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0 Índice Obtenção do hidrogénio .................................................................................................................. 6 Introdução ....................................................................................................................................... 6 Obtenção laboratorial ...................................................................................................................... 7 Obtenção industrial do hidrogénio .................................................................................................. 7 Aplicações do hidrogénio ............................................................................................................... 8 Obtenção do hidrogénio e verificações das suas propriedades ....................................................... 8 Procedimentos ................................................................................................................................. 9 Observações .................................................................................................................................... 9 Discussão dos resultados............................................................................................................... 10 Teste de gás fulminante, densidade e de combustibilidade .......................................................... 10 Discussão dos resultados e fundamentação teórica ...................................................................... 11 Teste de solubilidade..................................................................................................................... 12 Propriedades redutoras do hidrogénio .......................................................................................... 12 Conclusão ...................................................................................................................................... 13 II – experiencia – obtenção do cloreto de hidrogénio ................................................................... 13 Introdução ..................................................................................................................................... 13 Fundamentação teórica ................................................................................................................. 13 Obtenção laboratorial do cloreto de hidrogénio. ........................................................................... 14 Procedimentos ............................................................................................................................... 16 Observações: ................................................................................................................................. 16 Discussão dos resultados............................................................................................................... 17 Teste da solução obtida ................................................................................................................. 17 Discussão do resultado .................................................................................................................. 18 Determinação volumétrica da concentração do ácido clorídrico .................................................. 18 1 Observações: ................................................................................................................................. 18 Determinação da concentração do ácido ....................................................................................... 19 Discussão dos resultados............................................................................................................... 19 Conclusão ...................................................................................................................................... 19 Obtenção do cloro. ........................................................................................................................ 20 Fundamentação teórica ................................................................................................................. 20 Obtenção industrial do cloro ......................................................................................................... 20 Obtenção laboratorial do cloro ...................................................................................................... 21 Procedimentos: .............................................................................................................................. 23 Observações .................................................................................................................................. 23 Discussão dos resultados............................................................................................................... 23 Identificação dos iões halogenetos a partir de reacções de precipitação ...................................... 24 Procedimentos ............................................................................................................................... 24 Discussão dos resultados............................................................................................................... 25 Procedimentos ............................................................................................................................... 25 Discussão dos resultados............................................................................................................... 26 Observações .................................................................................................................................. 26 Discussão dos resultados............................................................................................................... 27 Conclusão ...................................................................................................................................... 27 Experiencia 4 – Obtenção dos ácidos sulfúrico, sulfídrico e sulfuroso ........................................ 27 Fundamentação teórica ................................................................................................................. 27 Obtenção industrial do ácido sulfúrico ......................................................................................... 28 Obtenção laboratorial: ................................................................................................................... 29 Obtenção do ácido sulfuroso ......................................................................................................... 31 Procedimento: ............................................................................................................................... 32 2 Observações .................................................................................................................................. 33 Discussão dos resultados............................................................................................................... 33 Identificação dos iões sulfitos ....................................................................................................... 34 Observações .................................................................................................................................. 34 Discussão dos resultados............................................................................................................... 34 Obtenção do ácido sulfúrico e identificação dos iões sulfatos. .................................................... 34 Procedimentos ............................................................................................................................... 34 Observações .................................................................................................................................. 35 Discussão dos resultados:............................................................................................................. 35 Identificação dos iões sulfatos ...................................................................................................... 35 Procedimentos ............................................................................................................................... 35 Observações .................................................................................................................................. 35 Discussões dos resultados ............................................................................................................. 35 Obtenção do ácido sulfídrico e identificação dos ião sulfuretos................................................... 36 Procedimentos ............................................................................................................................... 36 Observações .................................................................................................................................. 