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Universidad de Costa Rica

Manual de LaboratorioQuímica General IntensivaQU-115

M.Ev. Patricia Guzmán L.M.Sc. Bryan Fernández (colaborador)B.Q. Julio Otárola (colaborador)B.Q. Laura Calderón R. (colaboradora)

Revisión II-2014

M.Sc. Rolando Procúpez (revisor)


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Manual de Laboratorio Química General Intensiva

Autora: M.Ev. Patricia Guzmán L. et. al. Revisión: M.Sc. Rolando Procúpez S.

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ÍNDICEIntroducción……………………………………………………………………….……………….....3

Reglas de seguridad para el trabajo de laboratorio……………………….………………….3

Normas para el trabajo de laboratorio…………………………………….………………....4

Normas para descartar los residuos……………………………………….…........................5

Experimento 1: Operaciones Fundamentales en el Laboratorio…………………………………..…6

Experimento 2: El Quemador Bunsen y su llama………………………………………………..…13

Experimento 3: Estudio de propiedades de la materia…..………………………………………….18

Experimento 4: Disoluciones que conducen la Electricidad..……………………………………....21

Experimento 5: Estudio de la densidad (Virtual)…………………………………………………...25

Experimento 6: Ley de las Proporciones Definidas…….…………………………………………..28

Experimento 7: Geometría Molecular (Virtual)……….…………………………………………....31

Experimento 8: Hidrógeno…...………………………………………………….………………….36

Experimento 9: Amoníaco…..………………………………………………….………..................39

Experimento 10: Solubilidad.....………………………………………………….………………...44

Experimento 11: Velocidad de disolución………….……………….…………….………………..48

Experimento 12: Propiedades de las dispersiones en agua.………………….……….....................51

Experimento 13: Factores que afectan el equilibrio químico.……….……….……….....................55

Experimento 14: Disoluciones Amortiguadoras.……………………..……….………....................58

Experimento 15: Electroquímica..…………………………………….……….………....................64


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INTRODUCCIÓN

En un laboratorio químico es absolutamente necesario establecer ciertasnormas de conducta de cuyo cumplimiento dependen el orden en el trabajo, lacomodidad y la seguridad de todos los que en él trabajan.

A continuación se ofrecen reglas generales de laboratorio que debencumplirse cuidadosamente para que el trabajo experimental resulteconveniente individual y colectivamente.

REGLAS DE SEGURIDAD PARA EL TRABAJO DELABORATORIO

1) Usar siempre lentes de seguridad.

2) Usar gabacha larga con manga larga, preferiblemente de algodón.

3)

No usar faldas, pantalones cortos (shorts) o zapatos abiertos. Laspersonas de cabello largo deberán sujetarlos mientras permanecen en ellaboratorio.

4) No fumar, comer o beber en el laboratorio. Lavarse bien las manos alsalir del lugar.

5) Al ser designado para trabajar en un determinado laboratorio, es muyimportante conocer la localización de los accesorios de seguridad.

6) Antes de usar reactivos no conocidos, consultarla bibliografía adecuada einformarse sobre como manipularlos y descartarlos.

7)

No devolver los reactivos a los frascos originales, aunque no hayan sidousados. Evitar circular con ellos por el laboratorio.

8) No usar ningún instrumento para el cual usted no ha sido entrenado oautorizado a utilizar.

9) Verificar el voltaje de trabajo del instrumento antes de conectarlo.Cuando los instrumentos no estén siendo usados deben permanecerdesconectados.

10) Usar siempre guantes de asbesto, para el aislamiento térmico, almanipular material caliente.

11)

Nunca pipetear líquidos con la boca. En este caso usar peras de plástico otrompas de vacío.

12) Manejar cuidadosamente con prensas u otros utensilios, los objetoscalientes y colocarlos siempre sobre una lámina de asbestos.


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NORMAS PARA EL TRABAJO DE LABORATORIO

1) Mantener siempre limpias las mesas y aparatos de laboratorios

2) No colocar sobre las mesas de trabajo las prendas personales y libros,excepto el cuaderno de laboratorio.

3)

Colocar en la mesa de trabajo solo aquellos utensilios que seanindispensables para la realización de la práctica.

4) Inmediatamente después de utilizar retornar a su lugar los frascos dereactivos.

5) No tomar los reactivos de otras mesas, usar los asignados a su mesa detrabajo.

6) Manejar con cuidado los reactivos químicos especialmente los que son aúnmás peligrosos.

7) Al calentar una sustancia en un tubo de ensayo, no dirija la bocadel tubo hacia sus compañeros o hacia usted mismo.

8) Cuando trabaje con sustancias inflamables, asegurarse antes de que no hayllamas en su proximidad.

9) Tomar muchas precauciones cuando necesite detectar el olor deuna sustancia. Ventile suavemente hacia su nariz (moviendo lamano sobre la boca del recipiente) los vapores de la sustancia y noaproxime su nariz directamente.

10) No probar nunca una disolución o sustancia a menos que tenga permiso delprofesor.

11)

Verter siempre los ácidos concentrados (especialmente el ácido sulfúrico)sobre el agua con sumo cuidado. No realice jamás la operación inversa (o seaagregarle agua al ácido) puede producir calentamiento súbito consalpicaduras de ácido.

12) En caso de heridas o quemaduras informe a su asistente. En el caso desalpicaduras con sustancias químicas lávese lentamente con agua enabundancia; enjuáguese si la sustancia entró en su boca, informeinmediatamente después a su asistente o profesor.

13) Al terminar la sesión de laboratorio asegurarse de que la mesa quede limpia

y de que las llaves del gas y del agua queden perfectamente cerradas.14) Los utensilios, aparatos y reactivos son muy caros; usted tiene la obligación

de cuidarlos y no desperdiciar nada. La Universidad espera la colaboraciónde todos sus estudiantes.

15) La última persona a salir del laboratorio, debe dejar todo apagado ydesenchufado.


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NORMAS PARA DESCARTAR LOS RESIDUOS

1) Los residuos acuosos ácidos o básicos deben ser neutralizados antes de serdescartados, y solo después de esto podrán ser descartados.

2) Los metales pesados, metales alcalinos y de otros residuos, se descartan en

los recipientes designados para ello.3) Los residuos sólidos en el basurero.

4) Los papeles o material absorbente impregnado en disoluciones acuosas odisolventes orgánicos deben ir al basurero.

5) Las sustancias orgánicas como disolventes u otros en diatomita.

6) Nunca mezcle residuos en beakers u otra cristalería previo a su desecho,esto puede llevar a reacciones peligrosas no contempladas y además generauna contaminación peor.

7) Si el recipiente ámbar de la pila de lavado que se utiliza muchas veces paradesecho, se halla lleno notifique inmediatamente a su asistente, profesor(a)de laboratorio o asistente de ventanilla, y solicite que sea vaciadoadecuadamente.}

8) Está terminantemente prohibido usar los ductos de desagote (canoa) de lasmesas de trabajo para desechar sustancias y yo lavar, o llenar con aguacristalería. A menos que el profesor(a) del curso le autorice.

9) El material de vidrio quebrado debe ser recogido con escoba y pala, nuncacon las manos para evitar cortaduras. Si hay vidrio quebrado en la mesa,debe ser barrido con una escoba pequeña en la pala. El vidrio quebrado va

en el recipiente de desechos designado para ello.10) En caso de duda consulte a su asistente, profesor(a) de laboratorio oasistente de ventanilla.


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EXPERIMENTO 1: OPERACIONES FUNDAMENTALES EN ELLABORATORIO

(Individual)

Materiales y equipoSal (NaCl), agua destilada, arena.

Balanza, espátula acanalada, papel de filtro, embudo, bureta, pipeta, probeta,beaker, mechero Bunsen, cuadro de cedazo con asbestos, soporte, prensauniversal, agitador de vidrio.

Mechero bunsen Erlenmeyer Cápsula de porcelana

Embudo de espiga Papel de filtro Vidrio de reloj

Objetivos

Aprender a utilizar correctamente un mechero y una balanza granataria. Aprender a leer volúmenes con el equipo volumétrico básico.

Observar el proceso de destilación simple.


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Por otro lado, se hará una evaluación comparativa de la sensibilidad quetienen el beaker, la probeta y la bureta (ver figura 1.3) para medir líquidos. Eneste experimento no se estará utilizando todo el equipo volumétrico existente,sin embargo, se espera que la experiencia pueda ser utilizada por el estudiantepara inferir comportamientos en otros equipos. En la parte experimental, se

observará que dependiendo del equipo volumétrico, la medida de volumenvariará debido a la precisión que presente cada uno de los instrumentos. Losmás precisos que se usarán en el laboratorio de química general son la probetay la bureta, siendo esta última, la más precisa en medir un volumen.

La bureta es uno de los equipos volumétricos que presenta más cuidadosal momento de usarla, es por ello que es indispensable conocer los pasos aseguir para el correcto uso que se detallan en el siguiente enlace de Internethttp://www.youtube.com/watch?v=YP6p1K3YiUA.

Figura 1.3: Equipo volumétrico típico de laboratorios químicos

Los equipos volumétricos además de medir un volumen pueden serusados para contener o verter un volumen. Los equipos para contener sonaquellos donde se puede almacenar un líquido durante un determinado tiempocomo erlenmeyer, balón aforado, entre otros. Los equipos para verter son lo quese usan para medir un volumen como bureta, probeta, entre otros.

