LABORATORIO Nº 7 QUÍMICA GENERAL

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA LABORATORIO Nº 7 QUÍMICA GENERAL CICLO: 2008-A DOCENTE: TEMA: ING. CARMEN LÓPEZ CASTRO REACCIONES QUIMICAS Y SOLUCIONES ALUMNOS: BRIONES VERDE, Christian Alexander CHUCARI MARTINEZ, Jorge Jesús GAMARRA QUISPE, Saúl Abel GONZALES ROJAS, Jonathan Jair MEJIA RUIZ, Pablo Cesar SEGOVIA CHIRRE, Julio Cesar ROMERO MEDINA, Gianpierre Alexander MEDINA MENDIVIL, Jorge Daniel HUAMANI QUISPE, Miuller C I H C D C B K D LIMA - PERU JUNIO

2 FUNDAMENTO TEORICO Reacción química Una reacción química (o cambio químico) es todo proceso químico en el que una o más sustancias (reactivos o reactantes) sufren transformaciones químicas para convertirse en otra u otras (productos). Esas sustancias pueden ser elementos o compuestos. un ejemplo de reacción química es la formación de óxido de hierro producida al reaccionar el oxígeno del aire con el hierro. A la representación simbólica de las reacciones se las llama ecuaciones químicas. Los productos obtenidos a partir de ciertos tipos de reactivos dependen de las condiciones bajo las que se da la reacción química. No obstante, tras un estudio cuidadoso se comprueba que, aunque los productos pueden variar según cambien las condiciones, determinadas cantidades permanecen constantes en cualquier reacción química. Estas cantidades constantes, las magnitudes conservadas, incluyen el número de cada tipo de átomo presente, la carga eléctrica y la masa total. Tipos de reacciones químicas Reacciones inorgánicas Ácido-base (Neutralización) Combustión Solubilización Oxidoreducción Precipitación Otras Reacciones Reacciones de síntesis: 2H 2 +O 2 2H 2 O Descomposición: FeO 2 ψ Fe+O 2 Reacción de Desplazamiento: Cuando dos compuestos A y B reaccionan en un compuesto C: 2Na + 2HCl 2NaCl + H 2 Desplazamiento Doble: Cuando dos compuestos A y B reaccionan en dos compuestos C y D (HCl + NaOH H NaCl) Combustión: Combinación de una sustancia combustible con un elemento oxidante (generalmente el oxígeno) generando calor y productos oxidados (ha de ser oxidación a gran escala, o por el contrario no es combustión): C 10 H O 2 10CO 2 + 4H 2 O Fragmentación: Cuando un compuesto C reacciona en dos compuestos A y B

3 Adición: Cuando dos compuestos A y B reaccionan en tres o más compuestos C, D, E Reordenación: Cuando dos compuestos A y B reaccionan en dos compuestos B y A (Equilibrio de Reacción 3.b) Rendimiento de una reacción La cantidad de producto que se suele obtener de una reacción química, es menor que la cantidad teórica. Esto depende de varios factores, como la pureza del reactivo, las reacciones secundarias que puedan tener lugar, etc. El rendimiento de una reacción se calcula mediante la siguiente fórmula: A continuación los más importantes tipos de reacciones químicas Cuando uno de los reactivos esté en exceso, el rendimiento deberá calcularse respecto al reactivo limitante. NOMBRE EXPLICACIÓN EJEMPLO Composición síntesis o Es aquella donde dos o más sustancias se unen para formar un solo producto 2CaO (s) + H 2 O (l) Ca(OH) 2(ac) Descomposición o análisis Ocurre cuando un átomo sustituye a otro en una molécula : 2HgO 2Hg (l) + O 2(g) (s)

4 Neutralización Desplazamiento Intercambio o doble desplazamiento Sin transferencia de electrones Con transferencia de electrones (REDOX) En ella un ácido reacciona con una base para formar una sal y desprender agua. Un átomo sustituye a otro en una molécula Se realiza por intercambio de átomos entre las sustancias que se relacionan Se presenta solamente una redistribución de los elementos para formar otros sustancias. No hay intercambio de electrones. Hay cambio en el número de oxidación de algunos átomos en los reactivos con respecto a los productos. H 2 SO 4 (ac) + 2NaOH + (ac) Na 2 SO 4(ac) 2H 2 O (l) CuSO4+ Fe FeSO4 + Cu K 2 S + MgSO 4 K 2 SO 4 + MgS Reacciones de doble desplazamiento Reacciones de síntesis, descomposición, desplazamiento

