Hidrogeno

LABORATORIO Nª 2: HIDROGENO- EQUILIBRIO ACIDO-BASE

INTRODUCCION

El Hidrógeno es el primer elemento de la tabla periódica. En condiciones normales es un gas incoloro, inodoro e insípido, compuesto de moléculas diatómicas. El átomo de hidrógeno consta de un núcleo de unidad de carga positiva y un solo electrón. Tiene número atómico 1 y peso atómico de 1.00797. Es uno de los constituyentes principales del agua y de toda la materia orgánica. Constituye el 75% de la materia del universo.

Se pueden aplicar diversos métodos para preparar hidrógeno gaseoso. Su elección depende de factores como la cantidad de hidrógeno deseada, la pureza requerida, disponibilidad y costo de materia prima. Entre los procesos empleados están las reacciones de metales con agua o con ácidos, la electrólisis del agua, la reacción de vapor con hidrocarburos u otros materiales orgánicos y la descomposición térmica de hidrocarburos.

El presente trabajo tiene como objetivo:

Obtener hidrógeno a partir de agua; ácido sulfúrico e hidróxido de sodio, utilizando distintos metales.

Demostrar algunas propiedades del elemento.

Para finalizar y a modo de conclusión se analizaran los resultados obtenidos en el laboratorio.

DESARROLLO

PREPARACION DE HIDRÓGENO

Se colocan las granajas de Zn, Al y Fe en 9 tubos de hemolisis (tres de cada metal). A 3 tubos correspondiente a uno de Zn, otro de Al, y el tercero de Fe se agrega agua destilada. La experiencia se repite reemplazando el agua por Na(OH) en un segundo caso y finalmente,H_2 〖SO〗_(4 ). Se observa lo que ocurre a temperatura ambiente y luego se los pone a baño marìa.

Zn Al Fe

AGUA DESTILADA OBSERVACIONES A Tº amb: no se observa reacción.

A mayor Tº: no varía. A Tº amb: no se observa reacción.

A mayor Tº: no varía. A Tº amb: no se observa reacción.

A mayor Tº: no varía.

REACCIÓN - - -

HIDRÒXIDO DE SODIO OBSERVACIONES A mayor Tº comienza a reaccionar. A Tº amb. desaparece. Se observa una suspensión de partículas blancas. A mayor Tº comienza a reaccionar lentamente.

REACCIÓN

CONCLUSIÓN El aumento de temperatura acelera la reacción.

ÀCIDO SULFÙRICO OBSERVACIONES A Tº amb. : desprendimiento de burbujas grandes.

A mayor Tº reacciona, se observan partículas negras. A mayor Tº se observa reacción. A Tº amb. desprendimiento de burbujas pequeñas. La reacción es lenta.

A mayor Tº: reacciona.

REACCIÓN Zn+ H_2 SO_(4 )→ZnSO_(4 )+ H_2 2Al+ 3H_2 SO_(4 ) →2Al^(3+)+ 3 SO^(2-)+ 3H_2 Fe+ H_2 SO_(4 )→FeSO_(4 )+ H_2

CONCLUSIÓN El aumento de temperatura acelera la reacción.

ORDENAMIENTO DE METALES SEGÚN SU CAPACIDAD DE PRODUCIR HIDRÓGENO

Ordenamiento decreciente (mayor capacidad- menor capacidad): Al, Zn y Fe.

Para Zn ∆E=0,763 Oxidación Zn→〖Zn〗^(2+)+ 〖2e〗^- E= -0,763

Reducción 2H^++ 〖2e〗^-→ H_2 E=0

Para Fe ∆E=0,440 Oxidación Fe→〖Fe〗^(2+)+ 〖2e〗^- E= -0,440

Reducción 2H^++ 〖2e〗^-→ H_2 E=0

Para Al ∆E=1,66

Oxidación 2Al→〖2Al〗^(3+)+ 〖6e〗^- E= -1,66

Reducción 6H^++ 〖6e〗^-→ 〖3H〗_2 E= 0

DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DEL ACIDO ACÉTICO

Las soluciones reguladoras de pH o tampón son disoluciones de un ácido débil o base débil y su respectiva sal. Tienen la propiedad de mantener constante el valor de pH ante pequeños agregados de ácido o base.

