Relatorio 5 Lei da Conservação de Massas Obtenção e Purificação do Sulfato Ferroso

Prévia do material em texto

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO CIÊNCIA E TECNOLOGIA
FLUMINENSE CAMPUS ITAPERUNA - RJ
LICENCIATURA EM QUÍMICA
QUÍMICA GERAL I
“PRÁTICA 5 – LEI DA CONSERVAÇÃO DE MASSAS:OBTENÇÃO E
PURIFICAÇÃO DO SULFATO FERROSO”
Relatório de aula prática
apresentado como parte do
requisito parcial da disciplina
Química Geral I ao Prof. Antônio
Sergio Nascimento Moreira da
graduação de Licenciatura em
Química, 1 período. Dos
discentes: Lucas de Oliveira
Vicente Mario, Maria Clara
Rodrigues de Souza, Mariana
Alves Rezende e Paulo Ricardo
Santana de Almeida.
ITAPERUNA-RJ
Julho/2022
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO 3
2. OBJETIVOS 4
3. MATERIAIS E MÉTODOS 4
3.1 Materiais utilizados 4
3.2 Métodos utilizados 5
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 6
4.1 Questões Pós-laboratório 8
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS 9
REFERÊNCIAS 10
1. INTRODUÇÃO
Considerado o pai da Química, Antoine Lavoisier foi o primeiro a observar que
o oxigênio, em contato com uma substância inflamável, produz a combustão.
Deduziu, também, baseado em reações químicas, a célebre lei da conservação da
matéria: "Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma". Com outros
estudiosos, Lavoisier tentou ainda encontrar uma linguagem própria para a química.
Em 1773, colocou um metal dentro de um vaso, fechou-o hermeticamente e,
por pesagem, determinou-lhe a massa. Depois, levou-o a um forno de alta
temperatura, e em seguida pesou-o novamente. Não houve alteração de massa,
apesar de o metal ter-se combinado com o oxigênio do ar, formando um óxido.
(Pinceli, s.d)
A filtração a vácuo é um procedimento de laboratório que utiliza uma bomba
de vácuo isenta de óleo, aparelho de filtro, frasco de filtro e, muitas vezes, um
coletor de filtração para realizar protocolos de filtração por membrana. É a técnica
preferida para secagem rápida de cristais em pequenas soluções em lotes. Na
filtração simples utiliza-se, geralmente, um papel filtro para laboratório, dobrado ao
meio duas vezes. O papel pregueado aumenta a área de superfície de filtração,
acelerando o processo – mas é válido ressaltar que o papel pode ser dobrado mais
vezes para deixá-lo ainda mais pregueado. O papel filtro para laboratório já dobrado
é então posicionado em um funil de vidro e a mistura é transferida para que a
filtração ocorra. Pode-se utilizar um bastão de vidro para auxílio nesta etapa. As
partículas sólidas ficarão retidas no papel e o líquido passará pelos poros e será
recolhido em outro recipiente posicionado logo abaixo (SPLABOR, 2016).
O ferro é o metal de transição mais abundante da crosta terrestre. Ele é
encontrado em uma gama de minerais, destacando-se: a hematita (Fe2O3), a
magnetita (Fe3O4), a limonita (FeO(OH)), a siderita (FeCO3), a pirita (FeS2) e a
ilmenita (FeTiO3). O ferro é também um nutriente essencial para a vida e atua
principalmente na síntese das células vermelhas do sangue e no transporte do
oxigênio para todas as células do corpo. A carência de ferro é denominada anemia
ferropriva ou anemia por carência de ferro. É uma deficiência nutricional grave que
afeta grande parcela da população mundial. Para o tratamento da anemia pode ser
utilizado o sulfato ferroso heptahidratado, obtido no experimento através da reação
do ácido sulfúrico com a palha de aço e filtrado através da filtração simples e a
3
vácuo. O sulfato ferroso pode ser encontrado na natureza nas formas sempre
hidratadas. Em escala comercial, o sulfato ferroso pode ser obtido juntamente com o
processo de produção do dióxido de titânio (TiO2) que é utilizado principalmente
como pigmento branco, onde a rocha ilmenita é atacada com o ácido sulfúrico
ocorrendo a formação do sulfato ferroso. (CARDOSO, 2012).
Figura 1. Filtração simples da mistura de palha de aço + ácido sulfúrico
Fonte: De autoria própria
2. OBJETIVOS
Verificar a aplicação da lei de conservação de massas na reação entre o ferro e
o ácido sulfúrico e medir a massa dos reagentes e dos produtos no início e no fim da
reação.
3. MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Materiais utilizados
12 mL de solução de ácido sulfúrico, H2SO4 a 20% v/v
33 mL de etanol
Palha de aço
4
1 proveta de 50 mL
1 Bèquer de 100 mL
1 Pipeta graduada de 10 mL
Banho Maria
1 Placa de Petri
1 Vidro de relógio
1 Funil simples
1 papel de filtro
1 Erlenmeyer
1 Funil de Bucker
1 Kitassato
Bomba a vácuo
Estufa
Tesoura
Bastão
3.2 Métodos utilizados
1) Pesou-se um pedaço da palha de aço com exatamente 1,5000 g no vidro de
relógio.
2) Adicionou-se 12 mL de solução de ácido sulfúrico em um béquer de 100 mL.
3) Acrescentou-se com muito cuidado a palha de aço ao béquer.
4) Aqueceu-se a mistura em banho Maria até a finalização completa da reação.
5) Resfriou-se o sistema e filtrou-se a mistura com um funil simples e o auxílio
de um papel de filtro.
6) Após isso, recolheu-se a parte líquida em um erlenmeyer de 250 mL e
destacou-se o filtrado (parte arenosa/sólida).
7) Adicionou-se ao erlenmeyer com o filtrado, com o auxílio de uma proveta de
50 mL , 33 mL de álcool etílico.
8) Encaixou-se o papel de filtro no funil de Bucker e ,com o auxílio de uma
tesoura, recortou-se seu tamanho para um encaixe perfeito no funil. Antes de
iniciar a filtração, pesou-se a massa do papel de filtro.
9) Conectou-se o funil de Bucker ao kitassato e encaixou-se o papel de filtro
(cortado e pesado), por último, encaixou-se a mangueira da bomba a vácuo
ao sistema. Assim deu-se início a filtração a vácuo da mistura.
5
10) Após a filtração a vácuo, transferiu-se o sólido junto com o papel de filtro
para uma placa de Petri e levou-se a estufa por alguns minutos.
11)Deixou-se esfriar o papel de filtro com o sólido.
12) Por fim, lavou-se as vidrarias utilizadas com detergente e escova.
Enxaguou-se diversas vezes com água da torneira e depois 2 vezes com
água destilada. Por último arrumou-se as vidrarias molhadas sobre a bancada
para sua secagem (Não secou-se com papéis ou panos).
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Antes, durante, e após as filtrações executadas nesse procedimento, foi
possível obter pesagens das amostras e serem realizadas observações, sobre a
reação que estava sofrendo transformações. Para darem início a essas discussões,
vemos na Tabela 1, as massas que foram obtidas durante o experimento.
Tabela 1. Massas medidas durante o experimento
Massa da palha de aço antes da imersão: m(Aço, reagente) / g; 1,500
Volume da solução de H2SO4 utilizada / ml; 12
Massa de H2SO4 utilizada: m(H2SO4, reagente) / g; 14,4
Massa de sulfato ferroso (FeSO4) obtida: m(FeSO4, produto) /g; 0,1401
Mudança de coloração azul ciano
Incerteza da medida
Fonte: autoria própria
Inicialmente, utilizando a balança analítica, foi possível obter o valor exato das
1500 g no instrumento, e para fazer com que acontecesse o banho Maria, foi usado
como reagente o H2SO4, adicionando-se 12 ml. Para o valor final obtido da massa de
H2SO4 mostrada acima, foi calculado através da fórmula da densidade, onde
sabendo o valor do volume (dado pelo experimento), e a densidade do líquido (dado
pelo rótulo do reagente), foi possível efetuar o cálculo:
Dados:
densidade = 1,2 g/mL volumeH2SO4= 12 mL
(1)𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎/𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 1, 2𝑔/𝑚𝐿 = 𝑚/ 12 𝑚𝐿 = 14, 4 𝑔 
Vale ressaltar, que durante a reação (onde a mistura estava sob banho
Maria), foi possível sentir um forte odor, dado ao ferro queimado, e no final do
6
processo, foi obtido uma espécie de pasta, resultado do aquecimento da mistura da
palha de aço, Fe(sólido) junto do H2SO4 (líquido), ou seja, enxofre.
Para a obtenção da massa do produto, apenas foi subtraída a massa dos
produtos, pela massa dos reagentes, que se dá a pesagem final após a filtração a
vácuo, do papel de filtro com o precipitado, pela massa do papel de filtro puro
pesado anteriormente. Onde nesse caso, devido a evaporação do hidrogênio, e o
experimento ter sido realizado em sistema aberto, pode-se de dar, a variação das
massas.
(2)𝑚3 − 𝑚2 = 𝑚1 0, 5999 𝑔 − 0, 4598 = 0, 1401 𝑔Agora, após o esfriamento do sistema, e podendo ser realizada a filtração da
mistura, foi possível observar uma coloração azul ciano bem bonita. Isso se dá, pela
oxidação do produto, visto que, o ácido sulfúrico reagindo com um metal, nesse caso
o ferro, realiza um deslocamento de troca simples, fazendo a troca de elétrons. Ao
final, obtendo uma nova substância, que é o sulfato ferroso (FeSO4) que se trata de
um sal, gerado no fundo do recipiente, e também forma-se o gás hidrogênio, na sua
evaporação.
