Aula 1: Análise de Chama

Curso de Engenharia Básico
Química Geral e Tecnológica
(Laboratório)
Experimento:
Volume Molar e Equivalente-Grama
Objetivo: Fornecer uma base experimental para o cálculo do volume molar do gás
hidrogênio, na temperatura e pressão ambiente e, ainda, determinar o equivalente-grama
do metal magnésio.
Introdução:
A Lei de Avogadro conduz à conclusão de que são iguais os volumes ocupados
pelas moléculas grama dos diferentes gases nas mesmas condições de temperatura e
pressão.
Volume molar é o volume ocupado pelo mol de qualquer gás nas Condições
Normais de Temperatura e Pressão (CNTP), esse volume é usado para, por exemplo,
converter a quantidade de um reagente ou produto de uma reação química em um
volume de gás.
Equivalente-grama de um elemento químico é a massa desse elemento capaz de
reagir com 1,00g de hidrogênio. Considerando que 1,00g de hidrogênio corresponde a
11,2L desse gás medido nas CNTP, podemos afirmar que:
Equivalente-grama de um elemento químico é a massa desse elemento capaz de
deslocar 11,2L de hidrogênio.
O cálculo do equivalente-grama do magnésio será fundamentado na massa de
magnésio utilizada e no volume de gás hidrogênio liberado na reação.
Podemos utilizar esta experiência para mostrar a produção de hidrogênio a partir
de peso equivalente de magnésio. A proporção de um mol de metal para um mol de
hidrogênio produzido, não é verdadeira para todos os metais. As leis dos gases ideais
(e.g. Peter Atkins & Loretta Jones, Pag. 261-295) deverão ser utilizadas para o cálculo
do volume molar do hidrogênio gasoso.
O volume molar do hidrogênio pode ser facilmente determinado mediante uma
reação química clássica entre um ácido e um metal redutor mais forte que o hidrogênio.
Reagindo-se completamente uma massa conhecida do metal em excesso de ácido, podese relacionar a quantidade de metal utilizada com o volume de gás hidrogênio produzido
pela estequiometria da reação:
M(s) + n H + (aq)  n/2 H2 (g) + M + (aq)
Será realizado o experimento fazendo-se reagir magnésio metálico com ácido
clorídrico em excesso. O volume de gás coletado (VH2), nas condições do experimento
(temperatura e pressão ambiente), permite determinar o volume molar do hidrogênio
(Vmolar) nessas mesmas condições, relacionando-se um mol de metal e obedecendo-se a
estequiometria de reação no caso particular:
x mol do metal _____ x(n/2) mol H2 _____ VH2
1 mol H2
_____ Vmolar
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Como o resultado obtido nesse experimento só teria utilidade para seus
executores, conhecedores das condições experimentais, é conveniente expressar o
volume molar (Vmolar) em condições reconhecidas como referência, por exemplo, nas
Condições Normais de Temperatura e Pressão (CNTP); isto é 1 atm e 273,15 K
mediante o uso da equação geral dos gases ou Lei dos gases combinada:
P1V1/T1 = P2V2/T2
Deixando-se o sistema entrar em equilíbrio térmico com o exterior, a
temperatura ambiente é tomada como a temperatura do gás.
Sendo o hidrogênio produzido sobre água, a sua pressão (PH2) é determinada
pelo princípio dos vasos comunicantes, fazendo com que a pressão do sistema (Psistema)
seja igual à pressão ambiente (Pamb) quando os níveis de líquido dentro e fora do sistema
se igualam. Nessas condições é medido o volume do gás produzido.
Como o sistema contém hidrogênio e vapor d’água, torna-se necessário
descontar a pressão (PH2O) que este último exerce, na temperatura do experimento, de
acordo com a Lei das Pressões Parciais de Dalton:
Lei de Dalton: “A pressão medida de uma mistura de gases é a soma das pressões que
os gases exerceriam se cada um estivesse sozinho no recipiente”.
Pamb = Psistema = PH2 + PH2O
A pressão ambiente pode ser determinada através de um barômetro, e a pressão
de vapor da água é obtida na Tabela 1.
Desenvolvimento experimental:
- Materiais e reagentes:
Suporte universal, garra, bureta de 50mL, béquer de 50 ou 100mL, béquer de
500mL ou cuba de vidro, rolha de cortiça para tampar a proveta, lima de ferro
triangular, funil analítico, proveta de 50 mL, furador de rolhas, termômetro, pipeta
graduada de 5 mL, água, fio de cobre, fita de magnésio, balança analítica, solução a
20% de ácido clorídrico (HCl).
- Procedimento experimental:
1- Pesar aproximadamente 0,015g de magnésio metálico, anotar a massa medida:
massa da amostra de magnésio = mmagnésio =________
2- Prender o magnésio com o fio de cobre na rolha furada (ver figura 1).
