4b: Estudio de la densidad (virtual)

Objetivos

 Utilizar uno de los métodos para determinar la densidad de sólidos insolubles en agua y más pesados que esta; determinar la densidad de un líquido y un gas.

Demostrar la importancia limitada que la densidad tiene en la identificación de

sustancias.

 Aprender a usar el Handbook of Chemistry and Physics.

Introducción

La relación que existe entre la masa y el volumen se conoce como la densidad y matemáticamente puede expresarse como:

V   M 

 D  , en donde D es la densidad, M es la masa y V es el volumen.

Se dice que el oro es más denso que el aluminio y que el corcho, puesto que tomando el mismo volumen de cada uno, la masa del oro es mayor que cualquiera de las otras dos.

La densidad es una propiedad física característica de cada sustancia como tal, ayuda a identificar o a describir la sustancia. En el sistema métrico decimal, densidad es la relación de la masa expresada en gramos y el volumen expresado en centímetros cúbicos (g/cm3) o mililitros (g/mL).

La densidad de los gases se determina a condiciones normales (0C y 760 mm de Hg de presión) y por ser un número muy pequeño generalmente se expresa en gramos por litro, así la densidad del aire es de 1,293 g/L y la densidad del Oxígeno es de 1,429 g/L a TPN. (A temperaturas y presiones normales). La densidad de un líquido también varía con la temperatura pero esa variación es mucho menor que en los gases, es necesario especificar siempre la temperatura a la cual se midió la densidad de un líquido; la presión no es un dato de importancia en la densidad de un líquido. La densidad del alcohol etílico a 0C es 0.80625 g/mL, a 10C es 0,79788 g/mL, a 39C es 0,77329 g/mL; la del

agua es a 4C de 1,00 g/mL, a 0C es 0,9987 g/mL, a 38C es 0,99299 g/mL. Los

sólidos son menos expansibles con el aumento de temperatura, pero no debe omitirse mencionar la temperatura a la cual se mede su densidad.

Se llama peso específico, la relación entre el peso de un cuerpo y su volumen; matemáticamente se expresa:

V  P  E 

P.  , donde P.E significa peso especifico, P significa peso y V significa

volumen en centímetros cúbicos. Puede entonces apreciarse que la diferencia entre densidad y peso específico se basa en la diferencia que existe entre peso y masa; ahora

(25)

bien, para los efectos prácticos y usos corrientes, la masa se expresa en gramos por lo que peso especifico y densidad se igualan. Se denomina densidad relativa, peso específico relativo o gravedad específica, la relación entre el peso de un volumen dado de una sustancia y el del mismo volumen de una sustancia de referencia o patrón. El agua es el patrón corrientemente usado para calcular la gravedad específica de los líquidos y los sólidos, y el aire para los gases. La gravedad específica corresponde así a:

t a sustancia de dado volumen de peso t a sustancia de dado volumen de peso . 1 1 C  esp gr  t     , o así  (patrón) . ) tan ( . (patrón) ) tan ( . 1 1 1 t  t  t  t  t  t   E  P cia sus  E  P d  cia sus d  esp gr   

Con el valor de la gravedad específica es necesario indicar la temperatura, tanto de la sustancia en cuestión como de la sustancia de referencia.

La gravedad especifica del alcohol etílico es gr. esp. 415 =0,789 y esto significa que la densidad del alcohol etílico a 15 C es 0,789 veces la densidad del agua a 4C. obsérvese que para la gravedad especifica no hay unidades porque lo que se esta indicando es la relación entre dos magnitudes expresada en las mismas unidades por lo que estas se cancelan.

Se pretende en este experimento que el estudiante tenga su primera experiencia con el Handbook of Chemistry and Physics buscando en este manual las densidades de varias sustancias. Conociendo así la existencia de ese manual el estudiante sabrá consultarlo para obtener otro tipo de información en el futuro.

Procedimiento

Utilizando la dirección siguiente:

http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/densidad/densidad.htm Efectuar las siguientes actividades

A) actividades 1 y 2 determinar la densidad de diferentes materiales B) actividades 2 y 3 determinar la densidad del aluminio

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Cuestionario:

1. Compare las densidades obtenidas para los sólidos con las reportadas en el Handbook of Chemistry and Physics. Calcule el porcentaje de error e indique si lo considera aceptable. Debe mostrar los cálculos realizados.

