Universidad de Costa Rica

10. Cambios químicos


Guía de experimentos de Química General

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Objetivo


Estudiar dos tipos de cambios químicos: las reacciones de precipitación y de doble desplazamiento (ácido-base).

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Introducción


Los cambios químicos se pueden clasificar desde distintos puntos de vista, siendo uno de ellos el que se usará a continuación:

Reacciones de combinación

$2Mg_{(s)}+O_{2(g)}\rightarrow 2MgO_{(s)}$

En esta reacción, el magnesio metálico se combina con el oxígeno gaseoso para dar como resultado el óxido de magnesio, un sólido blanco.

Reacciones de descomposición

La reacción que ocurre al calentar HgO sólido es de descomposición, pues el compuesto se separa en sus elementos constituyentes: el mercurio metálico líquido y el oxígeno gaseoso.

$2HgO_{(s)}\rightarrow 2Hg_{(l)}+O_{2(g)}$

Reacciones de desplazamiento (oxidación-reducción)

El zinc metálico desplaza al hidrógeno del HCl en una disolución, y este es un ejemplo de oxidación-reducción; por su parte, el zinc se oxida del metal al ión zinc y el hidrógeno se reduce de ión hidrógeno a hidrógeno gaseoso molecular.

$Zn_{(s)}+2HCl_{(ac)}\rightarrow ZnCl_{2(ac)}+H_{2(g)}\uparrow $

Reacciones de precipitación

El nitrato de plata es soluble en agua y el cloruro de sodio también. Sin embargo, cuando se mezclan disoluciones de nitrato de plata y de cloruro de sodio se forma cloruro de plata (AgCl), el cual es un sólido insoluble en agua y por tanto se precipita.

$AgNO_{3(ac)}+NaCl_{(ac)}\rightarrow AgCl_{(s)}\downarrow +NaNO_{3(ac)}$

Este caso de precipitación es, a su vez, un ejemplo de reacción de doble desplazamiento: la plata desplaza al sodio y el sodio desplaza a la plata.

Reacciones ácido-base

De acuerdo con Brønsted y Lowry los ácidos son donadores y las bases son receptoras de iones de hidrógeno (H+). Así, el HCl es un ácido porque puede donar un ión de hidrógeno H+, cuando este último se combina con el ión hidróxido (OH-), de la base NaOH en disolución, se forma agua. El ión cloruro y el ión sodio quedan en disolución. Este es un ejemplo de neutralización entre ácido y base.

$HCl_{(ac)}+NaOH_{(ac)}\rightarrow NaCl_{(ac)} +H_{2}O_{(l)}$

En el laboratorio, para distinguir un ácido de una base se puede utilizar papel de tornasol; el cual es un colorante que cambia su coloración al pasar de una disolución ácida a una básica. El tornasol está impregnado en el papel y una gota de ácido o base, le cambia el color.

Procedimiento


Materiales

Disoluciones 0,1 mol/L de: NH3, NaOH, KOH, Ba(OH)2, H2SO4, HI y CH3COOH (HOAc).

Disolución 0,01mol/L de HNO3.

Disoluciones 0,01 mol/L de nitrato de sodio (NaNO3), nitrato de bario (Ba(NO3)2), nitrato de cobre (II) (Cu(NO3)2), nitrato de plomo (II) (Pb(NO3)2) y nitrato de plata (AgNO3).

Disoluciones de indicadores: fenolftaleína, rojo de metilo y anaranjado de metilo.

Equipo

Beakers, tubos de ensayo, quemador, vidrios de reloj, papel pH.


A) Estudio de bases

Coloque varios trocitos de cinta de papel tornasol rojo sobre un vidrio de reloj (colocados sobre un papel blanco para observar los cambios de color más fácilmente). Con un agitador de vidrio limpio impregne con una gota o dos de disolución de NaOH un trocito de papel tornasol rojo. Observe los cambios. Lave bien el agitador y repita el proceso con las otras tres disoluciones: KOH, NH3, Ba(OH)2; recuerde lavar el agitador con agua destilada cada vez que cambie de disolución. Anote todos los resultados y observaciones en su cuaderno.

En tres tubos de ensayo, agregue 3 mL de la disolución de NaOH. Al primer tubo de ensayo añada tres gotas de disolución de indicador fenolftaleína; agréguele al segundo tres gotas de indicador rojo de metilo y al tercero tres gotas de indicador anaranjado de metilo. Repita este procedimiento con las disoluciones de KOH, Ba(OH)2 y NH3. Anote los resultados y observaciones en su cuaderno.

Sostenga por unos segundos una tira de papel tornasol rojo sobre la boca de una botella de disolución concentrada de NH3. No permita que el papel toque la boca de la botella, observe lo que sucede. Anote en su cuaderno los hallazgos.

