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Quimica 3° medio - Informe de Experimentos con Reacciones Rédox

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Quimica 3° medio - Informe de Experimentos con Reacciones Rédox

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INFORME DE QUÍMICA - TERCERO MEDIO
Experimentos con
Reacciones de Óxido-Reducción
(Reacciones Redox)
________________________________________
2015
Hecho por: Ignacio F. Garcés, Sebastián Cáceres, Leonardo Frigerio & Matías Vergara
Subido por Ignacio F. Garcés
Agradecimientos: profesor Eduardo Gatica
pág. 2
Índice
Introducción pág. 3
Primer experimento
↳ Sustancias usadas pág. 4
↳ Materiales pág. 5
↳ Procedimientos pág. 6
↳ Esquemas pág. 11
↳ Reacciones químicas pág. 12
Segundo experimento
↳ Materiales pág. 13
↳ Procedimientos pág. 14
↳ Esquemas pág. 17
↳ Reacciones pág. 18
↳ Conclusiones pág. 19
↳ Bibliografía pág. 21
pág. 3
Introducción
Existen reacciones químicas llamadas Redox o de Óxido-reducción, en las que las sustancias
participantes intercambian electrones. La oxidación consiste en la pérdida de electrones de una
especie química, y la reducción es la ganancia de estos. Estos dos procesos siempre ocurren
simultáneamente en las reacciones químicas en las que hay cambios de estado.
A continuación se presentan dos tipos de experimentos: uno consiste en la mezcla de dos
sustancias cuyas reacciones ocurren espontáneamente al estar unidas, y en cambio, otro
experimento que requiere de electricidad para funcionar.
pág. 4
Primer Experimento
Sustancias usadas
Cobre (Cu): Es un metal de transición de color rojizo y brillo metálico que, junto con la plata y el
oro, forma parte de la llamada familia del cobre. Se caracteriza por ser uno de los mejores
conductores de electricidad.
Aluminio (Al): Se trata de un metal, y es el tercer elemento más común encontrado en la corteza
terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8 % de la corteza de la tierra y se encuentran
presentes en la mayoría de las rocas y de la vegetación.
Ácido Nítrico (HNO3): El ácido nítrico es un líquido viscoso y corrosivo. Es utilizado comúnmente
como un reactivo de laboratorio. Tiene usos adicionales en metalurgia y en refinado, ya que
reacciona con la mayoría de los metales y en la síntesis química.
Sulfato de Cobre (CuSO4): El sulfato de cobre es un producto utilizado para suplir funciones
principales de cobre en la planta, especialmente en el campo de las enzimas. Su absorción se
realiza mediante un proceso metabólico activo y prácticamente no es afectado por la competencia
de otros cationes, pero si afecta a los demás cationes de la planta.
pág. 5
Materiales
● Un vaso precipitado.
● Agua. (H2O)
● Un trozo de cobre metálico. (Cu)
● Un trozo de aluminio. (Al)
● Ácido nítrico. (HNO3)
● Sulfato de cobre. (CuSO4)
pág. 6
Procedimientos
Reacción 1: COBRE METÁLICO EN ÁCIDO NÍTRICO
1. Llenar un vaso precipitado con al menos ⅓ de su capacidad con agua.
2. Colocar un poco de ácido nítrico en el vaso.
3. Colocar pedazo de cobre.
4. Observar la reacción.
Al juntar el ácido nítrico con el trozo de cobre, inmediatamente se aprecia un cambio de color y se
observa humo naranja saliendo del ácido, posteriormente la solución compuesta de ácido nítrico
con agua cambia con los segundos de transparente a verde. Sucede que el cobre se evapora
rápidamente, y desaparece del vaso en un corto periodo de tiempo, esparciéndose por el aire.
