2 - Química Inorgánica (5)

1

MANUAL DE PRCTICAS DE QUMICA INORGNICA

ELABORADO POR: QUMICO HUGO NELSON ESPINOSA BURBANO

UNIVERSIDAD MARIANA FACULTAD DE INGENIERA LABORATORIO DE QUMICA

SAN JUAN DE PASTO 2013

2

CONTENIDO

Pg. Normas de seguridad. 3 1. Mezclas. 4 2. Soluciones. 7 3. Equilibrio qumico. 9 4. Equilibrio cido base. 11 5. Soluciones amortiguadoras. 14 6. xido reduccin. 16 7. Electroqumica. 18

3

NORMAS DE SEGURIDAD

Debido a los riesgos que implica la manipulacin cotidiana de sustancias perjudiciales al organismo humano, las personas que trabajan o hacen uso del laboratorio de qumica deben siempre comportarse respetuoso de los peligros inherentes a su actividad, y ejercer las mayores precauciones. Es igualmente importante que conozca el dao que estas sustancias, mal usadas o mal desechadas, pueden ocasionar a sus semejantes y al ecosistema.

Reglamento bsico

A continuacin se presentan una serie de reglas bsicas que deben seguirse en el laboratorio de qumica.

Conocer bien las propiedades fsicas, qumicas y toxicolgicas de las sustancias que se van a utilizar.

Nunca trabajar solo en el laboratorio. Usar siempre bata. Usar lentes protectores y guantes cuando sea necesario. Manipular la mufla con guantes de asbesto, pinzas y mscara, para evitar quemaduras. Nunca perder de vista los reactivos y el sistema con que se est trabajando. No comer, fumar o jugar dentro del laboratorio. Entregar el material del laboratorio limpio y lavado. NUNCA pipetear los reactivos lquidos con la boca. Lavarse bien las manos al final de cada sesin de laboratorio. Nunca probar el sabor u olor de ningn producto, a menos que sea estrictamente

necesario y seguro. Los reactivos qumicos NUNCA se tocan directamente con las manos, especialmente

aquellos que son txicos y corrosivos. Todo manejo se har mediante esptulas. Todo reactivo voltil o que desprenda humos o vapores txicos deber manejarse en la

campana o cmara de gases. Si se derrama cido sobre el mesn, se debe recoger inmediatamente y lavar la

superficie con agua varias veces. Para preparar una solucin diluida de cido se debe aadir, lentamente, con agitacin. El

cido sobre el agua, NUNCA al contrario, ya que la reaccin es exotrmica y puede reaccionar violentamente.

Primeros auxilios

En caso de incendio, aljese rpidamente y permita que el laboratorista lo apague con el extintor. Si el fuego afecta ya algn compaero, trate de quitarle las prendas que se estn consumiendo y retrelo de la zona.

En caso de explosin, salga inmediatamente del laboratorio y si le es posible ayude a sus compaeros afectados.

Si le salpica cidos o bases fuertes a la piel, lvese inmediatamente con abundante agua.

Si una sustancia le salpica sobre los ojos, lvese inmediatamente con abundante agua. Cuando se haya ingeridos una sustancia txica o venenosa y sea necesario, provocar

vmito.

4

1. MEZCLAS

Tiempo estimado: 2 horas.

OBJETIVOS

Diferenciar los tipos de mezclas e identificar las caractersticas de cada una.

FUNDAMENTO TERICO

La materia tiene dos subdivisiones principales: materia homognea y materia heterognea. La materia homognea es uniforme en su composicin y en sus propiedades, no vara en ninguna de sus partes. La materia heterognea no es uniforme ni en composicin ni en propiedades; consiste en dos o ms porciones o fases distintas fsicamente y distribuidas en forma irregular. A la materia heterognea se le llama comnmente mezcla; este tipo de mezcla se compone de dos o ms sustancias puras, cada una de las cuales conserva su identidad y sus propiedades especficas. Las mezclas normalmente pueden separarse en sus componentes por medio de una operacin simple que no cambia la composicin de las diferentes sustancias puras que las formaban.

La materia homognea se divide en dos categoras: sustancias puras y mezclas homogneas o soluciones. Una sustancia pura se caracteriza por tener composicin y propiedades definidas y constantes bajo una serie de condiciones; ejemplo: oro, agua, sal, hierro.

Una mezcla homognea lo es en todas sus partes y est compuesta por dos o ms sustancias puras cuyas proporciones pueden variar sin lmite en algunos casos. Ejemplo: el aire, es una mezcla de oxgeno, nitrgeno y otros gases.

Una solucin es completamente homognea. Est formada por dos o ms sustancias puras y su composicin puede variar por lo general dentro de ciertos lmites. Se considera que las soluciones son mezclas de un soluto y un solvente que estn unidos en forma dbil. El soluto por lo general es el componente que est en menor cantidad y el solvente es el que est en mayor cantidad. El soluto se disuelve en el solvente cualquiera que sea su estado fsico. Por ejemplo, en una solucin de azcar en agua al 5 %, el azcar es el soluto y el agua es el solvente. Los componentes de una solucin (soluto y solvente) se encuentran dispersos ya sea como molculas o como iones y en muchos casos las molculas del soluto estn unidas a las del disolvente.