5 Reacción endotérmica Es aquella que necesita el suministro de calor para llevarse a cabo. 2NaH 2Na(s) + H 2 (g) Reacción exotérmica Es aquella que desprende calor cuando se produce. 2C ( + H grafito) 2 (g) (g) C 2 H 2 ΔH=54.85 kcal BALANCEO DE ECUACIONES Balancear una ecuación es realmente un procedimiento de ensayo y error, que se fundamenta en la búsqueda de diferentes coeficientes numéricos que hagan que el numero de cada tipo de átomos presentes en la reacción química sea el mismo tanto en reactantes como en productos Hay varios métodos para equilibrar ecuaciones: 1. MÉTODO DEL TANTEO O INSPECCIÓN Este método es utilizado para ecuaciones sencillas y consiste en colocar coeficientes a la izquierda de cada sustancia, hasta tener igual número de átomos tanto en reactantes como en productos. EJEMPLO: N 2 + H 2 NH 3 En esta ecuación hay dos átomos de nitrógeno en los reactantes, por tanto se debe colocar coeficiente 2 al NH 3, para que en los productos quede el mismo número de átomos de dicho elemento. N 2 + H 2 2NH 3 Al colocar este coeficiente tenemos en el producto seis átomos de hidrógeno; para balancearlos hay que colocar un coeficiente 3 al H 2 reactante:

6 N 2 + H 2 2NH 3 La ecuación ha quedado equilibrada. El número de átomos de cada elemento es el mismo en reactivos y productos. 2. MÉTODO DE OXIDO REDUCCIÓN Para utilizar éste método es necesario tener en cuenta que sustancia gana electrones y cual los pierde, además se requiere manejar los términos que aparecen en la siguiente tabla: BALANCEO DE ECUACIONES CAMBIO EN ELECTRONES CAMBIO DE NÚMERO DE OXIDACIÓN Oxidación Perdida Aumento Reducción Ganancia Disminución Agente oxidante ( sustancia que se reduce) Agente reductor ( sustancia que se oxida) Gana Pierde Disminuye Aumenta Como los procesos de oxido-reducción son de intercambio de electrones, las ecuaciones químicas estarán igualadas cuando el número de electrones cedidos por el agente oxidante sea igual al recibido por el agente reductor. El número de electrones intercambiados se calcula fácilmente, teniendo en cuenta la variación de los números de oxidación de los elementos. El mecanismo de igualación por el método de oxido-reducción es el siguiente: (a) Se escribe la ecuación del proceso. Se determina qué compuesto es el oxidante y el reductor, y qué átomos de estos compuestos son los que varían en

7 su número de oxidación. Mn +4 O H +1 Cl -1 Mn +2 Cl Cl H 2 +1 O - 2 (b) Se calcula el número de oxidación de cada uno de estos átomos, tanto en su forma oxidada como reducida y se procede a escribir ecuaciones iónicas parciales. Mn +4+ 2e- Mn +2 2Cl e- Cl 2 (c) Se establecen los coeficientes mínimos del oxidante y del reductor, de tal forma que el número total de electrones ganados y perdidos sea el mismo; para ello multiplicamos en las ecuaciones iónicas el número de electrones por los factores adecuados. (d) Se asignan como coeficientes de las sustancias afectadas en la ecuación, los factores que se utilizaron para que el número de electrones sea igual. MnO 2 + 2HCl MnCl 2 + Cl 2 + H 2 O (c) Por último el balanceo se determina por el método de inspección o ensayo y error. EJEMPLO: MnO 2 + 4HCl MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O - Balancear la ecuación de oxidación-reducción siguiente por el método de la variación del numero de oxidación (1) El N sufre una variación en el estado de oxidación de +5 en el NO 3 a +2 en el NO. El S sufre un cambio en el número de oxidación de -2 en H 2 S a 0 en S.

8 (2) El esquema de igualación de electrones es como sigue: N e - N +2 ( cambio de - (2a) 3) S -2 S 0 + 2e - ( cambio de (2b) +2) (3) Para que el número de electrones ganados sea igual al de los perdidos, se multiplica la ecuación (2a) por 2, y la ecuación (2b) por3 2N e - 6N +2 (3a) 3S -2 3S 0 + 6e - (3b) (4) Por tanto, el coeficiente del HNO 3 y del NO es 2, y el del H 2 S y S es 3. En forma parcial, la ecuación esquemática es la siguiente; 2HNO 3 + 3H 2 S 2NO + 3S (4a) (5) Ajuste de H y O. Los átomos de H de la izquierda en la ecuación (4a) ( 2 de HNO 3 y 6 del H 2 S) deberán formar 4H 2 O en la derecha de la ecuación. la ecuación final será: 2HNO 3 + 3H 2 S 2NO + 3S + 4H 2 O (4a) ION ELECTRÓN Los pasos de este método son los siguientes: a) Escribir una ecuación esquemática que incluya aquellos reactivos y productos que contengan elementos que sufren una variación en su estado de oxidación. b) Escribir una ecuación esquemática parcial para el agente oxidante y otra ecuación esquemática parcial para el agente reductor.