Para explicar esta reacción debemos basarnos en la ecuación que explica:
8HNO3 +3Cu = 3Cu(NO3)2 + 2NO (gas) + 4H2O
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Quimica 3° medio - Informe de Experimentos con Reacciones Rédox

  • 1. pág. 1 ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ INFORME DE QUÍMICA - TERCERO MEDIO Experimentos con Reacciones de Óxido-Reducción (Reacciones Redox) ________________________________________ 2015 Hecho por: Ignacio F. Garcés, Sebastián Cáceres, Leonardo Frigerio & Matías Vergara Subido por Ignacio F. Garcés Agradecimientos: profesor Eduardo Gatica
  • 2. pág. 2 Índice Introducción pág. 3 Primer experimento ↳ Sustancias usadas pág. 4 ↳ Materiales pág. 5 ↳ Procedimientos pág. 6 ↳ Esquemas pág. 11 ↳ Reacciones químicas pág. 12 Segundo experimento ↳ Materiales pág. 13 ↳ Procedimientos pág. 14 ↳ Esquemas pág. 17 ↳ Reacciones pág. 18 ↳ Conclusiones pág. 19 ↳ Bibliografía pág. 21
  • 3. pág. 3 Introducción Existen reacciones químicas llamadas Redox o de Óxido-reducción, en las que las sustancias participantes intercambian electrones. La oxidación consiste en la pérdida de electrones de una especie química, y la reducción es la ganancia de estos. Estos dos procesos siempre ocurren simultáneamente en las reacciones químicas en las que hay cambios de estado. A continuación se presentan dos tipos de experimentos: uno consiste en la mezcla de dos sustancias cuyas reacciones ocurren espontáneamente al estar unidas, y en cambio, otro experimento que requiere de electricidad para funcionar.
  • 4. pág. 4 Primer Experimento Sustancias usadas Cobre (Cu): Es un metal de transición de color rojizo y brillo metálico que, junto con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia del cobre. Se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de electricidad. Aluminio (Al): Se trata de un metal, y es el tercer elemento más común encontrado en la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8 % de la corteza de la tierra y se encuentran presentes en la mayoría de las rocas y de la vegetación. Ácido Nítrico (HNO3): El ácido nítrico es un líquido viscoso y corrosivo. Es utilizado comúnmente como un reactivo de laboratorio. Tiene usos adicionales en metalurgia y en refinado, ya que reacciona con la mayoría de los metales y en la síntesis química. Sulfato de Cobre (CuSO4): El sulfato de cobre es un producto utilizado para suplir funciones principales de cobre en la planta, especialmente en el campo de las enzimas. Su absorción se realiza mediante un proceso metabólico activo y prácticamente no es afectado por la competencia de otros cationes, pero si afecta a los demás cationes de la planta.
  • 5. pág. 5 Materiales ● Un vaso precipitado. ● Agua. (H2O) ● Un trozo de cobre metálico. (Cu) ● Un trozo de aluminio. (Al) ● Ácido nítrico. (HNO3) ● Sulfato de cobre. (CuSO4)
  • 6. pág. 6 Procedimientos Reacción 1: COBRE METÁLICO EN ÁCIDO NÍTRICO 1. Llenar un vaso precipitado con al menos ⅓ de su capacidad con agua. 2. Colocar un poco de ácido nítrico en el vaso. 3. Colocar pedazo de cobre. 4. Observar la reacción. Al juntar el ácido nítrico con el trozo de cobre, inmediatamente se aprecia un cambio de color y se observa humo naranja saliendo del ácido, posteriormente la solución compuesta de ácido nítrico con agua cambia con los segundos de transparente a verde. Sucede que el cobre se evapora rápidamente, y desaparece del vaso en un corto periodo de tiempo, esparciéndose por el aire. Para explicar esta reacción debemos basarnos en la ecuación que explica: 8HNO3 +3Cu = 3Cu(NO3)2 + 2NO (gas) + 4H2O
  • 7. pág. 7 En esta reacción, el cobre se oxida y libera por tanto dos electrones que son capturados por el ácido nítrico el que por ende se reduce, pero al ser tres átomos de cobres son seis electrones liberados en total y aceptados por el nitrógeno, quedando finalmente un producto compuesto por nitrato de cobre, dióxido de nitrógeno y agua.
