INSTITUTO TECNOLOGICO DE TEHUACAN

PRACTICA NUMERO 5

TRANSFORMACIONES QUÍMICAS DE COBRE

ALUMNOS: RAMIREZ RAMIREZ GAMALIEL

MATERIA: BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA

INGENIERIA BIQUIMICA

MAESTRO: ING. PABLO F. EDUARDO VALENCIA CRUZ

13 DE SEPTIEMBRE 2015

INDICE

INTRODUCCION................................................................................................................................................3

OBJETIVO..........................................................................................................................................................4

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL....................................................................................................................8

RESULTADOS Y CUESTIONES...........................................................................................................................11

OBSERVACIONES:...........................................................................................................................................14

CONCLUSION:.................................................................................................................................................15

BIBLIOGRAFIA:............................................................................................................................................16

INTRODUCCION

Una de las cosas más importantes de estudio de un proceso químico en la industria, es el balance de la materia y energía debido a que representa gastos importantes de dinero cuando no se usa de forma óptima las materias primas; por ello es importante estudiar de forma teoría y práctica la ley de la conservación de la masa y la de la energía.En los experimentos que se presenta a continuación se realizara de forma sencilla la comprobación de forma práctica y teórica de la conservación de la masa que nos dice que la materia no se crea ni se destruye, solamente se transformaCabe mencionar que algunos problemas no tendrán respuesta debido a que no se pudieron encontrar ejemplos con gran información para responder el cuestionario.

OBJETIVO

•Poner de manifiesto el Principio de Conservación de la Materia mediante un ciclo de reacciones de cobre.

• Aprender el concepto de rendimiento de una reacción o serie de reacciones.

•Reconocer los cambios asociados a las reacciones químicas (desprendimiento de gases, formación de precipitados, cambio de color, desprendimiento de calor, etc).

• Desarrollar habilidades de observación y registro de lo observado.

•Practicar algunas operaciones básicas de laboratorio como pesar, medir volúmenes de líquidos, calentar disoluciones, centrifugar, decantar disoluciones y lavar y secar precipitados.

FUNDAMENTO TEÓRICO

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 obtendría si la transformación fuera completa y no

hubiera pérdidas de manipulación.

Existen varios tipos de reacciones químicas: Las reacciones redox, o de oxidación-

reducción, 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

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.

MATERIAL Y REACTIVOS

Material

Estufa

Balanza de tres cifras decimales

Placa calefactora

2 Tubos de centrífuga

Vaso de precipitados de 250 mL

Vaso de precipitados de 100 mL

Tubo de ensayo graduado

Probeta de 100 mL

Pipeta Pasteur con chupete

Varilla agitadora

Papel pH

Reactivos

Cobre

Ácido nítrico concentrado

Hidróxido de sodio 6 M

Ácido sulfúrico 6 M

Zinc

Acetona

PRECAUCIONES DE SEGURIDAD

El ácido nítrico concentrado es fuertemente corrosivo y oxidante. También son corrosivas las

disoluciones de ácido sulfúrico e hidróxido sódico. En caso de contacto con la piel, lavar con

abundante agua. El óxido de nitrógeno(IV) es un gas tóxico, por lo que, durante su formación,

debe trabajarse en vitrina.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

a) Preparación de nitrato de cobre(II)

1) Preparación de nitrato de cobre(II)

cobre + ácido nítrico → nitrato de cobre(II) + óxido de

nitrógeno(IV) + agua

Lavar cuidadosamente un tubo de centrífuga, enjuagarlo con

agua destilada y secarlo en la estufa, a una temperatura

superior a 110 ºC, durante, al menos, 10 minutos. Una vez

frío, comprobar que está perfectamente seco, pesar el tubo

de centrífuga, con la mayor precisión posible, y anotar la

masa en el cuaderno de laboratorio. Añadir al tubo una

cantidad aproximada de 0,1 g de cobre, pesar con precisión

y anotar la masa.

Poner 0,6 mL de ácido nítrico concentrado en un tubo

de ensayo y, en una vitrina extractora, añadirlos

lentamente al tubo de centrífuga con una pipeta

Pasteur, mientras el tubo se encuentra apoyado en el

interior de un vaso de precipitados de 100 mL.

Comprobar si se calienta el tubo de centrífuga y anotar

las observaciones. Cuando termine la reacción, agitar

cuidadosamente el tubo para eliminar los gases

desprendidos, añadir 3 mL de agua destilada, anotar el

color de la disolución y volver a la mesa de trabajo.

b) Preparación de hidróxido de cobre(II)

ácido nítrico + hidróxido de sodio → nitrato de sodio + agua

nitrato de cobre(II) + hidróxido de sodio → hidróxido de cobre(II) + nitrato de sodio

Añadir 4 mL de disolución de hidróxido sódico 6 M sobre la disolución de nitrato de cobre

y agitar con una varilla de vidrio, procurando que quede la menor cantidad posible de sólido

pegado a la varilla. Antes de reaccionar con el nitrato de cobre(II), el hidróxido de sodio añadido

neutraliza el exceso de ácido nítrico procedente del paso a. Anotar las observaciones.