La separación de mezclas

De estas existen dos tipos como son las homogéneas y heterogéneas.o Filtración y evaporación.

Este método se utiliza para separar mezclas heterogéneas

Beaker Probeta Bureta


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o La destilación es un procedimiento de separación de mezclashomogéneas o disoluciones, basado en los puntos de ebullición de lassustancias. Se verá en forma demostrativa la destilación simple quees una técnica para separar un líquido en una mezcla.

Destilación simpleEn un equipo como el que se muestra seguidamente (demostrativo):

Se estará efectuando una destilación demostrativa, de unadisolución conteniendo sulfato de cobre (CuSO4) en agua.

En ocasiones es muy importante e imprescindible conocer si unasustancia es ácida o básica y para ello existen una gran cantidad de equipos ysustancias, pero el más sencillo es el papel tornasol, el cual es un papelimpregnado de tornasol (sustancia encontrada en especies de líquenes). Existendos tipos de papel uno color rojo y otro color azul, el cual se utiliza para

Termómetro

Cabeza de

destilación

Balón o matraz

Salida de

refrigerante

(agua)Entrada derefrigerante

(agua)

Alargadera

Condensador

Altura del termómetro dentrode la cabeza de destilación.


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determinar sustancias básicas o alcalinas y sustancias ácidas, respectivamente(Figura 1.4).3 El papel azul cambia en medio ácido a un color rojo, y el papelrojo cambia en un medio básico a un color azul.

Figura 1.4: Uso del papel tornasol para determinar acidez o basicidad desustancias.

Procedimiento

A) Medida de la masa de una sustancia

Utilice la balanza de acuerdo a la explicación previa del asistente sobresu uso, realice las siguientes experiencias.

I. Masa de arena por diferencia: coloque un beaker de 50 mL vacío y lo pesa,luego agregue en el beaker una cantidad pequeña de arena y vuelva a pesar.La diferencia entre estas dos medidas es el peso de la arena.

Peso del beaker vacío (g)

Peso del beaker con arena (g)

Peso de la arena(g)

II. Repetibilidad de la medición: pese un objeto pequeño (puede ser unborrador, un tajador, una piedra, etc.) en la balanza. Retire el objeto de la

3 Para determinar más fácilmente el papel tornasol a usar si la disolución es ácida relacione las primeras

vocales: Acidas-Papel tornasol Azul.

Papel tornasol Rojo

Papel tornasol Azul

Sustancia Básica o Alcalina

Sustancia Ácida.


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balanza y déselo a sus compañeros de mesa para que cada uno lo pese. Repitanel procedimiento de manera que existan 2 pesadas de cada estudiante.

Estudiante Medición 1 (g) Medición 2 (g)

Resultados:

¿Es siempre necesario hacer las mediciones por diferencia? Explique.

¿Varían las masas del objeto cuando las miden personas diferentes? ¿A qué sedebe este fenómeno?

¿Qué indica la variabilidad en las masas medidas con relación a la precisión delas medidas?

¿Cuál es el valor promedio del peso del objeto?

B) Medida de líquidos

I. Lectura del menisco: coloque aproximadamente 20 mL de agua en unaprobeta de 50 mL y lea el volumen. Para esto, coloque la probeta a 3 alturasdiferentes como se muestra en la figura 1.2 y anote su lectura. Repita elprocedimiento utilizando ahora una bureta.

Posición Probeta (mL) Bureta (mL)

1

2

3

II. Medición de volúmenes: utilizando agua destilada, mida 50 mL con unabureta y, anote el dato. Traslade el líquido a una probeta y vuelva a leer elvolumen. Finalmente, traslade ese mismo líquido a un beaker de 100 mL yvuelva a leer el volumen del líquido. ¡Debe medir el mismo líquido en lostres recipientes!


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Recipiente Volumen(mL)

Bureta

Probeta

Beaker

Resultados:

¿Por qué varía la lectura del menisco al cambiar la posición del equipovolumétrico?

¿Cuál es la forma adecuada de leer un volumen en una bureta?

¿Cuál de los equipos utilizados da una lectura más exacta del volumen dellíquido?

Defina precisión y exactitud.´¿Qué tipo de mezcla (homogénea o heterogénea) es la usada en esteexperimento?

¿Por qué debe usted pesar la cápsula fría y no caliente?


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EXPERIMENTO 2: EL QUEMADOR BUNSEN Y SU LLAMA

(Individual)

Materiales y equipo

Fósforos, Quemador Bunsen, tubos de ensayos, pinzas, erlenmeyer y probeta.

Objetivos

Estudiar el quemador de Bunsen como fuente de calor en el laboratorio.

Ilustrar el fenómeno de la combustión.

Introducción

El quemador de Bunsen constituye una fuente de calor en el laboratorioy su estudio revela aspectos interesantes del proceso de combustión.

Figura 2.1: Quemador Bunsen y sus partes.

La válvula reguladora sirve para graduar la entrada del gas combustibleque puede ser metano, propano o butano (en Costa Rica se usa una mezcla depropano y butano). Los laterales regulan, según la apertura que tengan, la


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entrada de aire; el aire contiene aproximadamente 20% de oxígeno que actúacomo comburente.

Al encender el gas con un palillo de fósforo o con un encendedor, pueden

ocurrir simultáneamente las siguientes reacciones entre el gas propano y eloxígeno:

)3.......(..........432

)2..(..........8672

)1...(..........435

2283

2283

22283

O H C O H C

O H COO H C

O H COO H C

Cuando las entradas de aire permiten que entre suficiente oxígeno lareacción (1) ocurre preferentemente; la llama no es luminosa y tiene un colorgris azulado; se distinguen varias zonas.

En el caso que la entrada de aire esté restringida, no hay suficiente

oxígeno y la combustión no es completa, ocurre la reacción (3). El hidrógeno dela molécula de propano se quema todo y forma agua pero el carbono de lamolécula no se quema y como es sólido, se pone incandescente con el calorproduciendo una luminosidad amarilla.

Cuando el carbono incandescente de la llama se enfría en contacto conuna superficie fría se deposita en forma de humo negro, este producto se utilizaen la fabricación de cosméticos y betún negro. La reacción (2) ocurre cuandohay una fuente intermedia de oxígeno, resultando el carbono oxidado amonóxido de carbono solamente, CO (gas muy venenoso).

La llama de una vela de cera tiene muchas semejanzas con la delquemador de Bunsen. Una vela encendida puede servir para probar lacapacidad de observación y descripción científicas del estudiante.

¡Ponga a continuación mucha atención!

Para encender el mechero se debe:

1) Asegurarse que la entrada de aire y de gas del mechero estén totalmentecerrada.

2) Abrir la llave de paso principal de gas de la mesa de trabajo que seencuentra en la parte superior de la pila.

3) Posteriormente, abrir la llave de paso que está junto a cada mechero.

4)

Encender un fosforo o encendedor y acercarlo al cañón del mechero.5) Abrir muy lentamente la válvula reguladora de gas del mechero hastaque encienda la llama color amarilla.

6) Si se desea la llama de color azul, abrir la llave de entrada de aire.


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En el caso que se abra mucho la entrada de aire y laentrada de gas este poco abierta, el mechero se apagará. Si se daeste caso ¡cuidado, no encender nuevamente el mechero! porque puede producirse una gran llama. Se deben cerrar laválvula de entrada de gas y la llave del aire del mechero. Una

vez que se esté seguro que las llaves estén cerradas se inicia conlos pasos anteriores para encender el mechero Bunsen.

El mechero en el laboratorio puede tener muchos usos como en lacalcinación, como fuente de calor, entre otros. En el caso de la calcinación2 (Figura 2.2a) se debe utilizar un anillo de acero, triangulo de porcelana ymechero Bunsen.

En el caso de calentar agua se debe usar el cedazo de asbesto, anillo deacero o trípode y el mechero (Figura 2.2b).Tome en cuenta este últimaaplicación ya que se estará empleando con frecuencia en ellaboratorio.

Figura 2.2: Usos del mechero Bunsen.

2 Calcinación: proceso de varios ciclos de calentamiento a temperatura elevada para provocar la

descomposición térmica o un cambio de estado en su constitución físico o química.

ab


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Procedimiento

A) El Quemador de Bunsen

Conecte el quemador de Bunsen con la llave del gas por medio de unamanguera de hule. Cierre la entrada de aire del quemador. Encienda un fósforoo encendedor, aproxímelo a la salida del cañón e inmediatamente abra laválvula de entrada de gas lentamente. Observe la llama luminosa.

Con la ayuda de una pinza para crisol sostenga sobre la salida del cañón,por unos segundos, una cápsula de porcelana fría. Examine el depósito negroque se forma en la cápsula.

Abra poco a poco la entrada de aire del quemador. Observe el cambio decolor de la llama. Observe las zonas características de la misma.

Coloque un palillo de fósforo acostado sobre la boca del tubo dequemador. Observe como se quema.

Posteriormente, sostenga una esquina de cedazo (no cubierta por elasbesto) sobre la llama; baje el cedazo hasta tocar la llama y trate de que lallama pase por el cedazo.

Resultados

¿Por qué es luminosa la llama cuando las entradas de aire estáncerradas?

