“ACTIVIDADES:

Prácticas delaboratorio”

MARÍA MADERO GALLARDO

14634567N

NTRODUCCIÓN

La asignatura de física y química suele ser considerada por losalumnos como difícil y lo que es aún peor aburrida. Los profesorestenemos que realizar todo tipo de actividades, pero sobre todoutilizando las nuevas tecnologías de la información, que despiertan elinterés del alumnado y que en los artículos 23 y 33 de la LOE y elartículo 5 de la LEA, nos indican en sus respectivos objetivos laimportancia del uso con solvencia y responsabilidad de las nuevastecnologías de la información y la comunicación.

Pero en física y química nunca hay que olvidar las prácticas delaboratorio. Qué mejor forma de despertar el interés del alumnado yde enseñar física y química divertida que mediante prácticas delaboratorio. Además los alumnos suelen ser muy receptivos y ponenmás énfasis en este tipo de actividad.

A continuación se proponen una serie de actividades de prácticasde laboratorio que se pueden realizar con alumnos de bachilleratopreferiblemente aunque también se pueden realizar en secundaria.

Las prácticas de laboratorio son las siguientes:

• INICIACIÓN A LAS MASAS RELATIVAS Y AL MOL

• REACCIÓN DEL SODIO CON AGUA

• LA BOTELLA FUMADORA

• LLUVIA DE ORO

• ESTEQUIOMETRÍA DE LA REACCIÓN DEL ÁCIDO CLORHÍDRICOCON MÁRMOL

• DETERMINACIÓN DE LOS MOLES DE AGUA DE HIDRATACIÓN DEUNA SAL CRISTALIZADA

• ESTEQUIOMETRÍA DEL YODURO POTÁSICO Y EL NITRATO DEPLOMO (II)

• DESCOMPOSICIÓN CATALÍTICA DEL PERÓXIDO DE HIDRÓGENO

INICIACIÓN A LAS MASAS RELATIVAS Y AL MOL

INTRODUCCIÓN

El concepto de masa relativa es complicado para alumnos que se inician en el estudio dela Química, Aquí, en la primera parte del experimento, intentamos introducir esteconcepto.

Una vez adquirido este conocimiento se pretende, en la segunda parte, introducir alalumno en otro de mucha mayor dificultad como es el concepto de mol.

El Profesor debe decidir, a la vista de las capacidades de sus alumnos, realizarsolamente la primera parte o las dos.

OBJETIVOS

Primera parte.- A partir de medidas experimentales introducir el concepto de masarelativa

Segunda parte.- A partir de medidas experimentales introducir el concepto de mol.

MATERIAL PARA LA PRIMERA PARTE

Balanza de dos platillos que aprecie como mínimo décimas de gramo

Cinco puntas u otros objetos de diferentes tamaños (pueden servir arandelas, tuercas,etc.)

Hilo de cobre forrado de plástico

El hilo de cobre se corta en trozos iguales, dependiendo su longitud del tamaño de losobjetos elegidos.. Para hacerse una idea puede consultarse el solucionario de lapráctica. Además se corta uno por la mitad y otro por la cuarta parte. En nuestroexperimento los trozos eran de 2 cm de longitud.

Ponga en un platillo de la balanza la punta A y en el otro platillo añada piezas del hilode cobre, hasta equilibrar la balanza

Cuente el número de piezas de hilo enteras y la fracción correspondiente (por ejemplo,3 P ; ½ P y ¼ de P ). Establece que A =3,75 P.

Haga lo mismo con el resto de los objetos. Adjudique un valor arbitrario a P, porejemplo 2. Adjudique otro valor a P, por ejemplo 7, y rellene la cuarta columna

Tabla 1

Puntas u objetos

Masas relativas respecto de P

Masas relativas si P =2

Masas relativas si P =7

A

A =

A =

A =

B

B=

B=

B=

C

C=

C=

C=

D

D=

D=

D=

E

E=

E=

E=

3) Rellene las siguientes tablas a partir de los valores anteriores. En esas tablasestablecemos relación de masas, los valores son independientes del patrón elegido y portanto esos cocientes también deben ser iguales cuando se hallen entre valores absolutos

Relación ente las masas relativas

Si P=2

Si P =7

4) Pese(ahora conviene una balanza de centésimas de gramo) cada uno de los cincoobjetos y haga los cocientes anteriores. Se comprobará que los números obtenidos soniguales ó muy parecidos) a los de la tabla anterior.

Masas reales de los objetos

A

B

C

D

E

Relación entre las masas reales

El profesor insistirá en dos hechos. A) Las masas relativas se eligen respecto de unpatrón y según sea éste así son sus valores. Si se cambia de patrón cambian los valores.B) La relación entre más relativas es independiente del patrón elegido y además es elmismo valor que si se utilizan valores reales.

Ahora el profesor puede escoger varios átomos con sus masas relativas y explicarlesque estas masas son relativas con respecto de un patrón y que a lo largo de la historia seha cambiado este patrón y que si en el futuro se cambiase el patrón cambiarían losnúmeros pero no la relación entre masas relativas.

