BALANCE MASICO Y ENERGETICO EN PROBLEMAS AMBIENTALESPRE INFORME PRACTICA DE LABORATORIO GRUPO: 358081_65 JULIE LADINO OJEDA COD: 1057573131 INGENIERA: MARY LUZ NOMESQUE UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD) CEAD-SOGAMOSO OCTUBRE DE 2014 Objetivos. Evaluar los conocimientos adquiridos en todas las lecciones del curso, mediante el desarrollo de la práctica de laboratorio. Desarrolla la habilidad de aplicar balances de masa y energía en los procesos desarrollados en el laboratorio TEMA 1. BALANCE DE MATERIA SIN REACCIÓN QUÍMICA OBJETIVO GENERAL Estudiar los cambios que ocurren en procesos de separación de mezclas sin reacción química y verificar la ley de la conservación de la materia. OBJETIVOS ESPECÍFICOS · Identificar las propiedades físicas de sustancias puras y mezclas. · Realizar balances de materia sin reacción química. Practica a. MEZCLA DE ALCOHOL ETÍLICO CON AGUA Objetivos. Determinación de masa de agua, la masa del alcohol, mezclar las soluciones e igualmente calcular la masa, volumen y densidad. Materiales y reactivos: Probeta graduada de 100 ml, Probeta graduada de 50 ml, agua destilada y alcohol etílico. Metodología. 1. En una probeta graduada de 100 ml, colocar 25 ml de agua destilada. Determine la masa de agua (solución A) 2. En otra probeta graduada de 50 ml, colocar 10 ml de alcohol etílico. Determinar la masa de alcohol (solución B) 3. Mezclar las soluciones A y B; determinar la masa, el volumen y la densidad de la solución resultante (solución C) 4. En otra probeta graduada de 100 ml, verter 25 ml de agua destilada. Determinar la masa de agua destilada (solución D) 5. En una probeta graduada de 50 ml, añadir 20 ml de alcohol etílico. Determinar la masa de alcohol (solución E) 6. Mezclar las soluciones D y E, determinar la masa, el volumen y la densidad de esta mezcla resultante (solución F) 7. Mezclar las soluciones C y F (solución G), determinar la masa el volumen y la densidad de la solución G. Práctica b. BALANCE MACROSCÓPICO DE MATERIA EN RÉGIMEN NO ESTACIONARIO Marco teórico. Un reactor continuo de tanque agitado es, básicamente, un recipiente por el que circula un caudal de fluido m, y en cuyo seno el fluido se encuentra perfectamente agitado de manera que, en un momento dado, todos los puntos del mismo poseen idénticas propiedades, variando éstas con el tiempo. Objetivos: Con la ayuda del tutor diseñar y construir un reactor continuo de tanque agitado cuyo volumen sea de 400 ml. Sobre el cual circule un caudal constante de agua y analizar las fuentes de error. Materiales y reactivos: Cloruro de sodio, agua destilada Metodología. 1. Con la ayuda de su tutor diseñe y construya un reactor continuo de tanque agitado cuyo volumen sea de 400 ml. Utilice los materiales con que cuenta en el laboratorio. Recuerde que sobre el reactor debe circular un caudal constante de agua. 1. Tanque agitado 2. Entrada de fluido 3. Llave de paso salida de fluido 4. Llave de vaciado 5. Vaso de precipitados de 25 ml 6. Agitador magnético 7. Electrodo del conductímetro 8. Conductímetro 9. Imán 2. Preparar una curva de calibración de Conductividad (cond.) vs. Concentración (C) de NaCl 3. Preparar 1 litro de solución para cada una de las siguientes concentraciones de cloruro de sodio: 30 g/l, 60 g/l, 90 g/l. 4. Colocar 400 ml de la primera solución en el tanque y comenzar a agitar. Realizar la lectura de conductividad. 5. Hacer fluir agua destilada a través del tanque agitado y tomar lecturas de conductividad 6. Repetir la experiencia cambiando el caudal de agua para la misma concentración de cloruro de sodio 7. Repetir las actividades 3 a 5 para las otras dos concentraciones de cloruro de sodio. 8. Elaborar una tabla que recoja la variación de la concentración de sal con el tiempo. 9. Graficar –ln C sal vs. t. Explicar el valor de la pendiente y el intercepto. 