¿Qué le sucedió a la cápsula fría de porcelana? Explique por qué.

Explique por qué cambia la luminosidad al abrir las entradas de aire.

¿En qué forma se quema el palillo de fósforo que se coloca acostado sobreel cañón del quemador? Explique.

¿Por qué la llama tiene forma cónica?

¿Qué sucede cuando se coloca el cedazo entre la llama?

B) Calentado tubos de ensayo

Llene con agua una tercera parte de un tubo de ensayo de 100 x 10 mm,sosteniendo el tubo con una pinza para tubos por su parte superior, caliente eltubo con la llama azul del mechero. Asegúrese de que no está apuntando haciasu persona o a otro compañero. Tenga cuidado de que la llama no toque lapinza (el metal se calienta muy rápidamente y pude quemar su mano).

El calentamiento debe ser suave retirando el tubo de la llama yvolviéndolo a poner de modo que nunca se llegue a una ebullición violenta.Repita varias veces para asegurarse de que le ha tomado confianza a la técnica.


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Cuestionario

1) ¿Qué gas se usa en el laboratorio?

2) Ni el propano, ni el butano tienen olor, ¿por qué huele el gas de laboratorio?

3) ¿De qué color está pintada en el laboratorio la tubería que conduce el gas?

4) ¿Qué reacción ocurre cuando la llama es luminosa?

5) ¿Qué reacción ocurre cuando la combustión es más completa?

6) ¿Qué es lo que sucede cuando un quemador se cala?

7) ¿Qué es a) combustión, b) combustible y, c) comburente?

8) ¿Cómo es que la corriente eléctrica genera energía calórica en un calentadoreléctrico, por ejemplo en el disco de la cocina?

9) ¿Cómo se puede hervir agua más rápidamente, con un quemador de Bunsen ocon un calentador eléctrico? ¿por qué?

Nota:

Es importante que conteste el cuestionario anterior porque sirvende base para hacer los exámenes cortos de laboratorio

Bibliografía

1. Chaverri, G. Química General. Manual de Laboratorio. 2da ed., EditorialUniversidad de Costa Rica, San José, Costa Rica, 1983, pp. 13-15


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EXPERIMENTO 3: ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES DE LAMATERIA

(Parejas)

Materiales y equipoLana de hierro (Fe), carbón vegetal pulverizado (C), nitrato de potasio sólido(KNO3) y disolución de ácido clorhídrico (HCl) 3 mol/L; Imán, tubos de ensayo,probeta, vidrio de reloj, papel de filtro y embudo

Objetivos

Estudiar algunas propiedades específicas de los elementos y loscompuestos.

Comprobar que estas propiedades se conservan cuando los elementos olos compuestos se mezclan con otros.

Hacer la separación de una mezcla con base en las propiedades físicas desus componentes.

Utilizar los métodos de filtración y evaporación para separar mezclas.

Introducción

Los elementos y los compuestos tienen propiedades físicas tales comocolor, olor, solubilidad en agua o en otros disolventes, el efecto del imán ydensidad, que son características de cada uno. Es posible determinar en formasencilla estas propiedades físicas y a su vez utilizarlas en la identificación de

las sustancias. El olor, el color y el efecto del imán se observan fácilmente. Lasolubilidad y la densidad pueden determinarse cualitativamente observandopor ejemplo si una sustancia se disuelve o no en agua, si flota o se precipita.

Mediante procedimientos menos sencillos se puede determinarexactamente cuánto se disuelve una sustancia en un volumen dado dedisolvente y determinar también el valor numérico de la densidad; estas dosdeterminaciones corresponderían a procesos cuantitativos.

Los componentes de una mezcla, en general conservan sus propiedadesfísicas, algunas de ellas como la solubilidad pueden servir para separar esoscomponentes.

Por ejemplo, al calentar a muy alta temperatura el hierro o el azufre porseparado, no se produce cambio químico, es decir, no reacciona ninguno de losdos con el oxígeno o con el nitrógeno del aire que es el medio en que seencuentran; tampoco reaccionan con el vidrio del tubo de ensayo o con laporcelana del crisol en que se calientan. Pero si se calientan juntos entonces


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reacciona uno con el otro formando un compuesto. Este fenómeno constituye unejemplo de propiedades químicas que se observan durante un cambio químico.

Procedimiento

A)

Propiedades del hierroExamine un poco la lana de hierro; note su color y olor. Observe el efecto

del imán sobre el hierro. Haga una bolita pequeña de lana de hierro, y añádalaa 5 ml de agua en un tubo de ensayo. Note si es más pesado o liviano que elagua. Agite el tubo y observe si el hierro se disuelve en agua.

Decante3 el líquido del tubo de ensayo y posteriormente agregue a estemismo 5 ml de disolución acuosa de ácido clorhídrico 3 mol/L, caliente pero nohierva, note si ocurre alguna reacción y escriba la ecuación en el cuadro 3-1.Nombre las sustancias formadas en la reacción, describa el olor del gas que sedesprende; si el H2 es inodoro ¿Cómo explica el olor obtenido (si lo hubo)?4

Resultados

Copie el cuadro 3.1 en su libreta de laboratorio y anote ahí los resultados de laspropiedades químicas y físicas obtenidas para el hierro.

¿Cómo podría usted asegurarse de que el hierro no se disolvió todo en agua?

B)

Propiedades del carbón

Repita paso a paso el procedimiento seguido en la parte A) pero utilizandocarbono (carbón vegetal) en lugar de lana de hierro. Al ensayar la solubilidadfiltre y observe el filtrado.

Resultados

Tabule los resultados en el cuadro 3.1. ¿Reacciona el carbón con el HCl?

C)

Propiedades del nitrato de potasio

Repita paso a pasos el procedimiento seguido en la parte A) pero omita laadición de disolución de HCl 3 mol/L. Al tratar de disolver en agua, note latemperatura del tubo.

3Decantar: método mecánico de separación de mezclas heterogéneas, en donde se deja reposar el sólido y posteriormente se descarta muy lentamente el líquido sin perdidas de sólido. Ver video en

http://www.youtube.com/watch?v=mBT-G_HKzgM&feature=related4 Para oler una sustancia en un tubo de ensayo, ventile los vapores hacia su nariz, no debe acercar el tubo a la

nariz.


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Resultados

Tabule los resultados en el cuadro 3.1 ¿Notó usted algún cambio en latemperatura del tubo al disolver el nitrato de potasio en agua? Explique ¿Sedisolvió completamente el nitrato de potasio en el agua al calentar?

D)

Ensayo y separación de una mezcla de carbón, hierro ynitrato de potasio.

Tome una cantidad pequeña de la mezcla de carbón vegetal, lana de hierro ynitrato de potasio y ensaye con el imán, escriba sus observaciones. Coloque 0,5g de la mezcla en un tubo de ensayo y agregue 5 ml de disolución de HCl.Caliente suavemente. Investigue el color del gas que se desprende. Coloque 0,5g de la mezcla en un tubo de ensayo y agregue 5 ml de agua destilada. Agitebien y filtre. Recoja la disolución obtenida al filtrar en un beaker de 50 mL,caliente suavemente para evaporar el agua, examine los residuos en el beaker yen el papel filtro.

Resultados

¿Cuál es el efecto del imán? ¿Qué sucede al agregar HCl? Escriba la ecuación.¿Qué olor tiene el gas que se desprende? Explique. ¿Qué componente de lamezcla se disuelve en el agua? ¿Cambiaron las propiedades de los elementos alformar ellos una mezcla?

CUADRO 3-1

TABULACIÓN DE LAS PROPIEDADES OBSERVADAS

Propiedades Hierro Carbón Nitrato de potasio

Olor

Color

Efecto del imán

Solubilidad en agua

Reacción con el HCl

Más o menos pesado que el agua

Bibliografía

1. Chaverri, G. Química General. Manual de Laboratorio. 2da ed, EditorialUniversidad de Costa Rica, San José, Costa Rica. 1983, pp. 20-21


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EXPERIMENTO 4: DISOLUCIONES QUE CONDUCENELECTRICIDAD.

(Lado de mesa)

Materiales y equipoDisolución 0,25 mol/L de hidróxido de bario (Ba(OH)2), disolución 0,05 mol/L deácido sulfúrico (H2SO4), alcohol etílico al 10 % v/v; disolución de sacarosa al 1%; ácido acético glacial; ácido acético 0,5 mol/L; ácido clorhídrico 0,5 mol/L(HCl), hidróxido de sodio 0.5 mol/Lm (NaOH), disolución 0,5 mol/L de amoniaco(NH3), disolución 0,5 mol/L de acetato de sodio (NaOAc); disolución 0,5 mol/Lde cloruro de sodio, (NaCl); Equipo de electrólisis y fuente de corriente alterna

Objetivos

Clasificar diversas sustancias en electrólitos y no electrólitos.

Distinguir entre electrolitos débiles y fuertes mediante pruebas deconductividad.

