práctica nº 3 reacciones químicas 1 objetivo general 2 fundamento

REACCIONES QUIMICAS
UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS
FACULTAD DE INGENIERÍA
CURSO BASICO
LABORATORIO QUIMICA GENERAL
QMC 100 - L
SEM II/2010
PRÁCTICA Nº 3
REACCIONES QUÍMICAS
1 OBJETIVO GENERAL
Realizar, observar y analizar diferentes reacciones químicas, en cuanto a los
cambios que ocurren al desarrollarse cada uno de los diferentes fenómenos.
1.1 OBJETIVOS ESPECIFICOS
Identificar las características y los productos obtenidos en las diferentes
reacciones.
Igualar y clasificar cada una de las reacciones químicas.
Estudiar una reacción química en diferentes medios (medio ácido, neutro y
básico)
Estudiar la reducción de la glucosa como un ejemplo de reacción reversible
2 FUNDAMENTO TEORICO
Cuando ocurre una reacción química, los productos obtenidos presentan diferentes
características con relación a los reactivos, la estructura molecular cambia, de tal
modo que existen cambios de color, olor, densidad, etc; en muchas de estas
transformaciones pueden ocurrir cambios de estado de la materia, es decir
formación de gases, líquidos o sólidos. Se dice que ocurre una reacción química
cuando se forman o rompen los enlaces químicos u ocurren ambas cosas en un
proceso de cambio profundo en las características de la materia.
La representación escrita de un cambio químico se denomina reacción química, y
se realiza por medio del uso de símbolos de los elementos y fórmulas de los
compuestos tanto para los reactivos como para los productos. En el lado izquierdo
de la ecuación se indican los reactivos con sus respectivos estados de agregación
como subíndices, y en el lado derecho se escriben los productos o compuestos
finales también con sus respectivos subíndices. Según: (s) para el estado sólido, (l)
para el estado líquido, (g) para el estado gaseoso y (aq) en solución acuosa.
Si una reacción química se iguala mediante coeficientes estequiométricos de modo
que cumpla con la ley de conservación de la materia de Lavoisier, entonces se
denomina ecuación química y si la ecuación química incluye el intercambio de
energía en forma de un valor de entalpía de reacción (ΔH) esta se denomina
ecuación termoquímica.
2.1 Clases de transformaciones químicas.
Al analizar las reacciones químicas se puede observar que existe una amplia gama de
reacciones. En un intento por agrupar las reacciones químicas más frecuentes, se ha
LABORATORIO DE QUIMICA GENERAL
REACCIONES QUIMICAS
visto por conveniente realizar la siguiente clasificación:
2.1.1
Por el mecanismo.
Tomando en cuenta el mecanismo de la reacción, las mismas se pueden clasificar en:
COMBINACION. Se define REACCION DE COMBINACION A LA UNION DE DOS 0
MAS SUBSTANCIAS SIMPLES O COMPUESTAS PARA FORMAR UN UNICO
COMPUESTO. Por ejemplo:
S + Fe - - - - - - F e S
2 H2 + 02 ------- 2 H20
Ca0 + H20 -------- Ca(OH)2
La unión de dos compuestos para formar una única substancia se denomina ADICION.
DESCOMPOSICION.DESCOMPOSICION ES LA FORMACION DE DOS O
MAS SUBSTANCIAS SENCILLAS (elementales o no) A PARTIR DE UN
COMPUESTO DETERMINADO. Muchos compuestos se comportan de esta forma
cuando se calientan. Por ejemplo:
2 HgO --------- 2 Hg + O2
2 KClO3 --------- 2 KCl + 3 O2
Si lo productos formados en la descomposición se vuelven a combinar para formar la
substancia original, el proceso se denomina DISOCIACION. Por ejemplo:
NH4Cl ---------- NH3 + HCl
PCl5
------------ Cl2 + PCl3
DESPLAZAMIENTO o SUSTITUCION. DESPLAZAMIENTO o SUSTITUCION ES
CUANDO UN ELEMENTO SUSTITUYE A OTRO EN UN COMPUESTO, como
resultado de esta reacción se tiene la liberación de uno de los elementos que forman
el compuesto original, debido a la diferencia de electronegatividades. Por ejemplo:
CUSO4 + Zn --------- ZnSO4 + Cu
2 HCl + Fe
FeCl2 - H2
DOBLE DESCOMPOSICION o METATESIS. ES LA REACCION OCURRIDA ENTRE
DOS COMPUESTOS CON INTERCAMBIO MUTUO DE SUS CATIONES, existiendo
la formación de dos compuestos nuevos químicamente análogos a los reaccionantes.
