O que acontece quando o cobre reage com o ácido nítrico neste laboratório?

O cobre sólido é oxidado pelo ácido nítrico para formar nitrato de cobre, água e gás NO2. O nitrato de cobre dissocia-se em íons cobre(2+) e ânions nitrato na água. Os vapores acastanhados-avermelhados confirmam a produção de gás NO2, enquanto uma tonalidade azul-esverdeada indica a presença de íons de cobre em solução.

Como o óxido de cobre é formado a partir do hidróxido de cobre(II)?

O hidróxido de cobre(II) precipitado forma quando uma base é adicionada à solução de cobre, criando uma cor azul. Quando aquecido a 85°C, o hidróxido de cobre(II) passa por decomposição, removendo a água e produzindo precipitado de óxido de cobre preto. Esta decomposição térmica converte o hidróxido instável na forma de óxido mais estável.

Que papel o zinco desempenha na recuperação de cobre sólido a partir do óxido de cobre?

O zinco atua como um agente redutor em uma reação de deslocamento único com solução de sulfato de cobre. Quando o zinco é adicionado, os íons cobre(2+) são reduzidos a cobre sólido enquanto o zinco é oxidado a íons zinco(2+). A solução se torna incolor uma vez que todos os íons de cobre são reduzidos, indicando recuperação completa do cobre.

Por que o ácido clorídrico é adicionado após a reação de deslocamento do zinco?

O ácido clorídrico dissolve o excesso de zinco restante no precipitado de cobre sólido através de uma reação de neutralização que produz borbulhamento. Adicionar ácido em incrementos garante a remoção completa do zinco não reagado sem dissolver excessivamente o produto de cobre, deixando cobre puro para coleta final e pesagem.

Como você determina se o produto final de cobre é puro?

Teste para metanol usando um dessecante indicador que muda de azul para turquesa se presente. Coloque 6 M HCl no produto; borbulhamento indica contaminação residual de NaOH. O cobre puro aparece como grânulos vermelho-escuros. A cor preta sugere conversão incompleta e a presença de óxido de cobre em vez disso.

O que o cálculo do rendimento percentual revela sobre o experimento de recuperação de cobre?

A porcentagem de rendimento é calculada dividindo-se a massa final de cobre pela massa inicial de cobre e multiplicando por 100. Rendimentos superiores a 100% indicam erros de cálculo ou umidade residual no produto. Essa métrica mostra com que eficiência o cobre foi recuperado através da sequência de oxidação e redução.

Por que o metanol é usado na etapa final de secagem em vez de água?

O metanol é usado porque evapora mais facilmente do que a água à temperatura ambiente, garantindo a secagem completa do precipitado de cobre sem danos por calor. Lavagens múltiplas com metanol seguidas por aplicação prolongada de vácuo removem a umidade residual e impurezas, preparando o cobre para uma medição precisa da massa final.

Reações redox

Conceitos Preparação do Instrutor Protocolo do Estudante

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Redox, que é a abreviação de redução-oxidação, é um tipo de reação química classificada pela transferência líquida de elétrons. Nessa reação, uma molécula perde elétrons, chamada de oxidação, e a outra molécula ganha elétrons, chamada de redução.

Para ajudá-lo a diferenciar entre os dois, lembre-se da frase 'OIL-RIG', que significa 'oxidação está perdendo, redução está ganhando'. A molécula oxidada é chamada de agente redutor porque reduz o outro reagente. Da mesma forma, a molécula que é reduzida é chamada de agente oxidante porque oxida a outra molécula.

Agora que temos a terminologia resolvida, vejamos um exemplo de reação redox, a formação do mineral óxido de magnésio. Durante a reação, cada átomo de magnésio perde dois elétrons. Assim, o magnésio é oxidado. Cada átomo de oxigênio ganha dois elétrons; assim, o oxigênio é reduzido.

No entanto, nem todas as reações são reações redox. Por exemplo, a reação do óxido de cálcio com o dióxido de carbono para formar carbonato de cálcio não é uma reação redox. Então, como podemos identificar uma reação redox?