36 Discussão dos resultados............................................................................................................... 36 Teste de carácter ácido .................................................................................................................. 37 Procedimento: ............................................................................................................................... 37 Observações .................................................................................................................................. 37 Discussão dos resultados............................................................................................................... 37 Identificação dos iões sulfitos ....................................................................................................... 37 Procedimentos ............................................................................................................................... 37 Discussão dos resultados............................................................................................................... 38 Conclusão ...................................................................................................................................... 38 3 Experiencia 5 Obtenção do oxigénio ............................................................................................ 38 Fundamentação teórica ................................................................................................................. 39 Obtenção laboratorial do oxigénio ................................................................................................ 39 Obtenção industrial do oxigénio ................................................................................................... 40 Procedimentos ............................................................................................................................... 41 Observações: ................................................................................................................................. 42 Discussão dos resultados............................................................................................................... 42 Prova de comburência ................................................................................................................... 42 Observações .................................................................................................................................. 43 Discussão dos resultados............................................................................................................... 43 Conclusão ...................................................................................................................................... 43 Experiencia 6 - Obtenção do amoníaco ........................................................................................ 43 Fundamentação teórica ................................................................................................................. 44 Obtenção laboratorial do amoníaco .............................................................................................. 44 Obtenção industrial do amoníaco .................................................................................................. 45 Procedimentos ............................................................................................................................... 47 Observações .................................................................................................................................. 48 Discussão dos resultados............................................................................................................... 48 Verificação das propriedades, solubilidade em água e carácter básico ........................................ 48 Observações: ................................................................................................................................. 49 Discussão dos resultados............................................................................................................... 49 Outro procedimento de identificação do carácter básico do amoníaco ........................................ 49 Observações .................................................................................................................................. 50 Discussão dos resultados............................................................................................................... 50 Identificação do ião amónio .......................................................................................................... 50 4 Procedimentos: .............................................................................................................................. 50 Observações .................................................................................................................................. 51 Discussão dos resultados............................................................................................................... 51 Conclusão:..................................................................................................................................... 51 Experiencia 7 – Obtenção do dióxido de carbono ........................................................................ 52 Fundamentação teórica. ................................................................................................................ 52 Obtenção industrial do CO2.......................................................................................................... 52 Obtenção laboratorial do CO2 ...................................................................................................... 53 Procedimentos: .............................................................................................................................. 54 Observações: ................................................................................................................................. 55 Discussão dos resultados............................................................................................................... 55 Prova de solubilidade e do carácter do CO2. ................................................................................. 55 Observações. ................................................................................................................................. 55 Discussão dos resultados............................................................................................................... 56 Prova da presença do CO2 ............................................................................................................ 56 Observações. .................................................................................................................................56 Conclusão ...................................................................................................................................... 56 Experiencia 8- Obtenção do dióxido de nitrogénio ...................................................................... 57 Fundamentação teórica ................................................................................................................. 57 Obtenção industrial do NO2 ......................................................................................................... 58 Obtenção industrial do monóxido de nitrogénio ........................................................................... 58 Procedimentos: .............................................................................................................................. 59 Observações: ................................................................................................................................. 60 Discussão dos resultados............................................................................................................... 60 Observações .................................................................................................................................. 61 5 Discussão dos resultados............................................................................................................... 61 Observações .................................................................................................................................. 62 Discussão dos resultados............................................................................................................... 62 Teste de solubilidade e carácter do NO ........................................................................................ 62 Observações. ................................................................................................................................. 63 Conclusão. ..................................................................................................................................... 