UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL AREA ACADEMICA DE INGENIERIA QUIMICA
INFORME N°6 LABORATORIO DE INORGANICA QU 215A/B TITULO:
REACCIONES REACCIONE S COMPLETAS CON EL COBRE
ALUMNOS:
Ramírez Rojas, Margareth Giovanna Ramírez Solís, Jhoan Roy Rodríguez Valerio, Danery Rojas Carbajal, Paúl Arturo
PROFESORES: Ing. Bertha Cárdenas Vargas Ing. Gustavo Castillo PERIODO ACADEMICO: 2016 -1
REALIZACION DEL LABORATORIO: 24/05/16 ENTREGA DEL INFORME
: 31/05/16
LIMA PERU
1
NOTA
INDICE Págs.
I.
OBJETIVOS GENERALES…………………………………………………. 3
II.
FUNDAMENTO TEÓRICO………………………………………………….. 3
III.
PICTOGRAMAS……………………………………………………………… 4
IV.
PARTE EXPERIMENTAL…………………………………………………… 8
V.
CUESTIONARIO……………………………………………………………..13
VI.
BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………… 15
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I.
OBJETIVOS GENERALES Aprender las condiciones experimentales que favorecen la culminación de una reacción química (Leyes de Berthollet) preparando una serie de compuestos, en una secuencia química que se inicia con una sustancia y termina con la sustancia inicial. o Desarrollar la habilidad en el trabajo científico de laboratorio, comprobado mediante el cálculo de la recuperación de la sustancia inicialmente utilizada. o
II.
FUNDAMENTO TEORICO En las reacciones químicas, los reactivos y los productos tienen el mismo número y tipo de átomos, aunque agrupados de forma diferente. Puesto que la masa de un compuesto (reactivo o producto) es la suma de las masas de los átomos que lo constituyen, y los átomos no cambian en una reacción química, la masa de los productos debe ser igual a la masa de los reactivos, de acuerdo con el Principio de Conservación de la Materia, que establece que la materia ni se crea ni se destruye. En esta práctica, se somete una determinada masa de cobre a una serie de reacciones químicas, transformándose el cobre en diferentes compuestos, y se recupera finalmente el elemento metálico. La masa del cobre recuperado debe ser igual a la masa de cobre inicial si no ha habido pérdidas de manipulación. En la práctica, probablemente se recupere algo menos de cobre del inicial, definiéndose el rendimiento del proceso como: Rendimiento (%) = masa de Cu final x 100/masa de Cu inicial Con carácter general, el rendimiento de una reacción química (o serie de reacciones) es:
Rendimiento (%) = masa obtenida de producto x 100/masa ideal de producto Donde la masa ideal de producto es la que se obtend ría si la transformación fuera completa y no hubiera pérdidas de manipulación. Existen varios tipos de reacciones químicas: Las reacciones redox, o de oxidaciónreducción, son aquellas en que cambia el estado de oxidación de alguno de los átomos. La especie en la que aumenta el estado de oxidación ha sido oxidada, y es el reductor de la reacción, mientras que la especie en la que disminuye el estado de oxidación ha sido reducida (y es el oxidante de la reacción). En las reacciones ácido-base tiene lugar una transferencia de protones. El ácido cede un protón, y se transforma en su base conjugada, mientras que la base acepta un protón y se transforma en su ácido conjugado. En esta práctica hay reacciones redox y ácido-base, pero también reacciones de precipitación, en que aparece un precipitado, y de deshidratación, en que una especie pierde agua. Todas las reacciones van acompañadas de 3
