Al13 quimica 11_ano

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A.L. 1. 3. química 11.º ano
Efeito da temperatura e da concentração na progressão global de uma reacção

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Al13 quimica 11_ano

  1. 1. Formação : “ Reacções químicas, cinética, equilíbrio e modelação computacional Efeito da temperatura e da concentração na progressão global de uma reacção Química 11º Ano Aldo Valentim da Silva Ana Maria da Silva Fernandes Margarida Alexandra Catarino Marques Alves Sofia Isabel Antunes Branco Setembro de 2010
  2. 2. A.L. 1.3 – Química 11º Ano 1 Questão-problema: Como pode evoluir um sistema em equilíbrio quando se faz variar a temperatura ou a concentração? Objectivos de aprendizagem: - Seleccionar material/reagentes adequados ao trabalho; - Planificar as técnicas e regras de segurança a ter, com base nas informações contidas nos rótulos; - Preparar as soluções de cloreto de cobalto (II) hidratado, de cromato de potássio e de dicromato de potássio; - Estudar o efeito da variação da temperatura e da concentração no equilíbrio: CoCl2.xH2O (aq)  CoCl2.(x-y)H2O (aq) + yH2O (l) ΔH > 0 - Estudar o efeito da variação da concentração no equilíbrio: 2CrO42- (aq) + 2H+ (aq)  Cr2O72- (aq) + H2O (l) - Consolidar o conceito de equilíbrio químico e o Príncipio de Le Chatelier. Introdução teórica Quando se dissolve cloreto de cobalto (II) hexahidratado em água, atinge-se um equilíbrio homogéneo traduzido pela equação: CoCl2.6H2O (aq)  CoCl2.2H2O (aq) + 4H2O (l) ΔH > 0 A forma mais hidratada do cloreto de cobalto apresenta cor rosa, enquanto que a forma menos hidratada apresenta cor azul. Como esta reacção é endotérmica no sentido directo, um aumento de temperatura no sistema reaccional, faz deslocar o equilíbrio no sentido directo, aumentando a concentração da espécie menos hidratada, intensificando-se a cor azul. rosa azul
  3. 3. A.L. 1.3 – Química 11º Ano 2 A solução aquosa de cromato de potássio apresenta uma cor amarela, enquanto que a solução de dicromato de potássio tem uma cor alaranjada. A cor apresentada por estas soluções deve-se à presença dos iões CrO42- (aq) e Cr2O72- (aq), respectivamente. Contudo, em ambas as soluções anteriormente referidas, existem em equilíbrio as duas espécies segundo a equação: CrO42- (aq)  Cr2O72- (aq) + H2O (l) Ao adicionar algumas gotas de ácido à solução de cromato vai ocorrendo uma mudança de cor, segundo o equilíbrio químico 2CrO42- (aq) + 2H+ (aq)  Cr2O72- (aq) + H2O (l) Procedimento experimental Depois de discutidas algumas informações com os alunos, tais como as equações químicas das reacções (directa e inversa) e a cor das substâncias envolvidas, os alunos deverão elaborar um plano de execução do procedimento. 1.Efeito da variação da temperatura - Preparar uma solução de cloreto de cobalto (II) hexahidratado; - Em dois tubos de ensaio, A e B, colocar 5 mL da solução anteriormente preparada; - Colocar o tubo A num banho de gelo; - Colocar o tubo B num banho de água quente (aproximadamente 80ºC); - Registar as observações (as alterações de cor). amarelo laranja
