Colégio Paulo VI
Síntese de um sal
simples
- Sulfato de cobre (II) pentaidratado
Técnicas Laboratoriais de Química II
Ana Filipa Sousa nº2 11ºA
Novembro 2002
2
ÍNDICE
Nomenclatura
4
1.
Introdução
5
2.
Teoria e Método
6
3.
Material
10
4.
Produtos/Reagentes
11
5.
Procedimento Experimental
12
6.
Dados Experimentais / Observações
13
7.
Equação Química
14
8.
Cálculos / Resultados
15
9.
Crítica
19
10. Conclusões e Recomendações
20
11. Bibliografia
21
3
NOMENCLATURA
Símbolo
Significado
η
Rendimento
ρ
m
mp
mt
V
Vp
Vt
n
np
nt
M
Densidade
Massa
Massa prática
Massa teórica
Volume
Volume prático
Volume teórico
Quantidade
Quantidade prática
Quantidade teórica
Massa molar
Unidade utilizada
(resultado expresso em
percentagem)
g cm-3
g
g
g
dm3
dm3
dm3
mol
mol
mol
g mol-1
4
1. INTRODUÇÃO
Este trabalho teve como objectivo a síntese de um sal simples, sulfato de cobre, através da reacção
entre ácido sulfúrico e óxido de cobre, bem como a determinação do rendimento dessa reacção.
5
2. TEORIA E MÉTODO
2.1. REACÇÕES QUÍMICAS
2.1.1. REACÇÕES DE SÍNTESE
Uma reacção química é um fenómeno no qual há quebra de ligações químicas nos reagentes e
formação de outras ligações, dando origem a novas espécies (produtos da reacção).
Quanto à natureza da reacção, estas podem ser classificadas como reacções de decomposição e de
síntese. Neste relatório, vão ser apenas referidas as reacções de síntese, pois é objectivo deste trabalho a
síntese de um sal.
Designam-se por reacções de síntese aquelas em duas substâncias se combinam, dando origem a
novas substâncias.
As reacções de síntese podem classificar-se como de síntese total ou de síntese parcial. A síntese é
total quando todos os reagentes são substâncias elementares.
Exemplo:
2H2 (g) + O2 (g) Æ 2H2O (g)
Se os reagentes são substâncias elementares e compostas, ou só compostas, a síntese é parcial.
Exemplo:
PCl3 (g) + Cl2 (g) Æ PCl5 (g)
CaO (s) +H2O (l) Æ Ca(HO)2 (aq)
2.1.2. RENDIMENTO DE UMA REACÇÃO QUÍMICA
Quer na indústria, quer no laboratório há necessidade de prever a quantidade de matérias-primas a
utilizar, bem como a quantidade de produtos que é possível obter. Para dar resposta a estas questões, é
necessário fazer o estudo qualitativo e quantitativo das reacções químicas.
Na sua maioria, a quantidade de produtos obtidos na prática é inferior à quantidade prevista
teoricamente. Tal acontece porque a maioria das reacções são incompletas, porque os reagentes contêm
impurezas ou participam simultaneamente em reacções secundárias originando subprodutos indesejáveis, ou
não estão nas proporções adequadas.
Torna-se, por isso, indispensável definir rendimento de uma reacção química.
O rendimento de uma reacção química é a relação entre a quantidade de substância obtida na prática,
np, e a quantidade de substância prevista teoricamente, nt, expressa em percentagem.
η=
Se a relação é entre massas:
η=
Tomando o volume como base:
η=
np
nt
mp
mt
Vp
Vt
× 100
× 100
× 100
2.2. SÍNTESE DE COMPOSTOS INORGÂNICOS
2.2.1. SAIS
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Os sais podem obter-se por síntese, destacando-se:
Æ Reacção entre um ácido e uma base
Exemplo:
H2SO4 (aq) + Mg(HO)2 (aq) Æ MgSO4 (aq) + 2H2O (l)
Æ Reacção entre um ácido e um metal
Exemplo:
2HNO3 (aq) + Fe (s) Æ Fe(NO3)2 (aq) + H2 (g)
Æ Reacção entre um ácido e um óxido metálico
Exemplo:
H2S (aq) + Na2O (s) Æ Na2S (aq) + H2O (l)
O nome do sal está relacionado com o nome do ácido que lhe dá origem e do ião metálico que entra
na sua constituição.