63 6 Obtenção do hidrogénio. Introdução O presente relatório é referente a experiência de obtenção laboratorial do hidrogénio, reagindo o Zn sólido e o HCl em solução aquosa, destacando as suas aplicações, propriedades físicas, químicas, teste de combustibilidade, gás fulminante, densidade e solubilidade em água. “O hidrogénio é o elemento simples conhecido – a sua forma atómica mais comum contém apenas um protão e um electrão. Contudo, a forma atómica do hidrogénio existe apenas a temperaturas muito elevadas. Normalmente, o hidrogénio elementar é constituído por moléculas diatómicas’. CHANG e GOLDSBY( 2013, página 960) Descoberta do hidrogénio O hidrogénio ( Hydrogenium – em latim) foi descoberto na primeira metade do século XVI por Paracelso, médico e naturalista alemão. Em 1776 H. Cavendish ( Inglaterra) estabeleceu as suas propriedades específicas que o diferem dos outros gases. A. L. Lavoisier foi o primeiro em obter o hidrogénio a partir da água e demonstrar que a água é um composto de hidrogénio com oxigénio(1783). N.GLINCA,(1984, página 11), Propriedades físicas “ O hidrogénio é um gás incolor, inodor e sem gosto que passa ao estado liquido somente á temperaturas muitíssimo baixas”. É Inflamável( arde), pouco solúvel na água e, é menos denso que o ar. COCHO ( 2002, página 90), Propriedades químicas O hidrogénio quando livre, é um gás, á temperatura ambiente, formado por moléculas diatómicas H2. Reage com os halogéneos, originando os respectivos halogenetos. Ex: H2(g) + Cl(g) HCl(g) 7 Electrólise das soluções de NaOH ou KOH, utilizando as soluções de concentração que correspondem a sua condutibilidade eléctrica máxima( 25% para NaOH e 34% para KOH). A partir das soluções de HSO4 e HCl pela reacção do Zn sobre estes; Por reacção de um metal activo com uma base forte. Obtenção laboratorial: • Por reacção de um metal activo com água. Na(s) + H2O(l) NaOH(aq) + ½ H2(g)↑ • Por reacção de um metal activo com um ácido. Zn(s) + 2 HCl(aq) ZnCl2(aq) + H2(g) ↑ • Por reacção de um metal activo com uma base forte. Al(s) + NaOH(s) + 3 H2O( l ) Na [Al(OH)4 ](aq) + 3/2 H2(g) ↑ Obtenção industrial do hidrogénio Por electrólise da água. • 2H2O(l) H2(g) ↑ + O2(g) ↑ • Por acção da água sobre o carvão (redução) • C(s) + H2O(l ) 1000ºc H2(g) ↑ + CO(g) ↑ (gás da água) • Por Craking de hidrocarbonetos. C6H12 (g) C6H6(g) + 3 H2(g) ↑ 8 • Por fotólise da água (método actual ambientalmente viável). • K ĥ ٧ K* • H2O( l) + K(s) * H2 + ½ O2 + K (K= fotocatalizador complexos metálicos) Aplicações do hidrogénio O hidrogénio é usado como combustível nos motores de aviões e automóveis ; Por arder a altas temperaturas é usado no maçarico oxídrico( na soldadura e no corte de metais). Devido a sua fraca densidade, o hidrogénio no enchimento dos aeróstatos; É também usado na indústria metalúrgica na produção na produção de metais a partir dos seus óxidos, na produção de amoníaco e na produção de margarina. Obtenção do hidrogénio e verificações das suas propriedades. Objectivos: Produzir o hidrogénio com base em materiais convencionais e localmente disponíveis; Fazer a prova do gás fulminante e a prova de combustibilidade; Construir aparelho de produção de gases a partir de substâncias sólidas; Determinar a densidade do hidrogénio em relação ao ar; Dominar a escrita das equações químicas; Aplicar as normas de higiene e segurança no laboratório; Materiais: Substâncias 1. 3 Tubos de ensaio; 2. Um tubo de ensaio com abertura lateral de 90º; - Zn, HCl, H2O. 3. Uma mangueira de borracha; 9 4. Uma tina hidropneumática; 5. Um suporte para tubo de ensaios; 6. Funil; 7. Um tubo de rosca; 8. Pipeta eppendorf de 12.5 ml; 9. Adaptadores 20/ 13, 13/13. Procedimentos: Introduz – se três grânulos de Zn no tubo de ensaio com abertura lateral de 90º; Usando adaptadores de 13/ 13, acopla – se uma mangueira de borracha na abertura Lateral do tubo de ensaio; Acopla – se na parte superior do tubo de ensaio o funil, usando adaptadores 20/ 13; Enche – se de água a tina hidropneumática; Usando pipeta, retira – se 3ml de HCl e introduz – se no funil; Introduz – se a mangueira de borracha no tubo de ensaio de recolha do hidrogénio e mergulha – se na água; Regula – se a torneira de modo que o ácido goteje no tubo de ensaio para que ocorra a reacção; Regista – se as observações. Montagem do aparelho. Observações: No momento em que gotejava o HCl no tubo de ensaio contendo o Zn, verificou- se uma efervescência do ácido na superfície do metal, característica da reacção do Zn com solução aquosa do HCl , que é uma reacção espontânea e muito viva. 10 Nas paredes do tubo de ensaio de abertura lateral 90º, verificavam – se bolhas de vapores; Na tina hidropneumática, a água dentro do tubo de ensaio, de recolha do gás, borbulhava, Por fim, o tubo de recolha do gás ficou sem água e a água da tina hidropneumática começou a borbulhar. Discussão dos resultados Segundo N.GLINCA,(1984, página 12), “ O método de libertação de hidrogénio a partir das soluções de H2SO4 ou HCl pela acção do Zn sobre estes é um método mais divulgado. Esta reacção, habitualmente é realizada no aparelho de kipp”. Para nossa experiência utilizamos o Zn e HCl para obtençãodo hidrogénio, embora existem vários métodos laboratoriais de obtenção desse gás. Segundo FARIA, TOCOLI E RIQUIXO, ( 2001, página )” á medida que se adiciona o HCl diluído sobre Zn, ocorre uma reacção química, que se detecta pela libertação de bolhas gasosas”. De facto, durante a experiencia verificaram se nas paredes do tubo de ensaio as bolhas de vapor do gás, portanto, torna tão claro que ocorreu bem a experiência. Segundo CAMUENDO e COCHO ( 2008, página 81) “ Quando se goteja o ácido sobre o metal, observa – se um efervescer do ácido na superfície do metal. A reacção é espontânea e muito viva. Ocorre a libertação do gás hidrogénio, que é recolhido no tubo de ensaio cheio de água, sendo a equação química seguinte: Zn(S) + 2HCl(aq) ZnCl2(aq) + H(g) Esta descrição dada pela CAMUENDO e COCHO, trata – se exactamente do que verificamos no âmbito da realização da experiência, embora, ela não tenha descrito o comportamento da água, pois borbulhava no tubo da recolha do gás e depois de encher pelo gás, a água da tina hidropneumática borbulhava, descrição que achamos tão pertinente. Teste de gás fulminante, densidade e de combustibilidade. Observações: 11 Neste teste de combustibilidade, com abertura do tubo de ensaio virado para baixo, a chama ardeu por muito tempo e o estampido foi tão forte em relação ao teste com a boca do tubo de ensaio virado para cima. O gás inflamava - se na boca do tubo do ensaio, libertando uma chama de cor azul escuro. Montagem de aparelhos Combustibilidade gás fulminante densidade Discussão dos resultados e fundamentação teórica. Segundo FARIA, TOCOLI E RIQUIXO, ( 2001, página )” para se identificar o hidrogénio obtido, aproxima – se a chama de um fósforo ao tubo de ensaio que contém esse gás, mantendo – o com a boca para baixo”. “Ouve - se um estampido e o gás inflama – se na boca de tubo de ensaio, esse gás é hidrogénio”. Os factos descritos a respeito do gás hidrogénio, verificaram – se durante o nosso teste, o que deixa tão lúcido que obtemos de verdade o hidrogénio, salientamos que nestas descrições os autores supracitados deviam ter deixado claro que os testes de combustibilidade, fulminante e de densidade são verificados ao mesmo tempo e requerem apenas a interpretação dos efeitos á medida que se faz o teste de combustibilidade. Durante este teste, verificamos a densidade ao mesmo tempo que verificávamos a combustibilidade porque no tubo com a boca virado para baixo, no fundo do tubo de ensaio continha hidrogénio que se justifica pelo facto de ser menos denso que o ar. Segundo FARIA, TOCOLI e RIQUIXO, ( 2001, página )” Após a recolha do gás, faz – se a prova do gás fulminante, se ouvir um ruído agudo ( uma pequena explosão), conclui – se que o tubo continha hidrogénio e ar”. O estampido verificado durante o teste de combustibilidade, justifica – se pelo facto de o hidrogénio estar misturado com outros gases, facto que justifica o gás fulminante. Em suma, o hidrogénio é menos denso que o ar, é fulminante e combustível. 