Els metalls pesants com el plom (Pb²⁺) i el coure (Cu²⁺) sovint es troben en aigües residuals, de vegades en concentracions perilloses per a la salut humana i el medi ambient. Aquests contaminants provenen de la corrosió de canonades o de l'eliminació inadequada de substàncies com pintures i dissolvents. La eliminació d'aquests ions és essencial per prevenir la contaminació. Aquest laboratori té com a objectiu extreure ions de plom i coure d'una mostra d'aigua residual de 50 ml mitjançant reaccions de precipitació utilitzant sulfat de sodi (Na₂SO₄) i carbonat de potassi (K₂CO₃).
Objectius educatius
Separar i quantificar ions de plom i coure en aigües residuals induint la precipitació i la filtració, analitzant alhora l'eficàcia del procés d'extracció.
- Comprensió de la precipitació química: Adquirir coneixements sobre les reaccions de precipitació i la seva aplicació en la eliminació d'ions de metalls pesants de solucions.
- Habilitats d'anàlisi quantitativa Desenvolupeu la capacitat de mesurar i pesar substàncies amb precisió, assegurant la exactitud en els resultats experimentals.
- Aplicació de tècniques de filtració: Aprèn mètodes de filtració adequats per separar precipitats sòlids de mescles líquides.
- Relevància mediambiental: Aprecieu la importància del tractament d'aigües residuals en la mitigació de la contaminació per metalls pesants.
- Registra i anàlisi de dades: Practicar la gravació d'observacions i la interpretació de resultats per avaluar l'èxit de l'experiment.
Protocol
Precipitació amb sulfat de sodi.
- Peseu un paper de filtre i trobeu-ne la massa a la taula de resultats.
- Mesura 100 ml d'aigües residuals amb el tub d'empeus i aboca la mostra dins del matràs Erlenmeyer 1.
- Pesar 79,8 g (30 ml) de sulfat de sodi.
- Aboca el sulfat de sodi al matràs Erlenmeyer 1.
- Barreja els continguts de l'erlenmeyer 1 i observa el precipitat que es forma al fons del recipient.
El sulfat de sodi té la capacitat de formar un precipitat amb el plom (PbSO4).
- Col·loca un embut al matràs d'Erlenmeyer 2.
- Poseu el paper de filtre a l'embut.
- Enganxa el paper de filtre a la paret de l'embut amb una mica d'aigua destil·lada.
- Aboca la mescla del matràs d'Erlenmeyer 1 a través del paper de filtre col·locat sobre el matràs d'Erlenmeyer 2 per extreure el precipitat.
- Deixeu assecar el paper de filtre durant 10 segons, després retireu el conjunt de paper de filtre + precipitat i peseu-lo. La massa es troba a la taula de resultats.
- Traieu l'embut del matràs d'Erlenmeyer 2.
Precipitació amb carbonat de potassi
- Pesa 60,75 g (25 ml) de carbonat de potassi.
- Poseu el carbonat de potassi al matràs Erlenmeyer 2.
- Barreja el contingut del matràs d'Erlenmeyer 2 i observa el precipitat que es forma al fons del recipient.
El carbonat de potassi té la capacitat de formar un precipitat amb el coure (CuCO3).
- Col·loca un embut sobre el matràs d'Erlenmeyer 3.
- Col·loca l'altre paper de filtre a l'embut.
- Enganxa el paper de filtre a la paret de l'embut amb una mica d'aigua destil·lada.
- Aboca la barreja del matràs Erlenmeyer 2 a través del paper de filtre col·locat al matràs Erlenmeyer 3 per extreure el precipitat.
- Deixeu assecar el paper de filtre durant 10 segons, després retireu el conjunt de paper de filtre + precipitat i peseu-lo. La massa es troba a la taula de resultats.
Aquestes 2 reaccions es poden utilitzar per eliminar metalls pesants de les aigües residuals.
Resultats previstos
- Precipitació efectiva de plom i coure:
- Els ions plom (Pb²⁺) reaccionaran amb el sulfat de sodi per formar sulfat de plom (PbSO₄), un precipitat blanc insoluble en aigua.
