Escola Básica e Secundária de São Roque do Pico Portefólio de Química 2014/2015 APL 1.2 Um ciclo de cobre Data: 2 a 9 de outubro de 2014 Luísa Neves n.º12 12ºCT Química 2014/2015

Índice Um ciclo de cobre Introdução…………………………………………………………………….. 3 Segurança……………………………………………………………………….4 Material e reagentes………………………………………………………5 Procedimento……………………………………………………………….. 6 Cálculos prévios……………………………………………………………. 10 Registo de resultados……………………………………………………. 12 Observações…………………………………………………………………. 13 Questões pós-laboratoriais…………………………………………… 14 Rendimento …………………………………………………………………. 17 Conclusão………………………………………………………………………18 Bibliografia…………………………………………………………………….19 Anexos……………………………………………………………………………20 Luísa Neves n.º12 12ºCT Química 2014/2015

Introdução Um ciclo de cobre O cobre (Cu) é um metal de transição, pertencente ao grupo 11 da Tabela Periódica, sólido à temperatura ambiente, maleável e com condutor de eletricidade. É utilizado em fios de eletricidade e em ligas metálicas, por exemplo o latão. Pode ser transformado através de uma sequencia de reações sucessivas que permitem recuperar o metal inicial, é através desta sequencia de reações que vamos tentar dar resposta à questão problema inicial: Para responder vamos utilizar um valor teórico e um valor obtido para realizar o cálculo do rendimento. Será possível reciclar uma substância usando processos químicos com rendimento de 100%? Luísa Neves n.º12 12ºCT Química 2014/2015

Segurança Um ciclo de cobre Cuidados especiais de segurança: Passo A – Libertação de vapores tóxicos de NO3 - Utilizar a hotte Passo E – O zinco liberta vapores inflamáveis em contacto com a água ZnSO4 é um resíduo tóxico HCl - Corrosivo - R34-37 (consultar tabela de riscos e conselhos de segurança) H2SO4 - Corrosivo - R: 35 - S: 26-30-45 HNO3 – Corrosivo R: 8-35 S: 23-26-36-45 Luísa Neves n.º12 12ºCT Química 2014/2015

Material e reagentes Um ciclo de cobre   Luísa Neves n.º12 12ºCT Química 2014/2015

Procedimento Um ciclo de cobre Para cada grupo de dois alunos: Pipetas de Beral ou frascos conta-gotas, devidamente etiquetados, contendo as seguintes soluções: • Cu(NO3)2 1 mol dm-3 • H2SO4 6 mol dm-3 • HCl 3 mol dm-3 • NaH0 2 mol dm-3 Ponte de partida: cobre metálico Nota: A solução obtida no fim do passo 4. Poderá ser utilizada por todos os alunos de um turno, trabalhando os alunos dois a dois a partir deste ponto. Luísa Neves n.º12 12ºCT Química 2014/2015

Procedimento Um ciclo de cobre 1.Cortar um fio de cobre de modo a obter uma amostra com cerca de 0,3 g; mergulhar numa solução de ácido clorídrico, lavar com álcool e secar com papel. 2.Pesar a amostra e registar o valor da massa efetivamente medida. 3.Enrolar o fio e colocá-lo no fundo de um Erlenmeyer de 250 mL. 4.Reação A: Cu (s) Cu(NO3)2 (aq) Na hotte, adicionar 4,0 mL de HN03 concentrado e tapar o balão. Agitar suavemente até dissolução completa. Observar e registar as alterações. Transferir para um balão volumétrico de 100 mL com lavagens sucessivas de pequenas quantidades de água e completar com água até ao traço. 5. Reação B: Cu(NO3)2 (aq) Cu(HO)2 (s) Transferir com uma pipeta, para um tubo de ensaio, 5 mL da solução de Cu(NO3)2 e adicionar, gota a gota, a solução de NaHO 2 mol dm-3 (pipeta de Beral), agitando, se necessário, com uma vareta de vidro, para precipitar Cu(HO)2 até não haver formação de mais precipitado. Registar todas as observações. Luísa Neves n.º12 12ºCT Química 2014/2015

Procedimento Um ciclo de cobre 6.Reação C: Cu(HO)2 (s) CuO (s) Aquecer, em banho-maria, quase até à ebulição, a solução contida no tubo de ensaio, agitando sempre para uniformizar o seu aquecimento. 7.Quando a reação estiver completa, retirar o aquecimento e arrefecer o tubo em água fria corrente. 8.Deixar repousar o sólido formado e retirar, cuidadosamente, o líquido sobrenadante com o auxílio de uma pipeta ou por decantação. Lavar o sólido com 3-4 mL de água desionizada, agitar e decantar uma vez mais (ou centrifugar). 9.Reação D: Cu0 (s) CuS04 (aq) Adicionar, ao sólido, cuidadosamente e gota a gota, a solução de H2S04 6 ml dm-3 contida noutra pipeta de Beral, até dissolver todo o sólido. Registar as alterações. Luísa Neves n.º12 12ºCT Química 2014/2015

