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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA UNIDADE ACADÊMICA DE ENGENHARIA QUÍMICA DISCIPLINA: LABORATÓRIO DE QUÍMICA GERAL Campina Grande 2016 APOSTILA DE LABORATÓRIO DE QUÍMICA GERAL 2 DICAS DE CONDUTA EM LABORATÓRIO O laboratório de química é um lugar no qual algumas regras de conduta deverão ser adotadas. Para sua segurança alguns itens elementares estão relacionados abaixo: 1. O laboratório é um lugar de trabalho sério. EVITE QUALQUER TIPO DE BRINCADEIRAS!!!! 2. Só é permitida a permanência no laboratório de alunos matriculados na disciplina. Fora do horário de aula o aluno não poderá realizar experimentos no laboratório. 3. É indispensável o USO DO JALECO!!!. O JALECO não deve ser de tecido sintético facilmente inflamável. 4. O aluno deve TRAJAR CALÇAS COMPRIDAS E SAPATOS FECHADOS. Não é permitido o uso de bermudas, shorts e chinelos. IMPORTANTE: O ALUNO QUE NÃO ESTIVER DE AVENTAL, TRAJANDO ROUPAS APROPRIADAS, E COM ÓCULOS DE SEGURANÇA SERÁ IMPEDIDO DE PERMANECER E REALIZAR EXPERIMENTO NO LABORATÓRIO. NÃO HAVERÁ REPOSIÇÃO DAS AULAS PERDIDAS. 5. PRENDER OS CABELOS, evitando que estes caiam no rosto, sobre o frasco contendo reagentes químicos ou próximo ao fogo. 6. NÃO USAR LENTES DE CONTATO, ainda que os olhos estejam protegidos por óculos de segurança. 7. É INDISPENSÁVEL O USO DE ÓCULOS DE SEGURANÇA durante todo o tempo de permanência no laboratório quando está trabalhando com gases que provoque ardor nos olhos. 8. Verifique sempre se não há VAZAMENTO DE GÁS COMBUSTÍVEL ao abrir ou fechar a torneira de gás. Certifique-se de que as mangueiras de borracha ou plástico estão em boas condições (sem furos) e adaptadas corretamente ao bico de Bunsen e à saída de gás. 9. Todas as operações nas quais ocorre desprendimento de gases tóxicos (como por exemplo: evaporações de soluções ácidas, amoniacais, etc.) devem ser executadas na capela. 10. Cuidado ao trabalhar com substâncias inflamáveis. Mantenha-as longe do fogo. 3 11. Quando forem usadas soluções de limpeza tais como: ácido muriático (HCl comercial), solução sulfocrômica, água régia (mistura de HNO3 e HCl concentrados) ou potassa alcoólica (NaOH ou KOH em etanol) deve-se proceder com cuidado para EVITAR O CONTATO COM A PELE OU ROUPA. JAMAIS PIPETAR essas soluções aspirando com a boca. Essas soluções devem ser reaproveitadas, retorne-as ao frasco de estoque após o uso. Mantê-las na capela. Enxaguar a vidraria com água de torneira, e por último com água destilada. (Veja item limpeza de material de vidro). 12. Ao observar o cheiro de uma substância não se deve colocar o rosto diretamente sobre o frasco que a contem. Abanando com a mão por cima do frasco aberto, desloque na sua direção uma pequena quantidade do vapor para cheirar. 13. Verificar cuidadosamente o rótulo do frasco que contém um dado reagente antes de tirar dele qualquer porção de seu conteúdo. Leia o rótulo duas vezes para se certificar de que tem o frasco certo. 14. Deve-se evitar o desperdício de soluções, reagentes sólidos, gás e água destilada. 15. Deve-se tomar o máximo cuidado para não contaminar os reagentes sólidos e as soluções com outras substâncias ou íons, respectivamente. As substâncias que não chegaram a ser usadas NUNCA devem voltar ao frasco de origem. NUNCA se deve introduzir qualquer objeto em frascos de reagentes, exceção feita para o conta-gotas com o qual estes possam estar equipados ou espátulas limpas. 16. Na preparação ou diluição de uma solução, use ÁGUA DESTILADA 17. CUIDADO AO TRABALHAR COM ÁCIDO CONCENTRADO. Adicionar SEMPRE o ácido à água (acidule a água). No caso de queimadura com ácido concentrado, secar muito bem a parte afetada, depois lavar com água fria. 18. Ao se aquecer um tubo de ensaio, deve-se fazê-lo de maneira adequada, caso contrário, o conteúdo do mesmo poderá ser projetado para fora, atingindo o operador ou outras pessoas que estiverem do seu lado. OBS:As substâncias inflamáveis não devem ser aquecidas em fogo direto, utilize chapa elétrica ou manta de aquecimento. 19. Utilizar luvas e pinça para retirar qualquer material da estufa. 20. Dar tempo suficiente para que um vidro quente resfrie. Lembre-se de que o vidro quente apresenta o mesmo aspecto de um vidro frio. Não o abandone sobre a mesa, mas sim, sobre uma tela com amianto. 4 21. Ao executar um trabalho que requer aquecimento, controle, atentamente, a sua temperatura e pressão. Os recipientes para aquecimento não devem ficar totalmente fechados. 22. Ácidos e bases concentrados atacam a pele e os tecidos, deve-se, pois, usá-los com todo o cuidado, principalmente na neutralização de um com o outro, evitando reações violentas. Preste a máxima atenção a qualquer operação onde haja aquecimento ou que reaja violentamente. 23. Não pipete quaisquer líquidos com a boca, use aparelhos apropriados, pois poderão ser cáusticos ou venenosos. 24. O material de vidro deve ser lavado após sua utilização. Em geral, lava-se com água comum e depois com água destilada; quando necessário, usa-se sabão ou detergente e, em certos casos, solução alcoólica de KOH. 25. INFORME O PROFESSOR DE QUALQUER ACIDENTE QUE OCORRA, MESMO QUE SEJA UM DANO DE PEQUENA IMPORTÂNCIA. 