Actividades experimentales para el curso de Química
Curso selectivo para alumnos de la Licenciatura en Química de la UAM-I
F. Aparicio, R. Vargas y A. Cedillo
Universidad Autónoma Metropolitana - Iztapalapa
julio del 2003
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Separacion aluminio de lata refresco, Tesinas de Química
reporte de laboratorio en el que se describen ciertos experimentos, uno de ellos es la extracción de aluminio de una lata
Tipo: Tesinas
2017/2018
1 / 45
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Actividades experimentales para el curso de Química
Curso selectivo para alumnos de la Licenciatura en Química de la UAM-I
F. Aparicio, R. Vargas y A. Cedillo
Universidad Autónoma Metropolitana - Iztapalapa
julio del 2003
Índice
- Presentación
- Carta descriptiva
- Seguridad y reglas de laboratorio
- Manejo de reactivos y medición de masa y volumen
- Determinación de densidades
- Separación de alumnio a partir de material de desecho
- Reacciones de los iones metálicos
- Secuencia de reacciones
- Titulación ácido-base
- Bibliografía
Carta descriptiva
Objetivos
Que el alumno:
Comprenda los conceptos básicos de la química y los aplique en la solución de problemas sencillos Resuelva algunos problemas elementales de la química aplicando el concepto de mol Mejore su comunicación oral y escrita Realice una investigación documental y comunique sus resultados Aprenda algunas técnicas para trabajar en el laboratorio
Temario detallado
1. Conceptos introductorios
1.1 La química 1.2 Propiedades de la materia Materia; sustancias puras y mezclas; elementos y compuestos; estados de la materia; cambios físicos y químicos; propiedades intensivas y extensivas; densidad 1.3 Medición Sistema internacional de unidades; unidades derivadas; conversión de unidades; precisión y exactitud; uso de cifras significativas; operaciones entre cantidades con unidades; cálculos con la densidad
2. Átomos, moléculas e iones
2.1 Teoría atómica Modelo de Dalton; descubrimientos del electrón, la radiactividad y el núcleo; componentes del núcleo 2.2 Estructura del átomo Isótopos; número de electrones, protones y neutrones en un isótopo; número atómico y número de masa de un isótopo; escala de masa atómica; masa atómica promedio de un elemento 2.3 Tabla periódica Descubrimiento de la tabla periódica; familias y períodos; metales y no metales 2.4 Compuestos moleculares Moléculas; fórmula química; fórmula molecular y empírica; estructura de las moléculas; isómeros 2.5 Compuestos iónicos Iones; cationes y aniones; uso de la tabla periódica para predecir la carga de algunos iones; electroneutralidad y fórmula empírica
2.6 Nomenclatura Compuestos iónicos; ácidos inorgánicos; compuestos moleculares binarios; algunos compuestos orgánicos
3. Fórmulas y ecuaciones químicas
3.1 Ecuaciones químicas Conservación de la materia; balanceo; reacciones de combinación, descomposición y combustión 3.2 Masa molecular y masa fórmula Cálculo de masa molecular y masa fórmula; número de átomos de cada elemento en una molécula o fórmula 3.3 Mol Concepto de mol; masa molar; relación entre masa y número de moles; número de moléculas 3.4 Relaciones estequiométricas Cálculos estequiométricos sólo con número de moles
4. Reacciones en solución acuosa
4.1 Disoluciones Disolvente y solutos; electrolitos y no electrolitos; electrolitos fuertes y débiles; comportamiento en solución de compuestos iónicos y moleculares; solvatación; concentración molar; dilución de soluciones; concentración de los iones de un electrolito 4.2 Reacciones de precipitación Formación de un precipitado; guía de solubilidad de compuestos iónicos; ecuaciones iónicas 4.3 Reaciones ácido-base Ácidos y bases; fuerza de un ácido y una base; reacciones de neutralización; titulación ácido- base 4.4 Reacciones de oxidación y reducción Oxidación y reducción; número de oxidación; oxidación y actividad de los metales
Programa de actividades para el laboratorio
- Seguridad y reglas del laboratorio
- Visita a la biblioteca
- Manejo de reactivos y medición de masa y volumen
- Determinación de densidades
- Discusión y 1a. lectura
- Separación de aluminio a partir de material de desecho
- Reacciones de los iones metálicos (formación de precipitados)
- Discusión y 2a. lectura
- Secuencia de reacciones (reacciones del cobre)
- Titulación ácido-base
- Discusión y presentación de las investigaciones documentales
Sesiones de laboratorio
Actividades experimentales. Se proponen actividades de medición de propiedades físicas (3,4), de observación de fenómenos químicos (6,7) y de reacciones químicas con determinaciones cuantitativas (9,10). Los protocolos se ponen a disposición de los estudiantes al menos una semana antes de su realización para que tengan tiempo suficiente de completar las actividades e investigaciones requeridas en cada actividad.
