Questa esercitazione ha inizio con la preparazione di una soluzione acquosa di un sale: il solfato penta-idrato di rame(II) (di concentrazione pari a circa l’1% in peso).
Utilizzando questa soluzione, contenente lo ione Cu(II), si effettueranno una serie di esperimenti:
Si prelevano tre reattivi diversi:
Si passa al saggio dell’acidità di ciascuna soluzione, utilizzando una cartina indicatrice universale di pH, che assume colorazione diversa in funzione dell’acidità della soluzione con cui viene a contatto.
Per la reazione di ossido-riduzione si utilizza la soluzione di solfato di rame a cui si aggiungono alcuni pezzetti di Zn metallico. Avviene la reazione:
Cu2+(aq) + Zn(s)→ Cu(s) + Zn2+(aq)
Osservando la provetta in cui sta procedendo la reazione redox, si possono fare due osservazioni:
Introduciamo nel becher la soluzione di CuSO4
Nel becher aggiungiamo lentamente la soluzione di NaOH, saggiando, di tanto in tanto, l’acidità della soluzione con la cartina indicatrice. Quando il colore della cartina indica che la soluzione è fortemente basica si sospende l’aggiunta di NaOH. Avviene la seguente reazione:
Cu2+(aq) + 2OH- (aq) → Cu(OH)2(s)
Si nota che nel becher si è formato un corpo solido, detto precipitato, di natura colloidale.
Esso è costituito da idrossido di rame(II), Cu(OH)2, che, essendo un composto poco solubile in acqua, precipita.
Successivamente, il riscaldamento della soluzione produce la trasformazione dell’idrossido di rame (II) nel corrispondente ossido, anch’esso poco solubile.
Cu(OH)2(s) → CuO(s) + H2O(l)
La reazione è evidenziata dalla trasformazione del precipitato bianco colloidale in uno di colore nero. Si sospende il riscaldamento e l’agitazione della soluzione quando tutto il precipitato si è colorato in nero.
A questo punto bisogna separare il precipitato dalla soluzione. Ciò si effettua mediante la filtrazione.
La filtrazione consente di separare la fase solida (precipitato) da quella liquida (filtrato) mediante percolazione attraverso un diaframma poroso (filtro) permeabile solo al liquido.
Il materiale poroso di impiego più generale è la carta da filtro.
In questa esercitazione effettueremo una filtrazione per gravità utilizzando un filtro conico inserito in un imbuto di vetro.
Rendendo il sistema fortemente acido, per aggiunta di HCl, si induce una nuova trasformazione chimica del composto contenente rame.
L’ossido, in presenza di un eccesso di acido, si trasforma secondo la reazione:
CuO(s) + 2H+(aq)→Cu2+(aq) + H2O(l)
Si osserva la dissoluzione del precipitato nero raccolto sul filtro, con formazione di un filtrato di colorazione azzurra, indicativa della presenza in soluzione acquosa dello ione rameico idrato
Alla soluzione acida, ottenuta sciogliendo il precipitato di CuO con HCl, si aggiunge goccia a goccia la soluzione di Na2CO3.
Inizialmente si osserva sviluppo di gas, a seguito della reazione:
2H+(aq) + CO32 -(aq) → H2O(l) + CO2(g)
Continuando l’aggiunta della soluzione di Na2CO3, si osserverà la formazione di un precipitato di colore turchese, colloidale, il carbonato basico di rame(II):
2Cu2+(aq) + 2CO32- + H2O(l) → Cu2(OH)2CO3(s) + CO2(g)
Preparando il carbonato di rame(II) a partire dalla soluzione originaria si osserva un differente comportamento.
Aggiungendo alla soluzione originaria (all’1% in peso di CuSO4) la soluzione acquosa di Na2CO3 si osserva immediatamente la formazione del precipitato turchese colloidale, corrispondente al composto carbonato basico di rame(II).
E’ avvenuta la reazione:
2Cu2+(aq) + 2CO32- + H2O(l) → Cu2(OH)2CO3(s) + CO2(g)
Il precipitato che si forma nelle due ultime reazioni contiene lo stesso composto, perché ciò che partecipa alla reazione è sempre lo ione Cu2+ presente in entrambe le soluzioni di partenza.
Infine, alle due provette contenenti il carbonato basico di rame(II) si aggiunge goccia a goccia la soluzione di HCl e si annotano i fenomeni osservati.
Al termine di questa esperienza lo studente dovrebbe essere capace di:
3. La mole e il numero di Avogadro
5. Equazioni chimiche e stechiometria
6. Le soluzioni: composizione e solubilità
7. Sicurezza in un laboratorio chimico e metodi comportamentali
9. Acidi e Basi
10. Acidi e basi in soluzione acquosa e definizione di pH
11. In laboratorio - II Esperienza: alcune reazioni del rame, pH e solubilità
12. Titolazioni acido base ed indicatori
13. In laboratorio – III Esperienza: uso di indicatori cromatici: titolazione acido forte – base forte.
14. In laboratorio – IV Esperienza: le soluzioni tampone - preparazione e verifica delle loro proprietà
Il protocollo dettagliato per eseguire l'esperienza è riportato nella scheda allegata: In laboratorio – II esperienza.