INFORME 8 Reacciones Qumicas icas del Cobre y Porcen Porcentaje taje de Rendimiento
Resumen: Se determinó el porcentaje de recuperación de una masa de cobre, después de que una masa inicial de este elemento reaccionara con otros compuestos en una serie de reacciones consecutivas. Se utilizó una masa inicial de cobre de (0,51 ± 0,01)g y se obtuvo, una vez finalizadas las reacciones, una masa de (0,50 ± 0,01)g. Siendo el porcentaje de recuperación 98,04%.
Introducción: Los cambios químicos son aquellos que afectan las propiedades químicas de la materia. Ocurren por medio de reacciones químicas. Las reacciones involucradas en el proceso de recuperación del cobre son: Cu(s) + 4HNO3(ac)
Cu(NO3)2(ac) +2NO2(g) + 2H2O(l)
Cu(NO3)2(ac) + NaOH(ac) Cu(OH) 2(s)
Cu(OH) 2(s) + 2NaNO3(ac) CuO(s) + H2O(g)
Calor
CuO(s) + H2SO4(ac) CuSO4(ac) + Al(s)
CuSO4(ac) + 2H2O(l) HCl
Al2(SO4)3(ac) + Cu(s)
El porcentaje de recuperación indica la relación entre la masa de cobre recuperada y la masa de cobre utilizada. % Rec. Cu =
1
= 88,04%
Proceso Experimental: Experencia 1.
Se pesaron 0,51 g de alambre de cobre y se colocaron en un beaker de 250 mL. Se llevó el beaker a la campana de extracción y se le agregaron 5 mL de ácido nítrico, se esperó a que terminara la reacción y se agregaron 100 mL de agua destilada al producto obtenido. Experiencia 2.
Se agregaron 30 mL de hidróxido de cobre 3.0 M a la solución resultante de la experiencia 1 y se agitó. Experiencia 3.
Se retiró el beaker de la campana de extracción, se le añadieron 3 perlas de ebullición y se calentó sobre un mechero hasta llevar a ebullición. Se retiró el recipiente del calor, se dejó enfriar y se esperó a que el producto se sedimentara. Se decantó. Se añadieron 200 mL de agua destilada muy caliente y se esperó a que el sólido sedimentara de nuevo. Se decantó el exceso de agua. Experiencia 4.
Se llevó el beaker nuevamente a la campana de extracción y se añadieron dos porciones de 5 mL de ácido sulfúrico 6.0 M, agitando continuamente. Se extrajeron las perlas de abullición. Experiencia 5.
Se agregaron unas gotas de ácido clorhídrico (como catalizador) al beaker y se fueron añadiendo pedazos pequeños de papel aluminio hasta que la reacción redujo su velocidad. Luego se añadieron unas gotas más de ácido y se espero hasta que el aluminio se disolviera por completo.
Se decantó el líquido sobrante y se lavó el precipitado obtenido con tres porciones de agua destilada, decantando el exceso de líquido en cada intervalo.
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Se transfirió el sólido de cobre obtenido a una cápsula de porcelana (previamente pesada) y se enjuagó con 5 mL de acetona, se decantó. Se colocó la cápsula de porcelana sobre un beaker lleno de agua y se puso a calentar en baño de María hasta que el cobre se secó completamente. Se retiró la cápsula del calor, se esperó a que se enfriara y se procedió a pesar el conjunto. Con los datos obtenidos se construyó la siguiente tabla: Tabla de Datos. Alambre de cobre Cápsula de cerámica Cápsula de cerámica + cobre Cobre
0,51 48,29 48,79 0,50 (Masa ± 0,01)g
Resultados: En la experiencia 1 se disolvió el alambre de cobre, se desprendió un gas marrón rojizo (dióxido de nitrógeno) se liberó calor (reacción exotérmica). Se obtuvo un líquido verde azulado oscuro (solución de nitrato de cobre en agua). Al agregarle el agua el color cambio a un turquesa claro. En la segunda experiencia se obtuvo un precipitado gelatinoso (hidróxido de cobre) con un color azul más oscuro. En la siguiente experiencia, se comenzó a formar lentamente un precipitado negro (óxido de cobre) que se acumuló en el fondo del beaker, permitiendo la decantación del agua. Al agregar el ácido sulfúrico se disolvió el precipitado y se obtuvo una solución azul clara (sulfato de cobre en agua). En la última experiencia se observó una reacción efervescente en la que se liberó hidrógeno y se formó un precipitado de cobre. El líquido cambió de color de azul a gris y de gris a cobrizo. El sólido resultante era un polvo color cobre. Se calculó el porcentaje de recuperación del cobre con las masas (inicial y final) obtenidas durante la experiencia. 3
% Rec. Cu =
= 88,04%
Discusión: En el proceso de obtención de cobre se efectuaron tanto reacciones químicas como procesos físicos. Las reaccione que tuvieron lugar ya fueron mencionadas en la introducción, y los cambios físicos se pueden observar en el calentamiento del agua y la evaporación de éste y de la acetona. Algunas reacciones, como en el caso de la obtención de nitrato de cobre, fueron exotérmicas, es decir, liberaron calor al ambiente. Otras desprendieron gases y formaron precipitados o compuestos iónicos. Se pudieron observar las propiedades de algunos compuestos, como la descomposición térmica del hidróxido de cobre para formar óxido de cobre, que ocurre sobre los 100°C. En el proceso de recuperación del cobre, una de las variables que se buscaba manejar era la destreza del estudiante para efectuar las reacciones. En las dos experiencias en las que se decantó líquido (para separarlo del óxido de cobre y del polvo de cobre), se perdió un poco de materia. Sin embargo, al hacer reaccionar el sulfato de cobre con el aluminio, éste último no reaccionó completamente, por lo que el sólido resultante tenía pequeñas partículas de aluminio mezcladas con el cobre.
Conclusión: El porcentaje de recuperación del cobre fue bastante alto, considerando la materia que se pudo haber perdido o la que podría no haber reaccionado en su totalidad. Pero, tomando en cuenta que quedaron partículas de aluminio, el verdadero rendimiento ha debido ser ligeramente menor al obtenido.
Para obtener un rendimiento más preciso, sería recomendable usar métodos alternos a la decantación (como la evaporación o el filtrado, si se lograra aumentar el tamaño de las partículas de los compuestos por medio de un proceso de digestión). Para evitar mayores pérdidas de materia.
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Bibliografía
“Guía de Prácticas del Laboratorio de química General I”, Departamento de química, Universidad Simón Bolívar, Venezuela, 2011. Chang, Raymond. “Química”, Editorial McGraw Hill, 10ma edición, 2010.
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