Actividades de discusión. Se incluyen propuestas de actividades de discusión y reflexión sobre sesiones previas y futuras (5,8,11), de discusión sobre lecturas dirigidas (5,8) y de presentación oral y escrita de una investigación documental. Las lecturas se definen con dos semanas de anticipación y los alumnos loacalizarán el material en la biblioteca. Los temas para la investigación documental deberán asignarse al menos con tres semanas de anticipación. La visita a la biblioteca (actividad 2) es de gran utilidad, tanto para la preparación de las actividades experimentales, como para las actividades de lectura y la investigación documental.
Se recomienda que los alumnos utilicen una bitácora de laboratorio para todas las actividades. En la primera sesión de laboratorio se debe explicar su uso. También se debe de hacer énfasis en el uso de incertidumbres y cifras significativas en todas las actividades, tanto en las de clase como en las del laboratorio.
Bitácora. La bitácora de laboratorio puede contener las siguientes secciones: 1) introducción (investigación previa de temas relacionados con la actividad a realizar);
- objetivos; 3) protocolo; 4) material y reactivos; 5) propiedades físicas y toxicidad de los reactivos; 6) modificaciones realizadas; 7) preparación de reactivos y montaje de aparatos; 8) resultados; 9) discusión. Los alumnos deben completar las secciones 1-5 de la bitácora antes de realizar la actividad. Se puede aplicar un examen breve (10-15 minutos) sobre la investigación previa al inicio de la sesión. Las secciones 6 y 7 se completarán durante la realización de la actividad correspondiente, las observaciones y mediciones se registrarán en la sección 8 durante el transcurso de la sesión. Los cálculos necesarios de la sección 8 y la discusión se podrán realizar posteriormente. Para que los alumnos tengan tiempo suficiente para completar las secciones de su bitácora es recomendable que la entreguen en la sesión teórica siguiente, con todas las secciones de la actividad correspondiente completas. También es importante regresarles la bitácora revisada tan pronto como sea posible, poniendo atención particular en la corrección del uso del lenguaje.
Modalidades de evaluación
Se deben aprobar por separado ambas partes del curso para acreditar esta uea.
En la parte teórica se recomienda realizar varias evaluaciones parciales (se sugiere al menos una por cada tema). En el laboratorio se deben evaluar todas las actividades (quizá con excepción de las actividades 1 y 2), preferentemente en la bitácora.
- Si alguna sustancia entra en contacto con tus ojos o piel debes lavar con agua abundante durante aproximadamente 15 minutos. Solicita ayuda a tu profesor mientras te lavas. Toda la ropa contaminada debe removerse.
- Nunca talles tus ojos a menos que estés completamente seguro que tus manos están libres de cualquier sustancia. Lava tus manos con jabón y agua frecuentemente, especialmente cuando has concluido tu experimento.
- Debes usar una campana de extracción cuando manejes cualquier sustancia tóxica volátil o cuando en una reacción se desprendan gases tóxicos.
- Nunca debes usar sustancias inflamables cerca de una flama o una parrilla caliente.
- Si algún material de vidrio se rompe lo debes recoger y desechar inmediatamente.
- Debes colocar los tubos de ensaye calientes, con líquido o no, en una gradilla de alambre o dentro de un vaso de precipitados.
- Cuando calientes sustancias en un tubo de ensaye, nunca apuntes la boca del tubo a algún compañero o a ti mismo, ya que pueden presentarse proyecciones del líquido caliente.
