UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO PAULO P AULO CAMPUS DIADEMA DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
DISCIPLINA: QUÍMICA DAS TRANSFORMAÇÕES EXPERIMENTAL EXPERIMENTAL EXPERIMENTO Nº 1
Estequiometria de reação e filtração simples e a vácuo
Prof. Dr. Alessandro Rodrigues
Alunos: Amanda Albuquerque Albuquerque De Oliveira Leisiane Oliveira Thalita Boffo Magalhães
Turma A – A – Noturno Noturno – – Campus Campus Diadema 17 de setembro de 2014
I. Objetivos De acordo com o que nos foi apresentado nas aulas teóricas, em relação a estequiometria, reagentes em excesso e reagente limitante e relação sistema-vizinhança, o experimento a seguir descrito objetivou-se na produção do KNO3, pela neutralização entre KOH e HNO3, utilizando-se dos assuntos tratados nas aulas teóricas.
II. Resumo O experimento relatado a seguir refere-se a produção do KNO3 (Nitrato de Potássio), as etapas envolvidas e a influência de cada uma delas em todo o processo. Pôde-se observar o que diferentes temperaturas causam na solução preparada, a variação da entalpia no conjunto sistema-vizinhança e a diferença que há entre a filtração simples e à vácuo. Por fim ao obter o sal, esse permaceu na estufa para ser totalmente seco e enfim será pesado na próxima aula.
III. Introdução O nitrato de potássio, KNO3, é um sal muito utilizado em fertilizantes (comum para compostos contendo nitrogênio), além de ser usado pela indústria alimentícia na conservação de alimentos embutidos, pois atua como defesa à bactéria que causa o botulismo. O consumo em excesso deste sal através de alimentos pode aumentar a incidência de câncer no homem. Além do uso comercial, o KNO3 é notado por ser um forte oxidante, seu calor de reação pode causar ignição de agentes combustíveis. Outra característica do KNO3, bem como a de outros sais, é a formação de íons quando em solução aquosa. Isso se da devido à solubilidade do nitrato em água. A solubilidade se da quando a forca de hidratação (quando o solvente é agua), que representa a interação das moléculas do solvente e do soluto, é mais forte que a energia de rede do KNO3. O procedimento de obtenção de KNO3 realizado no laboratório foi feito a partir da neutralização entre o acido nítrico (HNO3) e o hidróxido de potássio (KOH), respectivamente, um ácido e uma base. Em termos gerais, pode-se estabelecer que uma reação de neutralização ocorre conforme o esquema abaixo: Ácido + base→ sal + água Na adição do KOH à solução aquosa de HNO3, observa-se que a reação de neutralização é exotérmica, ou seja, há liberação energia em forma de calor. Numa analise mais profunda, essa liberação de energia mostra que a entalpia do sal formado ao fim da reação é menor do que a dos compostos separados, indicando, também, que a reação é espontânea, não necessitando, por exemplo, de aquecimento para que ela ocorra.
IV. Materiais e métodos Materiais: Erlenmeyer de 125 mL Pipeta Pasteur Papel indicador universal Papel pragueado Béquer de 200 mL Proveta Chapa aquecedora Suporte universal Papel de filtro Funil técnico Funil de Büchner Bomba de vácuo Capsula de porcelana (cadinho) Balança semi-analítica Papel indicador universal Papel pragueado
Químicos:
Água destilada HNO3 (ácido nítrico) concentrado KOH (hidróxido de potássio)
Procedimentos: Em um Erlenmeyer adicionou-se 300mL de água destilada e, com auxílio de uma proveta, adicionou 09 mL de ácido nítrico à agua. O conjunto foi levado ao banho de gelo. Pesou-se 7g de hidróxido de potássio, quantidade esta que foi adicionada lentamente à solução aquosa de ácido nítrico e água, mantendo-a sob agitação constante. Mediu-se o pH do líquido e tomou-se nota. Ainda sob agitação, manteve-se a mistura em banho de gelo por cerca de 10 minutos e, após este tempo, esta foi aquecida na chapa aquecedora. Lavou-se o com agua destilada aquecida um funil preenchido com papel filtro devidamente pregueado e, após essa lavagem, filtrou-se a solução que estava em aquecimento na chapa aquecedora. Após a filtragem, a solução foi novamente para aquecimento no agitador, ate que restasse apenas a metade de seu volume inicial. Retirou-se do aquecimento, deixando esfriar sobre a placa de amianto em temperatura ambiente e, em seguida, levou-se para resfriamento em banho de gelo por mais 15 minutos. Em um sistema de filtração a vácuo montado, filtrou-se o conteúdo do béquer em um funil de Buchner, lavando com etanol (ainda na filtração à vácuo). Após o fim da filtragem, transferiu-se o papel de filtro e seu conteúdo para o cadinho, que foi encaminhado para secagem na estufa.