26. Improvisações é o primeiro passo em direção a um acidente, use material adequado. 27. Ao locomover-se no laboratório, faça-o com cuidado, a fim de não provocar qualquer acidente e/ou tumultuar o ambiente de trabalho. 28. Rotule sempre qualquer solução que venha a preparar, identificando-a quanto a substância química utilizada e, no que couber, sua provável concentração. 29. Ao manusear qualquer frasco de reagente químico, faça-o sempre pelo rótulo, a fim de minimizar regiões de contaminação. 30. Certifique-se sempre da voltagem do equipamento eletroeletrônico que fará uso no laboratório, antes de ligá-lo à respectiva corrente elétrica. 31. Tenha completa consciência da localização do chuveiro de emergência, dos extintores de incêndio e dos lavadores de olhos, tomando conhecimento de como usá-los corretamente. 32. Nunca trabalhe no laboratório sem estar junto com outra pessoa. Trabalhos perigosos devem ser realizados em presença de, pelo menos, duas pessoas presentes no mesmo local. 33. Qualquer dúvida que surgir durante a análise técnica o estudante deverá dirigir- se ao professor e não ao colega para obter esclarecimentos. 5 34. Terminados os trabalhos práticos e antes de retirar-se do laboratório, limpe sua bancada e todo o material utilizado. 35. As lavagens dos materiais de vidro são realizadas inicialmente com água corrente e posteriormente com pequenos volumes de água destilada. Em alguns casos, é necessário o emprego de sabão ou detergente. 36. O trabalho de laboratório será em grupo. 37. ESTUDE com atenção os experimentos antes de executá-los, registrando, no caderno de laboratório as observações e conclusões que fez, após a execução dos mesmos. 38. Entregue as suas tarefas sempre nas datas marcadas. 6 TÉCNICAS SIMPLES DE SEPARAÇÃO DE MISTURAS E COMPOSTOS 1. DECANTAÇÃO Faz-se tendo como princípio o uso do diferencial de DENSIDADE de seus elementos formadores. Proceder: Cone Imhoff, funil de decantação ou Becker comum – Por gravidade separar as seguintes misturas:i. Liquido – Liquido: óleo e água (Agitar e deixar em repouso); ii. Sólido – Líquido: Areia e Água. 2. FILTRAÇÃO SIMPLES – FILTRAÇÃO A VÁCUO – CENTRIFUGAÇÃO: Princípio tem como regra de uso o diferencial deSOLUBILIDADE, entre os componentes solúveis e insolúveis. Proceder: Funil, Papel de Filtro, Suporte para filtro, Sistema de Bomba a vácuo e Centrífuga. i. Sólido – Sólido: Açúcar e grãos de areia. ii. Líquido – Líquido: Reação Estequiométrica. Pb(NO3)2 + 2KI PbI2 + 2KNO3 3. DESTILAÇÃO SIMPLES Faz uso do diferencial EBULIOMÉTRICO, substâncias em uma mesma mistura, com pontos de ebulição diferentes. A destilação simples é usada para separar Substâncias presentes em misturas homogêneas envolvendo sólidos dissolvidos em líquidos. Misturas são formadas por duas ou mais substâncias, e se classificam em homogêneas ou heterogêneas. a. Liquido – Líquido. Água e Etanol. b. Sólido – Líquido: Sal e Água. c. Caldo de Cana. 3.1 Objetivo Geral O propósito desta experiência é separar uma solução de água e cloreto de sódio e 7 uma solução de água e álcool etílico. 3.2.Material Uma colher (de sopa) de sal; Água; Álcool etílico; Béquer; Aparelho próprio para destilação. 3.3 Metodologia Montar sistema de destilação simples, Figura 1, e conectar todos os equipamentos e sistema de aquecimento e refluxo (esfriamento). Figura 01 - Aparelhagem utilizada na destilação Misture bem o sal e a água em um recipiente; Coloque a mistura no balão de destilação; Realize o procedimento de destilação; Repita os mesmos procedimentos acima para a mistura água/álcool. 8 EXPERIMENTO 01: DENSIDADES DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS 1. OBJETIVO GERAL Determinar a densidade de algumas amostras (sólidos e líquidos), o teor de álcool etílico existente em uma mistura hidro alcóolica e a densidade de alguns combustíveis comerciais, utilizando o método do densímetro e do picnômetro. 2. MATERIAL NECESSÁRIO Densímetro INPM; Densímetro digital; Provetas; Termômetro; Picnômetro; Becker; Balança analítica. Figura 1 – Densímetro e Picnômetro 3. METODOLOGIA 3.1. Densidade de Sólidos Tomar uma das amostras e pesar na balança analítica; 9 Colocar numa proveta uma quantidade de água suficiente para cobrir totalmente a amostra recebida; Ler o volume inicial; Deixar a amostra escorregar lentamente na proveta e depois agitar cuidadosamente a proveta; Ler o volume final (água + amostra); Repetir o procedimento com as outras amostras. 