Procedimento Um ciclo de cobre 10.Reação E: CuS04 (aq) Cu (s) Ao tubo de ensaio colocado num suporte, adicionar, de uma só vez, cerca de 0,3 g de zinco em pó, agitando até o líquido sobrenadante ficar incolor (se necessário adicionar um pouco mais de zinco). Registar as observações. 11.Para eliminar a possível existência de Zn por reagir, adicionar, gota a gota, a solução de HCl 3 mol dm-3. 12.Quando não se observar mais libertação de gás, decantar o líquido. Lavar com cerca de 3-4 mL de água desionizada, deixar repousar e decantar o líquido. Repetir este procedimento, pelo menos, mais duas vezes. 13.Com a ajuda de uma vareta de vidro com polícia, transferir o sólido (cobre) para um vidro de relógio previamente pesado. Secar na estufa (controlar a temperatura). 14.Pesar novamente e registar para posterior cálculo do rendimento. Luísa Neves n.º12 12ºCT Química 2014/2015

Cálculos prévios Um ciclo de cobre Cálculos para preparação de NaOH: V = 100.0 ml = 0.0100 dm-3 c = 2 mol.dm-3 M = 40 g.mol-1 c= n/V ⇔ n=c*V n=2*0.0100 ⇔ n=0.02 mol n= m/M ⇔ m=n*M ⇔ m=0.02*40⇔ m=0.8 g Cálculos concentração HNO3 HNO3 70% m/m M= 63.01 g.mol-1 ℓ=1.40kg.l-1 ⇔ 1ml= 1.40g n = 1.40*103*0.70=980g n= 980/63.01=15.55 c = 15.55 mol.dm-3 Luísa Neves n.º12 12ºCT Química 2014/2015

Cálculos prévios Um ciclo de cobre Cálculos para preparação H2SO4 [H2SO4] = 18 mol.dm-3 C1V1 = C2 V2 (Diluição) 18xV1 = 6x0.1 (em 100ml) V1 = 33ml de ácido em 100ml H2O Luísa Neves n.º12 12ºCT Química 2014/2015

Registo de resultados Um ciclo de cobre Cu (s) Massa inicial Massa final  0.301 gr(*)  0.05 gr (*) – Foi registado o valor da massa medida antes de eliminar as impurezas com ácido clorídrico, pois, após o termos feito a balança pesou mal e não reparámos na altura por isso continuámos. Sendo assim apenas um valor aproximado. Zinco adicionado Massa (g)  0.3 Luísa Neves n.º12 12ºCT Química 2014/2015

Juntar à solução anterior cerca de 30 ml de soda caustica. Um ciclo de cobre Observações Reações Observações A  Mudança de cor para verde logo que o ácido entra em contacto com o cobre, libertação de gás castanho alaranjado (sendo este gás NO2). Quando se junta água ao Cu(NO3)2 a cor muda para azul. B  Juntar à solução anterior cerca de 30 ml de soda caustica. Ao se colocar cada gota de NaHO (aq) observa-se a formação do precipitado, Cu(HO)2 (s), que no inicio era azul claro como a solução anterior, mas com a adição continua de gotas a cor foi mudando gradualmente para verde cada vez mais escuro. C  Ao colocar-se o tubo de ensaio em banho-maria o precipitado ficou negro e desceu para o fundo (deixando alguns resíduos nas paredes do tubo de ensaio). Arrefeceu-se o tubo de ensaio em água corrente, e de seguida colocou-se na centrifugadora para facilitar o processo de decantação/retirar líquido com pipeta para uma maior precisão. D Libertou-se um fumo branco muito fraquinho, mas observavam-se muitas bolhinhas devido à reação.  E Após se adicionar zinco à solução, o líquido ficou transparente (significando que já não haviam iões cobre, pois estes são azuis).  Adicionou-se HCl 3 mol dm-3 para acelerar a reação e garantir que todo o zinco reagiu (durante a reação E foi libertado um gas incolor que apesar de não se encontrar na formula concluímos que seria hidrogénio (H2) ). Após o cobre solido pousar no funco decanta-mos com sucessivas lavagens de água e levamos a estufa para uma secagem mais eficaz. Luísa Neves n.º12 12ºCT Química 2014/2015