V. Resultados e Discussão
Na preparação de KNO₃ houve uma reação entre HNO₃ e KOH.
KNOH(s) + HNO3(aq) → KNO3(s) + H2O(l)
A reação de 1:1 houve adição de 7 mL de KOH (0,125 mol) com o 9 mL de solução 65% de HNO (0,1401 mol). Durante o preparo inicial do sal, notou-se o aquecimento do Erlenmeyer ao misturar H2O e HNO3, indicando um processo exotérmico até essa etapa. Ao acrescentar o KOH totalmente ao Erlenmeyer, a reação de neutralização e formação do sal KNO3 mostrou-se claramente exotérmica, uma vez que o Erlenmeyer onde ocorreu a reação estava imerso em banho de gelo e observou-se o derretimento deste gelo. Após o acrescimento de KOH, mediu-se o pH da substância formada, indicando o valor de 0, portanto, ácida. Isso indica que ainda resta Ácido nítrico (HNO3), portanto, o agente limitante da reação era o hidróxido de potássio (KOH), componente básico da neutralização. ₃
Cálculo do rendimento teórico do sal nitrato de potássio (KNO3):
HNO3 (65% / densidade =1,39g/cm³) Considerando a densidade de 1,39g/ml, em 1L de solução, teremos 1390g de HNO3, considerando a concentração de apenas 65%, o valor total do soluto no volume será 903,5g. 1000mL _____903,5g 9mL ________ x = 8,131 g
Considerando a massa molar do HNO3:
63,000g _____ 1 mol 8,131 g ______x = 0,13 mols
Rendimento teórico do sal KNO3:
Considerando a estequiometria e então a base como composto limitante na reação geral, podemos considerar a formação final do sal com mesma molaridade do KOH, calculando pela massa molar do sal a quantidade esperada para o mesmo m= 101g/mol * 0,125mol = 12,62g de KNO3 Só teremos o rendimento obtido, após pesarmos a massa do sal após a estufa, e assim conseguiremos fazer a comparação do rendimento teórico com o obtido.
VI. Conclusão Este relatório teve como objetivo mostrar como é efetuada a preparação do Nitrato de Potássio em laboratório, como proceder em filtração simples e a vácuo. No procedimento de estequiometria e filtração de Nitrato de Potássio foi possível calcular o rendimento da reação, a partir da massa obtida no cálculo estequiométrico e obtivemos o sal como o esperado. Após obtivermos o valor da massa do sal após a estufa podemos comparar o valor teórico, com o encontrado e assim obter o rendimento da reação. Foi observado também que a reação é claramente exotérmica. Acompanhando a estequiometria descrita nos resultados quando houve a neutralização do ácido e base envolvidos, foi possível visualizar a formação dos produtos de ionização da água até a sua formação, confirmando assim também que o ácido nítrico pode ser considerado um composto doador de próton neutro (que não é um cátion ou ânion originalmente). Concluímos que o KOH foi o agente limitante e o HNO3 o reagente em excesso. Com relação ao pH da solução, entendendo que há H+ dissociados na solução, e que o ácido HNO3 é um ácido forte, podemos considerar a sua concentração para cálculo, levando assim a um pH próximo a 0 que confirma o medido pelo papel indicador de pH.
VII. Referências Bibliográficas “EXPERIMENTOS DE QUÍMICA DAS TRANSFORMAÇÕES”, UNIFESP, Campus Diadema 2013. ATKINS, P.W.; JONES, Loretta. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 3.ed. BROWN, T. et al. Química: A ciência central. 9ªed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. P. 447-451.