3.2. Densidades de Líquidos Utilizando densímetro analítico: Transferir a amostra que será analisada da solução de NaCl para uma proveta com volume ideal para que se tenha uma leitura precisa; Imergir cuidadosamente o densímetro até o ponto de afloramento; Ter cuidado na hora de fazer a leitura da densidade no densímetro, pois o densímetro não deverá estar inclinado; Repetir o procedimento anterior para as diferentes concentrações da solução de NaCl. Utilizando o picnômetro: Inicialmente, pesar o picnômetro vazio (P1); Colocar a amostra no picnômetro e pesar novamente (P2); A razão entre a diferença das massas e o volume do picnômetro éa densidade da amostra; 3.3.Densidade de combustíveis Utilizando o densímetro analítico e digital: Transferir a amostra que será analisada do combustível para uma proveta com volume ideal para que se tenha uma leitura precisa; Imergir cuidadosamente o densímetro analítico até o ponto de afloramento; Ter cuidado na hora de fazer a leitura da densidade no densímetro, pois o densímetro não deverá estar inclinado; Repetir o procedimento anterior para os demais combustíveis. Para o densímetro digital, colocar uma pequena quantidade do combustível em um béquer. Em seguida, se o combustível for muito viscoso, ele deve ser 10 colocado com o auxílio de uma seringa no compartimento de análise do densímetro digital. Caso contrário, sugar através do pistão do densímetro uma quantidade de líquido. Verificar o valor registrado pelo densímetro; Após cada registro deve-se lavar o densímetro com água destilada de duas a três vezes para evitar erros de medição; Repetir o mesmo procedimento com os demais combustíveis. Utilizando o picnômetro: Inicialmente, pesar o picnômetro vazio (P1); Colocar a amostra no picnômetro e pesar novamente (P2); A razão entre a diferença das massas e o volume do picnômetro éa densidade da amostra; 4. TRATAMENTO DE RESULTADOS Tabela 1 – Dados obtidos no Experimento 01 – Densidade de Sólidos AMOSTRA PESO (g) VOLUME INICIAL(mL) VOLUME TOTAL (mL) 1 2 3 4 5 TEMPERATURA (°C) PRESSÃO (mmHg) Tabelas 2 – Dados obtidos no Experimento 01 - Densidade de Líquidos Densímetro – Solução de NaCl a diferentes concentrações Concentração da solução Densidade da solução TEMPERATURA (°C) Picnômetro – Amostras 11 Amostra Peso Inicial (P1) Peso Final (P2) VOLUME DO PICNÔMETRO (mL) Tabelas 3 – Dados obtidos no Experimento 01 - Densidade de combustíveis Densímetro analítico – Combustíveis Combustível Densidade da solução TEMPERATURA (°C) Densímetro digital – Combustíveis Combustível Densidade da solução TEMPERATURA (°C) Picnômetro – Combustíveis Amostra Peso Inicial (P1) Peso Final (P2) VOLUME DO PICNÔMETRO (mL) Tabela 4 – DensidadeTeórica de Sólidos 12 Substância Densidade (g.cm-3) Substância Densidade (g.cm-3) Mercúrio 13,6 Níquel 8,9 Alumínio 2,7 Platina 21,4 Latão 8,4 Porcelana 2,4 Cobre 8,9 Prata 10,5 Vidro 2,6 Aço inoxidável 7,9 Ouro 19,3 Estanho 7,26 Ferro 7,9 4.1 Cálculo do Erro Experimental Com base nos dados observados nas amostras sólidas, calcular as densidades das amostras em g/cm³ e o erro percentual: x100% TeóricoValor TeóricoValor -alExperimentValor (%) E 5. QUESTÕES 5.1 Em relação à densidade, responda: a) É uma propriedade física ou química? b) Depende da quantidade de matéria? c) Pode ser sinônimo de quão pesado é uma matéria? 5.2 Explicar como a determinação da densidade seria afetada se: a) A amostra não ficasse completamente submersa na água da proveta; b) Ocorresse a formação de bolhas na superfície da amostra. 5.3 Três frascos de vidro transparentes, de formas e dimensões iguais, contêm cada um a mesma massa de líquidos diferentes e incolores (água, clorofórmio e etanol). Caso nenhum dos frascos apresente identificação da substância presente como deveria proceder-se para através do conceito de densidade, identificar as substâncias contidas nos frascos? Dados: A densidade de cada um dos líquidos a temperatura ambiente: d(água) = 1,0 g/cm³; d(etanol) = 0,8 g/cm³ e d(clorofórmio) = 1,4 g/cm³. 5.4 Com o objetivo de determinar a densidade de um líquido A foi efetuada uma análise em picnômetro de 100 mL. Sabendo-se que a massa do picnômetro corresponde a 50 g, a massa do picnômetro cheio de água corresponde a 152,72 g e que a massa do picnômetro cheio com o líquido A corresponde a 179,67 g, determinea densidade relativa do líquido A (Dado: d(Água) = 1 g/cm3). 13 5.5 A questão deve ser respondida analisando-se o gráfico abaixo, que mostra a variação da massa das substâncias A, B e água, em função da variação do volume à temperatura constante. 5.6O volume de uma amostra de calcita, pesando 35,6 g, é 12,9 cm3. Em qual dos seguintes líquidos haverá flutuação da calcita: - tetracloreto de carbono (d = 1,60 g/ cm3); - brometo de metileno (d = 2,50 g/ cm3); - tetrabromo-etano (d = 2,96 g/ cm3); - iodeto de metileno (d = 3,33 g/ cm3). Justifique sua resposta através de cálculos 5.7 Para determinação da densidade de uma substância são necessários a medida da quantidade de massa e o volume ocupado por esta quantidade de massa. Qual a densidade do ferro, sabendo-se que uma lâmina de ferro de 5 cm de comprimento, 2 cm de largura e 1 cm de espessura, tem uma massa de 78,6 g? 5.8 Explicar outras prováveis fontes de erro desta experiência, justificando-as. 14 EXPERIMENTO 2: COLETA DE GASES 1. OBJETIVO GERAL Determinar o volume do gás dióxido de carbono (CO2) produzido quando uma amostra de Sonrisal (comprimido efervescente) reage com uma solução de ácido clorídrico (HCl). Esse volume será medido à temperatura ambiente e à pressão ambiente. 