Ainda foram acrescentados 33 mL de álcool etílico, após a filtração, e foi
possível observar uma coloração esbranquiçada e mais partículas do sal formado
(precipitação) anteriormente.
Para a etapa final, que foi a filtração a vácuo da amostra, foi medido o peso
do papel de filtro, usado no funil de buchner junto ao kitassato, antes, e após o
processo, como pode ser mostrado na Tabela 2.
Tabela 2. Peso do papel de filtro antes e após a filtração a vácuo
Peso do papel de filtro antes da filtração a
vácuo (g)
Peso do papel de filtro após da filtração a
vácuo (g) (com o precipitado)
0,4598 0,5999
fonte: autoria própria
O aumento de massa, ou seja, do precipitado formado no papel de filtro,que é
de 0,1401 g, dá-se pela redução interna da pressão no kitassato, fazendo assim,
que aconteça a separação do precipitado e do líquido, de maneira bem mais rápida
que na filtração simples (como foi possível observar).
4.1 Questões Pós-laboratório
1) Escreva a equação química balanceada que descreve a reação desse
experimento.
7
Fe(s) + H2SO4 —>FeSO4 + H2(g)
2) Calcular a quantidade (em mol) de sulfato de ferro que foi produzido.
n= m/MM = 0,1401 g FeSO4 / 151, 908 g/mol FeSO4 = 9, 222687416 x
10-4mol FeSO4.
3) Calcular a quantidade (em mol) de ferro n(Fe, cons.) que reagiu e a
quantidade (em mol) de ácido sulfúrico que reagiu.
n= m/MM = 1,500 g Fe / 55,845 g/mol Fe = 0, 026860059 mol Fe.
n= m/MM = 14,4 g H2SO4 / 98,079 g/mol H2SO4= 0,14682042 mol H2SO4.
4) Quem foi o reagente limitante e quem foi o reagente em excesso?
Para ver quais dos reagentes seria o limitante e o excesso, foi utilizado o valor da
massa do Fe para obter a do H2SO4.
Fe(s) + H2SO4 —>FeSO4 + H2(g)
Fe ------------------ H2SO4
56 g Fe ------------------- 98 g H2SO4
1,5000 g Fe ---------------- x
x = 2,625 g H2SO4
Aqui podemos ver que o reagente em excesso é o H2SO4, visto que, temos 14,4 g de
H2SO4, e só são necessários 2,625 g para que a reação ocorra, um excesso de
11,775 g. E também apontando, que o reagente limitante trata-se do Fe.
5) Calcular a razão n(Fe, prod.)/n(Fe, cons.). Use o número certos de algarismos
significativos para expressar seus resultados
Para realizar esse cálculo, antes foi feito a estequiometria do H2SO4
Fe(s) + H2SO4 —>FeSO4 + H2(g)
Fe ------------------ H2SO4
56 g Fe ------------------- 98 g H2SO4
---------------- 14,4 g H2SO4
x = 8,228571429 g Fe
Agora, calcula-se a razão:
Fe prod./ Fe cons. = 1,5000 g / 8,228571429 g = 0,182291666 = 0,18229.
8
6) Qual o teor de ferro, em porcentagem, na palha de aço?
8,228571429 g Fe ---------------- 100%
1,5000 g Fe ---------------- x
x = 18,22916667 %
= 18,2 %
7) O que produz o colorido verde na solução?
Isso se dá, devido às partículas ainda presentes da palha de aço, que na reação
durante o aquecimento, ainda ficam mantidas, e em contato com o hidrogênio, ou
seja, nem todo o enxofre é reagido.
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Nesta prática foi possível obter sulfato ferroso através da reação do ferro e
solução de ácido sulfúrico. Foi possível também entender as técnicas de filtração
simples para separar sólidos e líquidos. Após a filtração a vácuo e a secagem na
estufa, foi possível obter sulfato ferroso puro. Ao final, foi possível verificar a
aplicação da Lei de conservação de massas após a secagem do sulfato ferroso.
REFERÊNCIAS
Autor desconhecido. Blog SPLABOR equipamentos de laboratório. Sistema de
filtração à vácuo e papel filtro. Disponível
em:https://www.splabor.com.br/blog/filtracao/aprendendo-mais-processo-de-filtracao-
separacao-de-misturas/. Acesso em: 13/07/2022.
PINCELI, Carlos Ricardo, Lavoisier, Antoine Laurent (1743-1794). Unicamp.
Disponível em:http://www.fem.unicamp.br/~em313/paginas/person/lavoisie.htm.
Acesso em 13/07/2022.
CARDOSO, Kelly Araldi. Produção de sulfato ferroso a partir do resíduo
proveniente da mineração de ferro. Dissertação (mestrado) - Universidade Federal
de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Química, Florianópolis, 2012.
9