Para fazer isso, rastreamos o número de oxidação de cada elemento à medida que ele passa do reagente ao produto. O número de oxid

Print Procedure Steps

Fonte: Smaa Koraym na Universidade Johns Hopkins, MD, EUA

Fazendo cobre sólido
Na primeira metade deste laboratório, você fará cobre sólido. Nesta reação, o cobre sólido é primeiro oxidado pelo forte agente oxidante, ácido nítrico, para formar água e o nitrato de cobre salgado. O nitrato de cobre se dissocia rapidamente nos íons, cobre (2+) e nitrato, na água. Os ânions nitrato são reduzidos a gás NO₂, o que é confirmado pela presença de vapores marrom-avermelhados. A presença de íons de cobre é indicada por uma tonalidade azul-esverdeada. Adicionar uma base à mistura muda a cor para azul à medida que o precipitado de hidróxido de cobre (II) é formado. O hidróxido de cobre (II) é relativamente instável; Assim, quando o calor é introduzido, ocorre uma reação de decomposição. Nessa reação, a água é removida para produzir óxido de cobre, que aparece como um precipitado preto.
- Antes de iniciar o experimento, coloque equipamento de proteção individual, incluindo jaleco, luvas e óculos de proteção contra respingos químicos.
- Pesar entre 0,45 e 0,55 g de granalha de cobre e registar a massa exata. Este experimento deve ser conduzido no capô, portanto, traga o tiro de cobre de volta para sua estação de trabalho.
  Tabela 1. Determinando o rendimento percentual
  
