Laboratorio de Química Experimental : Práctica 9

ITESM Campus Puebla

Equipo 8 Sesión 8

Integrantes:

Juan Carlos López Medina A01324506

Arturo Tlelo Reyes A01099697
Carla María Barceló Chong A01099195
Iván Eduardo Teáhulos Castillo A01324895

Responsables del laboratorio:

Mtro. Victor Hugo Blanco Lozano

Dr. Isaac Monroy

Transformaciones de la materia/ Reacciones Químicas

Objetivo: Se analizaran los cambios que tienen lugar en una reacción así como el rendimiento de cada una.

Introducción:
- La estequiometría se encarga de estudiar cuantitativamente los reactivos y productos involucrados en las reacciones químicas, que son procesos mediantes los cuales los reactivos cambian para formar uno o más ractivos diferentes. Para que nuestras ecuaciones químicas, (que son la representación escrita de la reacción que está teniendo lugar) se encuentren balanceadas, deben cumplir la ley de conservación de la materia, que nos dice que la misma cantidad de átomos de cada elemento que se encuentra en los reactivos debe estar en los productos, para esto se utilizan los coeficientes estequiométricos que son los que indican la proporción en la que se encuentran.

Existen 4 tipos de reacciones:

1.- Reacción de Síntesis:

A + B → AB

2.- Reacción de descomposición:

AB → A + B

3.- Reacción de desplazamiento o simple sustitución:

A + BC → AC + B

4.- Reacción de doble desplazamiento o doble sustitución:

AB + CD → AD + BC

5.- Reacción de combustión

Combustible + O2 → CO2 + H2O + Energía

Para esta práctica se llevaron a cabo estos 5 tipos de reacciones. Los resultados se muestran a continuación:

Parte 1: Reacciones de descomposición:

Experimento 1:- Muchos organizmos tienen la enzima catalasa que se encarga de que peróxido de hidrógeno se descomponga rápidamente en agua y oxígeno. El peróxido de hidrógeno es dañino para los seres vivos y debe ser eliminado rápidamente (g):

La ecuación química que representa este fenómeno es la siguiente:

2H2O2 → 2H2O + O2

Para este experimento se utilizaron dos rodajas de papa puestas en un vidrio de reloj. A una se le adicionaron 6 gotas de H2O2 al 10% y a la otra 6 gotas de H2O2 al 20%.

Rodajas de papa al inicio del experimento

Rodaja después de la reacción usando H2O2 vol. 10%

Rodaja después de la reacción usando un vol. de 20%

Comparación entre las dos rodajas de papa.
Izquierda: gotas al 10%
Derecha:gotas al 20%

Resultados:

Tabla 1
Rodajas	Observaciones
1 à 10 Vol.	Cambio de color: ligeramente blanquecina Cantidad de burbujas: baja
2 à 20 Vol.	Cambio de color: ligeramente blanquecina Cantidad de burbujas: alta

Discusión:
- Con el peróxido de hidrógeno al 10 Vol. la reacción se llevó a cabo en aproximadamente 8 segundos mientras que con la solución al 20 Vol. fue más rápida y se produjeron mayor cantidad de burbujas en la superficie de la rodaja de papa, indicando la presencia de la catalasa en un proceso de descomposición.

Experimento 2
Muchos compuestos se pueden descomponer al ser calentados. Para ejemplificar este fenómeno, se usó un gramo de KClO3 para ser calentado en un tubo de ensayo y así obtener KCl + O2 . A continuación se muestran los resultados obtenidos de este experimento.

Como ya se dijo, se usó un gramo de clorato de potasio cuya descomposición en oxígeno es de la siguiente manera:

Δ
2H2O2 ---------> 2H2O + O2

Clorato de potasio

Tubo de ensayo con el clorato de potasio

Se calentó a la flama y se corroboró que el gas desprendido de la reacción era oxígeno usando un cerillo encendido. Debido al exceso de oxígeno, el fuego producido debería producir una reacción rápida y violenta. Aquí se muestra el video que muestra la interación entre el cerillo y el oxígeno.

Discusión:
- Las reacciones de descomposición son de gran utilidad en cuanto al metabolismo, pues ayudan a convertir compuestos dañinos en otras sustancias benignas. Estas reacciones de descomposición no son espontáneas pues necesitan catalizadores, calor o electrólisis para poder separar los reactivos en los compuestos o elementos que las forman.