  4. 4. A.L. 1.3 – Química 11º Ano 3 2.Efeito da concentração - Numerar cinco tubos de ensaio, 1,2,3,4 e 5, e colocar 3 mL da solução preparada; - Adicionar aos tubos 1 e 2, 1 mL e 2 mL de água desionizada respectivamente; - Adicionar aos tubos 3 e 4, 1 mL e 2 mL de ácido clorídrico concentrado respectivamente; - Adicionar ao tubo 5, uma pequena quantidade de cloreto de cobalto (II) hexahidratado; - Registar as observações. 3.Efeito da concentração no equilíbrio químico do cromato de potássio - Preparar uma solução de cromato de potássio de concentração 0,05 mol dm-3 , de dicromato de potássio de concentração 0,05 mol dm-3 e de ácido clorídrico de concentração 1 mol dm-3; - Colocar num tubo de ensaio A, 5 mL de solução aquosa de cromato de potássio; - Colocar num tubo de ensaio B, 5 mL de solução aquosa de dicromato de potássio; - Adicionar ao tubo de ensaio A, gota a gota, a solução de ácido clorídrico, até observar mudança de cor; - Registar as observações. Material / Reagentes: - Tubo de ensaio e respectivo suporte; - Pipetas graduadas; - Copos; - Pipetador; - Balões de diluição; - Esguicho com água desionizada; - Vidros de relógio; - Conta-gotas; - Varetas; - Gelo; - Espátulas; - CoCl2.6H2O (s) - Funis de vidro; - K2 Cr2O7 (s) - Balança; - K2 CrO4 (s) - Placa de aquecimento; - HCl (aq)
  5. 5. A.L. 1.3 – Química 11º Ano 4 Observações/ Registos: Informações retiradas dos rótulos Cloreto de cobalto (II) hexahidratado R22 Nocivo por ingestão. R42 Possibilidade de sensibilização por inalação. R43 Possibilidade de sensibilização em contacto com a pele. R49 Pode causar cancro por inalação. R50 Muito tóxico para os organismos aquáticos. R53 A longo prazo pode provocar efeitos negativos no ambiente aquático. S2 Manter fora do alcance das crianças. S22 Não respirar o pó. S45 Em caso de acidente ou indisposição consultar imediatamente um médico (se possível mostrar o rótulo do produto). S53 Evitar a exposição – obter instruções especiais antes de usar. S60 Elimina-se o produto e recipiente como produtos perigosos. S61 Evitar a sua libertação para o meio ambiente.
  6. 6. A.L. 1.3 – Química 11º Ano 5 Dicromato de potássio R36 Irritante para os olhos. R37 Irritante para as vias respiratórias. R38 Irritante para a pele. R43 Possibilidade de sensibilização em contacto com a pele. R45 Pode causar cancro. S28 Em caso de contacto com a pele lavar imediata e abundantemente com...(produto adequado a indicar pelo fabricante). S44 Em caso de indisposição consultar um médico (se possível mostrar-lhe o rótulo do produto). S53 Evitar a exposição – obter instruções especiais antes de usar. Ácido clorídrico R34 Provoca queimaduras. R37 Irritante para as vias respiratórias. S2 Manter fora do alcance das crianças. S26 Em caso de contacto com os olhos lavar imediata e abundantemente em água e chamar um médico. 1.Efeito da variação da temperatura Tubo de ensaio T= 0ºC T= 80ºC A Rosa ___ B ___ Azul
