QUÍMICA 2n BATXILLERAT Els Treballs Pràctics Que Es Proposen

química 2n batxillerat els treballs pràctics que es proposen per a la química de modalitat estan ordenats per a la química de 2n de batxill

QUÍMICA 2n BATXILLERAT
Els treballs pràctics que es proposen per a la Química de modalitat
estan ordenats per a la Química de 2n de Batxillerat, d’acord amb la
seqüenciació més habitual en els llibres de text i en les
programacions a les aules. Tanmateix l’ordre de realització es pot
adaptar sense problemes a les programacions particulars de cada
centre.
Es considera que, donades les hores disponibles i el programa teòric a
impartir, no és possible realitzar més de 3 a 6 pràctiques per curs,
depenent de si cal fer desdoblament per anar al laboratori i de si, en
aquest cas, es disposa o no de professorat per als desdoblaments. Si
no es poden fer totes, algunes es poden convertir en experiments
il·lustratius fets pel professor o professora.
Relació de pràctiques recomanades
1. Relació entre propietats físiques i estructura de les substàncies
2. Mesura de canvis d'entalpia i comprovació de la llei de Hess
3. Factors que influencien en un equilibri químic: concentració,
temperatura,
4. Piles electroquímiques
5. Electròlisi
6. Construccions amb models moleculars
1.Relació entre propietats físiques i estructura de les substàncies
Per estudiar la relació entre les propietats de les substàncies i la
seva estructura es poden fer una sèrie de mesures senzilles com són:
la temperatura de fusió (només per comparació entre les substàncies
investigades), la conductivitat elèctrica de la substància, la
solubilitat en aigua, en hexà i en propanona, la conductivitat
elèctrica de la dissolució aquosa.
Les substàncies que es poden investigar són: clorur de sodi, glucosa
(o sacarosa), coure, sorra, parafina o cera d'espelmes ratllades
(mescla d'hidrocarburs), nitrat de potassi, càmfora o naftalè, iode
2.Mesura de canvis d'entalpia i comprovació de la llei de Hess
Els canvis d'entalpia es poden mesurar amb reaccions o processos tals
com:
Dissolució en aigua d'una determinada quantitat d'hidròxid de sodi
(procés exotèrmic)
Combustió del metanol o etanol (procés exotèrmic)
Reacció entre el zinc en pols i el sulfat de coure (II) (procés
exotèrmic)
Reacció entre l'hidrogencarbonat de sodi i l'àcid clorhídric (procés
endotèrmic)
La llei de Hess es pot comprovar mesurant el canvis d'entalpies en les
reaccions de dissolució en aigua del sulfat de coure (II) hidratat i
anhidre. Amb les dades obtingudes es calcula la variació d'entalpia de
la reacció que converteix la substància anhidre en la
hidratada.
Aquesta pràctica és adient per prendre les mesures amb sistemes
d'adquisició de dades.
3.Factors que influencien l’equilibri químic
a) Per observar l’efecte de la concentració es pot utilitzar la
següent experiència: Es mesclen dissolucions diluïdes de tiocianat de
potassi i de clorur de ferro (III). Un cop assolit l'equilibri, aquest
es pot desplaçar fàcilment en afegir més quantitat d'ions ferro (II) o
de tiocianat. El desplaçament de l'equilibri es detecta pels canvis en
la intensitat del color vermell de la dissolució obtinguda.
Una reacció per il·lustrar l'efecte de l’ió comú és la següent:
preparar una dissolució saturada de NaCl. Repartir en dos tubs: al
primer afegir HCl concentrat i al segon una llentilla de NaOH. En tots
dos casos precipita NaCl.
b) Per observar la influència de la temperatura, es pot fer el següent
experiment, com a demostració del professor/a:
Generar NO2 in situ amb HNO3 conc. + Cu (una petita quantitat d'àcid
amb uns 2 cm de fil de coure gruixut) en un matràs. Tapar bé el
matràs. Passats uns minuts, s’assoleix l’equilibri: entre els gasos
tetraòxid de dinitrogen, incolor, i diòxid de nitrogen, de color
marró. En escalfar el matràs amb un assecador d’aire calent la mescla
pren un color marró més intens. En refredar amb un bany de gel, la
mescla empal·lideix.