Parte 2: Reacciones de síntesis:
Es una reacción en la que dos o más sustancias se combinan para formar un solo producto.

Reacciones de Síntesis en la formación de Lluvia ácida

Los ácidos de las precipitaciones tienen su origen en la combustión de los materiales fósiles necesario para la obtención de energía (carbón, petróleo, gasolina y combustóleo).

Dichas combustiones arrojan al ambiente grandes cantidades de gases, como CO2 y óxidos de azufre, SOx, y de nitrógeno, NOx, que al combinarse en reacciones de síntesis con el vapor de agua que se encuentra en la atmósfera, forman los ácidos que el confieren a la lluvia esa característica de precipitación ácida.

Las reacciones producidas son las siguientes:

1) S + O2 SO2

2) 2SO2 + 2H2O + O2 2H2SO4

Procedimiento:

- Se colocaron 50 ml de agua de la llave y unas gotas del indicador anaranjado de metilo en un matraz Erlenmeyer de 250 ml.

- Con el papel indicador, se midió el pH del agua:

pH = 7

- Se colocó en una cucharilla de combustión 0.5 g de azufre y se calentó a la flama del mechero hasta lograr la combustión (coloración violeta).

0.5 g de azufre

Se calentó a la flama del mechero

Se logró la combustión (coloración violeta)

- Se introdujo la cucharilla en el matraz que contenía el agua y el indicador y se tomó el tiempo.

- Se cubrió la boca del matraz con un tapón honrado para evitar la salida del gas y se dejó que reaccionara hasta observar un cambio en la coloración del agua.

Matraz con tapón para evitar la salida del gas

- El tiempo final que tardaron los óxidos de azufre en reaccionar con el agua para formar los ácidos que provocan que aparezca la coloración rojiza debido al indicador presente, fueron 19 minutos.

- Cuando se realizó el cambio de color, se detuvo la reacción y se tomó el pH final del agua.

pH = 6

Resultados:

Tabla 2
Erlenmeyer	Color del agua + Anaranjado de metilo	Color final del agua
Solución	pH inicial = 7	pH final = 6

1. Minutos transcurridos para el vire de color: 19 minutos.

2. ¿Qué papel juega el naranjado de metilo en la reacción? Detecta la presencia de ácidos, el cual vira en el intervalo de pH 3.1 – 4.4.

3. ¿Cuál es el rango de vire del indicador? De pH 7 a 6.

Discusión:
- El pH del agua cambió de 7 a 6, volviéndose ácida después de que reaccionara con los óxidos de azufre.

Experimento 2 b (Reacción de síntesis)

- Se colocó en un una cucharilla de combustión unas granallas de Hierro (Fe) y se metió en la flama de un mechero, la cucharilla.

Granallas de hierro a la flama

Resultados:

Tabla 2b Reacción: 2 Fe + 3 O₂ → Fe₂O₃ (óxido férrico)
Reactivos	Productos	Observaciones
- Granallas de Hierro - Oxígeno	- Óxido férrico	- Provocó la generación de chispas durante la reacción.

Discusión:
- Se oxidaron las granallas de hierro produciendo chispas durante la reacción.

Parte 3: Reacciones de sustitución simple:
-En el experimento de la moneda de cobre el sulfato de cobre más el zinc se descompone para formar sulfato de zinc y se libera cobre.

Experimento 3 a: Reacción de la moneda de cobre

-La reacción que se analizará en este experimento es una de sustitución simple, donde el metal de un elemento, desplaza a un ión metálico de otro elemento.

-Para la realización de este experimento se utilizaron dos monedas de cobre. A la primera se le adicionaron de 6-7 gotas de nitrato de plata.

Moneda de cobre antes y durante la adición del nitrato de plata

-Después de unos minutos la moneda quedó completamente cubierta por el nitrato de plata

Producto final de la reacción

-Para la siguiente se prueba se volvió a usar una moneda de cobre, sin embargo, esta vez se le adicionó una solución de mercurio.