Las soluciones pueden existir en cualquiera de los tres estados fsicos de la materia; los tipos ms comunes son un gas en un lquido, un lquido en un lquido y un slido en un lquido. Como ejemplos de soluciones se tienen:

SOLVENTE SOLUTO EJEMPLO

Slido Slido Aleacin (Zn en Sn) Lquido Amalgama (Hg en Ag)

Gas H2 en paladio

Lquido Slido Azcar en H2O Lquido Etanol en H2O

Gas CO2 en H2O

Gas

Slido Yodo sublimado disuelto en nitrgeno Lquido Vapor de agua en el

aire Gas Aire (O2, N2, y otros gases)

5

MATERIALES Y REACTIVOS

Reactivos: azufre, hierro en polvo, disulfuro de carbono, cido clorhdrico (1:1), agua destilada.

Materiales: 1 gradilla + 20 tubos de ensayo, 1 pinza para tubos de ensayo, 1 imn, 1 beaker de 250 mL, 1 mortero con pistilo, 1 pinza para beaker, 1 plancha de calentamiento.

PROCEDIMIENTO

Propiedades del azufre

Ensayo 1.

1. Examine el azufre, anote su color, olor y apariencia fsica. Observe el efecto del imn sobre el azufre.

2. Tome tres tubos de ensayo y mrquelos. En el tubo 1 adicione 2 mL de agua destilada, en el tubo 2 adicione 2 mL de disulfuro de carbono y en el tubo 3 adicione 2 mL de cido clorhdrico (1:1).

3. Posteriormente agregue una pequea cantidad de azufre a los tres tubos de ensayo y observe. Ocurre alguna reaccin? Hay desprendimiento de gases en la reaccin? A qu gas corresponde? Explique.

Propiedades del hierro

Ensayo 2.

1. Examine el hierro, anote su color, olor y apariencia fsica. Observe el efecto del imn sobre el hierro.

2. Tome tres tubos de ensayo y mrquelos. En el tubo 1 adicione 2 mL de agua destilada, en el tubo 2 adicione 2 mL de disulfuro de carbono y en el tubo 3 adicione 2 mL de cido clorhdrico (1:1).

3. Posteriormente agregue una pequea cantidad de hierro a los tres tubos de

ensayo y observe. Ocurre alguna reaccin? Hay desprendimiento de gases en la reaccin? A qu gas corresponde? Explique.

Separacin de una mezcla de azufre y hierro

Ensayo 3.

1. En un mortero de porcelana deposite una pequea cantidad de azufre y hierro. Mezcle bien.

2. Luego coloque la mezcla sobre una hoja de papel.

3. Pase un imn cerca de la mezcla y observe.

4. Divida la mezcla en dos parte iguales. 5. Deposite la primera cantidad de la

mezcla en un tubo de ensayo con 5 mL de cido clorhdrico (1:1). Caliente a bao Mara durante 10 minutos a 80 C. Observe la reaccin. Qu ocurre? Qu gas se desprende? Qu efecto tiene la temperatura sobre la mezcla?

6. Deposite la segunda cantidad de la mezcla en un tubo de ensayo con 5 mL de disulfuro de carbono. Observe la reaccin. Qu ocurre? Qu gas se desprende? Qu efecto tiene la temperatura sobre la mezcla?

RESULTADOS

1. Anote los resultados de las propiedades fsicas y qumicas observadas para el azufre y el hierro en una tabla, (color, olor, apariencia fsica, efecto del imn, solubilidad en agua, solubilidad en CS2, accin del HCI, densidad respecto al agua)

2. Explique por qu flotan algunas partculas en la superficie del agua.

3. Escriba la ecuacin para la reaccin del hierro con el HCI.

6

4. Nombre las sustancias formadas en la reaccin anterior. Cul es el gas que se desprende durante la reaccin?

5. Cul es el efecto del imn?

6. Qu sucede al agregar cido clorhdrico al azufre? Escriba la ecuacin.

7. Cambian las propiedades de los elementos al formar una mezcla?

8. Concluya si ocurri o no un cambio qumico cuando se mezclaron el hierro y el azufre. Explique.

9. En que ensayo hubo mezclas y en cual soluciones.

10. Escriba 5 ejemplos de mezclas y 5 ejemplos de soluciones.

BIBLIOGRAFA

GARZON, Guillermo. Qumica General. Segunda Edicin. McGraw-Hill. Mxico. 1990.

SEESE, William. DAUB, William. Qumica. Prentice-Hall Hispanoamericana S.A. Mxico. 1989.

SILBERBERG, Martn. Qumica. McGraw-Hill. Mxico. 2002.

.

7

2. SOLUCIONES

Tiempo estimado: 2 Horas

OBJETIVOS

Conocer el procedimiento para la preparacin de soluciones de cierta concentracin.

Identificar las principales formas de expresar la concentracin de las soluciones.

Determinar por medio de la titulacin la concentracin de la solucin.

FUNDAMENTO TERICO

Una solucin es una mezcla homognea de dos o ms sustancias. La sustancia disuelta se denomina soluto y est presente generalmente en pequea cantidad en comparacin con la sustancia donde se disuelve denominada solvente.

La concentracin de una solucin expresa la relacin de la cantidad de soluto a la cantidad de solvente. Puesto que las reacciones generalmente se llevan a cabo en solucin, es importante conocer las diferentes maneras de expresar la concentracin y aprender a preparar soluciones de una determinada concentracin.

En la prctica de laboratorio con frecuencia se usan soluciones concentradas para preparar a partir de ellas soluciones diluidas. Por tanto, es importante ver cmo los cambios de volumen afectan la concentracin de una solucin. Cuando la concentracin se expresa en una escala volumtrica, la cantidad de soluto contenido en un volumen determinado de la solucin es igual al producto del volumen por la concentracin.