4.Piles electroquímiques
La pila més interessant de muntar és la pila Daniell, que és la que es
troba com a exemple en la majoria dels llibres de text. Es pot canviar
la semicel·la de zinc-ions Zn(II)(aq) per una de ferro-ions ferro (II)
(aq).
Convé presentar com a demostració, alguna altra pila, en la qual a més
de poder mesurar la FEM, es pugui observar que es pot obtenir un
treball útil. Per exemple:
Preparar 150 cm3 d'una dissolució H2SO4 (aq, 3 mol.dm-3) en un vas de
precipitat. Tallar uns 25 cm de fil de coure gruixut i altres 25 cm de
cinta de magnesi, cargolar‑los en espiral. Muntar una bombeta de 3 V
sobre un suport i connectar els dos metalls. Submergir, amb suavitat,
els extrems cargolats en la dissolució.
Preparar una dissolució amb 3 cm3 de H2SO4 de concentració 2 mol dm-3
i 0,5 g de K2CrO7 en 200 cm3 d'aigua destil·lada. Introduir un
elèctrode de Zn i un de carbó. Pot fer-se amb un elèctrode de Mg o
d'alumini, prèviament decapat per immersió dins una dissolució de HgCl2.
L'elèctrode d'alumini es pot fer amb paper d'alumini en forma de
canut.
Aquestes piles poden encendre una bombeta, moure un motor o accionar
un brunzidor.
5. Electròlisi
Es pot fer qualsevol de les següents electròlisis:
De l'aigua, amb elèctrodes de platí i/o voltàmetre de Hoffman com a
demostració.
D'una dissolució diluïda de clorur de sodi i d'una dissolució
concentrada de clorur de sodi, amb discussió posterior sobre els
motius pels quals, en el primer cas, s'obtenen els gasos hidrogen i
oxigen i, en el segon cas, s'obtenen els gasos hidrogen i clor.
D'una dissolució de sulfat de coure (II), per comprovar com es pot
reduir el coure
Del bromur de plom fos. Encara que aquesta electròlisi és molt
interessant, només es pot fer si es respecten estrictes mesures de
seguretat com un bon sistema d'extracció i tractament dels fums, ja
que es desprèn brom, que és tòxic.
D'una dissolució de iodur de potassi. Aquesta electròlisi es pot fer
en un tub en U, de manera que es posin en evidència els canvis químics
en cada elèctrode: aparició del color ataronjat del iode en dissolució
aquosa a l'ànode i despreniment de bombolles de gas i formació d'un
medi bàsic en el càtode.
6. Construccions amb models moleculars
Convé tenir caixes de models moleculars tipus boles-bastons o
esquelet, per construir models d'hidrocarburs i dels seus derivats.
Com a alternativa o activitat complementària es recomana l'ús de
programes de simulació.
2. TREBALLS PRÀCTICS PER A LA MATÈRIA OPTATIVA QUÍMICA PRÀCTICA
A continuació es presenten un conjunt de treballs pràctics que es
poden realitzar en la matèria optativa Química pràctica. S’han ordenat
tenint en compte els diferents blocs en què s’ha dividit la matèria.
Es dóna una petita informació de cada un dels treballs i s’hi indica
si cal algun material específic. Alguns d‘ells són ampliació dels
proposats per a la Química de modalitat. La seva inclusió en la
programació de Química pràctica ha de tenir en compte la programació
de pràctiques seguida en la Química de modalitat.
