Práctica de laboratorio 2 - Obtención de sustancias gaseosas ( I )

Introducción:

Hemos realizado este trabajo con el fin de utilizar de manera práctica los conocimientos teóricos de formulación inorgánica, de introducir las reacciones químicas (concepto, reactivos, productos y ajustes de dichas reacciones químicas), de trabajar el concepto de disolución y de desarrollar las habilidades básicas en el laboratorio, como el uso del material, el tratamiento adecuado de los reactivos y las normas de seguridad.

Imágenes:

Zinc:





Ácido clorhídrico:




Gas hidrógeno:





Cobre:



Ácido nítrico:



Monóxido y dióxido de nitrógeno:




Agua:



Cloruro amónico:



Cloruro de sodio:




Amoniaco:





Resumen:

En esta práctica hemos trabajado las reacciones químicas, que son procesos en los que se modifican sustancias (reactivos) para convertirse en sustancias diferentes (productos). La primera reacción que hemos realizado tenía como objetivo la obtención de gas hidrógeno, mediante la mezcla de zinc y ácido clorhídrico, los productos obtenidos han sido cloruro de zinc y gas hidrógeno. La siguientes sustancias que hemos hecho reaccionar han sido el cobre y el ácido nítrico con el fin de obtener dióxido de nitrógeno, los productos resultantes han sido nitrato cúprico, monóxido de nitrógeno y agua. En la tercera reacción las sustancias mezcladas han sido el cloruro amónico y la sosa con la intención de obtener amoniaco, los productos obtenidos han sido cloruro de sodio, amoniaco y agua. Hemos observado si las reacciones químicas eran exotérmicas (desprenden energía) o endotérmicas (absorben energía). Como ya sabemos, una vez escrita una reacción química debemos ajustarla, ésto se realiza para que dicha reacción conserve el mismo número de partículas en los reactivos que en los productos. En esta práctica también hemos trabajado las disoluciones, que son una mezcla homogénea entre dos sustancias, una en menor cantidad (soluto) y otra en mayor cantidad (disolvente).

Trabajo experimental:

Primera reacción (obtención de gas hidrógeno):

• En esta reacción hemos colocado en un tubo de ensayo una pequeña cantidad de ácido clorhídrico y le hemos añadido zinc.
• Hemos utilizado un globo para tapar el tubo de ensayo y recoger el gas que se ha producido.

• Cuando ha finalizado la reacción, hemos atado y soltado el globo y hemos anotado lo que ha ocurrido mientras se producía la reacción y una vez finalizada.

Segunda reacción (obtención de dióxido de nitrógeno):

• Primero, hemos colocado una pequeña cantidad de de ácido nítrico en un tubo de ensayo y le hemos añadido cobre.
• Después, hemos anotado todo lo ocurrido mientras las sustancias reaccionaban.
• Una vez finalizada la reacción, hemos cogido una gota del tubo de ensayo con una varilla de cristal y hemos utilizado un papel indicador para medir el pH.
• Hemos vertido el contenido del tubo de ensayo en un vaso de precipitados y le hemos añadido agua hasta que el pH ha sido neutro.
• Por último, hemos depositado el contenido del vaso de precipitados en un recipiente de residuos.

Tercera reacción (obtención de amoniaco):

• En esta reacción hemos colocado una perla de sosa en un tubo de ensayo, le hemos añadido agua (disolución de sosa) y hemos anotado lo ocurrido.
  
• Después hemos añadido a la disolución una pequeña cantidad de cloruro amónico.
• Por último hemos calentado ligeramente la reacción y hemos tomado nota de lo ocurrido.

Resultados y conclusiones obtenidas:

Primera reacción:

• Esta reacción tiene como objetivo la obtención de gas hidrógeno.
• Los reactivos de esta reacción son el zinc y el ácido clorhídrico y los productos son el cloruro de zinc y el gas hidrógeno.
  
• Hemos podido comprobar que el ácido clorhídrico huele muy mal y que al mezclarlo con el zinc el líquido humea y burbujea hasta que el zinc se consume casi por completo y adquiere un color blanquecino. También hemos podido comprobar que la base del tubo de ensayo se calienta.
  
• Se puede observar que se trata de una reacción exotérmica, debido a que el hidrógeno se genera dentro del ácido clorhídrico y a que la reacción desprende energía, ya que se calienta y al calentarse desprende calor.
• Una vez que el globo se ha llenado del gas producido en la reacción, éste debería subir (en nuestro caso no lo ha hecho porque no tenía la suficiente cantidad de hidrógeno)
• También hemos podido observar lo que ocurre si acercas una cerilla al globo: éste explotará provocando una llamarada, por lo que no es recomendable que se haga sin cuidado, cuando la cantidad de hidrógeno en el globo es elevada o cuando no se tome niguna medida de seguridad.

Segunda reacción:

• Esta reacción tiene como objetivo la obtención de dióxido de nitrógeno.
• Los reactivos de esta reacción son el cobre y el acido nítrico y los productos son el nitrato cúprico, el monóxido de nitrógeno y el agua.
• La obtención de dióxido de nitrógeno se debe a que el monóxido de nitrógeno se oxida rápidamente dando lugar al dióxido de nitrógeno.
  