cambios visibles como desprendimiento de gases, formación de precipitados o cambios de color, y, en algún caso, de un cambio detectable de la temperatura de la disolución. Aprender a observar, anotar e interpretar dichos cambios, forma parte de la formación de un químico. La centrifugación es una técnica que permite separar los sólidos presentes en una fase fluida gracias a la acción de la fuerza centrífuga, para lo cual es necesario que el precipitado sea más denso que el fluido. Para separar sólidos por centrifugación, es necesario utilizar un aparato denominado centrífuga o centrifugadora, que consta de un motor capaz de hacer girar a alta velocidad una pieza denominada rotor, que se coloca en el eje del motor, y en el que existen una serie de senos en los que se pueden colocar unos tubos de vidrio o de plástico denominados tubos de centrífuga. Para centrifugar una muestra, se coloca en un tubo de centrífuga el líquido en cuyo seno está el sólido que se desea separar, y en otro tubo gemelo se coloca agua, de forma que ambos tubos tengan igual masa, colocándose uno y otro tubo en senos del rotor diametralmente opuestos. Al finalizar la centrifugación, aparecerá el sólido que se desea separar en el fondo del tubo (precipitado), quedando sobre él el fluido, que recibe el nombre genérico de sobrenadante. Este puede sacarse del tubo por simple decantación, si el precipitado es suficientemente consistente, o con ayuda de una pipeta o de un cuentagotas. La centrifugación se utiliza a menudo si el precipitado colmata los filtros o si es preciso recuperar tanto la fase sólida como la fase líquida para operaciones posteriores.
III. PICTOGRAMAS NaOH Nombre: Hidróxido de sodio Sinónimos: Sosa caustica, lejía Fórmula molecular: NaOH
CORROSIVO
Peso molecular: 40.01 g/mol Riesgos a la salud: El hidróxido de sodio es irritante y corrosivo de los tejidos. Los casos más comunes de accidente son por contacto con la piel y ojos, así como inhalación de neblinas o polvo. Riesgos de fuego o explosión: Este compuesto no es inflamable sin embargo, puede provocar fuego si se encuentra en contacto con materiales combustibles. Usos: Es usado en síntesis, en el tratamiento de celulosa para hacer rayón y celofán, en la elaboración de plásticos, jabones y otros productos de limpieza, entre otros usos.
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H2SO4 Nombre: Ácido Sulfúrico Sinónimos: Aceite de vitriolo, Acido para baterías, Espíritus de azufre Fórmula molecular: H2SO4 Peso molecular: 98.1 g/mol Riesgos a la salud: Al inhalar la sustancia produce irritación, quemaduras, dificultad respiratoria, tos y sofocación. En contacto con la piel produce quemaduras severas, profundas y dolorosas.
CORROS IVO C
Peligros químicos La sustancia es un oxidante fuerte y reacciona violentamente con materiales combustibles y reductores. La sustancia es un ácido fuerte, reacciona violentamente con bases y es corrosiva para la mayoría de metales más comunes, originando hidrógeno. Usos: En la manufactura de fosfato y sulfato de amonio. Otros usos importantes incluye la producción de rayón y fibras textiles, pigmentos inorgánicos. Primeros Auxilios: -Inhalación: Tratar con aire fresco -Ingestion: Lavar la boca con agua -Piel: Retirar la ropa y calzados contaminados -Ojos: Lavar con abundante agua, mínimo durante 15 minutos R-35- Provoca quemaduras graves S36 – Úsese indumentaria protectora adecuada. S45 – En caso de accidente o malestar, acúdase inmediatamente al médico (si es posible, muéstrele la etiqueta
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HCl Nombre: Ácido Clorhídrico Sinónimos: ácido muriático Fórmula molecular: HCl Peso molecular: 36.46 g/mol Riesgos a la salud: Sus vapores son irritantes a los ojos y membranas mucosas, provoca quemaduras. Irrita las vías respiratorias. Riesgos químicos: En caso de fugas y derrames en el laboratorio, ventilar el área y protegerse con el equipo de seguridad necesario. Cubrir el derrame con bicarbonato de sodio o una mezcla 50:50 de hidróxido de calcio y cal sodada y mezclar cuidadosamente.