2. ¿Qué característica debe tener un sólido para determinar su densidad siguiendo el procedimiento descrito en la actividad 5?

3. En la actividad 5 ¿cuál es el equipo volumétrico más adecuado para medir el volumen del líquido desplazado Explique su respuesta.

4. ¿Por qué en la actividad 3, al graficar los valores, usted obtiene una línea recta? Explique su respuesta

(27)

Experimento 5: Ley de las proporciones definidas Material y Equipo

Disolución de HCl y NaOH de igual concentración (2 mol/L). Buretas. Cápsula de evaporación que pueda sentarse en la boca de un beaker.

Objetivo

Demostrar la ley de las proporciones definidas con un sencillo experimento cuantitativo en el que se tiene oportunidad de usar buretas.

Introducción

Los compuestos tienen composición definida por peso. En las reacciones químicas como una consecuencia de la ley de las proporciones definidas un peso relativo definido de reactantes produce un peso relativo de productos. Por ejemplo si el peso de un ácido que se requiere para neutralizar una base es 2,35 veces el peso de la base, esta relación será cierta no importa que se trate de unos pocos miligramos, de kilogramos o de toneladas de la base.

La ecuación balanceada de un reacción química de un ácido con una base nos da las proporciones por peso en que reaccionan, así cuando el ácido clorhídrico (que es una disolución del gas HCl en agua) reacciona con la base hidróxido de sodio (que es una disolución del sólido NaOH en agua) las proporciones por peso están indicadas en la siguiente ecuación: O  H   NaCl  NaOH   HCl   2

De la ecuación se deduce que 36,5 g de HCl reaccionan con 40 g de NaOH para formar 58,5 g de NaCl y 18 g de agua. La composición del NaCl es definida por el peso. Nada se obtiene con agregar un exceso de HCl ya que solamente un ión cloro se combina con un ión sodio en este caso para formar el compuesto NaCl. Si se agregara un exceso de NaOH el producto final seria una mezcla de NaCl (sólido) y NaOH (sólido) difícil de separar. Si se agregara un exceso de disolución de HCl (gas) el producto final seria una mezcla de NaCl (sólido) y de HCl; el HCl por ser un gas se puede evaporar calentando y queda solamente el NaCl (sólido).

Procedimiento

A) Obtención de cloruro de sodio (NaCl)

Pese y apunte el peso de una cápsula de evaporación limpia y seca. Llene una bureta con la disolución de NaOH y otra con la disolución de HCl. Siga cuidadosamente las instrucciones de su asistente de laboratorio sobre el los cuidados en el uso de la

(28)

evaporación en el cuadro de tela metálica con asbestos sostenida en un anillo o en un trípode y caliente suavemente para reducir el volumen a 10 mL aproximadamente.

En ningún momento deben producirse pérdidas por salpicaduras. Por esta razón la evaporación del contenido se continúa ahora en el baño-maría sobre un beaker de 250 mL con agua hirviendo hasta obtener un residuo seco en la cápsula.

Permita que la cápsula se enfríe completamente y pésela de nuevo. Para asegurarse que el residuo esta completamente seco, caliente otra vez al baño-maría durante quince minutos. Enfríe y pese. Repita el proceso hasta obtener peso constante, es decir, hasta que en sucesivas operaciones obtenga el mismo peso o hasta que la diferencia entre pesadas sucesivas no sea mayor de 0,01 gramos.

Resultados

Anote en su cuaderno los datos de volúmenes y pesos conforme se muestra a continuación.

Lectura Disolución de NaOH Disolución de HCl Inicial (mL)

Final (mL)

Total vertida (mL)

Peso de cápsula + NaCl (g) Peso de la cápsula vacía (g) Peso de NaCl (g)

B) Obtención de NaCl duplicando el volumen de HCl.

Repita el procedimiento de la parte A pero utilice esta vez el doble de volumen de disolución de HCl y el mismo volumen de disolución de NaOH.

Resultados

Anote en su cuaderno de laboratorio los datos de volúmenes y pesos en forma similar a la anterior.

Compare el peso de NaCl obtenido en la parte A con el peso obtenido en la parte B y explique si su resultado explica la ley de las proporciones definidas.

¿Qué sucedió con el exceso de disolución de HCl en la parte B?