MATERIAL PARA LA SEGUNDA PARTE

Veinte puntas u objetos iguales a A, B , C , D y E

Balanza de centésimas de gramos

Es importante que el Profesor seleccione los objetos de modo que sus masas sean lomás parecidas posibles entre sí. Si se trabaja con puntas, algunas son diferentes delresto ( se comprueba por simple observación) y es preciso desecharlas. Incluso esbueno pesar los objetos y así seleccionar los más parecidos entre sí.

1) Se elige un número N de trozos de hilo, N al cual llamamos “Número de Avogadro” ydefinimos que un número de objetos N es un “mol”

2) Medimos la masa de N trozos de hilo y nos sale un valor m , decimos que un“mol”de P tiene una masa de m gramos

3) Establecidos ambos conceptos se toma un “mol” de objetos A (esto es, un númerode objetos igual al número de trozos de hilo) y se mide su masa en la balanza.

4) Se puede repetir con el resto de los objetos o con parte de ellos

NobjetosA= 1“mol “de A

NobjetosB=1”mol” de B

NobjetosC=1”mol” de C

NobjetosD=1”mol” de D

NobjetoE=1 “mol”de C

Ahora se elige como patrón ( m sin unidades) y se calculan las masas relativas de losobjetos, siguiendo el procedimiento que se empleó en la tabla 1 de la primera parte.

Tabla 2

Puntas, u objetos

Masas relativas respecto de P

Masas relativas si P = m sin unidades

A

A =

A =

B

B=

B=

C

C=

C=

D

D=

D=

E

E=

E=

Las masas relativas respecto de P y las masas reales de un “mol” son iguales o casiiguales.

Una vez realizado este experimento es Profesor explicará que en química existe unpatrón que es el carbono 12 al que se le ha dado un valor relativo de 12. Si a ese 12 leañadimos la unidad gramo entonces nos referimos a un mol y esa masa supone unnúmero NA que es el llamado Número de Avogadro.

Por tanto para el alumno hablar de un mol quiere decir un numero de entidadesindividuales igual a NA=6,02.1023 .

Ahora se explica, a la vista de la tabla periódica, el significado de los números queaparecen con cada especie atómica (por ejemplo F ,19 , Na 23 etc )

a) Son números relativos respecto de un patrón elegido (carbono 12)

b) Ese número expresado en gramos es un mol de la especie y contiene un númerode átomos individuales igual a NA = 6,02.1023.

OBSERVACIONES

Creemos que en una primera explicación no conviene mencionar que el patrón elegidoes un isótopo de del carbono. Ya que estos conceptos son muy difíciles para el alumno ysolamente cuando los haya asimilado se pueden refinar e introducir con todo el rigor.

En un principio en química al hidrógeno se le asignó la masa relativa 1 y los demásátomos tenían masas relativas respecto de ese patrón. Después se eligió como patrón aloxígeno (mezcla de isótopos) lo que constituyó la escala química y los físicos eligierona un isótopo del óxigeno lo que constituyó la escala física. Ambas escalas eran parecidasaunque no iguales.

Afortunadamente hoy día solamente existe una escala siendo el patrón uno de losisótopos del carbono al que se le asigna el valor arbitrario 12,0000. Un mol de esteisótopo tiene una masa de 12,0000 g y un número de entidades individuales NA =6,02.1023 , número que se llama de Avogadro

Los demás átomos tienen masas relativas respecto del patrón elegido, por ejemplo elflúor es 19 y 19 gramos de flúor contienen NA átomos de flúor. El uranio tiene una masarelativa de 238 y 238 gramos de uranio contienen NA = 6,02.1023 átomos de uranio.

REACCIÓN DEL SODIO CON AGUA

Objetivo

Mostrar alguna propiedad del metal sodio y dos modos de presentación de la reacciónde este metal con agua.

Material

Vaso de precipitados de 250 mL

Fenolftaleína

Sodio

Retroproyector

Detergente

Agitador

Cápsula Petri

Tijeras , o navaja.

Procedimiento

1) El Profesor muestra a los alumnos el recipiente que contiene el metal sodio y lesdestaca que el elemento hay que protegerlo del contacto con el aire debido a su granreactividad, por ello, se guarda bajo petróleo.

2) Toma una barra de sodio y la corta, indicando así que se trata de un metal blando.Muestra que en el corte reciente aparece un brillo que es característico de los metales.Poco tiempo después el brillo desaparece, debido a la oxidación del metal por eloxígeno del aire.

3) El Profesor añade en el vaso de precipitados, agua, un poquito de detergente y unasgotas del indicador fenolftaleína. La disolución es incolora. Vierte esta disolución en lacápsula Petri y la coloca sobre el retroproyector. En la pantalla aparece una imagengrande de ella. Toma un trocito pequeño de sodio y lo añade a la cápsula. Los alumnosverán en la pantalla que el trocito de sodio tiene forma esférica y se mueve por lasuperficie del líquido (el sodio es un metal de los clasificados como ligeros, esto quieredecir que su densidad es inferior a la del agua y entre otras razones al añadirlo alcápsula de Petri flota sobre la disolución acuosa) ,chocando y rebotando en las paredes,al mismo tiempo la disolución se colorea de rosa, lo que indica que en la reacción entreel sodio y el agua se forma una sustancia básica. El fenómeno dura unos segundos.También puede aparecer alguna mancha oscura que es debido a pequeñas burbujas dehidrógeno.