  7. 7. A.L. 1.3 – Química 11º Ano 6 2.Efeito da concentração Adição Tubo 1 Tubo 2 Tubo 3 Tubo 4 Tubo 5 1mL H2O Rosa claro __ __ __ __ 2mL H2O __ Rosa pálido __ __ __ 1 mL HCl __ __ Mancha azulada __ __ 2 mL HCl __ __ __ Mancha azulada mais nítida __ CoCl2.6H2O (s) __ __ __ __ Azul Amostra padrão Rosa-avermelhado 3.Efeito da concentração no equilíbrio químico do cromato de potássio Adição Tubo A Tubo B ___ Amarelo Laranja HCl (aq) Vai ficando laranja ___
  8. 8. A.L. 1.3 – Química 11º Ano 7 Cálculos para preparação de soluções: 1. Massa a pesar para preparar 50 mL da solução de cromato de potássio de concentração 0,05 mol dm-3 [ K2 CrO4] = 0,05 mol dm-3 M (K2 CrO4) = 194,19 g mol-1 V= 50 mL 2. Massa a pesar para preparar 50 mL da solução de dicromato de potássio de concentração 0,05 mol dm-3 [ K2 Cr2O7] = 0,05 mol dm-3 M (K2 Cr2O7) = 294,18 g mol-1 V= 50 mL 3. Volume para preparar 50 mL da solução de ácido clorídrico de concentração 1 mol dm-3 36 % (m/m) HCl 1,19 g ml-1 M = 36,46 g mol-1 n mol n v n C 3 2,5 10 0,050 0,05        m n M m g n m M       0,73 m g mL m mL g solução 1190 1 1000 1,19    m g m m m m soluto solução soluto %( / )  100  428,4 n mol n v n C 3 2,5 10 0,050 0,05        m n M m g n m M       0,48 as unidades são em corpo "redondo"/"normal". As grandezas em itálico os termos "qualificativos" são em corpo "redondo"/"normal"
  9. 9. A.L. 1.3 – Química 11º Ano 8 n n c V c V V mL i f i i f f i        4,26 Fazendo a diluição da solução: Interpretação de resultados/Questões pós-laboratoriais: 1. Explique o efeito da variação da temperatura no equilíbrio químico? Um aumento da temperatura faz progredir a reacção no sentido directo, formação do composto menos hidratado de cor azul. Uma diminuição da temperatura faz deslocar o equilíbrio no sentido inverso, formando-se o composto mais hidratado de cor rosa. 2. Qual o efeito da diluição com a água, sobre o estado de equilíbrio? A adição de água ao sistema reaccional, provoca o deslocamento do equilíbrio de azul para rosa. Este facto explica-se pelo efeito simultâneo de diluição das espécies intervenientes no equilíbrio, que o vai deslocar no sentido inverso, até atingir um novo estado de equilíbrio de acordo com o Principio de Le Chatelier.   CoCl .6H O  CoCl .2H O 2 2 2 2 Q  3. Qual o efeito do aumento da concentração de iões cloreto? Quando se dissolve cloreto de cobalto (II) em água, forma-se o ião complexo [Co(H2O)6]2+ (aq) e iões Cl- (aq). Por adição da solução aquosa de ácido clorídrico, pode formar-se o ião complexo [CoCl4]2- (aq), segundo a equação: [Co(H2O)6]2+ (aq) + 4Cl- (aq)  [CoCl4]2- (aq) + 6H2O (l) devido ao aumento da concentração de iões cloreto, o equilíbrio desloca-se no sentido directo, dando uma tonalidade azulada ao sistema reaccional.   3 11,75 11,75      HCl mol dm n mol n m M 4,3 mL conseguem medir centésimas de mL? têm de identificar o sistema reaccional... têm de identificar o sistema reaccional... não é importante referir que a água um dos produtos da reacção directa? Que sucede ao equilíbrio do sistema químico quando se adiciona água? têm de identificar o sistema reaccional...
