laboratorio N° 7 de inorganica

7/29/2019 laboratorio N 7 de inorganica

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PRACTICA N 7: Hidrgeno: Obtencin y propiedades.

I. Objetivos.Tras el desarrollo de la prctica de laboratorio, debemos estar en la capacidad de producir

hidrgeno, por medio de reacciones (metales alcalinos y alcalinos trreos con el agua,

metales con cidos inorgnicos, etc.)II. Tarea previa.

1. El alumno debe investigar otras propiedades fsicas y qumicas del hidrgeno.Propiedades qumicas:

- Masa atmica media: 1,00794 uma.

- Valencia: +1, -1

- El hidrgeno reacciona con muchos no metales. Combina con el nitrgeno en

presencia de un catalizador para formar amonaco NH3, con el azufre para formar

sulfuro de hidrgeno H2S, con el cloro para formar cloruro de hidrgeno HCl, y

con el oxgeno para formar agua H2O. Cuando el hidrgeno se mezcla con el aire o

el oxgeno y se enciende, la mezcla hace explosin. El hidrgeno tambin combinacon los metales ms activos, como sodio, litio y calcio, para formar hidruros (NaH,

LiH y CaH2). Acta como un agente reductor sobre xidos metlicos, tal como

xido de cobre, quitando el oxgeno y dejando el metal en estado libre. El

hidrgeno reacciona con compuestos orgnicos no saturados para formar los

compuestos saturados correspondientes.

Propiedades fsicas:

- Descripcin: Ligero, inodoro, incoloro e inspido.

- Estado a Temperatura (20C) y Presin (1atm): Gas

- Densidad a 20 C: 0,08987 g/litro

- Punto de fusin: -259,19 C- Punto ebullicin: -252,72 C

2. El alumno estudiar e investigar sobre la reactividad, toxicidad e inflamabilidad delhidrgeno.

Reactividad

- Productos de descomposicin: Se produce agua cuando el hidrgeno arde en

presencia de aire.

- Polimerizacin peligrosa: Ninguna

Inflamabilidad

- El gas hidrgeno quema con una llama celeste, casi invisible. Tambin se enciende

fcilmente con poca fuerza de ignicin. El hidrgeno es ms ligero que el aire y sepuede acumular en las partes altas de lugares encerrados. La presin en el cilindro

puede aumentar debido a calentamiento y romperse, si los dispositivos de

descarga de presin llegaran a fallar.

Toxicidad

- Asfixiante simple. Altas concentraciones de este gas pueden causar una atmsfera

deficiente en oxgeno causando en individuos dolor de cabeza, zumbido en los


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odos, mareos, somnolencia, inconsciencia, nausea, vmitos y depresin de todos

los sentidos. La piel de la vctima puede adquirir una coloracin azulada. En

concentraciones inferiores de O2 (


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Toxicidad: Lquido aceitoso incoloro. Corrosivo e higroscpico. Reacciona con el agua.

Puede ocasionar daos en riones y pulmones, en ocasiones ocasionando la muerte.

Peligro de cncer. Puede ser fatal si se inhala.

CuSO4

Reactividad: Cuando es calentado hasta descomposicin, emite vapores txicos dexido de azufre.

Toxicidad: Causa irritacin en el tracto respiratorios y digestivo, pudiendo resultar en

ulceraciones y/o perforaciones del mismo.

NaOH

Reactividad: Es sensible a la humedad o exposicin excesiva al aire.

Toxicidad: Corrosivo. Higroscpico. Reacciona con agua cidos y otros materiales.

Causa quemaduras a piel y ojos. Puede ocasionar irritacin severa de tracto

respiratorio y digestivo con posibles quemaduras. En casos crnicos puede producir

cncer en el esfago y dermatitis por contacto prolongado con la piel.

KMnO4

Reactividad y toxicidad: El permanganato de potasio es un slido cristalino prpura,

soluble en agua. Es no inflamable, sin embargo acelera la combustin de materiales

inflamables y si este material se encuentra dividido finamente, puede producirse una

explosin.

Es utilizado como reactivo en qumica orgnica, inorgnica y analtica; como

blanqueador de resinas, ceras, grasas, aceites, algodn y seda; en teido de lana y

telas impresas; en el lavado de dixido de carbono utilizado en fotografa y en

purificacin de agua.

Se obtiene por oxidacin electroltica de mineral de manganeso.

4. El alumno realizar un resumen esquemtico del trabajo experimental que va arealizar en el laboratorio.


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III. Desarrollo experimental.1. Experimento N1: Obtencin de hidrgeno a partir de las reacciones de los metales

con el agua.

a. Observaciones:- Sodio (Na) es plateado, y con el agua ocurre reaccin violenta.

