Pep Vañó Piedra
Departament de Física i Química

 

01

 

Campus: Elx

Assignatura: Química

Alumnes de 2n de batxillerat  B de Química

Práctica:

AL VOLTANT DEL CALOR I DEL COLOR: CANVIS QUE ACOMPANYEN A LES REACCIONS QUÍMIQUES

Canvis energètics que acompayen a les reaccions químiques

1.- Dissolució de CaCl2(s) en aigua: un exemple de reacció exotèrmica

2.- Dissolució de NH4NO3(s) en aigua: un exemple de reacció endotèrmica

Visualització dalgunes reacciones químiques mitjaçant el canvi de color

1.- Reaccions àcid – base: indicadors colorimètrics.

2.- Reaccions d’associació: indicadors metalocròmics.

3.- Formació de complexes entre el Cu2+ i el NH3.

4.- Reaccions d’oxidació – reducció: obtenció de iodo, I2.

Data: 03/03/2014. Hora: 9:30 h.

Prof. responsable: FCO. JAVIER GOMEZ

Professor acompanyant:PEP VAÑÓ

Aula: LABORATORI 0.3 ALTABIX

 

Canvis energètics que acompanyen a las reaccions químiques

Termoquímica: Calor de dissolució

A1. Col·loca 40 g de clorur càlcic en un got de precipitats.

a)    Introduïx un termòmetre en el got.

b)    Afegeix 100 mL d’aigua.

c)    Observa i descriu què ocorre.

Es poden realitzar proves semblants utilitzant calç viva, hidròxid de sodi, sulfat de coure anhídrid o àcid sulfúric concentrat.

A2. Col·loca 30 g de nitrat d’amoni en un got de precipitats.

a)    Introduïx un termòmetre en el got.

b)    Afegeix 100 mL d’aigua.

c)    Observa i descriu què ocorre.

Es poden realitzar proves semblants utilitzant clorur amònic.

A3. Escriu possibles aplicacions dels fenòmens observats.

Compara la teua resposta amb la següent informació, presa de

http://centres5.pntic.mec.és/ies.victòria.kent/Rincon-C/Curiosid/Rc-55/Rc-55.htm

Dispositius que generen fred i calor (RC-55) Bolses de fred i de calor

En algunes farmacioles d’emergència apareixen unes bosses de plàstic que s’utilitzen per a la preparació de compreses instantànies fredes i calents. Es poden trobar en les farmàcies i són útils per a proporcionar els primers auxilis als esportistes i atletes que sofrixen un colp o determinades lesions que necessiten l’aplicació immediata de fred o calor. Estes compreses consten d’una bossa de plàstic que conté una altra bossa més xicoteta, amb aigua, i una substància química en forma de pols o vidres. Al colpejar el paquet amb el puny es trenca la bossa interior que conté l’aigua i la substància es dissol.

La bossa comença a calfar-se o a refredar-se, segons el cas, de forma molt ràpida. La temperatura augmenta o disminuïx depenent que el procés de dissolució de la substància siga exotèrmic o endotèrmic.

02

Ús. Situacions en la qual  es requereix aplicació de fred. La teràpia de fred cal aplicar-se immediatament  per a potenciar els seusefectoe i evitar la inflor i  inflamació causada per una lesió. Cal controlar els temps d’aplicació i evitar les cremades s produïdes per l’excés de calor.

Begudes autocalentables

03 Bolsa d’1 sol ús que aporta calor de forma instantània.

 

També es troben en el mercat pots de begudes (café, xocolate, té, sopes, etc) que s’autocalfen molt ràpidament, sense necessitat de flames o altres sistemes de calefacció externa. Són útils per a poder disposar de begudes calents en el camp, la muntanya,zones desèrtiques, etc. El sistema és molt semblant al de les bosses de l’apartat anterior i consta de dos depòsits: en un va envasada la beguda que anem a prendre i en un altreuna substància química junt amb una xicoteta quantitat d’aigua (separats per una membrana). Al dissoldre’s en aigua, eixa substància genera gran quantitat de calor. Els depòsits estan separats de forma que la substància química no pot entrar en contacte amb la beguda. El pot porta un botó que al pressionar-lo trenca una membrana i permet que l’aigua entre en contacte amb la substància química que al dissoldre’s genera calor.

A4. Quins factors afectaran perquè es desprenga major o menor quantitat de calor al dissoldre una substància?

A5. Idea experiències que permeten contrastar les hipòtesis anteriors.

A6. El fet que al dissoldre un solut en un dissolvent s’intercanvie calor amb l’exterior significa que en estos processos, hi ha un augment o disminució net de l’energia? Proposa un model, ajudant-te de la teoria atòmic-molecular, que explique l’existència de calor associada al fenomen de la dissolució.