Imagen de la moneda después de adicionar el nitrato de mercurio

Tabla 3

Moneda de Cu

Observaciones de la moneda limpia

Observaciones de la moneda después de la adición de:

a)AgNO3

b)HgCl2

Color:

     a)      Tiene un color café un tanto brillante y oscuro. En términos generales cobrizo.

        b)     La moneda tenía un tono cobrizo y unas partes un tanto manchadas de plata debido a que otro equipo de laboratorio la había usado previamente.

Color:

         a)      Después de adicionar unas gotas la parte afectada empezó a tornarse un tanto negra. Después de unos segundos la moneda quedo completamente manchada.

       b)      La moneda se manchó de un tono verde al principio y al final se tornó algo plateada.

1. Escribe las reacciones balanceadas que sucedieron sobre la superficie de la moneda

1) Primera reacción: Moneda de cobre con nitrato de plata

AgNO3 + Cu ---------------> 2 Ag + Cu (NO3)2

2) Segunda reacción: Moneda de cobre con mercurio

HgCl2 + Cu ------------------> Hg + CuCl2

2. Se requiere cubrir una figura de cobre con una superficie equivalente a 1.5 g de Cu con una solución 1 M de nitrato de plata. ¿Qué volumen de solución se requiere?

R=23.60 ml.

Experimento 3 b (sustitución simple)

- Se preparó una solución de Sulfato de cobre 1M en un matraz aforado de 15mL.Luego se vertieron 3mL de la solución en un tubo de ensaye.

Se vertieron 3 mL de sulfato de cobre 1M

- Se agregó un pequeño pedazo de zinc al tubo.

Sulfato de cobre con zinc

Resultados:

Tabla 3b Reacción: Zn (sólido) + SO₄ Cu (solución) → SO₄ Zn (solución) + Cu (sólido) Sol. de sulfato de cobre de color azul → Sol. de sulfato de zinc ligeramente incolora
Reactivos	Productos	Observaciones
- Sulfato de cobre - Zinc	- Sulfato de zinc - Cobre	- A los 15 mins: El zinc se coloreó ligeramente de color cobre en la parte superior	- A los 30 mins: Mismo color ligeramente más intenso y en mayor superficie del zinc. La parte líquida se decoloró ligeramente, perdiendo su tonalidad azul

Discusión:
- El zinc reaccionó con el sulfato de cobre pintándose de color cobre en la parte superior.
- El zinc es más reactivo que el cobre y desplaza al cobre del sulfato de cobre.
- La reacción es exotérmica.

Parte 4: Reacciones de sustitución doble:

En este tipo de reacciones hay un intercambio iónico entre los reactivos. Por ejemplo, en la siguiente reacción tenemos que, al reaccionar un mol de sulfuro de sodio con un mol de sulfato de magnesio, obtendremos como producto un mol de sulfato de sodio más un mol sulfuro de magnesio.

Para esta parte se realizó una sustitución de forma similar y se presenta a continuación:

Experimento 1: Se utilizaron las sales nitrato de plata (AgNO3)y cloruro de sodio (NaCl) en disolución con agua en un tubo de ensayo. No hubo necesidad de medir cualitativamente la cantidad utilizada.

Se marcaron dos tubos con las disoluciones y se observaron las siguientes características:

	Color de la solución
Tubo 1 con AgNO3	Transparente
Tubo 2 con NaCl	Transparente

En esta imagen se pueden observar las condiciones iniciales de las soluciones:

Izquierda: tubo con nitrato de plata
Derecha: tubo con NaCl

Se combinaron las dos soluciones en el tubo 1 poco a poco. Se comenzó a notar la formación de un precipitado en el fondo y una apariencia "lechosa" en el tubo.

Tubo de ensayo 1. Se puede observar que algo se precipita
en el fondo

Para obtener los nuevos compuestos se usó un embudo y un papel filtro. El papel filtro contenía la sustancia precipitada y con un matraz se contuvo la parte acuosa.

Parte acuosa

Precipitado

Se llenó la siguiente tabla con las características de los nuevos compuestos obtenidos.