Questões pós-laboratoriais Um ciclo de cobre Questões pós-laboratoriais 1.Por que razão se denominou o conjunto das reações efetuadas por "ciclo do cobre"? Denominou-se ciclo de cobre porque tem inicio no cobre sólido e, depois de ocorrerem todas as reações, acaba também em cobre sólido. 2.Qual será a razão de a reação A ter de ser realizada na hotte? A reação A foi realizada na hotte porque é libertado NO2, um gás muito tóxico. 3.Qual a espécie química que é removida na decantação (passo 8.)? A espécie química removida em 8 é o óxido de cobre, CuO(s). 4.Qual será o gás libertado referenciado no passo 11.? O hidrogénio (H2) libertado pela adição de HCl(aq) ao ZnSO4(aq). 5.Porque será necessário recolher o líquido sobrenadante como resíduo no passo 11. (e não no passo 8.)? O liquido sobrenadante do passo 11 requer mais cuidado pois é tóxico enquanto que o do passo 8 não o é. Luísa Neves n.º12 12ºCT Química 2014/2015

Questões pós-laboratoriais Um ciclo de cobre Questões pós-laboratoriais 6.Traduza cada reação efetuada pela equação química correspondente. A: Cu (s) + 4 HNO3 (aq) Cu(NO3)2 (aq) + 2 H2O (l) + 2NO2 (g) B: Cu(NO3)2 (aq) + 2 NaOH (aq) Cu(OH)2 (s) + 2 NaNO3 (aq) C: Cu(OH)2 (s) CuO (s) + H2O (l) – Por aquecimento D: CuO (s) + H2SO4 (aq) CuSO4 (aq) + H2O (l) E: CuSO4 (aq) + Zn (s) Cu (s) + ZnSO4 (aq) 7.Classifique as reações A, B, C e E (oxidação-redução, ácido-base…). A: oxidação-redução B:precipitação C:decomposição térmica D:ácido-base E:oxidação redução Luísa Neves n.º12 12ºCT Química 2014/2015

Questões pós-laboratoriais Um ciclo de cobre Questões pós-laboratoriais 8.Como se poderá provar que o sólido recolhido no final é cobre? Fazendo testes químicos e físicos específicos. 9.O rendimento obtido é, certamente, inferior a 100%. Quais serão os passos/factos experimentais que poderão justificar o rendimento calculado? Todas as pesagens, decantações, erros nas preparações de soluções, não deixar secar ate ao fim, por exemplo. 10. Reciclar é um meio importante para conservar os recursos naturais. Indique os metais que habitualmente são mais recolhidos para reciclagem. Ferro e alumínio 11. Identifique alguns problemas de poluição relacionados com a reciclagem do cobre. Os vapores tóxicos e os resíduos tóxicos emitidos. E os iões cobre são tóxicos.   Luísa Neves n.º12 12ºCT Química 2014/2015

Um ciclo de cobre Rendimento   Luísa Neves n.º12 12ºCT Química 2014/2015

Conclusão Um ciclo de cobre Luísa Neves n.º12 12ºCT Química 2014/2015 Após os devidos cálculos, obteve-se um valor de rendimento muito baixo, 16,67%. Era esperado um valor de rendimento baixo visto que depois de sujeitarmos o cobre ao ácido clorídrico, o pesámos e a balança não estava bem calibrada. Não nos apercebemos disso no momento e prosseguimos com a atividade. Para além do referido incidente, ao longo da atividade efetuamos várias decantações nas quais nunca se conseguiu aproveitar todo a solução devido às varetas com polícia improvisadas. Utilizámos tubos de ensaio ao invés de góbeles e, assim, a área de contacto dos reatores ficou diminuída havendo a possibilidade de terem ficado reações incompletas. Na reciclagem do cobre em grandes massas também não se obtém um rendimento de 100% mas é, obviamente, muito maior do que o obtido. Porém é preferível proceder-se à reciclagem do cobre e outros metais, com os necessários cuidados, devido aos grandes custos de extração e, caso não fossem reciclados, ficariam à superfície terrestre a contribuir para a poluição do planeta. Luísa Neves n.º12 12ºCT Química 2014/2015 Luísa Neves n.º12 12ºCT

Bibliografia Um ciclo de cobre SIMÕES, Teresa Sobrinho; QUEIRÓS, Maria Alexandra; SIMÕES, Maria Otilde, – Química em Contexto, Porto Editora, Porto, 2011, 1a edição; Luísa Neves n.º12 12ºCT Química 2014/2015

Anexos Um ciclo de cobre Vídeo: Passo 10 (procedimento) Luísa Neves n.º12 12ºCT Química 2014/2015