Introducción

Los electrólitos conducen la corriente eléctrica a través de lasdisoluciones. Esta conducción de la corriente eléctrica se efectúa debido a lapresencia de iones en disolución. Los iones por tener carga eléctrica positiva onegativa son atraídos hacia el polo negativo o positivo, respectivamente; alllegar reciben o entregan uno o más electrones; esta migración iónica y laremoción o entrega de electrones de los polos es la base del mecanismo de

conducción iónica.Los electrólitos fuertes conducen muy bien la corriente eléctrica debido a

la gran concentración de iones en disolución debido a que se ionizan o disocianal 100 % en disolución. Los electrólitos débiles tienen una conductividad pobreya que sus disoluciones tienen muy baja concentración iónica, debido a que elporcentaje de ionización o disociación es bajo (10-40 %). La dilución aumenta laionización de electrólitos como HOAc, HCN y otros que antes de ponerlos endisolución no tenían iones. La dilución aumenta la libertad de movimiento(disociación) de los iones de compuestos como NaCl, KNO3, etc., cuyoscristales están hechos de iones.

En este experimento se apreciará la propiedad de las disoluciones deelectrólitos con base en la mayor o menor luminosidad del bombillo de luz quese inserta en el circuito.


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Procedimiento

A) Conductividad de varias disoluciones y algunos líquidos

Coloque 10 mL de disolución de HCl 1 mol/L en un beaker de 50 ml.Introduzca ahora los electrodos hasta que toquen el fondo. Conecte ahora eltapón a la fuente de corriente eléctrica y observe el resultado.

Observe el cambio de luminosidad del bombillo conforme va sacandolentamente los electrodos de la disolución.

Repita el mismo procedimiento para cada una de las disoluciones olíquidos que aparecen en el cuadro de los resultados. Observe la luminosidaddel bombillo como un índice de conducción. Complete el cuadro en su libreta delaboratorio. En la última columna donde dice conclusión indique si el electrolitoes fuerte o débil.

Resultados

Disoluciones olíquidos (10 ml de

cada uno)

ConductividadConclusión

Noconduce Conduce poco Conducemucho

HCl 1mol/L

HOAC 1mol/L

NaOH 1mol/L

NH3 1mol/L

NaCl 1mol/L

Ba(OH)2 0,25mol/L

Ácido acéticoglacial


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Disolución acuosade sacarosa al 2 %

Disolución acuosade etanol al 10 %

NaOAc, 1 mol/L

Agua destilada

H2SO4, 0,05 mol/L

¿Por qué debe medirse el mismo volumen de cada disolución?

¿Qué sucede con la luminosidad del bombillo conforme se sacan loselectrodos de la disolución de HCl 1 mol/L? Explique el porqué de eso.

¿Qué observación le sirve a usted llenar la columna conductividad de la

tabla anterior?¿Por qué un electrólito fuerte en el beaker hace que el bombillo se

encienda con gran luminosidad?

¿Cómo clasifica al HOAC 1mol/L?

¿Cómo clasifica al NH3 1mol/L?

¿Por qué la sacarosa no conduce la electricidad?

¿Por qué el ácido acético glacial prácticamente no conduce y el ácidoacético (HOAc) 1mol/L sí lo hace?

Cuestionario1) ¿Por qué al ácido acético concentrado se le llama ácido acético glacial?

2) Escriba la fórmula de Lewis del ácido acético.

3) Explique con base en la fórmula anterior por que el HOAc glacial noconducen la corriente, pero al diluirlo con agua se observa unaconducción.

Nota:


Bibliografía

1. Chaverri, G. Química General. Manual de Laboratorio. 2da ed, EditorialUniversidad de Costa Rica, San José, Costa Rica. 1983. pp 82-83.


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EXPERIMENTO 5: ESTUDIO DE LA DENSIDAD (VIRTUAL)

(Individual)

Objetivos

Utilizar uno de los métodos para determinar la densidad de sólidosinsolubles en agua y más pesados que esta.

Determinar la densidad de un líquido y un gas. Demostrar la importancia limitada que la densidad tiene en la

identificación de sustancias. Aprender a utilizar el Handbook of Chemistry and Physics.

Introducción

La relación que existe entre la masa y el volumen se conoce como ladensidad y matemáticamente puede expresarse como:

V

m , en donde ρ es la densidad, m es la masa y V es el volumen.

Se dice que el oro es más denso que el aluminio y que el corcho, puestoque tomando el mismo volumen de cada uno, la masa del oro es mayor quecualquiera de las otras dos.

La densidad es una propiedad física característica de cada sustanciacomo tal, ayuda a identificar o a describir la sustancia. En el sistema métricodecimal, densidad es la relación de la masa expresada en gramos y el volumenexpresado en centímetros cúbicos (g/cm3) o mililitros (g/mL). En el sistema

inglés, ya obsoleto, se expresa en libras por pie cúbico (lb/pie3)La densidad de los gases se determina a condiciones normales (0C y 760

mm de Hg de presión) y por ser un número muy pequeño generalmente seexpresa en gramos por litro, así la densidad del aire es de 1.293 g/L y ladensidad del oxígeno es de 1.429 g/L a TPN (a temperaturas y presionesnormales). La densidad de un líquido también varía con la temperatura peroesa variación es mucho menor que en los gases, es necesario especificar siemprela temperatura a la cual se midió la densidad de un líquido mientras la presiónno es un dato de importancia en la densidad de un líquido. La densidad delalcohol etílico a 0C es 0.80625 g/mL, a 10C es 0.79788 g/mL, a 39C es

0.77329 g/mL; la del agua es a 4C de 1.00 g/ml, a 0 C es 0.9987 g/mL, a 38Ces 0.99299 g/mL. Los sólidos son menos expansibles con el aumento detemperatura, pero no debe omitirse mencionar la temperatura a la cual semede su densidad.

Se llama peso específico, la relación entre el peso de un cuerpo y suvolumen; matemáticamente se expresa:


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V

P E P . , donde P.E significa peso específico, P significa peso y V significa

volumen en centímetros cúbicos. Puede entonces apreciarse que la diferenciaentre densidad y peso específico se basa en la diferencia que existe entre peso ymasa; ahora bien, para los efectos prácticos y usos corrientes, el peso se expresa

en gramos por lo que peso específico y densidad se igualan.Se denomina densidad relativa, peso específico relativo o gravedad

específica, la relación entre el peso de un volumen dado de una sustancia y eldel mismo volumen de una sustancia de referencia o patrón. El agua es elpatrón generalmente utilizado para calcular la gravedad específica de loslíquidos y los sólidos, y el aire para los gases. La gravedad específicacorresponde así a:

tasustanciadedadovolumende peso

tasustanciadedadovolumende peso.

11 C

C esp gr t t

,

o así

(patrón).

)tan(.

(patrón)

)tan(.

111 t

t

t

t t t

E P

cia sus E P

d

cia susd esp gr

Con el valor de la gravedad específica es necesario indicar latemperatura, tanto de la sustancia en cuestión como de la sustancia dereferencia.

La gravedad especifica del alcohol etílico es gr. esp. 415 =0,789 y estosignifica que la densidad del alcohol etílico a 15 C es 0,789 veces la densidaddel agua a 4 C. obsérvese que para la gravedad especifica no hay unidades ya

que se está indicando la relación entre dos magnitudes expresada en lasmismas unidades por lo que estas se cancelan.

Se pretende en este experimento que el estudiante tenga su primeraexperiencia con el Handbook of Chemistry and Physics buscando en estemanual las densidades de varias sustancias. Conociendo así la existencia de esemanual el estudiante sabrá consultarlo para obtener otro tipo de informaciónen el futuro.

Procedimiento

Utilizando la siguiente dirección:http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/densidad/densidad.htm


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Efectuar las siguientes actividades:

A) Actividades 1 y 2: determinar la densidad de diferentes materiales.B) Actividades 2 y 3: determinar la densidad del aluminio.C) Actividades 4, 5 y 6.

Cuestionario:1) Compare las densidades obtenidas para los sólidos con las reportadas en

el Handbook of Chemistry and Physics. Calcule el porcentaje de error eindique si lo considera aceptable. Debe mostrar los cálculos realizados.

2) ¿Qué característica debe tener el sólido para determinar su densidadsiguiendo el procedimiento descrito en la actividad 5?

3) En la actividad 5 ¿cuál es el equipo volumétrico más adecuado paramedir el volumen del líquido desplazado? Explique su respuesta.

4) ¿Por qué en la actividad 3, al graficar los valores, usted obtiene una línearecta? Explique su respuesta.


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EXPERIMENTO 6: LEY DE LAS PROPORCIONES DEFINIDAS.

(Parejas)

Materiales y equipo

Disolución de HCl 2 mol/L, disolución de NaOH 2 mol/L; Buretas, cápsula deporcelana

Objetivo

Demostrar la ley de las proporciones definidas con un sencillo experimentocuantitativo en el que se tiene oportunidad de usar buretas.

Introducción

Los compuestos tienen composición definida por peso. En las reaccionesquímicas como una consecuencia de la ley de las proporciones definidas unpeso relativo definido de reactantes produce un peso relativo de productos. Porejemplo si el peso de un ácido que se requiere para neutralizar una base es 2,35veces el peso de la base, esta relación será cierta no importa que se trate deunos pocos miligramos, de kilogramos o de toneladas de la base.

