Química General II Facultad de Ingeniería

UNMdP

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QUÍMICA GENERAL II

Trabajos Prácticos

La asignatura Química General II incluye cuatro Trabajos Prácticos de Laboratorio: - TP1: EQUILIBRIO IÓNICO: Preparación y Propiedades de Soluciones Reguladoras - TP2: EQUILIBRIO IÓNICO: Determinación de Constantes de Producto de Solubilidad - TP3: SOLUCIONES: Propiedades Coligativas - TP4: CINÉTICA QUÍMICA: Cinética de la Descomposición del Hipoclorito de sodio

El objetivo de estas actividades de trabajo experimental es el de familiarizar al estudiante con las sustancias, métodos y aparatos usados en la química, darle experiencia personal acerca de las reacciones y procedimientos e iniciarlo en el empleo del método científico, pues la actividad experimental y el estudio teórico deberán estar siempre en la mayor armonía posible, logrando así una correcta comprensión de la asignatura. El estudiante debe colaborar teniendo siempre presente que: a) El método científico requiere: 1) observar; 2) pensar; 3) plantear una hipótesis; 4) ejecutar experimentos para verificar lo observado; 5) analizar los resultados y sacar conclusiones. b) Debe leer las experiencias antes de ejecutarlas, evitando de esta forma pasos improductivos, con pérdida de tiempo y reactivos. c) Debe recurrir a los libros de consulta y a los docentes cuando tenga dudas y comprender el porqué de las operaciones que va a realizar, antes de efectuar la práctica. d) Debe tomar nota de todas las observaciones que haga en las clases de laboratorio en un cuaderno o libreta. e) Debe realizar un informe de cada experiencia de laboratorio.

PROCEDIMIENTOS DE SEGURIDAD EN EL LABORATORIO A continuación se enumeran ciertas normas de seguridad en el laboratorio, que son de estricto cumplimiento por parte tanto de los estudiantes como de los docentes a cargo del TP: • Durante el primer período en el laboratorio familiarícese con el uso y la ubicación de los elementos de seguridad, como botiquín, duchas de seguridad, extinguidores de incendios, lava-ojos, etc. • Se recomienda el uso permanente de guardapolvo, y cuando la operación lo requiere, anteojos, guantes y máscaras de seguridad. • Quienes usen lentes de contacto deben estar alertas en todo momento. Pequeñas cantidades de sustancias irritantes, normalmente inofensivas, pueden concentrarse entre la lente y la córnea, causando serios problemas si no se remueven rápidamente. • Los productos químicos no deben tocarse con las manos.

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• Utilice los mecheros con suma atención. Mantenga el mechero encendido sólo cuando lo esté usando. Aléjelo de los reactivos y de sus compañeros. Sea cuidadoso de no pasar su brazo sobre el fuego para alcanzar algún material. Para minimizar accidentes, el cabello largo debe usarse recogido. • Tenga en cuenta que usted trabajará con líquidos que pueden ser inflamables. Para extremar precauciones nunca trabaje con los mecheros encendidos cerca de recipientes que contengan estos líquidos. Usualmente los vapores de los líquidos son tóxicos, estos líquidos deben manipularse bajo campana. Debido a su posible toxicidad, nunca arroje líquidos en las piletas sin consultar. La cátedra proveerá los recipientes adecuados. • Cuando esté calentando o llevando a cabo una reacción en un tubo de ensayo, cuide de no dirigir la boca del mismo hacia su cara o la de sus compañeros. • Deposite los residuos sólidos como algodón, fósforos usados, papel de filtro, precipitados, etc. en cestos de basura o recipientes especiales provistos a tal efecto. • Se encuentra totalmente prohibido comer, beber y fumar en el laboratorio. Lávese las manos antes de dejar el laboratorio. • Nunca inserte una espátula o una pipeta en el recipiente original de la droga. • No vuelva a colocar los reactivos no usados en su recipiente original, esto contamina el resto de la droga. Si extrajo demasiado de un líquido o un sólido consulte con su ayudante sobre esta disposición. • Siempre lubrique los tubos de vidrio o termómetros antes de introducirlos en un tapón, esto reduce la posibilidad de que el tubo se quiebre. Envuélvalos con una toalla cuando los coloque, así evitará lastimarse si el tubo se quiebra. • No lleve el material volumétrico a altas temperaturas, pues por efectos de dilatación el mismo se descalibraría. • No pese las sustancias directamente sobre los platillos de las balanzas; utilice un papel, vidrio de reloj o recipiente adecuado para tal fin. • Nunca pruebe una droga. Para identificar un producto químico por el olfato, mantenga el recipiente lejos de su cara y use su mano como abanico para hacer llegar los vapores a su nariz. • Nunca agregue agua a los ácidos concentrados. Para diluirlos siempre agregue de a porciones pequeñas de ácido en el agua, agitando y enfriando bajo canilla si es necesario. • Si se llegase a derramar ácido, álcali o algún otro líquido, rápidamente inunde la zona afectada con agua. Si se salpica los ojos o la piel con algún material, inmediatamente lávese con agua y mande a llamar a su ayudante. • Utilice propipeta al pipetear las sustancias. No pipetee con la boca. • Arme los equipos de acuerdo a las instrucciones. Hacer modificaciones o armar equipos provisorios es causa frecuente de accidentes. No realice experiencias por cuenta propia. • Los libros, cuadernos, camperas, etc. no deben quedar sobre las mesadas pues interfieren con el trabajo. • Lave esmeradamente el material utilizado. • Avise a los docentes ante cualquier accidente, por pequeño que le parezca. Actúe con calma.