Cuando se diluye una solucin, el volumen (V) aumenta y la concentracin (C) disminuye, pero la cantidad total de soluto

permanece constante. Por esta razn, dos soluciones de concentraciones diferentes pero que contengan las mismas cantidades de soluto, estarn relacionadas de la siguiente forma:

=

A continuacin se indican las diferentes formas de expresar la concentracin de las soluciones: Concentraciones fsicas

%

=

100%

%

=

100%

%

=

100%

=

Concentraciones qumicas

=

!

=

"#$

% =

& ='()$*$


Reactivos: agua destilada, fenolftalena al 1 %, cido sulfrico concentrado, hidrxido de potasio 0.1 N.

Materiales: 1 gotero, 1 baln aforado de 100 mL, 1 bureta de 25 mL, 2 erlenmeyers

8

de 100 mL, 1 pipeta de 10 mL, 1 pinza para bureta y 1 pipeteador de 10 mL.

PROCEDIMIENTO

Preparacin de una solucin

Ensayo 1.

1. Calcule el volumen de cido sulfrico concentrado ( = 1.89 g/mL), necesario para preparar 100 mL de una solucin que corresponda aproximadamente a 9800 ppm.

2. En un baln aforado de 100 mL adicione aproximadamente 80 mL de agua destilada y deje caer gota a gota el volumen de cido sulfrico por las paredes.

3. Luego complete su volumen con agua destila hasta la marca de aforo.

Titulacin de una base

Ensayo 2.

1. En un erlenmeyer de 100 mL deposite 10 mL de hidrxido de potasio (0.1 N) y tres gotas de fenolftalena (1 %).

2. Purgue y llene la bureta hasta la marca de cero con el cido sulfrico preparado por usted.

3. Proceda a titular. Pida instrucciones al profesor.

4. Anote el volumen de cido sulfrico gastado en la titulacin. Cul es la concentracin real del hidrxido de potasio?

Titulacin de un cido

Ensayo 3.

1. Descargue la bureta de la reaccin anterior. Lvela con agua ordinaria y enjuguela con agua destilada.

2. Purgue la bureta con hidrxido de potasio (0.1 N) y luego llnela hasta la marca de cero.

3. En un erlenmeyer de 100 mL deposite 10 mL de cido sulfrico preparado por usted y tres gotas de fenolftalena (1%).

4. Titule con hidrxido de potasio (0.1 N). Anote el volumen de hidrxido de potasio gastado durante la titulacin. Cul es la concentracin real del cido sulfrico?

CUESTIONARIO

1. Para la solucin de cido sulfrico preparada por usted calcule % m/m, % m/V, X, M, m y N.

2. Por qu se dice que la concentracin de la solucin preparada es aproximada y no exacta?

3. Qu es titulacin? Para qu se usa y en qu ecuacin qumica se basa?

4. La concentracin de KOH calculada por titulacin es exacta o aproximada? Sustente su respuesta.

5. Qu volumen de cido sulfrico con densidad 1.83 g/mL y pureza 93.2 % se necesita para preparar 500 mL de una solucin 3 N?

6. Una disolucin de cido sulfrico en peso tiene a 20 C una densidad de 1.102 g/mL. Hallar la m, M y N.

BIBLIOGRAFA




9

3. EQUILIBRIO QUMICO


OBJETIVOS

Observar cmo se puede desplazar un equilibrio qumico homogneo en una direccin o en la otra, cambiando la concentracin de una de las especies involucradas en el equilibrio.

FUNDAMENTO TERICO

La mayora de las reacciones qumicas son reversibles, esto es que cuando se mezclan los reactivos en cantidades estequiomtricas, no se convierten completamente en los productos, esto significa que la reaccin no llega a completarse. Las reacciones reversibles se pueden representar con una doble flecha, lo que indica que la reaccin directa y la inversa ocurren simultneamente. El sistema est en equilibrio cuando las velocidades de ambas reacciones son iguales.

La constante de equilibrio se define como un cociente cuyo numerador se obtiene de multiplicar las concentraciones en el equilibrio de los productos, cada uno de los cuales est elevado a una potencia igual a su coeficiente estequiomtrico en la ecuacin balanceada. El denominador se obtiene aplicando el mismo mecanismo anterior pero con la concentracin en equilibrio de los reactivos.


Reactivos: dicromato de potasio 0.1 M, cromato de potasio 0.1 M, hidrxido de sodio 1 M, cido clorhdrico 1 M, nitrato de plata 0.1 M, hidrxido de amonio 1 M, fenolftalena (1 %) y agua destilada.

Materiales: 1 gradilla + 20 tubos de ensayo.

PROCEDIMIENTO

Ion cromato ion dicromato

Ensayo 1.

1. Tome cuatro tubos de ensayo y mrquelos.

2. En los tubos 1 y 2 adicione 0.5 mL de dicromato de potasio (0.1 M). En los tubos 3 y 4 adicione 0.5 mL de cromato de potasio (0.1 M).

3. Tome los tubos 1 y 3. A cada uno de estos tubos adicione alternadamente hidrxido de sodio (1 M) gota a gota hasta que observe un cambio de color en cualquiera de las dos soluciones. Registre las observaciones.

4. Tome los tubos 2 y 4. A cada uno de estos tubos adicione alternadamente cido clorhdrico (1 M) gota a gota hasta que observe un cambio de color en cualquiera de las dos soluciones. Registre las observaciones.

5. Tome los tubos 1 y 3. A cada uno de estos tubos adicione alternadamente cido clorhdrico (1 M) gota a gota hasta que observe un cambio de color en cualquiera de las dos soluciones. Qu nos indica este cambio de color en la solucin? Registre las observaciones.