Nota: Cuando no se esté utilizando la varilla de vidrio, mantenerla apoyada cuidadosamente

sobre un vaso de precipitados, durante toda la práctica, para no perder ninguna cantidad del

compuesto de cobre correspondiente, lo que disminuiría el rendimiento final.

c) Preparación de óxido de cobre(II)

hidróxido de cobre(II) + calor → óxido de cobre(II) + agua

Sobre una placa calefactora, calentar agua hasta comienzo de ebullición, en un vaso de

250 mL (conviene hacerlo con antelación para no perder tiempo) y poner al baño maría el tubo

de centrífuga con el precipitado de hidróxido de cobre. Agitar suavemente con la varilla de

vidrio, procurando que se desprenda de la misma la mayor cantidad posible del sólido que

pueda tener adherido. Anotar las observaciones cuando el hidróxido de cobre(II) se transforma

en el correspondiente óxido. Una vez terminada la transformación, tomar con la varilla una gota

del líquido sobrenadante y, con papel pH, comprobar que es alcalino.

Con las precauciones indicadas en el Fundamento Teórico, centrifugar la suspensión de

óxido de cobre(II), durante 2 minutos a 1500 rpm. A continuación, extraer la mayor parte posible

del líquido sobrenadante, con una pipeta Pasteur, sin eliminar nada de sólido, y reponer el

volumen inicial añadiendo agua destilada. Agitar cuidadosamente con la varilla de vidrio y volver

a repetir el proceso anterior. Finalmente, volver a centrifugar y extraer la mayor parte del líquido

sobrenadante.

d) Preparación de sulfato de cobre(II)

óxido de cobre(II) + ácido sulfúrico → sulfato de cobre(II) + agua

En el tubo de centrífuga, añadir 4 mL de ácido sulfúrico 6 M sobre el precipitado de óxido

de cobre(II). Anotar las observaciones. Con la ayuda de la varilla pasar el líquido por las

paredes para que se disuelva todo el sólido.

e) Recuperación del cobre metálico

sulfato de cobre(II) + zinc → cobre + sulfato de zinc(II)

zinc + ácido sulfúrico → sulfato de zinc(II) + hidrógeno

Pesar 0,4 g de zinc en polvo y añadirlos al tubo de centrífuga que contiene la disolución

de sulfato de cobre, utilizando la varilla de vidrio para mantener sumergido el zinc. Además de la

reacción principal entre sulfato de cobre(II) y zinc, también tiene lugar la reacción secundaria

indicada más arriba. Comprobar si se calienta la disolución y anotar todas las observaciones.

Con la varilla, pasar la disolución por el polvo de zinc que pudiera haber quedado en las paredes

del vaso hasta que todo el zinc se haya disuelto.

Si una vez disuelto el zinc, no ha desaparecido completamente el color azul del Cu2+ de

la disolución, se añaden 0,1 g adicionales de Zn y se repite el proceso anterior hasta que cese

el desprendimiento de gases. Repetir si fuera necesario. Una vez decolorada la

disolución, se añaden 5 gotas de ácido sulfúrico 6 M y se agita hasta que cese la efervescencia,

caso de producirse. Calentar al baño maría para comprobar que no se desprenden burbujas.

Con papel pH, comprobar que es ácido. En caso contrario, añadir más ácido y volver a agitar.

Centrifugar durante 1 minuto a 1500 rpm y decantar cuidadosamente la disolución a un

vaso de precipitados, evitando la pérdida de sólido. Lavar el precipitado de cobre con 7 mL

de agua destilada, utilizando la varilla para pasar el agua por las paredes del tubo, y decantar.

Repetir la operación otras dos veces. En cada uno de los lavados, comprobar el pH del líquido

decantado. El pH debería ser neutro tras el último lavado. El líquido decantado del primer

lavado, más rico en ZnSO4, se vierte en el recipiente de residuos correspondiente, mientras que

los líquidos decantados de los últimos lavados se pueden tirar por la pila.

Tras haberlo lavado con agua, se lava el precipitado de cobre con 3 mL de acetona, se

decanta cuidadosamente y se seca el tubo de centrífuga en la estufa a 110 ºC, durante 15

minutos. Una vez frío, se pesa el tubo de centrífuga y se anota el resultado. Volver a poner el

vaso de precipitados en la estufa durante otros 10 minutos para comprobar si se sigue perdiendo

peso.

RESULTADOS Y CUESTIONES

1) Anotar el peso del tubo de centrífuga vacío, con el cobre añadido y con el cobre

recuperado.

R= sin información suficiente para contestarla

2) Anotar las masas del cobre inicial y del cobre recuperado, y el porcentaje de cobre

recuperado.