10. Analizar las fuentes de error en la experimentación. Práctica c. SEPARACIÓN DE MEZCLAS Marco teórico En un estado natural de las sustancias generalmente forman mezclas. Existen métodos para separar los componentes que las forman por lo cual se debe tomar en cuenta el estado natural de la mezcla y de sus componentes. Existe gran cantidad de sustancias químicas que, para identificarlas, se separan en sistemas homogéneos sencillos para conocer su utilización y composición, utilizan procesos que reciben el nombre de Análisis Químicos. Objetivos. Determinar la masa de acetona, la masa del alcohol, mezclar las soluciones e igualmente calcular la masa, volumen y densidad de la solución restante, determinar puntos de ebullición de las diferentes fracciones de destilado. Materiales y reactivos. Probeta graduada de 100 ml (2), acetona, alcohol etílico. Sistema de destilación simple. Metodología. 1. En una probeta graduada de 100 ml, colocar 15 ml de acetona. Determine la masa de acetona (solución A) 2. En otra probeta graduada de 100 ml, colocar 35 ml de alcohol etílico. Determinar la masa de alcohol (solución B) 3. Mezclar las soluciones A y B; determinar la masa, el volumen y la densidad de la solución resultante (solución C) 4. En un sistema de destilación simple (pida ayuda al tutor para la instalación) introducir la solución C y calentar hasta ebullición. Recoja las diferentes fracciones de destilado y tome nota de los puntos de ebullición de las sustancias. 5. Determine la masa de las diferentes fracciones de destilado. 6. ¿Puede determinar a qué compuesto corresponde cada fracción? 7. Determine el porcentaje de recuperación de cada compuesto. 8. Justifique las diferencias entre el la masa inicial y la masa final de los compuestos. TEMA 2. BALANCE DE MATERIA CON REACCIÓN QUÍMICA OBJETIVO GENERAL Estudiar los cambios que ocurren en reacciones químicas OBJETIVOS ESPECÍFICOS · Identificar la propiedades físicas de reactivos y productos de diferentes reacciones químicas. · Clasificar las reacciones químicas según los cambios ocurridos en cada sistema. · Realizar balance de materia con reacción química. Practica a. REDUCCIÓN DE PERMANGANATO DE POTASIO Marco teórico En una reacción química, los productos obtenidos presentan diferentes características con relación a los reactivos, la estructura molecular cambia, de tal modo que existen cambios de color, olor, densidad. etc.; en muchas de estas transformaciones pueden ocurrir cambios de estado de la materia, es decir formación de sólidos, gases o líquidos. Se dice que ocurre una reacción química cuando los enlaces químicos se forman, rompen o suceden ambas cosas. Objetivos. Verificar la ley de la conservación de la materia Materiales y reactivos. 1 Vaso precipitado 100 rnl 4, 2 Vaso precipitado 50 ml 4, 3 Tubos de ensayo 16*160 mm, 4 Gradilla P/12 tubos 1, 5 Pipeta graduada 5 ml 4, 6 Probeta graduada 50 ml 1, 7 Probeta graduada 100 ml 1, 8 Vidrio reloj D = 10 cm 1, 9 Varilla de vidrio 25 cm 1, Soporte universal Metálico 1, 11 Aro metálico D = 10 cm 2, Embudo de D = 10 cm 2, 13 Papel filtro disco 2, 14 Balanza Eléctrica 1, 15 Cronómetro Digital 1, 16 Pinza Madera 1, 17 Pipeta 500ml (plástica) 1, 18 Pro pipeta Plástica 1, 19 Cepillo P/ Tubo 1, 19 Cepillo P/ Tubo 1, 21 Espátula recta Metálica 1, Horno de secado Eléctrico 1. Agua destilada, ácido sulfúrico, oxalato de sodio, oxalato de potasio, permanganato de potasio, hidróxido de sodio, Metodología. MEDIO FUERTEMENTE ACIDO 1. Vierta en un vaso de 100 ml, 20 ml de agua destilada 2. Vierta en la solución anterior 2 ml de ácido sulfúrico concentrado. 3. Disuelva en la solución anterior 0.6 g de oxalato de sodio (Na2C2O4) ó 0.8 g de oxalato de potasio. 4. Calentar la solución ácida de oxalato de sodio a 60 ºC. 5. Añadir a la solución caliente 1 ml de una solución de permanganato de potasio. 6. Registrar sus observaciones. MEDIO NEUTRO 1. Vierta en un vaso de 100 ml, 20 ml de agua destilada. 2. Disuelva en 0.6 g de oxalato de sodio (Na2C2O4) ó 0.8 g de oxalato de potasio. 3. Calentar la solución de oxalato de sodio a 60 ºC. 4. Añadir a la solución caliente 1 ml de una solución de permanganato de potasio. 5. Registrar sus observaciones. MEDIO FUERTEMENTE ALCALINO 1. Disuelva 2 g de hidróxido de sodio1 en 20 ml de agua destilada en un vaso de 100 ml. 2. Disuelva en la solución anterior 0.6 g de oxalato de sodio (Na2C2O4) ó 0.8 g de oxalato de potasio. 3. Calentar la solución alcalina de oxalato de sodio a 60 ºC. 4. Añadir a la solución caliente 1 ml de una solución de permanganato de potasio. 