12 Teste de solubilidade. Quanto ao teste de solubilidade não se fez nenhum inerente a solubilidade mas pelo facto de termos recolhido hidrogénio na água dá para entender que o hidrogénio é muito pouco solúvel em água porque se fosse solúvel em água, teria se dissolvido por completo. Propriedades redutoras do hidrogénio Segundo RUSSELL,( página 377) O hidrogénio é também produzido industrialmente, como subproduto de inúmeras reacções da refinação de petróleo. Nessas reacções, o hidrogénio comumente reage como um agente redutor. Por exemplo, em temperatura um tanto elevada, reduzirá certos óxidos metálicos a seus metais. Reacções características incluem: CuO(s) + H2(g) Cu(s) + H2O(g) oxidante redução redutor oxidante Fe2O3(s)+ 3H2 (g) 2Fe(s) + 3H2O(g) oxidante redução redutor oxidação Portanto, visto que na reacção do Zn e HCl, o hidrogénio funciona como agente oxidante, buscamos estas reacções usadas na produção industrial do hidrogénio, embora elas necessitam de temperaturas elevadas para a redução dos óxidos desses metais. +2 -2 0 0 +1 -2 +3 -2 0 0 +1 -2 13 Conclusão Esta experiencia nos deixou convictos que existem vários métodos de obtenção do hidrogénio, que são laboratoriais e industriais e o hidrogénio tem várias aplicações no nosso quotidiano. Conseguimos verificar experimentalmente que o hidrogénio é menos denso que o ar , insolúvel em água, é fulminante e combustível. II – experiencia – obtenção do cloreto de hidrogénio. Introdução O presente relatório visa explicitar o decorrer da experiência de obtenção do cloreto de hidrogénio e do ácido clorídrico a partir da reacção do cloreto de sódio e ácido sulfúrico, bem como a determinação volumétrica da concentração do ácido obtido. NaCl(s) + H2SO4(aq) Na2SO4(s) + HCl(aq) Fundamentação teórica O cloreto de hidrogénio é um gás incolor com cheiro forte e tóxico. É muito solúvel em água e a sua solução aquosa é denominado ácido clorídrico. BARROS(2009, página 115) HCl(aq) + H2O( l) HCl(aq) Propriedades físicas do cloreto de hidrogénio: O cloreto de hidrogénio - é um gás incolor, com cheiro penetrante e tóxico, muito bem solúvel em água e é mais denso que o ar. SILVA FILOMENA (2001, página 54). Propriedades físicas do ácido clorídrico: O ácido clorídrico - é um líquido incolor, corrosivo, com cheiro forte e forma neblinas esbranquiçadas, quando exposto ao ar húmido. BARROS ( 2009, página 115) Propriedades químicas do ácido clorídrico: O ácido clorídrico reage energeticamente com muitos metais formando os respectivos sais. 14 Exemplo: 2Na(s) + 2HCl(aq) 2NaCl(aq) + H2(g) Obtenção laboratorial do cloreto de hidrogénio. Segundo BARROS(2009, página 116) “No laboratório, o cloreto de hidrogénio é obtido a partir da reacção entre a reacção do cloreto de sódio (sal da cozinha) com o ácido sulfúrico concentrado, segundo a equação”: NaCl(s) + H2SO4(aq) Na2SO4(aq) + HCl(g) Ácidos fortes – são electrólitos fortes que, para efeitos práticos, se consideram completamente ionizados em água. CHANG e GOLDSBY(2013, página 676). Bases fortes – são electrólitos fortes que se ionizam completamente em água. CHANG e GOLDSBY(2013, página 676). Ácido sulfúrico – é um líquido incolor, oleoso, corrosivo, solúvel em água, de fórmula H2SO4. Hidróxido de sódio – sólido branco, iónico extremamente venoso, solúvel em água de fórmula NaOH. Titulação - é uma das técnicas mais importantes que consiste em determinar a concentração de uma dada solução ácida ou básica, neutralizando – a com um certo volume de solução básica ou ácida da qual se conhece a respectiva concentração. FARIA e RIBEIRO(1994, página 142) Indicadores – são substâncias que apresentam cores bem distintas em meio ácido e básico. CHANG e GOLDSBY(2013, página 152) Escolha de indicadores. FARIA e RIBEIRO(1994, página 150) Para ácido forte e base forte – pode ser usado qualquer indicador cuja cor mude no intervalo de PH de 4 a 10. Para ácido fraco e baseforte – a fenolftaleína é um indicador apropriado, pois muda nitidamente de cor na região do ponto de equivalência da titulação. 15 Para ácido forte e base fraca – o indicador apropriado tem que ter uma zona de viragem correspondente a um valor de PH aproximadamente 4.8, como por exemplo, o vermelho de metilo. Concentração - é a quantidade, em gramas, de soluto existente em 1 litro de solução. FELTRE 2,(2004, página 16) Diluição – processo aplicado a uma solução e que implica um abaixamento da concentração dessa solução. A fórmula das diluições : C1 . V1 = C2 . V2 . SARDELLA e MATEUS( página 144) Tema: obtenção do cloreto de hidrogénio e do ácido clorídrico. Determinação volumétrica da concentração do ácido Objectivos: Construir um aparelho de obtenção de gases tendo em conta a sua toxidade; Obter o cloreto de hidrogénio e converte - lo em ácido clorídrico; Determinar quantitativamente a concentração do ácido obtido na base de medições volumétricas (titulação ácido – base); Aplicar as normas de higiene e segurança no laboratório. Materiais: Reagentes: 1. Um suporte para tubos de ensaios; - Ácido sulfúrico ( H2SO4), 2. Um tubo de ensaio com abertura lateral de 45º; - Cloreto de sódio ( NaCl) 3. Um funil de separação; - Alaranjado de metilo. 4. Uma bureta; 5. Três balões earlnmeyer ; 16 6. Adaptadores 20/13; 7. Pipeta; 8. Quatro tubos de ensaios; 9. Copo de backer; 10. Suporte universal; 11. Fogão eléctrico. Procedimentos: Introduz – se duas espátulas de Cloreto de Sódio no tubo de ensaio com abertura lateral de 45º; Usando adaptadores 20/13, acopla – se o funil de separação na parte superior do tubo de ensaio de abertura lateral 45º; Usando adaptador 13, acopla – se um tubo de vidro na abertura lateral do tubo de ensaio que desemboca num tubo de ensaio cheio de água; Introduz – se 5ml de ácido sulfúrico concentrado no funil de separação; Abrindo – se devagar a torneira do funil de separação, de modo que o ácido goteje sobre o Cloreto de Sódio. Anota – se as observações. Montagem do aparelho: Observações: Na medida em que o ácido sulfúrico gotejava sobre o cloreto de sódio, verificou – se uma efervescência no tubo de ensaio de abertura lateral de 45º, Nas paredes do tubo de ensaio de abertura lateral verificavam –se bolhas de vapor em forma de espuma; 17 Verificou – se um borbulhamento no tubo de ensaio de recolha do cloreto de hidrogénio. Discussão dos resultados. Segundo TOCOLI (página 109) “ Quando ácido sulfúrico reage com cloreto de sódio forma – se cloreto de hidrogénio”. 2NaCl(s) + H2SO4(aq) Na2SO4(s) + 2HCl(g) Portanto, na nossa experiência utilizamos o cloreto de sódio sólido com o ácido sulfúrico para a produção do vapor chamado cloreto de hidrogénio, a efervescência verificada é característica desta reacção, pois verificou – se no tubo contendo água a libertação de um pouco de energia para a vizinhança o que dá para entender que esta é uma reacção exotérmica. Segundo TOCOLI(página 109) “ Ao dissolver o cloreto de hidrogénio na água forma – se uma solução ácida, haletos de hidrogénio dissociam – se em água. HCl(aq) H + + Cl- “A solução aquosa de cloreto de hidrogénio chama – se ácido clorídrico”. De facto, o vapor do gás verificado durante a reacção, apesar de ser incolor mas seguiu o tubo de vidro para o tubo de ensaio contendo água. Depois dissolveu – se em água, pois o cloreto de hidrogénio é bem solúvel em água. Formou uma solução aquosa que depois de termos testado usando o alaranjado de metilo, ficamos convictos que tratava – se do ácido clorídrico. Teste da solução obtida. Procedimentos: Introduziu - se num tubo de ensaio 3ml da solução, formada na água do tubo de ensaio normal; Introduziu – se o alaranjado de metilo na solução e registou – se as observações. Esquema: Observações: 18 Ao introduzirmos o alaranjado de metilo na solução incolor, ela de imediato tomou a cor vermelho. Discussão do resultado: Segundo CHANG e GOLDSBY( 2013, páginas152 e ) “ os indicadores são substâncias que apresentam cores bem distintas em meio ácido e meio básico, o alaranjado de metilo é vermelho no meio ácido e amarelo no meio básico”. Ficou tão claro que a solução obtida na nossa experiência é o ácido clorídrico conforme a cor da solução depois de termos gotejado o indicador. Determinação volumétrica da concentração do ácido clorídrico: Procedimentos: Dilui – se o ácido clorídrico por 6ml de água. Introduz –se 6ml do ácido clorídrico em três balões de erlnmeyer. Enche – se a bureta pelo NaOH; Goteja – se nos três erlnmeyer, contendo ácido clorídrico 5 gotas de fenolftaleína. Abre – se a torneira da boreta de modo que o NaOH sódio goteje sobre o ácido, agitando aos poucos a solução ácida e controlando bem a quantidade da base usada para a neutralização; Regista – se as observações. Observações: Vimos que durante a titulação do ácido pela base, chegou uma fase em que a solução deixou de ser incolor e passando a carmim. Para o primeiro balão foi usado 7.8ml, no segundo – 7.6ml, no terceiro foi usado 8ml de NaOH. 19 Determinação da concentração do ácido Dados: C1 = 1M C1 . V1 = C2 . V2 V1 = 7.8ml C2 = � . � � = � � . �.� �� ��� = 1.3 V2 = 6mv C2 = ? Vsolução = � � � � � � = �.� �� ��.��� ���� � = ��.