¿Se podría invertir la experiencia y usar un exceso de disolución de NaOH en lugar de exceso de HCl? Explique.

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Cuestionario

1. La disolución de NaOH usada en este experimento contiene 0,08 g de NaOH por mL. Con base en este dato y en la ecuación ofrecida en la discusión calcule cuantos gramos de NaCl debió usted obtener.

2. ¿Se podría usar en este experimento H2SO4 en lugar de HCl? Explique. 3. Con el resultado del experimento y el de la pregunta 1 de este cuestionario calcule el porcentaje de error en su experimento.

4. ¿Se podría sustituir en este experimento la bureta por una pipeta?

Bibliografía

1. Chaverri, G. Química General. Manual de Laboratorio.2da ed, Editorial Universidad de Costa Rica, San José, Costa Rica. 1983. pp 36 a 38.

(30)

Experimento 6: Serie de actividad de los metales Materiales y equipo

Trozos de metales: sodio, potasio, calcio, cobre, zinc, magnesio, plomo y hierro (alambre), disolución 0,1 mol/L. de acetato de plomo, disolución 0,2 mol/L de sulfato de cobre, disolución 0,01 mol/L de nitrato de plata, disolución diluida (3 mol/L) de HCl.

Objetivos

Determinar la posición relativa de algunos metales en la serie de actividad de los

metales.

 Ilustrar el concepto del elemento activo.

Introducción

Para preparar pequeñas cantidades de hidrógeno en el laboratorio se puede usar el Zinc y un ácido como el clorhídrico.

    2 2 2 HCl  ZnCl H   Zn

El zinc es un metal suficientemente activo para desplazar el hidrógeno de los ácidos. Hay otros metales que también pueden desplazar el hidrógeno de los ácidos: magnesio, aluminio, hierro, etc. Otros sin embargo no lo desplazan: Cu, Hg, Ag, Au, Pt, etc. Estos son más inactivos. Por su extrema inactividad a la plata, al oro y al platino se les denomina nobles. Por otro lado tales como el sodio, el calcio, potasio y litio que son tan activos que pueden desplazar al hidrógeno del agua.

    2 2 2 2 Na  H  O  NaOH  H      2 2 2 ( ) 2 H O Ca OH  H  Ca     2 2 2 2K   H  O KOH  H 

En la reacción del potasio con el agua se produce tanto calor que el hidrógeno que se desprende se quema formando agua y produciendo una llama. Estudiando la activad relativa de los metales corrientes se encuentra que pueden ordenarse en una lista o serie llamada serie de actividad de los metales. Los metales que están en la parte superior de la lista desplazan al hidrógeno (hasta calcio); los que siguen (hasta el hierro) lo desplazan del vapor y a temperaturas altas los que siguen hasta el plomo lo desplazan de los ácidos; el desplazamiento va siendo menos violento y menos rápido conforme descendemos en la lista. El sodio desplazaría el hidrógeno de los ácidos con violencia explosiva. Los que siguen al hidrógeno en la serie no lo desplazan del todo. Esta serie no solo sirve para decidir si ocurre o no el desplazamiento del hidrógeno de un ácido sino de un elemento por otro en una sal. El de más arriba de la lista puede desplazar de las sales al siguiente o a cualquiera de los que están más abajo. Es así como esta serie sirve para predecir en forma elemental si una reacción ocurre o no ocurre.

(31)

ocurre No ) ( 2 2 2 ) ( 2AgNO Cu ocurre No SnCl Au ocurre No 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 2 4 2 2 4 4                             HCl Cu  H  FeCl  HCl Fe  H  OH   Ba O  H   Ba  H   MgCl  HCl  Mg  Ag  NO Cu FeSO  Ni Fe  MgCl FeCl  Mg Cu  ZnSO CuSO  Zn  Ejemplos

Procedimiento

A) Metales activos

Obtenga un trocito de sodio metálico de su asistente de laboratorio. Colóquelo con mucho cuidado en un beaker de 250 mL con agua. Observe el resultado. Pruebe el agua después de la reacción con papel tornasol. Observe a su asistente lo anterior pero con un trocito de potasio metálico.

Resultados

Compare las reacciones del sodio y del potasio con el agua. Escriba las reacciones. ¿Qué demuestra la prueba con papel tornasol?

