040 – Precipitación

Esta sesión de laboratorio se centra en la reacción química entre el cloruro de calcio y el oxalato de amonio; enfocándose en la preparación precisa de las soluciones reactivas y la observación de los cambios de masa resultantes de su interacción. El experimento está diseñado para proporcionar una demostración clara del mecanismo de reacción y la formación de un precipitado; destacando los principios de la estequiometría y la conservación de la masa en las reacciones químicas.

Objetivos Educativos

• Preparación y reacción de soluciones químicas: Los participantes aprenderán a preparar con precisión soluciones de cloruro de calcio y oxalato de amonio y a mezclarlas para iniciar una reacción química, haciendo hincapié en los aspectos procedimentales de la experimentación química.
• Observación de cambios de masa: El experimento tiene como objetivo ilustrar el concepto de conservación de la masa en las reacciones químicas mediante la medición de los cambios de masa antes y después de la reacción, proporcionando evidencia tangible del resultado de la reacción.
• Entendiendo las reacciones de precipitación: Mediante la formación de un precipitado a partir de la reacción, los participantes explorarán los principios detrás de las reacciones de precipitación, incluidas las reglas de solubilidad y el papel de los compuestos iónicos en soluciones acuosas.
• Desarrollo de habilidades analíticas Esta sesión está diseñada para mejorar las habilidades analíticas de los participantes en la observación, documentación e interpretación de los resultados de las reacciones químicas, fomentando una comprensión más profunda de los procesos químicos y sus aspectos cuantitativos.

Al participar en esta sesión de laboratorio, los participantes obtendrán experiencia práctica con la reacción química entre el cloruro de calcio y el oxalato de amonio, desde la preparación de las soluciones hasta la observación de los efectos de la reacción. Esta exploración práctica no solo demostrará los principios de precipitación y conservación de la masa, sino que también brindará valiosas perspectivas sobre la naturaleza meticulosa de la realización de experimentos químicos. A través de este proceso, los participantes mejorarán su comprensión de los conceptos clave de la química, reforzando sus conocimientos y habilidades en la disciplina.

Protocolo

1. Pesada inicial del vaso de precipitados: Pese un vaso de precipitados vacío de 50 mL y anote su masa.
2. Pesaje inicial de la probeta graduada: Pese una probeta graduada vacía de 10 mL y registre su masa.
3. Medición de cloruro de calcio (CaCl₂) : Usando la probeta graduada; mide con precisión 5 mL de solución de cloruro de calcio 0.2M.
4. Transferencia de cloruro de calcio: Vierta la solución de cloruro de calcio medida en el vaso de precipitados de 50 mL.
5. Enjuague de la probeta graduada: Utilice una botella lavadora para enjuagar la probeta graduada con agua destilada.
6. Medición de oxalato de amonio ((NH₄)₂C₂0₄) : Mida con precisión 5 mL de solución de oxalato de amonio 0.2M utilizando el mismo cilindro graduado.
7. Pesar la solución de cloruro de calcio: Pese el vaso de precipitados que contiene la solución de cloruro de calcio y anote la masa.
8. Pesar la solución de oxalato de amonio: Pese el cilindro graduado que contiene la solución de oxalato de amonio y anote la masa.
9. Usando los datos recolectados en los pasos anteriores, calcula la masa de los 2 líquidos.
10. Combinación de soluciones: Vierta suavemente la solución de oxalato de amonio en el vaso de precipitados que contiene la solución de cloruro de calcio.
11. Mezcla: Mezcle suavemente las soluciones durante 5 segundos con la varilla de vidrio. Anote cualquier cambio en la apariencia.
12. Pesaje final: Pesar el vaso de precipitados que contiene la mezcla de las dos soluciones reactivas.
13. Usando los datos recopilados en los pasos 10 a 12, calcule la masa combinada de los 2 líquidos mezclados.
14. Compara la masa de los líquidos antes y después de mezclarlos y anota tus observaciones.