Reacción de Tubo 1 + Tubo 2
Color de precipitado:	Blanco y textura grumosa
Color de la solución:	Rosa claro

* Se puede observar un leve color rosa claro en el matraz y una nueva sal retenida en el papel filtro. La ecuación que ejemplifica la reacción es la siguiente:

NaCl + AgNO3 → NaNO3 + AgCl

Discusión:
La solución obtenida en este experimento corresponde al Nitrato de Sodio y el precipitado al Cloruro de plata. La mayoría de las sales de plata tienen baja solubilidad en agua, es por ello que se precipitan en este tipo de reaciones. El NaNO3 es muy soluble en agua, es por ello que no se puede apreciar esta sal formada, a menos de que se hubiera sometido a un proceso de calentamiento para evaporar el exceso de agua. El usar disoluciones acuosas para hacerlas reaccionar, favorece la disociación en iones y permite un intercambio de estos.

Experimento 4 b (sustitución doble)

- Se colocó una pequeña cantidad de mármol (carbonato de calcio) en un tubo de ensayo y se le añadieron 4 mL de ácido clorhídrico 0.1N.

Carbonato de calcio con 4 mL de HCl 0.1 N

Resultados:

Tabla 4c Reacción: El carbonato de calcio reacciona con ácidos fuertes, en este caso el HCl, desprendiendo dióxido de carbono: CaCO_3(s) + 2 HCl_(aq) → CaCl_2(aq) + CO_2(g) + H₂O_(l)
Reactivos	Productos	Observaciones
- Carbonato de calcio - Ácido clorhídrico	- Cloruro de calcio - Dióxido de carbono - Agua	- No hubo cambio de color. - Fue efervescente.

Discusión:

- El carbonato de calcio reaccionó con el ácido clorhídrico siendo una sustitución doble en la cual se formó cloruro de calcio, dióxido de carbono y agua.

- La reacción fue efervescente, sin ningún cambio de color.

Parte V. Reacciones de combustión

En una reacción de combustión, una molécula, o un grupo de ellas, reaccionan con el oxígeno, usualmente con la liberación de grandes cantidades de luz y calor.

Como el oxígeno es un reactivo en todas las combustiones, todas las reacciones de combustión son procesos de óxido-reducción (REDOX).

Sustancias orgánicas & sustancias inorgánicas

Las reacciones de combustión más comunes, son las que usamos para producir energía, en las cuales participan mezclas orgánicas como gasolina, diésel, carbón o gas natural como reactivos.

Durante la reacción de combustión se combinan con el oxígeno y por lo tanto los productos consisten de CO2 y agua.

Es común que en la reacción se generen además el gas monóxido de carbono y partículas de carbón, que se detectan con una mancha de color negro.

Por otra parte, las sustancias inorgánicas se caracterizan por poseer elevados puntos de ebullición y de fusión y no entrar en combustión.

Conclusiones con respecto a las reacciones de combustión:

- Se generan grandes cantidades de energía

- Se llevan a cabo únicamente en sustancias orgánicas.

- Requieren de sustancias orgánicas como combustible y de oxígeno como comburente.

- Son de óxido-reducción.

- Existen reacciones de combustión en los organismos vivos.

Procedimiento:

- Se colocaron 5-7 gotas de etanol sobre la cucharilla de combustión y se colocó a fuego directo sobre el mechero.

Gotas de etanol

- Se repitió la operación con las demás sustancias.
* Una pequeña cantidad de sustancia fue suficiente para observar los cambios.

Combustión del óxido de hierro

Combustión del ácido citrico

Reacción del etanol

Combustión del ácido benzoico

Combustión del cloruro de sodio

Tabla 5

Sustancia

Observaciones durante la combustión

Clasifique como orgánico o inorgánico

Etanol

(C₂H₆O)

- Primero produjo una flama y rápidamente se evaporó.

Orgánico

NaCl

- No le sucedió nada.

- Permaneció igual, no cambió de color.

- Por ser inorgánico, no es inflamable.

Inorgánico

Ácido benzoico

(C₆H₅-COOH)

- Es altamente inflamable.

- Produjo una flama grande.

- Cambió de estado sólido a líquido y burbujeó.

Orgánico

Ácido cítrico

(C₆H₈O₇₎

- Al ser orgánico, es inflamable.

- Cambió a un color amarillento.

- Desprendió un olor cítrico.

Orgánico

Óxido de zinc

(ZnO)

- Al estar en contacto con la flama, cambia a un color amarillento. Al retirarse del fuego, regresaba a su color blanco natural.

