Esta sesión de laboratorio se divide en dos partes significativas, centrándose en la preparación de una solución concentrada de permanganato de potasio y su posterior dilución para lograr una concentración deseada. El objetivo es impartir las habilidades necesarias para preparar soluciones de concentraciones específicas mediante disolución y luego ajustar esas concentraciones por dilución, mostrando técnicas fundamentales en la química de soluciones.
- Preparación de una solución concentrada:
Para preparar una solución de permanganato de potasio con una concentración de 80 g/l mediante el proceso de disolución. - Dilución de la solución concentrada:
Para preparar 250 ml de una solución diluida de permanganato de potasio con una concentración objetivo de 17.5 g/l.
Objetivos Educativos
- Técnicas de preparación de soluciones: Los participantes aprenderán el proceso paso a paso para disolver permanganato de potasio y crear una solución con una concentración específica, mejorando su comprensión de las interacciones soluto-solvente.
- Ajuste de concentración mediante dilución: La sesión demostrará cómo ajustar la concentración de una solución mediante dilución, resaltando los aspectos matemáticos y prácticos de las técnicas de dilución.
- Precisión en la medición Enfatiza la importancia de la medición precisa y la manipulación de los instrumentos de medición en la preparación de soluciones químicas, fomentando la exactitud y la atención al detalle.
- Comprensión de la disolución y la dilución: Los participantes obtendrán información sobre los roles críticos de la disolución y la dilución para lograr las concentraciones de solución deseadas, comprendiendo los principios subyacentes de estos procesos.
A través de esta experiencia de laboratorio, los participantes adquirirán habilidades fundamentales de química en la preparación y ajuste de concentraciones de soluciones. Al participar en la preparación precisa de una solución de permanganato de potasio y su cuidadosa dilución, los participantes aprenderán a manipular con precisión los instrumentos de medición y apreciarán la importancia de la disolución y la dilución en la creación de soluciones de concentraciones específicas. Esta sesión ofrece una aplicación práctica de principios químicos esenciales para estudios e investigación en el campo, reforzando la naturaleza meticulosa requerida en la experimentación científica.
Protocolo
- La disolución
Queremos preparar una solución de permanganato de potasio a 80 g/L.
- Pese aproximadamente 8 g de permanganato de potasio utilizando la balanza electrónica.
- Usando un embudo, vierte el polvo pesado en un matraz aforado de 100 mL (el más pequeño de los dos matraces aforados).
- Mide 50 mL de agua destilada con una probeta graduada.
- Vierta el agua medida en el matraz aforado que contiene el permanganato de potasio.
- Retira el embudo y coloca un tapón en la boca del matraz.
- Agita la solución y luego quita el tapón.
- Llene el volumen de la solución hasta la marca de graduación con agua destilada.
- Tapón y mezclar por inversión.
- Compare el color obtenido con el de las muestras proporcionadas para verificar la concentración final.
Las concentraciones de las muestras de los tubos de ensayo son las siguientes:
- Tubo de ensayo 1: 17,5 g/L
- Tubo de ensayo 2: 35 g/L
- Tubo de ensayo 3: 62.5 g/L
- Tubo de ensayo 4: 70 g/L
- Tubo de ensayo 5: 80 g/L
- Tubo de ensayo 6: 90 g/L
- La dilución
Queremos preparar 250 mL de una solución de permanganato de potasio a 17,5 g/L.
- Mide 54.7 mL de la solución en el matraz aforado preparado en la primera parte utilizando una probeta graduada de 70 mL.
- Vierte el contenido de la probeta en el matraz aforado vacío de 250 mL.
- Llene el volumen de la solución hasta la marca de graduación con agua destilada.
- Coloque el tapón y mezcle invirtiendo.
- Compare el color obtenido con el de las muestras proporcionadas para verificar la concentración final.
Nota: Asegúrate de colocar las soluciones frente a un fondo de cartulina negra para distinguir claramente los cambios de color.
Resultados esperados
- Los primeros pasos crean una solución de permanganato de potasio concentrada a 80 g/L (8 g/100 mL).
- Usando 54.7 mL de una solución homogénea representa 4.376 g de permanganato de potasio, en 250 mL de líquido.