Ahora el profesor escribe la reacción entre el sodio y el agua.

Dado que el fenómeno es vistoso y atrae la atención de los alumnos es recomendablerepetir el proceso.

En las fotografías 1, 2, 3, 4, 5 y 6, aparecen imágenes del proceso, tomadas concantidades variables de fenolftaleína y en distintos momentos del proceso.

Foto 1

Foto 2

Foto 3

Foto 4

Foto 5

Foto 6

Trayectorias realizadas por el sodio sobre la superficie acuosa. La cantidad de

fenolftaleína varía de unas fotos a otras. El proceso, una vez añadido el sodio hasta que

desparece, dura varios segundos.

Foto 8

Foto 9(detalle)

4) El Profesor dispone un vaso de 250 mL con agua hasta la mitad. Toma un trocito desodio y lo envuelve en papel de filtro dejándolo fuertemente aprisionado, lo echa sobreel agua, se retira a una distancia de varios metros y espera unos segundos. El aguapenetra por los poros del papel de filtro y reacciona con el sodio; transcurridos unossegundos el metal se inflama de forma violenta dando lugar a una llamarada

espectacular de color amarillo acompañada de un chasquido. Algunos trozos de sodiovuelan por el aire. Este fenómeno puede observarse en las fotografías 7, 8 y 9.

Foto 7

Estas fotografías se realizaron en la oscuridad, sin embargo la llamarada es tan

brillante que cuando se realiza el experimento ante los alumnos no es necesario

oscurecer el recinto.

Este proceso es una consecuencia de que la reacción del sodio con el agua esfuertemente exotérmica y que el sodio es fácilmente inflamable dando vapores de coloramarillo.

Notas para el Profesor

La reacción del sodio con el agua es tan violenta que el profesor debe ser consciente deque debe tomar precauciones cuando la realice ante sus alumnos.

Las cantidades de sodio deben ser muy pequeñas. Por ejemplo, en la experiencia en lacápsula de Petri, el tamaño de la esfera de sodio es inferior al milímetro. Conviene queel profesor realice algún ensayo previo antes de mostrar el experimento a los alumnos.Si el tamaño del sodio es demasiado pequeño, éste al añadirlo a la cápsula Petri puedeadherirse a la pared y no desplazarse por el líquido, si es demasiado grande puedeinflamarse dar una llamarada y esparcirse dañando la lente o el espejo delretroproyector.

En el experimento 4) de inflamación del metal, el tamaño es un poco mayor que en el dela cápsula Petri, pero también es conveniente que el profesor haga algún ensayo previo,para que la reacción sea espectacular pero no demasiado violenta, ya que si esto ocurrepueden proyectarse trozos de sodio ardiendo incluso a distancias grandes.

En cuanto a la posición de los alumnos, éstos deben estar siempre a varios metros dedistancia tanto en el experimento 3) como en el 4) , e incluso es aconsejable que

lleven gafas de seguridad.

Si el Centro dispone de potasio, este metal reacciona tan violentamente con el agua, queen nuestra opinión, no debe realizarse su reacción con el agua.

LA BOTELLA FUMADORA

FUNDAMENTO

En la figura 1 está dispuesto un recipiente con agua que lleva incorporado un tubo degoma que llega hasta el fondo del mismo. Aun cuando el tubo de goma esté cebado conagua y su boca exterior por debajo del suelo del recipiente, resulta imposible vaciaréste, ya que la presión del aire exterior lo impide.

Fig.1

Bastaría hacer un agujero en la parte superior del recipiente (A) para que el vaciado sehiciese de modo inmediato, pues entonces al ir saliendo el agua, el espacio ocupado porella es de inmediato rellenado por el aire que penetra por el agujero. El vaciado seproduce entonces debido a la diferencia de altura entre la boca exterior y el nivel dellíquido.

La demostración se basa en estos hechos y el nombre de ella se debe a la colocación deun cigarro en el agujero de entrada, lo que hace atractivo el proceso a la vez que sevisualiza la entrada del aire.

MATERIAL

Recipiente de plástico de 4 o 5 L, con tapón de rosca

Goma flexible

Pinzas de Mohr (2)

Plastilina o pegamento

PRODUCTOS

Cigarro

Cerillas

PROCEDIMIENTO

1) En la parte superior del recipiente de plástico se hace un agujero para que por élpenetre el tubo flexible de goma. Este tubo debe llegar casi hasta el fondo del recipiente.Sobre él se coloca una de las pinzas de Mohr.

2) A la misma altura pero alejado del anterior se hace otro agujero. En él se introduce untubo pequeño de goma flexible con la segunda pinza de Mohr y sobre este tubo seinserta un trozo pequeño de tubo hueco de vidrio, sobre el cual se coloca un cigarrillo.