2. MATERIAL NECESSÁRIO Balança Analítica; Barômetro; Termômetro; Proveta de 250 mL(D); Sonrisal (comprimido efervescente); Becker de 50 mL; Tubo em “U” (B); Mangueira (B); Régua de 30 cm; Pipeta; Tubo com saída lateral/ tubo de ensaio ou balão de fundo redondo (A); Cuba (C); Suporte; Solução de HCl 1,0M; Papel laminado ou papel filtro; Rolha; Figura 1 – Configuração do sistema para a realização do experimento LABORATÓRIO DE QUÍMICA GERAL 15 3. METODOLOGIA Pesar, em uma balança analítica, um comprimido de Sonrisal. Anotar o peso da amostra; Encher uma cuba até ¾ com água; Encher a proveta completamente. Colocar um papel laminado sobre a boca da proveta bem cheia de água e então emborcar a proveta para dentro da cuba. Fazendo isso rapidamente, o papel não cairá. Retirar o papel desde que a boca da proveta esteja completamente dentro da água da cuba; Pipetar 10 mL da solução de ácido clorídrico 1,0 M e colocar no tubo com a saída lateral; Montar o tubo em “U” conectado com a mangueira sobre a boca da proveta; Fechar o tubo com a saída lateral com a rolha que se encontra no final da mangueira; Colocar o comprimido efervescente triturado na saída do tubo com saída lateral de forma que esse comprimido não entre imediatamente em contato com a solução de ácido clorídrico; Após fechado a saída do tubo, fazer o comprimido entrar em contato com a solução do ácido; Esperar a reação ocorrer completamente, até a última bolha chegar ao fundo da proveta; Medir a altura da coluna d’água. Figura 2 – Sistema de coleta de gases após a reação Obs.: A figura esquematiza o gás coletado dentro da proveta. O valor de p’+ h’ representa o deslocamento de água pelo gás dióxido de carbono formado na reação. LABORATÓRIO DE QUÍMICA GERAL 16 4. DADOS EXPERIMENTAIS TABELA 1 – Dados obtidos na experiência nº 4 Massa do comprimido efervescente (g) Temperatura ambiente (°C) Pressão ambiente (mmHg) Volume de gás dióxido de carbono (mL) Altura da coluna d’água (cm) 5. TRATAMENTO DOS RESULTADOS 5.1 Dedução da pressão parcial do gás Um gás coletado sobre a superfície da água encontrar-se-á numa mistura de gás em vapor d’água. As moléculas de água que evaporam também exercem uma pressão chamada de pressão de vapor. O grau de saturação do gás em vapor dependerá tão somente da temperatura. Pt = Pgás + Pv(H2O) (01) Assim, se o nível de água é o mesmo dentro e fora do cilindro de recolhimento a pressão dentro e fora deve ser a mesma e é igual a pressão atmosférica P(atm). Assim, a pressão parcial de gás é, portanto: P(gás) = P(atm) - Pv(H2O) (02) Por outro lado, se o nível da água no cilindro e no banho não é o mesmo a pressão atmosférica é “compensada” pala soma da pressão do gás, do vapor d’água e a pressão exercida pela coluna d’água (Ph), ou seja: P(atm) = Pgás + Pv(H2O) + Ph (03) Dessa forma, a pressão parcial do gás será: Pgás = P(atm) - Pv(H2O) - Ph (04) TABELA 2 – Pressão de vapor de água (PvH2O) em mmHg à temperatura T (°C) T(°C) PvH2O T(°C) PvH2O 20 17,5 25 23,8 21 18,6 26 25,2 22 19,8 27 26,6 23 21,1 28 28,3 24 22,4 29 30,0 LABORATÓRIO DE QUÍMICA GERAL 17 30 31,8 5.2 Questões do Tratamento de Resultados 5.2.1 Deduza a reação entre o bicarbonato de sódio (NaHCO3) e o ácido clorídrico (HCl); 5.2.2 Determine o número de moles de bicarbonato de sódio (NaHCO3) usado, tendo em vista que é o componente que se encontra em maior quantidade no sonrisal; 5.2.3 Determine a pressão parcial de gás dióxido de carbono (CO2); 5.2.4 Determine o volume de gás dióxido de carbono (CO2) à pressão ambiente; 5.2.5 Reduza o volume do gás dióxido de carbono (CO2) às condições normais de pressão e temperatura (CNTP). 6. QUESTÕES PARA O RELATÓRIO 6.1 Observando a tabela abaixo diga de quanto difere x de y, considerando que a pressão é constante. Volume (L) Temperatura (K) 10 300 15 x 20 y 6.2 Um gás diatômico X2 está confinado em um recipiente de 200 L, a uma temperatura de 127 ºC e pressão de 3,28 atm. Qual o número de átomos existente dentro do recipiente? 6.3 Em um balão de vidro de 500 mL, que resiste a pressões de 5 atm, estão para ser colocados em reação de 10 g de CaCO3 e ácido em excesso, à temperatura ambiente de 300 K. Se o balão for fechado hermeticamente e a reação for completa, o recipiente resistirá à pressão interna? Dados: Ca – 40; C – 12; O – 16. 6.4 Um recipiente indeformável, hermeticamente fechado, contém 10 litros de um gás perfeito a 30 ºC, suportando a pressão de 2 atm. A temperatura do gás é aumentada até atingir 60º C. LABORATÓRIO DE QUÍMICA GERAL 18 a) Calcule a pressão final do gás. b) Esboce o gráfico pressão versus temperatura da transformação descrita. 6.5 Indicar os cálculos necessários para a determinação da massa molecular de um gás sabendo-se que 0,800g desse gás ocupa um volume de 1,12 litros a 273ºC e 2,00 atm. Que valor se encontra para a massa molecular do gás? (Volume molar nas CNTP = 22,4 L). 6.6 Um gás perfeito à temperatura de 0°C e sob pressão de 1 atm ocupa um volume igual a 22,4 L. Qual seria o volume ocupado por 5 mols deste gás a 100°C, sob a pressão de 1 atm? LABORATÓRIO DE QUÍMICA GERAL 19 EXPERIMENTO 03: SOLUÇÕES 1. OBJETIVO GERAL Preparação e diluição de algumas soluções sólidas e líquidas. 