Practica-quimica-3-la-buena.docx

Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (ESIME)

Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica (ICE)

Laboratorio de Química Básica Grupo: 1CM4

Semestre: 1°

Profesor: Antonio Hernández Espejel Integrantes: Alejandro Yair Badillo Sandoval Martin Eduardo Tolentino Valencia Edgar Osvaldo León Cruz Owen Ricardo Cabrera Monroy Practica N°3 OXIDACIÓN-REDUCCIÓN Fecha de elaboración: 26/09/2018 Fecha de entrega: 10/10/2018

Objetivo: El alumno conocera un proceso de oxidación-reducción. Consideraciones teóricas: Reacciones de oxidación reducción (redox) Las reaccioens de oxidación-reducción, o reacciones redoz, se consideran como reacciones de transferencia de electrones: Las reacciones de oxidación reducción forman una gran parte del mundo que nos rodea. Este tipo de reacciones abarcan desde la combustión de combustibles fósiles, hasta la acción de los blanqueadores domesticos.Asimismo la mayoria de los elementos metalicos y no metalicos se obtienen a partir de sus minerales por procesos de oxidación o de reducción. Muchas reacciones redox importantes se llevan a cabo en agua, pero esto no quiere decir que todas las reacciones de oxidación.reducción sucedan en medio acuoso. Como ejemplo se puede tomar la formacion de oxido de calcio (CaO) a partir del calcio y el oxigeno: 2CA(s) +O2(g) →2CaO(s) El oxido de calcio (CaO) es un compuesto ionico formado por iones Ca2+ y O2.En esta reaccion, dos atomos de Ca ceden o transfieren cuatro electrones a dos atomos de oxigeno (O). Por conveniencia este proceso se visualiza como dos etapas, una implica la perdida de cuatro electrones por los dos atomos de calcio y la otra, la ganancia de los cuatro electrones por una molecula de O2. 2Ca→2Ca2+ + 4 eO2 +4e- → 2O2Cada una de estas etapas se denomina semirreacción, y explicitamente muestra los electrones que sontransferidos durante la reaaccion de oxidación-reducción. La suma de las semirreaciones produce la reacción global: 2Ca +O2 +4e- →2Ca2+ + 2O2- + 4ePor convenio no se muestran las cargas en la formula de un compuesto ionico, por lo que el oxido de calcio normalmente se representa como CaO y no como Ca2+O2-. El termino reaccion de oxidación se refiere a la semirreacción que implica la perdida de electrones.Antiguamente los quimicos empleaban el termino de oxidación para expresar la combinacion de elementos con el oxigeno. Sin embargo actualmente tiene un significado mas amplio ya que tambien incluye reacciones en las que no participa el oxigeno. Una reaccion de reducción es una semirreacción que implica una ganancia de electrones.En la formacion del oxido de calcio, el calcio se oxida. Se dice que actua como agente reductor porque dona electrones al oxigeno y hace que se reduzca. El oxigeno se reduce y actua como un agente oxidante porque acepta electrones del calcio y hace que este se oxide. Se debe observar que la magnitud de la oxidacion en una