9 c) Igualar cada ecuación parcial en cuánto al número de átomos de cada elemento. En soluciones ácidas o neutras. Puede añadirse H 2 O y H + para conseguir el balanceo de los átomos de oxígeno e hidrógeno. Por cada átomo de oxígeno en exceso en un miembro de la ecuación, se asegura su igualación agregando un H 2 O en el miembro. Luego se emplean H + para igualar los hidrógenos. Si la solución es alcalina, puede utilizarse el OH -. Por cada oxigeno en exceso en un miembro de una ecuación se asegura su igualación añadiendo un H 2 O en el mismo miembro y 2OH - en el otro miembro. d) Igualar cada ecuación parcial en cuanto al número de cargas añadiendo electrones en el primero o segundo miembro de la ecuación. e) Multiplicar cada ecuación parcial por los mismos coeficientes para igualar la perdida y ganancia de electrones. f) Sumar las dos ecuaciones parciales que resultan de estas multiplicaciones. en la ecuación resultante, anular todos los términos comunes de ambos miembros. Todos los electrones deben anularse. g) Simplificar los coeficientes. EJEMPLO: Balancear la siguiente ecuación iónica por el método del ion-electrón : Cr 2 O Fe +2 Cr +3 + Fe +3 (1) Las ecuaciones esquemáticas parciales son: - ( para el Cr 2 O 7 2 Cr +3 agente (1a) oxidante) ( para el Fe +2 Fe +3 agente (1b) reductor) (2) Se efectúa el balanceo de átomos. La semirreacción (1a) exige 7H 2 O en la derecha para igualar los átomos de oxígeno; a continuación 14H + a la izquierda para igualar los H +. La (1b) está balanceada en sus átomos: Cr 2 O H + 2Cr H 2 O (2a) Fe +2 Fe +3 (2b)

10 (3) Se efectúa el balanceo de cargas. En la ecuación (2a) la carga neta en el lado izquierdo es + 12 y en el lado derecho es + 6; por tanto deben añadirse 6e - en el lado izquierdo. En la ecuación (2b) se suma 1e - en el lado derecho para igualar la carga de +2 en el lado izquierdo: Cr 2 O H + + 6e - 2Cr H 2 O (3a) Fe +2 Fe +3 e - (3b) (4) Se igualan los electrones ganados y perdidos. Basta con multiplicar la ecuación (3b) por 6: Cr 2 O H + + 6e - 2Cr H 2 O (4a) 6Fe +2 6Fe +3 6e - (4b) (5) Se suman las semireacciones (4a) y (4b) y se realiza la simplificación de los electrones: Cr 2 O H + + 6Fe +2 2Cr H 2 O + 6Fe +3

11 Materiales: 1 balanza 1 soporte universal 1 mechero de alcohol 1 tapón con un tubo de salida 1 tubo de ensayo y 1 gradilla

12 1 gradilla 1 pipeta 1 vaso de precipitado Agua potable 0.5 gr. de Zinc 10 gotas de I2 2 a 3 gr. de NaHCO3

13 5 gr. de Magnésio ( Mg ) 2 ml. Acido muriático ( HCl ) 1 pedazo de cobre (Cu) 2 ml de Acido Nítrico ( HNO3 ) fósforos

14 MATERIALES: 1 fiola o matriz volumétrica 3% de água com sal (NaCl)

15 DATOS EXPERIMENTALES REACCION DE ADICIÓN Zn+ I 2 ZnI 2 Se utilizaron 0.5g de Zn en reacción con 10gotas de I2 REACCION DE DESCOMPOSICIÓN 2 NaHCO3 CO2 + Na2CO3 + H2O Se utilizaron de 2 a 3 gramos de NaHCO 3. REACCION DE DESCOMPOSICIÓN SIMPLE Mg + 2HCl MgCl + H Se emplearon 0.5g de Mg y 2 ml de HCl 2 2 REACCIÓN OXIDO REDUCCIÓN ( NO ) + NO H O Cu + HNO3 Cu HNO Se emplearon 0.5g de Cu y 2ml de 3 2