Para asegurar la estanqueidad del recipiente se coloca una capa de plastilina o depegamento sobre las dos gomas a la altura de los agujeros.

3) El recipiente se llena de agua hasta que el nivel de la misma quede un poco pordebajo del tubo de goma que lleva el cigarrillo. Las dos pinzas de Mohr están cerradas.La goma larga se coloca en el desagüe por debajo del fondo del recipiente. Se enroscael tapón que debe cerrar herméticamente.

4) Se abre la pinza de Mohr del tubo grande y se observa que el agua no fluye. Luegose succiona, con la boca, para que el tubo de goma se llene de agua, esto es, se cebe,pero aun así no se puede evacuar el agua.

5) Se enciende el cigarrillo y se procede a abrir la segunda pinza de Mohr. Si el tubo degoma grande está cebado, de inmediato el agua fluye, el cigarrillo se quemarápidamente y el recipiente se llena de un humo amarillento. Si el agua no fluyese deinmediato es porque el tubo de goma largo no está cebado, basta hacerlo para que elproceso comience.

DESARROLLO VISUAL

Foto 1

Foto 2

Foto 3

Cinética química de la reacción entre los iones yodato ehidrogenosulfito (bisulfito)

OBJETIVOS

Preparar una disolución concentrada y a partir de ella otra más diluidas.

Estudiar experimentalmente una reacción reloj.

MATERIAL

Buretas (2)-Cuentagotas-tubo de ensayo-Vaso de precipitados-Cronómetro

PRODUCTOS QUÍMICOS

-Disoluciones de yodato de potasio de las siguientes concentraciones

0,040 M, 0,032 M, 0,024M, 0,020M, 0,016M, 0,012M, 0,008 M

-Disolución de hidrogenosulfito que contenga menos de 0,8 g/L

En el comercio es más fácil y barato encontrar metabisulfito de sodio Na2S2O5, el cualen disoluciones diluidas está en equilibrio con el hidrogenosulfito

Este equilibrio está fuertemente desplazado hacia la derecha, por tanto:

-Disolución de almidón

Esta disolución se prepara colocando en un vaso 50mL de agua y se calienta hastaebullición. Sobre ella se añade unos cuatro gramos de almidón soluble y se forma unapasta, la cual se añade sobre 500 mL de agua caliente. La adición se hace de forma lentay agitando hasta que la disolución quede transparente

FUNDAMENTO

La reacción global entre el ión yodato y el hidrogenosulfito es:

Como se ha puesto menos hidrogenosulfito que yodato llegará un momento en que éstese gaste y en ese momento se produce una reacción muy rápida

El yodo molecular es el que da la coloración azul con el almidón.

PROCEDIMIENTO

1) Sobre un vaso de precipitados de 100mL se añaden desde una bureta 10 mL de ladisolución de hidrogenosulfito y 20 gotas de la disolución de almidón. Sobre un tubo deensayo se añaden 10mL de la disolución más concentrada de yodato. Luego se añadeesta disolución en el vaso que contiene el hidrogenosulfito y al mismo tiempo se poneen funcionamiento el cronómetro, el cual se detiene cuando aparece la disolución decolor azul y se anota el tiempo

Esquema del montaje

2) Se repite la operación con las otras concentraciones de yodato y se recogen los datosen una tabla

Concentración de yodato

t=Tiempo/s

1/t en s-1

0,040

0,032

0,024

0,016

0,008

3) Con los datos anteriores se hacen dos representaciones gráficas, una concentración(eje X) frente al tiempo (eje Y) y otra concentración (eje X) frente al inverso del tiempo.

SOLUCIÓN

1) Los alumnos deben calcular que el hidrogenosulfito está en una proporción menorque el yodato. Se realiza el cálculo para la concentración menor de yodato

1 mol de yodato reacciona con 3moles de hidrogenosulfito

10 mL de la disolución de yodato 0,008 molar son moles

Para reaccionar completamente estos moles se necesitan de hidrogenosulfito 24.10-4

moles, que son

24.10-4*104 = 0,25 g como se ponen a reaccionar 10 mL con una concentracióninferior a 0,8 g/L, se pone algo menos de 0,008 g, cantidad muy inferior a la necesaria.

Los datos obtenidos en un experimento real fueron los siguientes

Concentración de yodato

t=Tiempo/s

1/t en s-1

0,040

46,4

0,0215

0,032

56,4

0,0177

0,024

70,6

0,0141

0,016

119,2

0,0084

0,008

198,4

0,0051

Gráficas

4) Si se desea preparar una sola disolución de yodato 0,040 M el resto de lasconcentraciones se puede hacer mezclando volúmenes de esta disolución con agua

Volumen total/mL

Volumen de yodato/mL

Volumen de agua/mL

Concentración Molar

10

10

0

0,040

10

8

2

0,032

10

6

4

0,024

10

4

6

0,016

10

2

8

0,008

DETERMINACIÓN DE LA MASA MOLAR DEL OXÍGENO

OBJETIVO

Mediante experimentación en la que se obtiene oxígeno por calentamiento del permanganato de potasio determinar de formaaproximada la masa molar del oxígeno