Por ejemplo:
AgNO3 + HCl
CaCl2 + Na2CO3
AgCl + HNO3
2 NaCl + CaCO3
2.1.2 Por el cambio en el estado de oxidación.
Existen reacciones en las cuales se produce un cambio de oxidación en los reactivos,
en tal sentido las reacciones se clasifican en:
REACCION DE OXIDACION. Se denomina REACCION DE OXIDACION A TODA
REACCION EN EL CUAL EL REACTIVO AL CAMBIAR DE ESTADO PIERDE
LABORATORIO DE QUIMICA GENERAL
REACCIONES QUIMICAS
ELECTRONES. Por ejemplo:
2 Cl- - 2 e-
Cl2
REACCION DE REDUCCION. Por el contrario LA REACCION DE REDUCCION ES
LA REACCION QUE GANA ELECTRONES. Por ejemplo:
2 e- + 4 H+ + MnO2
Mn ++
En las reacciones redox, se emplea nombres como agente oxidantes (aquella
sustancia que oxida al otro reactivo y a su vez se reduce), agente reductor (sustancia
que reduce al otro reactivo y a su vez se oxida), sustancia oxidada (sustancia producto
de la oxidación) y sustancia reducida (sustancia producto de la reducción). El siguiente
ejemplo ilustra lo mencionado:
2MnO4- + 5HCHOH + 6H+
agente
2Mn+2 + 5HCOOH + 3H2O
agente
sus tan cia sus tan cia
reducida oxidada
oxidante reductor
(que se (que se
reduce)
oxida)
Las sustancias orgánicas, al igual que las inorgánicas sufren procesos de oxidación y
reducción; por ejemplo los alquenos (como el eteno CH2 = CH2 )en presencia de
permanganato de potasio en medio acido se oxida a glicoles, aldehído, cetonas y
finalmente a ácidos carboxílicos:
KMnO4
2H2O + H2C = CH2 ----------- H2C – CH2 +2H2 +2e
[
[
H+
OH
OH
Etilenglicol
Del mismo modo los alcoholes se oxidan a aldehídos a cetonas, los aldehídos se
oxidan a ácidos carboxílicos (ácidos orgánicas) y los ácidos orgánicos a CO2, por
ejemplo:
CH3 – CH2OH
E tan ol
(alcohol)
CH3CHO + 2H+ + 2e-
(oxidacion)
e tan al
( aldehido)
2.1.3 Por el grado de conversión.
Tomando en cuenta el grado de conversión de los reactivos en productos y la
dirección de la reacción, las reacciones pueden ser:
REACCIONES IRREVERSIBLES. REACCION IRREVERSIBLE ES AQUELLA
REACCION QUE TIENE UN SENTIDO ÚNICO DE TRANSFORMACION, tomando en
cuenta la transformación de los reactivos la misma termina cuando el reactivo limitante
desaparece del sistema. Por ejemplo:
LABORATORIO DE QUIMICA GENERAL
REACCIONES QUIMICAS
2 C6H6 + 15 O2
12 CO2 + 6 H20
REACCION REVERSIBLE. Se denomina REACCION REVERSIBLE A AQUELLA
REACCION QUE SE EFECTÚA EN AMBOS SENTIDOS, la reacción se realiza
parcialmente ya que los productos vuelven a recombinarse entre sí para formar los
reactivos iniciales. Por ejemplo:
CH3COOH + C2H5OH
CH3COO C2H5 + H2O
2.1.4 Por el flujo energético.
De acuerdo con el intercambio de calor con el medio ambiente las reacciones
se pueden clasificar en:
REACCIONES EXOTERMICAS. REACCION EXOTERMICA ES TODA REACCION
EN LA CUAL EL SISTEMA LIBERA CALOR AL MEDIO AMBIENTE. Por ejemplo:
C (graf) + O2 (g
CO2(g) + 9405 Kcal/mol
REACCIONES ENDOTERMICAS. Por el contrario REACCION ENDOTERMICA ES
TODA REACCION EN LA CUAL PARA QUE
SE
EFECTUÉ
LA
TRANSFORMACION SE NECESITA ADICIONAR CALOR AL SISTEMA. Por
ejemplo:
N2O4 (g)
+ 14,7 Kcal
2NO2 (g)
2.1.5 Por su naturaleza
REACCION DE NEUTRALIZACION. ES LA REACCION DE ACIDO CON UNA BASE.
Dando como producto una sal + agua. Por ejemplo:
HCl (aq) + NaOH (aq)
ClNa (aq) + H2O (l)
REACCION DE HIDROGENACION. ES LA ADICION DE UNA o MÁS MOLÉCULAS
DE HIDRÓGENO A UN HIDROCARBURO INSATURADO PARA TRANSFORMARLO
EN UN HIDROCARBURO SATURADO. Por ejemplo:
C2H2 + 2 H2
C2H6
REACCION DE COMBUSTION. ES LA COMBINACION DE UN COMPUESTO
ORGANICO CON EL OXIGENO DEL AIRE, PRODUCIENDO ANHIDRIDO
CARBONICO Y AGUA. Las reacciones de combustión son reacciones rápidas que
producen llama.
2C2H6 (g) +7O2 (g)
4CO2 (g) + 6H2O (l)
REACCION DE POLIMERIZACION. CONSISTE EN LA ADICION DE DOS
HIDROCARBUROS INSATURADOS ENTRE SI PARA FORMAR UNA CADENA MAS
LARGA. Por ejemplo:
CH2 = CH2 + CH2 = CH2
* CH2- CH2- CH2- CH2*
Además de las reacciones anteriormente enunciadas existen otras más, las cuales
resultaría muy largo de enumerar.
LABORATORIO DE QUIMICA GENERAL
REACCIONES QUIMICAS
2.2 Influencia del medio. Reacciones REDOX
Algunas sustancias se oxidan y/o reducen de manera distinta, de acuerdo al medio en
que se hallan presentes
2.2.1 Medio fuertemente ácido
Por ejemplo el permanganato (MnO4)- de color violeta, si el medio es
fuertemente ácido (en H2SO4 1.5 M) se reduce a Mn-2 (incoloro).
8H
Mn 4
(violeta)
Mn 2 4 H 2 O
(incoloro)
5e
(reducción)
2.2.2 Medio neutro
En solución neutra o ligeramente alcalina, el permanganato se reduce a MnO2,
este último es un sólido de color castaño:
MnO4
4H
3e
MnO2( S )
(reducción)
2H 2 O
2.2.3 Medio fuertemente alcalino
En soluciones fuertemente alcalinas (como NaOH 2M) el permanganato se
reduce a ion manganato (MnO-24), de color verde.
Mn4 + 1e-
Mn-24
3 MATERIALES Y REACTIVOS
3.1 Materiales
Ítem
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Material
Vaso de precipitado
Tubos de ensayo
Gradilla
Pipeta graduada
Probeta
Hornilla
Balanza
Cronómetro
Pinza
Piseta
Pro pipeta
Cepillo
Característica
100 ml
16*160mm
P/12 tubos
5 ml
50 ml
Eléctrica
Eléctrica
Digital
Madera
500ml (plástica)
Plástica
P/ tubo
3.2 Reactivos
LABORATORIO DE QUIMICA GENERAL
Cantidad
4
12
1
4
1
1
1
1
1
1
1
1
REACCIONES QUIMICAS
Ítem
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
Reactivo
Ácido sulfúrico
Hidróxido de sodio
Cloruro de bario
Hierro
Cobre
Ácido clorhídrico
Nitrato de plata
Ferrocianuro de potasio
Cloruro férrico
Amoniaco
Sulfato cúprico
Sacarosa
Clorato de potasio
Glucosa
Oxalato de sodio
Nitrato plumboso
Cromato de potasio
Permanganato de potasio
Azul de metileno
Fenolftaleína
Agua destilada
Característica
Concentrado
Diluido
Diluido
Sólido
Sólido
Diluido
Diluido
Diluido
Diluido
Diluido
Diluido
Sólido
Diluido
Sólido
Diluido
Diluido
Diluido
Diluido
Cantidad
2 ml
1 ml
1.5 ml
0.1 g
0.1 g
1 ml
1 ml
1 ml
1 ml
1 ml
1 ml
0.1 g
1 ml
0.1 g
1 ml
1 ml
1 ml
1 ml
Gota
Gota
200 ml
4 Procedimiento
4.1 Reacciones diversas
En un tubo de ensayo colocar aproximadamente 1 ml del reactivo A. En otro tubo de
ensayo, colocar 1 ml del reactivo B, si alguno de los reactivos fuera sólido, pesar
aproximadamente 0.1 g.
