PREPARAZIONE DEL CLURURO DI ZINCO
E ANALISI DELL'ECCESSO DI REAGENTE
Sottotitolo
La reazione di corrosione dello zinco ad opera dell'acido cloridrico.
Scopo
La seguente esperienza può essere per dimostrare diverse regole della chimica: sia per i calcoli
stechiometrici sia per la legge di Proust.
Nel primo caso si verifica la composizione e resa di una reazione chimica con reagente difetto
(detto reagente limitante) e secondo reagente in eccesso (quindi reagente non limitante); nel secondo
caso si suò conoscere il rapporto elementare tra gli atomi di zinco e gli atomi di cloro, così da
certificare l'univoco rapporto di combinazione tra zinco e cloro, che non è altro che la formulazione
sperimentale dell'enunciato della legge di Joseph Proust.
L'esperienza quantitativa viene eseguita in due passaggi uno chimico ed uno fisico:
Zn(s) + HCl(aq) —» ZnCl2 (s) + H2 (g)
ZnCl2 (aq) —» ZnCl2 (s)
Prerequisiti
Legge di Proust o legge delle proporzioni definite afferma che la composizione elementare di ogni composto,
cioè la percentuale di ciascun elemento che lo costituisce, è definita e costante ossia è caratteristica sia
se si considera il processo di sintesi che quello di scomposizione (analisi elementare).
Nel nostro caso ta le masse di zinco e di cloro che si combinano esiste una relazione di proporzionalità diretta.
La stechiometria (dal greco stechion "elemento" e metron "misura") è la branca della chimica che
studia i rapporti quantitativi (rapporti ponderali) delle sostanze chimiche nelle reazioni chimiche.
La stechiometria di reazione indica in che rapporti due o più sostanze reagiscono tra di loro. Essa viene
rappresentata attraverso coefficienti, detti appunto coefficienti stechiometrici, i quali esprimono i
rapporti molari con cui le sostanze coinvolte nella reazione reagiscono.
Il calcolo stechiometrico permette di determinare matematicamente le quantità di reagenti e prodotti
coinvolti in una reazione chimica.
Attrezzatura
Attrezzatura 1a parte dell'esperienza
Bilancia tecnica centesimale
Provetta alta
Zinco
Acido muriatico alias Acido cloridrico in soluzione 3,0 M ± 0,1 M
Attrezzatura 2a parte dell'esperienza
Bilancia tecnica centesimale
Sistema di reazione
Treppiede con reticella
Becher
Bunsen
Rischi e pericoli
Rischi chimici principali:
Zinco metallo facilmente ossidabile, piroforico, conservare in luogo fresco e aerato.
Soluzione di acido cloridrico corrosivo, evitare il contatto con basi e con metalli.
Idrogeno gar combustibile, nelle condizioni del nostro esperimento se ne formano quantità tutto sommato
ridotte che non comportano particolarei pericoli.
Cloruro di zinco, probabile sostanza irritante, maneggiare con prudenza, non ingerire o inalare.
D.P.I. quelli predefiniti associati ai reagenti e alle operazioni da svolgere in laboratorio.
Procedimento
L'esperienza viene eseguita in due passaggi dapprima la reazione di formazione del cloruro di zinco:
Zn(s) + HCl(aq) —» ZnCl2 (s) + H2 (g)
E poi la sua separazione per evaporazione dagli altri componenti nel sistema del prodotto della reazione:
ZnCl2 (aq) + HCl(aq) —» ZnCl2 (s) + HCl(g) + H2O(g).
Essendo una esperienza quantitativa cercare di registrare la massa di tutti i recipienti che partecipano
alla reazione.
Prendere una provetta, meglio se pesatapesata, aggiungervi circa 10 mL di acido cloridrico concentrato 3 M o 3 mol/L (ossia 3 moli di HCl in un litro di soluzione ossia 109,4 g in un litro di soluzione), vedi osservazioni.
Pesare un granulo di zinco.
Versare il granulo nella provetta e attendere lo svolgersi della reazione.
Dopo alcuni giorni la reazione è conclusa. La perdita di peso della provetta è quindi dovuta sia all'idrogeno
che ha lasciato l'ambiente di reazione (poiché poco solubile in acqua) sia all'acqua e acido cloridrico che
sono evaporati durante il tempo trascorso, cosa che si può evidenziare attraverso una provetta con solo acido
cloridrico usata come riferimento.
Se è presente un residuo solido questo va pesato a parte, poich&ecaute; costituisce un reagente solido che
per qualche motivo non ha reagito con l'acido.
Il sistema di reazione con i prodotti della reazione si trasferisce in un becher pesato.