MATERIAL

Cristalizador-Probeta de 500 mL.Tubo de ensayo de boca ancha .Goma- Balanza. Base y pinzade bureta. Base , aro y nuez para sostener el tubo. Tapón con un agujero- Tubo acodado devidrio.Termómetro - Acceso a un barómetro.Regla graduada en milímetros. Mechero de alcohol

PRODUCTOS

QUÍMICOS

Permanganato de potasio. Lana de vidrio

FOTO DEL MONTAJE Y REALIZACIÓN

La probeta , con el aro puesto, se llena completamente de agua . Es necesario que no quedenburbujas de aire en la probeta.Para ello suele llenarse la probeta hasta rebosar, taparla concuidado con un poco de papel de filtro. Invertirla rápidamente sobre el cristalizador con aguahasta la mitad (deberá tener aproximadamente doble capacidad que la probeta). Una vezinvertido en el cristalizador y fijado el aro al soporte, se extrae el papel de filtro y se introducela goma dentro de la probeta.

PROCEDIMIENTO

1) Añada sobre el fondo del tubo de ensayo el permanganato. Luego coloque la lana de vidrio yel tapón con el codo de vidrio. Pese todo el conjunto y anote el resultado M1=

2) Haga el montaje de la figura y caliente suavemente el permanganato. No caliente sobre elmismo lugar del tubo de ensayo. Hágalo por todo el fondo y paredes cercanas al permanganato.Llegará un momento en que cesa el desprendimiento gaseoso. Retire la llama y sin esperar másretire la conexión con la probeta. De no hacerlo así puede ocurrir un retroceso del agua delcristalizador hacia el tubo de ensayo. Espere a que el tubo adquiera la temperatura ambiente yluego pese lo mismo que pesó antes, esto es, tubo, producto, lana de vidrio y tapón con tubo devidrio. Anote este resultado. M2. Calcule la masa de oxígeno

3) Se mide el volumen de gas recogido. Se mide la temperatura del agua. Se mide la altura deagua que queda en la probeta respecto del agua del cristalizador. Se mide la presión atmosféricaen el barómetro.

4) Se realizan los siguientes cálculos:

presión del oxígeno = Presión atmosférica – Presión de vapor del agua a la temperatura queindica el termómetro – presión de la columna de agua

5) Se aplica la ecuación de los gases y se calcula la masa molar del oxígeno

OBSERVACIONES

1) Este experimento debe hacerse siempre con gafas de seguridad

2) Debe calentarse el permanganato con suavidad y de forma constante, de manera que eldesprendimiento gaseoso también sea constante. Hay veces que sin saber por qué la reacción sedetiene. De nada sirve calentar con más intensidad se necesita empezar de nuevo el experimento

3) La descomposición del permanganato por la acción del calor es un proceso complejo auncuando algunos autores escriban la reacción siguiente:

Lo que si es cierto que en la descomposición aparece manganato de potasio, lo cual secomprueba tomando un poco del producto que queda en el tubo después de la reacción yañadiéndolo en agua se verá una disolución de color verde característico del manganato

4) Los alumnos pueden encontrar errores en la medida superiores al 5%, pero si han operadocorrectamente no deben superar el 8%

En caso de que el alumno no realice el experimento puede realizar los cálculos para ello lesuministramos los siguientes datos reales de un experimento

M1 = 41,315 g M2=40,980 g temperatura del agua 15ºC, Presión de vapor del Agua a 15ºC =12,7 mm de mercurio Presión atmosférica 706 mm de mercurio

Altura del agua en la probeta 3 cm . Volumen de oxígeno 0,262 L

Resultado experimental con los datos anteriores

Masa de oxígeno 41,315-40,980 = 0,335 g

Presión del oxigeno = 706-12,7-(30/13,6)= 691 mm de mercurio =0,909 atm

error relativo en la medida =

LLUVIA DE ORO

Material

Disolución 0,1 M de yoduro de potasio

Disolución 0,1 M de nitrato de plomo (II)

Trípode

Rejilla

Mechero. El sistema de calentamiento puede sustituirse por un agitador magnéticodotado de placa calefactora.

Vaso de 250 mL (3).(Estos vasos pueden ser de menor o mayor capacidad, dependiendodel tamaño del aula)

Probeta

Introducción

Este experimento constituye una de las demostraciones más repetidas, sin embargo estan espectacular que siempre causa asombro aunque se haya realizado muchas veces.

Resulta imprescindible hacerla cuando se desea que los alumnos se familiaricen por vezprimera con las reacciones químicas.

De forma cualitativa se demuestra un tipo de reacción iónica y por tanto muy rápida. Laformación de un precipitado, la variación de la solubilidad con la temperatura yfinalmente una cristalización.

Aquí la presentamos como una demostración de cátedra. Las cantidades de reactivo quese utilizan dependen de las dimensiones del aula.