  Massa_inicial(g)
  Massa_final (g)
  Rendimento percentual
  Clique aqui para baixar a Tabela 1
- Rotule um cilindro graduado de 10 mL como 'ácido nítrico 8 M' e meça 8 mL da solução fornecida pelo seu instrutor. Cubra o cilindro com um vidro de relógio ao transportar a solução de volta para o exaustor.
- Para iniciar o experimento, coloque o cobre em um béquer de 50 mL.
- Adicione lentamente os 8 mL de ácido nítrico 8 M enquanto mexe com uma vareta de agitação. nota: Se o cobre não se dissolver totalmente, colocar o copo numa placa de aquecimento regulada para 30 °C durante cerca de 2 minutos, agitando continuamente. Aqui, o cobre sólido está reagindo com o ácido nítrico para formar nitrato de cobre, água e gás NO₂. Não superaqueça a solução ou o ácido nítrico ferverá.
- Quando o cobre estiver totalmente dissolvido, retire o copo da placa de aquecimento e regule a temperatura da placa de aquecimento para 85 °C.
- Meça 150 mL de água deionizada usando um cilindro graduado de 50 mL e transfira a água para um béquer de 400 mL.
- Lentamente, e enquanto mexe, despeje a solução de cobre no béquer de 400 mL contendo água.
  nota: Se sobrar solução de cobre no copo, use uma pipeta para enxaguar o restante da solução no béquer maior.
- Rotule um cilindro graduado de 50 mL com '3 M NaOH' e obtenha 20 - 30 mL de 3 M NaOH do seu instrutor. Cubra o cilindro graduado com um vidro de relógio enquanto o carrega cuidadosamente de volta ao capô.
- Adicione 10 ml de NaOH ao copo de 400 ml, agitando.
- Teste o pH da solução usando papel de pH. Continue adicionando NaOH até que a solução esteja básica ou cerca de pH 10. Aqui, o nitrato de cobre reage com NaOH para formar o precipitado azul, hidróxido de cobre (II) e nitrato de sódio.
- Coloque o copo de 400 ml na placa de aquecimento e utilize um termómetro de vidro para monitorizar a temperatura. Quando a solução atingir 85 °C, deixe-a permanecer por 10 min. Mexa lentamente com a vareta de agitação, pois isso distribuirá o calor uniformemente, sem interromper a formação de cristais.
- Após 10 minutos, desligue a placa de aquecimento e remova o copo. Deixe o copo esfriar até a temperatura ambiente. À medida que a solução esfria, um precipitado escuro aparecerá na parte inferior do béquer, enquanto um líquido claro e incolor, o sobrenadante, se separará em direção ao topo. Os cristais são o óxido de cobre.
- Assim que a solução tiver arrefecido completamente, rotular um novo copo como «resíduo aquoso» e remover o sobrenadante deitando-o cuidadosamente no recipiente de resíduos. Tente não perder o precipitado na parte inferior do copo.
- Configure o sistema de filtragem conectando o tubo de silicone entre o aspirador doméstico e o frasco de vácuo. Colocar um funil de Büchner no balão de vácuo utilizando um adaptador de borracha. Agora, coloque um papel de filtro no funil Büchner e molhe-o com água deionizada.
- Ligue o aspirador. Despeje o precipitado no funil de Büchner e direcione-o para o centro com a vareta de agitação. Use água deionizada para enxaguar todo o precipitado no funil. Quando todo o precipitado estiver fora do copo, desligue o aspirador.
- Retire o papel de filtro com o precipitado e coloque-o no copo. O precipitante escuro no papel de filtro é o óxido de cobre, que deve ser deixado secar por um ou dois dias antes de ser usado na próxima reação.
- Limpe o experimento. Em primeiro lugar, esvaziar o líquido do balão filtrante para o copo aquoso de resíduos. Em seguida, teste o resíduo aquoso com papel de pH. nota: Qualquer resíduo superior a pH 10 deve ser neutralizado com ácido cítrico. Qualquer resíduo abaixo de pH 4 deve ser neutralizado com bicarbonato de sódio.
- Neutralize o NaOH não utilizado com ácido cítrico e despeje-o no ralo com grandes quantidades de água. Qualquer coisa que contenha partículas pretas indica a presença de óxido de cobre e deve ser descartada no recipiente do tambor de metal pesado.
Fazendo óxido de cobre
O óxido de cobre produzido na seção anterior do laboratório é insolúvel em água, mas pode ser dissolvido em ácido sulfúrico. Quando isso ocorre, os cátions de cobre (2+) e os ânions de sulfato são reintroduzidos por meio de uma reação de duplo deslocamento. Quando o zinco é adicionado na etapa final, os íons de cobre (2+) são reduzidos a cobre sólido por meio de uma única reação de deslocamento.
- Coloque o equipamento de proteção apropriado, como jaleco, luvas e óculos de proteção contra respingos químicos.
- Obtenha o óxido de cobre seco que foi preparado no último exercício de laboratório e remova o máximo possível de óxido de cobre do papel de filtro usando um policial de borracha. Coloque o papel sólido e o papel de filtro de volta no mesmo copo de 400 mL em que foram armazenados.
- Rotule um cilindro graduado de 10 mL como 'ácido sulfúrico 5.93 M' e obtenha 8 mL de ácido sulfúrico do instrutor. Cubra o cilindro graduado com um vidro de relógio e leve cuidadosamente o ácido sulfúrico para o capô. nota: Execute a próxima etapa do experimento no capô.
- Use uma pipeta de plástico para adicionar cerca de 5 mL de ácido sulfúrico diretamente no papel de filtro no béquer.
- Em seguida, segure o papel de filtro com uma pinça e use uma espátula de metal para raspar o máximo de sólido possível sem rasgar o papel de filtro. Use o mínimo de ácido sulfúrico possível para enxaguar o óxido de cobre, pois o excesso de ácido sulfúrico exigirá mais zinco posteriormente.
