Manual de practicas de laboratorio de quimica ii by Maria Fernanda Blas Diaz

CENTRO DE BACHILLERATO TECNOLÓGICO INDUSTRIAL Y DE SERVICIOS No. 85 “JOSÉ MARÍA LICEAGA”

MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE LA ASIGNATURA:

QUÍMICA II Elaborado por: I.Q. María Fernanda Blas Díaz Q.F.B Francisco E. Cruz Casanova Q.F.B Klarence Eluzaí Torres Ballato I.Q. María Berenice Vázquez Morales Revisión

Autorización

Academia de Ciencias experimentales

Subdirección Académica

Contenido Reacciones químicas y cuidado del medio ambiente .............................................4 Cálculos estequiométricos ......................................................................................8 Ácidos y bases. .....................................................................................................12 Identificación de compuestos orgánicos. .............................................................17

PRESENTACIÓN. El objetivo de este manual es proporcionar al estudiante un material didáctico de gran utilidad en su preparación y relación de la química con la vida diaria, con cuyos experimentos potenciarán el desarrollo de las competencias genéricas y disciplinares del programa de QUÍMICA II. Está diseñado de acuerdo a las necesidades académicas de los estudiantes de bachillerato de la Dirección General de Educación Tecnológica Industrial (DGETI). En este tenor aborda los temas que indica el programa de estudios vigente, correspondiente a estequiometria y química del carbono. Consta de cuatro prácticas, de las cuales se sugiere abordar una por parcial durante la etapa de cierre de su respectiva secuencia didáctica.

Práctica No. 1 Nombre de la práctica: Reacciones químicas y cuidado del medio ambiente Lee las competencias disciplinares y genéricas que desarrollarás al efectuar este experimento sobre las reacciones químicas y su relación con la contaminación ambiental. Después analiza la información proporcionada y haz lo que se pide.

COMPETENCIAS A DESARROLLAR. Competencias disciplinares 1. Establece la relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos. 4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes. 11. Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental. Competencias genéricas 5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos. •

Identifica los sistemas y reglas o principios medulares que subyacen a una serie de fenómenos.

6. Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general, considerando otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva. •

Estructura ideas y argumentos de manera clara, coherente y sintética.

8. Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos. •

Propone maneras de solucionar un problema o desarrollar un proyecto en equipo, definiendo un curso de acción con pasos específicos.

Introducción En todos los procesos y fenómenos químicos están presentes las reacciones químicas. Desde que el hombre aprendió a controlar el fuego ha propiciado que las sustancias reaccionen para formar compuestos útiles, por ejemplo: en la cocción de alimentos, en la elaboración de tés con los que alivia enfermedades y en la producción de pigmentos y fibras sintéticas para fabricar telas. Muchos de estos procesos se realizan sin reflexionar sobre las reacciones químicas que ocurren ni sobre los posibles efectos de deterioro de la salud humana y del ambiente. Por ejemplo, los compuestos clorofluorocarbonados (CCl4, CF2Cl-Cl, CF2Cl2 y CFCL3, principalmente) se utilizan en mayor medida en las industrias de los aerosoles y fluidos refrigerantes. Al ser desechados, se vierten en la atmósfera y al reaccionar liberan los halógenos correspondientes (Cl y F), los que han contribuido al adelgazamiento de la capa de ozono en la estratósfera. Como en este caso descrito, muchos productos de uso cotidiano se asocian con procesos que contribuyen a la contaminación ambiental, ya sea en el ámbito industrial o casero. Tal es el caso del aceite que se emplea en las casas para cocinar, al verterlos por el sistema de drenaje, genera contaminación en el agua de ríos, principalmente. Sin hacerlo de manera intencional, estamos contaminando nuestro ambiente. A través de tus conocimientos de química puedes procesar materiales de desecho y obtener productos de uso diario sin contaminar, como en el caso del aceite que se usa para cocinar y que normalmente se desecha, el cual se puede aprovechar para elaborar jabón útil para el aseo personal y lavar la ropa.

Objetivo Identificar procesos químicos en experimentos con sustancias de desecho, además de valorar la importancia de cuidar el ambiente.

