Práctica #5 Reacciones Químicas del cobre y Porcentaje de Rendimiento
Objetivos Generales:
Véase la guía
Específicos: Específico s:
Aplicar conocimientos adquiridos en clase de teoría.
Familiarizarse con el manejo de reactivos.
Adquirir habilidad en el planteamiento de fórmulas y reacciones químicas.
Antecedentes: Anteced entes:
Propiedades Pro piedades Químicas
Algunas propiedades de la materia dependen del comportamiento de unas sustancias en presencia de otras. Estas propiedades se llaman propiedades químicas. Las propiedades químicas de una sustancia sólo pueden definirse hasta que se conocen los cambios químicos que la sustancia puede experimentar. (Smoot y Price 1980).
Cambios Químicos
Cuando una sustancia experimenta un cambio tal que las sustancias formadas tienen diferentes propiedades, se ha realizado realizado un cambio químico. La combustión, la fermentación y la digestión son ejemplos de cambios químicos. químicos. La separación de un compuesto siempre siempre requiere un cambio químico. químico. Esta separación es un tipo tipo de análisis. análisis. (Smoot y Price 1980)
Algunos tipos de reacciones
Reacciones de combinación: dos reactivos se combinan para formar un solo producto. Muchos elementos reaccionan con otro de esta manera para formar compuestos. (Brown et al, 1991) A+B à C Reacciones de descomposición: un solo reactivo se descompone para formar dos o más sustancias. Muchos compuestos se comportan en esta forma cuando se calientan. Por ejemplo, muchos carbonatos metálicos se descomponen para formar óxidos del metal correspondiente y bióxido de carbono. (Brown et al, 1991) CàA+B Reacciones de desplazamiento sencillo: un elemento sustituye a otro en un compuesto (con frecuencia los elementos son hidrógeno y un metal). (Brown et al, 1991) A + BX à AX + b Reacciones de desplazamiento doble (metátesis): los átomos o los iones intercambian parejas. (Brown et al, 1991) AX +BY à AY + X Reacciones ácido-base: también llamada reacción de neutralización , es una reacción entre un ácido y una base. Las reacciones acuosas ácido-base por lo general se caracterizan por la siguiente ecuación:
Ácido + Base à sal + agua
Una sal es un compuesto iónico formado por un catión diferente del H+ y un anión distinto del OH- y O2-. Las reacciones ácido-base se pueden clasificar en cuatro categorías: Rxn ente ácido fuerte y base fuerte, Rxn entre ácido fuerte y base débil, Rxn entre ácido débil y base fuerte y Rxn entre ácido débil y base débil. (Chang, 1992)
Reacciones de óxido reducción: la semirreacción que implica la pérdida de electrones se llama reacción de óxidación; la semirreacciópn que implica la ganancia de electrones se denomina reacción de reducción. Se dice que un elemento actúa como agente reductor porque dona electrones al oxígeno y hace que el oxígeno se reduzca. Un elemento actúa como agente oxidante porque acepta electrones de calcio, haciendo que el otro elemento se oxide. (Chang, 1992)
Reacciones redox: la mayoría de reacciones que requieren los elementos como reactivos son reacciones redox. Así todas las reacciones de combustión (que implican al oxígeno elemental) lo mismo que muchas reacciones que implican elementos de naturaleza redox. (Chang, 1992)
Rendimiento de la reacción
La cantidad de reactivo limitante presente al inicio de una reacción está relacionada con la cantidad de producto que se puede obtener en la reacción. Esta cantidad se llama rendimiento de la reacción. Hay tres tipos de rendimientos relacionados con el estudio cuantitativo de las reacciones químicas. Rendimiento teórico de una reacción es la cantidad de producto que se predice mediante la ecuación balanceada cuando ha relacionado todo el reactivo limitante. El rendimiento teórico es el rendimiento máximo que se puede obtener. La cantidad de producto que se obtiene es el rendimiento real. El rendimiento porcentual es el que describe la proporción del rendimiento real con respecto al rendimiento teórico, y se define como sigue: (Chang, 1992)
% rendimiento= rendimiento real / rendimiento teórico*100
Reacciones:
1.
Cu(s) + 4HNO3(ac)
Cu(NO3)2(ac) +2NO2(g) + 2H2O(l) (Redox)
2.
Cu(NO3)2(ac) + NaOH(ac)
3.
Cu(OH) 2(s) à CuO(s) + H2O(g) (Deshidratación)
4.
CuO(s) + H2SO3(ac)
5.
