File - Portefólio de Química

Escola Básica e Secundária de São Roque do Pico
Portefólio de Química
2014/2015
APL 1.2
Um ciclo de cobre
Data: 2 a 9 de outubro de 2014
Luísa Neves
n.º12
12ºCT
Química
2014/2015
Um ciclo de cobre
Índice
Introdução…………………………………………………………………….. 3
Segurança……………………………………………………………………….4
Material e reagentes………………………………………………………5
Procedimento……………………………………………………………….. 6
Cálculos prévios……………………………………………………………. 10
Registo de resultados……………………………………………………. 12
Observações…………………………………………………………………. 13
Questões pós-laboratoriais…………………………………………… 14
Rendimento …………………………………………………………………. 17
Conclusão………………………………………………………………………18
Bibliografia…………………………………………………………………….19
Anexos……………………………………………………………………………20
Luísa Neves
n.º12
12ºCT
Química
2014/2015
Um ciclo de cobre
Introdução
O cobre (Cu) é um metal de transição, pertencente ao grupo 11 da Tabela
Periódica, sólido à temperatura ambiente, maleável e com condutor de
eletricidade. É utilizado em fios de eletricidade e em ligas metálicas, por
exemplo o latão.
Pode ser transformado através de uma sequencia de reações sucessivas que
permitem recuperar o metal inicial, é através desta sequencia de reações que
vamos tentar dar resposta à questão problema inicial:
Será possível reciclar uma substância usando processos químicos com
rendimento de 100%?
Para responder vamos utilizar um valor teórico e um valor obtido para realizar
o cálculo do rendimento.
Luísa Neves
n.º12
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Um ciclo de cobre
Segurança
Cuidados especiais de segurança:
Passo A – Libertação de vapores tóxicos de NO3 - Utilizar a hotte
Passo E – O zinco liberta vapores inflamáveis em contacto com a
água
- ZnSO4 é um resíduo tóxico
- HCl - Corrosivo
- R34-37 (consultar tabela de riscos e conselhos de
segurança)
- H2SO4 - Corrosivo
- R: 35
- S: 26-30-45
- HNO3 – Corrosivo
R: 8-35
S: 23-26-36-45
Luísa Neves
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Um ciclo de cobre
Material e reagentes
Luísa Neves
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Um ciclo de cobre
Procedimento
Para cada grupo de dois alunos:
Pipetas de Beral ou frascos conta-gotas, devidamente etiquetados,
contendo as seguintes soluções:
•
Cu(NO3)2 1 mol dm-3
•
H2SO4 6 mol dm-3
•
HCl 3 mol dm-3
•
NaH0 2 mol dm-3
Ponte de partida: cobre metálico
Nota: A solução obtida no fim do passo 4. Poderá ser utilizada por todos os alunos
de um turno, trabalhando os alunos dois a dois a partir deste ponto.
Luísa Neves
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Um ciclo de cobre
Procedimento
1.Cortar um fio de cobre de modo a obter uma amostra com cerca de 0,3 g;
mergulhar numa solução de ácido clorídrico, lavar com álcool e secar com papel.
2.Pesar a amostra e registar o valor da massa efetivamente medida.
3.Enrolar o fio e colocá-lo no fundo de um Erlenmeyer de 250 mL.
4.Reação A:
Cu (s) Cu(NO3)2 (aq)
Na hotte, adicionar 4,0 mL de HN03 concentrado e tapar o balão. Agitar suavemente
até dissolução completa. Observar e registar as alterações. Transferir para um balão
volumétrico de 100 mL com lavagens sucessivas de pequenas quantidades de água e
completar com água até ao traço.
5.
Reação B:
Cu(NO3)2 (aq)
Cu(HO)2 (s)
Transferir com uma pipeta, para um tubo de ensaio, 5 mL da solução de Cu(NO3)2 e
adicionar, gota a gota, a solução de NaHO 2 mol dm-3 (pipeta de Beral), agitando, se
necessário, com uma vareta de vidro, para precipitar Cu(HO)2 até não haver
formação de mais precipitado. Registar todas as observações.
Luísa Neves
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Procedimento
6.Reação C:
Cu(HO)2 (s) CuO (s)
Aquecer, em banho-maria, quase até à ebulição, a solução contida no tubo de
ensaio, agitando sempre para uniformizar o seu aquecimento.
7.Quando a reação estiver completa, retirar o aquecimento e arrefecer o tubo em
água fria corrente.