Relació de treballs pràctics suggerits
1. Determinació de la temperatura de fusió d’un sòlid
2. Determinació de la temperatura d’ebullició d’un líquid
3. Separació de mescles de substàncies
4. Estudi experimental de diferents reaccions químiques
5 Reaccions d’identificació de cations i anàlisi d’una dissolució que
conté dos cations.
6. Volumetries: àcid-base i redox
7. Gravimetria
8. Efecte de la concentració en la velocitat de reacció.
9. Efecte de la temperatura en la velocitat de reacció
10. Mesura de la variació d’entalpia de combustió de diversos
combustibles.
11. Cràking d’alcans
12. Identificació de polímers
13. Fabricació del niló
14. Fabricació d’un gel
Treballs pràctics
SUBSTÀNCIES, MESCLES I MÈTODES DE SEPARACIÓ
1. Determinació de la temperatura de fusió d’un sòlid
Segurament l’alumnat ja haurà realitzat la corba de solidificació
d’una substància, com la de l’àcid esteàric, a l’ESO o a la química de
modalitat. Ara es podria determinar la temperatura de fusió amb un
capil·lar, utilitzant el mètode de microfusió. També, si no s’ha fet
en altres cursos, es poden determinar i comparar les corbes de
solidificació d’un sòlid pur i el d’una mescla de sòlids.
2. Determinació de la temperatura d’ebullició d’un líquid
Es pot usar el mètode de la microdeterminació del punt d’ebullició. En
aquest cas s’usa un tub capil·lar que prèviament es tanca per la seva
meitat i es talla a 1cm de l’obturació. Se submergeix el capil·lar pel
extrem més curt en el líquid que es troba en un tub d’assaig.
S’escalfa al bany maria i es mesura la temperatura quan es forma un
corrent de bombolles ascendent i constant. Aquesta temperatura és la
temperatura d’ebullició.
Pot ser interessant fer una demostració en què s’observi com varia la
temperatura d’ebullició amb la pressió exterior (en fer el buit). S’ha
de col·locar aigua calenta (uns 90º C) en un recipient (per exemple,
en un matràs de Kitasato) que es pugui tancar hermèticament alhora que
es connecta a una bomba de buit o a una trompa d’aigua. Es pot
observar com, en fer el buit, l’aigua comença a bullir.
3. Separació de mescles de substàncies
S’hi poden incloure diferents problemes de separació de substàncies en
les quals l’alumnat utilitzi els mètodes bàsics de separació de
mescles: decantació, filtració, evaporació, cristal·lització, etc. Com
que és probable que l’alumnat ja hagi utilitzat alguns d’aquests
mètodes durant l’ESO i a la Química de modalitat, ens referirem aquí a
dues separacions que presenten una dificultat més gran: una
cristal·lització fraccionada i una destil·lació fraccionada.
· Cristal·lització fraccionada.
Es pot separar una mescla de nitrat de potassi i clorur de sodi.
L’estudi de les corbes de solubilitat de les dues sals ens permet
dissenyar un mètode adequat per separar-les.
· Destil·lació fraccionada
Es pot fer la separació d’una dissolució d’etanol en aigua.
Material. Aparell de destil·lació amb columna de fraccionament.
TIPUS DE REACCIONS I ANÀLISI QUÍMICA
4. Estudi experimental de diferents reaccions químiques
S’hi poden observar diversos tipus de reaccions químiques. És
important que siguin reaccions de tub d’assaig, fàcils de fer i que no
necessitin condicions especials. Un possible llistat de reaccions són:
· Reacció del zinc(s) amb l’àcid clorhídric(aq).
· Reacció del carbonat de calci(s) amb l’àcid clorhídric(aq).
· Reacció d’obtenció del iodur de plom(II)(s) a partir del nitrat de
plom(II)(aq) i del iodur de potassi(aq).
· Reacció del zinc amb el sulfat de coure(II)(aq).
· Reacció de l’àcid clorhídric(aq) amb hidròxid de sodi(aq).