La química en acció: Sobre la reversibilitat de les reaccions químiques; l’equilibri químic

Com influenciar una mescla en  equilibri químic: El principi de Le Chatelier

Segons el Principi de Le Chatelier: quan es sotmet un sistema en equilibri a una modificació dels paràmetres que el governen ( pressió, temperatura, concentracions de reactius o productes, etc. ), el sistema evoluciona assolint un nou estat d’equilibri que li permet contrarestar parcialment la modificació introduïda.

1.- Precipitació de Cu(OH)2 .

El Cu2+ forma un hidròxid molt insoluble, Cu(OH)2 d’acord amb l’equilibri:

Cu2+(aq) + 2OH ↔Cu(OH)2 (s)

En aigua pura, l’equilibri està desplaçat cap a l’esquerre, la qual cosa implica que el Cu2+ a penes forma hidròxid ( recordeu que en aigua pura la concentració de OH és molt petita, [OH] = 10-7 M).

Però, si augmentem la concentació de OH, d’acord amb el principi de Le Chatelier, l’equilibri es desplaçarà cap a la dreta ( intentant consumir part del OHafegit per donar Cu(OH)2 sòlid). Per tant si afegim NaOH a una dissolució que conté ions Cu2+ provocarem la precipitació de l’hidròxid Cu(OH)2.

Procediment

  • Utilitzant la proveta de 10 mL, afegim 3mL, de la dissolució de CuSO4 en un tub d’assaig net.
  • Utilitzant la pipeta Pasteur neta, afegim 20 gotes ( gota a gota) de la dissolució de NaOH. Cada 2 o 3 gotes s’agita el tub d’assaig per mesclar bé el seu contingut.
  • Observaras l’aparició d’un precipitat grumollós de color blavenc Cu(OH)2.

 04

Pipeta pasteur

2.- Solubilització de precipitats

L’hidròxid format en l’apartat anterior està regit per l’equilibri:

Cu2+(aq) + 2OH ↔Cu(OH)2 (s)

D’acord amb el principi de Le Chatelier, si disminuïm la concentació de OH (un reactiu) l’equilibri es desplaçarà cap a l’esquerre amb objecte d’oposar-se parcialment al canvi introduït. L’única forma que té l’equilibri d’augmentar la concentració de OH és solubilitzar l’hidròxid Cu(OH)2(s), per donarCu2+ i OH.

Si, a la dissolució resultant de l’apartat anterior se li afegeix un àcid fort tal com l’àcid sulfúric, H2SO4, els protons afegits neutralitzaran els ions hidroxils OH-, inicialment presents en la dissolució d’acord amb la reacció:

 

H+ (aq) + OH(aq)↔H2O(l)

 

En disminuir la concentració de OH present en la dissolució, l’equilibri de solubilitat es desplaçarà cap a l’esquerre, solubilitzant el precipitat.

Procediment:

  • Agafa el tub d’assaig de l’apartat anterior que conté el precipitat de Cu(OH)2.
  • Utilitzant una pipeta Pasteur neta, afegeix 20 gotes ( gota a gota) de la dissolució de H2SO4.Cada 2 o 3 gotes, agita el tub d’assaig per mesclar bé el contingut.

Observaras que a mesura que afegeixes H2SO4 ( neutralitzant els OH) més i més precipitat es solubilitza fins obtenir-se una dissolució transparent.

 

3.- Solubilitat de gasos: generació de CO2(g)

El CO2 és un gas poc soluble en aigua. En dissoldre’s, reacciona amb una molècula d’aigua, donant lloc a l’àcid carbònic:

CO2(g) + H2O(l) ↔ H2CO3(aq)

En la present experiència, generarem CO2(g) mitjançant l’addició d’àcid sulfúric , H2SO4, al carbonat de sodi, Na2CO3 . En efecte, si afegim protons ( provinents del H2SO4.) al carbonat, s’estableix el següent equilibri:

CO32-(aq) + 2 H+(aq) ↔ H2CO3(ac)

Al mateix temps, l’àcid carbònic, H2CO3 està involucrat en l’equilibri anterior, per la qual cosa part delH2CO3 es dissocia enCO2(g) i  H2O(l).

Procediment:

  • Agafa un tub d’assaig net i afegeix 10 mL de la dissolució de carbonat de sodi, Na2CO3. Afegeix dues gotes de fenolftaleïna ( indicador). Observaràs que la dissolució es torna rosada indicant que es tracta d’una dissolució alcalina ( el  Na2CO3 és una base).
  • Utilitzant la pipeta Pasteur neta, agafa un cert volum de la dissolució de H2SO4 disponible. Introdueix la punta de la pipeta ( sense afegir el seu contingut) fins els fons del tub d’assaig.
  • Afegeix  molt lentament la dissolució de H2SO4.