6. Tome los tubos 2 y 4. A cada uno de estos tubos adicione alternadamente

10

hidrxido de sodio (1 M) gota a gota hasta que observe un cambio de color en cualquiera de las dos soluciones. Qu nos indica este cambio de color en la solucin? Registre las observaciones.

Ion plata

Ensayo 2.

1. En un tubo de ensayo deposite 0.5 mL de nitrato de plata (0.1 M).

2. Inmediatamente aada gota a gota cido clorhdrico (1 M) hasta que observe un cambio de color. Registre las observaciones.

3. Posteriormente adicione al tubo gota a gota hidrxido de amonio (0.1 M) hasta que observe un cambio de color. Registre las observaciones.

4. Luego adicione nuevamente al tubo gota a gota cido clorhdrico (1 M) hasta que observe un cambio de color. Registre las observaciones. Por qu hay un cambio de color en la solucin?

Indicador cido base

Ensayo 3.

1. En un tubo de ensayo deposite 2 mL de cido clorhdrico (1 M) y 3 gotas de fenolftalena (1 %).

2. Inmediatamente adicione hidrxido de sodio (1 M) gota a gota hasta que observe un cambio de color. Registre las observaciones.

3. Luego adicione cido clorhdrico (1 M) gota a gota hasta que observe un cambio de color. Registre las observaciones. A qu se debe este cambio de color en la solucin? Por qu? Explique.

RESULTADOS

1. Escriba las ecuaciones (equilibrios) en cada uno de los ensayos realizados.

2. Calcule la constate de equilibrio para cada ensayo.

3. Se llena un matraz de 1 litro con 1 mol de H2 y con 2 moles de I2 a 448 C, la Keq para esta reaccin es de 50.5. Cules son las presiones en el equilibrio para el H2, I2 y HI?

4. Inicialmente existen 0.1 mol de NO, 0.05 moles de H2 y 0.1 mol de H2O en un recipiente de 1 litro a 300 K, en el equilibrio la presin de NO es igual a 1.53 atm. Encuentre las presiones en equilibrio de los dems gases y la Keq.

BIBLIOGRAFA




11

4. EQUILIBRIO CIDO BASE


OBJETIVOS

Caracterizar una solucin como cida o bsica utilizando un indicador cido-bsico.

Estimar el pH de una solucin con base en la coloracin del indicador.

FUNDAMENTO TERICO

La teora de Brnsted Lowry define los cidos como las sustancias que donan iones hidronios, H3O+ (protones) y las bases como las sustancias que reciben iones hidronios. De esta manera, solo existe el cido, si la base est presente y viceversa. La ecuacin general se puede escribir as:

En esta ecuacin A- es la base conjugada de HA. Por otro lado H3O+ es el cido conjugado de H2O. Los cidos y bases se clasifican en fuertes y dbiles. Los cidos y bases fuertes son aquellas sustancias que se disocian (ionizan) totalmente. Para los cidos fuertes, la concentracin de iones hidronio es muy grande.

Los cidos y bases dbiles son las sustancias que en soluciones acuosas se disocian (ionizan) parcialmente. Para los cidos dbiles la concentracin de iones hidronio (H3O+) es muy pequea.

Se define el pH como el logaritmo decimal negativo de la concentracin de los iones hidronio.

Las soluciones acuosas de cidos tienen un pH < 7 y las soluciones bsicas un pH > 7 y las soluciones neutras pH = 7.

Un indicador cido-bsico es un cido dbil que cambia de color cuando pierde iones hidronios. Por ejemplo, la fenolftalena, que representaremos como HPhth, es un indicador que cambia de incolora (en medio cido) a rosado intenso (en medio bsico).

En una solucin neutra las dos formas de la fenolftalena (HPhth incolora y Phth- rosada) se encuentran en equilibrio y predomina la incolora.

El pH en el cual un indicador cambia de color depende de su fuerza cida. El cambio de color ser la evidencia de la presencia de un medio cido o bsico. Para medir el valor exacto del pH de una solucin o producto, se utiliza un pH-metro.


Reactivos: agua destilada, cido clorhdrico 0.1 M, cido actico 0.1 M, amoniaco 0.1 M, hidrxido de sodio 0.1 M, rojo de metilo al 1 %, azul de bromofenol al 1 %, fenolftalena al 1 %, naranja de metilo al 1 %.

Cada grupo debe traer los siguientes materiales: jugo de limn, vinagre, caf, leche, anticido (sal de frutas o alka-seltzer disueltos en agua), gaseosa, blanqueador.

Materiales: 1 gradilla + 20 tubos de ensayo, 1 pinza para tubo de ensayo, 1 varilla de vidrio.

Equipos: pH-metro

12

PROCEDIMIENTO

Para la estimacin del pH tenga en cuenta la tabla siguiente en la que se lista los indicadores cido base que se utilizaran en la prctica.

Indicador Color cido Color bsico pH

Rojo de metilo Rojo Amarillo 4.2 6.3 Azul de

bromofenol Amarillo Violeta 3.0 4.6 Fenolftalena Incoloro Rosa 8.3 10 Naranja de

metilo Rojo Amarillo 3.1 4. 4

Estimacin y medicin del pH

Ensayo 1.

1. Tome 5 tubos de ensayos y mrquelos. 2. En el primer tubo deposite 2 mL de

cido clorhdrico (0.1 M), en el segundo 2 mL de cido actico (0.1 M), en el tercero 2 mL de amoniaco (0.1 M), en el cuarto 2 mL de hidrxido de sodio (0.1 M) y en el quinto 2 mL de agua destilada.