INFORMES DE LABORATORIO El informe es un compendio de hojas de resultados, gráficos, conclusiones, discusión de los errores, etc. Debe elaborarse en forma organizada y clara. Para tal fin incluimos algunas indicaciones detalladas en las guías de cada uno de los TPs. Junto con el informe se deberá presentar un breve cuestionario resuelto. Los informes y cuestionarios de la asignatura se presentarán en forma grupal.

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TP Nº1 UNMdP

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TRABAJO PRÁCTICO Nº 1

EQUILIBRIO IÓNICO “PREPARACIÓN Y PROPIEDADES DE SISTEMAS BUFFER”

OBJETIVOS:

Preparar soluciones amortiguadoras de pH, a partir de reactivos sólidos y soluciones acuosas concentradas.

Determinar el pH de los sistemas buffer preparados y comprobar su efecto amortiguador a través del agregado de ácidos y bases fuertes.

FUNDAMENTO TEÓRICO: Una solución buffer o solución reguladora es aquella cuyo pH varía muy poco cuando la misma es

diluida o cuando se le adicionan pequeñas cantidades de ácidos o bases fuertes. Los siguientes sistemas son soluciones reguladoras:

ácido débil + sal proveniente de ese ácido (base conjugada)

base débil + sal proveniente de esa base (ácido conjugado)

sal de ácido y base débiles

sal ácida de ácido poliprótico. Uno de los tipos más comunes de solución buffer es la de un ácido débil con su base conjugada.

Por ejemplo, una solución que es 0,1 mol/L en ácido acético y 0,1 mol/L en acetato de sodio es una buffer. La razón de la resistencia de esta solución a cambiar el pH puede comprenderse analizando el siguiente equilibrio:

HAc + H2O H3O+ + Ac-

0,10 M - x x 0,10 M + x

Ka = [HAc]

][Ac ]O[H -+

3 = 1,8.10-5

Si se adiciona un ácido fuerte a la solución, los protones provenientes del mismo reaccionarán con

la base (Ac-) y la variación del pH será muy pequeña. Por ejemplo, si se adicionan 0,02 moles de HCl a 1 litro de la solución reguladora anterior:

H+ + Ac- HAc inicial 0,02 M 0,10 M 0,10 M final 0,00 M 0,08 M 0,12 M

La concentración de H3O+ en el equilibrio es 1,8.10-5 y corresponde a un pH de 4,74.

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cuando se restablece el equilibrio:

HAc + H2O H3O+ + Ac-

0,12 M - x x 0,08 M + x

Ka = x)-(0,12

x)+(0,08x = 1,8.10-5

De la misma manera, si al buffer original se le adicionan 0,02 moles de una base fuerte (NaOH), los oxhidrilos reaccionarán con el ácido (HAc):

OH- + HAc H2O + Ac

-

inicial 0,02 M 0,10 M 0,10 M final 0,00 M 0,08 M 0,12 M cuando se restablece el equilibrio:

HAc + H2O H3O+ + Ac-

0,08 M - x x 0,12 M + x

Ka = x (0,12 + x)

(0,08 - x) = 1,8.10-5

MATERIAL: Material de vidrio y accesorios Reactivos

Balanza Analítica

pH-metro

Embudo

Matraz 100 mL

Goteros

Probetas de 25 y 50 mL

Vasos de precipitados

HAc (1 mol/L)

NaAc (s)

NH4OH (NH3(ac)) (1 mol/L)

HCl (1 mol/L)

NaOH (1 mol/L)

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

Durante la experiencia se van a preparar dos soluciones reguladoras. Se deberá calcular, antes de concurrir al Laboratorio, las cantidades de reactivos necesarios para preparar 100 mL de cada una de ellas):

- Solución A de pH 4,8 y concentración de ácido acético 0,15 mol/L, a partir de ácido acético 1 mol/L y acetato de sodio sólido.