CORRO SIVO C
Uso de la sustancia: Para usos de laboratorio, análisis, investigación y química fina. Primeros Auxilios: -Inhalación: Trasladar a la persona al aire libre -Contacto con la piel: Lavar abundantemente con agua. Quitarse las ropas contaminadas -Ojos: Lavar con agua abundante (mínimo durante 15 minutos), manteniendo los párpados abiertos. Pedir atención médica. -Ingestión: Beber agua abundante. Evitar el vómito (existe riesgo de perforación). R35: Provoca quemaduras graves. R37: Irrita las vías respiratorias S26: En caso de contacto con los ojos, lávense inmediata y abundantemente con agua y acúdase a un médico. S36/37/39: Úsense indumentaria y guantes adecuados y protección para los ojos/ la cara.
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Na2CO3 Nombre: Carbonato de Sodio Sinónimos: Carbonato sódico anhidro, sosa calcinada, soda ash. Fórmula molecular: Na2CO3 Peso molecular: 105.99 g/mol ATEN Riesgos a la salud: Al contacto con la piel puede causar irritación CION de la piel, manifestándose mediante inflamación e hinchazón. Puede causar la piel cuarteada y seca. En la ingestión, puede causar irritación severa y riesgo de quemaduras a la boca, a la garganta, al esófago y al estómago. La ingestión en grandes dosis puede causar la náusea y vómitos (sangrientos), calambres abdominales y diarrea (sangrienta). Al inhalar puede ser irritante para las membranas mucosas y los ojos. Riesgos químicos: Cuando se disuelve en agua es una solución alcalina. Reacciona violentamente con los ácidos y es corrosivo al aluminio y zinc. Reacciona violentamente con los ácidos para formar Dióxido de Carbono. Uso de la sustancia: Fabricación de jabón, vidrio y tintes Primeros Auxilios: -Inhalación: Remover al aire fresco. Si no respira dar respiración artificial. Si respirar se le dificulta, dar oxígeno. Conseguir atención médica inmediatamente. -Contacto con la piel: Lavar piel con abundante agua y jabón mientras se remueve la ropa contaminada. Conseguir atención médica. Lavar ropa antes de volver a usar. Lavar zapatos antes de volver a usar -Ojos: Inmediatamente lavar ojos con abundante agua por lo menos 15 minutos. Abrir y cerrar los párpados ocasionalmente. Conseguir atención medica inmediatamente. -Ingestión: No inducir al vomito. Dar grandes cantidades de agua. Nunca dar cosas a la boca de una persona inconsciente. Conseguir atención médica inmediata. R-36: Irrita los ojos S-02: Manténgase fuera del alcance de los niños. H319: Provoca irritación ocular grave. P262: Evitar el contacto con los ojos, la piel o la ropa. P264: Lavarse concienzudamente tras la manipulación. 7
P280: Llevar gafas y guantes de protección. HNO3 Nombre: ÄCIDO NÍTRICO Sinónimos: Agua fuerte. Fórmula molecular: HNO3 Peso molecular: 63,02 g/mol Peligros para las personas: Muy corrosivo. Provoca graves quemaduras por contacto con la piel, los ojos y por ingestión
COMBUR ENTE O
Peligros para el medio ambiente: El producto debido a su acidez provoca acidificación de tierras y aguas (por ácidos y nitratos) siendo peligroso para los organismos acuáticos. Usos: De forma general se usa en la manufactura de nitratos orgánicos e inorgánicos, como intermediario en materiales colorantes, en la elaboración de medicamentos para veterinaria, en joyería, en la industria del fotograbado y en la industria de los explosivos
CORROS IVO C
R8 – Peligro de fuego en contacto con materias combustibles S23 – No respirar los vapores S26 – En caso de contacto con los ojos, lávense inmediata y abundantemente con agua y acúdase a un médico.