Fundamento

Ambas disoluciones, la de nitrato y la de yoduro, al ponerse en contacto forman deinmediato un precipitado de color amarillo intenso

Este compuesto es mucho más soluble en caliente que en frio. Si se calienta el vasodonde se ha formado la reacción, el precipitado prácticamente se disuelve y al enfriarse

vuelve a precipitar en forma de escamas brillantes, llamada “lluvia de oro”, que aliluminarlas dan un brillo intenso.

Demostración

Añada en un vaso de 250 mL , 50 mL de la disolución de nitrato de plomo(II) y en elotro 100 mL de la disolución de KI. Explique a los alumnos por qué se añade doblevolumen de un reactivo que del otro. Si los vasos llevan incorporada graduación, éstanos sirve, y no es preciso medir con mayor precisión (fig.1).

Fig.1

Verter ambas disoluciones en el tercer vaso, de inmediato se forma un precipitadoamarillo intenso.

Fig.2

Fig.3

Fig.5

Fig.4

Fig.7

Fig.6

La reacción química es inmediata de modo que simultáneamente a la caída de los doschorros de reactivos se forma el precipitado, el tiempo que marca el reloj es el tiempoque se ha tardado en verter ambos reactivos ( fig 2,3,4,5,6, y 7).

Caliente este vaso (o si lo prefiere, para mayor rapidez utilice la mitad de esadisolución o la tercera parte) hasta que prácticamente se disuelva todo el precipitado. Siutiliza todo el precipitado, caliente hasta casi ebullición y luego decante a un vasolimpio (fig.8).

Fig.8

Deje enfriar la disolución, y todavía caliente la vierte sobre una probeta y espera a quese forme la lluvia de oro, si lo hace como demostración de cátedra ilumine lateralmentela probeta, para que el precipitado sea visible.

Fig.9

Fig.10

La lluvia de oro persiste durante bastante tiempo, entre la primera y la última fotografíahan transcurrido varios minutos (fig.9 y 10).

Si utiliza mayores cantidades de reactivo puede llenar tres o cuatro probetas y así losalumnos pueden observar de cerca la lluvia de oro.

Dado que el proceso de calentamiento puede ser lento, sobre todo si emplea un agitadormagnético, el Profesor debe prever que tiene que hacer algo durante ese tiempo.Sugerimos que muestre a los alumnos los reactivos sólidos, para que vayan entendiendoel concepto de disolución e incluso prepare una de ellas y aproveche para que hagan loscálculos correspondientes.

ESTEQUIOMETRÍA DE LA REACCIÓN DEL ÁCIDO CLORHÍDRICO CONMÁRMOL

ObjetivoComprobar experimentalmente cuántos moles de HCl reaccionan con un mol decarbonato de calcio.

Material Bureta

Vaso de precipitados de 250 mL ( 5)

Erlenmeyer (2)

Cinco trozos de mármol

Mechero

Rejilla

Acceso a una balanza que aprecie como mínimo centésimas de gramo

Indicador rojo de metilo

Bórax de alta pureza

Disolución de ácido clorhídrico

Procedimiento1) Se pesan y anotan las masas de los cinco trozos de mármol

2) Cada trozo se coloca en un vaso de precipitados de 250 mL y se añade un volumen deácido distinto en cada vaso y se deja que la reacción transcurra en frio.

3) Mientras se verifica la reacción anterior, se valora el ácido clorhídrico. Para ello sepesa una determinada cantidad de bórax, el cual se pone en un erlenmeyer. Se añadeagua destilada y se calienta suavemente hasta que el bórax se disuelva. Luego se añadeel indicador rojo de metilo y sobre la anterior disolución se añade el ácido hasta que seproduzca el cambio de color.

La valoración debe hacerse como mínimo dos veces con resultados concordantes.

4) Cada uno de los vasos que contiene el mármol que ha reaccionado con el ácido, secalienta suavemente, con la finalidad de asegurarse que la reacción se ha completado.

5) Se añade agua a cada uno de los vasos, se extraen los trozos de mármol que no hanreaccionado , se secan , entre papeles de filtro, y se pesan.

6) Posteriormente, se calcula los moles de ácido clorhídrico que han reaccionado y losde carbonato de calcio. Se representan gráficamente estos valores y la medida de lapendiente de la recta nos da el valor experimental de los moles de ácido que reaccionancon un mol de carbonato de calcio.

Notas para el Profesor

Este experimento debe realizarse solamente con alumnos que tengan experiencia en eltrabajo de laboratorio. Naturalmente deben trabajar con gafas de seguridad.

Si la sesión de trabajo es de tres horas cada alumno realizará cinco medidas y ademásvalorara el ácido empleado, se seguirá el procedimiento antes indicado

Si el tiempo es alrededor de una hora, cada alumno o grupo de dos alumnos, realizaráuna sola medida y no valorará el ácido, sino que se le dará su normalidad como dato.Por tanto el Profesor debe previamente valorar el ácido. Para obtener buenos resultadoses imprescindible que la normalidad del ácido esté bien determinada. Se puede emplearcomo patrón primario un borax de muy buena calidad. La reacción entre el ácido y elborax es:

Si no se dispone de borax puede valorarse con carbonato de sodio anhidro. El carbonatocomercial de buena calidad anhidro debe calentarse en estufa a unos 250 ºC, duranteuna hora, para asegurarse que carece de agua de hidratación. En cambio el bórax nonecesita tratamiento previo, solamente asegurarse que su pureza supere el 99%.