- Solución B de pH 9,0 y concentración de NH4OH 0,10 M, a partir de NH4OH 1 mol/L y HCl 1 mol/L.

Despreciando x frente a 0,08 y 0,12 resulta x = 2,7.10-5 que corresponde a un pH = 4,57, o sea que la variación de pH ha sido de 0,17 unidades.

Despreciando x frente a 0,08 y 0,12 resulta x = 1,2.10-5 que implica un pH = 4,92, o sea que la variación de pH es de 0,18 unidades.

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Una vez preparadas las soluciones, realice los siguientes pasos: 1) a) Trasvase 50 mL de solución reguladora A en un vaso de precipitados limpio (utilice una probeta para medir el volumen) y determine el pH de la solución con pHmetro debidamente calibrado. b) Agregue 20 gotas de solución de HCl 1 mol/L a la solución A, agite la solución y mida el pH. c) Descarte la solución y limpie el vaso de precipitados. Ahora trasvase los restantes 50 mL de la solución A, agregue 20 gotas de solución de NaOH 1 mol/L, agite y mida nuevamente el pH resultante. 2) Repita el mismo procedimiento que en 1), pero con la solución reguladora B.

3) Mida con probeta, 50 mL de solución de NaCl 0,1 mol/L (o de agua destilada, según se indique en el TP), trasváselos a un vaso de precipitados limpio y mida el pH de la solución. Luego agregue 20 gotas de solución de HCl 1 mol/L, agite el sistema y realice la medida de pH (utilice el pHmetro calibrado en rango ácido).

4) Mida nuevamente otros 50 mL de solución de NaCl 0,1 mol/L (o de agua destilada), y trasváselos a un vaso de precipitados limpio. Mida el pH de la solución. Agregue 20 gotas de solución de NaOH 1 mol/L, agite el sistema y realice la medida de pH (en este caso, utilice el pHmetro calibrado en rango básico).

CÁLCULOS: Calcule los valores teóricos de pH para cada una de las soluciones anteriores y las variaciones

(ΔpH) esperadas al realizar los agregados de ácido o base fuerte. A partir de los valores teóricos y los que obtuvo experimentalmente, complete las siguientes

tablas: Tabla 1. Resultados al agregar ácido fuerte a las soluciones utilizadas

Solución pH teor ∆pH teo pH exp ∆pH exp A A + 20 gotas HCl B B + 20 gotas HCl NaCl NaCl + 20 gotas HCl

Tabla 2. Resultados al agregar base fuerte a las soluciones utilizadas

Solución pH teor ∆pH teo pH exp ∆pH exp A A + 20 gotas NaOH B B + 20 gotas NaOH NaCl NaCl + 20 gotas NaOH

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PRESENTACIÓN DEL INFORME: El informe deberá redactarse en forma ordenada y clara, incluyendo las secciones: Carátula. Esta sección deberá contener el nombre de la asignatura, título del TP, fecha de

realización, fecha de entrega del informe, autores. Objetivos del práctico. Enuncie sintéticamente los objetivos del TP. Procedimiento Experimental. Resuma BREVEMENTE (o esquematice si lo prefiere) los

procedimientos realizados, incluyendo el material de laboratorio. No transcriba la guía de TP. Resultados, Cálculos y Discusión. Plantee en esta sección las reacciones químicas estudiadas,

indique las cantidades utilizadas para preparar las soluciones A y B e incluya las Tablas 1 y 2 completas (en todos los casos, incluya los cálculos correspondientes). Explique el comportamiento de cada solución frente al agregado de un ácido o una base fuerte. Recuerde incluir también en esta sección una discusión que tenga en cuenta las diferencias registradas entre los resultados experimentales y los valores teóricos, las anomalías y dificultadas encontradas, las aproximaciones efectuadas, junto con las posibles causas y/o fuentes de error que pudieran explicarlas. También se podrán mencionar propuestas de futuras mejoras o adaptaciones.

Conclusiones. Enuncie sintéticamente las conclusiones de la labor realizada, en función del cumplimiento de los objetivos propuestos.

Bibliografía. Enumere las fuentes bibliográficas utilizadas. Cuestionario. Redacte las respuestas al cuestionario que aparece a continuación.

CUESTIONARIO:

1) Plantee (sin realizar cálculos) otras posibilidades para preparar las soluciones buffer A y B utilizadas en el práctico, a partir de los siguientes reactivos:

HAc 1 mol/L NaAc (s) HCl 1 mol/L

NH4OH 1 mol/L NH4Cl (s) NaOH (s)

2) Utilice las Tablas de Constantes de Disociación (Anexo de la Guía de Seminario Nº 2) para proponer dos posibles pares conjugados con los que preparar soluciones buffer de pH=4,8 y pH=9. Justifique su respuesta.