- Enxágue o óxido de cobre do papel de filtro com 2 mL de água deionizada e adicione um pouco mais de água deionizada ao béquer. Uma vez removido o óxido de cobre do papel de filtro, elimine o papel de filtro como resíduo sólido.
- Agite a solução até que o óxido de cobre esteja totalmente dissolvido. Se o sólido não se dissolver, colocar o copo na placa de aquecimento e aquecê-lo a cerca de 60 °C.
- Adicione 3 a 5 mL de água e mexa para dissolver. Tenha cuidado para não ultrapassar essa temperatura, pois o líquido pode evaporar deixando um precipitado de sulfato de cobre.
- Pese 1,2 g de zinco e registre a massa exata em seu caderno de laboratório.
- Adicione lentamente metade do zinco à solução. Esmague e mexa o zinco usando a vareta de agitação para dissolver completamente todas as partículas. A solução deve ser incolor. Se a cor ainda estiver presente, adicione mais zinco até que a cor desapareça.
- Assim que a cor desaparecer completamente, pese o zinco restante no prato de pesagem e subtraia-o da massa original para obter a massa do zinco usado. Aqui, o zinco reagiu com o sulfato de cobre para formar sulfato de zinco e cobre sólido.
- Decantar o sobrenadante da sua solução para o recipiente denominado 'resíduo aquoso'. Em seguida, pré-aqueça a placa quente a 40 °C. Obtenha 10 mL de ácido clorídrico 6 M do seu instrutor em um cilindro graduado rotulado. Cubra a abertura do cilindro com um vidro de relógio e traga o ácido de volta ao capô.
- Adicione 5 mL de ácido clorídrico ao precipitado restante para dissolver qualquer zinco presente no cobre sólido.
- Coloque o copo na placa de aquecimento pré-aquecida e aqueça a solução durante 2 min. O borbulhar observado aqui é a reação de neutralização que ocorre para dissolver o zinco. Certifique-se de que a reação não ferva. Em seguida, desligue a configuração de calor na placa de aquecimento.
- Assim que o borbulhar diminuir, adicione 2 a 3 mL de ácido clorídrico adicional. Continue adicionando ácido em incrementos de 1 mL até que o borbulhar pare completamente.
- Decantar o sobrenadante, lavar o precipitado com 5 a 10 ml de água e transvasar qualquer sobrenadante restante. nota: Se as partículas de cobre forem muito pequenas para decantar o líquido sem perdê-las, instale um aparelho de funil Büchner com papel de filtro e sem vácuo. Despejar a solução através do funil para que as partículas fiquem retidas no papel de filtro e, em seguida, retorne as partículas ao copo. Repita as etapas de lavagem e decantação mais duas vezes.
- Substitua o papel de filtro no funil Büchner por um novo e molhe-o levemente com água. Em seguida, ligue o aspirador por um momento para ajudar o filtro a se encaixar no lugar.
- Adicione aproximadamente 5 mL de água ao precipitado de cobre e, em seguida, despeje-o no funil no centro do papel de filtro. Mexa o cobre suavemente para remover as impurezas, tomando cuidado para não rasgar o papel de filtro.
- Ligue o aspirador e deixe-o funcionar por 2 min.
- Feche o aspirador e desconecte a tubulação do frasco. Remova o funil e descarte o líquido no recipiente de resíduos aquosos.
- Reconecte a configuração do funil Büchner e reconecte a tubulação de vácuo.
- Obtenha cerca de 10 mL de metanol e despeje 3 mL no cobre no funil. Em seguida, ligue o aspirador e deixe o cobre secar por 2 min.
- Seque o precipitado com metanol mais duas vezes, passando o vácuo após cada lavagem. Durante a última fase de secagem, coloque uma rolha de borracha grande no funil de Büchner e deixe o vácuo funcionar por 5 min. Em seguida, feche o aspirador e desconecte o tubo de vácuo.
- Remova a rolha grande e deixe o cobre secar ao ar por 30 min.
- Rotular um copo vazio como «resíduos orgânicos» e deitar o líquido do frasco filtrante no recipiente para os resíduos orgânicos.
- Tara um prato de pesagem vazio e transfere o máximo possível de cobre do papel de filtro para ele. Pese o cobre e registre sua massa.
- Limpe o exercício de laboratório. Descarte o lixo orgânico e o excesso de metanol no recipiente de lixo orgânico. Teste o resíduo aquoso com papel de pH e neutralize-o com ácido cítrico para pH altamente básico ou bicarbonato de sódio para pH ácido.
- Descarte o líquido sobrenadante no recipiente de resíduos do tambor de metal pesado, pois ele contém zinco. O ácido sulfúrico e o ácido clorídrico não utilizados devem ser neutralizados com bicarbonato de sódio e depois lavados com bastante água na pia.
Resultados
- Determine se o produto é puro. Espalhe um pouco do produto em um dessecante indicador para testar a presença de metanol. O dessecante mudará de azul para turquesa se houver metanol
  .
- Coloque algumas gotas de HCl 6 M no produto para ver se ele reage com qualquer NaOH que possa ter sobrado. Se o NaOH estiver presente, você verá bolhas.
- Se o produto for de cobre, deve se parecer com grânulos vermelho-escuros. Se o produto for preto, você não conseguiu fazer cobre e, em vez disso, fez óxido de cobre.
- Calcule o rendimento percentual usando a massa inicial e final de cobre. O rendimento percentual é a razão entre o rendimento real, neste caso, a massa final de cobre, e o rendimento teórico, ou a massa inicial do cobre, multiplicada por 100. É impossível obter um rendimento percentual superior a 100. Se isso ocorrer, houve um erro no cálculo - ou o produto ainda estava molhado - o que adicionou mais peso.