Material Vulcani Chimici

7/24/2019 Material Vulcani Chimici

1/9

Simulri de vulcani n laborator

www.profudechimie.ro 1 prof. Tudurache Adina

I. 1. Vulcanul din bicromat de amoniu

Mod de lucru:

Varianta 1 Pe o plac de gresie sau altmaterial neinflamabil aeaz o grmjoarde 15-20g bicromat de amoniu, (NH4)2Cr2O7creia i daiform de con, obtinnd un vulcan, dar nminiatur. Aeaz n vrful conului o bucat depan magneziu aprins (sau panglic de magneziusau o srmde cupru nroitn foc)

Varianta 2Parcurge acelai mod de lucru

de mai sus dar adaug i o spatul de magneziupulbere.Interpretarea rezultatelor:

Dupce aezi n vrful conului o bucatdepan magneziu aprins ncepe reacia dedescompunere, iar vulcanul n miniatur degajcldur, vapori de ap i o cenu verde,cantitativ, ...de fapt oxidul de crom III, conform

reaciei:(NH4)2Cr2O7 N2 + 4H2O + Cr2O3 + QLa varianta 2 vei observa i flcri albe,

luminoase care se datoreaz arderii magneziului,conform reaciei:

2Mg + O2 = 2MgO

I. 2. Vezuviu violet

Mod de lucru:

a. ntr-o capsul de porelan amestec 0,5 gpulbere de iod cu 0, 25 g pulbere de zinc bineuscatb. d amestecului forma unui vulcnel i ncrater picurpuinapcu o pipet.c. poi nlocui pulberea de zinc cu pulbere demagneziu sau aluminiu dar n acest caz apaadugattrebuie sfie fierbinte.

Vulcan din bicromatde amoniu/varianta 1

Vulcan din bicromatde amoniu/varianta 2

Vezuviu... violet


2/9



Atenie!1. Iodul cristale este o substantoxic! Vei lucra

cu iod numai sub stricta supraveghere aprofesorului de chimie!2. Experiena se va executa la nisau afar!3. Vei observa experiena de la 2m distan!!!

Interpretarea rezultatelor:

La adugarea apei pulberile intrn reaciei din capsula de porelan ncep sse ridice vaporiviolei de iod. Capsula se nclzete iar n urma

reaciei chimice se mrete tensiunea de vapori aiodului:2I2 solid+ Zn ZnI2+ I2 vapori

Care este rolul apei n aceast reacie?(Apa este catalizatorul care declaneaz reaciadintre cele 2 pulberi).

I. 3. Vulcani obinui prin aluminotermie

Aluminotermia a pornit de laexperimentele cercettorului rus NikolayBeketov, care a demonstrat c aluminiul, ncondiii de temperatur foarte ridicat, secombin cu oxigenul din oxizii metalici,rezultnd oxidul de aluminiu, Al2O3i metaluln stare liber. Pentru ca reacia s aib locmetalul din oxid trebuie s fie situat dupaluminiu n seria activitii chimice a metalelor.

Exemple de astfel de oxizi: oxidul feric,Fe2O3; oxidul cupros, Cu2O; oxidul de crom III,Cr2O3; dioxidul de mangan, MnO2; tetraoxidulde plumb, Pb3O4; dioxidul de siliciu, SiO2 ialtele. Hans Goldschmidt a mbuntit procesulntre anii 1893 i 1898, folosind ca metodde


3/9



aprindere o reacie exoterm secundar astfelnefiind nevoit smai nclzeasccompuii ntr-un creuzet; tot n 1998 a patentat procesul

urmnd ca n anii urmtori sfie folosit la scarlargn industria feroviar.

3.a Vulcan cu termit

Mod de lucru:

Pas 1: Amestec o parte (un vrf de spatul demrime medie) pilitur (sau pulbere) dealuminiu-Al cu patru pri oxid feric-Fe2O3.