- Els ions de plom i coure també precipitaran amb carbonat (CO3)2- i hidròxid OH-
- Els ions de coure (Cu²⁺) reaccionaran amb el carbonat de potassi per formar carbonat de coure (CuCO₃), un precipitat blau verdós.
- Massa quantificable de precipitats
- La massa del precipitat de sulfat de plom s'espera que s'alineï estretament amb els valors teòrics, aproximadament 141,9 g basant-se en càlculs estequiomètrics.
- La massa del precipitat de carbonat de coure s'espera que sigui d'aproximadament 53,8 g, segons el càlcul previ a l'experiment.
- Observacions coherents amb la teoria:
- El color de les aigües residuals canviarà durant cada etapa de precipitació: blavós després de la precipitació del plom (a causa dels ions de coure restants) i clar després de la precipitació del coure (ja que la majoria dels ions s'han eliminat).
- Els papers de filtre retindran precipitats blancs i blau-verdosos ben diferenciats de plom i coure respectivament.
- Comprendre les desviacions:
- Poden produir-se lleugeres variacions en la massa del precipitat degudes a factors experimentals com l'assecat incomplet del paper de filtre o petites inexactituds en les mesures dels reactius.
- Desenvolupament d'habilitats
- Els participants adquiriran domini en l'ús d'equips de laboratori, com ara tècniques precises de pesatge, mesurament i filtratge.
- Les habilitats de recollida i anàlisi de dades es perfeccionaran comparant els resultats experimentals amb les prediccions teòriques.
- Implicacions mediambientals:
- Aquest experiment reforça la importància dels mètodes químics en el tractament d'aigües residuals, proporcionant idees per reduir la contaminació per metalls pesants.
| Mostra | Massa del paper de filtre (g) | Paper de filtre + Precipitació (g) | Massa del precipitat (g) |
| Plom | 1 | 142.9 | 141.9 |
| Coure | 1 | 54.8 | 53.8 |
Resum de tasques per rang de qualificació
Cursos 9-10
- Enfocament Conocements fonamentals de tècniques de precipitació i filtració.
- Activitats:
- Mesura i pesa els materials amb precisió.
- Observeu i documenteu els canvis durant les reaccions de precipitació.
- Completeu les taules de dades proporcionades amb resultats experimentals.
- Objectius:
- Comprendre els principis bàsics de la solubilitat i les reaccions químiques.
- Desenvolupa experiència pràctica amb eines de laboratori com balances, cilindres graduats i aparells de filtració.
- Cultiva un registre de dades precís i una anàlisi d'errors.
Cursos 11è-12è
- Enfocament Aplicació de càlculs estequiomètrics i anàlisi avançada.
- Activitats:
- Realitza càlculs estequiomètrics per predir masses de precipitats.
- Analitzar les desviacions experimentals i proposar explicacions per a les diferències observades.
- Amplieu l'experiment utilitzant reactius alternatius per observar reaccions de precipitació addicionals.
- Objectius:
- Aplica coneixements teòrics a escenaris pràctics de laboratori.
- Desenvolupa el pensament crític i les habilitats de resolució de problemes avaluant els resultats experimentals.
- Aprofundir la comprensió de la rellevància del tractament d'aigües residuals.
Estudiants de nivell universitari/avançats
- Enfocament Exploració en profunditat d'aplicacions mediambientals i mecanismes de reacció.
- Activitats:
- Modificacions del.
- Realitzeu anàlisis comparatives utilitzant diferents sals i condicions de reacció.
- Investigar l'impacte ambiental de la contaminació per metalls pesants i estratègies de mitigació.
- Objectius:
- Desenvolupa coneixements experts en disseny i execució experimental.
- Exploreu les implicacions més àmplies de les tècniques de laboratori en la sostenibilitat ambiental.
- Perfeccionar les habilitats analítiques i de presentació mitjançant la presentació de resultats.
Equipament de laboratori
Instruments
- Balanç numèric
- Cistella de pesatge
- Espàtula
- Barra de vidre
- Embut i filtres
- 3 matrassos Erlenmeyer de 250 ml
- cilindre graduat de 100 ml
Productes
- Carbonat de potassi (en pols)
- Sulfat de sodi (pols)
- Aigües residuals (líquides)