IV. PARTE EXPERIMENTAL 1. EXPERIMENTO Nº1: a) Observaciones Experimentales
Se utilizó una laminilla de Cu(s) para la realización del experimento. El peso del Cu(s) fue de 0.2 g aproximadamente. Se adicionó 22 gotas de HNO 3(ac), equivalente a 1.1 ml, para la disolución de la laminilla de Cu (s) que adoptó un color celeste. Se observo, además, liberación de gas (rojo pardo). Se adicionó 16 gotas de NaOH (ac) 6M, que equivale a 0.8 ml, al Cu (NO3)2(ac) antes que la solución se encuentre aproximadamente neutra. El NaOH (ac) 6M actúa como base en la reacción de neutralización. El CuCO3(s) es de color verde agua, el NaNO 3 (ac) presenta cristales incoloros; CO2 (ac) es incoloro. Se observa que el CuCl 2 (ac) es de color verde limón.
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Utilizamos 28 gotas de NaOH, que equivale a 1.4 ml, se observó un leve desprendimiento de gas, el color del precipitado fue celeste debido a la presencia del cobre. Utilizamos un volumen de 15ml de H2O, se observó que el precipitado es de color negro, cabe acotar que este proceso se repitió dos veces. Se tuvieron que agregar 0.9mL de H 2SO4 (ac) 6M para observar un cambio de coloración (de negro a celeste claro) en el vaso de precipitado con el sólido lavado contenido en él. Luego, al agregar una granalla de Zn (s) en el vaso de precipitado se observó una efervescencia y formación de un sólido rojizo en la superficie de la solución.
b) Ecuaciones Químicas 1. () () → ( )() () () 2. ( )() () → () () 3. ( )() 2CO3(ac) → CuCO3(s) + CO2(ac) + 2NaNO3 (ac) + Na2 O(ac) 4. CuCO3(s) + 2HCl(ac) → CuCl2(ac) + CO2(g) + H2O(l) 5. () () → ()() () 6. ()() () → () () 7. () () → () () 8. () () → () () ↓ c) Explicación acerca de las reacciones Químicas
La reacción del Cobre y el Ácido Nítrico es una reacción REDOX, en + +5 + donde () se oxida a () y el () se reduce a () . La reacción de Nitrato de Cobre (II) e Hidróxido de Sodio es una reacción de metátesis o doble desplazamiento. Además es una reacción exotérmica. La reacción de nitrato de cobre (II) y carbonato de sodio es una reacción de doble desplazamiento o metátesis. La reacción del carbonato de cobre (II) y ácido clorhídrico es una reacción de doble desplazamiento o metátesis. La reacción del Cloruro de Cobre y el Hidróxido de Sodio es una reacción de doble desplazamiento. Además es una reacción exotérmica. La reacción del hidróxido de cobre con el agua también es una reacción de doble desplazamiento. Además es una reacción endotérmica. La reacción de Óxido de Cobre (II) y Ácido Sulfúrico es de doble desplazamiento. 9
La reacción entre Sulfato Cúprico y Zinc es una reacción REDOX, en + + donde el () se reduce a () y el () se oxida a () .
d) Diagrama de Proceso
Agregamos HNO3 a una laminilla de cobre sólido metálico
Agregamos gota a gota NaOH hasta la formación de un precipitado
Neutralizamos la solución anterior adicionando gotas de NaOH.
Luego adicionamos 15 ml y lo calentamos con el radiador
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Se realiza la carbonatación con el Na 2 CO3, se filtra la solución, luego le agregamos HCl.
Dejamos reposar y luego decantamos la solución
Agregando () al precipitado negro, que al final descubrimos era () .
Resultado del procedimiento anterior, formación de () .