Resultados esperados

• El vaso de precipitados de 50 mL pesa 75 g, y la probeta graduada de 10 mL pesa 50 g.
• 5mL de CaCl₂ 0.2M equivaldrá a 5.12g, incluyendo 5g de H₂O, 0.04 g de Ca²⁺ y 0.08g de Cl^–, para un total de 80.12g.
• 5 mL de (NH₄) ₂C₂O₄ 0.2M pesarán 5.12 g, incluyendo 5 g de H₂O, 0.04g NH₄⁺ y 0.08g C₂O₄²-, para un total de 55.12g.
• La solución final pesará aproximadamente 10,24 g, incluyendo 10 g de H₂O, 0.13g CaC₂O₄(s), 0,08g Cl^–, 0.04g NH₄⁺, y cantidad insignificante de Ca^2+, H+, NH₃⁺, HC₂O₄, y ácido oxálico.

La reacción entre el cloruro de calcio (CaCl₂) y el oxalato de amonio en una solución acuosa resulta en la formación de oxalato de calcio y cloruro de amonio. En esta reacción, el cloruro de calcio reacciona con el oxalato de amonio para producir oxalato de calcio, que precipita de la solución como un sólido, y cloruro de amonio, que permanece en la fase acuosa. El oxalato de calcio es poco soluble en agua, por lo que precipita de la solución. Este tipo de reacción es un ejemplo de una reacción de doble desplazamiento, donde los cationes y aniones de los reactivos intercambian lugares para formar nuevos productos.

• Conservación de la masaA pesar de la reacción química y la formación de un precipitado (oxalato de calcio), la masa total del sistema (disoluciones, vaso de precipitados y cilindro) permanece constante antes y después de la reacción, lo que ilustra la ley de conservación de la masa.
• Formación de precipitadoLa formación visible de oxalato de calcio como un precipitado sólido demuestra un cambio químico, mientras que la masa total permanece constante.

Lecciones aprendidas:

• Precisión en la mediciónEl experimento enfatiza la importancia de las mediciones precisas en los experimentos científicos, desde el pesaje de equipos y sustancias hasta la medición de volúmenes de líquidos.
• Observando cambios químicosLos estudiantes aprenden a observar y registrar cambios físicos (como la formación de un precipitado) que indican que ha ocurrido una reacción química.
• Interpretación de resultados: Comprender el concepto de conservación de la masa en el contexto de una reacción química, incluso cuando el sistema experimenta cambios físicos visibles.

Principios de química:

• Ley de conservación de la masa: Este experimento demuestra que en un sistema cerrado, la masa permanece constante independientemente de los procesos que ocurran en su interior. La masa total antes de la reacción química es igual a la masa total después de la reacción.
• Reacciones químicas: La formación de oxalato de calcio y cloruro de amonio a partir de cloruro de calcio y oxalato de amonio es un ejemplo de reacción de doble desplazamiento, un tipo común de reacción química donde los iones intercambian parejas.
• Solubilidad y precipitaciónEl experimento demuestra cómo se aplican las reglas de solubilidad en las reacciones químicas, con el oxalato de calcio siendo insoluble en agua y formando un precipitado, mientras que el cloruro de amonio permanece disuelto.

Al comparar la masa de los reactivos y los productos, los estudiantes pueden ver de primera mano que la masa se mantiene constante, reforzando así el principio de conservación de la masa de una manera tangible y práctica.

Resumen de la asignación por rango de calificación

Grados 3-5 (Edades 8-10)

• Enfoque: Introducción básica a las reacciones químicas y la conservación de la masa.
• Actividades: Observación de la mezcla de soluciones, demostración simple de la conservación de la masa usando balanzas, instrucciones básicas de seguridad.

Grados 6-8 (Edades 11-13)

• EnfoqueComprensión intermedia de reacciones químicas, estequiometría y conservación de la masa.
• ActividadesPreparación de soluciones de cloruro de calcio y oxalato de amonio, medición de masa antes y después de la reacción, observación y registro de la formación de un precipitado, seguimiento de protocolos de seguridad detallados.

Grados 9-12 (Edades 14-18)

• Enfoque: Comprensión avanzada de estequiometría, reacciones de precipitación y la ley de conservación de la masa.
• ActividadesPreparación y mezcla precisas de soluciones, medición detallada de cambios de masa antes y después de la reacción, análisis de la formación y composición del precipitado, documentación e interpretación meticulosas de los resultados, cumplimiento de protocolos de seguridad avanzados.

Esenciales de laboratorio

Instrumentos

• Beker (50ml)
• Varilla de vidrio
• Probetas graduadas (10 ml)
• Espátulas
• Equilibrio

Productos

• Solución de oxalato de amonio (NH4)2C2O4 0.2M
• Solución de cloruro de calcio 0,2 M