Universidad de Costa Rica

12. Hidrógeno


Guía de experimentos de Química General

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Objetivos


Preparar pequeñas cantidades de hidrógeno.

Observar sus propiedades especialmente su densidad, que es insoluble en agua y su capacidad explosiva.

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Introducción


La producción de hidrógeno en el laboratorio es un proceso simple. Según la serie de actividad de los metales (estudiada en el experimento 6), algunos metales son capaces de desplazar el hidrógeno del agua; algunos pueden desplazarlo de los ácidos y otros son capaces de desplazar el hidrógeno del vapor del agua. Los elementos alcalinos y los alcalinotérreos lo desplazan del agua a temperatura ambiente.

$2Na_{(s)}+2H_{2}O_{(l)}\rightarrow 2Na^{+}_{(ac)}+2OH^{-}_{(ac)}+H_{2(g)}\uparrow$ (1)

$2K_{(s)}+2H_{2}O_{(l)}\rightarrow 2K^{+}_{(ac)}+2OH^{-}_{(ac)}+H_{2(g)}\uparrow$ (2)

$2Ca_{(s)}+2H_{2}O_{(l)}\rightarrow 2Ca^{+2}_{(ac)}+2OH^{-}_{(ac)}+H_{2(g)}\uparrow$ (3)

Las reacciones (1) y (2) ocurren con bastante violencia, por lo cual se utiliza más comúnmente el calcio metálico (3), esta reacción ocurre con más suavidad y como el calcio es más pesado que el agua, se hunde, pudiendo recogerse el hidrógeno en un tubo de ensayo en la forma que muestra la figura 12.1. Este sistema se puede utilizar, pues el hidrógeno no polar es menos denso e insoluble en agua y, por lo tanto, atravesará el agua tratando de ir hacia la superficie.

Figura 12.1: Equipo recolector de hidrógeno.

Figura 12.1. Equipo recolector de hidrógeno.

Para obtener hidrógeno de los ácidos se utiliza el ácido clorhídrico o el sulfúrico diluído y un metal que reacciona con estos como el zinc.

$Zn_{(s)}+H_{2}SO_{4(ac)}\rightarrow ZnSO_{4(ac)}+H_{2(g)}$

Procedimiento


Materiales

Lana de hierro (Fe) o calcio, agua destilada, disolución 3 mol/L de HCl

Equipo

Beaker de 150 mL, tubos de ensayo, placa de vidrio


A) Recolección de gas hidrógeno

Llene dos tubos de ensayo pequeños con HCl 3 mol/L y colóquelos en un beaker de 150 mL, el cual contiene HCl 3 mol/L, hasta dos tercios de su capacidad. Forme una bolita de lana de hierro y colóquela en el beaker, asegurándose de que esta se hunda y que el tubo la cubra por completo. Recoja el hidrógeno en el tubo por desplazamiento del ácido. Una vez que todo el líquido haya abandonado el tubo, remueva este boca abajo y colóquelo sobre un cuadro de vidrio plano levemente humedecido con agua destilada, resérvelo para la parte B (figura 12.2). Repita el procedimiento anterior para otros dos tubos.

Figura 12.2: Colocación de los tubos de ensayo sobre el vidrio plano.

Figura 12.2. Colocación de los tubos de ensayo sobre el vidrio plano.

Resultados

Escriba la reacción entre el hierro y el HCl (ac). ¿Es el hidrógeno muy soluble en la disolución ácida? ¿Cómo llega a esa conclusión? ¿Por qué se colocan los tubos llenos de hidrógeno boca abajo sobre un vidrio? Explique.

B) Densidad y poder explosivo del hidrógeno

Aproxime uno de los tubos con hidrógeno (manténgalo siempre boca abajo) a la llama del quemador Bunsen. Note cómo el hidrógeno se quema silenciosamente. Coloque un tubo con hidrógeno boca abajo y péguelo a otro tubo vacío boca con boca. Espere unos segundos. Aproxímelos ahora a la llama del Bunsen y sepárelos. Note cómo ahora el hidrógeno se quema con un ruido especial (“pop”), que equivale a una pequeña explosión. Use los otros tubos con hidrógeno hasta obtener los resultados descritos.

Resultados

Explique por qué el hidrógeno reacciona de diferente manera en la llama en ambos experimentos. Escriba la ecuación de la combustión del hidrógeno.

Cuestionario

1) ¿Qué es la serie de actividad de los metales?

2) ¿Es el hidrógeno libre muy abundante en el planeta Tierra? ¿Por qué?

3) ¿Cómo se prepara industrialmente el hidrógeno? (mencione solo un método).

Bibliografía


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