CuSO4(ac) + Zn(s)
à
à
à
à
Cu(OH) 2(s) + 2NaNO3(ac)
CuSO4(ac) + 2H2O(l) (Metátesis)
Zn SO4(ac) + Cu(s)
(Redox)
(Metátesis)
Reporte #5
Porcedimiento:
Se realizó conforme a la guía.
Observaciones y Resultados:
Cu(s) + 4HNO3(ac)
à
Cu(NO3)2(ac) +2NO2(g) + 2H2O(l)
6) Al mezclarse el cobre con el ácido nítrico, el cobre se deshizo y el líquido cambió de color a verde. Se liberó un gas café (NO 2). Al final de la reacción el color del líquido era verde azulado. Al agregársele agua cambió nuevamente de color sólo que esta vez a celeste.
Cu(NO3)2(ac) + NaOH(ac)
à
Cu(OH) 2(s) + 2NaNO3(ac)
7) Al agregar NaOH al Cu(NO3)2, cambió de color de celeste a un azul pavo. La consistencia también cambió de líquido a gelatinoso o grumoso.
Cu(OH) 2(s) à CuO(s) + H2O(g)
8) Al calentar el Cu(OH), se observó que el color volvió a cambiar, ahora de azul pavo a negro. De coloide formó grumos sólidos negros. 9)Al decantar lo que se le quita en este caso es el agua. Al agregársele agua caliente los grumos se deshicieron y se formaron partículas más pequeñas.
CuO(s) + (ac)
à
CuSO4(ac) + 2H2O(l)
Al agregar H 2SO3 al óxido de cobre, se observó que el sólido se deshizo y quedó un líquido celeste. 10) Después de la reacción, quedó agua líquida y sulfato de cobre en solución acuosa.
CuSO4(ac) + Zn(s)
à
ZnSO4(ac) + Cu(s)
11) Se produjo efervescencia y se formó espuma blanca y un sólido café rojizo. El líquido cambia de color de celeste a transparente.12) Después de la reacción lo que hay en la solución es sulfato de cinc en solución acuosa y cobre sólido. 13) Al calentar este producto, el gas que se liberó es hidrógeno. 14) Esto se puede saber sólo por teoría ya que en el experimento no se hizo nada que permita averiguarlo. 15) Lo que se removió cuando se lavó con agua destilada es el ZnSO 4.
El porcentaje de rendimiento se obtuvo por:
Discusión de resultados:
La primera reacción no fue endotérmica porque no necesitó calor para realizarse como en el caso de la tercera reacción. La primera fue exotérmica porque desprendió humos sin necesidad de calentar. Cuando se produce un cambio químico, las propiedades de los compuestos reactivos no son las mismas que las del producto porque los compuestos del producto no son los mismos que los del reactivo, por lo tanto tienen distintas propiedades físicas. Por esto, cada vez que se realizaba una reacción las apariencias, colores, estados físicos eran muy distintos a los iniciales. En un medio ácido los metales tienden a desprender hidrógeno. Por lo anterior, se supo que al calentar cobre sólido y sulfato de cinc en solución acuosa, el gas que se produce es hidrógeno. En el laboratorio, no se realizó ninguna prueba para demostrar esto. Por lo tanto, la única forma de saber qué gas se liberaba era en base a teoría. La formación de un precipitado se debe a que el compuesto que se forma es insoluble y forma un sólido. Éste al decantarse permite la separación de los compuestos en solución acuosa de los sólidos. En este experimento lo que se trataba era dejar el sólido, porque los sólidos siempre fueron los compuesto que tenían cobre y lo que se quería recuperar era el cobre. Los demás compuestos en solución acuosa se lavaron. En los proceso de decantación y extracción, se perdió cobre, lo cual explica que el porcentaje de rendimiento no fuera 100%. Para que no se perdiera tanto cobre, se hubiera necesitado más tiempo para que todo el sólido se decantara completamente.
Conclusiones:
Al efectuarse un cambio químico las propiedades físicas del producto no son iguales a las de los reactivos.
El porcentaje de rendimiento de una reacción se basa en la cantidad de reactivos que se aprovechan y se pueden recuperar.
En el proceso de extracción se puede perder parte de un compuesto si no se deja decantar completamente.
Bibliografía
Smoot R., Price J., QUÍMICA UN CURSO MODERNO, 2da ed., Compañía Editorial Continental, S.A. México D.F (1979) p.p 46.
Chang R., QUÍMICA, 4ta ed., Editorial McGraw-Hill, México (1992) p.p 108.
Brown, T et al. QUÍMICA LA CIENCIA CENTRAL, 5ta ed, Prentice-Hall Hispanoamericana, S.A. México (1991)p.p 83
