Química Experimental: Reaccións, Cálculos e Principios Fundamentais

Respostas da Pregunta 2

2.1 Identificación de Compostos Orgánicos

Por exemplo:

• Ácido carboxílico: CH₃CH₂CH₂COOH (ácido butanoico)
• Éster: CH₃COOCH₂CH₃ (etanoato de etilo)

A resposta sería válida con calquera dos outros ácidos ou ésteres posibles que se poidan formular.

2.2 Reacción de Hidrólise de Ésteres

No caso do exemplo proposto no apartado 2.1:

CH₃COOCH₂CH₃ + H₂O → CH₃COOH + CH₃CH₂OH.

Ácido etanoico. Etanol.

A resposta sería válida con calquera dos outros dous ésteres posibles que se poidan formular.

2.4 Determinación da Acidez por Volumetría Ácido-Base

Para calcular a acidez dun composto, empregaremos a volumetría ácido-base. Necesitariamos un Erlenmeyer no que engadiriamos con probeta un volume determinado de ácido (aceite) do que queremos calcular a súa concentración. Como sabemos que o aceite é parcialmente soluble en auga, podemos empregar auga como disolvente se apreciamos que o ácido está totalmente disolto. En caso contrario, pódense facer dilucións ata conseguir a completa disolución. Outra posibilidade sería empregar outro disolvente ou mestura na que o ácido sexa soluble. A continuación, engadimos unhas pingas dun indicador que nos permita visualizar o punto final, ao que se chega cando o contido do Erlenmeyer vira de cor. Necesitariamos unha base de concentración coñecida que engadiriamos nunha bureta, a cal fixariamos a un soporte con axuda dunha pinza e unha noz. Deixamos caer gota a gota o contido da bureta no Erlenmeyer ata asegurarnos de que o cambio de cor é permanente. Anotamos o volume da base consumido e realizamos os cálculos correspondentes para determinar a concentración do ácido. Como coñecemos a cantidade de aceite empregada, xa poderemos calcular a súa acidez.

Respostas da Pregunta 3

3.1 Reacción de Precipitación

A reacción de precipitación que se leva a cabo é:

NaCl_(ac) + AgNO_3(s) → AgCl_(s)↓ + NaNO_3(ac)

3.2 Cálculo da Salinidade Total

Tendo en conta a estequiometría da reacción que se leva a cabo entre o NaCl presente na auga e o AgNO₃, podemos calcular a cantidade de ións Cl^- que reaccionarían cos 18 mL de AgNO₃ que se empregan na análise:

18 mL AgNO3 · (1 L / 1000 mL) · (1,5 mol AgNO3 / 1 L) · (1 mol Cl- / 1 mol AgNO3) = 0,027 mol Cl-

[Cl-] = 0,027 mol Cl- / 0,05 L = 0,54 mol Cl-/L

A concentración de cloruro será a mesma que a de cloruro de sodio, polo que pasando a g/L:

Salinidade total = 0,54 mol NaCl/L · 58,4 g NaCl/mol = 31,5 g/L

Tendo en conta que a salinidade total da auga mariña se atopa entre 30-35 g/L, o valor da salinidade está dentro do intervalo de referencia, o que a fai adecuada para os peixiños.

3.3 Separación de Precipitado por Filtración

Para separar o precipitado formado de AgCl, prepárase unha montaxe para a filtración por gravidade: en primeiro lugar, colócase o funil cónico, suxeitado ao soporte por medio dun aro e, debaixo do funil, un matraz Erlenmeyer. A continuación, recórtase o papel de filtro en forma cónica e colócase no funil, humedecéndoo cunha pouca auga para que quede adherido. Vértese a mestura que contén o precipitado a separar sobre o funil, quedando dito precipitado sobre o papel de filtro. Unha vez depositado todo o precipitado sobre o papel de filtro, retírase o papel de filtro e déixase secar o tempo necesario. Tamén se daría por correcta a separación por filtración ao baleiro.

Respostas da Pregunta 4

4.1 Reacción de Desprendemento de CO₂

Na reacción despréndese dióxido de carbono (CO₂), especie gasosa que é a causa das burbullas (escuma) que se xeran.

4.2 Cálculo da Cantidade de NaHCO₃ Necesaria

A cantidade de NaHCO₃ que se necesita para reaccionar con 35 mL de vinagre, sería:

35 mL vinagre · (1 g / 1 mL) · (8 g CH3COOH / 100 g vinagre) · (1 mol CH3COOH / 60 g CH3COOH) · (1 mol NaHCO3 / 1 mol CH3COOH) · (84 g NaHCO3 / 1 mol NaHCO3) = 3,9 g NaHCO3

4.3 Composición da Mestura Final e Conservación da Masa

A mestura final estaría formada por CO₂, auga e hidroxenocarbonato de sodio, pero debemos ter en conta que o CO₂ é un gas que se libera á atmosfera:

35 mL vinagre · (1 g / 1 mL) · (8 g CH3COOH / 100 g vinagre) · (1 mol CH3COOH / 60 g CH3COOH) · (1 mol CO2 / 1 mol CH3COOH) · (44 g CO2 / 1 mol CO2) = 2,1 g CO2