R= sin información suficiente para contestarla

4) Indicar el tipo de reacción que tiene lugar en todas las etapas. En las reacciones redox,

razonar cuál es el oxidante y cuál el reductor, y en las reacciones ácido-base, cuál es el ácido

y cuál la base.

a) Nitrato de cobre(II) + hidroxido de sodio --->hidroxido de cobre(II) + nitrato de sodio

Cu (NO3)2 + 2NaOH -----> Cu(OH)2 + 2NaNO3

Es una reaccion de doble sustitucion o de intercambio de iones

b) Hidroxido de cobre(II) + calor ------> oxido de cobre (II) + agua

Cu(OH)2 -------> CuO + H2O

Reaccion de analisis o de descomposicon

c) Acido nitrico + hidroxido de sodio ----> Nitrato de sodio + agua

HNO3 + NaOH ------> NaNO3 + H2O

ACIDO+BASE-------> SAL(OXISAL) + AGUA

REACCION DE NEUTRALIZACION

d) Oxido de cobre(II) + acido sulfurico ----> sulfato de cobre(II) + agua

CuO + H2SO4 -------> CuSO4 + H2O

Base+ acido -------> oxisal + agua

REACCION DE NEUTRALIZACION

e) Zn + CuSO4 --------> ZnSO4 + Cu

Zn número de oxidación 0 -------> Zn 2+ elemento que se oxida (AGENTE REDUCTOR)

Cu 2+ ---------> Cu número de oxidación 0 elemento que se reduce(AGENTE

OXIDANTE)

REACCION DE SIMPLE SUSTITUCION, ES UNA REACCION REDOX.

f) Zn + H2SO4 --------->ZnSO4 + H2

Reacción de simple sustitución, es una reacción REDOX

Zn número de oxidación 0 ------->Zn 2+ elemento que se oxida (agente reductor)

H 1+ ---------> H número de oxidación 0 elemento que se reduce(agente oxidante)

5) Ajustar todas las reacciones.

Reacción 1: 4HNO3 +Cu = Cu(NO3)2 + NO2 (gas) + 2H2O

Reacción 2:Cu(OH)2 -------> CuO + H2O

Reacción 3: HNO3 + NaOH ------> NaNO3 + H2O

Reacción 4: CuO + H2SO4 -------> CuSO4 + H2O

Reacción 5: Zn + CuSO4 --------> ZnSO4 + Cu

Reacción 6: Zn + H2SO4 --------->ZnSO4 + H2

6) Calcular los moles de todos los reactivos y comprobar que el cobre o sus

compuestos son el reactivo limitante en las siguientes reacciones:

a) cobre + ácido nítrico

b) óxido de cobre + ácido sulfúrico

7) En los procesos c y e se han lavado los sólidos formados. Indicar por qué se ha

hecho y qué especies químicas se han eliminado con los lavados.

Se lavaron los compuestos para eliminar los excesos del compuesto en

exceso en el primer caso el hidróxido de cobre que sobro y en la otra

reacción el ácido sulfúrico sobrante de la reacción

8) Razonar cómo habrían variado los resultados numéricos finales si no se hubiera

lavado el cobre recuperado.

R= habría pesado más debido a que los compuesto obtenidos tendría

también el peso de los reactivos sobrantes durante la reacciones.

9) Razonar cómo habrían variado los resultados numéricos finales si se hubiera

decantado antes de que dejasen de salir burbujas en el proceso e.

R= Habíamos desperdiciado reactivos o la reacción estaría incompleta ya

que al hacer todos los pasos nos ayuda asegurar que el reactivo limitante se

usa completo.

10) Razonar qué factores pueden haber influido en que el rendimiento no sea del 100%

(en su caso).

R: Se debe a la existencia de un reactivo limitante u otro en exceso por lo

regular se debe realizar los cálculos matemáticos y químicos para que esto

no ocurra.

OBSERVACIONES:

La práctica se encuentra incompleta debido a que muchos reacciones

buscadas no venían explicadas con gran detalle o debido a que no se

pudieron encontrar videos relacionados con las reacciones que vienen en la

práctica.

CONCLUSION:

Por desgracia no se pudieron cumplir los objetivos de la práctica debido a las

limitantes de la información disponibles para realizar la práctica.

Pero unos casos se pudieron inferiros los resultados debido a las reacciones

químicas de cada proceso te ayudo a decir que se produjo en cada procesos; pero

sería mejor realizar la practica en la escuela para tener claro estos conocimientos

que serán importantes más a delante en el desarrollo profesional.

BIBLIOGRAFIA:

•http://www.byui.edu/chemistry/Lab_Manuals/Chem_105/Chem_105_Exp_6_A_Cycle_of_Copper_Reactions.pdf•http://palmera.pntic.mec.es/~atola/Laboratorio/Practicas%204_ESO/EL%20CICLO%20D EL%20COBRE.pdf

•http://web.clark.edu/nfattaleh/classes/141_151/LabDocuments/F08ChemRxnsCu.pdf

•http://nautilus.fis.uc.pt/bl/conteudos/23/pags/labvideos/labvideos.html

•Carrillo Chávez, M.; González Muradás, R. M.; Hernández Millán, G.; Montagut Bosque, P.; Nieto Calleja, E.; Sandoval Márquez, R. M.; Sansón Ortega, C. Microescala: Química General. Manual de Laboratorio. 4ª ed. Práctica 11. Ed. Prentice-Hall, 2002.