Vierta unas gotas (2 a 4) del reactivo A sobre el B, observe y registre los cambios.
Luego vierta el resto, agite el tubo de ensayo, observe y anote los cambios. En
algunos casos, la reacción puede ser lenta, de modo que si no observa ningún cambio
inmediato, deje el tubo en reposo hasta que se observe algún cambio.
REACTIVO A
REACTIVO B
1.- Ácido sulfúrico +
gota de fenolftaleína
2.- Ácido sulfúrico
3.- Hierro
4.- Acido Clorhídrico
5.- Ferrocianuro de potasio
6.- Amoniaco
7.- Ácido nítrico
9.- Nitrato plumboso
Hidróxido de sodio
+
+
+
+
+
+
+
+
Cloruro de Bario
Acido Clorhídrico
Nitrato de Plata
Cloruro Férrico
Sulfato de Cobre
Cobre
Cromato de potasio
LABORATORIO DE QUIMICA GENERAL
REACCIONES QUIMICAS
4.2
Reducción del permanganato
4.2.1 Medio fuertemente ácido
En un vaso de precipitados de 100 ml introducir aproximadamente 0.05 g de
KMnO4 y disuélvalo en 10 ml de agua destilada (solución de KMnO4) o bien puede
utilizar la solución ya preparada si es que está disponible. Mida aproximadamente
2 ml de H2SO4 concentrado y diluya con 20 ml de agua destilada (solución de
H2SO4). En otro vaso de precipitados de 100 ml pese aproximadamente 0.6 g de
oxalato de sodio (o 0.8 g de oxalato de potasio) y disuélvalo con la solución de
H2SO4 (solución ácida de oxalato), luego caliente la solución ácida de oxalato
hasta aproximadamente 60ºC, a esta solución añada 1 ml de la solución de
KMnO4, Registre sus observaciones
4.2.2 Medio neutro
En un vaso de precipitados de 100 ml introducir un masa de aproximadamente 0.6
g de oxalato de sodio (o 0.8 g de oxalato de potasio) y disuélvalo con 20 ml de
agua destilada, caliente la solución de oxalato de sodio hasta una temperatura
aproximada de 60ºC. Luego añada a la solución caliente de oxalato de sodio, 1 ml
de solución de KMnO4. Registre sus observaciones.
4.2.3 Medio fuertemente alcalino
En un vaso de precipitado de 100 ml introduzca 2g de NaOH y añadir 20 ml de
agua destilada (solución de NaOH). En otro vaso de precipitados de 100 ml
introduzca aproximadamente 0.6 g de oxalato de sodio y disuélvalo con la
solución de NaOH (solución alcalina de oxalato). Mida 1 ml de solución de KMnO4
y vierta sobre la solución alcalina de oxalato de sodio. Registre sus observaciones
4.3
Reducción de la glucosa
En un vaso de 100 ml disuelva 1 g de glucosa en 50 ml de agua destilada
(solución de glucosa), añada 5 gotas de azul de metileno a la solución de glucosa.
En otro vaso de 100 ml, disuelva 0.24 g de NaOH con 2 ml de agua destilada
(proceda con precaución, el proceso de disolución del NaOH es exotérmico).