NOME DO ÁCIDO
NOME DO SAL
Terminado em ídrico
Terminado em eto
Terminado em oso
Terminado em ito
Terminado em ico
Terminado em ato
Podem-se referir três tipos de sais, consoante o número e o tipo de iões que os constituem: sais
simples, sais duplos e sais complexos. Neste relatório vão ser apenas referidos os sais simples, pois o
objectivo desta experiência é a síntese de um sal simples.
Existem também sais hidratados, que são sais cristalizados em cuja formação há a combinação destes
com moléculas de água.
Ð SAIS SIMPLES
Designam-se por sais simples os que são formados por um único tipo de catião e um único tipo de
anião.
Exemplos:
KBr Æ Brometo de potássio
Na3PO4 Æ Fosfato de sódio
Ca(NO3)2 Æ Nitrato de cálcio
FeCl3 Æ Cloreto de ferro (III)
Ð SAIS HIDRATADOS
Quando se formam sais, a maior parte das vezes, o sal cristalizado fica combinado com moléculas de
água, a que se dá o nome de água de cristalização.
Exemplos:
CaSO4 ⋅ ½ H2O Æ Sulfato de cálcio hemiidratado (gesso de Paris)
CaSO4 ⋅ 2H2O Æ Sulfato de cálcio diidratado (gesso)
Na2CO3 ⋅ 10H2O Æ Carbonato de sódio decaidratado (soda de lavar)
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CuSO4 ⋅ 5H2O Æ Sulfato de cobre pentaidratado (vitríolo azul)
Quando uma substância hidratada se coloca num vaso fechado isento de vapor de água, decompõese, originando a respectiva substância química anidra e água, até que a pressão de vapor de água atinja um
determinado valor, que é característico de cada substância, para a temperatura da experiência – tensão de
vapor da substância.
Figura 1 – Sulfato de cobre (II)
hidratado
Figura 2 – Sulfato de cobre (II)
anidro
Para determinar a massa molar dos sais hidratados, há que ter em conta que as moléculas de água
fazem parte integrante da sua composição.
Exemplo:
M(CaCl2 ⋅ 6H2O) = M(Ca) + 2 M(Cl) + 6 M(H2O)
= 40,08 g mol-1 + 2 x 35,45 g mol-1 + 6 x 18,00 g mol-1
= 218,98 g mol-1
2.3. PROCESSOS UTILIZADOS NA SÍNTESE DO SULFATO DE COBRE PENTAIDRATADO E NA
FORMAÇÃO DE CRISTAIS
2.3.1. DECANTAÇÃO
A decantação é um processo que permite separar misturas heterogéneas de um sólido com um líquido
ou de dois líquidos não miscíveis. Fundamenta-se nas diferentes densidades dos componentes da mistura.
Mistura de sólido com líquido – Deixa-se repousar a mistura de modo a
que todo o sólido se deposite no fundo, após o que se transfere o líquido
lentamente para outro recipiente.
Å Figura 3 – Decantação sólido/líquido
(água/areia)
Figura 4 – Decantação líquido/líquido
(água/azeite) Æ
Mistura de líquido com líquido – Coloca-se a mistura numa
ampola de decantação, aguarda-se que as duas fases fiquem
perfeitamente separadas, destapa-se, e, com cuidado, abre-se a
torneira da ampola. Quando se pretende obter o líquido mais denso,
deve controlar-se a passagem, de modo a que ainda fique uma
pequena porção do líquido mais denso dentro da ampola de
8
decantação. Quando se pretende obter o líquido menos denso, deve deixar-se arrastar um pouco deste com
o líquido mais denso.
2.3.2. FILTRAÇÃO
A filtração consiste na separação de um sólido em suspensão nume fase
líquida ou gasosa, utilizando um meio poroso chamado filtro. Os filtros podem ser
de diferentes materiais, tais como papel, tecido, algodão, porcelana ou microfibra
de vidro, estando a sua escolha dependente das características físicas e químicas
da mistura. Também a porosidade do filtro é escolhida de acordo com as
dimensões das partículas a reter (fase sólida).
No laboratório utilizam-se principalmente filtros de papel de forma circular,
que devem ser adaptados a um funil que lhes servirá de suporte.