La ecuación balanceada de un reacción química de un ácido con unabase da las proporciones por peso en que reaccionan, así cuando el ácidoclorhídrico (que es una disolución del gas HCl en agua) reacciona con la basehidróxido de sodio (que es una disolución del sólido NaOH en agua) lasproporciones por peso están indicadas en la siguiente ecuación:

)(2)()()( l acacac O H NaCl NaOH HCl De la ecuación se deduce que 36,5 g de HCl reaccionan con 40 g de NaOH

para formar 58,5 g de NaCl y 18 g de agua. La composición del NaCl es definidapor el peso. Nada se obtiene con agregar un exceso de HCl ya que solamente unión cloruro se combina con un ión sodio, en este caso, para formar el compuestoNaCl. Si se agregara un exceso de NaOH el producto final sería una mezcla deNaCl (sólido) y NaOH (sólido) difícil de separar. Si se agregara un exceso dedisolución de HCl (gas) el producto final sería una mezcla de NaCl (sólido) y deHCl; el HCl por ser un gas se puede evaporar calentando y queda solamente elNaCl (sólido).

Procedimiento

A)

Obtención de cloruro de sodio (NaCl)

Pese y apunte el peso de una cápsula de porcelana limpia y seca. Lleneuna bureta con la disolución de NaOH y otra con la disolución de HCl. Siga


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cuidadosamente las instrucciones de su asistente de laboratorio sobre loscuidados en el uso de la bureta. Anote los niveles de cada bureta (lecturainicial). Vierta cerca de 10 ml de ácido en la cápsula y añada de la otra buretaun volumen igual de la disolución de NaOH. Anote las lecturas finales de lasdos buretas. Coloque ahora la cápsula en el cedazo con asbestos sostenida en

un anillo o en un trípode y caliente suavemente para reducir el volumen a 10mL aproximadamente (Ver figura 2.2 b).

En ningún momento deben producirse pérdidas por salpicaduras. Poresta razón la evaporación del contenido se continúa ahora en el baño-maríasobre un beaker de 250 ml con agua hirviendo hasta obtener un residuo secoen la cápsula.

Permita que la cápsula se enfríe completamente y pésela de nuevo. Paraasegurarse que el residuo está completamente seco, caliente otra vez al baño-maría durante quince minutos. Enfríe y pese. Repita el proceso hasta obtenerpeso constante, es decir, hasta que en sucesivas operaciones obtenga el mismo

peso o hasta que la diferencia entre pesadas sucesivas no sea mayor de 0,01gramos.

Resultados

Anote en su libreta de laboratorio los datos de volúmenes y pesosconforme se muestra a continuación.

Lectura Disolución de NaOH Disolución de HCl

Inicial (ml)

Final (ml)

Total vertida (ml)

Peso de cápsula + NaCl (g)

Peso de la cápsula vacía (g)

Peso de NaCl (g)

B)

Obtención de NaCl duplicando el volumen de HCl.

Repita el procedimiento de la parte A pero utilice esta vez el doble devolumen de disolución de HCl y el mismo volumen de disolución de NaOH.


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Resultados

Anote en su cuaderno de laboratorio los datos de volúmenes y pesos enforma similar a la anterior.

Compare el peso de NaCl obtenido en la parte A con el peso obtenido en

la parte B y explique si su resultado explica la ley de las proporcionesdefinidas.

¿Qué sucedió con el exceso de disolución de HCl en la parte B?

¿Se podría invertir la experiencia y usar un exceso de disolución deNaOH en lugar de exceso de HCl? Explique.

Cuestionario

1) La disolución de NaOH usada en este experimento contiene 0,08 gde NaOH por mL. Con base en este dato y en la ecuación ofrecida en ladiscusión calcule cuantos gramos de NaCl que debió obtener.

2) ¿Se podría usar en este experimento H2SO4 en lugar de HCl?Explique.

3) Con el resultado del experimento y el de la pregunta 1 de estecuestionario calcule el porcentaje de error en su experimento.

4) ¿Se podría sustituir en este experimento la bureta por una pipeta?

Nota:


Bibliografía

1. Chaverri, G. Química General. Manual de Laboratorio. 2da ed, EditorialUniversidad de Costa Rica, San José, Costa Rica. 1983. pp 36-38


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3) Al seleccionar inmediatamente se despliega un recuadro de descargacomo el siguiente, se selecciona la opción abrir con: Java y aceptar:


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4) Una vez seleccionado, se descargará el programa y se despliega otrocuadro en el cual se da clic en ejecutar:

5) Al instalarse el software, inmediatamente se abre el programa.


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A) Análisis de modelos:

Al abrir el programa seleccionar la pestaña superior de “Real Molecules”

1) En la pantalla del programa seleccionar antes de iniciar el análisis:

a. Real.

b. Geometría de la molécula. (geometría molecular).

c. Geometría de dominio de electrones (geometría electrónica).

d. Mostrar pares de electrones solitarios.

e. Mostrar ángulos de enlace.

2) Analizar seis estructuras prediseñadas del programa y completar elcuadro 7.1.

Cuadro 7.1: Análisis molecular de compuestos químicos.

Nota importante: dependiendo de la geometría molecular delcompuesto a analizar el programa establece el nombre de: doblado(curvado), estos nombres indican la misma geometría molecular de loque se conoce como angular .

Compuesto Geometríadominios

de electrones

Geometríamolecular

Ángulos enlace Polaridad

H2O

CO2BF3

NH3

CH4

SO2


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B) Incógnita:

El asistente entregará a cada estudiante tres incógnitas.

A cada compuesto se le deberá realizar el mismo análisis de la parte B ycompletar el cuadro 7.2.

Cuadro 7.2: Análisis molecular de los compuestos incógnita.

Para efecto del reporte contemplar lo siguiente:

Adjuntar los cuadros 7.1 y 7.2 completos con las estructuras seleccionasy las incógnitas, respectivamente.

Por último, explicar las asignaciones de los ángulos de enlace y polaridad

de cada una de las incógnitas.

Bibliografía

1)

Brown, T.; LeMay, H.; Bursten, B.; Murphy, J. Química, la cienciacentral, 12a. ed.; Pearson-Prentice Hall: México, D.F.; 2014; pp. 1045.

2) Chang, R.; Goldsby, K.A. Química, 11a ed.; McGraw-Hill: México, D.F.;2013, pp. 1107.

3) McMurry, J.E.; Fay, R.C. Química General, 5a. ed.; Pearson-PrenticeHall: México, D.F.; 2009; pp. 1176.

ompuesto Geometría

dominios

de

electrones

Geometría molecular Ángulos enlace Polaridad


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EXPERIMENTO 8: HIDRÓGENO

(Parejas)

Materiales y equipo

Lana de hierro (Fe), disolución de HCl 3 mol/L; Equipo recolector de hidrógeno(figura 11.1), beaker de 150 mL, tubos de ensayo

Objetivos

Preparar pequeñas cantidades de hidrógeno. Observar sus propiedades especialmente su densidad y su capacidad

explosiva.

Introducción

La producción de hidrógeno en el laboratorio es un proceso simple. Segúnla serie de actividades de los metales, que se estudia en el experimento 6,algunos metales son capaces de desplazar el hidrógeno del agua; otros puedendesplazarlo de los ácidos y otros son capaces de desplazar el hidrógeno delvapor del agua. Los elementos alcalinos y los alcalinotérreos lo desplazan delagua a temperatura ambiente.

)3(22

)2(2222

)1(2222

2)()(2)(

2)()(2)(

2)()(2)(

H OH CaO H Ca

H OH K O H K

H OH NaO H Na

acac s

acac s

acac s

Las reacciones (1) y (2) ocurren con bastante violencia y como el sodio yel potasio, son más livianos que el agua, flotan y se mueven por retropropulsiónen su superficie. El calor generado en la reacción (2) es suficiente para que elhidrógeno se encienda. A menudo se forma un glóbulo fundido del metal queestalla y para evitar este peligro y poder recoger el hidrógeno se puede envolverel metal activo en un pedazo de tela metálica de cobre o de plomo con lo cual elmetal se hunde. La reacción (3) ocurre con más serenidad y como el calcio esmás pesado que el agua se hunde y no se requiere en este caso de la telametálica pudiendo recogerse el hidrógeno el un tubo de ensayo en la forma quelo indica la figura 8.1.

Para obtener hidrógeno de los ácidos se utiliza el ácido clorhídrico o elsulfúrico diluido y un metal como el magnesio

( ) 2 4( ) 4( ) 2( )ac ac ac g Mg H SO MgSO H


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Procedimiento

A) Recolección de gas hidrógeno.

Llene un tubo de ensayo con HCl 3 mol/L y colóquelos en un beaker de150 mL el cual contiene HCl 3 mol/L hasta dos tercios de su capacidad. Consus manos forme una bolita de lana de hierro y colóquela en el beaker, espere aque se hunda y entonces recoja el hidrógeno en el tubo por desplazamiento delácido. El tubo lleno de hidrógeno se coloca boca abajo sobre un cuadro devidrio plano y se reservan para la parte B. Repita este procedimiento una vezmás.

Figura 8.1: Equipo recolector de hidrógeno

Resultados

Escriba la reacción entre el hierro y el HCl. ¿Es el hidrógeno muy solubleen la disolución ácida? ¿Cómo llega a esa conclusión? ¿Por qué se colocan lostubos llenos de hidrógeno boca abajo sobre un vidrio? Explique

B) Densidad y poder explosivo del hidrógeno. Aproxime uno de los tubos con hidrógeno a la llama del quemador de

Bunsen. Note como el hidrógeno se quema silenciosamente. Coloque un tubocon hidrógeno boca arriba y cúbralo con otro vació (es decir lleno de aire) y hagaque las bocas de ambos tubos coincidan. Espere unos segundos. Aproximeahora cada tubo a la llama del Bunsen. Note como ahora el hidrógeno se quemacon un ruido especial (“pop”) que equivale a una pequeña explosión. Use losotros tubos con hidrógeno hasta que obtenga los resultados descritos.