3. Agregue 2 gotas de rojo de metilo (1 %) a cada uno de los tubos de ensayo y agite vigorosamente.

4. Registre el color final y estime el pH de cada solucin.

5. Mida el pH de cada solucin con el potencimetro (pH-metro).

Ensayo 2.



3. Agregue 2 gotas de azul de bromofenol (1 %) a cada uno de los tubos de ensayo y agite vigorosamente.



Ensayo 3.



3. Agregue 2 gotas de fenolftalena (1 %) a cada uno de los tubos de ensayo y agite vigorosamente.



Ensayo 4.



3. Agregue 2 gotas de naranja de metilo (1 %) a cada uno de los tubos de ensayo y agite vigorosamente



Ensayo 5.

1. Tome 7 tubos de ensayos y mrquelos. 2. En el primer tubo deposite 2 mL de jugo

de limn, en el segundo 2 mL de vinagre, en el tercero 2 mL de caf, en el cuarto 2 mL de leche, en el quinto 2 mL de anticido, en el sexto 2 mL de

13

gaseosa y el sptimo 2 mL de blanqueador.

3. Registre el color final y mida el pH de cada solucin con el potencimetro (pH-metro).

RESULTADOS

1. Complete las siguientes tablas.

Tabla 1. Estimacin del pH. Indicador HCl Ac. Actico NH3 NaOH H2O Rojo de metilo

Azul de bromofenol

Fenolftalena Naranja de

metilo

pH estimado

pH medido

Tabla 2. Medicin del pH. Indicador HCl Ac. Actico NH3 NaOH H2O Rojo de metilo

Azul de bromofenol

Fenolftalena Naranja de

metilo

pH estimado

pH medido

Tabla 3. pH de las sustancias. Solucin pH medido

Jugo de limn Vinagre

Caf Leche

Anticido Gaseosa

Blanqueador

2. Compare el valor del pH del cido clorhdrico y el del cido actico.

3. Compare el valor del pH del amoniaco con el del hidrxido de sodio.

4. Compare el valor del pH de las diferentes soluciones caseras.

BIBLIOGRAFA




14

5. SOLUCIONES AMORTIGUADORAS


OBJETIVOS

Determinar el pH de soluciones amortiguadoras.

Determinar la capacidad amortiguadora mediante la adicin de cido.

Determinar la capacidad amortiguadora mediante la adicin de bases.

FUNDAMENTO TERICO

Una solucin amortiguadora o solucin buffer, es aquella donde el pH permanece relativamente constante cuando se le agregan pequeas cantidades de un cido o una base. Estas soluciones se obtienen a partir de un cido dbil y una sal de este o de una base dbil y una sal de esta.

Una solucin amortiguadora es capaz de resistir cambios en el pH en comparacin al agua pura, o en comparacin con un cido al cual se le agrega cierta cantidad de base, o lo contrario, una base a la cual se le agrega cierta cantidad de cido.

Por ejemplo la solucin amortiguadora preparada entre cido actico (CH3COOH) y acetato de sodio (CH3COONa).

El cido actico y su anin CH3COO- reacciona con los iones H+ y OH- que puedan ser agregados a la solucin. Cuando un cido se aade a esta solucin, el ion etanoato reacciona formando cido actico, el cual no se disocia completamente en agua (electrolito dbil) de acuerdo a la siguiente reaccin:

De esta forma el pH de la solucin no cambia.

Cuando una base se aade a esta solucin, el cido actico reacciona con los iones OH-, de acuerdo a la siguiente reaccin:

Debido a que el ion etanoato no es una base lo suficientemente fuerte para aceptar iones H+ del agua, el pH de la solucin no presenta cambios significativos.

Una solucin amortiguadora no puede actuar de forma eficiente si mucho cido o base es adicionado al sistema. La cantidad de cido o base que se puede agregar a una solucin amortiguadora antes de cambiar de forma significativa su pH de denomina capacidad de amortiguacin o capacidad buffer.


Reactivos: agua destilada, cido actico 0.5 M, acetato de sodio 0.5 M, cido clorhdrico 0.5 M, hidrxido de sodio 0.5 M, cido clorhdrico 0.1 M, hidrxido de sodio 0.1 M.

Cada grupo debe traer los siguientes materiales: leche.

Materiales: 1 beaker de 100 mL, 1 gradilla + 20 tubos de ensayo, 2 goteros, 1 pipeta de 10 mL, 1 pipeteador de 10 mL, 1 bureta de 25 mL, 1 pinza para bureta, 1 soporte universal.

Equipos: pH-metro.

15

PROCEDIMIENTO

Preparacin de una solucin amortiguadora

Ensayo 1.

1. Tome 6 tubos de ensayo y mrquelos con las letras A, B, C, D, E y F.

2. En el tubo A deposite 4 mL de cido actico (0.5 M) y mida el pH.

3. En el tubo B deposite 4 mL de acetato de sodio (0.5 M) y mida el pH.

4. Vierta la solucin de acetato de sodio (tubo B) al tubo de ensayo que contiene la solucin de cido actico (tubo A), agite vigorosamente y mida nuevamente el pH.

5. En el tubo C deposite 4 mL de la solucin amortiguadora de acetato que se encuentra en el tubo A. Luego adicione 8 gotas de hidrxido de sodio (0.5 M), agite y mida el pH.

