portefólio de química escola básica e secundária de são roque do pico 2014/2015 luísa neves...

Portefólio de Química

Escola Básica e Secundária de São Roque do Pico

2014/2015

Luísa Neves n.º12 12ºCT Química 2014/2015

APL 1.2Um ciclo de cobre

Data: 2 a 9 de outubro de 2014

Um ciclo de cobre

Índice

Introdução…………………………………………………………………….. 3Segurança……………………………………………………………………….4Material e reagentes………………………………………………………5Procedimento……………………………………………………………….. 6Cálculos prévios……………………………………………………………. 10Registo de resultados……………………………………………………. 12Observações…………………………………………………………………. 13Questões pós-laboratoriais…………………………………………… 14Rendimento …………………………………………………………………. 17Conclusão………………………………………………………………………18Bibliografia…………………………………………………………………….19Anexos……………………………………………………………………………20


Um ciclo de cobre

IntroduçãoO 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:

Para responder vamos utilizar um valor teórico e um valor obtido para realizar o cálculo do rendimento.

Será possível reciclar uma substância usando processos químicos com rendimento de 100%?


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


Um ciclo de cobre

Material e reagentes


Um ciclo de cobre

ProcedimentoPara 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 metálicoNota: 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.


Um ciclo de cobre

Procedimento1.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.


Um ciclo de cobre

Procedimento6.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.


Um ciclo de cobre

Procedimento10.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.


Um ciclo de cobre

Cálculos préviosCálculos 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/mM= 63.01 g.mol-1

ℓ=1.40kg.l-1 1ml= 1.40g⇔n = 1.40*103*0.70=980gn= 980/63.01=15.55 c = 15.55 mol.dm-3


Um ciclo de cobre

Cálculos préviosCálculos para preparação H2SO4

[H2SO4] = 18 mol.dm-3

C1V1 = C2 V2 (Diluição)18xV1 = 6x0.1 (em 100ml)V1 = 33ml de ácido em 100ml H2O


Um ciclo de cobre

Registo de resultados

Cu (s)

Massa inicial Massa final

0.301 gr(*) 0.05 gr

(*) – 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.

Zinco adicionadoMassa (g)

0.3


Um ciclo de cobre

ObservaçõesReações 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.

DLibertou-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.


Um ciclo de cobre

Questões pós-laboratoriais1.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.


Um ciclo de cobre

Questões pós-laboratoriais6.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 aquecimentoD: 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-reduçãoB:precipitaçãoC:decomposição térmicaD:ácido-base

E:oxidação redução


Um ciclo de cobre

Questões pós-laboratoriais8.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.


Um ciclo de cobre

Rendimento


Um ciclo de cobre

Luísa Neves n.º12 12ºCT

ConclusãoApós 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.


Um ciclo de cobre

Bibliografia


SIMÕES, Teresa Sobrinho; QUEIRÓS, Maria Alexandra; SIMÕES, Maria Otilde, – Química em Contexto, Porto Editora, Porto, 2011, 1a edição;

Um ciclo de cobre

Anexos

Vídeo: Passo 10 (procedimento)


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