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Figura 1
3- Transfira 15 mL de uma solução a 20% de HCl contida em uma bureta para um
becker.
4- Utilizando um funil analítico transfira esse volume de HCl para a proveta de 50mL.
Em seguida adicione lentamente, deixando escoar pela parede da proveta (evitando
misturar com o ácido), água à solução ácida da proveta, até que essa mistura comece a
transbordar.
5- Introduza no bocal da proveta a rolha previamente presa ao magnésio. Tampe,
rapidamente, o furo da rolha com dedo polegar e mergulhe a proveta de cabeça para
baixo no bécker de 500mL (ou cuba de vidro), conforme figura 2.
Cuidado nesta operação: não deixe entrar bolhas de ar na proveta.
Figura 2
6- O ácido clorídrico que é mais denso que a água, descerá, reagindo com o magnésio.
Espere até que o ácido consuma totalmente o magnésio. A equação química dessa
reação é:
Mg(s) + 2HCl(aq)  MgCl2(s) + H2(g)
(O sulco lateral da rolha permite a saída de líquido da proveta. Esse líquido está sendo
substituído pelo gás hidrogênio, que por sua vez está subindo no interior da proveta.).
7- Bata levemente na parede da proveta para remover as bolhas de gás hidrogênio
presas à superfície do metal, fio de cobre ou parede de vidro.
8- Quando não houver mais nenhum vestígio da fita de magnésio, levante (ou abaixe) a
proveta até que o nível de líquido no interior da proveta coincida com a superfície livre
da água do becker (ou da cuba de vidro), conforme mostra a Figura 3.
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Figura 3
9- Anotar os seguintes dados:
Temperatura ambiente:____________________________________________________
Volume de gás hidrogênio produzido:________________________________________
Pressão ambiente:________________________________________________________
Pressão de vapor d’água na temperatura ambiente (ver Tabela 1):__________________
Tabela 1: Pressão de vapor d’água destilada (mmHg) de 0 a 100C.
Cálculo do Volume Molar do gás hidrogênio:
1- Determine a pressão exercida pelo gás hidrogênio, sabendo que na proveta havia,
além de hidrogênio, vapor d’água. A pressão total produzida por esses gases é igual à
pressão atmosférica, de acordo com a seguinte Lei:
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Lei das Pressões Parciais de Dalton: “A pressão medida de uma mistura de gases é a
soma das pressões que os gases exerceriam se cada um estivesse sozinho no
recipiente”.
Patm = PH2 + PH2O  PH2 = Patm - PH2O
Portanto:
PH2 = _____________mmHg
2- Calcule o volume de gás hidrogênio que seria obtido se o experimento fosse
realizado nas condições normais de temperatura e pressão, usando a equação geral dos
gases:
PCNTP . VCNTP/ TCNTP = P H2 . V H2 / T H2  VCNTP =_________mL
Dados experimentais
PH2 = _______mmHg
V H2 =_______mL
T H2 =_____C =_____K
Dados nas condições normais
PCNTP = 760 mmHg
TCNTP = 273 K
VCNTP = ?
3- Calcule o volume molar (Vmolar) do gás hidrogênio, usando a proporção:
mmagnésio (item 1 do procedimento) _____ VCNTP (calculado no item 2)
24,3 g (massa molar do Mg)
_____ Vmolar
 Vmolar = _______mL=_______L
4- Calcule a porcentagem de erro no experimento, sabendo que o volume molar teórico
é de 22,4L:
a) Erro absoluto (EA):
EA = 22,4 - Vmolar = _______L
b) Erro porcentual (E%):
22,4 L _____ 100%
EA _____ E%
 E% = _______
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Cálculo do equivalente-grama (E) do magnésio:
1- Por definição, equivalente-grama de um elemento químico é a massa desse elemento
capaz de reagir com 1,00g de hidrogênio ou capaz de deslocar 11,2L desse gás nas
CNTP.
A partir dessa definição, com uma proporção simples podemos calcular o
equivalente do magnésio obtido experimentalmente. A massa de magnésio colocada
para reagir (mmagnésio) deslocou um volume (VCNTP) de gás hidrogênio nas CNTP. Para
deslocar 11,2L ou 11.200mL de H2 nas CNTP termos o seguinte equivalente-grama (E):
mmagnésio _____
VCNTP
E
_____ 11.200mL
 E = 11.200 x mmagnésio / VCNTP
 E =______g
Como a massa atômica do magnésio é 24,3u e seu número de oxidação é +2, o
equivalente-grama desse metal é 24,3/2 = 12,15g. Esse é o valor teórico, que seria
obtido se não houvesse uma porcentagem de erro experimental.
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