B) Reacciones de metales con ácidos

Coloque en tubos de ensayo, trocitos de cobre, zinc, hierro, magnesio y plomo. Añada a cada tubo 2 mL de disolución diluida de ácido clorhídrico y note la velocidad de reacción en cada caso. Caliente suavemente si fuera necesario, para que la reacción empiece. Ordene los tubos de menor a mayor actividad. Deseche el ácido y lave el residuo metálico con agua; descarte el agua y use los metales en la parte C.

Serie de actividad de los metales Litio Rubidio Potasio Sodio Bario Calcio Magnesio Aluminio Manganeso Zinc Hierro Níquel Estaño Plomo Hidrógeno Cobre Plata Mercurio Platino Oro

(32)

¿Cuál es el orden de mayor a menor velocidad con que reaccionan los metales usados con el HCl? Escriba las reacciones.

C) Reacciones de metales con sales

Repítale procedimiento de la parte B empleando 2 mL de disolución de acetato de plomo en lugar de la de HCl.

Repita lo anterior usando nuevos trozos de metal en cada tubo y una disolución de sulfato de cobre en vez de acetato de plomo.

Repita con trozos nuevos de metal y un mL de disolución de nitrato de plata.

Resultados

¿Con cuales de los siguientes metales: Cu, Zn, Fe, Mg y Pb reacciona el acetato de plomo?

Describa lo que observo en cada tubo y escriba la ecuación si hubo reacción

A su juicio ¿Cuál experimento, parte C o B, es mejor para comprobar la posición relativa de los metales? ¿Por qué?

Describa lo que ocurrió en cada tubo entre el metal y el sulfato de cobre y en los casos en que hubo reacción, escriba la ecuación.

Describa lo que ocurrió en cada tubo entre el metal y el nitrato de plata y en los casos en que hubo reacción, escriba la ecuación.

Cuestionario

1. De las diferentes experiencias que realizo en este experimento, coloque los siguientes metales en orden de mayo r a menor actividad (incluya en la lista al hidrógeno): Cu, Zn, Mg, Pb, Fe, Na, Ag, K.

2. ¿Por qué cree usted que en las partes b y c no se incluye una experiencia usando un trocito de sodio metálico?

3. Consultando la serie de actividad de los metales ¿Qué hubiera sucedido si en la parte b se hubiera usado disolución de nitrato de níquel?

4. ¿Qué se hubiera notado en la parte C si en lugar del nitrato de plata se hubiera usado nitrato de mercurio (II), Hg(NO3)2?

5. ¿A qué se debe el cambio en el pH cuando reaccionan el sodio y el potasio con el agua?

6. Según los resultados obtenidos, ordene los metales estudiados de menor a mayor  actividad. ¿Qué proceso químico le ocurre al zinc al reaccionar con el HCl?

Bibliografía

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Experimento 7: Disoluciones que conducen electricidad Materiales y equipo

Disolución 0,25 mol/L de hidróxido de bario, Ba(OH)2; disolución 0,08 mol/L de ácido sulfúrico H2SO4; alcohol etílico de 95 alcohol etílico al 20 %V/V; disolución de

sacarosa 2%’ ácido acético glacial; ácido acético 1 mol/L; ácido clorhídrico 1 mol/L,

HCl; hidróxido de sodio, 1 mol/L, NaOH; disolución 1 mol/L de amoniaco, NH3; cloruro de amonio mol/L, NH4Cl; acetato de amonio mol/L, NH4OAc;

Aparato de electrólisis y fuente de corriente alterna

Objetivos

Clasificar diversas sustancias en electrólitos y no electrólitos.

Distinguir entre electrolitos débiles y fuertes mediante pruebas de conductividad.

Introducción

Los electrólitos conducen la corriente eléctrica a través de las disoluciones. Esta conducción de la corriente eléctrica se efectúa debido a la presencia de iones en disolución. Los iones por tener carga eléctrica positiva o negativa son atraídos hacia el polo negativo o positivo respectivamente y al llegar reciben o entregan uno o más electrones; esta migración iónica y la remoción o entrega de electrones de los polos es la base del mecanismo de conducción iónica.