Finalmente, filtramos la solución y retiramos el pedazo de granalla de zinc que aún queda.
e) Cálculos y resultados = , ó = , ó = ó − ó ó = 0,14 % =
|ó − ó | ó
% =
11
|0,14 − 0.2| 0.2
100%
100%
% = 30%
f) Explicación e interpretación de resultados
El porcentaje del rendimiento de nuestra experiencia, nos muestra que si hubiéramos trabajado inicialmente con 100g de cobre solo hubiéramos obtenido g de este.
g) Observaciones finales
Cuando en las observaciones iniciales se menciona un desprendimiento de gas color rojo pardo, esto se debió a la formación del NO (g) Al realizar la reacción de neutralización se formó Cu (OH) 2(s) en forma de cristales y de color celeste. Cuando en las observaciones iniciales mencionas un precipitado negro, nos referimos al CuO(s) y el cambio de color al agregar H 2SO4 (ac) se debió a la formación de CuSO 4 (ac).
h) Comentarios y/o apreciaciones
Debido al alto poder corrosivo y tóxico del HNO 3 (ac), la realización de la primera parte de la experiencia se hizo en la campana extractora de gases. Debido a que el sulfato de cobre se encuentra en solución acuosa, probablemente el azufre y el agua producen Sulfuro de Hidrógeno H 2S (g) ↑ y/o Óxido de Azufre (IV), SO4 (g) ↑.
i)Conclusiones
Se concluye que no será posible obtener un rendimiento del 100%, pero sí aproximarse a lo ideal, en nuestra experiencia el error fue de 30%. Este proceso está asociado a un ciclo, debido a que siempre, al final obtendremos cobre, la eficiencia varía según el método que utilicemos. Se pierde masa en el proceso de decantación debido a que está implícito el error que la persona comete al realizar este proceso.
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V. CUESTIONARIO 1. Dibuja un m apa mental de todas las reacciones del co bre, realizadas en la práctic a de reacci ones c om pletas del co bre: 3() 83() → 3( )() 2() 4 ()
()
( )() 2() → () 2() ()
()
() )
CuSO(ac) Zn(s) → ZnSO(ac) Cu(s) ↓
()
()
d)
CuO(s) H SO(ac) → CuSO(ac) H O(l)
()
() () 2() → ()() 2()
()() () → () 2 ()
()
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3. Explique el mé todo de lixiv iación de u n m ineral co bre, segu ido de la cristalización, hasta obtener el prod ucto final el sulfato de cob re pentahidratado:
1) Lixiviación Proceso que se realiza en un reactor, en el cual se adiciona la chatarra para luego bombear al reactor las aguas madres restauradas en ácido sulfúrico. Después se inyecta aire y vapor de agua para que se realice la lixiviación de la chatarra. 2) Cristalización La solución preñada y caliente se alimenta a tinas de cristalización, y mediante enfriamiento hasta temperatura ambiente se efectúa la cristalización en un periodo de 6 días. 3) Recolección de cristales Una vez terminada la cristalización, se bombea la solución residual a recirculación para alcanzar la concentración requerida en el proceso. El retiro de los cristales se realiza de forma manual, lo cual requiere mucho tiempo, puesto que se debe desprender los cristales depositados y acumulados en las tinas. 4) Centrifugación Operación en la que se efectúa el lavado del sulfato de cobre pentahidratado, para eliminar el ácido sulfúrico e impurezas impregnadas en el mismo. 5) Secado El secado se realiza en un depósito a temperatura ambiente, para luego realizar la tamización de los cristales según el requerimiento de los consumidores, pudiendo variar en su forma cristalina o en formas más reducidas. 6) Producto final Producto: CuSO4-5H2O Nombre: Sulfato de Cobre Pentahidratado
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VI.
BIBLIOGRAFIA Análisis de la operación de la planta Victor Waldo Quisbert Valdez "La guía esencial para los aceros inoxidables ferríticos" ISSF: International Stainless Steel Forum "Un salto adelante en la innovación del acero Gual Steel S.L. Barreto, Aura “Química Inorgánca”. Ed. Kapelusz 1968
PROCEL
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inoxidable"
