relazione ciclo del rame - Università di Milano-Bicocca, Ricerche di Biologia. Università degli Studi di Milano-Bicocca
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relazione ciclo del rame - Università di Milano-Bicocca, Ricerche di Biologia. Università degli Studi di Milano-Bicocca

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Determinare la resa del processo, ossia la quantità di rame che si riforma alla fine dei vari passaggi dell'esperienza partendo da un filo di rame
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4^RELAZIONE

TITOLO: CICLO DEL RAME

SCOPO:

Determinare la resa del processo, ossia la quantità di rame che si riforma alla fine dei vari passaggi dell'esperienza :

EQUAZIONI STECHIOMETRICHE:

A. Cu(s) +4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

B. Cu(NO3)2 (aq)+ 2NaOH → Cu(OH)2 + 2NaNO3

C. Cu(OH)2 (s) → CuO(s) + H2O

D. CuO(s) + H2SO4 → CuSO4 + H2O

E. CuSO4(aq) + Zn → Cu(s) + ZnSO4

PRINCIPIO

Si parte da un filo di rame e si effettuano una serie di reazioni nelle quali cambiano lo stato chimico (numero di ossidazione) e anche fisico del metallo per tornare infine allo stato chimico iniziale.

A. Il rame reagendo con l'acido nitrico HNO3 si ossida a nitrato di rame Cu(NO3)2 , solubile e di color verde, con la liberazione di un fumo rosso (NO2).

B. Alla soluzione contenente nitrato di rame viene aggiunta soda (NaOH) che fa precipitare il rame in forma di idrossido Cu(OH)2 ,solido gelatinoso azzurro.

C. Per riscaldamento l'idrossido di rame si trasforma in ossido CuO , anch'esso allo stato solido ma di colore nero.

D. L'ossido di rame viene fatto reagire con acido solforico H2SO4 a dare solfato di rame CuSO4 che impartisce un intenso color blu alla soluzione.

E. Infine per tornare al rame metallico di partenza si fa reagire il solfato di rame con dello zinco che riduce il rame da Cu2+ a Cu.

MATERIALI:

 Buretta  Spatola

 Propipetta

 Pipetta

 Becker

 Vetro da orologio

 Piastra riscaldante magnetica

 Bacchetta di vetro

 Matraccio

 Ancoretta magnetica

 Rame metallico (Cu)

 Acido nitrico (HNO3)

 Soda (NaOH)

 Zinco (Zn)

 Acido solforico (H2SO4)

PROCEDIMENTO:

1. Pesare circa 0.5 g di rame e riporli in un becker da 250 ml, precedentemente pesato. 2. Spostarsi sotto una cappa aspirante e aggiungere 6.5ml di acido nitrico concentrato al beker

e agitare. Si noterà un passaggio della colorazione da verde ad azzurro.

3. Impostare la piastra la piastra a 60° C.

4. Una volta completata la reazione aggiungere circa 130 ml di H20.

5. Riscaldare un po d'acqua che servirà in seguito per effettuare i lavaggi.

6. Aggiungere 60 ml di NaOH 3M in modo da fare precipitare il Cu(OH)2. Si osserverà che il composto assumerà la consistenza di un solido gelatinoso azzurro cervelliforme.

7. Inserire nel becker un'ancoretta magnetica, e metterlo sulla piastra alla temperatura di 250°C, si otterrà così un coposto nero ossia l'ossido di rame.

8. Aspettare che il CuO si depositi e decantare il liquido surnatante.

9. Aggiungere adesso 200 ml di H2O riscaldata in precedenza e lasciare a riposare

10. Raffreddare il composto immergendo il becker e decantare. Ripetere questo passaggio due volte.

11. Aggiungere 5.5 ml di H2SO4 6M per trasformare l'ossido di rame in solfato di rame

12. (CuSO4). La trasformazione è definita dal passaggio a un colore azzurro.

13. Dopo aver pesato circa 2.0 g di zinco, aggiungerli a poco a poco nel becker e aspettare in modo da far precipitare il rame metallico.

14. Agitare su piastra magnetica fino a decolorare completamente il liquido surnatante, verranno a formarsi piccole bollicine di idrogeno che saliranno e usciranno dalla soluzione.