Los electrólitos fuertes conducen muy bien la corriente eléctrica debido a la gran concentración de iones en disolución. Los electrólitos débiles tienen una conductividad pobre ya que sus disoluciones tienen muy baja concentración iónica. La dilución aumenta la ionización de electrólitos como HOAc, HCN y otros que antes de ponerlos en disolución no tenían iones. La dilución aumenta la libertad de movimiento de los iones de compuestos como NaCl, KNO3, etc., cuyos cristales están hechos de iones.

En este experimento no realizaremos pruebas de conductividad sino que apreciaremos tal propiedad de las disoluciones de electrólitos con base en la mayor o menor luminosidad del bombillo de luz que se inserta en el circuito . Utilice el equipo que se muestra en la figura 7-1.

(34)

El bombillo se enciende más si hay más iones entre los dos electrodos que están sumergidos en la disolución.

Procedimiento

A) Conductividad de varias disoluciones y algunos líquidos

Coloque en el beaker de 50 mL 10 mL de disolución de HCl 1 mol/L. introduzca ahora los electrodos hasta que toquen el fondo. Conecte ahora el tapón a la fuente de corriente eléctrica y observe el resultado. Repita el mismo procedimiento para cada una de las disoluciones o líquidos que aparecen en el cuadro de los resultados. Observe la luminosidad del bombillo como un índice de conducción. Complete el cuadro en su cuaderno de laboratorio. En la última columna donde dice conclusión indique si el electrolito es fuerte o débil

Resultados

Disoluciones o líquidos (10 mL de

cada uno)

Conductividad Conclusión

No conduce Conducepoco Conducemucho HCl, 1 mol/L HOAC, 1 mol/L NaOH, 1 mol/L NH3, 1 mol/L NaCl, 1 mol/L NH4Cl, 1 mol/L NH4OAc, 1 mol/L Ácido acético glacial Disolución acuosa de sacarosa al 2 % Disolución acuosa de etanol al 20 % Etanol 95 Agua destilada

(35)

¿Qué observación le sirve a usted llenar la columna conductividad de la tabla anterior?

¿Por qué un electrólito fuerte en el beaker hace que el bombillo se encienda con gran luminosidad?

¿Cómo clasificó usted al HOAC 1 mol/L? ¿Cómo clasificó usted al NH3 1 mol/L?

¿Cómo clasificó usted al NH4OAc 1 mol/L? Explique ¿Por qué la sacarosa no conduce la electricidad?

¿Por que el ácido acético no glacial prácticamente no conduce y el 1 mol/L sí lo hace?

¿El HCl disuelto en el tolueno, conduce o no la corriente eléctrica? ¿Por qué? Compare con el agua como disolvente.

Cuestionario

1. ¿Por qué al ácido acético concentrado se le llama ácido acético glacial? 2. ¿Qué es alcohol etílico de 95?

3. Escriba las fórmulas de Lewis del alcohol etílico y del ácido acético.

4. Explique con base en las fórmulas anteriores por que el etanol de 95  y el

HOAc glacial no conducen la corriente y porque al diluir con agua el etanol no conduce pero el ácido acético diluidos.

5. ¿Por qué un electrolito fuerte en el vaso de precipitados hace que el bombillo se encienda con gran luminosidad?

6. ¿A qué se debe la diferencia entre la clasificación del NH4OAc y el NH3 (1mol/L) o el HOAC (1 mol/L)?

7. ¿Por qué la sacarosa no conduce la corriente?

8. ¿Por qué le ácido acético glacial prácticamente no conduce y el ácido acético en concentración 1 mol/L sí lo hace?

9. ¿Por qué los electrolitos se introducen hasta que toquen el fondo del vaso de  precipitados?

10. ¿Por qué debe medirse el mismo volumen de cada disolución?

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Experimento 8: Cambios Químicos Materiales y Equipo

Disoluciones 0,1 mol/L de:

NH3, NaOH, KOH, Ba(OH)2, H2SO4, HI y CH3COOH. Disolución 0,01mol/L de HNO3.

Disoluciones 0,01 mol/L de NaNO3 (nitrato de sodio); Ba(NO3)2 (nitrato de bario);

Cu(NO3)2 (nitrato de cobre II); Pb(NO3)2 (nitrato de plomo II); AgNO3(nitrato de plata). Disoluciones de indicadores: fenolftaleína, rojo de metilo y anaranjado de metilo.