2. MATERIAL NECESSÁRIO Balança Analítica; Pissetas; Provetas; Pipetas; Funil; Bécker; Balão volumétrico; Bastão de vidro; Vidro de relógio. 3. METODOLOGIA 3.1. Equações Necessárias 3.1.1. Normalidade A normalidade é uma forma de expressar a concentração de uma solução. A normalidade indica o número de equivalentes-grama do soluto em 1 (um) litro de solução. Esta é calculada através do quociente entre o número de equivalente-grama (Eg) de soluto dissolvidos e o volume de solução em litros. 𝑁𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 = 𝐸𝑔 𝑉 3.1.2. Concentração molar ou molaridade É a quantidade de soluto, em mol, dissolvidos num volume de solução em litros. 𝑀𝑜𝑙𝑎𝑟𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 = 𝑚 𝑀𝑀 𝑉(𝐿) = 𝑛 𝑉(𝐿) PARTE I. Preparação e diluição de soluções líquidas Utilizando os dados do rótulo do líquido, calcular o volume necessário para preparar 500 mL de solução a 1 mol/L. Calcular o volume da solução anterior necessário para preparar 250 mL de solução 0,1 mol/L. Medir esse volume com uma proveta e adicionar em um balão de 250 mL contendo cerca de 100 mL, de água destilada. Lavar algumas vezes a proveta com um pouco de água destilada transferindo sempre para o balão. Agitar cuidadosamente o balão. Adicionar água destilada até completar os 250 mL. Agitar novamente até homogeneizar a solução. LABORATÓRIO DE QUÍMICA GERAL 20 Repetir esse procedimento para diferentes Amostras líquidas, tais como: HCl, H2SO4, Álcool etílico, HNO3, ácido acético, entre outras. PARTE II. Preparação e diluição de soluções sólidas Pesar na balança analítica a quantidade de amostra sólida necessária para preparar 500 mL de solução a 0,5 mol/L. Transferir a massa pesada para um Becker e adicionar água misturando-a com o bastão de vidro até total solubilização. Transferir para um balão volumétrico e adicionar água até completar 500 mL. Agitar cuidadosamente o balão para homogeneizar a solução. Calcular o volume da solução anterior necessário para preparar 250 mL de solução a 0,1 mol/L. Medir esse volume com uma proveta e adicionar em um balão de 250 mL contendo cerca de 100 mL, de água destilada. Lavar algumas vezes a proveta com um pouco de água destilada transferindo sempre para o balão. Agitar cuidadosamente o balão. Adicionar água destilada até completar os 250 mL. Agitar novamente até homogeneizar a solução. Repetir esse procedimento para diferentes Amostras líquidas, tais como: CaCl2, Na2CO3, KOH, NaCl, NaOH, NH4Cl, NaHCO3, entre outras. 4. QUESTÕES 6.1 Explique como você prepararia uma solução 0,01M de KMnO4 a partir de: a) KMnO4sólido; b) 0,05M KmNO4. 6.2Para preparação de uma solução de sulfato de alumínio 0,4 mol/l, calcule a massa de soluto necessária para 250 ml de solução. Admitindo o sal 100% ionizado, encontre as concentrações dos íons presentes. 6.3 Numa titulação de solução de KOH foram utilizados 45,0 ml de solução 0,3 mol/l desta base e um consumo de 55,0 ml de ácido clorídrico. Calcule as concentrações comum, molar e normal do ácido utilizado. 6.4 Uma solução de ácido sulfúrico contendo 571,6 g de H2SO4 por litro de solução tem densidade de 1,329 g/ml. Calcule (a) a porcentagem em massa; (b) a fração molar do soluto; (c) a molalidade; (d) concentração em mol/l e a normalidade. 6.5 Uma solução é preparada pela dissolução de 4,35g de glicose (C6H12O6) em 25,0 mL de água. Calcule a molalidade e a molaridade de glicose nesta solução. 6.6 Uma solução contém 5,0 g de tolueno (C7H8) e 225 g de benzeno, bem como densidade de 0,876 g/mL. Calcule a concentração em quantidade de matéria da solução. 6.7 Quais as possíveis fontes de erros encontradas neste experimento? LABORATÓRIO DE QUÍMICA GERAL 21 EXPERIMENTO 04: CONSERVAÇÃO DA MASSA 1. OBJETIVO GERAL Determinar a massa total antes e depois das seguintes reações: 3232 CaCO 2NaCl CaCl CONa 324423 COH CaSO 2NaCl SOH CaCO 2NaCl 2. MATERIAL NECESSÁRIO Balança analítica; 1 Erlenmeyer de 125 mL; Tubos de ensaios com rolha; Bécker de 600 mL; Pipeta de 10 mL; Pipeta de 5 mL. 3. METODOLOGIA Pipetar 5 mL de solução de Na2CO3, 0,1 mol/L e colocar no erlenmeyer. Fechar o erlenmeyer com uma rolha; Pipetar 5 mL de solução de CaCl2, 0,1 mol/L e colocar no tubo de ensaio. Fechá- lo com a rolha; Pipetar 10 mL de solução de H2SO4, 0,1 mol/L e colocar em um tubo de ensaio. Fechá-lo com a rolha; O exterior do erlenmeyer e dos tubos de ensaio devem estar completamente secos; Colocar simultaneamente todo conjunto (erlenmeyer e tubos) dentro do bécker de 600 mL e pesar na balança; Adicionar cuidadosamente fora da balança a solução de CaCl2, 0,1 mol/L, na solução de Na2CO3 no erlenmeyer. Agitar lentamente para que as soluções se misturem e tomar nota do que acontecer; Devolva o conjunto incluindo o frasco vazio à balança e pese novamente todo o conjunto. Remover novamente, o conjunto da balança e adicionar agora todo o conteúdo do frasco de H2SO4, 0,1M. Agite lentamente e anote o que acontecer; Devolver o frasco e o erlenmeyer à balança e pesar novamente todo o conjunto. LABORATÓRIO DE QUÍMICA GERAL 22 4. DADOS EXPERIMENTAIS Tabela 1 - Dados obtidos no Experimento 04 Pressão atmosférica (mmHg) Temperatura ambiente (°C) Massa da 1º pesagem (g) Massa da 2º pesagem (g) Massa da 3º pesagem (g) 5. TRATAMENTOS DOS RESULTADOS Com base nos dados obtidos como é possível interpretar a Lei da Conservação da Massa? Calcular o número de mols de cada solução utilizada nesta reação. Verificar se há reagente em excesso nas proporções em que foram utilizados. Qual a origem da turvação observada na primeira reação? 