� �� � = 7.8ml O volume de NaOH usado durante a titulação é de 7.8ml. Montagem de aparelhos: Discussão dos resultados: Segundo REIS MARTHA(2006, página 203) “ A adição da água ao ácido concentrando provoca reacção violenta, com grande libertação de energia e igual probabilidade de acidentes e queimaduras graves, deve – se sempre diluir o ácido em água”. Durante a diluição do ácido concentrado, adicionamos o ácido com a água pois o contrário podia resultar em perigos. Segundo CHANG e GOLDSBY( 2013, página 741) “ A escolha de um indicador para uma dada titulação depende da natureza do ácido e da base utilizados na titulação ( isto é, se são fortes ou fracos), o que nos permite para determinarmos o ponto de equivalência. A fenolftaleína é um indicador apropriado para a titulação de NaOH e HCl”. Nesta titulação com o objectivo de determinarmos a concentração do ácido, usamos a fenolftaleína que é um indicador incolor no meio ácido e rosa avermelhado em soluções básicas. Quando a solução ficou rosa avermelhada, ficamos convencidos que a base neutralizou a acção do ácido. Isto implica que a solução tornou básica. Conclusão: Com esta experiência chegamos a conclusão de que é possível produzir o cloreto de hidrogénio a partir do cloreto de sódio e ácido sulfúrico, é tóxico e tem um cheiro sufocante, assim sendo deve 20 – se respeitar as regras de higiene e segurança no laboratório. Este gás solúvel em água forma o ácido clorídrico. Para Determinarmos a concentração desse ácido usa – se a titulação, em presença de um indicador. Obtenção do cloro. Introdução O presente relatório visa explanar a experiência de obtenção do cloro a partir do permanganato de potássio e ácido clorídrico, identificação dos iões halogenetos por meio de precipitação, complexação e reacções redoxes. Fundamentação teórica: “ O elemento Cloro foi descoberto em 1774 na Suécia pelo Químico Sueco Karl Wilhelm Scheele e confirmado em 1810 por Davy. O nome deriva do grego “Cloros” quesignifica esverdeado’ BARROS,( 2009, página 112). Propriedades físicas do cloro: O cloro – é um gás venenoso, amarelo esverdeado, com cheiro forte e irritante, pouco solúvel em água, muito tóxico. Propriedades químicas: É tão reactivo, reage com metais formando sais. Obtenção industrial do cloro: Segundo BARROS(2009, página 112), “ o cloro é obtido pelo processo de electrólise do cloreto de sódio fundido ou em solução aquosa, traduzida pelas seguintes equações: Electrólise do cloreto de sódio fundido. 2NaCl( l ) 2Na( s) + Cl2(g) Electrólise da solução aquosa do cloreto de sódio. 2NaCl( s) + 2H2O(l ) NAOH(aq) + H(g) + Cl2(g) 21 Obtenção laboratorial do cloro Segundo CAMUENDO e COCHO(2009, página 97),” no laboratório o cloro é obtido pela reacção entre dióxido de manganês (MnO2) ou permanganato de potássio(KMnO4) com ácido clorídrico (HCl). MnO2(s) + 4HCl(aq) MnCl2(aq) + Cl(g) + 2H2O(l ) 2KMnO4(s) + 16HCl(aq) 2MnCl + 2KCl + Cl2(g) + 8H2O( l) Aplicações do cloro. Segundo CAMUENDO e COCHO(2009, página 97),”o cloro apresenta as seguintes aplicações: 1. Usado no branqueamento de tecidos e da celulose destinada ao fabrico do papel; 2. Utilizado no tratamento da água, para o consumo doméstico, industrial e abastecimento de piscinas, actuando como desinfectante que elimina os microrganismos prejudiciais á saúde. 3. Na produção de solventes orgânicos (clorofórmio, tetracloreto de carbono e outros; 4. Usado na produção de insecticidas, pesticidas e compostos como o ácido clorídrico, o cloreto de hidrogénio, os hipocloretos e outros. O elemento Bromo foi descoberto em 1826 na França, pelo Químico Francês Antoine. J. Balard, na água do mar. O nome Bromo deriva do grego “bromos” que significa mau cheiro. O elemento Iodo foi descoberto em 1811 em Paris, na França por um Químico Francês Bernard Courtois. Mais tarde o Químico e Físico L. Joseph Gay-Lussac (1778-1850) o identificou como um novo elemento, chamando-lhe de Iodo. O nome deriva do grego “Iodes” que significa violeta. As reacções de precipitação ocorrem em solução aquosa e são caracterizadas pela formação de um produto insolúvel, ou precipitado. (CHANG e GODSBY( 2013, página 120). Reacções redoxes ou reacções de oxidação – redução são reacções de transferência de electrões . (CHANG e GODSBY( 2013, página 132). 22 Regras de higiene e segurança. Deve - se realizar a experiência no nicho, usar máscaras anti-gás, usar carvão activado, e outros. Obtenção do cloro, verificação das suas propriedades e identificação dos iões halogenetos. Objectivos: Obter o cloro a partir dos materiais convencionais e não convencionais; Identificar qualitativamente os iões halogenetos a partir de reacções de precipitação, complexação e redox; Construir um aparelho para obtenção de gases tendo em conta a sua toxicidade. Aplicar as normas de higiene e segurança no laboratório. Materiais Substâncias 1. Suporte para tubos de ensaio; - KMno4, HCl , H2O, 2. Adaptadores (20/ 20 e 20/ 13) e anilhas de borracha. _ Soluções aquosas 3. Um tubo de ensaio com abertura lateral de 45º; de NaCl, KBr, NaI e 4. Um filtro PTEF; AgNO3, NH3, CCl4, 5. Nove tubos de ensaio, CN-, S2O -3, I-, Br- , 6. Uma pipeta eppindorf de 12.5ml; Cl2. H2O e folha verde. 7. Um funil de separação; 8. Um tubo de alongamento. 9. Uma espátula 23 Procedimentos: 1. Introduz – se uma espátula de KMnO4 no tubo de ensaio com abertura lateral de 45º . 2. Na parte superior do tubo de ensaio, acopla – se um tubo de alongamento, usando adaptadores 20/20 e coloca se o filtro; 3. Introduz – se água e uma folha verde no tubo de alongamento; 4. Na parte superior do tubo de alongamento acopla – se um tubo de rosca, usando adaptadores 20/20, contendo o carvão activado; 5. Usando adaptadores 20/20, acopla – se um funil de separação; 6. Usando pipeta , retira – se 5ml do HCl e introduz – se no funil de separação; 7. Aos poucos, abre – se a torneira do funil de separação de modo que o HCl goteje; 8. Regista – se as observações. Observações Durante a realização da experiencia, verificamos que á medida que o HCl gotejava no tubo de ensaio contendo o KMnO4, ocorreu uma efervescência; No tubo de alongamento contendo água, verificava – se o borbulhamento da água. Verificou – se também a oxidação da folha verde, perdendo a sua cor ficando um pouco amarelado. Discussão dos resultados: Segundo CAMUENDO e COCHO ( página 96, 2009) “ o cloro pode ser uma substância apolar, não se dissolve bem em água. No laboratório o cloro é obtido pela reacção entre o MnO2 ou KMnO4 com o HCl“. Portanto é evidente que a reacção dos referidos sais com o HCl, resulta num vapor do gás cloro que ao se encontrar com água forma água do cloro. A efervescência verificada, é característica da reacção do KMnO4 com solução aquosa do HCl , que é uma reacção espontânea e muito viva. 24 Verificou – se o borbulhamento da água contida no tubo de alongamento o que simbolizava a presença do cloro na água e que o seu vapor seria certificado pela descoloração da folha verde existente no tubo de alongamento. Importa salientar que a presença do carvão activado no tubo de alongamento é para absorção dos vapores de gases. Segundo RUSSEL(página 393), “ Ácido hipocloroso, HClO (ou HOCl), que nunca foi isolado no estado puro, é um ácido fraco, poderoso agente oxidante e pode ser preparado em pequenas quantidades de equilíbrio, pela dissolução de cloro em água. Na solução resultante o seguinte equilíbrio é estabelecido: Cl2(aq) + H2O(l ) HOCl(aq) + H + (aq) + Cl – (aq) A descoloração da folha verde deveu – se á presença do ácido hipocloroso que é um agente oxidante, portanto, a reacção do cloro com água forma dois ácido hipocloroso que é fraco e ácido clorídrico forte. Identificação dos iões halogenetos a partir de reacções de precipitação: Procedimentos. 1. Num tubo de ensaio contendo uma solução aquosa de NaCl, introduz – se uma solução de AgNO3; 2. No segundo tubo de ensaio contendo uma solução aquosa de KBr, introduz – se uma solução de AgNO3; 3. No terceiro tubo contendo a solução aquosa de NaI, introduz – se uma solução aquosa de AgNO3 4. Regista – se as observações. Equações e observações. 1. Ag+(aq) + Cl(aq) AgCl(s) ( branco) 2. Ag +(aq) + Br(aq) AgBr(s) (amarelo claro) 25 3. Ag +(aq) + I(aq) AgI( S) ( amarelo) Esquemas da experiência: Discussão dos resultados: Segundo CHANG e GOLDSBY( página 751, 2013),” podemos conseguir identificar os iões halogenatos por escolha apropriedada de um reagente que contenha os iões Cl- , Br- e I-, convertendo estes iões em halogenetos solúveis em prata” É evidente que para identificarmos os iões halogenatos, é preciso reagirmos sais solúveis em água mas contendo iões halogenatos, reagindo com uma solução de sal solúvel, que nem o AgNO3, o que vai resultar em um precipitado. Segundo BARROS ( página 117, 2009) “ os iões halogenetos formam com iões prata e chumbo precipitados de cores diferentes . É através da cor dos precipitados que se identificam os iões halogenetos”. Defacto durante a experiência de precipitação houve a formação de precipitados de cores diferentes, mas não fica tão claro que com a precipitação é tão suficiente identificar os iões halogenetos por isso que realizamos a complexação. Procedimentos: 1. Primeiro tubo de ensaio contendo o precipitado de AgCl, introduziu – se uma solução de NH3; 2. No segundo tubo, contendo o precipitado de AgBr, introduz – se uma solução aquosa de CN-; 3. No terceiro tubo de ensaio, contendo o precipitado de AgI, introduz – se uma solução de S2O3 2-. Equações e observações: 1. AgCl(s) +2 NH3(aq) [Ag(NH3)2] + + Cl-(aq) ( branco) 2. AgBr(s) + 2S2O3 2- (aq) [ Ag( S2O3)] 3- + Br-(aq) ( amarelo) 3. AgI(S) + 2CN - (aq) [ Ag(CN)2] - + I-(aq) (incolor ) 26 Esquemas: Discussão dos resultados: A formação de soluções incolores identifica a formação de iões complexos e respectivos iões halogenetos. Assim, o AgCl é solúvel em NH3, AgBr é solúvel em ião Tiossulfato (S2O3 2-) e o AgI em ião Cianeto (CN-). Realizamos as reacções de complexação para muito mais identificarmos o precipitado e a presença do ião halogeneto, pois cada precipitado dissolve – se em num específico solvente e assim, estaremos em condições para identificar os