  10. 10. A.L. 1.3 – Química 11º Ano 9 4. Qual o efeito do aumento da concentração de CoCl2.6H2O (s) ? A adição de cristais CoCl2.6H2O (s) ao sistema reaccional em equilíbrio (rosa), explica- se pelo aumento da concentração de [Co(H2O)6]2+, o que irá deslocar o equilíbrio no sentido directo, adquirindo uma cor azul. 5. Qual o sentido exotérmico e qual o sentido endotérmico da reacção? Fundamente a sua resposta. A reacção é endotérmica no sentido directo, uma vez que, segundo o Principio de LeChatelier, os sistemas evoluem no sentido de consumir o calor que lhes é fornecido, ou seja no sentido endotérmico, e quando aquecido o sistema reaccional adquiriu a cor azul. CoCl2.6H2O (aq)  CoCl2.2H2O (aq) + 4H2O (l) ΔH > 0 Assim sendo, a reacção inversa será endotérmica. 6. Qual o efeito da adição de ácido à solução em ião cromato? A adição de iões hidrónio, faz deslocar o equilíbrio no sentido directo formando-se ião dicromato de cor laranja. 2CrO42- (aq) + 2H+ (aq)  Cr2O72- (aq) + H2O (l) rosa azul amarelo laranja
  11. 11. A.L. 1.3 – Química 11º Ano 10 Ficha de consolidação 1. Observe com atenção o rótulo de uma embalagem de cloreto de cobalto (II) hexahidratado. 1.1. Quais as informações que constam no rótulo do reagente? Nome do reagente, símbolo de perigosidades, R e S. 1.2. Que outros símbolos de perigosidade conhece, para além do que consta no rótulo? Corrosivo, inflamável, nocivo, explosivo… 1.3. De que modo as substâncias tóxicas podem penetrar no organismo? Por inalação, por ingestão e por contacto directo. 2. Para a reacção traduzida pela equação CoCl2.6H2O (aq)  CoCl2.2H2O (aq) + 4 H2O (l) ΔH > 0 Seleccione a(s) afirmação(ões) correcta(s). A – O excesso de Cl- tem como consequência a formação de mais complexo azul. B – Por adição de água, o equilíbrio desloca-se no sentido de formação dos produtos de reacção. C – A cor azul da solução deve-se ao complexo [Co(H2O)6]Cl2. D – O arrefecimento da solução provoca um deslocamento do equilíbrio no sentido inverso. A e D 3. Seleccione o gráfico que pode traduzir a reacção que ocorre na solução preparada na aula prática. D
  12. 12. A.L. 1.3 – Química 11º Ano 11 4. O galo da figura seguinte, é um “indicador” do grau de humidade da atmosfera. Quando o tempo está bom e seco ele fica azul e quando o ar está carregado de humidade fica rosa. Explique a variação de cor do “galo”, com base no equilíbrio: CoCl2.6H2O (aq)  CoCl2.2H2O (aq) + 4 H2O (l) Pelo Princípio de Le Chatelier , ao aumentar a quantidade de água (humidade), o equilíbrio desloca-se no sentido inverso, isto é, no sentido dos reagentes, acentua-se a cor rosa. 5. Um grupo de alunos colocou, num tubo de ensaio, 5,0 ml de solução de dicromato de potássio e 10,0 ml de uma solução aquosa 0,05 mol dm-3 em hidróxido de sódio. A reacção que ocorre é a seguinte: Cr O (aq) 2OH (aq) 2CrO (aq) H O(l) 2 amarelo 2 4 laranja 2 2 7         Em seguida, os alunos dividiram a solução por três tubos de ensaio, que numeraram de 1 a 3, e colocaram-nos num suporte. → Ao tubo 1 nada acrescentaram. → Ao tubo 2 adicionaram 10 gotas de uma solução aquosa 0,05 mol dm-3 em hidróxido de sódio. → Ao tubo 3 adicionaram 10 gotas de uma solução aquosa 0,05 mol dm-3 em ácido clorídrico. Após terem realizado esta actividade, os alunos compararam as cores das soluções dos tubos 2 e 3 com a cor da solução do tubo 1. O que observaram os alunos? Justifique. No tubo 2, após a adição de NaOH (aq), a solução ficou amarela, uma vez que aumentou a concentração em OH-. O sistema evoluiu no sentido da reacção directa. No tubo 3, após a adição de HCl (aq), a concentração em OH- diminui, e aumenta a concentração em iões H+, pois o ião OH- proveniente da base reage com o ião H+ proveniente do ácido originando H2O. Ao diminuir a concentração em OH-, o sistema vai evoluir no sentido da reacção inversa. A cor laranja acentua-se. neste item 5 indicam as cores. No 4 também deviam indicar

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