- Siempre debes mantener el orden y la limpieza en tu mesa de trabajo. Mantén despejada el área entre las mesas para evitar cualquier accidente. Mantén una adecuada disciplina durante la estancia en el laboratorio
- Esta prohibido trabajar solo en el laboratorio, siempre debes hacerlo en presencia del profesor.
- No manejes cristalería u otros objetos con las manos desnudas si no tienes la certeza de que están fríos.
- Mientras no uses los frascos que contengan los reactivos que estas empleando en el experimento, manténlos tapados.
- Cuando traslades varios objetos de vidrio, no cargues todos al mismo tiempo.
- No debes tirar sustancias químicas al desagüe. En cada práctica debes preguntar al profesor sobre los productos que se pueden arrojar al desagüe para evitar contaminación.
- Siempre que tengas duda acerca de que hacer en cualquier circunstancia consulta al profesor. Notifica al profesor de cualquier accidente de inmediato.
MANEJO DE REACTIVOS Y MEDICIÓN DE MASA Y VOLUMEN
Ejercicios previos
- ¿Cuántas cifras significativas tiene cada uno de los siguientes valores? 0.0926 g ____ 4.700 m ____ 8.24x10^4 mL ____ 35.94 g/L ____
- La masa de un objeto en una balanza granataria (con mínima escala de 0.1 g) es de 4 ½ g. Escribe la masa de este objeto como un número real con el número apropiado de cifras significativas. ¿Cuál es la incertidumbre del instrumento? Respuesta: ___________
- Expresa cada resultado con el número apropiado de cifras significativas y unidades correspondientes.
a. área de un circulo = π
D cm 2
2 2
= _________________
b. densidad de un sólido rectangular =
masa largo × ancho × alto
× ×
cm cm cm cm = _________________ c. masa total = m 1 + m 2 + m 3 = 2.790 g + 37.92 g + 0.0468 g = _________________
- ¿Cuál es la diferencia entre precisión y exactitud?.
- Se pesaron 4 tapones de corcho de igual tamaño en una balanza. Las masas obtenidas se reportan en la siguiente tabla. Expresa la masa de los tapones de corcho, con su desviación promedio. No. de tapón Masa (g) Desviación absoluta 1 23. 2 22. 3 23. 4 22. Suma Promedio Respuesta: ______±_____ g
- Una probeta vacía tiene una masa de 82.450 g. Cuando se llena con 50.0 mL de un líquido desconocido, el sistema tiene una masa de 110.810 g. ¿Cuál es la masa del líquido agregado? ¿crees que el líquido desconocido sea agua? Masa del líquido = __________ g El líquido desconocido es agua: Si , porque __________________________________ No, porque __________________________________
Investigación previa
- Investiga los siguientes aspectos de una balanza granataria y de una balanza digital. a. Características generales. b. Modo de empleo. c. Precisión. d. Cuidados que se deben tener en su uso.
- Investiga acerca de los diferentes instrumentos de laboratorio para medir el volumen de un líquido. Clasifícalos en graduados y volumétricos.
Antecedentes
La Química, como muchas otras ciencias, se caracteriza porque los fenómenos que estudia son susceptibles de medición; en los experimentos se obtiene el valor de una propiedad mediante el uso de un instrumento. Sabemos que existen diferentes instrumentos para medir una misma propiedad. Las características de cada instrumento son diferentes, por lo que la calidad del valor numérico obtenido puede variar considerablemente. Es importante saber que las mediciones tienen cierta precisión o incertidumbre que se verá reflejada en las cifras significativas con las que la medida debe ser reportada. Además, para hacer cálculos posteriores, se debe considerar el manejo de las cifras significativas. Esta actividad experimental te permitirá reafirmar estos conceptos, experimentando con instrumentos que tienen diferente resolución.