Pas 2: ndeas apoi amestecul ntr-un creuzet(sau un dop de tabl) i presar deasupra puinpraf de magneziu-Mg amestecat cu clorat depotasiu-KClO3.Pas 3: Aeaz creuzetul pe o bucat de tabl(sau plac de gresie), introdu n amestec opanglic de magneziu i aprinde captul dinexteriorul creuzetului. Poi aprinde amestecul i

cu pan de magneziu dac nu ai panglic dardureazmai mult.Observaii i concluzii:Magneziul aprins nclzete amestecul de

aluminiu i oxid de fer, declannd reaciachimic:

2Al + Fe2O3 = Al2O3 + 2FeTemperatura ridicat la care ajunge

amestecul topete ferul rezultat din reacie (ferulare p.t.15350C); de cele mai multe ori se distrugecreuzetul (de fiecare dat la noi n laborator,motiv pt. care e mult mai economicos de folositun dop de tabl) iar ferul se scurge pe placa deazbest.

Utilizare: sudarea inelor de cale ferat,prin turnare de fer topit obinut prinaluminotermie.

Vulcan cu ...termit (1)(Al+ Fe2O3)

Sudarea inelor de caleferatcu fer topit, obinut

prin aluminotermie

Vulcan cu ...termit (2)


4/9



Atenie!

1. Dacfoloseti pan de magneziu curfoarte

bine penseta sau cletele cu care l ii n flacr,ddrumul magneziului aprins n creuzet cu maregriji deprteaz-te la cel puin 1m distan.2. E obligatoriu sai ochelari de protecie!

3.b Vulcan cu nisip

Un amestec mai deosebit este acelapentru vulcanul cu nisip (nisipul conine SiO2);

la amestec se folosete dioxid de siliciu,aluminiu i sulf.Proporia ideal este de 1,67 grame de

dioxid de siliciu la 1 gram de aluminiu, ns seaprinde foarte greu i de aceea la amestec seadaugsulf, astfel amestecul final este: 9 gramede dioxid de siliciu bine mojarate cu 10 gramede aluminiu pulbere i cu 12 grame de sulf (de

asemenea bine mojarate), rezultnd un amestecde culoare argintie.Metoda de aprindere:Amestecul de nisip, aluminiu i sulf se

aeazntr-un vulcan confecionat din argil.n mijlocul amestecului se pune bandde

magneziu. Urmtorul pas presupune adugareade permanganat de potasiu, KMnO4, binemojarat, n aa fel nct s se acopere uniformamestecul din vulcan. Pentru a iniia reacia seva aduga peste permanganatul de potasiu ctevapicturi de glicerin cu ajutorul unei pipete.Reacia dintre KMnO4 i glicerin va producecaldura necesar aprinderii benzii de magneziucare la rndul ei va aprinde amestecul de dioxidde siliciu, aluminiu i sulf.

Dioxid de siliciu

Vulcanul cu nisip

Minierupie de metalto it

Lava rezultat


5/9



Reacia secundar:2Al + 3S = Al2S3 + Q , iniiazreactia primar:4Al + 3SiO2 = 2Al2O3 + 3Si

Dup ce lava s-a rcit siliciul metalicpoate fi extras. Resturile reaciei trebuie pusentr-un pahar cu acid clorhidric concentrat.Aceastetapa experimentului este periculoas,deoarece produce cantiti mari de hidrogensulfurat, H2S, un gaz toxic, otrvitor, i de aceeatrebuie efectuat afarsau la ni. Ecuaia reacieichimice conform creia se obine hidrogenul

sulfurat, H2S este:Al2S3+ 6HCl = 2AlCl3+ 3H2S

3.c Vulcan cu aluminiu i dioxid de mangan/

Obinerea manganului prin aluminotermie

Mod de lucru:

Reacia aluminotermic se poatedesfura ntru-un ghiveci pentru flori bine

uscat. n vas se introduc n jur de 50g dioxid demangan, MnO2, foarte bine uscat i o cantitatedublde pulbere de aluminiu (dar n volum, nun greutate). Se amestec foarte bine cele doucomponente i se introduc n vasul uscat; nmijlocul amestecului nfingei o panglic demagneziu, iar n jurul panglicii adugai ospatul din urmtorul amestec: 1g pulbere de

crbune de lemn (mangal), 3g clorat de potasiui 1g sulf pulbere.Atenie!

1.Experimentul se executafar! Instalaivasul ntr-o micgroapde pmnt, avnd grijca pe o raz de circa 4m s nu se gseascmateriale inflamabile.

Vulcan cu ... aluminiui dioxid de mangan

Siliciul obinut, custructurtetraedric


6/9



2. Este obligatorie purtarea ochelarilor deprotecie!

3. Dai foc panglicii de magneziu care va

avea circa 10 cm), apoi deprtai-v repede lacirca 3-4m de vas.