Vierta la solución de glucosa sobre la solución de NaOH
Si es necesario, caliente la mezcla anterior. Registre sus observaciones. Enfríe la
solución agitándola, o mejor, trasvase de un vaso a otro. Registre sus
observaciones. Luego deje en reposo la solución y observe. Registre sus
observaciones. Puede repetir los dos pasos anteriores varias veces. Registre sus
observaciones.
LABORATORIO DE QUIMICA GENERAL
REACCIONES QUIMICAS
5 Datos Experimentales
5.1 Reacciones diversas
REACCION
9
REACCION
8
REACCION
7
REACCION
6
REACCION
5
REACCION
4
REACCION
3
REACCION
2
REACCION
1
REACTIVOS
PRODUCTOS
Formula
Estado de agregación
Color
Olor
Otras características
Formula
Estado de agregación
Color
Olor
Otras características
Formula
Estado de agregación
Color
Olor
Otras características
Formula
Estado de agregación
Color
Olor
Otras características
Formula
Estado de agregación
Color
Olor
Otras características
Formula
Estado de agregación
Color
Olor
Otras características
Formula
Estado de agregación
Color
Olor
Otras características
Formula
Estado de agregación
Color
Olor
Otras características
Formula
Estado de agregación
Color
Olor
Otras características
LABORATORIO DE QUIMICA GENERAL
REACCIONES QUIMICAS
5.2 Reducción del permanganato
Medio
alcalino
Medio
neutro
Medio ácido
REACTIVOS
PRODUCTOS
Formula
Estado de agregación
Color
Olor
Otras características
Formula
Estado de agregación
Color
Olor
Otras características
Formula
Estado de agregación
Color
Olor
Otras características
5.3 Reducción de la glucosa
Reducción
de Glucosa
REACTIVOS
PRODUCTOS
Formula
Estado de agregación
Color
Olor
Otras características
6 Cálculos
En esta práctica, dada la naturaleza cualitativa de las observaciones, para cada
reacción se debe realizar lo siguiente:
Escribir la reacción química e igualarla
Clasificar la reacción química por el mecanismo, cambio en el estado de
oxidación, extensión, intercambio de energía y naturaleza con ayuda de la
bibliografía recomendada.
En el caso de la reducción del permanganato, además investigar lo siguiente:
Indique cual es el agente oxidante y cual el agente reductor. Cite también,
¿cuales son las sustancias oxidadas y reducidas?
¿Cuál el propósito de calentar la solución antes de realizar la reacción?
En el caso de la reducción de la glucosa, además investigar lo siguiente:
Explicar mediante reacciones, los ciclos de cambios de color del azul de
metileno.
LABORATORIO DE QUIMICA GENERAL
REACCIONES QUIMICAS
7 Cuestionario
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
¿Qué es una reacción química?
¿Por qué se iguala una reacción química?
¿Enuncie y explique brevemente los tipos de reacciones que existen?
Explique detalladamente los pasos para igualar una reacción por el método
redox en medio ácido y en medio básico.
¿Cuál es la función de un indicador orgánico en una reacción química?
En la tostación de la pirita, FeS2 con oxígeno se forma óxido férrico, Fe203 y se
desprende dióxido de azufre, S02. Escribir la ecuación indicada
correspondiente, e igualarla por el método del número de valencia.
Determinar la composición en porcentaje del tiosulfato de sodio
pentahidratado.
¿Por qué arde el papel y qué tipo de fenómeno es?.
¿Qué es comburente?
¿Qué es combustible?
¿Qué sustancia se obtiene al reaccionar amoniaco y nitrato de plata?
Nombre y escriba la formula de:
10 óxidos
10 anhídridos
10 ácidos oxácidos
5 ácidos hidrácidos
5 sales
8 Bibliografía
Whitten – Davis – Peck. “Química General”
Raymond Chang. “Química General”
J. Babor – J. Ibarz. “Química General”
Rosemberg. “Química General Schaum”
Dillard – Goldberg. “Química”
Montecinos - Montecinos. “Química General-Prácticas de Laboratorio”
Parra – Coronel. “Química Preuniversitaria”
LABORATORIO DE QUIMICA GENERAL