Figura 5 - Filtração
Normalmente utiliza-se um filtro de papel liso; contudo, quando se
pretende filtrar mais rapidamente, utiliza-se um filtro de pregas, cuja superfície de
filtração é maior.
2.3.3. CRISTALIZAÇÃO / PRECIPITAÇÃO
Esta técnica tem por objectivo a formação de uma fase sólida cristalina a partir de uma solução (fase
líquida) na qual o sólido se encontrava dissolvido.
Se a obtenção do sólido resulta do arrefecimento da solução ou da evaporação do solvente o processo
é físico e tem o nome de cristalização.
Se a formação do sólido é feita por adição de um reagente apropriado, o processo é químico e tem o
nome de precipitação.
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3. MATERIAL
Ð Balança
Ð Cápsula de porcelana
Ð Copos de precipitação
Ð Espátula
Ð Placa de aquecimento
Ð Funil
Ð Papel absorvente
Ð Papel de filtro
Ð Pipeta de Pasteur
Ð Pipeta graduada
Ð Vareta de vidro
Ð Suporte universal com garra e argola para funil
Ð Vidro de relógio
Ð Esguicho
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4. PRODUTOS / REAGENTES
Ð Ácido sulfúrico 6 mol dm-3 (previamente preparado)
Ð Água destilada
Ð Óxido de cobre (II)
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5. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Ð Mediram-se cerca de 2 g de óxido de cobre (II). Registou-se rigorosamente a massa do sólido.
Ð Colocou-se 5 ml de água num copo de precipitação e, com os devidos cuidados, adicionou-se 10 ml
de ácido sulfúrico.
Ð Misturou-se cuidadosamente a solução ácida com o óxido de cobre (II), agitando com a vareta.
Ð Aqueceu-se a mistura até completa dissolução do sólido.
Ð Filtrou-se a solução ainda quente com um filtro de pregas.
Ð Recolheu-se o filtrado numa cápsula de porcelana e acidificou-se com 2 gotas de ácido sulfúrico.
Tapou-se com um papel de filtro.
Ð Deixou-se em repouso até à formação de cristais.
Ð Decantou-se o excesso de líquido e secaram-se os cristais com papel absorvente.
Ð Pesaram-se os cristais obtidos.
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6. DADOS EXPERIMENTAIS / OBSERVAÇÕES
DADOS EXPERIMENTAIS
Da preparação de ácido sulfúrico
Dos reagentes
6 mol dm-3
Dos produtos
H2SO4 concentrado:
- 98% (% m/m)
- 1 L = 1,836 Kg
mCuO = 2,2 g
- M(H2SO4) = 98,08 g mol-1
VH2O = 5 cm3 = 0,005 dm3
= 20,8 g
m
vidro de relógio
m
vidro de relógio + CuSO4 ⋅ 5H2O
VH2SO4= 10 cm3 = 0,010 dm3
H2SO4 diluído (pretendido):
:
1 – 25,4 g
2 – 25,3 g
3 – 25,2 g
- V = 100 ml
- c = 6 mol dm-3
OBSERVAÇÕES
Preparação de ácido sulfúrico 6 mol dm-3
Æ Ao adicionar o ácido sulfúrico concentrado à água, observou-se um grande aquecimento da solução.
Verificou-se assim que a reacção entre o ácido sulfúrico e a água é fortemente exotérmica.
Æ Observou-se uma diminuição do volume da solução ao longo do tempo (a temperatura foi diminuindo),
pelo que se teve de repôr o volume, adicionando água até à marca do balão volumétrico.
Æ A solução não chegou a ficar à temperatura ambiente.
Síntese de sulfato de cobre pentaidratado
Æ Ao misturar a água e o ácido sulfúrico com o óxido de cobre, formou-se uma mistura de cor negra.
Æ Ao aquecer, o óxido de cobre dissolveu-se, libertando vapores e originando uma solução de cor azul.
Æ Depois de filtrar a solução (filtragem relativamente rápida), começou a observar-se a formação de
cristais na cápsula. Também se formaram cristais no funil e no filtro.
Æ Ao longo dos processos para obtenção de cristais verificou-se a perda de alguns destes, nomeadamente
no processo de filtragem (no filtro e no funil), de decantação (cristais já formados que foram excluídos
junto com o líquido resultante da decantação e a própria solução de CuSO4 que não cristalizou) e ao retirar
o excesso de água (alguns cristais ficaram “agarrados” ao papel absorvente).