Resultados

¿Qué cambio sufre la tira de papel tornasol al ponerla en contacto con la disolución de NaOH? ¿Sucede lo mismo con las otras bases? ¿Qué coloración se obtiene al agregar los tres indicadores a la disolución de NaOH? Tabule los resultados para todas las cuatro bases con los tres indicadores. ¿Por qué bases diferentes producen la misma coloración en un determinado indicador?

¿Qué gas se desprende de una disolución concentrada de amoníaco (fórmula y nombre)? ¿Tiene olor? Descríbalo. ¿Qué le sucede al papel de tornasol rojo? Explique el cambio.

B) Estudio de ácidos

Repita todo el procedimiento de la parte A (excepto el último párrafo referente al NH3 concentrado), pero en lugar de utilizar cuatro disoluciones de bases use las siguientes cuatro disoluciones de ácidos: ácido sulfúrico, ácido yodhídrico, ácido acético y ácido nítrico (observe bien la concentración de cada una). Sostenga una tirita de papel tornasol azul (desde luego usted debe usar ahora papel de tornasol azul en vez de rojo) en la boca de la botella que contenga una disolución concentrada de HCl.

Resultados

¿Qué cambio sufre el papel tornasol azul al contacto con la disolución de ácido sulfúrico? ¿Es igual o diferente el cambio con los otros ácidos? ¿Cómo explica usted ese resultado? ¿Qué coloración se obtiene al agregar los otros tres indicadores al H2SO4?

Tabule el resultado (color observado) de cada uno de los cuatro ácidos con cada uno de los tres indicadores. ¿Por qué ácidos diferentes producen coloración igual con un determinado indicador? 

¿Qué gas se desprende de la botella de HCl concentrado? ¿Tiene olor? ¿Qué le sucede al papel de tornasol azul? ¿Por qué?

C) Algunos ejemplos de precipitación

En tubos de ensayo limpios añada 1 mL de cada disolución de la lista 2, a continuación agregue gota a gota escurriendo por la pared del tubo la primera disolución de la lista 1, tal y como se presenta en el siguiente cuadro. Observe en cuáles casos se forma un precipitado con las primeras tres a cinco gotas de reactivo de la lista 1 y anote el color de cada precipitado. Repita el procedimiento para cada una de las tres disoluciones restantes de la lista 1.

Lista 1 Lista 2
Disolución 0,1 mol/L de HI Disolución 0,01 mol/L de NaNO3
Disolución 0,1 mol/L de H2SO4 Disolución 0,01 mol/L de Cu(NO3)2
Disolución 0,1 mol/L de NaOH Disolución 0,01 mol/L de Pb(NO3)2
Disolución 0,1 mol/L de NaCl Disolución 0,01 mol/L de AgNO3
  Disolución 0,01 mol/L de Ba(NO3)2

Resultados

Escriba las ecuaciones para cada reacción (enumere del 1 al 20 las ecuaciones y reserve dos renglones para cada una). Anote el color que se forma o simplemente la frase: “no ocurre reacción observable”.

Nota: usted debe corroborar los resultados obtenidos con su asistente.

Cuestionario

1. Escriba una ecuación que ilustre cada uno de los siguientes casos:

metal + oxígeno $\rightarrow$

no metal + oxígeno $\rightarrow$

óxido metálico + agua $\rightarrow$

óxido no metálico + agua $\rightarrow$

2. ¿Cuáles son los óxidos de los metales alcalinos de la tabla periódica? Escriba el nombre y la fórmula de cada uno.

3. ¿Cuáles son los óxidos para los metales alcalinotérreos? Escriba el nombre y la fórmula de cada uno.

4. Complete las siguientes ecuaciones y escriba a la par de la fórmula el nombre correcto del compuesto resultante.

$Na_{2}O_{(s)} +H_{2}O_{(l)} \rightarrow$

$CaO_{(s)} +H_{2}O_{(l)} \rightarrow$

$K_{2}O_{(s)} +H_{2}O_{(l)} \rightarrow$

$BaO_{(s)} +H_{2}O_{(l)} \rightarrow $

5. Escriba en orden el nombre que corresponde a cada uno de los reactivos y cada producto de la parte C de este experimento. Escriba la fórmula y a la par el nombre en forma de lista. Primero las nueve sustancias reaccionantes y luego los productos de las 20 posibles reacciones (cuando ocurran).

6. ¿Cuál es la definición de ácido y de base según Brønsted y Lowry?

7. Escriba tres ejemplos de ácidos y tres de bases según Brønsted y Lowry.

Bibliografía


Chaverri, G. Química General. Manual de Laboratorio. San José: Editorial Universidad de Costa Rica, 1983.