6. En el tubo D deposite 4 mL de la solucin amortiguadora de acetato que se encuentra en el tubo A. Luego adicione 8 gotas de cido clorhdrico (0.5 M), agite y mida el pH.

7. En el tubo E deposite 4 mL de agua destilada y mida el pH. Luego adicione 8 gotas de cido clorhdrico (0.5 M), agite y mida el pH.

8. En el tubo F deposite 4 mL de agua destilada y mida el pH. Luego adicione 12 gotas de hidrxido de sodio (0.5 M), agite y mida el pH.

Propiedades amortiguadoras de la leche

Ensayo 2.

1. En un beaker de 100 mL coloque 10 mL de leche y determine su pH.

2. Escoja el reactivo asignado por el profesor, cido clorhdrico (0.1 M) o hidrxido de sodio (0.1 M).

3. Purgue y llene la bureta hasta la marca de cero con cido clorhdrico (0.1 M) o hidrxido de sodio (0.1 M).

4. Posteriormente adicione 1 mL de cido clorhdrico (0.1 M) o hidrxido de sodio (0.1 M) al beaker que contiene la leche. Agite y mida el pH.

5. Contine aadiendo volmenes de 1 mL de cido o base. Si Ud. est aadiendo cido clorhdrico (0.1 M) debe llevar el pH de la leche a 2. Si Ud. est aadiendo hidrxido de sodio (0.1 M) debe llevar el pH de la leche a 11.

RESULTADOS

1. Explique porqu se pueden preparar soluciones amortiguadoras con el mismo pH y diferentes concentraciones de los mismos componentes o con diferentes pH pero igual concentracin.

2. En una grfica represente los resultados de la titulacin de la leche. Coloque los moles de cido clorhdrico o hidrxido de sodio en el eje X y los valores de pH en el eje Y.

3. Qu volumen de NaOH 2 M se debe agregar a 300 mL de solucin 0.3 M de cido gliclico, para obtener una solucin reguladora de pH = 4? Ka = 1.50 x 10 4.

BIBLIOGRAFA

MORRISON, Robert Thornton. BOYD. Robert Neilson. Qumica Orgnica. Addison-Wesley Iberoamericana. Mxico. 1998.

WADE, L. G. Qumica Orgnica. Prentice-Hill Hispanoamericana. Mxico. 1993.

16

6. XIDO REDUCCIN

Tiempo estimado: 2 horas

OBJETIVOS

Estudiar en el laboratorio los fenmenos de oxidacin y reduccin mediante algunas reacciones qumicas.

Analizar la oxidacin del hierro (Fe+2 Fe+3) y la reduccin del manganeso (Mn+7 Mn+2) en un medio cido.

FUNDAMENTO TERICO

La oxidacin se define como un cambio qumico en el cual una sustancia pierde electrones o bien uno o ms de sus elementos aumentan su nmero de oxidacin. Por su parte, la reduccin es un cambio qumico en el cual una sustancia gana electrones o bien uno o ms de sus elementos disminuyen su nmero de oxidacin.

En una ecuacin de xido-reduccin (redox), a la sustancia que se oxida se le llama agente reductor porque produce la reduccin de otra sustancia. A la sustancia que se reduce se le llama agente oxidante, porque produce la oxidacin de otra sustancia.

La prediccin de los productos de la redox requiere de la aplicacin de los conocimientos sobre los estados de oxidacin que pueden presentar los elementos qumicos y sobre la serie electromotriz en la cual se listan los

agentes oxidantes o reductores en orden de su poder reductivo.

Los criterios que se deben tener en cuenta en la prediccin de los productos de las reacciones redox y su balance son los siguientes:

A) Las sustancias que se reducen ms fcilmente son agentes oxidantes fuertes como: O2, Cl2, Br2, HNO3, I2, K2Cr2O7, KMnO4. Mientras que aquellas que se oxidan con facilidad son agentes reductores fuertes, como: Na, Ca, Al, Zn, Fe. El H2 tiene un carcter intermedio.

B) Elementos libres y de electronegatividad elevada son excelentes oxidantes, como: F2, O2, Cl2, Br2, etc. Mientras que los de baja electronegatividad son excelentes agentes reductores: K, Ca, Na, Al, Zn, etc.

C) Los no metales y los elementos de transicin presentan mltiples estados de oxidacin; en la mayora de los casos el nmero de oxidacin mximo corresponde al del grupo de la tabla peridica al cual pertenece el elemento.

D) Si el elemento acta con el nmero de oxidacin ms alto, generalmente acta como agente oxidante. Anlogamente, elementos con el estado de oxidacin ms bajo actan como agentes reductores.

E) Elementos con nmero de oxidacin intermedio pueden ser oxidados o reducidos dependiendo del poder relativo de la sustancia con la cual reaccione.


Reactivos: agua destilada, acetona, sulfato de hierro (II) 0.5 M, permanganato de potasio 0.5 M, cido sulfrico 3 M,

17

nitrato de cobre (II) 0.1 M, nitrato de plomo (II) 0.1 M, sulfato de cobre 0.5 M, granallas de zinc, cobre y plomo.

Materiales: 1 gradilla + 20 tubos de ensayo, lija y alambre.

PROCEDIMIENTO

Reacciones Redox

Ensayo 1.

1. Coloque 2 mL de sulfato ferroso (0.5 M) en un tubo de ensayo.

2. En otro tubo agregue 5 mL de permanganato de potasio (0.5 M) y agrguele 5 gotas de cido sulfrico (3 M). Observe el color del contenido del tubo.