· Descomposició del carbonat de coure (II)(s).
· Reacció de l’amoníac(aq) amb el sulfat de coure(II)(aq).
5. Reaccions d’identificació de cations i anàlisi d’una dissolució que
conté dos cations.
Es poden estudiar les reaccions d’identificació d’alguns cations i
suggerir a l’alumnat que dissenyi un mètode per arribar a analitzar
els cations que conté una dissolució. L’alumnat pot portar a terme el
seu mètode en una dissolució problema que contingui dos cations. Es
pot fer un plantejament semblant per als anions.
6. Volumetries àcid-base i redox
· Volumetria àcid-base
Es pot fer, per exemple, la valoració de l’aspirina o la valoració
d’un antiàcid. Si en la matèria comuna s’ha fet una valoració
utilitzant el mètode directe, per exemple, la que s’usa en la
valoració del vinagre, aquí es pot utilitzar la valoració per
retrocés. Si es creu convenient pot ser interessant que l’alumnat
utilitzi solucions patrons per valorar els reactius (l’hidrogenftalat
de potassi per valorar l’hidròxid de sodi i el carbonat de sodi per a
l’àcid clorhídric).
· Volumetria redox
Es pot determinar el contingut de ferro en un fàrmac (pastilles de
sulfat de ferro(II)). S’utilitza una dissolució de permanganat de
potassi per fer la valoració.
7. Gravimetria
Es pot determinar la quantitat de clorur soluble o la quantitat de
sulfat soluble que hi ha en sengles dissolucions aquoses.
En el cas del clorur es precipita el clorur en forma de clorur de
plata, fent-lo reaccionar amb una dissolució de nitrat de plata. El
precipitat es filtra, s’asseca en una estufa i es pesa.
En el cas del sulfat es forma un precipitat de sulfat de bari,
afegint-hi a la dissolució problema una dissolució de clorur de bari.
El precipitat es filtra amb un filtre d’anàlisi i es col·loca en un
gresol prèviament pesat. S’escalfa el gresol a altes temperatures, de
manera que es calcini el paper de filtre. Es deixa refredar i es pesa.
S’escalfa de nou el gresol fins a aconseguir una massa constant.
Material: Estufa
VELOCITAT DE REACCIÓ I CONTROL DE LES REACCIONS QUÍMIQUES
8. Efecte de la concentració en la velocitat.
Es pot mesurar la velocitat de la reacció del magnesi amb l’àcid
clorhídric a través de la mesura del volum de gas hidrogen que se’n
desprèn. Es fa reaccionar una quantitat determinada de magnesi amb una
dissolució d’HCl de concentració coneguda i es mesura el volum
d’hidrogen recollit en una bureta o en un tub graduat que tingui un
extrem tancat. Es prenen mesures en intervals de temps iguals fins que
el volum no varia. Es repeteix l’experiment amb àcid clorhídric de
concentració diferent. Es representen en una mateixa gràfica les
corbes volum d’hidrogen/temps dels dos experiments i es comparen. Es
poden mesurar les velocitats de les dues reaccions en un mateix temps
a través del pendent de la corba i comparar-les.
9. Efecte de la temperatura en la velocitat de reacció
Es pot utilitzar la reacció del tiosulfat de sodi amb àcid clorhídric.
Aquesta reacció dóna lloc a un precipitat col·loidal de sofre que
torna tèrbola la dissolució. Es pot mesurar indirectament la velocitat
de la reacció mesurant el temps que tarda a formar-se una determinada
quantitat de precipitat. Si es col·loca un paper blanc sota de
l’erlenmeyer amb una creu dibuixada, quan es formi una quantitat de
precipitat suficient observarem que la creu desapareix. Es posa en un
erlenmeyer dissolució de tiosulfat, es mesura la temperatura, es
col·loca sobre un paper amb una creu dibuixada i s’hi afegeix àcid
clorhídric. Es mesura la temperatura i el temps que tarda a
desaparèixer la creu. Es repeteix l’experiment a diferents
temperatures. Es representen les gràfiques temps-temperatura i
l’invers del temps(proporcional a la velocitat)-temperatura i es
comprova com varia la velocitat amb la temperatura.