  • 8. pág. 8 Reacción 2: ALUMINIO EN SULFATO DE COBRE 1. En ⅓ de la capacidad del mismo vaso precipitado, ya lavado, poner sulfato de cobre. 2. Colocar una de las muestras de aluminio. 3. Observar la reacción. Comenzamos a ver burbujas que salían del fragmento de aluminio, el que comienza a cambiar de color, volviéndose naranjo y luego café, y a los pocos minutos se empieza a fragmentar. El sulfato de cobre, antes azul se vuelve gris.
  • 10. pág. 10 Ocurre que el sulfato de cobre se está reduciendo a cobre metálico, y a su vez, el aluminio se está disolviendo en la reacción, volviéndose sulfato de aluminio. Además, al tocar el vaso, se aprecia calor, por lo que la reacción es exotérmica. Pero esta reacción es mucho más lenta que la anterior; si esperamos un día, encontraríamos al líquido de color blanco y el aluminio se habría disuelto en él. La siguiente reacción explica este proceso: 3CuSO4 + 2Al → Al2(SO4)3 + 3Cu En este caso podemos ver la ecuación química que muestra la reacción redox donde el cobre se reduce y el aluminio se oxida, esto ocurre porque el aluminio al oxidarse libera (oxidación) tres electrones, y al ser dos átomos de aluminio da como resultado 6 átomos liberados en total; y en el caso del cobre este capta 2 electrones (reducción) por lo tanto al ser tres átomos de cobre capta en total seis electrones, provenientes del aluminio, explicando así la reacción redox.
  • 12. pág. 12 Reacciones químicas Reacción 1: COBRE METÁLICO + ÁCIDO NÍTRICO 8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + 2NO (gas) + 4H2O Reacción 2: ALUMINIO + SULFATO DE COBRE 3CuSO4 + 2Al → Al2(SO4)3 + 3Cu
  • 13. pág. 13 Segundo Experimento Materiales ● Batería de 9 voltios. ● 2 cables paralelos. ● Una Llave. ● Sulfato de cobre +3.
  • 14. pág. 14 Procedimientos 1. Reducir el sulfato de cobre +3 añadiendo cloruro de sodio, para así obtener sulfato de cobre +2 para realizar el experimento. Sulfato de cobre +3 → Sulfato de cobre +2 2. Pelar los extremos de los cables, dejando expuesto el cobre. 3. Colocar los extremos de los cables sobre los polos de la batería, con precaución de no juntarlos y evitar un cortocircuito o daño a la batería. 4. Amarrar la llave con el extremo libre que toca al polo negativo de la batería. 5. Sumergir los ambos extremos en el sulfato de cobre.
  • 16. pág. 16 6. Luego de 5 minutos, sacar los extremos de dicha sustancia y observar la llave. Al realizar esto, se pudo apreciar un cambio en la coloración de la llave, desde un color plateado antes de sumergirla, hasta un color negro pasado el tiempo. Además, durante la reacción que ocurre, se distinguen burbujas que emergen desde la llave. (CÁTODO) 7. Realizar el mismo procedimiento, pero esta vez, atar la llave al cable que toca al polo positivo de la batería. Ocurre algo similar con la llave, sólo que esta vez, se aprecia un tono rojizo en la coloración oscura de la llave al finalizar el experimento. En esta reacción química también es notoria la emanación de burbujas desde la llave. (ÁNODO)
  • 17. pág. 17 Esquemas Cátodo: electrodo negativo de una célula electrolítica hacia el que se dirigen los iones positivos, que por esto reciben el nombre de cationes. (En este caso, la llave) Ánodo: electrodo positivo en el que se produce la oxidación, es decir, la donación de electrones.