3. A la solucin de sulfato ferroso vierta gota a gota la solucin de permanganato de potasio preparada en la parte anterior, hasta cuando cese el cambio de color. Por qu hubo cambio en la coloracin? Anote las observaciones.

Ensayo 2.

1. Tome 6 tubos de ensayo y mrquelos. 2. En el tubo 1 y 2 deposite una granalla

de zinc, en el tubo 3 y 4 deposite una granalla de cobre y en el tubo 5 y 6 deposite una granalla de plomo.

3. A los tubos 1, 3 y 5 adicione 1 mL de nitrato de cobre (II) (0.1 M). A los tubos 2, 4 y 6 adicione 1 mL de nitrato de plomo (II) (0.1 M). Qu sucede en cada uno de los tubos? Escriba las ecuaciones de cada reaccin.

Ensayo 3.

1. Limpie y lije un clavo o alambre, primero con acetona y luego con papel lija, para quitarle la grada y el xido.

2. Introduzca el clavo o alambre en un tubo de ensayo que contenga 2 mL de

sulfato de cobre (0.5 M) durante 10 minutos.

3. Pasado los 10 minutos retire el clavo o alambre y observe lo que ocurri en su superficie.

CUESTIONARIO

1. Por qu al agregar la solucin de KMnO4 acidulado sobre la solucin de FeSO4 hay cambio de color?

2. Qu le sucedi al KMnO4 y al FeSO4 durante la reaccin?

3. Escriba la ecuacin balanceada para la reaccin entre KMnO4 y FeSO4 en medio cido. Cul sera la reaccin en medio bsico?

4. En el punto 3 Cul de los metales ensayados se xido por accin de ambas disoluciones de iones metlicos? Cul lo ha sido solamente por uno de los iones metlicos? Cul no lo ha sido por ninguno de los iones metlicos?

5. Escriba las reacciones totales completas para los casos que se noten reacciones de xido reduccin entre metales e iones metlicos.

6. Escriba la ecuacin qumica de la reaccin entre el clavo de hierro y la solucin de CuSO4.

BIBLIOGRAFA




18

7. ELECTROQUMICA


OBJETIVOS

Consolidar los conceptos tericos de reacciones redox.

Consolidar los conceptos tericos de agente oxidante y agente reductor.

Determinar experimentalmente la actividad redox de algunos metales y compararla con su ubicacin en la serie electromotriz.

FUNDAMENTO TERICO

La electroqumica es el estudio del fenmeno de xido reduccin, mientras que la electrlisis es el uso de la corriente elctrica para producir cambios qumicos.

Cuando se coloca zinc (Zn) metlico en una solucin de sulfato de cobre (CuSO4), los electrones del Zn son transferidos a los iones de cobre (II) (Cu), correspondiendo a una reaccin redox, que ocurre de forma espontnea. En esta reaccin los tomos de Zn (II) pierden electrones (se oxida) y el Zn metlico se disuelve. Al mismo tiempo los iones de Cu (II) en solucin ganan electrones (se reduce), ocurriendo la precipitacin de Cu metlico. Esta reaccin puede expresarse por medio de la siguiente ecuacin qumica:

Representado por medias reacciones:

Por el contrario, s se agrega Cu metlico a una solucin de sulfato de zinc (ZnSO4), no ocurre reaccin porque el Cu metlico no

es oxidado por el Zn. Esto se debe a que el Zn est por encima del Cu en la serie electromotriz de los metales, para las medias reacciones de oxidacin.

Serie electromotriz de los metales

Elemento Media reaccin de oxidacin

Litio Li (s) Li+ (acu) + 1e-

Potasio K (s) K+ (acu) + 1e- Bario Ba (s) Ba2+ (acu) + 2e- Calcio Ca (s) Ca2+ (acu) + 2e- Sodio Na (s) Na+ (acu) + 1e-

Magnesio Mg (s) Mg2+ (acu) + 2e- Aluminio Al (s) Al3+ (acu) + 3e-

Zinc Zn (s) Zn2+ (acu) + 2e- Hierro Fe (s) Fe2+ (acu) + 2e- Nquel Ni (s) Ni2+ (acu) + 2e- Estao Sn (s) Sn2+ (acu) + 2e- Plomo Pb (s) Pb2+ (acu) + 2e-

Hidrgeno** H2 (s) 2H+ (acu) + 2e- Cobre Cu (s) Cu2+ (acu) + 2e-

Mercurio Hg (s) Hg2+ (acu) + 2e- Plata Ag (s) Ag+ (acu) + 1e- Oro Au (s) Au3+ (acu) + 3e-

**Hidrgeno como referencia.

La facilidad de oxidacin de los metales disminuye a medida que vamos descendiendo en la serie electromotriz es decir, los metales del tope de la tabla son oxidados ms fcilmente, mientras que a medida que descendemos en esta la facilidad de oxidacin del metal disminuye.


Reactivos: agua destilada, nitrato de cobre (II) 0.1 M, nitrato de plata 0.1 M, nitrato de calcio 0.1 M, nitrato de bario 0.1 M, nitrato de potasio 0.1 M, nitrato de plomo (II) 0.1 M, cido clorhdrico 6 M, granallas de zinc, estao, aluminio, cobre,

19

plomo, magnesio y hierro, sulfato de cobre pentahidratado 0.5 N, sulfato de zinc 0.5 N, 1 lmina de cobre, 1 lmina de zinc, cloruro de sodio al 10 %, cido sulfrico (1%),

Materiales: 1 gradilla + 40 tubos de ensayo, 1 pinza para tubos de ensayo, 1 beaker de 250 mL, 1 pinza para beaker, 1 varilla de vidrio, 2 beakers de 50 mL, 1 papel filtro (rectangular), 1 multmetro, 2 pinzas cocodrilo, 1 fuente de alimentacin (3 V), 2 electrodos de acero inoxidable (alambre), 1 pinza para el voltmetro de Hoffman, 1 voltmetro de Hoffman, 1 plancha de calentamiento.