5. Registrar sus observaciones. Práctica b. CLASIFICACIÓN DE REACCIONES QUÍMICAS Marco teórico Una reacción química es el proceso por el cuál dos o más sustancias puestas en contacto reaccionan entre sí o ejercen su actividad para formar una nueva sustancia, la misma que es representada mediante una ecuación química. Objetivos. Clasificar las reacciones químicas de acuerdo a su mecanismo, por su reactividad, por su intercambio energético, y por su naturaleza Materiales y reactivos. Vierta en un tubo de ensayo 1 ml (2), REACCION REACTIVO A REACTIVO B 1 Acido sulfúrico + 1 gota de Hidróxido de sodio fenolftaleína 2 Solución anterior (acido Cloruro de bario sulfúrico) 3 Hierro Acido clorhídrico 4 Cobre Nitrato de plata 5 Ferrocianuro de potasio Cloruro férrico 6 Amoniaco Sulfato de cobre 7 Clorato de potasio + calor Metodología. 1. Vierta en un tubo de ensayo 1 ml de reactivo A 2. En otro tubo de ensayo, 1 ml de reactivo B. (Si es sólido tomar aproximadamente 0.1 g de reactivo) Ver tabla anterior de reactivos A Y B. 3. Hacer reaccionar 2 o 5 gotas del reactivo A con el reactivo B, observe y registre cambios. 4. Vierta el resto del reactivo A, observe y anote cambios. Si la reacción es lenta, deje el tubo en reposo hasta que se observe algún cambio. 5. Analizar las fuentes de error en la experimentación. Práctica c. REACCIONES DE PRECIPITACIÓN Marco teórico Las reacciones de precipitación son aquellas en las que el producto es un sólido; se utilizan en los métodos gravimétricos de análisis y en las titulaciones por precipitación. Objetivos. Determinar la masa del precipitado Materiales y reactivos. Vasos de precipitados de 50 ml (4), disco de papel filtro, embudo, soporte universal con aro metálico, horno secador, agua destilada, cromato de potasio, nitrato de plomo. Metodología. 1. En dos vasos de precipitados de 50 ml vierta 20 ml de agua destilada. 2. Adicione a cada vaso 0.1 g y 0.25 g de cromato de potasio. 3. En otros dos vasos de precipitados de 50 ml vierta 20 ml de agua destilada 4. Adicione a cada vaso 0.35 g de nitrato de plomo. 5. Verter las soluciones de cromato de potasio a las de nitrato de plomo 6. Utilizar un disco de papel filtro (debe determinar la masa del papel filtro seco) y colocarlo a un embudo de plástico 7. Armar el soporte universal con aro metálico donde se instala el embudo y el papel filtro 8. Filtrar por separado los productos obtenidos. 9. Secar el precipitado en el papel filtro en un horno secador. 10. Determinar la masa del precipitado. TEMA 3. BALANCE DE ENERGIA OBJETIVO GENERAL Estudiar los cambios que ocurren en procesos con consumo o generación de energía. OBJETIVOS ESPECÍFICOS · Identificar propiedades físicas de sustancias puras. · Realizar balances de energía. · Verificar la ley de la conservación de la energía Practica a. COMBUSTIÓN Marco teórico Habitualmente se define la energía como la capacidad de la materia para producir trabajo, pudiendo adoptar distintas formas, todas ellas interconvertibles directa o indirectamente unas en otras. Objetivos. Calcular la masa de agua perdida por evaporación. ¿Se ajustan los balances de energía? ¿Sí? ¿No? Y ¿Por qué? Materiales y reactivos. Vaso de precipitados, recipiente resistente al calor, mechero, agua, gasolina, diesel y etanol. Metodología. 1. En un vaso de precipitados pese exactamente 50 g de agua líquida. Mida la temperatura a la que se encuentra el agua. 2. En un recipiente resistente al calor pese exactamente 5 g de gasolina. Con la ayuda de un mechero incinere la gasolina de tal forma que la mayor parte de calor desprendido por la combustión sirva para calentar el vaso de precipitados que contiene los 50 g de agua. 3. Inmediatamente se apague la llama de la combustión de la gasolina, mida la temperatura del agua. 4. Deje enfriar hasta temperatura ambiente y mida la masa de agua en el recipiente. 5. Realice los balances de masa y energía (con ayuda de tablas termodinámicas determine la capacidad calorífica de la gasolina). 6. Repita las actividades 1 a 5 empleando diesel y etanol como combustibles. 7. Calcule la masa de agua perdida por evaporación. ¿Se ajustan los balances de energía? ¿si? ¿no? ¿Por qué?
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