Observaii i concluzii:Magneziul va aprinde coninutul vasului,

care va arde cu flcri vii, strlucitoare,ajungnd la o temperaturde peste2000oC!

Dupce vasul s-a rcit, l putei sparge ivei gsi depus manganul metalic sub forma

unor picturi rotunde, lucioase.Ecuaiile reaciilor chimice:2Mg + O2 = 2MgO

4Al + 3MnO2= 2Al2O3+ 3Mn

I. 4. Vulcan cu zinc i azotat de amoniu

Mod de lucru:

Pas 1 Pe o sit de azbest se amestec bine 5 g

pulbere de zinc cu 5g azotat de amoniu(substanele trebuie sfie perfect uscate!)Pas 2 Dm amestecului formde vulcnel iar lapartea superioar a acestuia adugm puinclorur de amoniu, i amestecm apoi doar nvrf.Pas 3 Simulm un mic crater i picurm puinapfierbinte cu o pipet.

Interpretarea rezultatelor:

Reacia declanat de pictura de apeste complex. n final se formeaz oxidul dezinc pe care l observm sub forma fumului alb.

n cteva secunde amestecul se aprinde iarde cu flacr alb-albstruie. Zincul se aprindedace pulbere fin, proaspt preparat.

Mangan metalic

Vulcan cu zinc i azotade amoniu

Cilindrul din zinc alunei baterii uzate de4,5V i poate furniza

zincul necesarexperimentului!


7/9



I. 5. Vulcanul noroios

Materiale necesare:

50-100 ml de peroxid de hidrogen 30%

(H2O2), soluie saturat de iodur de potasiu(KI), spun lichid, CuO, Fe2O3

Mod de lucru:

ntr-un pahar Erlenmeyer, se introduccca 50 mL spun lichid peste care se adaugcca5 g oxizi CuO si Fe2O3. Dupce se amestec, seadaug cca 30 mL soluie peroxid de hidrogen30%. Apoi se adaug cca 10 ml de soluie de

iodur de potasiu concentrat i se amestecuor.Observaii i concluzii:

n cteva secunde va ncepe degajarea deoxigen, iar bulele de gaz vor face ca spunullichid s spumeze iar oxizii de cupru i fer vorconferi nu aspect noroios. Cldura degajat nreacie va transforma apa n vapori, astfel se

obin toate ingredientele unui vulcan noroios.Ecuaia general pentru aceast reacieeste:

2 H2O2(aq)= 2 H2O(l)+ O2(g)Ioni iodur catalizeaz descompunerea

peroxidului de hidrogen n ap i oxigen, dupurmtorul mecanism:

H2O2(aq)+ I-(aq) = IO

-(aq) + H2O(l)

H2O2(aq)+ IO-(aq)= I

-(aq) + H2O(l)+ O2(g)

I. 6. Lav colorat

Un experiment uor i distractiv, ce poatefi fcut i acas, deoarece reactivii sunt praf decopt, oet i colorant alimentar ...la cursul desculpturam realizat o machetdin lut pe caream umplut-o pe jumtate cu bicarbonat desodiu apoi am adugat oet i colorantalimentar, aproximativ ncun sfert.

Bicarbonatul desodiu, n contact cuacidul acetic,reacioneazformnd o spumcare i mretevolumul. Rezultatul

final aratasemenea erupieiunui vulcan i sedatorete reaciei:NaHCO3 +CH3COOH CH3COONa + H2O+ CO2

Lav colorat

Vulcanul noroios


8/9



I. 7 Aplicaii numerice

Unitate de nvare: Simulri de vulcani n laborator

Nivel: Avansai anorganic, clasa aIX-a

1.

a)Dacun vulcan activ, expirzilnic 36 tone de SO2, calculai ce cantitatede soluie de acid sulfuros, H2SO3 30% s-ar putea obine ntr-o sptmndactoatcantitatea de SO2ar putea fi recuperati barbotatn ap?b) Calculai cantitatea (kmoli, kg) de trioxid de sulf, SO3 care s-ar puteaobine zilnic prin oxidarea celor 36 tone dioxid de sulf, SO2, la un randamental reaciei de 75%.

c) Oleumul este o soluie ce conine trioxid de sulf, SO3 dizolvat n acidsulfuric, H2SO4 concentrat, utilizat pentru obinerea soluiilor concentrate deacid sulfuric, pentru refacerea soluiilor uzate (reziduale) de acid sulfuric dari pentru sulfonarea compuilor organici aromatici.

