15 Lluvia Ácida Experimento
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Experimento 15 Lluvia Ácida En este experimento observará la formación de cuatro ácidos que se presentan en la lluvia ácida: Ácido carbónico, H2CO3 Ácido nitroso, HNO2 Ácido nítrico, HNO3 Ácido sulfuroso, H2SO3 El ácido carbónico se forma cuando el dióxido de carbono gaseoso se disuelve en las gotas de lluvia en el aire no contaminado: H2CO3(ac) (1) CO2(g) + H2O(l) El ácido nitroso y el ácido nítrico se forman a partir de un contaminante común del aire, el dióxido de nitrógeno (NO2). La mayor parte del dióxido de nitrógeno en nuestra atmósfera se produce debido al escape de gases de los automóviles. El dióxido de nitrógeno gaseoso se disuelve en las gotas de lluvia y forma los ácidos nítrico y nitroso: HNO2(ac) + HNO3(ac) (2) 2 NO2(g) + H2O(l) El ácido sulfuroso se produce a partir de otro contaminante del aire, el dióxido de azufre (SO2). La mayoría del dióxido de azufre en la atmósfera resulta de la combustión del carbón que contiene impurezas de azufre. El dióxido de azufre se disuelve en las gotas de lluvia y forma el ácido sulfuroso: CO 2 NO2 H 2 CO3 H NO2 H NO3 H2SO3 SO2 H2SO3(ac) (3) SO2(g) + H2O(l) En el procedimiento delineado debajo, usted primero producirá estos tres gases. Luego hará burbujear los gases a través de agua, produciendo los ácidos que se encuentran en la lluvia ácida. La acidez del agua se medirá con un Sensor de pH. OBJETIVOS En este experimento Generará tres óxidos gaseosos, CO2, SO2 y NO2. Simulará la formación de lluvia ácida hacienda burbujear cada uno de los tres gases en agua y producirá tres soluciones ácidas. Medirá el pH de las tres soluciones ácidas para comparar sus intensidades relativas. MATERIALES computador interfaz Vernier para computador Logger Pro Sensor de pH Vernier Botella de lavado con agua destilada Ciencias con lo mejor de Vernier NaNO2 sólido NaHCO3 sólido NaHSO3 sólido 1 pipeta Beral con 1.0 M HCl 3 pipetas Beral con un vástago de 2 cm 15 - 1 Experimento 15 Soporte universal Vaso de precipitado de 100 mL Tubo de ensayo de 20 150 mm 3 pipetas Beral con un vástago de 15 cm abrazadera Agua corriente PROCEDIMIENTO 1. Obtenga y use guantes. 2. Obtenga pipetas Beral, tres con vástago corto y tres con vástago largo. Etiquete las de vástago corto con las formulas de los sólidos que contendrán: “NaHCO3”, “NaNO2” y “NaHSO3”. Etiquete las de vástago largo con la formula de los gases que contendrán: “CO2”, “NO2” y “SO2”. Puede usar un vaso de precipitado de 100 mL para colocar las pipetas. 3. Obtenga un vaso de precipitado que contenga NaHCO3 sólido. Apriete el bulbo de Figura 1 la pipeta etiquetada como “NaHCO3” para expulsar el aire y coloque el extremo abierto de la pipeta dentro del sólido NaHCO3. Cuando suelte el bulbo, el sólido NaHCO3 subirá hacia el interior de la pipeta. Continúe traspasando el sólido hacia la pipeta hasta que haya suficiente para llenar el extremo curvado del bulbo, como se muestra en la Figura 1. 4. Repita el procedimiento del Paso 3 para añadir los sólidos NaNO2 y NaHSO3 a las otras dos pipetas Beral. ADVERTENCIA: Evite inhalar el polvo de estos sólidos. 5. Obtenga una pipeta Beral con 1.0 M HCl de su profesor. ADVERTENCIA: El HCl es un ácido fuerte. Sujete bien la pipeta con el vástago apuntando hacia arriba de modo que las gotas de HCl no escapen. Inserte el vástago estrecho de la pipeta con HCl dentro de la abertura mayor de la pipeta que contiene el sólido NaHCO3, como se muestra en la Figura 2. Apriete la pipeta con HCl para añadir unas 20 gotas de solución de HCl al sólido NaHCO3. Cuando haya terminado, retire la pipeta con HCl. Agite bien la pipeta que contiene NaHCO3 y HCl. El dióxido de carbono, CO2, se produce en esta pipeta. Colóquelo en el vaso de precipitado de 100 mL con el vástago hacia arriba para prevenir derrames. Figura 2 6. Repita el procedimiento del Paso 5 añadiendo HCl a la pipeta que contiene el sólido NaHSO3. El dióxido de azufre, SO2, se genera en esta pipeta. 7. Repita el procedimiento del Paso 5 añadiendo HCl a la pipeta que contiene el sólido NaNO2. El dióxido de nitrógeno, NO2, se produce en esta pipeta. Cuando haya terminado este paso, devuelva la pipeta de HCl a su profesor. Deje las tres pipetas que generan gas en el vaso de precipitado de 100 mL hasta el Paso 10. 8. Use una abrazadera para fijar el tubo de ensayo de 20 150 mm al soporte universal. Añada unos 4 mL de agua corriente al tubo de ensayo. Retire el Sensor de pH de la solución de almacenamiento, lávelo con agua destilada y colóquelo en el agua corriente del tubo de ensayo. 