iões halogenetos. Reacções redoxes: Cl2 + 2Br - CCl4 2Cl - + Br2( castanho) oxidante redução redutor oxidação Cl2 + 2I - CCl4 2Cl - + I2 (violeta) oxidante redução redutor oxidação Observações: Durante a reacção do cloro molecular com a solução contendo o ião brometo na presença do tetracloreto de carbono, formou – se uma solução contendo duas fases, a solução de cima de cor 0 -1 -1 0 0 -1 -1 0 27 castanho e de baixo de cor amarelo. Na reacção da água do cloro com a solução contendo iões de iodo, na presença do tetracloreto de carbono, formou – se uma solução com duas fases, a de cima de cor violeta e de baixo carmim. Discussão dos resultados: Segundo CHANG e GOLDSBY(2013, página 144) ” o cloro molecular pode deslocar os iões brometo e iodeto em solução aquosa”. O que verificamos nestas reacções redoxes é o poder oxidante do cloro, pois nas soluções que o cloro formou com o bromo verificava – se por cima uma solução de cor castanho que é a típica do bromo, dando entender o seu afastamento pelo cloro e a formação de uma molécula de bromo. No segundo tubo da reacção com o iodo, formou – se por cima uma cor violeta que é típica do iodo, dando entender que ele foi deslocado pelo cloro pois ele apresenta o maior potencial oxidante. Conclusão: Nesta experiência aprendemos que é possível obter a água do cloro no laboratório mas é preciso respeitar as regras de higiene e segurança durante a realização da experiência. Vimos que o cloro quando reage com a água forma dois ácidos, um forte – ácido clorídrico e outro fraco – ácido hipocloroso, responsável pela oxidação. A identificação dos iões halogenetos pela precipitação e complexação e o uso as reacções redoxes para a verificação do potencial oxidante do cloro. Experiencia 4 – Obtenção dos ácidos sulfúrico, sulfídrico e sulfuroso. Introdução. O presente relatório tem como objectivo descrever o processo laboratorial de obtenção dos ácidos sulfuroso, sulfúrico e sulfídrico, assim como a identificação dos iões sulfuretos, sulfatos e sulfitos. Fundamentação teórica. O enxofre é um sólido amarelo, mais denso que a água, que apresenta um cheiro característico, sendo quebradiço e insolúvel em água mas solúvel em outros solventes, como o sulfureto de 28 carbono( CS2), benzeno(C6H6) e outros. É mau condutor do calor e da electricidade”. CAMUENDO e COCHO(2009, página 116) “ Aplicações do enxofre. Segundo BARROS(2009, página 134), o enxofre tem as seguintes aplicações: 1. O enxofre é largamente utilizado no fabrico do ácido sulfúrico, sulfatos e sulfuretos. 2. Usado no fabrico de fósforo, fogos de artifícios e na vulcanização da borracha, conferido a borracha maior dureza e resistência ao calor; 3. Também é usado na agricultura, no fabrico de fungicidas, e insecticidas. 4. Na medicina serve para a obtenção do pó sulfudérmico e de pomadas usadas no tratamento de doenças da pele, como a sarna e a tinha. O dióxido de enxofre( p.e.-10º C) é um gás pungente e incolor, bastante tóxico CHANG e GOLDSBY(2013, Página 982) O dióxido de enxofre reage com água, formando ácido sulfuroso( H2SO3), este ácido é muito instável, decompondo – se facilmente em dióxido de enxofre e água. CAMUENDO e COCHO(2009, página 119) SO2(g) + H2O(l ) H2SO3(aq) Propriedades físicas do ácido sulfúrico O ácido sulfúrico é um liquido, incolor, inodor, oleoso, muito denso e bem solúvel em água, é corrosivo e causa queimaduras graves na pele. CAMUENDO e COCHO(2009, página 119). Obtenção industrial do ácido sulfúrico Na indústria o ácido sulfúrico é produzido pelo processo de contacto, que consiste na utilização do dióxido de enxofre obtido pela combustão do enxofre ou de sulfuretos. MABJAIA e MACARINGUE (2009, página 121). S(s) + O2(g) SO2(g) O dióxido de enxofre é oxidado pelo pentóxido de vanádio, formando SO3. 29 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) Em seguida o trióxido de enxofre reage com água formando o H2SO4 2SO3(g) + H2O(l ) H2SO4(aq) Obtenção laboratorial: No laboratório o ácido sulfúrico se obtém a partir da reacção do dióxido de enxofre com a água oxigenada. H2O2(aq) 2 H2O (l) + O2(g) S(s) + O2(s) SO2(g) H2O(l) + SO2(g) H2SO4(aq) Propriedades químicas do ácido sulfúrico: 1. O ácido sulfúrico é um agente oxidante muito forte, quando diluído, reage com os metais e também neutraliza as bases. MABJAIA e MACARINGUE (2009, página 121). 1.1 O ácido sulfúrico diluído ao reagir com metais, forma sulfatos e liberta o hidrogénio. H2SO4(aq) + Mg(s) MgSO4(aq) + H2(g) 1.2 Ao reagir com os óxidos metálicos, o ácido sulfúrico forma sulfatos e água. H2SO4(aq) + CaO(s) CaSO4(aq) + H2O(l ) 1.3 Reagindo com as bases forma sulfatos e água. H2SO4(aq) + Ca(OH)2(aq) CaSO4(aq) + H2O(l ) Aplicações do ácido sulfúrico: Segundo CAMUENDO e COCHO(2009, página 121) ácido sulfúrico tem as seguintes aplicações: 1. Utilizado na indústria de fertilizantes; 30 2. Na produção de tintas, papel, corantes, detergentes, plásticos, e explosivos; 3. Utilizado na industria metalúrgica para remover a ferrugem, bem como na preparação de soluções para baterias de automóveis, entre outras aplicações. O sulfureto de hidrogénio é um gás que ocorre na natureza nos gases vulcânicos e nas águas de fontes minerais, formando – se também durante a decomposição das proteínas de plantas e animais mortos. CAMUENDO e COCHO(2009, página 121). O sulfureto de hidrogénio pode ser obtido no laboratório a partir da reacção entre o sulfureto de ferro e o ácido clorídrico, segundo a equação. CAMUENDO e COCHO(2009, página 120). Fe(s) + 2HCl(aq) FeCl2(aq) + H2S(g) O ácido sulfídrico é a solução aquosa do sulfureto de hidrogénio. CAMUENDO e COCHO(2009, página 121). H2S(g)+ H2O(l ) H2S(aq) Propriedades físicas do sulfureto de hidrogénio: O sulfureto de hidrogénio é um gás incolor, com cheiro muito desagradável, tóxico e inflamável, solúvel em água e em compostos orgânicos. MABJAIA e MACARINGUE (2009, página 124). Propriedades físicas do ácido sulfídrico: O ácido sulfídrico é um líquido incolor de cheiro característico. MABJAIA e MACARIN- GUE (2009, página 124). Propriedades químicas do ácido sulfídrico: Segundo CAMUENDO e COCHO(2009, página 121)”O ácido sulfídrico reage com todos metais, excepto o ouro(Au) e a platina(Pt), formando sais denominados sulfuretos que apresentam várias cores, de acordo com as equações”. Cu2+(aq) + H2S(aq) CuS + H 31 Precipitado de cor escura. Sb2+(aq) + H2S(aq) PbS + H Precipitado de cor laranja Reage com sais formando precipitados insolúveis: H2S(aq) + Zn(NO3)2(aq) 2HNO3(aq) + ZnS ( precipitado branco) Cuidados a ter com o ácido sulfúrico concentrado no laboratório: Segundo MABJAIA e MACARIN- GUE (2009, página 121), devemos ter os seguintes cuidados: 1. Usar óculos químico – protectores, bata, avental e luvas impermeáveis. 2. Manter uma fonte para lavar os olhos na areia do trabalho; 3. Para diluições com água, verter lentamente o ácido sobre a água em pequenas quantidades e sob agitação. 4. Nunca verter água sobre o ácido concentrado, porque as soluções concentradas reagem violentamente com água, libertando o calor. Obtenção do ácido sulfuroso. Objectivos: Obter experimentalmente a solução do acido sulfuroso e identificar os iões sulfitos Reconhecer o carácter químico das substâncias através de indicadores Obter experimentalmente a solução do acido sulfídrico e identificar os iões sulfureto Obter experimentalmente a solução do acido sulfúrico e identificar os iões sulfato Aplicar as normas de higiene e segurança no laboratório. Materiais: Um funil de separação Substâncias: Peróxido de hidrogénio Sulfureto de ferro Oxido de manganês IV Enxofre Acetato de chumbo 32 Um tubo de ensaio com abertura lateral de 90° Um tubo de rosca Um tubo de vidro em forma de L Dois tubo de ensaio Pipeta eppendorf Adaptadores 20/20 ,13/13 ,13/13 Lamparina Um suporte para tubos de ensaio Procedimento: 1. Introduz-se no tubo de ensaio de abertura lateral duas espátulas de MnO2 e acopla-se um funil de separação usando adaptadores 20/13 e introduz-se o peróxido de hidrogénio H2O2. 2. Acopla-se na abertura lateral do tubo de ensaio de 90°, um tubo de rosca usando adaptadores 20/20 e introduz-se duas espátulas de enxofre em pó, acopla-se neste, usando adaptadores 20/13 um tubo de vidro que desemboca no tubo de ensaio contendo H2O. 3. Aquece-se brandamente o enxofre. De seguida goteja-se o peróxido de hidrogénio sobre o óxido de manganês IV e recolhe-se o acido no tubo de ensaio contendo agua; 4. Testa-se as propriedades acidas da solução, usando alaranjado de metilo; 5. Regista - se as observações. Montagem do aparelho: Equações: H2O2(aq) 2 H2O (l) + O2(aq) S(s) + O2(s) SO2(aq) 33 H2O(l) + SO2(g) H2SO4(aq) Prova de acidez H2SO3 + Alaranjado de metilo = Vermelho Observações. 1. No momento em que se gotejava o peróxido de hidrogénio sobre o dióxido de manganês, verificou – se uma efervescência no tubo de ensaio contendo o dióxido de manganês; 2. No momento que se aquecia o enxofre, o tubo de ensaio contendo enxofre, verificou – se algumas gotículas de vapor. 