Æ Os cristais obtidos apresentavam uma cor azul turquesa.
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7. EQUAÇÃO QUÍMICA
Equação química que traduz a síntese de sulfato de cobre (II) pentaidratado:
H2SO4 (aq) + CuO (s) + 4H2O (l) Æ CuSO4 ⋅ 5H2O (s)
14
8. CÁLCULOS / RESULTADOS
8.1. Preparação de ácido sulfúrico 6 mol dm-3
DADOS
H2SO4 concentrado:
- 98% (% m/m)
- 1 L = 1,836 Kg
- M(H2SO4) = 98,08 g mol-1
H2SO4 diluído (pretendido):
- V = 100 ml
- c = 6 mol dm-3
Determinação da concentração do ácido sulfúrico concentrado:
98% (% m/m)
1 L = 1,836 Kg Æ ρ = 1,836 g cm-3
M(H2SO4) = 98,08 g mol-1
c = ? (mol dm-3)
98 g soluto ______ 100 g solução
______
1,836 g solução
x
1,836 g solução
____
1 cm3 solução
‚
V = 10-3 dm3
x = 1,799 g H2SO4
m 1,799
n M
98,08
c= =
=
= 18,34mol / dm3
V
V
10 − 3
Determinação do volume de ácido sulfúrico necessário para preparar uma solução de 100 ml de ácido
sulfúrico 6 mol dm-3:
c1 = 18,34 mol dm-3 (ácido concentrado)
c2 = 6 mol dm-3 (ácido diluído)
V1 = ? (ácido concentrado)
V2 = 100 ml (ácido diluído)
c1 × V1 = c 2 × V2
⇔ 18 ,34 × V1 = 6 × 100
⇔ V1 = 32 ,7cm 3
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8.2. Síntese de sulfato de cobre pentaidratado
DADOS
mCuO = 2,2 g
VH2O = 5 cm3 = 0,005 dm3
VH2SO4= 10 cm3 = 0,010 dm3
= 20,8 g
m
vidro de relógio
m
vidro de relógio + CuSO4 ⋅ 5H2O
:
1 – 25,4 g
2 – 25,3 g
3 – 25,2 g
Cálculo da massa de sulfato de cobre pentaidratado (na prática):
=?
m
CuSO4 ⋅ 5H2O
m
vidro de relógio
m
vidro de relógio + CuSO4 ⋅ 5H2O
= 20,8 g
:
1 – 25,4 g
2 – 25,3 g
3 – 25,2 g
1
m
CuSO4 ⋅ 5H2O
=m
Ùm
CuSO4 ⋅ 5H2O
= 25,4 – 20,8
Ùm
CuSO4 ⋅ 5H2O
= 4,6 g
m
CuSO4 ⋅ 5H2O
=m
Ùm
CuSO4 ⋅ 5H2O
= 25,3 – 20,8
Ùm
CuSO4 ⋅ 5H2O
= 4,5 g
m
CuSO4 ⋅ 5H2O
=m
Ùm
CuSO4 ⋅ 5H2O
= 25,2 – 20,8
Ùm
CuSO4 ⋅ 5H2O
=
vidro de relógio + CuSO4 ⋅ 5H2O
-m
vidro de relógio
-m
vidro de relógio
-m
vidro de relógio
2
vidro de relógio + CuSO4 ⋅ 5H2O
3
vidro de relógio + CuSO4 ⋅ 5H2O
4,4 g
Massa obtida de sulfato de cobre
pentaidratado
Determinação do reagente limitante:
mCuO = 2,2 g
VH2O = 5 cm3 = 0,005 dm3
VH2SO4= 10 cm3 = 0,010 dm3
M(CuO) = 79,55 g mol-1
nCuO = ?
mCuO= 2,2 g
M(CuO) = 79,55 g mol-1
n=
m
2,2
=
= 0,0277mol
M 79,55
16
nH SO = ?
2
4
V = 0,010 dm3
c = 6,0 mol dm-3
c=
n
⇔ n = c × V ⇔ n = 6,0 × 0 ,010 ⇔ n = 0,06mol
V
nH O = ?