- Sodio con fenolftalena se forma un rojo grosella.

- Potasio (K) es plateado, y con un agua se produce una reaccin violenta ms fuego

- Potasio con fenolftalena se forma un rojo grosella.

Se harn reaccionar

metales con agua:

(sodio calcio)+ Agua

Se harn reaccionar

cidos fuertes con

metales

Se harn reaccionar

soluciones alcalinas

con metales

El hidrgeno obtenido

se utilizara para ver su

carcter de agente

reductor

Se observar cmo

reacciona el hidrgeno

obtenido ante un

cerillo encendido, para

determinar si el

hidrogeno es un

combustible o no

Se comparar la

densidad del

hidrgeno con la del

aire, con ayuda de la

propiedad de

inflamabilidad del

hidrgeno

En cada una de estas

reacciones se obtendr

hidrgeno gaseoso

Experimento 1 Experimento 4 Experimento 2

Experimento 3


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- El calcio (Ca) ms agua se produce una reaccin violenta. Los productos son el Ca

(OH).Y el Ca (OH) ms H2 se tiene una reaccin exotrmica. Y estos forman

precipitados los xidos blancos de CaO.

- Y tambin el CaOH + HCl se forma el CaCl (solucin incolora).

b. Reacciones qumicas:2Na + 2H2O 2Na(OH) + H22K + 2H2O 2K(OH) + H2

Ca + 2H2O Ca(OH)2 +H2Ca(OH)2 + HCl CaCl2 + H2O

c. Conclusiones:- Se vieron reacciones exotrmicas al reaccionar el sodio, potasio y calcio, ya que los

alcalinos y los alcalinos trreos se caracterizan por ser muy activos al reaccionar

con el agua, y en cada una de estas se liberaba hidrgeno.

- El color de la solucin se tornaba color rojo grosella al adicionar la fenolftalena, ya

que el medio de la solucin era bsico, debido a la formacin de hidrxidos de

sodio, potasio y calcio, producto de haber reaccionado el sodio, potasio y calciocon el agua.

- Se formo un inhibidor, el CaCl2, producto de reaccionar el HCl con Ca(OH)2.

2. Experimento N2: Reacciones de los metales con cidos inorgnicos.a. Observaciones:a.1. Zinc metlico con cidos diluidos.

- Ante el contacto del Zn con el cido sulfrico 3M, se comienzan a desprender

burbujas, predecimos que producto de esta reaccin se obtiene hidrgeno; el

burbujeo dentro del tubo es rpido y no se presenta variacin de color alguno

(lquido incoloro, gas incoloro).

- Como en el caso anterior al hacer contacto el Zinc con el cido clorhdrico 6 M,

comienzan a desprenderse burbujas, se predice que es hidrgeno el gas emitido

en esta reaccin; el burbujeo que se presenta en el interior del tubo es de

velocidad media, no se presenta algn cambio de color (lquido incoloro y gas

incoloro).

- Al momento de hacer contacto el zinc con el cido ntrico 6M, comienza a

desprenderse burbujas de manera rpida, el lquido permanece incoloro; y tras un

corto tiempo se comienzan a observar una coloracin naranja entre el gas que se

desprende del tubo, luego de esta observacin se percibe un olor fuerte, parecidoa leja; se desconoce que gas pueda ser, adems no se pudo distinguir si el

hidrgeno se produjo junto con este gas naranja.

a.2. Accin de los cidos fuertes sobre los metales.

Se observan el grado de actividad de las reacciones, y estas se escriben en el siguiente

cuadro:


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HCl 6M HNO3 6M H2SO4 6M

Aluminio Inactivo Inactivo Inactivo

Cobre Inactivo Lenta Lento

Magnesio Muy activa Muy activo Muy activo

Estao Inactiva Moderado Lento

Zinc Moderado Activo ModeradoHierro Activo Moderado Activo

b. Reacciones qumicas:c. Conclusiones:

3. Experimento N3: Preparacin y estudio de las propiedades del hidrgeno gaseoso.a. Observaciones:- La reaccin de HCl y granallas de Zn fue espontnea y rpida, con liberacin de un

gas.

- Al recolectar el gas liberado en el sistema utilizado, el gas desplaza al agua que

haba dentro del tubo.

- En el procedimiento a) en un solucin cida de KMnO4 + H2SO4 que le agregamos

granallas de Zn reacciono y cambio a incoloro, en un reaccin exotrmica y

liberando gas.