3. Verificou – se humidade nas paredes do tubo de ensaio de abertura lateral; 4. Borbulhamento da água do tubo de ensaio contendo água. Discussão dos resultados: O borbulhamento verificado no tubo de ensaio é típico da decomposição térmica do peróxido de hidrogénio em manganês e esta é uma reacção exotérmica que ocorre com a libertação de energia para a vizinhança, as gotículas verificadas no tubo de ensaio de recolha são referentes ao oxigénio libertado durante a reacção. Segundo FARIA, TOCOLI e RIQUIXO( 2001, página 95) “ A reacção de decomposição do peróxido de hidrogénio, também chamado água oxigenada, ocorre na presença do catalisador dióxido de manganês ( MnO2).” 2H2O(l ) MnO2 2H2O(l) + O2(g) Nesta experiência de produção do ácido sulfuroso, recorremos a decomposição do peróxido de hidrogénio na presença do catalisador, o dióxido de manganês para a produção do oxigénio que ao passar pelo tubo de rosca, irá reagir com o enxofre aquecido formando o dióxido de enxofre. Segundo TOCOLI( página 124) “ o dióxido de enxofre reage com água formando ácido sulfuroso” 34 Portanto, o dióxido de enxofre formado no tubo de rosca, quando se dissolve em água formando o ácido sulfuroso, é certo que para testarmos a acidez da solução obtida, usamos o indicador, o alaranjado de metilo que tomou a cor vermelho, característico deste indicador no meio ácido. Identificação dos iões sulfitos: Procedimentos: 1. Introduz – se no tubo de ensaio 3ml do ácido sulfuroso e um pouco da solução contendo iões de cálcio e regista – se as observações. Observações: A reacção do ácido sulfuroso com a solução contendo iões de cálcio forma – se um precipitado de cor branco. Discussão dos resultados: O ião sulfito pode se facilmente identificado pela reacção de precipitação em meio neutro a básico com catiões cálcio e bário. BARROS(2009, página 137) É evidente que para a identificação do ião sulfureto, reagirmos os iões com catiões de cálcio, em que se forma precipitado de cor branco, mas não torna suficiente para identificar a presença do ião sulfito porque a solução contendo iões de cálcio quando reage com ião sulfato também forma precipitado branco, por essa razão que por fim testamos o precipitado, reagindo – o com o HCl e vimos que é solúvel e ficou tão claro que tratava – se do ião sulfito. SO3 2- + Ca2+ CaSO3(s)(branco solúvel em HCl) Obtenção do ácido sulfúrico e identificação dos iões sulfatos. Procedimentos: Os procedimentos para obtenção do ácido sulfúrico são os mesmos que os da obtenção do ácido sulfuroso e a única diferença, é que no tubo de ensaio em vez de introduzirmos água vamos introduzir o peróxido de hidrogénio. SO2(g) + H2O2(l) H2SO4(aq) 35 Observações: 1. No momento em que se gotejava o peróxido de hidrogénio sobre o dióxido de manganês, verificou – se uma efervescência no tubo de ensaio contendo o dióxido de manganês; 2. No momento que se aquecia o enxofre, o tubo de ensaio contendo enxofre, verificou – se algumas gotículas de vapor. 3. Verificou – se humidade nas paredes do tubo de ensaio de abertura lateral; 4. Borbulhamento da água do tubo de ensaio contendo água. Discussão dos resultados: Importa salientar que a discussão dos resultados desta experiência é a mesma que apresentada na produção do ácido sulfuroso, uma vez que usamos as mesmas substâncias, sendo a única diferença do uso do peróxido em vez da água. Tornando claro que o dióxido de enxofre ao reagir com o peróxido de hidrogénio forma o ácido sulfúrico. Identificação dos iões sulfatos: Procedimentos: 1. Introduz – se no tubo de ensaio ácido sulfúrico e um pouco da solução contendo iões de cálcio e regista – se as observações. Observações: Durantea reacção dessas soluções formou – se um precipitado de cor branco. Discussões dos resultados: O precipitado formado durante a reacção é de cor branco mas não basta para identificar o ião sulfato e perante este caso reagimos o precipitado com o HCl e dissolveu – se o precipitado, desse modo concluímos que trata – se do ião sulfato pois este é insolúvel em HCl. SO4 2- + Ca2+ CaSO4(s) (branco insolúvel em HCl) 36 Obtenção do ácido sulfídrico e identificação dos ião sulfuretos. Procedimentos: 1. Introduz – se 2 espátulas de sulfureto de ferro ( FeS) no tubo de ensaio com abertura lateral de 45º; 2. Acopla – se na abertura superior de tubo de ensaio de abertura lateral, um tubo de rosca, usando adaptadores 20/20, coloca – se o filtro PTEF e introduz – se um pouco de água; 3. Acopla – se no mesmo tubo de rosca um tubo de ensaio com adaptadores 20/20, coloca- se o filtro PTEF e introduz – se o carvão activado até á metade do tubo de ensaio. 4. Acopla se na abertura lateral um funil de separação contendo o HCl, usando adaptador 13 com uma anilha de borracha. 5. Goteja – se o ácido sobre o sal e regista – se as observações. Observações: No momento que se gotejava o ácido sobre o sal verificou – se uma efervescência no tubo de abertura lateral e aparecimento de algumas bolhas. No tubo de rosca contendo água, verificou – se um intenso borbulhamento. Discussão dos resultados: A efervescência verificada durante a reacção do ácido com o sal é característica destas reacções, pois todas as reacções exotérmicas ocorrem com a libertação do calor para o meio, as bolhas verificadas nas paredes do tubo de ensaio de abertura lateral são concernentes ao gás libertado durante a reacção. O borbulhamento no tubo de ensaio contendo água é referente a dissolução do sulfureto de hidrogénio em água. Segundo BARROS (2009, página 135)” o sulfureto de hidrogénio é obtido no laboratório pela reacção entre sufuretos metálicos e ácidos”. FeS( s) + HCl(aq) H2S(g) + 2Cl - + Fe2+ 37 O mesmo descrito pelo BARROS, verificou – se na nossa experiencia porque o ácido sulfídrico forma – se pela dissolução do sulfureto de hidrogénio em água. Segundo MABJAIA e MACARINGUE (2009, página 124) “ o sulfureto de hidrogénio obtido é dissolvido em água, formando uma solução ácida denominada ácido sulfídrico”. H2S(g) + H2O( l) H2S(aq) Nesta experiência conseguimos obter o ácido sulfídrico, pois o sulfureto de hidrogénio dissolvido em água formou o ácido, para testarmos a acidez da solução, introduzimos algumas gotas do alaranjado do metilo e a solução tomou a cor vermelho. Teste de carácter ácido: Procedimento: 1. Introduz – se um pouco da solução obtida no tubo de ensaio, em seguida, goteja – se um pouco do indicador sobre a solução e regista – se as observações. Observações: No momento que se gotejava o indicador sobre a solução, ela tomou de imediato a cor vermelho. Discussão dos resultados: Segundo MABJAIA e MACARINGUE (2009, página 22) o alaranjado de metilo no meio básico é amarelo e no meio ácido é vermelho. É evidente que a solução obtida é um ácido conforme a cor que a solução tomou na presença do indicador. Identificação dos iões sulfitos: Procedimentos: 1. Introduz – se no tubo de ensaio um pouco do ácido sulfídrico, em seguida, introduz – se no mesmo tubo de ensaio um pouco da solução contendo iões de chumbo. 38 2. Regista – se as observações. Esquemas: Observações: Na reacção das duas soluções, formou – se um precipitado de cor preto. Discussão dos resultados: Na reacção entre a solução aquosa do ácido sulfídrico com ião de chumbo, formou – se um precipitado de cor preta que caracteriza a presença do ião sulfureto. S2+ + Pb2+ PbS(s) (preto) Segundo BARROS(2009, página 136), “ a reacção de precipitação dos iões sulfuretos com o catião chumbo serve para identificar a presença destes iões. O precipitado de sulfureto de chumbo é preto”. Desse modo, logo que o precipitado tom a cor vermelho, foi tão suficiente para certificarmos a presença dos iões sulfuretos. Conclusão: Com base nesta experiência aprendemos a obtenção laboratorial dos ácidos sulfuroso, sulfúrico e sulfídrico e vimos que a única diferença na produção dos ácidos sulfuroso e sulfúrico consiste no meio em que se dissolve o dióxido de enxofre porque se for na água, formar – se – á o ácido sulfuroso e em peróxido de hidrogénio forma – o ácido sulfúrico devido ao excesso do oxigénio existente no meio. Experiencia 5 Obtenção do oxigénio . Introdução: O presente relatório tem como objectivo explanar o decorrer da experiência laboratorial de obtenção de oxigénio a partir da decomposição do peróxido de hidrogénio na presença do 39 dióxido de manganês como catalisador da reacção, assim como a realização do teste de comburência, densidade e solubilidade em água. Fundamentação teórica Descoberta do oxigénio O oxigénio foi descoberto em 1772, pelo químico Sueco Scheele. Em 1774, Josepf Priestley, também descobriu o oxigénio a partir do aquecimento do oxido de mercúrio II. Alguns anos depois o Lavoisier provou que o oxigénio é uma substância simples do ar atmosférico e deu nome de oxigénio, palavra que significa gerador de ácidos. FARIA, TOCOLI e RIQUIXO( 2001, página 94) Propriedades físicas do oxigénio O oxigénio é um gás incolor, inodoro, mais denso do que o ar. O oxigénio molecular apresenta um ponto de fusão de – 218,8º C e ponto de ebulição igual a – 183º C. FARIA, TOCOLI e RIQUIXO(2001, página 96). Obtenção laboratorial do oxigénio: Segundo CHANG e GOLDSBY(2013, página 977) No laboratório, obtém – se o oxigénio recorrendo ás substâncias em cuja composição haja o elemento oxigénio. Por exemplo, aquecendo o clorato de potássio( KClO3). 