COMBUSTIBLES I POLÍMERS
10. Mesura de la variació d’entalpia de combustió de diversos
combustibles.
Es pretén comparar les entalpies de combustió de diversos combustibles
com l’hexà, el metanol i l’etanol. Per fer-ho s’escalfa una quantitat
determinada d’aigua, es mesura l’augment de temperatura que sofreix
l’aigua i la massa del combustible que s’ha cremat per aconseguir
aquest increment de temperatura. A partir d’aquestes dades es pot
determinar d’una forma aproximada, la variació d’entalpia de la
combustió del combustible. Es repeteix l’experiment amb altres
combustibles i es comparen les variacions d’entalpia.
11. Cràking d’alcans
S’investiga el procés que té lloc quan s’escalfa a alta temperatura i
en absència d’aire una mescla d’alcans (per exemple, vaselina) en
presència d’un catalitzador (porcellana porosa o òxid d’alumini). En
un tub d’assaig es posa la vaselina, s’escalfa al bany maria i s’hi
afegeix llana de vidre que actua com a absorbent. S’aguanta el tub amb
unes pinces metàl·liques i es manté quasi horitzontal. S’hi col·loquen
uns trossos de porcellana porosa o grans d’òxid d’alumini (que actuen
com a catalitzadors) de manera que quedin a la meitat del tub sense
entrar en contacte amb la vaselina. Els gasos que es formin a la
reacció es fan passar per un tub d’assaig submergit en aigua freda, on
condensaran els menys volàtils i la resta es recullen en un tub de
recollida de gasos sobre aigua. Aquests productes del craqueig
s’analitzen per comprovar si són o no alquens.
12. Identificació de polímers
Es classifiquen diferents mostres de plàstics usuals atenent a les
seves propietats físiques i químiques. Es pot utilitzar el quadre
editat pel CDEC sobre les propietats dels plàstics.
13 . Fabricació del niló
El niló es pot obtenir al laboratori fent reaccionar
l’1,6-hexandiamina amb el clorur d’hexandioil. Es posa la dissolució
de la diamina en un vas de precipitat i s’hi aboca amb precaució la
dissolució del clorur d’hexandioil. Entre les dues dissolucions,
immiscibles, es forma el polímer i s’extreu amb unes pinces. El niló
format s’enrotlla en una vareta de vidre, la qual es va girant
lentament, per tal d’extraure el fil que es va formant.
14. Fabricació d’un gel
Es tracta de fabricar un polímer a partir de l’alcohol polivinílic i
borat de sodi. Es prepara una dissolució d'alcohol polivinílic al 4% i
s’afegeix dissolució de borat de sodi, tot remenant fins a obtenir un
polímer fluid d'elevada viscositat. Amb això es pot il·lustrar el
paper de les forces intermoleculars que uneixen les cadenes del
polietenol.
LA INDÚSTRIA QUÍMICA
Una activitat a realitzar en aquest bloc és el de la “Visita a una
indústria química”. És convenient destinar dues sessions lectives per
a la planificació i el resum de la visita. La planificació de la
visita s’ha de fer amb antelació, ja que les indústries que es poden
visitar tenen establert un calendari anual per rebre estudiants. És
aconsellable una visita preliminar a la indústria per part del
professorat ja que permet establir contactes personals amb els
professionals de la indústria i preparar-la millor.
A la Química Salters de Batxillerat hi ha una unitat dedicada
exclusivament a la visita a una indústria química, on es pot trobar
informació de com preparar una visita, així com d’algunes indústries
químiques que poden ser visitades.