Resultados

¿A qué se debe la diferente manera en que el hidrógeno se quema enestos experimentos? Escriba la ecuación de la combustión del hidrógeno.


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Cuestionario

1) ¿Qué es la serie de actividad de los metales?2) ¿Qué elementos desplazan al hidrógeno del vapor de agua?3) ¿Cuáles hidruros producen hidrógeno al ponerlos en agua? Ejemplos4) ¿Es el hidrógeno libre muy abundante? ¿Por qué?5)

¿Cómo se prepara industrialmente el hidrógeno? (mencione solo un método)6) ¿Qué importancia tiene este método (pregunta 5) ante la crisis del petróleo?

Nota:


Bibliografía

1.

Chaverri, G. Química General. Manual de Laboratorio. 2da ed. EditorialUniversidad de Costa Rica, San José, Costa Rica. 1983, pp. 46.


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EXPERIMENTO 9: AMONIACO

(Parejas)

Materiales y equipo

Gelatina en polvo; cal-soda (mezcla de CaO y NaOH); HCl concentrado; sales deamonio, disolución de hidróxido de sodio 3 mol/L (NaOH); cal apagadaCa(OH)2, disolución indicador de azul de bromotimol; tubo de ensayo “pyrex”grande provisto de tapón de hule y tubo de entrega como lo indica la figura 9.1,equipo para la fuente del amoníaco, mechero o calentador eléctrico.

Objetivos

Estudiar la obtención de amoniaco a partir de varias sustancias. Estudiar las propiedades del amoniaco.

IntroducciónEl amoniaco ha sido conocido desde tiempos remotos y los alquimistas

describieron su obtención y propiedades. Primeramente se obtuvo calentandoorina con sal y tratando el producto resultante con bases fuertes (llamadasálcalis). Calentando pezuñas y cuernos de animales en retortas donde sedesprende amoniaco. Estos métodos dieron origen a los primeros nombres delamoniaco y sus disoluciones acuosas, “espíritu volátil” y “espíritu de asta deciervo”. Estos procedimientos demuestran que los aminoácidos que forman lasproteínas forman amoniaco cuando se descomponen en medio alcalino.

Se debe insistir en la diferencia entre amoniaco, NH3, que es un gas yamonio, NH4+, que es un ión positivo. El amonio se origina al reaccionar el gasamoniaco con un protón proveniente de un ácido o del agua. Así se forman salescomo cloruro de amonio, NH4Cl; sulfato de amonio, (NH4)2SO4; o el NH4OH- cuando el NH3 reacciona con el agua.

En el laboratorio se pueden producir cantidades limitadas de amoniacohaciendo reaccionar una mezcla seca de una sal de amonio como el cloruro o elsulfato con una base como el hidróxido de calcio:

4 ( ) ( ) ( ) 2 ( ) 3 ( )

4 2 4 ( ) 2 ( ) 4 ( ) 2 ( ) 3( )( ) ( ) 2 2

s ac ac l g

s s s l g

NH Cl NaOH NaCl H O NH

NH SO Ca OH CaSO H O NH

Estos métodos son válidos solamente para el laboratorio ya que las salesmismas de amonio se obtienen industrialmente a partir del amoniaco.

El amoniaco se prepara industrialmente por el proceso de Haber queconsiste en la unión de gases N2 y H2 en condiciones especiales. Otro proceso


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industrial de importancia es el de la cianamida que utiliza coque, piedra calizay nitrógeno gaseoso. Los detalles de estos procesos industriales puedenencontrarse en los libros de química general e inorgánica.

El amoniaco se produce en la naturaleza por la acción de las bacterias dela putrefacción y de formación de amoniaco sobre la materia orgánica del suelo.

El amoniaco es un gas incoloro. Es fácilmente detectable por su olorpenetrante, irritante y sofocante. Es venenoso en alta concentración. El gas esmás liviano que el aire y puede por eso recogerse por desplazamiento del airehacia abajo.

El amoniaco es muy soluble en agua. A la presión normal, un volumen deagua a 0 C disuelve cerca de 1200 volúmenes de amoniaco y a 20 C el aguadisuelve cerca de 700 volúmenes del gas. El amoniaco es una base débil;reacciona con el agua y esta le cede un protón; en esta reacción participan solo1,3 % de las moléculas de NH3 y es por eso que se le clasifica como base débil.

3 ( ) 2 ( ) 4 ( ) ( ) g l ac ac NH H O NH OH De acuerdo con Brönsted-Lowry el amoniaco es una base débil pues su

ácido conjugado, el ión amonio es relativamente fuerte (enorme tendencia acombinarse).

Procedimiento

A) Amoniaco de materia orgánica nitrogenada

Mezcle en un vidrio de reloj y con la ayuda de una punta de espátula (~

0,3 g) de gelatina en polvo y e igual cantidad de cal-soda. Traspase la mezcla aun tubo de ensayo pequeño desechable (que será dado al estudiante por elasistente de ventanilla). Caliente suavemente y sostenga en la boca del tubo,pero sin tocarlo, un papel tornasol rojo humedecido. Observe el resultado.

Aproxime ahora a la boca del tubo un agitador de vidrio humedecido endisolución de ácido clorhídrico concentrado. Observe.

Resultados

¿Qué es la gelatina? ¿Por qué la gelatina puede desprender amoniaco?

¿Qué es la cal soda? ¿Por qué la cal soda ayuda a que el amoniaco sedesprenda? ¿Cuál es el efecto en el papel tornasol? Escriba la reacción del NH3 con el agua. ¿Qué sucede al aproximar el agitador con HCl concentrado?Escriba la ecuación. ¿Es el producto formado entre el NH3 y el HCl un sólido,un líquido o un gas? Revise su respuesta con su asistente de laboratorio.


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B) Amoniaco de las sales de amonio

Coloque una punta de espátula pequeña (~ 0,3 g) de nitrato de amoniosólido (NH4NO3) en un tubo de ensayo. Humedezca la sal con disolución dehidróxido de sodio (~ 10 gotas). Observe los cambios.

Repita con sulfato de amonio en lugar de nitrato de amonio.Resultados

¿Cuál es el olor del producto? Escriba las reacciones que ocurren en laparte B. ¿Se podría sustituir el NaOH por el KOH? ¿Qué otra sustancia podríausarse además de NaOH?

C) Solubilidad del amoníaco: La fuente de amoníaco

Mezcle, en una cápsula de evaporación, 3 g de cloruro de amonio y 2 g decal apagada. Coloque esta mezcla en un tubo de “pyrex”, la mezcla deberá estardistribuida lo más homogéneamente posible en la pared del tubo de formahorizontal. El tubo será provisto de un tapón de hule con un hueco y un tubode entrega doblado en forma de L, lo suficientemente largo para llegar cerca delfondo de un balón recolector, sostenido boca abajo. El balón estará colocadosobre un cartoncito o disco plástico perforado apoyado en un anillo.

Figura 9.1: Equipo para recolectar amoníaco.

Caliente suavemente la mezcla seca y llene el balón seco de 1000 mL(asegúrese de que el balón este completamente seco). Para determinar cuandoel balón está lleno con el gas, aproxime un agitador humedecido con ácidoclorhídrico. Si se forman humos blancos y densos, el balón está lleno. Tape elbalón con amoníaco con un tapón de hule seco.

Tubo de

entrega


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Prepare una disolución débilmente ácida, añadiendo dos o tres gotas deácido clorhídrico diluido a cerca de 400 mL de agua. Observe el color alagregarle 10 gotas de azul de bromotimol o fenolftaleína. Prepare un tubo devidrio con un tapón de hule que a su vez tenga un algodón mojadoabundantemente con agua, como se indica en el diagrama (B) de la figura 9.2.

Coloque el tubo con el tapón dentro del beaker y remueva rápidamente eltapón del balón lleno de NH3 obtenido anteriormente, e inviértaloinmediatamente sobre el tapón con el algodón y trate de provocar un cierrehermético (figura 9.2 C). Observe lo que ocurre y los cambios de color. (Paraobtener los resultados a veces debe esperar hasta 10 minutos).

Figura 9.2: Equipo para obtener una fuente de amoniaco. (A)Recipiente con el gas. (B) Equipo sobre el que se colocará el NH3 (g).(C) Fuente de amoniaco.

Resultados

Describa brevemente lo que sucede: ¿Por qué sube el agua?; ¿Por

qué cambia de color el azul de bromotimol?

Bibliografía

1. Chaverri, G. Química General. Manual de Laboratorio. 2da ed, EditorialUniversidad de Costa Rica, San José, Costa Rica. 1983. pp 47-49


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EXPERIMENTO 10: SOLUBILIDAD

(Parejas)

Materiales y equipo

Cristalería básica. Achiote, etanol, glicerina, acetona, gasolina, aceite,detergente, cloruro de potasio, nitrato de amonio, hidróxido de sodio, cloruro desodio, sulfato de bario, acetato de sodio trihidrato.