  • 18. pág. 18 Reacciones químicas 2Cl- (ac) → Cl2 (g) 2e- Ánodo 2Na+ (l) + 2e- → 2Na (l) Cátodo ___________________________ 2Na+ (l) + 2Cl- (l) → 2Na (l) + Cl2 (g) Reacción Global
  • 19. pág. 19 Conclusiones Primer Experimento A través de estos experimentos se aprecia las reacciones de óxido-reducción, las que son independientes unas de otras, una reacción rédox no está compuesta únicamente de una reducción o únicamente de una oxidación, sino que de ambas ya que para que se genere una automáticamente se requiere de la otra. En este caso en ambos experimentos se tiene un agente reductor y un agente oxidante, los que en conjunto liberan y captan electrones a la vez, en donde en el primer experimento se observa la oxidación de un metal (en este caso el cobre) y en el segundo experimento de manera opuesta el metal se reduce (en este caso el aluminio). En el primer experimento (cobre + ácido nítrico) vimos como el cobre se oxidó y liberó electrones que fueron captados por el nitrógeno del ácido nítrico, reduciéndose y formando un producto totalmente distinto a los reactantes del principio, pasando de cobre y ácido nítrico ha nitrato de cobre, óxido nítrico y agua. En el segundo (Aluminio + Sulfato de Cobre) caso se utilizó aluminio el cual al entrar en la solución de sulfato de cobre de inmediato comenzó a interactuar, liberando por cada átomo tres electrones, dejando un total de seis los que fueron captados por la solución del sulfato de cobre, en que el cobre específicamente captó. Así gracias a esta reacción los componentes principales cambiaron completamente a otros compuestos distintos, dando como resultado sulfato de aluminio, el que se vislumbra en la solución sobrante y cobre en la solución. Reacción explicada de esta forma: 3CuSO4 + 2Al → Al2(SO4)3 + 3Cu Siendo este un proceso exotérmico que pudimos evidenciar al tocar el vaso que contenía la solución y sentir el calor liberado.
  • 20. pág. 20 Segundo Experimento La electrólisis es usada actualmente en la galvanotecnia, a nivel industrial. Un ejemplo de ello, es el cobre que exporta Chile, ya que es fabricado mediante este proceso y por ello, se obtiene un cobre aproximadamente 99,9% puro. En este proceso llamado electrólisis, se realiza el proceso inverso al del primer experimento, acá usamos una llave la cual está compuesta de acero, el que es una aleación de hierro, por lo tanto el átomo principal de la llave es el hierro, el cual va a reaccionar con el cobre de la solución en este experimento. En esta reacción pudimos evidenciar como el cobre se desprende de la solución y pasa a formar parte, es decir, a unirse o reaccionar con el hierro de la llave, lo que da este color rojizo a la reacción. Esto ocurre mediante reducción del ión Cu2 +; donde a la vez el hierro se oxida a Fe2 + explicado mediante la ecuación: CuSO4 → Cu++ + SO4 Por lo que al contar la composición de la llave queda: Fe + Cu (SO4) → Fe (SO4) + Cu Para entender esto, se recurre a las semirreacciones: Cu2+ + 2e- → Cu (s) Fe (s) → Fe2 + + 2e- Aquí el cobre se desprende de la solución de sulfato de cobre, el grupo SO4 se une al hierro y el cobre queda en la solución sobre la llave, lo que otorga aquella tonalidad rojiza, ese polvillo rojo que se encuentra sobre la llave, en este caso el cobre se ha reducido. En resumen, una reacción de electrólisis se caracteriza por: ● Requerir energía eléctrica, ya que por sí sola no se produce. ● En el ánodo ocurre la oxidación ● En el cátodo ocurre la reducción
  • 21. pág. 21 Bibliografía ♦ http://www.buenastareas.com/ensayos/Reaccion-De-Sulfato-De-Cobre-Ii-Con/4156272.html ♦ http://www.heurema.com/QG34.htm ♦ https://es.answers.yahoo.com/question/index?qid=20080324095450AASPMRJ ♦ Libro "Química, 3° a 4° medio", ediciones Cal y Canto, 2015.