• Al mezclar las sustancias hemos podido comprobar que, al igual que la primera reacción, ésta también desprendía un fuerte mal olor y gas, sin embargo, en esta ocasión el gas es amarillo y cae hacia abajo en lugar de ir hacia arriba (como en la anterior), por lo que deducimos que es más denso. También hemos podido comprobar que la reacción burbujea y se vuelve de color verde.
• Se puede observar que se trata de un reacción exotérmica ya que el tubo de ensayo se calienta, por lo que desprende energía.
• Hemos comprobado que la reacción tiene un nivel de acidez muy elevado, ya que el papel indiador del pH se ha teñido de un intenso color rojo.
• Al añadir agua en el vaso de precipitados que contenía la reacción química, ésta se ha teñido de azul, pero aún así el líquido seguía siendo muy ácido, por lo que hemos tenido que añadirle agua gradualmente hasta que adquiriese un pH neutro y poder tirarlo en un recipiente de residuos.

Tercera reacción:

• El objetivo de esta reacción es la obtención de amoniaco.
• Los reactivos son el cloruro amónico (sal binaria que se forma al unirse iónicamente el catión amonio y el anión cloro) y la sosa (hidróxido sódico) y los productos son el cloruro de sodio, el amoniaco y el agua.
• La sosa disuelta en agua o neutralizada con un ácido es muy peligrosa, ya que libera una gran cantidad de calor que puede ser suficiente como para encender materiales combustibles. También es muy corrosiva. Por ello, generalmente se utiliza en forma sólida o como una solución al 50%.
• Hemos añadido agua a la perla de sosa (disolución de sosa) y hemos podido comprobar como la base del tubo de ensayo se calienta levemente.
• Después hemos añadido el cloruro amónico y hemos comprobado como, esta vez, el tubo de ensayo se calentaba notablemente.
  
• Esta reacción también ha burbujeado y humeado, pero el olor desprendido ha sido menos fuerte e incluso reconocible: huele a amoniaco.
• Se puede observar que se trata de una reacción exotérmica, ya que desprende gran cantidad de energía (calor).

Cuestiones:

1.Zn + HCl(ac) --> ZnCl2 + H2 ----> Zn + 2HCl(ac)--> ZnCl2 + H2
Cu + HNO3(ac) --> Cu(NO3)2 + NO + H2O ----> 3Cu + 8HNO3(ac) --> 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
NH4Cl + NaOH --> NaCl + NH3 + H2O (ya está ajustada).

2. Los reactivos están señalados en azul y lo productos en rojo.

3. La disolución que hemos realizado ha sido de sosa en agua. En ella el agua es el disolvente (componente en mayor cantidad) y la sosa es el soluto (componente en menor cantidad). La sosa tarda mucho en disolverse (creemos que se debe a que, al estar en estado sólido es muy densa) y la disolución desprende gran cantidad de calor.

4. Las tres reacciones químicas que hemos realizadon se tratan de reacciones exotérmicas, ya que se producen dentro del ácido y liberan unagran cantidad de calor.

5 y 6. Gas hidrógeno: El hidrógeno es el elemento químico más ligero y más abundante, está representado por el símbolo H y su número atómico es 1. En condiciones normales es un gas diatómico (H2), incoloro, insípido, inodoro, no metálico y altamente inflamable. El uso más importante del hidrógeno es la síntesis de amoníaco. También se utiliza en el proceso de refinación del petróleo, como el tratamiento con hidrógeno para eliminar el azufrey en la obtención de grasas sólidas. El hidrógeno se está estudiando como alternativa a la utilización de combustibles fósiles.

Dióxido de nitrógeno: El dióxido de nitrógeno (NO2) es sumamente oxidante, soluble en agua, de color café-rojizo y olor suave. Está constituido por un átomo de nitrógeno y dos átomos de oxígeno en su estructura molecular.La formación de NO2 resulta de la oxidación del NO, generada por la combinación directa de nitrógeno y oxígeno. Es muy contaminante y perjudicial para la salud. Se utliza para hacer ácido nítrico, cuyos derivados se utilizan para crear fertilizantes químicos, explosivos y otras sustancias de gran utilidad. Amoniaco (NH3): Compuesto químico cuya molécula consiste en un átomo de nitrógeno (N) y tres átomos de hidrógeno (H). Es un gas incoloro, de olor muy penetrante. Se produce por la descomposición de la materia orgánica y también se fabrica industrialmente, aunque generalmente se vende en forma líquida. Se evapora rápidamente y se disuelve fácilmente en agua. La mayor parte del amoníaco que se produce en las plantas químicas es usado como abono o para fabricar abonos. El resto se usa en plásticos, explosivos, textiles, producción de pulpa y papel, alimentos y bebidas, productos de limpieza domésticos, refrigerantes, sales aromáticas, etc.

7. El pH es el indicador de acidez de un compuesto, si es ácido el papel indicador se teñirá de rojo,
si es básico se teñira de azul. Para reducir con agua la acidez del compuesto y de esta manera hacer que fuera menos ácido y menos peligroso a la hora de vertirlo en el recipiente de residuos.

8. Sí, porque al ser cantidades muy pequeñas no resultan demasiado contaminantes.

9. Porque para que la disolución de sosa en agua reaccionara se necesitaba algo de calor.