Las disoluciones de ácido deben ser algo concentradas, no menor es que 4 M.

En la reacción propuesta el carbonato de calcio es el reactivo en exceso, porconsiguiente, el profesor debe advertir a los alumnos sobre los pesos aproximados delos trozos de mármol en función del volumen de ácido que añadan, para que siempre elreactivo limitante sea el ácido clorhídrico.

SoluciónDatos procedentes de un alumno

Masa inicial

del trozo de mármol, mi /g

Volumen de HCl añadido

V/mL

Masa final del

trozo de mármol, mf/g

Gramos de carbonato de calcio que han reaccionado

Moles de carbonato de calcio que han reaccionado

4,00 0,01

10,0 0,1

1,85 0,01

2,15 0,02

0,0215 0,0002

6,05 0,01

15,0 0,1

2,75 0,01

3,30 0,02

0,0330 0,0002

8,03 0,01

20,0 0,1

3,65 0,01

4,38 0,02

0,0438 0,0002

10,08 0,01

25,0 0,1

4,60 0,01

5,48 0,02

0,0548 0,0002

12,15 0,01

30,0 0,1

5,54 0,01

6,61 0,02

0,0661 0,0002

La valoración del ácido se hizo con bórax y los resultados fueron

y

Los resultados finales

Moles de carbonato de calcio que han reaccionado

Volumen de HCl añadido

V/mL

Moles de HCl que han reaccionado

Moles de HCl / 1 mol de carbonato de calcio

0,0215 0,0002

10,0 0,1

0,046 0,003

2,1 0,2

0,0330 0,0002

15,0 0,1

0,069 0,005

2,1 0,2

0,0438 0,0002

20,0 0,1

0,092 0,006

2,1 0,1

0,0548 0,0002

25,0 0,1

0,115 0,008

2,1 0,2

0,0661 0,0002

30,0 0,1

0,138 0,009

2,1 0,1

DETERMINACIÓN DE LOS MOLES DE AGUA DE HIDRATACIÓN DE UNASAL CRISTALIZADA

(Aplicación al sulfato de cobre(II) cristalizado)

Moles de agua por mol de sulfato de cobre hidratado

Material

Aro. Balanza (apreciación 0,01 g)

Base soporte. Cápsula de porcelana

Mechero. Nueces. Rejilla

Varilla de vidrio larga

Fundamento

El sulfato de cobre es un producto barato y que se presta extraordinariamente bien paraeste experimento. El producto puede adquirirse cristalizado y en polvo, para esteexperimento es aconsejable en polvo. En el caso de tenerlo cristalizado debepulverizarse en un mortero.

El sulfato de cobre hidratado tiene color azul (foto 1)y el deshidratado blanco grisáceo(foto 2), este cambio de color es el que permite seguir el proceso de deshidrataciónmediante observación visual.

Foto 1

Foto 2

Procedimiento

1.- Pese la cápsula de porcelana vacía, M1 =

2.- Añada dentro de la cápsula unas cucharadas desulfato de cobre en polvo y pese de nuevo, M2 =

3. -Coloque la cápsula encima de la rejilla y caliente con llama media (ni muy azul nimuy amarilla)

Pronto se observa que el producto que estaba inicialmente seco se humedece yapelotona. Se dispersa con la varilla y ésta no se saca de la cápsula para evitar que sepierda producto. Poco a poco el agua se evapora y el producto empieza a perder su colorazul pasando a grisáceo. Aquí el operador debe ser muy cuidadoso pues debe aplastarcon la varilla de vidrio los pequeños gránulos que se forman reduciéndolos a polvomuy fino. Al mismo tiempo se debe evitar toda perdida de producto y un excesivocalentamiento que podría transformar el sulfato anhidro en óxido.

4.- Cuando se estime que el producto está deshidratado completamente, se deja enfriarla cápsula y se pesa, M3 =

Cálculos

Masa de sulfato de cobre hidratado M2-M1 =

Masa de agua perdida M2-M3 =

La fórmula del sulfato de cobre hidratado la escribimos para este experimento así:

siendo x la incógnita que se debe deducir a partir de los datos experimentales

Masa molar del , MS = 63,55+32,06+4*16,00+ x*18,02 = 159,61+

x*18,02

Pero como

x = número de moles de agua de cristalización por mol de sulfato de cobre (II)

ESTEQUIOMETRÍA DEL YODURO POTÁSICO Y EL NITRATO DE PLOMO(II)

INTRODUCCIÓN

Este experimento se divide en dos partes claramente diferenciadas

a) En la primera se proporcionan unos datos para que los alumnos realicen lapráctica teóricamente, esto significa que no han de ir al laboratorio sinosolamente manejar los datos y llegar a unos resultados.

b) La segunda parte exige ir al laboratorio y obtener los datos experimentales.Normalmente este experimento requiere alumnos avezados en el trabajo delaboratorio y además ser muy cuidadosos, si se desea que obtengan datos decalidad. También exige tiempo, ya que el precipitado ha de secarse, bien enestufa o al aire y en este último caso hay que esperar por lo menos 24 horasdespués del filtrado.