Se coloca 1ml de ácido acético 0,1M en un orificio de la placa y se determina su pH con el papel indicador.

Se coloca en un segundo orificio de la placa 1ml de ácido acético con 1ml de acetato de sodio. Se agita la solución con una varilla y se determina el nuevo pH de la solución.

HAc Solución HAc+ NaAc

pH experimental 3 4

[H+] 10-3 10-4

pOH 14-3 = 11 14 - 4= 10

[OH-] 10-11 Despreciamos respecto de [H^+ ] 10—10 Despreciamos respecto de [H^+ ]

REACCIONES HAc ⇄ H^+ + 〖Ac〗^-

H_2 O ⇄ H^++〖OH〗^- K_w=[〖OH〗^- ][H^+] NaAc → 〖Na〗^++〖Ac〗^-

HAc ⇄ H^+ + 〖Ac〗^-

〖Ac〗^-+H_2 O ⇄ HAc+〖OH〗^- K_h=([〖OH〗^- ][HAc])/([〖Ac〗^-])

EXPRESION DE Ka K_a=([Ac][H^+])/([HAc]) K_a=([Ac][H^+])/([HAc])

BALANCE DE MASA [Ac-]+[HAc] = 0,1M [Na+]=0,5 M

[Ac-]+[HAc] = 0,5 + 0,5= 1,0M

BALANCE DE CARGA [H+] = [OH-]+[Ac-] [Na+] + [H+] = [OH-]+[Ac-]

Por funcionamiento de buffer las concentraciones [OH^+ ] y [H^+ ] son despreciables.

DE BC 〖[Ac〗^-]=[H^+ ]-〖[OH〗^-] [Na+] = [Ac-] = 0,5M

DE BM [HAc]= 0,1 M-([H^+ ]-〖[OH〗^-]) [HAc] = 1,0M -- [Ac-] = 1,0 – 0,5 = 0,5M

CÀLCULO DE Ka 〖 K〗_a=[Ac][H^+ ]/[HAc] =(([H^+ ]-〖[OH〗^-])[H^+ ] )/(0,1 M-([H^+ ]-〖[OH〗^-]))

〖 K〗_a=(〖[H〗^+] ^2)/(0,1 M-[H^+ ] )=(〖[10〗^(-3)] ^2)/(0,1 M-[〖10〗^(-3) ] ) 〖 K〗_a=([Ac][H^+])/([HAc])=(0,5M×〖10〗^(-4) )/0,5M=〖10〗^(-4)

K_h=K_w/K_a = 〖10〗^(-14)/〖10〗^(-4) = 〖10〗^(-10)

VALOR Ka 1×〖10〗^(-5) 〖1×10〗^(-4)

HIDRÓLISIS

La hidrólisis es la reacción de una sustancia con el agua. Las sales solubles en agua se disocian totalmente y por lo tanto sus iones están en solución. Los iones provenientes de ácidos y bases débiles interaccionan con el agua para formar las especies no disociadas respectivas (ácido o base), produciendo la ruptura de la misma en dos partes OH- y H. Se produce de esta manera un cambio de pH en la solución resultante ya que como producto se generan OH- o H+.

Se colocan cada una de las soluciones en un orificio de la placa y se miden sus respectivos pH.

RESULTADOS Y REACCIONES

NaCl NH4Cl NaAc

pH experimental 7 6 9

[H+] experimental 10-7 10-5 10-7 - despreciable frente a [OH-]

pOH experimental 7 14-5= 9 14-10=4

[OH-] experimental 10-7 10-9 - despreciable frente a

...