reaccion redox debe ser igual a la magnitud de la reducción, es decir el numero de electrones que pierde un agente reductor debe ser igual al numero de electrones que gana el agente oxidante. El proceso de transferencia de electrones es mas notorio en unas reacciones redox que en otras. Cuando se agrega zinc metalico a una disolucion que contiene sulfato de cobre (II) el zinc reduce al Cu2+ al donarle dos electrones. Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu En el proceso, la disolucion pierde el color azul que denota la presencia de iones CU2+ hidratados. Las semirreacciones de oxidación y reducción en este caso serian: Zn → Zn2+ + 2eCu2+ + 2e- →Cu Número de oxidación: Las definiciones de oxidacion y reduccion en terminos de perdida y ganancia de electrones se aplican a la formacion de compuestos ionicos como el CaO y a la reduccion de iones Cu2+ por el zinc. Sin embargo estas definicione no se aplican a la formacion del cloruro de hidrogeno (HCL). Como el HCL no es un compuesto ionico sino un compuesto molecular no se transfieren electrones durante la formacion de estos compuestos, lo que si sucede en el caso del CaO. No obstante los quimicos tratan estas reaccioens como si fuesen reacciones redox porque experimentalmente se observa que hay una transferencia parcial de electrones del H al Cl. Para tener un seguimiento de los electrones en las reaccioens redox es conveniente asignar numeros de oxidacion a los reactivos y productos. El número de oxidación de un atomo tambien llamado estado de oxidación significa el numero de cargas que tendria un atomo en una molecula (o en un compuesto ionico) si los electrones fueran transferidos completamente. Los numeros de oxidación permiten identificar a simple vista los elementos que se han oxidado y los que se han reducido. Los elementos que muestran un aumento en el numero de oxidacion se han oxidado. En el caso de los elementos que se reducen los numeros de oxidacion en el lado de los productos son menores que los de el lado delos reactivos. Los numeros de oxidacion en un compuesto deben sumar cero en total como ejemplo podemos observar el caso del Hcl, los cuales tienen como numero de oxidacion +1 y -1, al sumar estos dos numeros obtenemso cero, otro ejemplo es el del SO2 en el caso del azufre el número de oxidación es +4 y el del oxigeno es -2, pero como tenemos dos moleculas de oxigeno tenemos (-2*2 = -4) y al sumar -4+4 obtenemos como resultado el cero, la razon de esto es que las moleculas de HCL y de So2 son neutras y por lo tanto se deben cancelar las cargas. A continuación se enlistan unas reglas para asignar el número de oxidación:

1- En los elementos libres (es decir, en estado no combinado) cada atomo tiene un numero de oxidacion de cero.Asi cada atomo en H2 Br 2 Na,Be,K, O 2, P 4 tiene el mismo numero de oxidación: cero. 2- Para los iones constituidos por un solo atomo (es decir iones monoatomicos) el numero de oxidacion es igual a la carga del ion. Entonces el ion Li tiene un número de oxidación de +1 el ion Ba2+ +2, el ion Fe3+ +3 y asi sucesivamente. Todos los metales alcalinos tienen un numero de oxdación de +1 y todos los metales alcalinoterreos tienen un numero de oxidacion de +2 en sus compuestos. El aluminio tiene un numero de oxidacion de +3 en todos sus compuestos. 3- El numero de oxidacion del oxigeno es -2 en la mayoria de los cimpuestos (por ejemplo MgO) pero en el peroxido de hidrogeno (H2O2) y en el ion peroxido (O 2) es -1. 2 4- El numero de oxidación del hidrogeno es de +1 excepto cuando esta enlazado con metales en compuestos binarios. En estos casos por ejemplo: LiH, NaH, su numero de oxidación es -1. 5- El fluor tiene un numero de oxidacion de -1 en todos sus compuestos. Los otros halógenos (Cl,Br,I) tienen numeros de oxidacion negativos cuando se encuentran como iones halogenuro en los compuestos.Cuando estan combinados con oxigeno por ejemplo en los oxiacidos y oxianiones tienen numeros de oxidación positivos. 6- En una molecula neutra la suma de los numero de oxidacion de todos los atomos debe ser cero. En un ion poliatomico, la suma de los números de oxidación de todos los elementos debe ser igual a la carga neta del ion. Por ejemplo, en el ion amonioNH4 el numero de oxidación del nitrogeno es de -3 y el del hidrogeno es de +1. Por lo tanto la suma de los números de oxidación es -3 +47(+1)= +1, que es igual a la carga neta del ion. 7- Los numeros de oxidacion no tienen que ser enteros. Por ejemplo el numero de oxidación del O en el ion superoxido O2- es -1/2. Tipos de reacciones redox. Existen cuatro tipos comunes de reacciones redox: las reaccioens de combinacion, reacciones de descomposicion reacciones de desplazamiento y reacciones de desproporcion. Reacciones de combinacion: Una reaccion de combinacion puede representarse como si cualquiera de los reactivos A o B es un elemento, la reaccion es de tipo redoz por naturaleza. Las reacciones de