Objetivo

Estudiar dos tipos de cambios químicos: las reacciones de precipitación y de doble desplazamiento (ácido base)

Introducción

Los cambios químicos se pueden clasificar desde distintos puntos de vista; estas clasificaciones resultan a veces incompletas o inconvenientes por lo que es preferible no establecer marcos rígidos de clasificación. Seguidamente se estudiaran diferentes cambios químicos y se nombraran según las distintas clasificaciones cuando así sea conveniente.

La clasificación más utilizada clasifica los cambios químicos en:

Reacciones de combinación (oxidación - reducción)  MgO

O

 Mg 2

2  2  ; En esta reacción el magnesio se oxida y el oxígeno se

reduce. Se dice entonces que el magnesio es el agente reductor (A.R) y que el oxígeno es el agente oxidante (A.O)

Reacciones de desplazamiento (oxidación - reducción)

El zinc desplaza al hidrógeno del HCl y este es un ejemplo de oxidación  – 

reducción; el zinc se oxida del metal a ión zinc y el hidrógeno se reduce de ión hidrógeno (hidronio) a hidrógeno libre.

    2 2 2 HCl  ZnCl H   Zn

Reacciones de descomposición (oxidación - reducción)

La reacción que ocurre al calentar HgO es de descomposición pero a su vez resulta un ejemplo de oxidación-reducción pues el oxígeno se oxida a O 2 y el mercurio se reduce de ión Hg+2a mercurio libre.

   2 O  Hg  HgO

(37)

Reacciones de precipitación (oxidación - reducción)

El nitrato de plata es soluble en agua y el cloruro de sodio también. Sin embargo, cuando se mezclan disoluciones de nitrato de plata y de cloruro de sodio se forma cloruro de plata, AgCl, que es un sólido insoluble en agua que se separa de la disolución: precipita.

3

3  NaCl  AgCl NaNO

 AgNO   

Este ejemplo de precipitación es a su vez un ejemplo de doble descomposición o de doble desplazamiento: la plata desplaza al sodio y el sodio desplaza ala plata.

Reacciones ácido-base (doble descomposición)

De acuerdo con Brønsted y Lowry los ácidos son donadores y las bases son receptores de protones. Así el HCl es un ácido porque puede donar un ión hidrógeno H+, se combina con el ión OH- de la base NaOH y forma agua; el ión cloruro y el ión sodio que quedan forma cloruro de sodio, una sal. Este es un ejemplo de neutralización entre ácido y base. O  H   NaCl  NaOH   HCl   2

Hay otros casos de reacción ácido-base que no constituyen una neutralización; pero todos los casos de neutralización de ácido y base son ejemplos de doble descomposición formándose una sal y agua.

En la reacción:

OH   NH 

O  H 

 NH 3 2 4 el agua es el ácido pues ésta dona un

protón a la base NH3. Este ejemplo es a su vez una ilustración del proceso de formación de iones: ionización. Esta reacción sin embargo ocurre apenas en 1,3% o sea que solamente 13 de cada mil moléculas de NH3 reaccionan. La ionización es muy débil y por eso el NH3 es una base débil.

Aunque hemos definido ácido y base como compuestos que donan o aceptan protones respectivamente, según Brønsted y Lowry, dentro de esa misma definición están los ácidos y bases clásicos según Arrhenius, que al reaccionar forman una sal y agua. Dentro de ese criterio clásico hay ácidos como HCl, H2S, HBr, HCN, HI, HF que no tienen oxígeno en sus moléculas (hidrácidos) y hay también ácidos como H 2SO3, H2SO4, H3PO4, HNO3, H3BO3, HClO, HClO3, HClO4, que tienen oxígeno en sus moléculas (oxácidos). Estos últimos se originan, al menos teóricamente, en la reacción del óxido con agua, por ejemplo:

2 2 3 2 3 2 5 2 3 2 2 2 2 3 2 2 PO  H  O  H  O P  HClO O  H  O Cl  HNO O  H  O  N  SO  H  O  H  SO        

(38)

2 2 2 2 2 2 2 2 ) ( 2 ) ( 2 OH   Ba O  H   BaO KOH  O  H  O K  OH  Ca O  H  CaO  NaOH  O  H  O  Na        

Para distinguir un ácido de una base, en el laboratorio, se puede utilizar papel de tornasol. El tornasol es un colorante que cambia su coloración al pasar de una disolución ácida a disolución básica. El tornasol esta impregnado en el papel y una gota de ácido o base le cambia color. Todos los ácidos (concepto de Arrhenius) producen iones H+ que se hidratan y forman iones hidronio, H3O+. Las bases (concepto de Arrhenius) tienen todos los iones OH-. Por eso al reaccionar el ácido con la base se forma siempre agua:

O  H  OH  O  H 3    2 2 Procedimiento A) Estudio de bases

Coloque en tubos de ensayo 1 mL de disolución 0,1 mol/L de NaOH, KOH, y de NH3 y también en otro tubo 1 mL de disolución saturada de Ba(OH) 2. Diluya cada disolución con 3 mL de agua. Agite el contenido de cada tubo. Coloque un poco de disolución de NaOH en el dedo índice y frote su dedo contra la palma de la otra mano. Anote el resultado. Repita el procedimiento con las otras tres disoluciones, en un dedo diferente cada vez y un espacio distinto de la palma de la mano o el brazo. Lávese bien las manos contaminadas con las disoluciones alcalinas después de esta operación.

Coloque varios trocitos de cinta de papel tornasol rojo en un vidrio de reloj (colocando sobre un papel blanco para observar los cambios de color más fácilmente). Con un agitador de vidrio limpio coloque una gota o dos de disolución de NaOH en un trocito de papel tornasol rojo. Observe los cambios. Lave bien el agitador y repita el proceso con las otras tres disoluciones de KOH, NH3 Ba(OH)2 lavando el agitador cada vez que se cambia de disolución.

Divida la disolución de NaOH en tres partes iguales. A una de las porciones añada tres gotas de disolución de indicador fenolftaleína, a la otra porción tres gotas de indicador rojo de metilo, y a la tercera porción tres gotas de indicador anaranjado de metilo. Repita lo mismo para las disoluciones de KOH, Ba(OH)2 y NH3.

Sostenga por unos segundos una tirita de papel tornasol rojo sobre la boca de una botella de disolución concentrada de NH3. No permita que el papel toque la boca de la botella, observe lo que sucede.

Resultados

¿Qué sucede al frotar la palma de la mano con una disolución de NaOH? ¿Es el efecto anterior igual con todas las bases usadas? ¿Por qué? ¿Qué cambio sufre la tirita de papel de tornasol al ponerla en contacto con la disolución de NaOH? ¿Sucede lo

(39)

mismo con las otras bases? ¿Qué tienen en común todas las bases, (concepto de Arrhenius)? ¿Qué coloración se obtiene al agregar a los otros tres indicadores al NaOH? Tabule los resultados para todas las cuatro bases con los cuatro indicadores. ¿Por qué bases diferentes producen la misma coloración en un determinado indicador?

¿Qué gas se desprende de una disolución concentrada de amoniaco (formula y nombre)? ¿Tiene olor? Descríbalo. ¿Qué le sucede al papel de tornasol rojo? Explique el cambio.

B) Estudio de ácidos

Repita todo el procedimiento de la parte A (excepto el último párrafo referente a NH3 concentrado) pero en lugar de utilizar cuatro disoluciones de bases use las siguientes cuatro disoluciones de ácidos: ácido sulfúrico, ácido clorhídrico y ácido acético 0,1 mol/L y ácido nítrico 0,01 mol/L. (Observe bien la concentración de cada ácido). Sostenga una tirita de papel de tornasol azul, (desde luego usted debe usar ahora papel de tornasol azul en vez de rojo) en la boca de la botella que contenga una disolución concentrada de HCl:

Resultados

¿Nota usted algún efecto en la palma de la mano al frotarla con un dedo humedecido con ácido diluido? ¿Es diferente el efecto que cuando se usa una base? ¿Qué cambio sufre el papel tornasol azul al contacto con disoluciones de ácido sulfúrico? ¿Es igual o diferente el cambio con los otros ácidos? ¿Cómo explica usted ese resultado? ¿Qué coloración se obtiene al agregar los otros tres indicadores al H 2SO4?

Tabule el resultado (color formado) de la reacción de cada uno de los cuatro ácidos con cada uno de los cuatro indicadores? ¿Por qué ácidos diferentes producen coloración igual con un determinado indicador?

¿Qué gas se desprende de la botella de HCl concentrado? ¿Tiene olor? ¿Qué le sucede al papel de tornasol azul? ¿Por qué?