9. Conecte el Sensor de pH a la interfaz para computador. Prepare el computador para la adquisición de datos abriendo el archivo “22 Lluvia Ácida” en la carpeta Química con computadores. Revise si el pH del agua está entre 6 y 8. 10. Extraiga todo el aire del bulbo de la pipeta de vástago largo con etiqueta “CO2”. Mantenga el bulbo completamente colapsado e inserte el vástago largo de la pipeta en el interior de la pipeta que genera gas con etiqueta “NaHCO3”, como se muestra en la Figura 3. Asegure que la punta de la pipeta de vástago largo permanezca por 15 - 2 Figura 3 Ciencias con lo mejor de Vernier Lluvia ácida sobre el líquido que se encuentra en la pipeta que genera gas. Deje de presionar el bulbo de modo que permita el traspaso de gas hacia él. Almacene la pipeta de vástago largo y la pipeta que genera gas en el vaso de 100 mL. 11. Repita el procedimiento del Paso 10 usando las pipetas con etiquetas “NaNO2” y “NO2”. 12. Repita el procedimiento del Paso 10 usando las pipetas con etiquetas “NaHSO3” and “SO2”. 13. Inserte la pipeta de vástago largo con etiqueta “CO2” dentro del tubo de ensayo, a lo largo del Sensor de pH, de modo que su punta llegue dentro del agua hasta el fondo del tubo de ensayo (vea la Figura 4). 14. Para iniciar la adquisición de datos haga clic en . Luego de 15 segundos, apriete bien el bulbo de la pipeta de modo que las burbujas de CO2 burbujeen lentamente a través de la solución. Use ambas manos para expulsar todo el gas del bulbo. Cuando termine la adquisición de datos luego de 120 segundos, examine los datos en la tabla y determine el valor inicial del pH (antes que se añadiera el CO2) y el valor final del pH (después que se añadiera el CO2 y el pH se estabilizó). Para confirmar estos dos valores, haga clic en el botón Estadísticas, , y examine los valores mínimo y máximo en la caja de pH que aparece en el gráfico. Registre los valores inicial y final del pH en su tabla de datos. Cierre la caja Estadísticas haciendo clic en la esquina superior izquierda de la caja. 15. Lave bien la punta del Sensor de pH con agua destilada y colóquelo nuevamente en la solución de almacenamiento. Deseche el contenido del tubo de ensayo según le indique su profesor. Lave muy bien el tubo de ensayo con agua corriente. Añada 4 mL de agua corriente al tubo de ensayo. Coloque el Sensor de pH en el tubo de ensayo y revise que el visualizador de entradas muestre un valor de pH que sea muy parecido al valor inicial previo del pH. Si eso no ocurre, lave otra vez el tubo de ensayo. 16. Del menú Experimento, seleccione Almacenar Última Serie. Con esto se almacenan los datos y se pueden usar más tarde, además se seguirán viendo en pantalla mientras hace los demás ensayos. 17. Repita los Pasos 13-16 usando NO2 gaseoso. 18. Repita los Pasos 13-14 usando SO2 gaseoso. Cuando haya terminado, lave el Sensor de pH con agua destilada y colóquelo en la solución de almacenamiento. Deseche las 6 pipetas como le indique su Instructor. Figura 4 19. Etiquete cada una de las tres curvas seleccionando Anotación de Texto del menú Insertar y escribiendo “dióxido de carbono” (o “dióxido de nitrógeno”, o “dióxido de azufre”) en la caja de edición. 20. Imprima copia del gráfico que incluya los tres juegos de datos. PROCESANDO LOS DATOS 1. Para cada uno de los tres gases, calcule el cambio en el pH (pH), sustrayendo el pH inicial del pH final. Registre estos valores en su tabla de datos. 2. En este experimento, ¿cuál gas causó la menor caída en el pH? Ciencias con lo mejor de Vernier 15 - 3 Experimento 15 3. ¿Cuál gas (o gases) causó la mayor caída en el pH? 4. El carbón de los estados del oeste como Montana y Wyoming tienen un porcentaje menor de impurezas de azufre que el carbón encontrado en el este de los Estados Unidos. ¿Cómo podría el quemado de carbón bajo en azufre disminuir la acidez de las precipitaciones lluviosas? Use información específica de los gases y ácidos para responder la pregunta. 5. Las altas temperaturas en el motor del automóvil hacen que los gases nitrógeno y oxígeno del aire se combinen para formar óxidos de nitrógeno. ¿Cuáles son los dos ácidos de la lluvia ácida que surgen de los óxidos de nitrógeno del escape del automóvil? 6. ¿Cuál gas y ácido resultante en este experimento pudieran causar que la lluvia en aire no contaminado llegara a tener un valor de pH menor que 7 (algunas veces tan bajo como 5.6)? 7. ¿Por qué los niveles de acidez en la lluvia real podrían ser usualmente menores (pH superior) que los niveles de acidez observados en este experimento? La lluvia en los Estados Unidos generalmente tiene un pH entre 4.5 y 6.0. TABLA DE DATOS Y CALCULOS Gas pH Inicial pH Final Cambio en el pH (pH) CO2 NO2 SO2 15 - 4 Ciencias con lo mejor de Vernier