combinacion son aquellas en las que dos o mas sustancias se combinan para frmar un solo producto. Reacciones de descomposicion: Las reacciondes de descomposicion son lo opuesto a las reacciones de combinacion , concretamente una reaccion de descomposicion es la ruptura de un compuesto en dos o mas compuestos. Reacciones de desplazamiento: En una reaccion de desplazamiento un ion (o atomo) de un compuesto se reemplaza por un ion (o atomo) de otro elemento. La mayoria de las reacciones de desplzamientose agrupan en tres categorias: desplazamiento de hidrogeno, desplazamiento de metal y desplazmiento de halogeno. 1-Desplazamiento de hidrogeno: Todos los metales alcalinos y algunos metales alcalinoterreos que son lso mas reactivos de los elementos metalicos desplzaran al hidrogeno del agua fria. 2- Desplazamiento de metal : Un metal de un compuesto tambien puede ser desplazado por otro metal en forma libre. 3- Desplazamiento de halogeno: el comportamiento de los halogenos en las reacciones de desplazamioento de halogenos se puede resumir de la siguiente manera. F2 > Cl2 > Br2 > I2. La fuerza de estos elementos como agentes oxidantes disminuye conforme se avanza del fluor al yodo, asi el fluor molecular puede remplazar a los iones bromuro cloruro y yoduro. Reaccion de desproporcion La reaccion de desproporcion (o de dismutacion) es un tipo especial de reaccion desproporcion redox. En una reaccion de desproporcion un mismo elemento en un estado de oxidacion se oxida y se reduce al mismo tiempo. En una reaccion de desproporcion un reactivo siempre contiene un elemento que puede tener por lo menos tres estados de oxidación. El elemento mismo esta en un estado de oxidacion intermedio, es decir pueden existir estados de oxidacion superior e inferior para el mismo elemento. Esta reaccion describe la formacion de los agentes blanqueadores caseros. El ion hipoclorato (CIO) es el que oxida las sustancias coloridas en las manchas convirtiendolas en compuestos incoloros. Era importante mensionar todo lo anterior, ya que durante la practica se observara una reaccion de oxidación-reducción por lo tanto es necesario saber que es una reaccion redox, asi como es necesario saber como asignar los números de oxidacion ya que el uso de estos es necesario para observar que elementos se oxidan y cuales se reducen en una reaccion.

Material

Reactivos

2 vasos de precipitados de 100cm3

NaHCO3 solucion al 25% de peso H2SO4 solucion al 5% volumen Cu en polvo Zn en polvo HNO3 concentrado

1 Embudo 1 triangulo de porcelana Papel filtro 2 Probetas de 100ml 1 Pipeta graduada 2 Espatulas 1 Anillo de fierro Procedimiento:

1- Se colocan de 0.1 a 0.2 gramos de cobre en un vaso de precipitados de 10Cm3 de acido nitrico. Realizar esta operacion en la campana de extracción.

2-Agregar 25cm3 de solucion de bicarbonato de sodio al 25% en peso hasta la formacion de un precipitado de color azul. 3- Se procede a filtrar la solucion anterior, conservando el precipitado y desechando la solucion. 4- Al precipitado se le agregan 20cm3 de solucion de acido sulfurico al 5% en volumen, hasta que reaccione y se recibe en un vaso de 100cm3. 5- A la solucion obtenida se le agregan de 0.1 a 0.2 gramos de Zinc en polvo y se agita continuamente hasta la formacion de un precipitado de color rojo ladrillo o cafe.