Objetivos

Estudiar la solubilidad de varias sustancias en distintos disolventes yobservar los cambios energéticos involucrados en el proceso.

Relacionar las fuerzas intermoleculares con la solubilidad de lassustancias y asociar este conocimiento con la acción ejercida por undetergente.

Introducción

La solubilidad de una sustancia química en un determinado disolventeestá directamente relacionada con la estructura química del compuesto, deldisolvente y de las interacciones que puedan existir entre ambas partes.

Cristalería básica. Achiote, etanol, glicerina, acetona, gasolina, aceite,detergente, cloruro de potasio, cloruro de amonio, hidróxido de sodio, cloruro desodio, sulfato de bario, acetato de sodio-3-hidrato.

Una sustancia será soluble en disolventes que tengan características

químicas semejantes a ella, por ejemplo, la glucosa (un compuesto polar) serásoluble en disolventes polares como el agua, mientras que el naftaleno(sustancia no polar) será soluble en disolventes de su misma naturaleza, talcomo el hexano. “Igual disuelve a igual”. La figura 10.1 presenta una lista desustancias polares y no polares que nos ayudará a recordar el concepto depolaridad.


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Figura 10.1: Ejemplos de sustancias polares y no polares

El proceso de disolución es complejo e involucra la compensación defuerzas de atracción y de repulsión entre las moléculas, tanto de soluto como dedisolvente. Si las interacciones soluto – disolvente compensan las interaccionessoluto – soluto y disolvente – disolvente entonces se dará el proceso dedisolución; en caso contrario, se tendrá un compuesto insoluble en el disolventeestudiado.

Cuando se tiene sustancias iónicas presentes, tales como el NaCl, el KBro el CaCl2y se colocan en agua, estas sustancias se separan en los iones que lesconstituyen ya que los iones en disolución serán estabilizados por los dipolosdel agua, como se muestra en la figura 10.2.

Figura 10.2. Estabilización de cargas por medio de los dipolos del agua.

La solubilidad también depende de factores como la temperatura a lacual se lleva a cabo el proceso. Típicamente los sólidos son más solubles en loslíquidos a temperaturas altas mientras que los gases son más solubles en loslíquidos a temperaturas bajas. Cuando se disuelve gases, la presión es otrofactor a considerar, pues al incrementar la presión, también aumenta lasolubilidad del gas.


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En los procesos de limpieza, ya sea de ropa, utensilios de cocina, etc.,comúnmente se requiere remover la grasa de estas prendas o artefactos y selava con agua. Las grasas son sustancias no polares por excelencia, mientrasque el agua es un representante muy importante de los compuestos polares. Larazón por la que es posible llevar a cabo este procedimiento es el uso de un

jabón o detergente.Los jabones y los detergentes son sustancias cuya estructura consta de 2

partes: una cabeza polar y una cola no polar como se muestra en la figura 10.3. Ambas especies contienen una cadena de varios átomos de carbono y unacabeza polar que puede ser un derivado del ácido sulfónico en el caso deldetergente o una sal del ácido graso correspondiente en el caso de los jabones.Los jabones se han usado por muchísimos años y todavía no han sidototalmente sustituidos por los detergentes. Años atrás se fabricaba jabón‘casero’ a partir de manteca de cerdo y potasa, ambas sustancias de fácil acceso.

Figura 10.3. Cabeza polar y cola no polar de un jabón y un detergente.

La estructura de estas especies les permite interactuar con las grasas yatraparlas en agregados moleculares como los que se ilustra en la figura 10.4que pueden ser suspendidos en el agua, lo que hace posible la limpieza de laropa y los utensilios de cocina. Este proceso se conoce como emulsificación delas grasas.


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Procedimiento

A) Solubilidad:

Coloque 3 mL de agua en un tubo de ensayo pequeño, adicione 10 gotasde etanol, agite y observe su solubilidad en agua.

Repita el paso anterior sustituyendo sucesivamente las gotas de etanolpor 10 gotas de glicerina, acetona, gasolina, canfín y finalmente aceite.

Coloque 3 mL de gasolina en un tubo de ensayo pequeño, adicione 10gotas de aceite, agite y observe su solubilidad en gasolina.

Repita el paso anterior sustituyendo el aceite por 10 gotas de canfín.

Coloque 3 mL de agua en un tubo de ensayo y adicione una punta deespátula de cloruro de potasio. Agite y observe si ocurre un cambio en latemperatura y su solubilidad en agua.

Repita el paso anterior sustituyendo sucesivamente el cloruro de potasiopor nitrato de amonio, hidróxido de sodio, cloruro de sodio y finalmente, sulfatode bario.

B) Variación de la solubilidad con la temperatura:

Coloque 5 mL de agua en un tubo de ensayo grande. Agregue poco a pocosal hasta obtener una disolución saturada. Caliente la disolución hastaebullición y sature nuevamente con NaCl (se necesitan cerca de 2 g de NaCl).

Enfríe la disolución en el tubo de agua fría y observe el resultado.

Repita los dos pasos anteriores sustituyendo NaCl por KNO3 (es difícil saturar

una disolución caliente de KNO3 por lo que se recomienda no usar más de 5 g)C) Efecto de un detergente:

Agregue tres gotas de aceite a 5 mL de agua en un tubo de ensayo. Agite yobserve el resultado. Agregue a la mezcla 0,5 g de un detergente en polvo. Agitey observe el resultado.


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Añada una puntita de espátula de achiote a 5 mL de agua lo suficientementetibia como para fundir la pasta del colorante. Agite y observe el resultado.

Agregue a la mezcla 0,5 g de un detergente en polvo. Agite y observe elresultado.

D) Sobresaturación:Coloque alrededor de 3 g de CH3CO2Na•3H2O en un erlenmeyer

pequeño. Humedezca con 2-3 gotas de agua y caliente hasta que la sal sedisuelva completamente. Coloque un tapón de corcho en la boca del erlenmeyer,de manera que pueda quitarse con facilidad después y, deje que se enfríe atemperatura ambiente sin perturbaciones. Quite el tapón cuando la disoluciónesté fría y adicione un cristalito de acetato de sodio. Observe lo que ocurre y sise da algún desprendimiento de calor.

Evite sobrecalentar y evaporar el disolvente, ¡ojo!

Bibliografía1) Chaverri, G. Química General. Manual de Laboratorio. 2da ed, Editorial

Universidad de Costa Rica, San José, Costa Rica, 1983.


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EXPERIMENTO 11: VELOCIDAD DE DISOLUCIÓN

(Parejas)

Materiales y equipo

Beaker de 500 mL, agitador/Calentador Magnético, termómetro, pastilla deagitación magnética, cronómetro, pinza, papel toalla, caramelos (tipo“Fruttini”), Agua destilada

Objetivo

Estudiar los factores que afectan la velocidad de disolución de los sólidos enlíquidos.

Introducción

El proceso de disolución de un soluto en un disolvente depende de las

interacciones existentes entre las moléculas de soluto, entre las del disolvente ylas que se formen entre estas dos especies. Durante el proceso de disolución,las partículas del disolvente interactúancon las partículas del soluto y viceversacomo se ilustra en la figura 1.

Las interacciones intermolecularesinvolucradas en el proceso de disolución(soluto – soluto, disolvente – disolvente,soluto – disolvente) son las interaccionesdipolo – dipolo, puentes de hidrógeno, ion –

dipolo y fuerzas de dispersión de London.Todas estas interacciones contribuyen conel factor entálpico para el proceso dedisolución, donde un ΔH de disoluciónnegativo favorece el proceso de disolución yun ΔH positivo desfavorece que se formeuna disolución.

Existe además un factorentrópico, asociado con la distribución que van a presentar las partículas en ladisolución, que afecta también a este proceso, donde un ΔS positivo favorece

que ocurra el proceso y un ΔS negativo lo desfavorece.En términos energéticos, en procesos donde la disolución ocurre, la

energía liberada por las interacciones soluto – disolvente es mayor a la energíaque se necesita para separar las partículas de soluto y las del disolvente, demanera que, la disolución se da solamente cuando se libera energía durante elproceso, como se observa en la figura 2.

Figura 1. Esquema del proceso de disolución.


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En sistemas donde la disolución del soluto en el disolvente ocurre, hayfactores adicionales que van a presentar unainfluencia en la velocidad con la que ocurre elproceso, ellos son:

Temperatura.

Presión. Área superficial o estado físico. Agitación.

En la presente práctica se estudia elefecto que tienen estos factores que se mencionó enel proceso de disolución; el experimento se realizacon confites ya que de esta forma, los desechosgenerados no son tóxicos e ilustran claramente losconceptos.

Todos los resultados de estelaboratorio se van a reportar en formacomparativa con los resultados del

experimento llevado a cabo con el confite entero, en agua a temperaturaambiente y con agitación. En todos los casos se empleará un equipo como elque se ilustra en la figura 3 y de la misma forma, en todos los casos debemedirse y controlarse la temperatura; una variación de la temperatura dentrode un mismo punto del experimento proporcionará resultados que nocorresponden con el concepto que se quiere ilustrar.

Procedimiento

1)

Efecto de la Agitación:

1. Se pesa un confite.

2. Se coloca el confite en un beaker con 350 mL de agua atemperatura ambiente (registrar esta temperatura) y se dejaen reposo.