- Al otro tubo que tiene la misma solucin cida le inyectamos gas, tambin cambio

a incoloro.

- El gas obtenido del primer sistema en un tubo pequeo, le acercamos un cerillo

encendido, lo hace combustionar a este.

- Este dicho gas aparentemente es menos denso que el aire, ya que al juntar dos

tubos; uno con aire y el otro con dicho gas.

b. Reacciones QumicasHCl + Zn H2 +ZnCl2

2KMnO4+ 6H2SO4 +5 Zn2MnO2 + 6H2O + K2SO4 +5ZnSO4

2KMnO4+ H2SO4 +H2 2MnO2 + 2H2O + K2SO4

c. Conclusiones- El gas obtenido cuando se recoleta en la reaccin de HCl con las granallas de Zn es

el hidrogeno gaseoso.

- El gas hidrogeno acta como agente reductor ya que reduce al manganeso en la

solucin cida.- El gas hidrogeno es comburente, ya que al acercar un cerillo a este, el cerillo

combustiona.

4. Experimento N4: Gas obtenido por accin del H2SO4 de diferentes concentracionessobre Zn (s).

a. Objetivo especifico:- Averiguar el gas que obtenemos en la reaccin de H2SO4 y Zn(s).


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- Como debido a la influencia de la molaridad en el acido sulfrico es que se da la

reaccin con el Zn(s).

b. Observaciones:- todos los tubos se observan desprendimiento de gas.

- En el 1er tubo se desprende gas de color blanco que sera el H2 pero en poca

cantidad por lo que ocurre una reaccin lenta.- En el 2do tubo se desprende gas blanquecino que sera el H2.

- En el 3ro tubo se desprende gas blanquecino que sera el H2.

- En el 4to tubo se desprende gas de color blanco que sera el H2 ocurre una

reaccin violenta donde se consume rpido el Zn

c. Reacciones qumicas:- 1er tubo: H2SO4(ac) 3M

H2SO4(ac) + Zn(s) Zn(SO)4 + H2

- 2do tubo: H2SO4(ac) 6M


- 3er tubo: H2SO4(ac) 9M


- 1er tubo: H2SO4(ac) 12M


d. Grfico:


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e. Conclusiones:- Se verific la presencia de reaccin entre el H2SO4(ac) a diferentes concentraciones

y el zinc metlico siendo la reaccin producida ms notable entre el H2SO4(ac) 12M

y el zinc y la ms lenta entre el H2SO4(ac) 3M y el zinc metlico

- Por lo que la reaccin se da cuando hay mayor cantidad de iones sulfato e iones

hidrgeno.

IV. Cuestionario.1. Describe las propiedades fsicas y qumicas del hidrgeno.

Propiedades qumicas:

- Masa atmica media: 1,00794 uma

- Valencia: +1, -1

- El hidrgeno reacciona con muchos no metales. Combina con el nitrgeno en

presencia de un catalizador para formar amonaco NH3, con el azufre para formar

sulfuro de hidrgeno H2S, con el cloro para formar cloruro de hidrgeno HCl, y

con el oxgeno para formar agua H2O. Cuando el hidrgeno se mezcla con el aire oel oxgeno y se enciende, la mezcla hace explosin. El hidrgeno tambin combina

con los metales ms activos, como sodio, litio y calcio, para formar hidruros (NaH,

LiH y CaH2). Acta como un agente reductor sobre xidos metlicos, tal como

xido de cobre, quitando el oxgeno y dejando el metal en estado libre. El

hidrgeno reacciona con compuestos orgnicos no saturados para formar los

compuestos saturados correspondientes.

Propiedades fsicas:

- Descripcin: Ligero, inodoro, incoloro e inspido.

- Estado a Temperatura (20C) y Presin (1atm): Gas

- Densidad a 20 C: 0,08987 g/litro

- Punto de fusin: -259,19 C

- Punto ebullicin: -252,72 C

2. Enumera las principales aplicaciones del hidrgeno, en la industria, investigacin,bioqumica, medicina, etc.

El hidrgeno es un compuesto de gran inters para la industria qumica, participandoen reacciones de adicin en procesos de hidrogenacin o como agente reductor enprocesos de reduccin. A continuacin se citan algunos de los procesos msimportantes en los que participa:

1. Sntesis de amoniaco: El amoniaco se obtiene por la reaccin cataltica entrenitrgeno e hidrgeno.

N2 + 3H2 2NH32. Procesos de Refinera: Los procesos de hidrogenacin en refinera tienen como

objetivo principal la obtencin de fracciones ligeras de crudo a partir de fraccionespesadas, aumentando su contenido en hidrgeno y disminuyendo su pesomolecular. De forma simultnea pueden eliminarse elementos indeseados comoazufre, nitrgeno y metales.