Reacciones: a) Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O b) Cu(NO3)2 + NaHCO3 → CuCO3 + CO2 + NaNO3 +H2O c) CuCO2 + H2SO4 → CuSO4 + CO2 + H2O d) CuSO4 + Zn → Cu + ZnSO4 Cuestionario 1- Balancear por el metodo redox la reacción del inciso a. Cu0 + H1N5O32- → Cu2+(N5O2-3)2 + N2+O2- H1+ O22Cu0 →Cu+2 + 2e- se oxido Agente reductor N5+ - 3e- → N2+ se redujo, agente oxidante. Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO + 2H2O 2- Balancear la reaccion del inciso b Cu(NO3)2 + 2NaHCO3 → CuCO3 + CO2 + 2NaNO3 +H2O 3- De las reacciones a y d, indicar los elementos que se oxidan y los que se reducen R= En la reaccion a el cobre se oxido mientras que el nitrogeno se redujo. Y en la reaccion de el zinc se redujo, ya que paso de Zn0 a Zn2 y el cobre se redujo, ya que paso de Cu2+ a Cu0 4- Indicar los agentes oxidantes y reductores de las reacciones a y d. R= en la reacción a el cobre es el agente reductor, mientras que el nitrogeno es el agente oxidante. Y en la reaccion d, el agente reductor es el zinc mientras que el cobre se convierte en el agente oxidante. 5- ¿A que sustancia corresponde el precipitado de color rojo o cafe obtenido en el punto 5? R= Sulfato de zinc e hidrogeno

Conclusiones. Alejandro Yair Badillo Sandoval Con el desarrollo de esta practica fue posible observar como mediante las reacciones de oxido reduccion es posible volver a obtener un reactivo que se uso al principio de una serie de reacciones, como en este caso se uso el cobre como reactivo de una reaccion redox combinandose asi con otros elementos, se aplicaron otras dos reacciones quimicas y finalmente mediante otra reaccion de oxidacion-reducción se pudo obtener nuevamente el cobre. Esto es un ejemplo de lo que se mencionaba en el marco teorico, gracias a las reacciones redox es posible obtener un elemento especifico de un compuesto quimico.

Cabrera Monroy Owen Ricardo

Mediante esta practica fue posible determinar como cambian las sustancias con base a las reacciones de oxido reducción y asi obtener un reactivo distinto al principal como en el caso del cobre al combinarse con otros elementos mediante la reacción de redox. Con otros elementos puede ser el mismo procedimiento pero el resultado va a ser distinto ya que con el cobre logramos regresar al mismo punto de partida pero pasando por propiedades diferentes. Es algo parecido con los compuestos químicos que se mencionan en el marco teorico pero esta vez lo pudimos comprobar de manera practica.

Tolentino Valencia Martin Eduardo En el transcurso de esta practica pudimos conocer mas a fondo el procedimiento de oxido-reduccion (redox) que esta basado en un proceso de reducción (un elemento capta electrones y reduce su estado de oxidación) y un proceso de oxidación (un elemento libera electrones y aumenta su estado de oxidación).El procedimiento que hicimos fue con el cobre lo que logramos conocer es que todo elemento tiene su propio estado de oxidacion de diferente manera, el procedimiento puede ser el mismo pero el resultado dependera del compuesto con que uno este trabajando como lo podiamos ver en la teoria, pero ahora lo comprovamos de manera fisica. Edgar Osvaldo León Cruz Con esta practica pude comprender y conocer el el método de oxido-reduccion donde aprecie cuales elementos tienen mas electrones que otros,pude darme cuenta de que el cobre en polvo con otra sustancia cabio sus propiedades a un color azul cielo turquesa logrando quedar en el papel filtro solo la solución mas densa y el resto de la solución liquida se disolvió con zinc en polvo formándose de un tono color café,lo mas interesante para mi fue como se pudo regresar esa solución a su estado anterior como si nada hubiese pasado, fue una practica muy didáctica junto con mis compañeros de trabajo ya que si es muy similar la teoría que se llevo a cabo en el aula con la practica lo cual fue muy satisfactorio.

Bibliografía •

Química 1, Enfoque en competencias, María de Lourdes García Becerril, Mc Graw Hill. México, Edo. De México, 1996, Pag. 112, 113, 114, 115, 116 y 117

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Fundamentos de química, Ralph A. Burns, Pearson Educación, 2003, 745 paginas

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Principios de química: los caminos del descubrimiento, Peter William Atkins, Loretta Jones, Ed. Médica Panamericana, 2006, 990 paginas

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Quimica 1 (SEP), Ediciones Umbral