Materiales 1 1 1 1

Balanza Recipiente de cristal con capacidad de 3 L Vaso de precipitados de 1 L Probeta graduada de 100 mL

1 1 1 1 1

Espátula Agitador Termómetro Par de guantes Gafas de protección

Sustancias 1.5 250

L de aceite de cocina (usado) g de hidróxido de sodio (sosa cáustica)

1 15

L de agua mL de aceite esencial de lavanda o rosas (el de su preferencia)

Procedimiento Formen equipos de tres o cuatro integrantes para hacer este experimento. Es pertinente que lean previamente el procedimiento y se aseguren de poder efectuar las tareas descritas y hacer las anotaciones necesarias. Antes de comenzar es importante que sepan que el hidróxido de sodio (NaOH) es una base que al disolverse en el agua se disocia en iones correspondientes en un proceso que libera calor y desprende vapores tóxicos que son irritantes, por lo que este experimento se debe realizar en un lugar ventilado, con guantes y gafas de protección y, por supuesto, bajo la supervisión de su profesor.

1. Ponga el hidróxido de sodio en el recipiente de vidrio. 2. Viertan lentamente el agua, teniendo cuidado de no tocar con las manos sin guantes el recipiente, por el hecho de que este proceso de disolución es exotérmico. 3. Midan la temperatura de la solución. Cuando se haya enfriado a 35 °C, adicionen la esencia seleccionada. 4. Viertan lentamente el aceite de cocina en la solución anterior y mezclen constantemente con el agitador durante 40 o 50 minutos, hasta que observen que cambia la consistencia de la mezcla. Deben

agitar en el mismo sentido (dextrógiro o levógiro) para prevenir que los componentes de la mezcla se separen y no se obtenga el producto deseado. La mezcla adquiere una consistencia espesa porque ocurre la saponificación de las grasas. 5. Observen cuidadosamente la mezcla. Cuando adquiera una consistencia más densa, como de una pasta, suspendan la agitación. 6. Dejen reposar el producto durante 25 días. Después pueden cortar el jabón en barras del tamaño que consideren adecuado.

Cuestionario 1. ¿Qué observas durante el paso 2? 2. Según la clasificación de las reacciones en función de su contenido calórico ¿De qué tipo de reacción se trata después de lo observado en el paso 2? 3. Mide la temperatura de la solución según el paso 3. ¿Cuál es la temperatura inicial y final? 4. Investiga y describe brevemente la reacción de saponificación de las grasas e indica que tipo de reacción es? 5. En el paso 5, ¿Por qué crees que cambió la consistencia de la mezcla? 6. ¿Por qué es necesario dejar reposar el producto obtenido durante cierto periodo? 7. Durante el experimento ¿Qué evidencia sugiere que ha ocurrido una reacción química? 8. Investiga en qué consiste el proceso industrial de elaboración de jabones y sus características.

Práctica No. 2 Nombre de la práctica: Cálculos estequiométricos Lee las competencias disciplinares y genéricas que desarrollarás al efectuar este experimento sobre las reacciones químicas y su relación con la contaminación ambiental. Después analiza la información proporcionada y haz lo que se pide.

Identifica los sistemas y reglas o principios medulares que subyacen a una serie de fenómenos.

6. Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general, considerando otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva. •

Estructura ideas y argumentos de manera clara, coherente y sintética.

8. Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos. •

Propone maneras de solucionar un problema o desarrollar un proyecto en equipo, definiendo un curso de acción con pasos específicos.

Introducción Diariamente desarrollamos nuestras actividades en un ambiente en el que ocurren procesos que incluyen reacciones químicas, algunas espontáneas y otras provocadas, las cuales son diversas en cuanto a clase y cantidad de producto. Las reacciones dependen en gran medida de diferentes circunstancias. Por ejemplo, las condiciones físicas en las que efectúan, como la temperatura, pueden disminuir o aumentar la velocidad de reacción. Si ponemos un trozo de carne en el congelador y dejamos otro a la intemperie, la carne congelada se conserva durante varios días en un estado comestible, pero la carne a la intemperie progresivamente se descompone y decimos que “se echó a perder”. La velocidad de las reacciones disminuye a baja temperatura y aumenta a alta temperatura. Otro factor que influye en la cantidad de producto generado es la cantidad de reactivo utilizado. Por ejemplo, si a una manzana o una pera le quitamos la cáscara y la partimos en rebanadas, después de unas horas veremos que estas se oxidan y adquieren un color oscuro. Las manzanas contienen fenoles y una enzima denominada polifenol oxidasa, la cual cataliza la reacción de los fenoles con el oxígeno del aire y produce sustancias llamadas quinonas. La reacción de oxidación procede muy lentamente si guardamos las rebanadas de manzana en un recipiente cerrado o las envolvemos en una bolsa, donde se reduce la exposición de la manzana al oxígeno del aire. Si un reactivo esta en cantidad muy pequeña, se obtiene una cantidad muy pequeña de producto.