Si riscalda tramide Bunsen o riscaldatore elettrico e si evapora fin quasi a secchezza per poi procedere
con le misure di massa e i calcoli. ATTENZIONE i vapori che si sprigionano durante il rispandamento sono
acidi e quindi evitare di inalarli e proteggersi gli occhi con maschera di sicurezza.
Osservazioni
Usare provette senza crepe o stelle o fratture.
Verificare con una pesata, la quantità di acido cloridrico versata nella provetta, considerato che
l'acido cloridrico 3 M dovrebbe avere una densità di circa 1,05 g/mL.
Una volta inserito il granulo di zinco nella provetta con la soluzione acida, esso comincia a sviluppare
piccole bollicine di gas (idrogeno) per cui evitare di tappare la provetta.
Dati e calcoli
variabili da prova a prova.
Calcoli stechiometrici
Zn(s) + HCl(aq) —» ZnCl2 (s) + H2 (g)
Bilanciamo la reazione e procediamo con i calcoli
Zn(s) + 2 HCl(aq) —» ZnCl2 (s) + H2 (g)
Prendiamo il seguente schema:
| Zn + | HCl | —» | ZnCl2 + | H2 |
| concentrazione | | 3,0 ± 0,1 M | —» | | |
| volume | | 10,0 ± 0,5 mL | —» | | |
| moli | | 0,0300 ± 0,0025 | —» | | |
| massa in g | 1,00 ± 0,04 | 1,09 ± 0,09 | —» | | |
| M.M. in g/mol | 65,37 | 36,463 | —» | 136,28 | 2.016 |
| coeff. stech. | 1 | 2 | —» | 1 | 1
| | rapporto di reazione | 0,01530 | 0,0150 | | —» | |
errore assoluto
sul rapporto di reazione | ± 0,00031 | ± 0,0013 | —» | | |
| eccesso | difetto | | | |
supponiamo di separare un piccolo residuo di 0,03 g di zinco e procediamo con i calcoli:
zinco (1,00 ± 0,02) g - (0,03 ± 0,02) g = 0,97 ± 0,04 g
Correggiamo quindi il precedente esempio:
| Zn + | HCl | —» | ZnCl2 + | H2 |
| concentrazione | | 3,0 ± 0,1 M | —» | | |
| volume | | 10,0 ± 0,5 mL | —» | | |
| moli | | 0,0300 ± 0,0025 | —» | | |
| massa in g | 0,97 ± 0,02 | 1,09 ± 0,09 | —» | | |
| M.M. in g/mol | 65,37 | 36,463 | —» | 136,28 | 2.016 |
| coeff. stech. | 1 | 2 | —» | 1 | 1
| | rapporto di reazione | 0,01484 | 0,0150 | —» | 0,01484 | 0,01484 |
errore assoluto
sul rapporto di reazione | ± 0,00062 | ± 0,0013 | —» | ± 0,00062 | ± 0,00062 |
| difetto | eccesso | | | |
ATTENZIONE! poiché i due valori di reapporto di reazione sono vicini e l'errore sul rapporto di reazione
della soluzione di acido cloridrico è quasi doppio del medesimo errore sullo zinco i valori di eccesso e
difetto devo essere presi con molta cautela. Infatti se assumiano un rapporto di reazione massimo per lo
zinco e minimo per l'acido cloridrico abbiamo che le quantità in difetto ed eccesso si invertono!
0,01546 e 0,0137 !
Calcoliamo quindi una quantità dei prodotti teoricamente pari a:
cloruro di zinco (0,01484 ± 0,00062) * 1 * 136,28 = (2,0224 ± 0,085) g
idrogeno (0,01484 ± 0,00062) * 1 * 2,016 = (0,0299 ± 0,0013) g
Supponiamo di avere ottenuto dal processo di svaporazione e sedimentazione:
(1,99 g ± 0,04) g quindi con una resa teorica di reazione del 98,5%
da cui calcoliamo la quantità di cloro (1,99 g ± 0,04) g - (0,97 g ± 0,04) g = (1,02 ± 0,08) g
calcoliamo così circa (0,97 ± 0,04) g di zinco e (1,02 ± 0,08) g di cloro
con un rapporto tra i due elementi Zn/Cl di 0,95 ± 0,12 ovverosia (95 ± 12) %
usando le masse atomiche sulla tavola periodica il rapporto risulta 65,37 / (36,453 *2) = 0,92 ovverosia 92% praticamente esatto
quindi possiamo dire di esserci avvicinati abbastanza.
Conclusioni
La prova è stata portata a termine nei termini previsti dal tempo a disposizione (circa due lezioni
da 45 minuti).
I calcoli svolti hanno tenuto conto degli errori assoluti e relativi, portanto ad un risultato con un
errore relativo superiore al 10 % purtroppo con le bilance a nostra disposizione non è possibile
avere dati più precisi.
|