Aplicando a lei de conservación da masa e tendo en conta a cantidade de CO₂ gasoso obtido:

35 g vinagre + 3,9 g NaHCO₃ – 2,1 g CO₂ = 36,8 g de mestura

4.4 Determinación da Entalpía de Reacción

Material e Reactivos:

• Calorímetro con termómetro e variña axitadora
• Probeta
• Vidro de reloxo
• Espátula
• Balanza
• Vinagre
• Hidroxenocarbonato de sodio (NaHCO₃)

Procedemento:

1. Nun calorímetro introdúcense 35 mL de vinagre, medidos coa probeta, e anótase a súa temperatura inicial (T₀).
2. A continuación, pésanse na balanza os 3,9 g de hidroxenocarbonato de sodio, empregando un vidro de reloxo e unha espátula.
3. Engádense ao calorímetro, péchase e axítase.
4. Anótase a temperatura máxima acadada (T_f).

Desprezando a capacidade calorífica do calorímetro, a entalpía de reacción calcúlase como:

ΔHreacción = (mmestura) · Cauga · (Tf - T0)

Para expresar o resultado en kJ/mol, divídese o resultado obtido entre o número de moles de ácido acético.

Respostas da Pregunta 5

5.1 Principio de Le Chatelier

Segundo o principio de Le Chatelier, sabemos que cando nun sistema en equilibrio se produce unha modificación das variables que o determinan (concentración, presión, temperatura), o sistema se despraza no sentido de contrarrestar ese cambio.

5.1.1 Efecto da Temperatura na Reacción de Haber-Bosch

O valor negativo da entalpía (ΔH < 0) indica que o proceso directo (→) é exotérmico. Polo tanto, se elevamos a temperatura, o sistema desprazarase no sentido de consumir calor, neste caso cara á esquerda, producindo menos amoníaco.

5.1.2 Efecto da Concentración de Reactivos

Se elevamos a concentración dun reactivo, como o nitróxeno, o sistema desprazarase no sentido de consumir dito reactivo, neste caso cara á dereita, producindo máis amoníaco.

5.2 Cálculo da Constante de Equilibrio (Kc)

Podemos escribir a seguinte táboa para o equilibrio de disociación:

Tendo en conta que no equilibrio hai 3 moles de amoníaco, o valor de "x" calcúlase facilmente:

2x = 3 → x = 1,5 mol. Coñecido o valor de x, podemos calcular as concentracións de todas as especies no equilibrio:

• [N₂]_eq = n/V = (2 - 1,5) mol / 10 L = 0,05 mol·L^-1
• [H₂]_eq = n/V = (5 - 3·1,5) mol / 10 L = 0,05 mol·L^-1
• [NH₃]_eq = n/V = (3) mol / 10 L = 0,3 mol·L^-1

Kc = [NH3]2 / ([N2] · [H2]3) = (0,3)2 / (0,05 · (0,05)3) = 1,44 · 104

5.3 Orde de Reacción e Unidades da Constante de Velocidade

A orde respecto a NO é 2, e respecto a H₂ é 1. A orde total da reacción é a suma das ordes con respecto a cada reactivo: 2 + 1 = 3.

As unidades da constante de velocidade son:

K = V / ([NO]2 · [H2]) = (mol·L-1·s-1) / ((mol·L-1)2 · (mol·L-1)) = L2·mol-2·s-1

5.4 Comportamento Ácido-Base do Amoníaco e Valoración

5.4.1 Teoría de Brönsted-Lowry e o Amoníaco

Segundo a teoría de Brönsted-Lowry, un ácido é unha especie capaz de ceder H⁺ e unha base é unha especie capaz de captar H⁺. O NH₃ comportarase como unha base en medio acuoso, xa que acepta un protón da auga.

NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH-
Base1   Ácido2   Ácido conxugado1   Base conxugada2

5.4.2 Procedemento de Valoración de Bases

Para determinar a concentración de bases en disolución, un procedemento adecuado é unha valoración. Necesitaranse os seguintes materiais:

• Pipeta/Probeta
• Matraz Erlenmeyer
• Indicador ácido-base
• Bureta
• Pinza e soporte
• Disolución de amoníaco (concentración descoñecida)
• Disolución de ácido (concentración coñecida, por exemplo, ácido clorhídrico)

Os pasos a seguir son:

1. Tómase unha cantidade da disolución de amoníaco coa axuda dunha pipeta/probeta e introdúcese nun matraz Erlenmeyer.
2. Engádense unhas pingas dun indicador ácido-base adecuado.
3. Énchese unha bureta (suxeita cunha pinza nun soporte) cunha disolución de concentración coñecida dun ácido, por exemplo, clorhídrico.
4. Comeza a valoración deixando caer pouco a pouco o ácido sobre a base mentres se axita o matraz coa man.
5. O punto final neste caso detectarase pola viraxe da cor do indicador.
6. Anótase a cantidade de disolución do ácido empregada e calcúlase a concentración da base tendo en conta a estequiometría da reacción.