6. QUESTÕES PARA O RELATÓRIO 6.1 Explicar as leis de Proust e Dalton. 6.2É correto afirmar que em uma reação química os átomos são conservados assim como a massa? E as moléculas? 6.3 Em qual das duas reações houve maior perda de massa? Por quê? Isso invalida a lei de conservação de massa? 6.4Defina os sistemas: aberto, fechado e isolado. Em qual desses vocês enquadrariam nosso experimento? 6.5 Quais as possíveis fontes de erros encontradas neste experimento? 6.6 Em um experimento, soluções aquosas de nitrato de prata, AgNO3, e de cloreto de sódio, NaCl, reagem entre si e formam cloreto de prata, AgCl, sólido branco insolúvel e nitrato de sódio, NaNO3, sal solúvel em água. As massas desses reagentes e de seus produtos estão apresentadas neste quadro: AgNO3 NaCl AgCl NaNO3 1,669 g 0,585 g X 0,850 g Considere que a reação foi completa e que não há reagentes em excesso. a) Assim sendo, qual a massa de cloreto de prata produzido? LABORATÓRIO DE QUÍMICA GERAL 23 b) Quais são os reagentes e quem são os produtos? 6.7 O responsável técnico de um forno de calcinação elaborou um relatório sobre as três últimas tiragens da produção de cal. O relatório apresenta a seguinte tabela: Amostra Massa de calcário (t) CaCO3 Massa de cal (t) CaO Massa de dióxido de carbono (t) CO2 1 10,0 5,6 4,4 2 11,2 3 12 6,7 a) Identifique quais são os reagentes e quais são os produtos. b) Determine os valores que faltam na tabela e complete-a. Mostre os cálculos realizados. LABORATÓRIO DE QUÍMICA GERAL 24 EXPERIMENTO 05: CINÉTICA QUÍMICA - ESTUDO DA VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO QUÍMICA 1. OBJETIVO GERAL Mostrar, quantitativamente, a influência da concentraçãoe temperatura sobre o tempo necessário para que uma reação química se processe. 2. MATERIAL NECESSÁRIO Tubos de ensaios; Termômetro: Cronômetro; Buretas; Béckers; Pipetas; Bico de Bunsen ou chapa aquecedora. 3. METODOLOGIA PARTE I. Influência da concentração de reagentes Encher as três buretas com águas, solução de tiossulfato sódio e solução de ácido sulfúrico, respectivamente; Colocar em quatro tubos de ensaios numerados as quantidades de tiossulfato de sódio e água indicados na Tabela 1- A; Colocar em outros quatro tubos, 4mL de ácido sulfúrico; Misture ao tubo 1.a o volume de um dos tubos contendo ácido sulfúrico, agitar rapidamente e iniciar a contagem do tempo desde o momento em que os líquidos entram em contato até o aparecimento do primeiro indício de turvação; Realizar experiências análogas com os restantes dos tubos a notando os resultados dos tempos. PARTE II. Influência da temperatura Colocar, em quatro tubos de ensaios numerados, 2 mL da solução de tiossulfato de sódio e 4 mL de água; Em outros quatro tubos de ensaios colocar 4 mL de solução de ácido sulfúrico; Colocar um dos tubos de ensaio contendo a solução de tiossulfato de sódio e um outro contendo a solução de ácido sulfúrico em um Becker de 250 mL contendo água; Aquecer o banho até uma temperatura cerca de 10°C maior do que a temperatura inicial. Misturar o conteúdo dos tubos, agitar rapidamente a iniciar a contagem LABORATÓRIO DE QUÍMICA GERAL 25 do tempo desde o momento em que os líquidos foram misturados até o início da turvação; Realizar o procedimento anterior em temperatura mais elevada. 4. DADOS EXPERIMENTAIS Tabela 1-A – Dados obtidos no Experimento 06 - PARTE I Nº do tubo de ensaio Volume (mL) Na2S2O30,1M (a) Volume (mL)deH2O (b) Volume (mL) de H2SO4 0,2M Tempo (s) 1.a 6 0 4 1.b 4 2 4 1.c 3 3 4 1.d 2 4 4 1.e 1 5 4 Temperatura Ambiente (°C) Tabela 1-B – Dados obtidos no Experimento 06 - Parte II Nº do tubo de ensaio Temperatura (°C) Tempo (s) 2.a 2.b 2.c 2.d 2.e Temperatura Ambiente (°C) 5. TRATAMENTO DOS RESULTADOS PARTE I. Influência da concentração de reagentes A concentração de tiossulfato de sódio na solução inicial é 0,1 mol/L. Calcular a suas concentrações em cada uma das soluções diluídas preparadas levando em consideração o volume total da solução em cada tubo de ensaio (a + b); Por que é importante que o volume total para todas as diluições seja de 10 mL? Construir um gráfico com o tempo no eixo vertical (ordenada) e a concentração de Na2S2O3 no eixo horizontal (abscissa). Use também os dados obtidos por seus colegas; Que generalização pode você estabelecer a respeito da influência que tem a variação da concentração sobre o tempo de reação? LABORATÓRIO DE QUÍMICA GERAL 26 PARTE II. Influência da temperatura Construir um gráfico, colocando a temperatura no eixo horizontal (abscissa) e o tempo no eixo vertical (ordenada); Que relações gerais se pode deduzir do gráfico obtido? Fazer uma previsão de tempo de reação a 15°C e a 50°C. 6. QUESTÕES 6.1 Além da concentração e temperatura, que outros fatores influenciam a velocidade de uma reação? Justifique. 