8.Deixar repousar o sólido formado e retirar, cuidadosamente, o líquido
sobrenadante com o auxílio de uma pipeta ou por decantação. Lavar o sólido com
3-4 mL de água desionizada, agitar e decantar uma vez mais (ou centrifugar).
9.Reação D:
Cu0 (s) CuS04 (aq)
Adicionar, ao sólido, cuidadosamente e gota a gota, a solução de H2S04 6 ml dm-3
contida noutra pipeta de Beral, até dissolver todo o sólido. Registar as alterações.
Luísa Neves
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Procedimento
10.Reação E:
CuS04 (aq)
Cu (s)
Ao tubo de ensaio colocado num suporte, adicionar, de uma só vez, cerca de 0,3 g de
zinco em pó, agitando até o líquido sobrenadante ficar incolor (se necessário adicionar
um pouco mais de zinco). Registar as observações.
11.Para eliminar a possível existência de Zn por reagir, adicionar, gota a gota, a solução
de HCl 3 mol dm-3.
12.Quando não se observar mais libertação de gás, decantar o líquido. Lavar com cerca
de 3-4 mL de água desionizada, deixar repousar e decantar o líquido. Repetir este
procedimento, pelo menos, mais duas vezes.
13.Com a ajuda de uma vareta de vidro com polícia, transferir o sólido (cobre) para um
vidro de relógio previamente pesado. Secar na estufa (controlar a temperatura).
14.Pesar novamente e registar para posterior cálculo do rendimento.
Luísa Neves
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Cálculos prévios
Cálculos para preparação de NaOH:
V = 100.0 ml = 0.0100 dm-3
c = 2 mol.dm-3
M = 40 g.mol-1
c= n/V ⇔ n=c*V
n=2*0.0100 ⇔ n=0.02 mol
n= m/M ⇔ m=n*M ⇔ m=0.02*40⇔ m=0.8 g
Cálculos concentração HNO3
HNO3 70% m/m
M= 63.01 g.mol-1
ℓ=1.40kg.l-1 ⇔ 1ml= 1.40g
n = 1.40*103*0.70=980g
n= 980/63.01=15.55
c = 15.55 mol.dm-3
Luísa Neves
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Um ciclo de cobre
Cálculos prévios
Cálculos para preparação H2SO4
[H2SO4] = 18 mol.dm-3
C1V1 = C2 V2 (Diluição)
18xV1 = 6x0.1 (em 100ml)
V1 = 33ml de ácido em 100ml H2O
Luísa Neves
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Um ciclo de cobre
Registo de resultados
Massa inicial
Massa final
0.301 gr(*)
0.05 gr
Cu (s)
(*) – Foi registado o valor da massa medida antes de eliminar as impurezas
com ácido clorídrico, pois, após o termos feito a balança pesou mal e não
reparámos na altura por isso continuámos. Sendo assim apenas um valor
aproximado.
Massa (g)
Zinco adicionado
0.3
Luísa Neves
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Um ciclo de cobre
Observações
Reações
Luísa Neves
Observações
A
Mudança de cor para verde logo que o ácido entra em contacto com o cobre, libertação de
gás castanho alaranjado (sendo este gás NO2).
Quando se junta água ao Cu(NO3)2 a cor muda para azul.
B
Juntar à solução anterior cerca de 30 ml de soda caustica.
Ao se colocar cada gota de NaHO (aq) observa-se a formação do precipitado, Cu(HO)2 (s), que
no inicio era azul claro como a solução anterior, mas com a adição continua de gotas a cor foi
mudando gradualmente para verde cada vez mais escuro.
C
Ao colocar-se o tubo de ensaio em banho-maria o precipitado ficou negro e desceu para o
fundo (deixando alguns resíduos nas paredes do tubo de ensaio).
Arrefeceu-se o tubo de ensaio em água corrente, e de seguida colocou-se na centrifugadora
para facilitar o processo de decantação/retirar líquido com pipeta para uma maior precisão.
D
Libertou-se um fumo branco muito fraquinho, mas observavam-se muitas bolhinhas devido à
reação.
E
Após se adicionar zinco à solução, o líquido ficou transparente (significando que já não
haviam iões cobre, pois estes são azuis).
Adicionou-se HCl 3 mol dm-3 para acelerar a reação e garantir que todo o zinco reagiu
(durante a reação E foi libertado um gas incolor que apesar de não se encontrar na formula
concluímos que seria hidrogénio (H2) ).