Si se desea un trabajo en equipo a cada grupo de alumnos se le confía una solamedida y posteriormente se hace una puesta en común

OBJETIVO

Comprobar que los coeficientes que figuran en una reacción química indican los molesque entran en reacción y los que se producen; en este experimento se comprueba larelación entre ellos.

ESQUEMA DEL MONTAJE

MATERIAL

Disolución de KI, 0,5 M

Disolución de , 0,5 M

Tubo de ensayo de boca ancha, a ser posible que no sea muy alto

Embudo de cristal pequeño con lo necesario para realizar una filtración

Filtro de papel

Frasco lavador

Dos buretas

FUNDAMENTO

Una disolución de KI reacciona con una de nitrato de plomo (II) de acuerdo con lasiguiente reacción igualada

2KI(aq) + Pb(NO3)2 2 KNO3 (aq) + PbI2 (s)

De ella se deduce que la relación de moles de yoduro de plomo a yoduro de potasio esteóricamente ½ = 0,5.

PROCEDIMIENTO

1) Las disoluciones están contenidas en sendas buretas. Se añade en el tubo de ensayode boca ancha 10 mL de la disolución de KI y a continuación, por ejemplo, 2 mL de ladisolución de Pb(NO3)2 . El contenido del tubo se añade sobre el filtro y para arrastrarcompletamente el precipitado es necesario utilizar el frasco lavador. Después de lafiltración en el papel de filtro queda el sólido húmedo. Se recoge el filtro y se deja secarponiéndolo sobre papel de filtro.

Si se hace una segunda medida es necesario lavar el embudo y el tubo de ensayo. Estohay que repetirlo tantas veces como medidas se hagan.

La reacción se realiza añadiendo siempre 10 mL de disolución de nitrato de plomo 0,5M con volúmenes distintos de yoduro de potasio 0,5 M.. Como a veces el yoduro deplomo, una vez seco, se adhiere fuertemente al papel de filtro, conviene pesar el filtroantes de la precipitación y después con el precipitado. La diferencia nos dará la masa deyoduro de plomo formado.

2) Los resultados de un experimento real son

Volumen KI/mL

Masa de PbI2/g

Número de moles de KI

Número de moles de PbI2

Número de moles de PbI2 /número de moles KI

2

0,21

4

0,38

6

0,56

8

0,80

10

1,06

12

1,28

3) Completa las columnas que faltan en la tabla anterior

4) Representa en el eje de las X el número de moles de KI y en el eje de las Y el númerode moles de PbI2. Determina la pendiente de la recta

5) Calcula el error relativo en % que se ha cometido en este experimento

DESCOMPOSICIÓN CATALÍTICA DEL PERÓXIDO DE HIDRÓGENO

Estudio de un caso particular: Actuación redox del Fe3+ como catalizador

Aunque ya se ha estudiado la descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno, coniones Fe3+, Mn4+, y Cu2+. Se van a interpretar una serie de fenómenos secundarios queocurren en la doble descomposición redox, del tatrato y del peróxido de hidrógeno.

Para ello se disponen como se costumbre, 3 gotas, en una caja petri, tal como se apreciaen la foto 1

Foto 1

Se unen las gotas de peróxido y tartrato en medio básico como se aprecia en la foto 2 yse observa la producción de burbujas, debida al desprendimiento de gases como CO2.

Foto 2

El proceso redox sería:

Sin embargo, al unir las gotas con la de cloruro férrico, tal como se observa en la foto 3,aumenta la producción de burbujas , de una manera apreciable.

Foto 3

Pero el Fe3+, no sólo actúa como catalizador, aumentando la velocidad con que seproducen las burbujas de gas, sino que tienen lugar un proceso redox simultáneo en elque se reduce a óxido de hierro(II), de color algo oscuro como se aprecia en la foto 4,(ampliación de una zona de la caja petri, en la que se añadió unos cristalitos de clorurode hierro(III), formación que se justifica así:

Pero también y simultáneamente tiene lugar el proceso de descomposición del peróxidode hidrógeno , con producción de oxígeno, tal como se aprecia en las foto 5 y 6, condos tipos de burbujas gaseosas, las debidas al CO2 y las ocasionadas por el O2

Foto 6

El otro proceso sería :

Los procesos redox serían similares , cuando se emplea Cu2+ como catalizador.

Foto 4

Foto 5

En la zona de menor concentración de cloruro de hierro(III), el color dominante es elamarillo (foto 6), mientras que en la de mayor, es el rojizo (foto 7)

Foto 7

Al cabo de un tiempo determinado (15 minutos), el fondo se oscure, porque todo elhierro(III), ha pasado a Fe(II), en forma de óxido ferroso, como se aprecia en las fotos 8y 9

Foto 8

Foto 9