3. Paralelamente se coloca otro confite (previamente pesado) enun beaker con 350 mL de agua a temperatura ambiente y seagrega una pastilla de agitación magnética.

4. En este segundo sistema se agita al 70% de las revolucionesque el equipo permite, como se ilustra en la figura 3.

2) Efecto del tamaño de partícula:

1. En un equipo como el que se ilustra en la figura 3, se coloca agua atemperatura ambiente con una pastilla de agitación magnética.

Figura 2. Esquema del intercambioenergético para el proceso de disolución.

Figura 3. Esquema del

equipo a utilizar en el

experimento.


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2. Dentro del beaker se coloca una masa equivalente a un confite entero dematerial previamente triturado. Este debe triturarse justo antes de iniciaresta parte de lo contrario el material se humedece y se echa a perder.

3. Se debe registrar el tiempo que tardan en disolverse TODOS los trozos delconfite.

3) Efecto de la temperatura:

5. En un equipo como el que se ilustra en la figura 3, se coloca agua y secalienta a 40 ºC, se debe mantener esta temperatura durante esta parte delexperimento.

6. Dentro del beaker se coloca un confite previamente pesado y se agita.

Anotar todas las observaciones y resultados obtenidos en la libreta.

Bibliografía

1.

Chaverri, G. M. Química General Manual de Laboratorio. UCR: SanJosé, 1983.

2. Petrucci, R. H.; Harwood, W. S.; Herring, F. G. Química General, 8a ed.;Prentice Hall: Madrid, 2003.

3. Brown, T.; LeMay, H.; Bursten, B.; Murphy, J. Química, la cienciacentral, 12a. ed.; Pearson-Prentice Hall: México, D.F.; 2014; pp. 1045.

4. Beauchamp, G. J. Chem. Ed. 2001, 78 , 523


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EXPERIMENTO 12: PROPIEDADES DE LASDISPERSIONES EN AGUA

(Parejas)

Materiales y equipoFoco, baterías, centrífuga. Arena lavada; almidón en agua, NaCl(ac) 5 %, cremadulce, sacarosa; disolución yodo-yoduro, reactivo de Benedict; HCl 6 mol/L;NaOH 6 mol/L, hielo.

Objetivo

Ilustrar las propiedades de las dispersiones mecánicas, los coloides y lasdisoluciones.

Introducción

Las mezclas se pueden agrupar en heterogéneas (suspensionesmecánicas y coloides) y homogéneas (disoluciones, mezclas de gases yaleaciones).

Una suspensión mecánica de un sólido en un líquido se forma, porejemplo, cuando se agita un poco de arena fina, harina o un sólido finamentedividido con agua. Esta mezcla de aspecto opalino, lechoso o de lodo, se puedeseparar por filtración y si se deja reposar las partículas del sólido sedimentan oflotan, (dependiendo de la densidad), a una velocidad que dependerá deltamaño de las partículas.

Los coloides son un estado intermedio entre las suspensiones y las

disoluciones, originado por el tamaño relativamente grande de las partículas, elcual alcanza para generar el efecto Tyndall, pero hace imposible su separaciónpor filtración (las partículas atraviesan el papel de filtro). Son mezclas muchomás estables que no sedimentan si se dejan en reposo por varios días. Algunosejemplos son el agua turbia, la mayonesa o el gel para el cabello.

Las dispersiones no son excluyentes entre sí, así al mezclar la arena o laharina en agua junto con la suspensión mecánica, se obtiene una disolución detodo aquello que sea soluble. Además, existe la posibilidad de que se obtengauna dispersión coloidal, en ambos casos.

En el siguiente cuadro se resumen las diferencias entre las tres clases demezclas: disoluciones, coloides y suspensiones mecánicas.


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Cuadro 1: Comparación de las características de las diferentes dispersiones enagua.

Procedimiento

A) Estabilidad de las suspensiones

En tubos de ensayo independientes, añadir ~0,5 g de arena lavada, dealmidón y de sacarosa. Añadir a cada uno 10 mL de agua destilada. Agitar eltubo unos 2 minutos. Deje reposar en la gradilla cada tubo al menos 5 minutos.Observe si se da o no la sedimentación y la velocidad aparente con que ocurre.

Coloque una muestra de 2 mL de crema dulce en dos tubos de ensayosemejantes. Deje reposar una muestra en una gradilla y centrifugue la otra por10 min. Observe las diferencias.

NOTA: Al centrifugar coloque otra muestra de volumen similar o untubo de ensayo con agua en posición opuesta al de la muestra. Asegúrese quelas masas a ambos lados sean semejantes, para evitar desbalanceo de lacentrífuga que lleva al daño de la misma.

B) Separación por filtración

Agite y filtre la mitad de cada una de las dispersiones de la parte (A)(arena, almidón y azúcar). Observe el residuo en el papel de filtro.

Compare visualmente el filtrado con la dispersión original una vez que se haasentado (si se asienta). Guarde las mezclas y filtrados para la siguiente parte.

Verificación

El propósito de esta parte es confirmar si el filtrado y la dispersiónoriginal del almidón y del azúcar mantienen la misma sustancia.


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I. Prueba con yodo-yoduro para identificar la presencia de almidón

Añada tanto al filtrado de la suspensión de almidón, como a la otra mitad de lasuspensión que no se filtró unas gotas de disolución de yodo-yoduro. Observe elresultado y compare el contenido en ambos tubos.

II. Prueba con Reactivo de Benedict para identificar la presencia de sacarosaSe realiza el procedimiento completo tanto con la disolución original del

agua azucarada como al filtrado.

Etapa previa. Hidrólisis de la sacarosa

Agregue 2 gotas de HCl concentrado ó 5 gotas de HCl 6 mol/L. Calientecuidadosamente hasta que hierva. Continúe el calentamiento por cuatro o cincominutos. Tenga especial cuidado de que la disolución no se derrame al hervir.Este tratamiento, donde el ácido se emplea como catalizador, hidroliza lasacarosa.

Neutralice las mezclas ácidas que resultan del proceso de hidrólisisañadiendo gota a gota NaOH 6 mol/L. Agite y con un agitador de vidrio, saqueuna gota y colóquela en una tira de papel de tornasol roja. El viraje de la tintade tornasol al azul indica que la neutralización se completó.

Coloque 5 mL de reactivo de Benedict en un tubo de ensayo; agréguele 8gotas de la disolución neutralizada anteriormente, agite. Hierva la mezcla pordos minutos. Deje enfriar el contenido.

Si hay presentes azúcares reductores, la disolución se vuelve roja,amarilla o verde, dependiendo de la cantidad de dichos azúcares. El color sedebe a la producción de óxido de cobre (I) (Cu2O).

NOTA: La sacarosa no reacciona con el reactivo de Benedict por ser un azúcarno reductor. Por lo tanto, se hidroliza primero para poder detectar su presencia;pues los azúcares producidos, glucosa y fructuosa, son reductores y dan pruebapositiva con el reactivo de Benedict.

12 22 11( ) 2 ( ) 6 12 6 ( ) 6 12 6 ( )

sacarosa glucosa fructosa

H

ac l ac acC H O H O C H O C H O

C) Estudio de coloides

A. Efecto Tyndall

Pregunte a su asistente donde se encuentran los recipientes conmuestras para observación del efecto Tyndall (agua pura, disolución ysuspensión). Coloque un papel detrás del recipiente con agua. Encienda el focoprovisto y haga que la luz atraviese el agua. Observe el haz de luz por encima


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del agua y en el papel. ¿Puede ver el haz de luz? Anote sus observaciones.Repita para los otros dos sistemas.

Bibliografía

1.

Chaverri, G. Química General. Manual de Laboratorio. 2da ed, EditorialUniversidad de Costa Rica, San José, Costa Rica, 1983.

2. Brown, T.; LeMay, H.; Bursten, B.; Murphy, J. Química, la cienciacentral, 12a. ed.; Pearson-Prentice Hall: México, D.F.; 2014; pp. 1045.


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EXPERIMENTO 13: FACTORES QUE AFECTAN ELEQUILIBRIO QUÍMICO

(Parejas)

Materiales y equipoDisoluciones de CoCl2, HCl 37 %, NaCl técnico, hielo, dicromato de

potasio 1 mol/L, hidróxido de sodio 3 mol/L, ácido sulfúrico 6 mol/L, nitrato deplata 0,05 mol/L, NH3 25 %, beakers, balanza granataria y tubos de ensayo.

Objetivo

Estudiar algunos factores que afectan el equilibrio químico.

Introducción

Todos los sistemas tienden al equilibrio químico, es por esta razón que alcombinar los reactivos, estos tienden a combinarse para formar productos hastaun punto, conocido como punto de equilibrio.

El punto de equilibrio ocurre cuando la velocidad de conversión dereactivos en productos es igual a la velocidad de la reacción inversa.

En este punto se dice que el sistema está en equilibrio y no se observa uncambio en las concentraciones de las especies. Sin embargo, es posible alterarel equilibrio, cuando esto sucede, el sistema se desplazará de manera quecontrarreste el efecto de la perturbación, esto es lo que se conoce como elprincipio de Le Châtelier.

El principio de Le Châtelier establece que el punto de equilibrio puedeser disturbado por 3 factores externos:

Cambio de las concentraciones en reactivos o productos: al adicionar oeliminar alguna de las e

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