Objetivo: Identificar la relación existente entre la cantidad de reactivo y la cantidad de producto obtenido.

Materiales 1 4 1 1

Balanza Matraces Erlenmeyer de 100 mL Vaso de precipitados de 250 mL Probeta graduada de 100 mL

1 1 1 5

Espátula Agitador de vidrio Gafas de protección Globos medianos

Sustancias 100 1

g de bicarbonato de sodio (NaHCO3) L de agua

250

mL de vinagre, ácido acético (CH3COOH)

Procedimiento Formen equipos de tres o cuatro integrantes para hacer este experimento. Es necesario que lean previamente el procedimiento y conozcan las tareas que efectuarán de modo que hagan las anotaciones necesarias. 1. Etiquetar los matraces con los números del 1 al 5 con etiquetas ó plumón indeleble. Marcar también los globos con los mismos números. 2. En el matraz 1 vierte 10ml del vinagre; En el matraz 2 vierte 30ml del vinagre En el matraz 3 vierte 50ml del vinagre En el matraz 4 vierte 70ml del vinagre En el matraz 5 vierte 100ml del vinagre 3. Poner 15g de bicarbonato de sodio en el interior de cada globo 4. Ajusta el globo de uno en uno en el cuello de cada matraz y mezcla el contenido de bicarbonato de sodio en el vinagre del matraz, sin permitir que escape ningún gas del sistema. Agite suavemente y observe lo que ocurre. Anoten sus observaciones en la tabla. Numero de caso

Observaciones

5. Repita el paso 4 para los sistemas cerrados de matraz y globo, 2,3 ,4 y 5. 6. Analiza la tabla y escriba la ecuación química observada. +

Cuestionario 1. 2. 3. 4. 5.

¿Qué globo se infló más? ¿Por qué? ¿Qué globo se infló menos? ¿Por qué? ¿Cuál es la relación entre las cantidades de reactivos en la reacción química que estudiamos, con base en la observación de la cantidad de producto? 6. ¿En cuál sistema de matraz y globo el aumento de la cantidad de vinagre ya no afectó la cantidad de producto obtenido? 7. ¿Por qué? 8. Si tuvieran que determinar el volumen de gas presente en cada globo ¿Cómo lo medirían? Describa brevemente un procedimiento, hagan los cálculos correspondientes y registren sus resultados en la tabla.

Numero de caso

Volumen del gas producido

Práctica No. 3

Nombre de la práctica: Ácidos y bases. Lee las competencias disciplinares y genéricas que desarrollarás al efectuar este experimento referente a ácidos y bases. Después analiza la información proporcionada y haz lo que se pide.

Identifica los sistemas y reglas o principios medulares que subyacen a una serie de fenómenos.

6. Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general, considerando otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva. •

Estructura ideas y argumentos de manera clara, coherente y sintética.

8. Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos. •

Propone maneras de solucionar un problema o desarrollar un proyecto en equipo, definiendo un curso de acción con pasos específicos.

Introducción Siempre estamos en interacción con diferentes tipos de soluciones y, en general, de mezclas. Muchas de ellas las ingerimos como parte de los alimentos y bebidas que consumimos. Los medicamentos que los médicos prescriben actúan como soluciones, suspensiones o coloides. El funcionamiento adecuado de los motores de los automóviles depende de soluciones, como los anticongelantes. El cuerpo humano realiza todas las funciones vitales en soluciones que están dentro y fuera de las células, el aire que respiramos es parte de la atmósfera y todos los fluidos corporales contienen electrolitos y diversas biomoléculas. Por esta razón es importante determinar las concentraciones de las soluciones, además de ser fundamental cuantificar su grado de acidez a través el pH.

Objetivo: Identificar los tipos y las propiedades de soluciones, suspensiones y coloides, determinar también el pH de estas mezclas y valorar su importancia y su impacto sobre la vida.