Manejo de sustancias en el laboratorio
En las mediciones que realizarás, como en experimentos posteriores, será necesario que manipules reactivos químicos. Todas las sustancias que utilizarás en los experimentos del laboratorio de química son potencialmente peligrosas por lo que, para evitar accidentes, debes trabajar con cautela y regir tu comportamiento en el laboratorio por las medidas de seguridad. Existen técnicas que te ayudarán a manipular esas sustancias de una manera más adecuada y segura. A continuación te describimos algunas.
a. Manejo de sólidos
Los sólidos son almacenados generalmente en botellas de boca amplia. Siempre revisa y lee cuidadosamente la etiqueta antes de usar cualquier reactivo. Remueve la tapa y colócala de tal manera que no se contamine, para transferir el reactivo a otro recipiente inclina ligeramente la botella, agítala suavemente para que el sólido salga poco a poco. Si el reactivo esta compacto, pide ayuda al profesor. El reactivo que sobra no debe ser devuelto al frasco original, por lo que debes ser cuidadoso en vaciar sólo la cantidad que necesitas y pregunta cómo debes desechar el excedente.
b. Manejo de líquidos
Muchos de los líquidos usados en el laboratorio son soluciones o líquidos puros, como alcohol o acetona. Los reactivos líquidos son almacenados en una gran variedad de botellas. Algunos líquidos que se necesitan en pequeñas cantidades son almacenados en recipientes de los que se extrae el líquido apretando y soltando (pisetas), o en frascos con gotero. Cuando se necesitan
Material y reactivos
- Balanza granataria y balanza digital
- Matraces Erlenmeyer
- Vasos de precipitado
- Probeta
- Pipeta
- Vidrio de reloj
- Agitador de vidrio
- Papel bond
- Agua
- NaCl
Protocolo
A. Medición de masa
- Pesa un vaso de precipitados de 400 mL en una balanza granataria.
- Pesa un vidrio de reloj en una balanza digital.
- Pesa un matraz Erlenmeyer de 250 mL y reporta su masa con 3 cifras significativas.
- Pesa un trozo de papel bond de aproximadamente 5cm x 5cm y reporta su masa con 3 cifras significativas.
- Reporta tus resultados en la tabla A1.
- Utilizando una balanza granataria, pesa 1 muestra de 0.5 g de cloruro de sodio (NaCl). Recuerda que nunca debes colocar directamente la sustancia química sobre el platillo de la balanza.
- Identifica tu muestra mediante un rótulo y entrégala a tu profesor.
- Utilizando una balanza granataria, pesa cada una de las muestras de tus compañeros.
- Reporta tus resultados en la tabla A2.
- Utilizando una balanza digital, pesa las mismas muestras.
- Reporta tus resultados en la tabla A3.
- Registra todas tus observaciones en tu bitácora.
B. Medición de volumen
- Llena totalmente con agua (hasta el ras) un matraz Erlenmeyer de 250 mL. Asegúrate que al llenar completamente el matraz, el agua no se derrame.
- Mide el volumen de agua contenido en el matraz utilizando: un vaso de precipitados, una probeta y una pipeta.
- Reporta tus resultados en la tabla B1.
- Pesa un matraz Erlenmeyer de 125 mL en una balanza digital.
- Coloca 15 mL de agua en el matraz Erlenmeyer.
- Pesa el matraz con el agua contenida y determina la masa del agua.
- Pesa 1.5g de NaCl.
- Disuelve completamente el NaCl en el agua contenida en el matraz, utilizando un agitador. Evita disolver la sal en el agua mientras el matraz permanece en la balanza.
- Pesa el matraz con la solución de NaCl y determina la masa de la solución.
- Reporta tus resultados en la tabla B2.