2
3
VH2O = 5 cm
-1
M(H2O) = 18 g mol
ρ = 1 g cm-3
1g
_____
1 cm3
x
_____
5 cm3
n=
m
5
=
= 0,278mol
M 18
x=5g
1 mol H2SO4
_________
1 mol CuO
_________
4 mol H2O
0,06
0,0277
0,278
0,06/1
0,0277/1
0,278/4
0,06
0,0277
0,0695
‚
CuO é o reagente limitante
Cálculo da massa de sulfato de cobre pentaidratado prevista (teórica):
mCuO = 2,2 g
1 mol CuO
__________
79,55 g
2,2 g
_________
1 mol CuSO4 ⋅ 5H2O
-1
M(CuO) = 79,55 g mol
M(CuSO4 ⋅ 5H2O) = 249,62 g mol-1
_________
249,62 g
x
x = 6,90 g CuSO4 ⋅ 5H2O (teórica)
Cálculo do RENDIMENTO:
CuSO4 ⋅ 5H2O
mteórica = 6,90 g
mprática = 4,4 g
η=
mp
mt
× 100
4 ,4
× 100
6,90
⇔ η = 63,8%
⇔η=
17
Reagentes
CuO (reagente
limitante)
Produtos
n = 0,0277 mol
Previsto:
m = 6,90 g
V = 10 cm
-3
c = 6 mol dm
n = 0,06 mol
3
H 2O
da reacção
m = 2,2 g
3
H2SO4
Rendimento
V = 5 cm
CuSO4 ⋅ 5H2O
63,8 %
Obtido:
m = 4,4 g
n = 0,278 mol
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9. CRÍTICA
A experiência foi bem sucedida, pois foi possível sintetizar cristais de sulfato de cobre.
No entanto, verificaram-se algumas situações que poderão ter influenciado a determinação do
rendimento desta reacção.
Na preparação de ácido sulfúrico 6 mol dm-3 verificou-se que este não chegou a atingir a temperatura
ambiente. Este foi depois utilizado na síntese do sal nessas condições. O facto de o ácido não estar à
temperatura ambiente poderá ter influenciado o volume utilizado deste reagente na reacção, tornando-se,
eventualmente, num factor de erro.
A perda de cristais ao longo dos processos de obtenção destes (perdas explicadas na página 13 deste
relatório) e a consequente impossibilidade de determinar a massa de todo o produto obtido poderá ter
conduzido a um erro no cálculo do rendimento, fazendo com que o seu valor fosse menor.
Por outro lado, a impossibilidade de absorver toda a água em excesso presente nos cristais também
poderá ter influenciado o rendimento, fazendo com que o seu valor fosse maior.
Assim, há que ter em consideração que o valor obtido para o rendimento é apenas um valor
aproximado, pois os factores de erro acima mencionados poderão ter influenciado esse valor.
19
10. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
A síntese deste sal, sulfato de cobre pentaidratado, foi bem sucedida.
Obtiveram-se cristais de sulfato de cobre. Estes cristais apresentavam uma cor azul turquesa.
Nesta reacção, o reagente limitante foi o óxido de cobre, pois não estava nas proporções
estequiométricas adequadas.
A reacção teve um rendimento de 63,8%, o que se pode considerar um resultado aceitável. Devido a
alguns factores de erro que poderão ter influenciado o valor obtido para o rendimento, este é considerado
um valor aproximado.
Para futuras repetições desta experiência fazem-se as seguintes recomendações:
- O ácido sulfúrico deve estar à temperatura ambiente, para que o volume medido seja o pretendido.
Se este for medido a temperatura superior terá o inconveniente de variar quando a solução
arrefecer.
- Deve-se proceder à total exclusão da água em excesso, aquando da determinação da massa dos
cristais obtidos (ou pelo menos, tentar absorver o maior volume possível de água em excesso com
papel absorvente).
- Deve-se proceder ao estudo de processos mais eficazes de obtenção dos cristais, a fim de reduzir a
perda destes nesses processos.
20
11. BIBLIOGRAFIA
Ð PINTO, Helena Castro, CARVALHO, Maria de Jesus, FIALHO, Maria Margarida; Técnicas Laboratoriais
de Química I; Texto Editora;
Ð PINTO, Helena Castro, CARVALHO, Maria de Jesus, FIALHO, Maria Margarida; Técnicas Laboratoriais
de Química II; Texto Editora;
Ð Diciopédia 2000; Porto Editora
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