Materiales 1 10 1 1 1 1 1 2

Balanza Vasos de precipitados de 250 mL Probeta graduada de 100 mL Espátula Agitador de vidrio Gafas de protección Foco de linterna de 3 volts Pilas AA

1 1 2 10 10 1

Portapilas Cinta aislante Tramos de 30 cm de cable de cobre con cubierta de plástico, calibre 22 Etiquetas Tiras reactivas, separadas o cortadas de un rollo de papel indicador de pH pHmetro

Sustancias 30 100 100 100 100

g de bicarbonato de sodio (NaHCO3) Disueltos en 100 mL de agua mL de vinagre, ácido acético (CH3COOH) mL de jugo de limón sin diluir mL de soda mL de café

100 100 100 100 100

mL de líquido destapacaños mL de líquido desinfectante para pisos mL de Pepto-Bismol mL de leche magnesia mL de Melox

Procedimiento Formen equipos de tres o cuatro integrantes para hacer este experimento. Es necesario que lean previamente en qué consiste el procedimiento y las tareas que realizarán, con el propósito de que hagan las anotaciones necesarias. 1. Determinación de la conductividad eléctrica. Construyan un circuito eléctrico, tal como se muestra en la figura, con el fin de comprobar que los ácidos y las bases conducen la electricidad. Si ensamblaron correctamente el circuito, el foco encenderá al unir los electrodos.

Después determinan si cada solución, suspensión o coloide conduce la electricidad de acuerdo con las siguientes directrices: a. Etiqueten cada vaso de precipitados con el nombre de cada una de las 10 mezclas de sustancias y viertan en él 100 mL de la mezcla correspondiente. b. Investiguen el nombre y la fórmula del soluto de cada mezcla y, con base en su composición química, clasifíquenlas como ácido o base. Registren los datos en la tabla. Mezcla

Nombre y fórmula del soluto

Clasificación como ácido o base

¿Conduce la electricidad? ( Sí o no )

c. Introduzcan las puntas de los electrodos del circuito en cada mezcla, considerando que no deben hacer contacto entre sí. Determinen la conductividad eléctrica y registren los datos en la siguiente tabla. Antes de introducir los electrodos en otro vaso, lávelos muy bien con agua para no contaminar las mezclas de sustancias. d. Observen lo que ocurre en cada caso. Si el foco prende, se presenta algún burbujeo o cambio en el color de alguna mezcla, es prueba de que hay conducción eléctrica y que está presente un ácido o una base. 2. Investiguen qué tipo de mezcla es cada una de ellas, clasifíquenlas como ácido o base y describan sus características, propiedades y contraindicaciones. 3. Determinen el pH de cada mezcla de sustancias. Para ello, utilicen las tiras reactivas introduciendo una de ellas en cada vaso de precipitados. Contrasten el viraje con la escala colorimétrica de referencia. Registren la información en la tabla siguiente.

Mezcla

Clasificación como ácido o base

Propiedades y contraindicaciones

pH (tira reactiva)

pH (pHmetro)

4. Si en el laboratorio escolar hay un pHmetro, determinen el pH de las soluciones, las suspensiones y los coloides con este instrumento y contrasten los resultados obtenidos con aquellos de las tiras reactivas. Registren la información en la tabla anterior.

Cuestionario 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

¿Con cuál mezcla el foco se iluminó más? ¿Por qué? ¿Cuál es el pH de la mezcla en la que el foco encendió con la mayor intensidad? ¿Con cuál mezcla el foco se iluminó menos? ¿Por qué? ¿Cuál es el pH de la mezcla en la que el foco encendió con la menor intensidad? ¿Qué relación existe entre la conducción eléctrica ( iluminación del foco ), el pH y el soluto de cada mezcla? 8. ¿Es diferente el pH de una mezcla si se mid con una tira reactiva en comparación con la lectura de un pHmetro? 9. ¿Por qué?

Práctica No. 4

Nombre de la práctica: Identificación de compuestos orgánicos. Lee las competencias disciplinares y genéricas que desarrollarás al efectuar este experimento sobre las reacciones químicas y su relación con la contaminación ambiental. Después analiza la información proporcionada y haz lo que se pide. COMPETENCIAS A DESARROLLAR. Competencias disciplinares 1. Establece la relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos. 4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes. 5. Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conocimientos. Competencias genéricas 5. Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos. •

Identifica los sistemas y reglas o principios medulares que subyacen a una serie de fenómenos.

6. Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general, considerando otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva. •

Estructura ideas y argumentos de manera clara, coherente y sintética.

7. Aprende por iniciativa e interés propio a los largo de la vida. •

Articula saberes de diversos campos y establece relaciones entre ellos y su vida cotidiana.

8. Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos. •

Propone maneras de solucionar un problema o desarrollar un proyecto en equipo, definiendo un curso de acción con pasos específicos.

Introducción Las pruebas químicas que se realizan en los laboratorios químicos y clínicos son de tipo cuantitativo cualitativo. Las primeras dan cuenta de cuánto hay de determinada sustancia, se sabe de antemano que esta se encuentra presente en la muestra por analizar, por ejemplo la cuantificación de la glucosa en sangre. Por otra parte las pruebas cualitativas tienen como propósito determinar si se encuentra presente determinada sustancia. Ejemplos de determinaciones cualitativas son la prueba de embarazo, que mediante una reacción química se determina la presencia de la hormona gonadotrofina corionica que se presenta durante el embarazo. Ambos tipos de análisis son de gran importancia. Por ejemplo, en el campo de la medicina son esenciales para diagnosticar enfermedades y trastornos fisiológicos que órganos y sistemas. En el estudio del medio ambiente, las pruebas cualitativas y cuantitativas de contaminantes del aire a través del tiempo permiten tomar decisiones de control para proteger la salud de la población. En el caso de la agricultura el control de la calidad del suelo mediante aparatos que miden minerales y compuestos nitrogenados es fundamental elevar la productividad del campo.

Objetivo: Identificar la presencia de cadenas carbonatadas con enlaces sencillos, dobles o triples en productos de uso cotidiano.

Materiales 1 12

Gradilla Tubos de ensaye

Pinzas para tubo de ensayo

Sustancias 10 10 10 10 10

mL de agua de Bromo ( Br 2 ) mL de sol. Alcalina d permanganato de potasio (KMnO4) 0.0003 M mL de aceite comestible mL de parafina mL de vaselina

10 10 10 10 10

mL de gasolina mL de combustible líquido de encendedor mL de jabón líquido incoloro mL de pasta dental mL de champú incoloro

Procedimiento Formen equipos de tres o cuatro integrantes para realizar el experimento. Es conveniente que sepan con claridad en qué consiste todo el procedimiento y las tareas que efectuaran de modo que hagan las anotaciones necesarias. ENSAYO A Pruebas de insaturación de agua con bromo 1. Etiqueten los tubos de ensayo con el nombre de cada una de las sustancias de prueba. 2. Investiguen la formula química de cada sustancia referida en la lista de sustancias y el tipo de compuesto orgánico al que pertenece, considerando una sola molécula representativa si la muestra es una mezcla de sustancias. Al terminar, completen la tabla. Sustancia o mezcla de sustancias

Fórmula química

Tipo de compuesto

Acción de la solución de bromo

Aceite comestible Parafina Vaselina Gasolina

Acción de la solución alcalina KMnO4

Combustible líquido de encendedor Jabón líquido incoloro Pasta dental Champú incoloro

3. Viertan en cada tubo de ensaye 15 gotas de muestra de cada producto, luego adicionen 15 gotas de agua de bromo y agiten. Coloquen cada tubo en la gradilla y dejen reposar la mezcla durante 5 minutos. Anoten sus observaciones en la tabla anterior. 4. ¿Qué creen que ocurrió en los casos en los que permaneció el color de la solución de bromo? ¿Y cuando se decoloro la solución de bromo? 5. Si consideran que ocurrió una reacción escriban la ecuación correspondiente. + + ENSAYO B Pruebas de insaturación con la solución de permanganato de potasio 1. Viertan en cada tubo de ensayo 15 gotas de muestra de cada producto. Después adicionen 15 gotas de solución alcalina de permanganato de potasio (KMnO4) y agiten. Coloquen cada tubo en la gradilla y dejen reposar la mezcla durante cinco minutos. Anoten sus observaciones en la tabla. 2. ¿Qué creen que ocurrió en los casos en los que permaneció el color de la solución alcalina de permanganato de potasio? ¿Y cuando se decoloro la solución de permanganato de potasio? 3. Si consideran que ocurrió una reacción, escriban la ecuación correspondiente. + + 4. Analiza tus resultados y escribe tus conclusiones.