PROCEDIMIENTO

Reaccin con cobre metlico

Ensayo 1.

1. Tome 6 tubos de ensayo. En el primer tubo deposite 1 mL de nitrato de cobre (II) (0.1 M), en el segundo 1 mL de nitrato de plata (0.1 M), en el tercero 1 mL de nitrato de calcio (0.1 M), en el cuarto 1 mL de nitrato de bario (0.1 M), en el quinto 1 mL de nitrato de potasio (0.1 M) y en el sexto 1 mL de nitrato de plomo (II) (0.1 M).

2. Inmediatamente coloque un pequeo trozo de cobre en cada uno de los tubos de ensayo.

3. Observe lo que sucede a los 0, 5, 10, 15 y 20 minutos. Registre los cambios que suceden en cada observacin. Qu sucede? Explique.

Reaccin con zinc metlico

Ensayo 2.

1. Tome 6 tubos de ensayo. En el primer tubo deposite 1 mL de nitrato de cobre (II) (0.1 M), en el segundo 1 mL de nitrato de plata (0.1 M), en el tercero 1 mL de nitrato de calcio (0.1 M), en el

cuarto 1 mL de nitrato de bario (0.1 M), en el quinto 1 mL de nitrato de potasio (0.1 M) y en el sexto 1 mL de nitrato de plomo (II) (0.1 M).

2. Inmediatamente coloque un pequeo trozo de zinc en cada uno de los tubos de ensayo.


Reaccin con plomo metlico

Ensayo 3.


2. Inmediatamente coloque un pequeo trozo de plomo en cada uno de los tubos de ensayo.


Reaccin con hierro metlico

Ensayo 4.


2. Inmediatamente coloque un pequeo trozo de hierro en cada uno de los tubos de ensayo.

20


Reaccin de metales con cido clorhdrico

Ensayo 5.

1. Tome 7 tubos de ensayo y en cada uno deposite un pequeo trozo de metal. En el primer tubo deposite zinc, en el segundo estao, en el tercero aluminio, en el cuarto cobre, en el quinto plomo, en el sexto magnesio y en el sptimo hierro.

2. Posteriormente aada a cada uno de los tubos de ensayo 2 mL de HCl (6 M).

3. Caliente todos los tubos de ensayo a bao Mara a 60 C durante 10 minutos. Registre los cambios que suceden en cada observacin.

Pila de Daniell

Ensayo 6.

1. Tome dos beakers de 50 mL. En el primer beaker deposite 30 mL de sulfato de cobre (0,5 N). En el segundo beaker deposite 30 mL de sulfato de zinc (0,5 N).

2. Inmediatamente, sujete con una pinza cocodrilo una lmina de cobre y sumerja en el beaker que contiene sulfato de cobre (0,5 N). Sujete con una pinza cocodrilo una lmina de zinc y sumerja en el beaker que contiene sulfato de zinc (0,5 N).

3. Conecte los terminales al multmetro. Ctodo (lmina de cobre) a las puntas de prueba del multmetro (rojo). nodo (lmina de zinc) a las puntas de prueba del multmetro (negro).

4. Encienda el multmetro y ubique la perilla en milivoltios (mV). Registre la lectura.

5. A continuacin junte los beakers y coloque un papel filtro doblado que comunique los dos beakers (puente salino).

6. Posteriormente adicione unas gotas de cloruro de sodio (10 %) sobre el papel filtro. Registe la lectura por triplicado.

Voltmetro de Hoffman

Ensayo 7.

1. Realice el siguiente montaje.

2. Llene parcialmente el voltmetro con cido sulfrico (1 %). Cierre las llaves de la parte superior de los brazos del voltmetro.

3. Encienda la fuente de alimentacin y haga pasar la corriente en un tiempo que depende de la intensidad de la corriente, 1 mV por 30 segundos. NO debe sobrepasarse los 100 mA, para no alterar los electrodos). Observe.

RESULTADOS

1. Represente en forma de tablas los resultados obtenidos.

2. Exprese cada uno de los ensayos realizados con una ecuacin qumica.

3. Explique los casos en los que no ocurri reaccin.

21

4. Mediante los resultados obtenidos en cada uno de los experimentos, ordene los elementos en orden decreciente de acuerdo a su facilidad de oxidacin.

5. Establezca la serie electromotriz de los metales.

6. Explique y concluya sobre los resultados obtenidos.

7. Qu gases se desprenden en cada electrodo?

8. En qu electrodo ocurre la oxidacin y la educcin? Explique con ecuaciones qumicas.

9. Es realmente el doble de hidrgeno que de oxgeno en volumen? Argumente su respuesta.

BIBLIOGRAFA




SKOOG, DOUGLAS A. Fundamentos de Qumica Analtica. Octava Edicin. Editorial Thomson. 2005.

SKOOG, DOUGLAS A. Principios de Anlisis Instrumental. Quinta Edicin. Editorial Mc Graw Hill. 2001.

RUBINSON, K. Anlisis Instrumental. Primera Edicin. Editorial Prentice Hall. 2001.

Documents

2 - Química Inorgánica (5)