6.2 Em determinadas reações biológicas, no qual se faz presente às enzimas, a temperatura favorece a reação até um determinado ponto, onde depois se observa uma redução e até mesmo a sensação dessas reações. Explique por que isso ocorre. 6.3 Definam os seguintes termos: velocidade instantânea de reação, reação elementar, constante de velocidade, ordem e molecularidade. É possível predizer a lei de velocidade para as reações que ocorrem nesse experimento? 6.4 Diante dos dados experimentais coletados, como devia se proceder para elevar a velocidade da reação estudada? Caso existir um catalisador para essa reação, como ele atuará? 6.5 Considere a seguinte reação hipotética em solução aquosa: A(aq) B(aq). Um frasco é carregado com 0,065 mol de A em um volume total de 100,0 mL. Os seguintes dados são coletados: Tempo (min) 0 10 20 30 40 Quantidade de matéria de A 0,065 0,051 0,042 0,036 0,031 a) Calcule a quantidade de matéria de B em cada tempo na tabela, supondo que não existem moléculas de B quando o tempo for zero. b) Calcule a velocidade média de desaparecimento de A para cada intervalo de 10 min, em unidade de mol-1s-1. c) Entre t = 10 min e t = 30 min, qual a velocidade média de aparecimento de B em unidade de mol-1s-1? Suponha que o volume da solução seja constante. 6.6 A velocidade inicial de uma reação A + B C foi medida para várias concentrações iniciais diferentes de A e B, e os resultados são como seguem: Número do experimento [A] (mol/L) [B] (mol/L) Velocidade inicial (mol-1s-1) 1 0,100 0,100 4,0x10-5 2 0,100 0,200 4,0x10-5 3 0,200 0,100 16,0x10-5 LABORATÓRIO DE QUÍMICA GERAL 27 Usando esses dados, determine: a) A lei da velocidade para a reação. b) A magnitude da constante de reação. c) A velocidade da reação quando [A] = 0,050 mol/L e [B] = 0,100 mol/L. 6.7 Construa um gráfico apresentando o inverso do tempo (1/t), em função da temperatura. Que tipo de função você obtém? 6.8 Quais as possíveis fontes de erros encontradas nesse experimento? LABORATÓRIO DE QUÍMICA GERAL 28 EXPERIMENTO 06: ENTALPIA DE REAÇÃO E LEI DE HESS 1. OBJETIVOS Determinar a capacidade calorífica de um calorímetro. Verificar como se determinam a entalpia de reações. Constatar a Lei de Hess. 2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 2.1 Materiais e reagentes Recipiente de isopor (usado para manter a temperatura de mamadeiras, latas de bebidas etc.); Termômetro; Balão Volumétrico; Pipetas; Provetas; Becker; Bico de Bunsen; Água destilada; Hidróxido de sódio em lentilhas; Solução de hidróxido de sódio 0,50 mol/L; Solução de ácido clorídrico 0,50 mol/L; Solução de ácido clorídrico 0,25 mol/L. 2.2 Metodologia Parte I: Determinação da capacidade calorífica do calorímetro Esta determinação é necessária porque o calorímetro troca calor com o sistema que está sendo investigado no seu interior. Este processo é denominado de calibração. A calibração é feita pela mistura, no interior do calorímetro, de quantidades conhecidas de água fria e quente. a) Colocar no calorímetro, 100 mL de água fria (temperatura ambiente), anotando sua temperatura (Tf). b) Aquecer 100 mL de água até a temperatura aproximada de 70°C (Tq). c) Adicionar a água aquecida à água fria, no interior do calorímetro. Tampar o aparelho e anotar a temperatura da mistura (Tm). d) Repetir este procedimento por mais duas vezes e anotar todos os valores. Cálculos: LABORATÓRIO DE QUÍMICA GERAL 29 1) Cálculo das médias de Tf, Tq e Tm ; 2) Cálculo de ∆Tf = Tm-Tf e ∆Tq = Tq -Tm; 3) Cálculo do calor cedido pela água quente: Qcedido = mágua.cágua. ∆Tq 4) Cálculo do calor absorvido pela água fria: Qabsorvido = mágua.cágua. ∆Tf 5) Cálculo da capacidade calorífica do calorímetro: O calor cedido pela água quente vai ser igual à soma dos calores absorvidos pela água fria e pelo calorímetro: Qcedido = Qabs.água + Qabs.calorímetro Logo:Qabs.calorímetro = Qcedido - Qabs.água E como: Qabs.calorímetro = C. ∆Tf Temos: C = Qcedido - Qabs.água ∆Tf Parte II: Determinação da entalpia de reações Nesta parte do experimento, serão medidas e comparadas, as quantidades de calor envolvidas nas três reações abaixo, com o intuito de comprovar a lei de Hess, na determinação da entalpia de dissolução do hidróxido de sódio sólido em uma solução de ácido clorídrico: Reação 1: O hidróxido de sódio sólido dissolve-se em água para formar uma solução aquosa de íons Na+ e íons OH-. NaOH(s) → Na+(aq) + OH-(aq) ∆H1=? a) Coloque no calorímetro 200 mL de água destilada medidos com uma proveta, agite com cuidado até a temperatura permanecer constante e anote-a (Ti); LABORATÓRIO DE QUÍMICA GERAL 30 b) Pese rapidamente uma massa de aproximadamente 2,00 gramas de hidróxido de sódio sólido; c) Adicione o hidróxido de sódio à água no calorímetro, agite