Calculeaz ce procent de SO3 liber va avea oleumul obinut prinabsorbia cantitii de trioxid de sulf, SO3rezultatla punctul b) n 6250 kgsol. H2SO47,3%.

R:a) ms= 1076250 kg soluie H2SO330%

b) 421,875 kmoli SO3; 33750 kg SO3c) 20% SO3liberRezolvare c)n 6250 kg sol. H2SO4 7,3% avem 456,25 kg H2SO4 i 5793,75 kg H2O/321,875 kmoli H2OSO3 + H2O = H2SO4321,875 kmoli 321,875 kmoli 321,875 kmoli/ 31543,75kg H2SO4nSO3 din oleum= 421,875 kmoli - 321,875 kmoli = 100 kmoli (8000 kg SO3)mH2SO4 din oleum = mH2SO4 din cele 6250 kg sol. H2SO4 7,3%+ mH2SO4 rezultatdin reacia apei cuSO3 = 456,25 + 31543,75 = 32000 kg32000 kg H2SO4 + 8000 kg SO3 = 40000 kg oleum20% SO3liber

2. Pe o sit de azbestnclzeti 54 g pulbere de aluminiu, Al cu 120 gpulbere de sulf, S.a) Unul din componente este n exces; verificcare i calculeaznumrul demoli de component n exces.


9/9



b) Ce se ntmpl la adugarea apei peste sulfura de aluminiu format?Noteazecuaia reaciei chimice.c) Dacse obin 0,8 moli Al2S3, calculeaz randamentul reaciei.

R:a) sulful este n exces; 075 moli sulf excesb) se formeaz un curent de hidrogen sulfurat, H2S, gaz toxic cu miros deouclocite, conform ecuaiei reaciei chimice: Al2S3+ 6H2O = 2Al(OH)3 +3H2S

c) 80%

3.Aluminotermia este o reacie foarte util; n condiii de temperaturfoarteridicat, aluminiul se combincu oxigenul din oxizii metalici: oxidul feric,

Fe2O3; oxidul cupros, Cu2O, oxid de crom, Cr2O3; dioxid de mangan, MnO2;etc., rezultnd Al2O3i metalul n stare liber.a) Calculai masa (grame) de aluminiu consumat n reacia cu Fe2O3, dacdin acest proces chimic rezult 418 kJ. Ecuaia termochimic este:2Al(s)+Fe2O3(s)2Fe(s)+Al2O3(s) + 836 kJb) Comparai stabilitatea oxizilor de aluminiu i de fer(III), pe bazaentalpiilor de formare standard: HfAl2O3( s) = -1672 kJ/mol, HfFe2O3( s)= -836 kJ/mol.

c) Pe baza calculelor termochimice, precizai dacreacia descrisde ecuaiachimic: 2Al(s) + Fe2O3(s) Al2O3(s) + 2Fe(s) este endoterm sauexoterm. Se cunosc entalpiile de formare standard: HfAl2O3 ( s) = -1672kJ/mol, Hf Fe2O3 ( s) = - 836 kJ/mol.d) Calculai cantitatea de cldura degajat n reacia unui mol de Fe2O3 cualuminiul, pe baza urmtoarelor constante termochimice:2Al(S)+ 3/2 O2(g)Al2O3(S) rH1= -1672 kJ2Fe(S)+ 3/2 O2(g)Fe2O3(S) rH2= -836 kJ/mol

e) Pulberea de aluminiu arde n oxigen i formeaz oxidul de aluminiu,Al2O3. Calculai cldura care se degaj la arderea a 108 g pulbere dealuminiu n oxigen utiliznd urmtoarele ecuaii termochimice:Fe2O3(s) + 2Al(s)Al2O3(S)+ 2Fe(topit); rH1= -836 kJ4Fe(S)+ 3O2(g)2 Fe2O3(S);rH1= -1672kJ

R:a) 27g Al; b) Al2O3(s)mai stabil dect Fe2O3(s);c) reacia este exoterm; d) 836 kJ; e) 3344 kJ

Material Vulcani Chimici

Documents

Transcript of Material Vulcani Chimici