Observaràs que a mesura que afegeixes H2SO4 ( en formar-se H2CO3 i dissociar-se en CO2(g) i H2O(l)) que la dissolució es torna incolora ( en corvertir-se en una dissolució àcida per efecte de l’àcid sulfúric afegit) al mateix temps que el CO2  format bombolletja en escapar-se de la dissolució ( degut a la seua escasa solubilitat).

4.- Precipitació del Cu(OH)2 en augmenter el pHper addició de Na2CO3. Reversibilitat del procès per addició de H2SO4.

Com hem vist abans, el Cu(OH)2(s) pot precipitar si la concentració de OH en la  dissolució augmenta. Per altra banda,  l’ió carbonat és una base feble que s’hidrolitza ( donant lloc a OH) d’acord amb l’equilibri:

CO32- (aq) +  H2O(l)↔ HCO3 (aq)+ OH (aq)

Per tant, l’addició de la dissolució de Na2CO3  a la dissolució de CuSO4 provocarà la precipitació de l’hidròxid de coure, Cu(OH)2 (s). El procès pot revertir-se mitjantçant addició de H2SO4, però, ara, la presència del carbonat CO32-, farà que es desprenga CO2  ( de forma similar a com ocorregué a l’apartat anterior).

Procediment

  • Afegeix 3 mL. de la dissolució de CuSO4 en un tub d’assaig net.
  • Utilitzant la pipeta Pasteur neta, afegeix carbonat sòdic, Na2CO3, gota a gota fins que es produeix la precipitació total del Cu(OH)2.
  • Utilitzant la pipeta Pasteur distinta ( assegurat que està neta), afegeix la dissolució de H2SO4 gota a gota fins que desapereixca el precipitat. Cada 2 o 3 gotes, remena el tub d’assaig per mesclar bé el seu contingut.

Observaràs que a mesura que afegeixes H2SO4 ( al neutralitzar els H+ de l’àcid amb els OH inicialment presents i formar-se, com conseqüència, el H2CO3 i dissociar-se en CO2(g) i H2O(l)) el precipitat es solubilitza i el CO2 format bombolletja en abandonar la dissolució ( degut a la seua poca solubilitat).

 

5.- Formació de complexes entre el Cu2+ i el NH3

 Molts cations de metalls de transició de la taula periòdica ( Cu2+ , Zn2+ , Co2+ , etc.) tenen capacitat de formar composts de coordinació amb lligands que posseeixen parells solitaris 05 d’electrons en la seua estructura tal com l’amoníac:

 

Cu 2+(aq) + 4NH3(aq) ↔ Cu(NH3)42+ (aq)

Una de les propietats característiques d’aquests complexes de coordinació és que augmenten la solubilitat dels hidròxids d’aquests metalls de transició.

Procediment:

  • Utilitzant la proveta de 100 mL., afegeix 25 mL d’aigua a un got de precipitats de 100 mL. Posa en el got un agitador magnètic, afegeix 20 gotes de la dissolució de CuSO4 al got de precipitats i comença a remenar suaument la dissolució.
  • Utilitzant la pipeta Pasteur neta, afegeix 10 gotes (gota a gota, lentament) de la dissolució de NH3 ( entre gota i gota deixa que l’agitació homogeinitze la dissolució).

Observaràs que a mesura que afegeixes NH3 el color feblement blavenc de la dissolució ( degut a la presencia de Cu2+ ) es fa ,més fort. Això es degut a que el complex format, Cu(NH3)42+ és d’un color blau molt més intens que el propi catió Cu2+.

6.- Augment de la solubilitat del Cu2+ mitjantçant la formació de complexes entre Cu2+ i el NH3

Procediment

  • Agafa dos tubs d’assaig. Afegeix 3 mL. de la dissolució de CuSO4 a cadascun d’ells.
  • A un d’ells afegeix-li  2 gotes de  NH3 ( observaràs un fort increment en la intensitat del color blavenc).
  • Afegeix a cadascun d’ells Na2CO3 ( gota a gota) fins que es produeix la precipitació total del Cu(OH)2.
  • Per finalitzar, afegeix a cada tub H2SO4 fins que es solubilitze completamentel precipitat.

Observaràs que cal afegir una major quantitat ( nombre de gotes) de la dissolució de carbonat al tub d’assaig que conté amoníac. Això es degut a què, com es comentà abans, un dels efectes de la formació del complex entre Cu2+  i el NH3 és l’augment de la solubilitat del Cu2+ en dissolucions alcalines.