2KClO3(s) 2KCl(s) + 3O2(g) Decomposição do peróxido de hidrogénio na presença do dióxido de manganês como catalisador. 2H2O(l) MnO2 2H2O( l) + O2(g) Catalisadoras – são substâncias que alteram a rapidez de uma reacção química sem serem consumidas. Água oxigenada – solução aquosa do peróxido de hidrogénio. O peróxido de hidrogénio é um liquido viscoso, incolor, solúvel em água e de fórmula H2O2. É instável e se decompõem 40 rapidamente por acção da luz ou, na presença de um catalisador. SARDELLA e MATEUS( página 144) Obtenção industrial do oxigénio O oxigénio é obtido a partir da liquefacção do ar, seguida de destilação fraccionada. Electrólise da água, na forma mais pura como produto secundário do processo de obtenção do hidrogénio. Implica altos custos devido ao consumo de energia électrica. , TOCOLI e RIQUIXO(2001, página 95) Aplicações do oxigénio: As suas principais aplicações são na indústria de aço; No tratamento de esgotos; Como agente branqueador para a celulose e papel; Na medicina para aliviar dificuldades respiratórias; Nos maçaricos oxiacetilénicos; Nos submarinos, nas naves espaciais e nos aviões. Na produção do ácido nítrico. CHANG e GOLDSBY( 2013, página 977) Densidade - é o quociente da massa pelo volume do material (a uma dada temperatura). É dada pela fórmula: densidade = ����� �� ������ ������ �� ����çã� .FELTRE -1(2005, página 23) Tema: obtenção do oxigénio e verificação das suas propriedades. Objectivos: Construir um aparelho para a obtenção do gás oxigénio; Fazer prova de comburencia; Determinar a densidade do oxigénio em relação ao ar; 41 Dominar as equações químicas; Aplicar as normas de higiene e segurança no laboratório. Materiais:Reagentes; 10. 3 Tubos de ensaio; - H2O2 – peróxido de 11. Um tubo de ensaio com abertura lateral de 90º; hidrogénio. 12. Uma mangueira de borracha; - Mno2 - dióxido de 13. Uma tina hidropneumática; manganês. 14. Um suporte para tubos de ensaios; - Água 15. Funil de separação 16. Adaptadores 20/ 13, 13/13. Procedimentos: 1. Introduz – se duas espátulas do dióxido de manganês no tubo de ensaio de abertura lateral de 45º; 2. Acopla – se na abertura lateral do tubo de ensaio uma mangueira de borracha que desemboca numa tina hidropneumática cheia de água, usando adaptadores 13/13; 3. Acopla – se na parte superior do tubo de ensaio de abertura lateral um funil de separação usando adaptadores 20/13. 4. Introduz – se no funil de separação 5ml de peróxido de hidrogénio; 5. Abrindo – se devagar a torneira do funil de separação, goteja – se o peróxido de hidrogénio sobre o dióxido de manganês; 6. Regista – se as observações. 42 Observações: 5. No momento em que se gotejava o peróxido de hidrogénio sobre o dióxido de manganês, verificou – se uma efervescência no tubo de ensaio contendo o dióxido de manganês; 6. Verificou – se humidade nas paredes do tubo de ensaio de abertura lateral; 7. Borbulhamento da água da tina hidropneumática. Discussão dos resultados segundo FARIA, TOCOLI e RIQUIXO( 2001, página 95) “ A reacção de decomposição do peróxido de hidrogénio, também chamado água oxigenada, ocorre na presença do catalisador dióxido de manganês ( MnO2).” 2H2O(l ) MnO2 2H2O(l) + O2(g) Durante esta experiência, a efervescência verificada é característica da decomposição do peróxido de hidrogénio que resultou na libertação do gás incolor que é o oxigénio. Portanto, o dióxido de manganês não foi consumido nesta reacção, pois, funcionava como catalisador da reacção. O borbulhamento no tubo de ensaio era o sinal de recolha ou entrada do oxigénio no tubo de recolha que por sua vez, expulsava a água para fora do tubo de ensaio, que depois de cheio, o borbulhamento já se verificava em redores do tubo de ensaio. Prova de comburência. Procedimentos: 1. Levou – se um dos tubos de ensaios contendo o oxigénio, fez – se a prova de comburência, com a boca do tubo virado para cima um carvão aceso. 2. Repete – se o mesmo procedimento com outro tubo de ensaio mas com a boca do tubo virado para baixo. 3. Regista – se as observações. 43 Observações: Nesta prova de comburência vimos que o pedaço do carvão introduzido no tubo de ensaio virado para cima, a chama tornou – se tão viva. Mas no tubo virado para baixo a chama não foi tão viva. Discussão dos resultados: Segundo FARIA, TOCOLI e RIQUIXO( 2001, página 96) “ A prova de comburência consiste em introduzir num tubo de ensaio contendo oxigénio, com abertura virada para cima, um pavio(lasca) com a extremidade em brasa. Devido a presença do oxigénio, a chama aviva -se. Nesta prova, devido a falta da lasca, usamos um pauzinho aceso mas os efeitos descritos verificaram – se durante a experiência. Importa salientar que usamos os tubos de ensaios em posições diferentes, para verificarmos a densidade e comburência porque como o oxigénio é mais denso em relação ao ar, no tubo virado para cima, a chama foi muito viva e levou muito tempo aceso porque o oxigénio estava no fundo do tubo de ensaio por ser mais denso em relação ao ar. No tubo de ensaio virado para baixo, assim que o oxigénio é mais denso em relação ao ar, encontrava – se na boca do tubo por isso que a lenha acesa não teve muita vivacidade por muito tempo, isso porque em pouco tempo ele evaporou. Desse modo, ficamos convencidos que o oxigénio alimenta a combustão, portanto ele é comburente. Conclusão: Com esta experiência vimos que o oxigénio é produzido laboratorialmente pela decomposição do peróxido de hidrogénio. Ele é mais denso em relação ao ar e comburente pois o oxigénio alimenta a combustão. Experiencia 6 - Obtenção do amoníaco. Introdução. O presente relatório visa explicitar o decorrer da experiência de obtenção laboratorial do amoníaco, a partir da reacção do hidróxido de sódio sólido com a solução aquosa do cloreto de 44 amónio, verificação das suas propriedades que são a solubilidade em água, o seu carácter básico e identificação do ião amónio. Fundamentação teórica. “A sintese de amoníaco foi desenvolvida pelo quimico alemão Fritz Haber (1868 – 1934) durante a primeira guerra mundial. Carl Bosch(1874 – 1940) levou o processo de produção do amoníaco desenvolvido pelo Haber á escala industrial”. MARTA REIS( página 321, 2006). Propriedades físicas do amoníaco O amoníaco é um gás incolor de cheiro sufocante, tóxico e desagradável, lembrando a urina, menos denso que o ar, bem solúvel em água e apresenta pontos de fusão e ebulição muito baixos (PF = -77,8º C e PE= -33,4º C). CAMUENDO e COCHO (página 136, 2009). Propriedades químicas do amoníaco. O amoníaco é relativamente activo e reage com muitas substâncias, como por exemplo: CAMUENDO e COCHO (página 137, 2009). O amoníaco reage com água formando hidróxido de amónio. NH3(g) + H2O( l ) NH4OH(aq) Reage com oxigénio, podendo ser facilmente inflamado (ardendo com uma chama pálida de tom esverdeado). NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + 6H2O( l ) Reage com ácidos formando sais. NH3(g) + HNO3(diluído) NH4NO3(aq) Obtenção laboratorial do amoníaco. No laboratório o amoníaco pode ser obtido a partir da reacção entre sais de amónio e hidróxidos ou óxidos metálicos. Por exemplo: CAMUENDO e COCHO (página 136, 2009). NH4Cl(aq) + NaOH(s) NaCl(aq) + NH3(aq) + H2O( l ) 45 2NH4Cl(aq) + CaO(s) CaCl(aq) + NH3(aq) + H2O( l ) Obtenção industrial do amoníaco. Na indústria, o amoníaco é obtido a partir da reacção entre o hidrogénio e o nitrogénio, a altas temperaturas (500 °C ), sob altas pressões (250atm), na presença de um catalisador no forno de contacto, pelo processo denominado Haber – Bosch, em homenagem aos cientistas Fritz Haber e Carl Bosch. Estes usaram como matérias - primas a água para obter hidrogénio e o ar atmosférico para obter o nitrogénio. catalisador N2(g) + H2(g) 2NH3(g) Q = - 92,1kj Aplicações do amoníaco: O amoníaco líquido é um excelente adubo, pois é facilmente assimilado pelas plantas. É também usado na produção do ácido nítrico, explosivos, combustível para material pirotécnico, plásticos, produtos de limpeza, nitrato de amónio, sulfato de amónio, ureia, etc. CAMUENDO e COCHO (página 138, 2009). “O hidróxido de sódio, também chamado de soda cáustica, é um sólido branco, de ponto de fusão 318 °C, muito tóxico e corrosivo e bastante solúvel em água (dissolução muito exotérmica) ”. FELTRE (página 200, 2004). Ácido clorídrico - é uma solução incolor que, quando concentrada, contém cerca de 38% de HCl em massa, é fumegante (pois libera vapores de HCl), sufocante, muito tóxica e corrosiva. FELTRE ( página 195, 2004). Indicadores – são substâncias que apresentam cores bem distintas em meio ácido e básico. CHANG e GOLDSBY (2013, página 152) A fenolftaleína - é incolor no meio ácido e carmim no meio básico. FARIA e RIBEIRO, (página 144, 1994). 46 O cloreto de amónio – é um sólido incolor ou branco, inodoro, seco e higroscópio, tóxico, possui uma densidade relativa de 1,53, é muito solúvel em água, ligeiramente solúvel em etanol mas insolúvel em éter. Em solução aquosa é levemente ácida e muito
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