- La nueva concentración es, por lo tanto, 17.51g/L (4.376g/250mL).
- Las soluciones de control de KMnO₄ tienen las siguientes concentraciones: #1 = 17,5 g/l (0,11 M); #2 = 35 g/l (0,22 M); #3 = 62,5 g/l (0,39 M); #4 = 70 g/l (0,44 M); #5 = 80 g/l (0,5 M); #6 = 86 g/l (0,54 M).
- Preparación de la solución: Al disolver 8 g de permanganato potásico en 100 mL de agua, se obtiene una solución con una concentración de 80 g/L. Esta debería coincidir visualmente con el color de la solución de control #5.
- Dilución: El proceso de dilución reduce la concentración de 80 g/L a aproximadamente 17,5 g/L al diluir 54,7 mL de la solución original hasta alcanzar un volumen de 250 mL. Esta solución diluida debe tener, a simple vista, el mismo color que la solución de control #1.
Lecciones aprendidas:
- Precisión y exactitud: La importancia de mediciones exactas al pesar el soluto y medir volúmenes durante la preparación de soluciones y la dilución para lograr la concentración deseada.
- Comprensión de la dilución: El proceso de dilución demuestra cómo la concentración de una solución cambia cuando aumenta el volumen del disolvente mientras la cantidad de soluto permanece constante.
- Concentración de soluciones: Aprender a calcular y comprender las diferentes concentraciones de las soluciones y su importancia en diversas aplicaciones químicas.
- Habilidades de observación: Desarrollar la capacidad de comparar la intensidad del color de las soluciones para determinar su concentración, una habilidad esencial en el análisis cualitativo.
Principios de Química:
- Molaridad y concentración: El experimento ilustra cómo calcular la molaridad y la concentración, conceptos fundamentales en la química de soluciones. La molaridad es el número de moles de soluto por litro de solución, y la concentración es generalmente la cantidad de soluto disuelta en cada volumen de disolvente.
- Disolución: Este proceso demuestra cómo los solutos se disuelven en los disolventes para formar disoluciones, dependiendo de la naturaleza del soluto y el disolvente, la temperatura y otros factores.
- Ley de conservación de la masa: Aunque la solución experimenta dilución, la cantidad total de soluto (permanganato de potasio) permanece constante, lo que ilustra la ley de conservación de la masa.
- Análisis colorimétrico: El uso de la intensidad del color para determinar la concentración es una aplicación de la colorimetría, una técnica utilizada a menudo en química para cuantificar la concentración de compuestos coloreados en solución.
A través de este protocolo, los estudiantes adquieren experiencia práctica con las aplicaciones y el uso de conceptos teóricos en la química de soluciones, mejorando su comprensión y habilidades en el laboratorio.
Resumen de la asignación por rango de calificación
Grados 3-5 (Edades 8-10)
- Enfoque: Introducción básica a la preparación de soluciones y a las mediciones sencillas.
- Actividades: Observación del proceso de disolución del permanganato de potasio, sencillas demostraciones de dilución, instrucciones básicas de seguridad.
Grados 6-8 (Edades 11-13)
- EnfoqueComprensión intermedia de la preparación de soluciones y el ajuste de concentraciones.
- Actividades: Preparación de una solución concentrada de permanganato de potasio, realización de cálculos de dilución simples, medición y ajuste de concentraciones de solución, seguimiento de protocolos de seguridad detallados.
Grados 9-12 (Edades 14-18)
- Enfoque: Dominio avanzado en la preparación de soluciones y habilidades analíticas precisas.
- Actividades: Preparación precisa de una solución de permanganato de potasio a 80 g/l, realizando una dilución exacta para lograr una concentración de 17.5 g/l en 250 ml, utilizando técnicas de medición avanzadas, registro y análisis detallado del proceso, adhiriéndose a protocolos de seguridad avanzados.
Esenciales de laboratorio
Instrumentos
- Balanza electrónica
- Matraz aforado (100ml y 250 ml)
- Matraz aforado (50ml y 70ml)
- Espátula
Productos
- Permanganato de potasio (en polvo)