16 PROCEDIMIENTO Con la ayuda de una pipeta se colocaron en cuatro tubos de ensayo 100 cm3 (100 ml) de agua. A 0.5 M se peso 0.1 g de sal común (NaCl) con ayuda de la balanza, esta cantidad de dicha sustancia se introdujo en uno de los tubos de ensayo y se agitó hasta que se formo una mezcla homogénea semitransparente. Se tomo también el peso de 0.1 g de azúcar en la balanza y luego se introdujo en otro de los 4 tubos de ensayo el cual se agito hasta que se diluyo totalmente la sustancia introducida la solución tomo un color un poco más transparente que la del agua y la sal. Con ayuda de una espátula raspamos un pedazo de carbón entero para obtener carbón en polvo, luego se peso 0.1 g de este y se introdujo en el tercer tubo de ensayo, seguidamente se agito hasta obtener una mezcla homogénea de color negro. A continuación pesamos 0.1 g de almidón y lo agregamos al tubo sobrante al cual también lo agitamos hasta obtener una mezcla homogénea de color blancuzco. Para finalizar tomamos el tercer tubo con carbón en polvo y agua y se puso a calentar con ayuda del mechero. Al pasar un momento comenzamos a ver como el Carbón se precipitaba, después filtramos esto y pudimos ver que el agua quedo separada de la solución. Pesamos un vidrio de reloj y en el introducimos 5 ml de solución de NaCl luego pesamos el vidrio del reloj con la solución. Más tarde evaporamos el solvente colocando el vidrio de reloj con la solución sobre un beaker con agua que se encontraba en ebullición. Cuando se evaporo todo el solvente retiramos el vidrio del reloj tomamos su peso y vimos que en él había quedado El NaCl que contenía la solución. Soluciones Mezcla físicamente homogénea de 2 o más componentes entre los cuales existe un grado de solubilidad.

17 RESULTADOS REACCIONES QUIMICAS.- 1. REACCIÓN DE ADICION: Zn(s) + I2(sol. de alcohol) ZnI2 Al hacer reaccionar 0.5g Zinc con 10 gotas de Iodo, esta nos da como resultado ZnI2 (Ioduro de zinc). El zinc está en estado sólido y es de color plateado lustroso. El Iodo esta en solución de alcohol. Es una reacción endotérmica. 2. REACCIÓN DE DESCOMPOSICIÓN: NaHCO3 CO2 + NaCO3 + H2O Al someter al calor 3g. de Bicarbonato de Sodio (NaHCO3) este se descompone en Dióxido de Carbono (CO2), Carbonato de Sodio (NaCO3) y Agua (H2O). Es una reacción rápida. Es una reacción endotérmica. La solución presenta una coloración blanca.

18 3. REACCIÓN DE DESPLAZAMIENTO SIMPLE : Mg + HCl MgCl2 + H2 + calor Al colocar una cinta de 0.5g de Magnesio con 2mL de HCl se desprende el hidrógeno (H2) en forma de gas del Cloruro de Magnesio. Es una reacción rápida y violenta, con presencia de burbujeo. Es una reacción exotérmica. La solución presenta color amarillo. 4. REACCIÓN OXIDO REDUCCIÓN : Cu + HNO3 Cu + NO2 + H2O Al hacer reaccionar el Cobre (Cu) con el Acido Nítrico es da como resultado al Nitrito de Cobre / Cu(NO)2/ y Agua (H2O). Es una reacción lenta. El cobre se presenta en forma sólida.

19 SOLUCIONES.- I. Se ha comprobado en una fiola 100mL de volumen de la solución Cloruro de Sodio (NaCl). II. A esta misma solución (NaCl) a 0.5M con un volumen de 100mL se tomó las siguientes operaciones para hallar su masa. W soluto M = Nº moles del soluto = PM soluto V(L) V(L) W soluto = M* PM*V(L) W soluto = 0.5*58.5*0.1 W soluto = g

20 CONCLUSIONES Por medio de los experimentos realizados aprendimos los diferentes tipos de soluciones y los procedimientos para reconocerlos. Estudiamos con detenimiento la estructura y comportamiento de algunas soluciones químicas. Aprendimos el adecuado balanceo de las reacciones químicas. Aprendimos también de manera clara y ordenada la definición de reacción, tanto teórica como experimentalmente. Las Soluciones son de suma importancia ya que se forman y las formamos a diario en nuestra vida y son la base de la realización de algunas de nuestras actividades como por ejemplo la alimentación. todas las soluciones tienen diversas características o propiedades. RECOMENDACIONES Clasifique las soluciones según la relación entre soluto y solvente. cuando se realiza experiencias en laboratorio tener cuidado con los instrumentos. Se le recomienda al estudiante tener en cuenta los coeficientes de las reacciones químicas para el adecuado balanceo. Analizar de manera detallada el método por el cual se va a realizar el balanceo de la reacción química. BIBLIOGRAFIA. (Enciclopedia Libre) Manual Del Ingeniero Químico Jhon Perry,tomo I,Editorial UTEHA Manual Del Ingeniero Químico Jhon Perry,tomo II,Editorial UTEHA

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