Inorgánico

Discusión:
- Los compuestos orgánicos son inflamables, mientras que los inorgánicos no lo son.

Cuestionario:

I. Para las siguientes dos ecuaciones.

- Oxigeno + hidrogeno → agua

- Cloruro de bario + nitrato de plata → Cloruro de plata + Nitrato de bario

a. Escribe la ecuación pero ahora con las fórmulas respectivas.

b. Balancea por tanteo la ecuación química}

1.- O2+H2 → 2H2O

2.- BaCl2+ 2AgNO3 → 2AgCl + Ba (NO2)2

II. Balancee por tanteo las siguientes ecuaciones:

a) N2 + O2 → NO

N2 + O2 → 2NO

b) NO(g) + O2(g) → NO2(g)

2NO+O2 → 2NO2

c) NO2 + H2O → HNO3 + HNO2

2NO2 + H2O → HNO3 + HNO2

III. Prediga los productos de cada una de las siguientes reacciones:

a. Mg(OH)2 + HCl (aq) → MgCl2 + H2O

b. BaO (s) + Al (s) → 3Ba + Al2O3

c. CaO (s) + SiO2 (s) → SiO + CaO2

d. CO + O2 → CO3

e. b) SrCl2 + Na2SO4 → SrSO4 + 2NaCl

f. c) Sn(NO3)2 + KI → 2K (NO3) + SnI2

IV. Si se quema 1.5 g de Mg metálico en presencia de oxígeno, ¿cuántos gramos de MgO se

obtiene?

2.48 g de MgO

V. Determina el tipo de reacción

H2O → H2 + O2 Descomposición

H2SO4 + Al → Al2(SO4)3 + H2 Desplazamiento o simple sustitución

NaCl + AgNO3 → AgCl + NaNO3 Doble desplazamiento o doble sustitución

SO2 +O2 → SO3 Síntesis

NaCl + AgNO3 → AgCl + NaNO3 Doble desplazamiento o doble sustitución

4P + 5 O2 → 2P2O5 Síntesis

VI. Defina los siguientes términos:

a)Ecuación Química: Es un proceso mediante el cual una sustancia se transforma en una o más sustancias nuevas.

b)Balanceo de Ecuaciones: Cuando tenemos el mismo número átomos del mismo elemento tanto en los reactivos como en los productos

c) Reactivo limitante: Es el reactivo que es necesario para que se obtenga cierta cantidad de producto o que la reacción se detenga una vez que éste se termine.

VII. EJERCICIO FINAL DE TIPOS DE REACCIONES:

En la siguiente tabla se encuentran ubicados los resultados de algunos experimentos: Clasifique por

tipo de reacción. (Combustión, desplazamiento simple, síntesis, etc.)

Reactivos - Productos - Tipo de Reacción

NH3 + HCl NH4Cl Síntesis
KClO3 KCl + O2 Descomposición
Zn + HCl ZnCl + H2 Sustitución simple
KCl + AgNO3 KNO3 + AgCl Sustitución doble

Referencia:

-Escuela de ingenierías industriales . (s.f.). Recuperado el 13 de Febrero de 2013, de http://www.eis.uva.es/~qgintro/esteq/tutorial-04.html

-GuateQuímica . (2010). Jmol. Recuperado el 11 de Febrero de 2013, de http://www.guatequimica.com/tutoriales/soluciones/Normalidad.htm

-Some Common Types of Chemical Reactions.Reactions of displacement.Eduardo Ghershman (2.09.2006).Recuperado el 17 de febrero de 2013, de http://www.galileog.com/quimica/inorganica/reacciones/reacciones.htm

Moneda de Cu	Observaciones de la moneda limpia	Observaciones de la moneda después de la adición de: a)AgNO3 b)HgCl2
	Color: a) Tiene un color café un tanto brillante y oscuro. En términos generales cobrizo. b) La moneda tenía un tono cobrizo y unas partes un tanto manchadas de plata debido a que otro equipo de laboratorio la había usado previamente.	Color: a) Después de adicionar unas gotas la parte afectada empezó a tornarse un tanto negra. Después de unos segundos la moneda quedo completamente manchada. b) La moneda se manchó de un tono verde al principio y al final se tornó algo plateada.