com cuidado e anote a temperatura mais alta (Tf); Reação 2: O hidróxido de sódio sólido reage com uma solução aquosa de ácido clorídrico para formar água e uma solução aquosa de íons Na+ e íons Cl-: NaOH(s) + H + (aq) + Cl - (aq) → H2O + Na+(aq) + Cl-(aq) ∆H2=? Repita a operação do item anterior utilizando 100,0 mL de solução de ácido clorídrico 0,25 mol/L no lugar de 200,0 mL de água destilada. Anote a temperatura máxima alcançada. Reação 3: Uma solução aquosa de hidróxido de sódio reage com uma solução aquosa de ácido clorídrico para formar água e uma solução aquosa de íons Na+ e íons Cl-. Na+(aq) + OH - (aq) + H + (aq) + Cl - (aq) → H2O + Na+(aq) + Cl-(aq) ∆H3=? a) Coloque no calorímetro 100 mL de ácido clorídrico 0,5M, medidos com uma proveta, agite com cuidado até a temperatura permanecer constante e anote-a (Ti); b) Em seguida, meça 100,0 mL de hidróxido de sódio 0,50 mol/L, anote a temperatura da solução, que deve ser aproximadamente a mesma da temperatura do ácido; c) Adicione a solução de hidróxido de sódio à solução de ácido clorídrico contida no calorímetro, agite rapidamente e anote a temperatura máxima alcançada (Tf); Cálculos: Reação 1: 1) Cálculo de ∆T da reação 1: 2) Cálculo do calor da reação 1(considere o calor específico igual ao da água): Qreação = Qabs.solução + Qabs.calorímetro 3) Cálculo da entalpia da reação 1: ΔH1 = Qreação/nNaOH Reação 2: 1) Cálculo de ∆T da reação 2: 2) Cálculo do calor da reação 2(considere o calor específico igual ao da água): LABORATÓRIO DE QUÍMICA GERAL 31 Qreação = Qabs.solução + Qabs.calorímetro 3) Cálculo da entalpia da reação 2: ΔH2 = Qreação/nNaOH Reação 3: 1) Cálculo de ∆T da reação 3: 2) Cálculo do calor da reação 3(considere o calor específico igual ao da água): Qreação = Qabs.solução + Qabs.calorímetro 3) Cálculo da entalpia da reação 3: ΔH3 = Qreação/nNaOH Parte III: Constatação da lei de Hess 1) Para comprovar a lei de Hess realize o cálculo da entalpia da reação 2, da seguinte maneira: ΔH2 = ΔH1 + ΔH3 2) Compare o valor encontrado com o valor obtido anteriormente e calcule o erro percentual. OBS: Para atribuir o sinal aos valores de ΔH, observe a seguinte convenção: Reação exotérmica (libera calor) ΔH < 0 Reação endotérmica (absorve calor) ΔH > 0 QUESTÕES 01. Exponha a lei de Hess. Por que ela é importante para a termoquímica? LABORATÓRIO DE QUÍMICA GERAL 32 02. Qual a ligação entre a lei de Hess e o fato de que H é uma função de estado? Função de estado: é uma propriedade do sistema que depende apenas de qual estado ele se encontra. 03. Considere as seguintes reações hipotéticas: A B H = +30 kJ B C H = -60 kJ a) Use a lei de Hess para calcular a variação de entalpia para a reação A C. b) Construa uma diagrama de entalpia para as substâncias A, B e C e mostre como a lei de Hess se aplica. 04. A queima de matéria rica em carbono, em geral, seja a combustão de derivados de petróleo, de madeira (carvão) etc., é representada pela seguinte equação termoquímica: C(s) + O2(g) CO2(g) + 94,05 kcal Essa reação ocorre, normalmente, em duas etapas, a saber: 1ª etapa: C(s) + ½ O2(g)CO(g) + 26,41 kcal 2ª etapa: CO(g) + ½ O2(g) CO2(g) + 67,64 kcal a) Através da soma das duas etapas da reação, mostre que a lei de Hess foi seguida. b) As reações citadas estão representadas por equações termoquímicas. O que diferencia uma equação química simples de uma equação termoquímica? c) Qual será o calor liberado na formação de 5 mol de monóxido de carbono? 05. Considerando os dados abaixo: N2(g) + O2(g) 2NO(g) H = +180,7 KJ 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) H = -113,1 KJ LABORATÓRIO DE QUÍMICA GERAL 33 2N2O(g) 2N2(g)+O2(g) H = -163,2 KJ Use a lei de Hess para calcular o H para a reação: N2O(g) + NO2(g) 3NO(g) 06. A seguir são apresentadas as entalpias-padrão de reação, em kJ/mol, para três reações a 25°C: I) CaO(s) + CO2(g) CaCO3(s) ∆H1/( kJ/mol ) = - 183,3 II) CaO(s) + H2O(l) Ca(OH)2(aq) ∆H2/( kJ/mol ) = - 82,4 III) CO2(g) + H2O(l) H2CO3(aq) ∆H3/( kJ/mol ) = - 20,5 a) Encontre a equação balanceada da reação global entre soluções aquosas de hidróxido de cálcio, Ca(OH)2(aq), e de ácido carbônico, H2CO3(aq), em que se forma carbonato de cálcio, CaCO3(s), como um dos produtos dela resultantes. b) Considerando os dados apresentados, calcule a variação de entalpia para a reação indicada no item a, desta questão. LABORATÓRIO DE QUÍMICA GERAL 34 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. BROWN, T. L.; LEMAY, H. E.; BURSTEN, B. E., Química A Ciência Central, São Paulo, Pearson Prentice Hall, 9º edição, 2005. 2. BRADY, J. & HUMISTON, G.E., Química Geral Vol. I e II, Rio de Janeiro, Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 1986. 3. SLABOUGH, P., Química Geral, Rio de Janeiro, Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 111 edição, 1981, 277p. 4. RUSSEL, J.B., Química Geral, São Paulo, Ed. McGraw-Hill do Brasil Ltda., 2a edição, 1982,897p. 5. MAHAN, B., Química um Curso Universitário, São Paulo, Ed. Edgard Blücher Ltda., 4a edição, 1995, 582p.
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