Hoja de resultados
A. Medición de masa
Tabla A
Objeto Vaso de precipitados
Vidrio de reloj Matraz Erlenmeyer
Papel bond Masa (g)
Tabla A
Masa del vidrio de reloj vacío = ___________ g Muestra Masa (g) del vidrio de reloj + NaCl
Masa (g) del NaCl
Desviación Absoluta Alumno 1 Alumno 2 … Suma Promedio Masa promedio de la muestra = __________ ± _________ g
Tabla A
Masa del vidrio de reloj vacío = ___________ g Muestra Masa (g) del vidrio de reloj + NaCl
Masa (g) del NaCl
Desviación Absoluta Alumno 1 Alumno 2 … Suma Promedio Masa promedio de la muestra = __________ ± _________ g
B. Medición de volumen
Tabla B
Instrumento Volumen de agua (mL) Incertidumbre Vaso de precipitados Probeta Pipeta ¿Cuál es el “volumen real” de agua?. Respuesta: ________ ± ________mL
DETERMINACIÓN DE DENSIDADES
Ejercicios previos
- Un bloque de madera tiene una masa de 29.75 g y mide 6.5 cm de largo por 3.7 cm de ancho por 1.9 cm de alto. Calcula el volumen y la densidad del bloque de madera. Reporta tu resultado con el número de cifras significativas y con las unidades apropiadas. Volumen ___________ Densidad ___________
- Un sólido de forma irregular, cuya masa es de 12.876 g, fue colocado en una probeta que contenía inicialmente un líquido inerte al sólido. El volumen inicial del líquido era de 5.12 mL. El sólido quedó completamente sumergido en el líquido y el volumen total fue de 8.71 mL. Calcula la densidad del sólido. Densidad ___________
- A 0°C y 760 torr, el osmio, el elemento más denso de la tabla periódica, tiene una densidad de 22.5 g/mL, mientras que el hidrógeno, el elemento menos denso, tiene una densidad de 0.00009 g/mL. Calcula el volumen ocupado por 1.5 g de cada elemento. Expresa tus resultados en litros. Volumen del Osmio ___________ Volumen del Hidrógeno___________
Investigación previa
- Investiga al menos dos métodos para determinar la densidad de una sustancia.
- Busca la densidad de las siguientes sustancias: aluminio, hierro, vidrio, mercurio, agua, hielo, oro, etanol, azúcar, glicerina, aire, helio. Ordénalas de mayor a menor.
- Reporta en tu bitácora, en forma de una tabla, la densidad del agua en función de la temperatura en el rango de 10°C a 30°C.
Antecedentes
La densidad es una propiedad característica de cada sustancia y es útil para identificarlas. La densidad se define como la masa por unidad de volumen
V
m ,obien volumen
masa
Densidad = ρ=
La densidad es una propiedad física intensiva; las propiedades intensivas son aquellas cuyo valor no depende de la cantidad de sustancia medida. También existen propiedades extensivas, éstas dependen de la cantidad de sustancia medida; la masa y el volumen son ejemplo de estas propiedades. En general la densidad de los sólidos es mayor que la de los líquidos y ésta es mayor que la de los gases.
En este experimento determinarás la densidad de un líquido y de un sólido. Todas tus mediciones deben ser registradas con el número correcto de cifras significativas e indicando la incertidumbre. Al hacer tus cálculos y reportar tus resultados, debes considerar las cifras significativas
apropiadas. Ten en cuenta que la densidad de un líquido o de un sólido puede variar cuando hay cambios en su temperatura, por lo que es necesario que registres la temperatura de la sustancia a la cual hiciste la medición de la densidad. Comúnmente las mediciones de densidad de una sustancia se hacen a temperatura ambiente.
Objetivos
a) Medir la densidad de sustancias líquidas y sólidas. b) Cuantificar propiedades intensivas a partir de la medición de propiedades extensivas.
Conceptos
- Manejo de cifras significativas e incertidumbres en las mediciones indirectas.
- Propiedades intensivas y extensivas.
- Densidad de una sustancia.
- Propagación de errores.
Material y reactivos
- Balanza digital y balanza granataria
- Probeta graduada de 25 mL
- Pipeta volumétrica de 20 mL
- Matraz Erlenmeyer de 125 mL
- Vaso de precipitados de 30 mL y 100mL
- Termómetro
- Etanol o glicerina
- Agua destilada
Protocolo
A. Densidad del agua
- En la balanza granataria pesa un matraz Erlenmeyer de 125 mL. Asegúrate que el matraz este limpio y seco. Es recomendable que utilices guantes de látex para manipular el matraz, evitando con ello que restos de grasa y polvo alteren tus mediciones.
- Coloque agua en el vaso de precipitados del 100 mL y deje que su temperatura se equilibre con la del medio ambiente.
- Registre la temperatura del agua que se encuentra en el vaso.
- Con una pipeta volumétrica toma 20 mL de agua destilada y ponlos en el matraz.
- Pesa el matraz con el agua y determina la masa del agua.
- Repite 4 veces más el procedimiento del paso 3 al 5, sin desechar el agua previamente puesta en el matraz.
- Registra tus datos y reporta tus resultados en la tabla A.
- Calcula el volumen de la pipeta volumétrica a partir de la densidad experimental del agua a la temperatura de trabajo.