15. Una volta diminuito lo sviluppo di idrogeno decantare la soluzione.

16. Sempre sotto cappa aggiungere 5[ml] di acqua distillata e 10[ml] di HCl per fare in modo da consumare eccesso di zinco (poiché essendo il rame un metallo nobile non si scioglie in acidi ossidanti mentre lo zinco si).

17. Riscaldare adesso la soluzione e decantare.

18. Lavare il residuo con 5[ml] di acqua e poi lasciar riposare qualche minuto e successivamente decantare.

19. Fare lo stesso procedimento del punto 18 aggiungendo 5[ml] di etanolo e successivamente 5[ml] di acetone.

20. Portare la piastra alla temperatura di 100°C e lasciar evaporare il liquido del backer.

21. completamente sotto ad una cappa le tracce di acetone.

22. Pesare il becker contenente il “solo” rame metallico e determinare la resa a fine processo.

DATI E CALCOLI

Massa becker: 104.868 [g]

Massa iniziale Cu: 0.510 [g]

Massa Zn: 2,021 [g]

Massa finale becker + Cu: 105.404 [g]

Massa finale Cu: 105.404[g] – 104.868[g]= 0.536[g]

RESA = x 100 = x 100 = 105.098 %

 Massa Cu(s): 0.510 [g]

Moli Cu = massa Cu/PA Cu = 0.510 [g]/63.54 [g]/mol = 8.026 x 10-3 [mol]

PA Cu = 63.54 [g]/[mol]

Poichè il rapporto stechiometrico tra Cu(s) e Cu(NO3)2 è di 1:1 si avrà:

PM Cu(NO3)2 = 187.55 [g]/[mol]

Moli Cu(NO3)2 = moli Cu(s) = 8.026 x 10-3 [mol]

Massa Cu(NO3)2 = moli Cu(NO3)2 x PM Cu(NO3)2 = 8.026 x 10-3 [mol] x 187.55 [g]/[mol] = 1.505 [g]

 Massa Cu(NO3)2: 1.505 [g]

Poichè il rapporto stechiometrico tra Cu(NO3)2 e Cu(OH)2 è di 1:1 si avrà:

PM Cu(OH)2 = 97.55 [g]/[mol]

Moli Cu(OH)2 = moli Cu(NO3)2 = 8.026 x 10-3 [mol]

Massa Cu(OH)2 = moli Cu(OH)2 x PM Cu(OH)2 = 8.026 x 10-3mol x 97.55 [g]/[mol] = 0.783 [g]

 Massa Cu(OH)2: 0.783 [g]

Poichè il rapporto stechiometrico tra Cu(OH)2 e CuO di 1:1 si avrà:

PM CuO = 79.54 [g]/[mol]

Moli CuO = Moli Cu(OH)2 = 8.026 x 10-3 [mol]

Massa CuO = moli CuO x PM CuO = 8.026 x 10-3 [mol] x 79.54 [g]/[mol] = 0.64 [g]

 Massa CuO: 0.64[g]

Poichè il rapporto stechiometrico tra CuO e CuSO4 è di 1:1 si avrà:

PM CuSO4 = 159.6 [g]/[mol]

Moli CuSO4 = moli CuO = 8.026 x 10-3 [mol]

Massa CuSO4 = moli CuSO4 x PM CuSO4 = 8.026 x 10-3 [mol] x 159.6 [g]/[mol] = 1.281[g]

 Massa CuSO4: 1.281 g

Poichè il rapporto stechiometrico tra CuSO4 e Cu è di 1:1 si avrà:

PA Cu = 63.54 [g]/[mol]

Moli Cu=moli CuSO4= 8.026 x 10-3 [mol]

Massa Cu=moli Cu x PA Cu=8.026 x 10-3 [mol] x 63.54 [g]/[mol] 0,510[g]

CONCLUSIONE

Dai risultati si evince che la massa finale di Cu ottenuta è superiore alla massa di Cu iniziale,con una resa pari al 105.098 %: tale alterazione è dovuta alla presenza di impurezze nel prodotto finale del ciclo, come zinco residuo o umidità trattenuta dalla polvere.

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