Após o cobre solido pousar no funco decanta-mos com sucessivas lavagens de água e
levamos a estufa para uma secagem mais eficaz.
n.º12
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Um ciclo de cobre
Questões
pós-laboratoriais
1.Por que razão se denominou o conjunto das reações efetuadas por "ciclo do
cobre"?
Denominou-se ciclo de cobre porque tem inicio no cobre sólido e,
depois de ocorrerem todas as reações, acaba também em cobre sólido.
2.Qual será a razão de a reação A ter de ser realizada na hotte?
A reação A foi realizada na hotte porque é libertado NO2, um gás muito
tóxico.
3.Qual a espécie química que é removida na decantação (passo 8.)?
A espécie química removida em 8 é o óxido de cobre, CuO(s).
4.Qual será o gás libertado referenciado no passo 11.?
O hidrogénio (H2) libertado pela adição de HCl(aq) ao ZnSO4(aq).
5.Porque será necessário recolher o líquido sobrenadante como resíduo no passo
11. (e não no passo 8.)?
O liquido sobrenadante do passo 11 requer mais cuidado pois é tóxico
enquanto que o do passo 8 não o é.
Luísa Neves
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Um ciclo de cobre
Questões pós-laboratoriais
6.Traduza cada reação efetuada pela equação química correspondente.
A: Cu (s) + 4 HNO3 (aq)
Cu(NO3)2 (aq) + 2 H2O (l) + 2NO2 (g)
B: Cu(NO3)2 (aq) + 2 NaOH (aq)
Cu(OH)2 (s) + 2 NaNO3 (aq)
C: Cu(OH)2 (s)
CuO (s) + H2O (l) – Por aquecimento
D: CuO (s) + H2SO4 (aq)
CuSO4 (aq) + H2O (l)
E: CuSO4 (aq) + Zn (s)
Cu (s) + ZnSO4 (aq)
7.Classifique as reações A, B, C e E (oxidação-redução, ácido-base…).
A: oxidação-redução
B:precipitação
C:decomposição térmica
D:ácido-base
E:oxidação redução
Luísa Neves
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Um ciclo de cobre
Questões pós-laboratoriais
8.Como se poderá provar que o sólido recolhido no final é cobre?
Fazendo testes químicos e físicos específicos.
9.O rendimento obtido é, certamente, inferior a 100%. Quais serão os
passos/factos experimentais que poderão justificar o rendimento calculado?
Todas as pesagens, decantações, erros nas preparações de soluções,
não deixar secar ate ao fim, por exemplo.
10. Reciclar é um meio importante para conservar os recursos naturais. Indique
os metais que habitualmente são mais recolhidos para reciclagem.
Ferro e alumínio
11. Identifique alguns problemas de poluição relacionados com a reciclagem do
cobre.
Os vapores tóxicos e os resíduos tóxicos emitidos. E os iões cobre são
tóxicos.
Luísa Neves
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Rendimento
Luísa Neves
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Um ciclo de cobre
Conclusão
Após os devidos cálculos, obteve-se um valor de rendimento muito baixo, 16,67%. Era
esperado um valor de rendimento baixo visto que depois de sujeitarmos o cobre ao ácido
clorídrico, o pesámos e a balança não estava bem calibrada. Não nos apercebemos disso no
momento e prosseguimos com a atividade. Para além do referido incidente, ao longo da atividade
efetuamos várias decantações nas quais nunca se conseguiu aproveitar todo a solução devido às
varetas com polícia improvisadas. Utilizámos tubos de ensaio ao invés de góbeles e, assim, a área
de contacto dos reatores ficou diminuída havendo a possibilidade de terem ficado reações
incompletas.
Na reciclagem do cobre em grandes massas também não se obtém um rendimento de
100% mas é, obviamente, muito maior do que o obtido. Porém é preferível proceder-se à
reciclagem do cobre e outros metais, com os necessários cuidados, devido aos grandes custos de
extração e, caso não fossem reciclados, ficariam à superfície terrestre a contribuir para a poluição
do planeta.
Luísa Neves
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12ºCT Luísa Neves
Químican.º12
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Um ciclo de cobre
Bibliografia
SIMÕES, Teresa Sobrinho; QUEIRÓS, Maria Alexandra; SIMÕES, Maria Otilde, – Química
em Contexto, Porto Editora, Porto, 2011, 1a edição;
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Anexos
Vídeo: Passo 10
(procedimento)
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