C) Algunos ejemplos de precipitación.

Agregue gota a gota y agitando cada disolución de la lista 1 siguiente a una muestra de 1 mL de cada disolución de la lista 2. Observe en cuales casos se forma un precipitado con las primeras tres o cinco gotas de reactivo y anote el color.

Lista 1 Lista 2

Disolución 0,1 mol/L de HI Disolución 0,01 mol/L de NaNO3 Disolución 0,1 mol/L de H2SO4 Disolución 0,01 mol/L de Cu(NO3)2 Disolución 0,1 mol/L de NaOH Disolución 0,10 mol/L de Pb(NO3)2

(40)

Resultados Resultados

Escriba las ecuaciones para cada reacción (enumere de 1 a 20 las ecuaciones y Escriba las ecuaciones para cada reacción (enumere de 1 a 20 las ecuaciones y reserve dos renglones

reserve dos renglones para cada una). para cada una). Anote el color Anote el color que se que se forma o simplemente laforma o simplemente la

frase: “no ocurre reacción observable”. frase: “no ocurre reacción observable”.

Nota

Nota: usted debe pedirle a su asistente que le revise y corrija sus respuestas en: usted debe pedirle a su asistente que le revise y corrija sus respuestas en

este experimento. este experimento.

Cuestionario Cuestionario

1.

1. Escriba una ecuación que ilustre cada caso siguiente:Escriba una ecuación que ilustre cada caso siguiente:

                        agua agua metálico metálico no no óxido óxido agua agua metálico metálico óxido óxido oxígeno oxígeno metal metal no no oxígeno oxígeno metal metal 2.

2. ¿Se redisuelven o reaccionan todos los óxidos metálicos en agua? Explique.¿Se redisuelven o reaccionan todos los óxidos metálicos en agua? Explique. 3.

3. ¿Cuáles son los ¿Cuáles son los óxidos de óxidos de los metales alcalinos de los metales alcalinos de la tabla la tabla periódica? periódica? ¿Qué lugar¿Qué lugar ocupan en la tabla periódica esos metales alcalinos?

ocupan en la tabla periódica esos metales alcalinos? 4.

4. ¿Cuáles son los óxidos para los metales alcalino térreos?¿Cuáles son los óxidos para los metales alcalino térreos? 5.

5. Escriba la fórmula y al lado el nombre de los compuestos de las preguntas 3 y 4.Escriba la fórmula y al lado el nombre de los compuestos de las preguntas 3 y 4. 6.

6. Complete las siguientes ecuaciones y escriba a la par de la fórmula, el nombreComplete las siguientes ecuaciones y escriba a la par de la fórmula, el nombre correcto del compuesto resultante.

correcto del compuesto resultante.

                O O  H   H   BaO  BaO O O  H   H  CaO CaO O O  H   H  O O K  K  O O  H   H  O O  Na  Na 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 7.

7. ¿Cuáles son los óxidos que forman el azufre, el fósforo, el antimonio y el arsénico?¿Cuáles son los óxidos que forman el azufre, el fósforo, el antimonio y el arsénico? Escriba las fórmulas y los nombres.

Escriba las fórmulas y los nombres. 8.

8. Escriba la fórmula y el nombre de los ácidos que se derivan de los óxidos de laEscriba la fórmula y el nombre de los ácidos que se derivan de los óxidos de la pregunta 7

pregunta 7 9.

9. Escriba muy ordenadamente el nombre que corresponde a cada uno de los reactivosEscriba muy ordenadamente el nombre que corresponde a cada uno de los reactivos y cada producto de

y cada producto de la parte C. de este la parte C. de este experimento. experimento. Escriba la fórmula y a Escriba la fórmula y a la par ella par el nombre en

nombre en forma de forma de lista. lista. Primero las Primero las nueve sustancias nueve sustancias reaccionantes y reaccionantes y luego losluego los productos de las 20 posibles reacciones (cuando ocurran).

productos de las 20 posibles reacciones (cuando ocurran). 10.

10. ¿Cuál es la definición de ácido y cual de base según Brønsted y Lowry?¿Cuál es la definición de ácido y cual de base según Brønsted y Lowry? 11.

11. Escriba tres ejemplos de ácido y tres de base según Brønsted y Lowry.Escriba tres ejemplos de ácido y tres de base según Brønsted y Lowry. 12.

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