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3. Tratamiento de carbn: Mediante el tratamiento de carbn en presencia dehidrgeno, en diferentes condiciones de presin, temperatura, pueden obtenerseproductos lquidos y/o gaseosos mediante diferentes procesos (hidrogenacin,hidropirlisis, y gasificacin hidrogenante).

4. Aprovechamiento del Gas de Sntesis: La produccin de hidrgeno a partir dehidrocarburos conduce a una mezcla de gases formada principalmente porhidrgeno y monxido de carbono. Esta mezcla de gases se denomina Gas deSntesis debido a su empleo en procesos de sntesis de productos qumicosespeciales, como por ejemplo la sntesis de metanol, sntesis Fisher-Tropsch,hidroformilacin de olefinas (sntesis oxo) y sntesis de metano y etileno, entreotras.

5. Sntesis orgnica: En qumica orgnica el hidrgeno participa en un gran nmerode procesos de hidrogenacin o reduccin para la obtencin de productosqumicos e intermedios.

6. Sntesis inorgnica: El hidrgeno es imprescindible en procesos de importanciacomercial como por ejemplo la produccin de cido clorhdrico, perxido dehidrgeno, hidroxilaminas, etc.

7. Combustible aeroespacial: Adems de servir como suministro de energapara los ordenadores y sistemas de soporte en el espacio, obteniendo aguacomo subproducto.

8. Llamas de alta temperatura: La combustin de una mezcla estequiomtricade hidrgeno y oxgeno conduce a temperaturas de llama comprendidasentre 3000 y 3500 K, las cuales pueden ser usadas para corte y soldaduraen la industria del metal, crecimiento de cristales sintticos, produccin decuarzo, etc.

9. Plasma de hidrgeno: El elevado contenido calorfico de un plasma dehidrgeno puede ser utilizado en algunos procesos de produccin.

10.Procesamiento de metales : Es habitual aadir diferentes proporciones dehidrgeno a las corrientes gaseosas empleadas en diferentes procesos decorte y soldadura, tratamientos superficiales (atomizacin) y tratamientosen atmsferas especiales (templado, sinterizacin, fusin, flotacin devidrio, etc.).

11.Produccin de semiconductores: Para producir semiconductores dopadosse depositan en una matriz de silicio cantidades traza de elementos (Si, As,Ge, etc.), en forma de hidruros, mezclados con una corriente de hidrgenode elevada pureza.

12.Tratamiento de agua : Los contenidos demasiado elevados de nitratos enaguas potables pueden ser reducidos por desnitrificacin en birreactores,

en los que las bacterias emplean el hidrgeno como fuente de energa.3. Se dispone de tres recipientes A, B y C; uno de ellos contiene aire, otro oxgeno y el

ltimo hidrgeno. Cmo identificara el gas contenido en cada recipiente?

- Para reconocer hidrogeno corresponde acercar a al tubo donde se est

produciendo este gas un cerillo encendido; al tomar contacto con el hidrgeno

ocurre una explosin muy pequea que aviva la llama del fuego.


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- Para reconocer el oxigeno el mtodo se basara en acercar a al tubo donde est el

gas una pajuela encendida con llama, y entonces la llama se avivar al instante,

para reconocer el aire nos es ms sencillo, ya que el fuego se mantendr con la

misma radiacin.

4. Completa la tabla, indicando la reactividad de los metales estudiados frente a losrespectivos cidos.

Metal Cobre Hierro Magnesio Zinccido

HCl dil. Inactivo Activo Muy activo Moderado

HCl conc. Inactivo Activo Muy activo Moderado

HNO3dil. Lento Moderado Muy activo Moderado

HNO3 conc. Lento Moderado Muy activo ActivoH2SO4 dil. Lento Moderado Activo Moderado

H2SO4 conc. Lento Activo Muy activo Moderado

5. Completa la tabla, escribiendo las propiedades de cada gas obtenido en la reaccincon el cido:

Gas obtenido Color Olor Solubilidad en agua Combustible

H2 Incoloro Inodoro insoluble Inflamable

SO2 Incoloro Inodoro No soluble No inflamable

NO Incoloro Inodoro Poco soluble No inflamable

NO2 Pardo Txico Poco soluble No inflamable

Cl2 Amarillo verdoso Txico Poco soluble No inflamable

V. Bibliografa.

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