Al 1.2 Um ciclo de cobre

Objetivo: Calcular o rendimento dos processos de reciclagem industrial do cobre.
1. Introdução: O cobre e as ligas metálicas podem ser reciclados por processos baratos, com baixo consumo energético e perdas mínimas de material durante o processo. Os desperdícios provenientes de todo o processo de transformação do cobre e das suas ligas metálicas são recolhidos e vendidos para reciclagem, permitindo diminuir os custos do produto final. Quase metade da produção de cobre e suas ligas metálicas é feita a partir de materiais reciclados. A reciclagem do cobre pode realizar-se por processos físicos, como a fusão, ou por processos químicos envolvendo a transformação das espécies químicas em que o metal participa, ou seja, na realização e observação de uma sequência de reações envolvendo este elemento, simulando a reciclagem.
  1. Material: 3 copos de precipitação de 250mL; 1 proveta de 5mL, 10mL, 25mL, 50mL, 100mL; placa de aquecimento; balança; varetas de vidro; espátulas; vidros de relógio
    1. Reagentes: H2SO4 (6 mol/L); NaOH (3 mol/L); HNO3 concentrado; zinco em pó; cobre em fio; água destilada
      1. Procedimento: Ponto de partida: cobre metálico
        1-Cortar um fio de cobre com o máximo nível de pureza possível e medir a sua massa.
        Reação A: Colocar o cobre num copo de precipitação de 250mL e adicionar HNO3 até dissolução completa. Para acelerar a dissolução aquecemos o gobelé formando-se Cu(NO3)2.
        Reação B: Adicionar 30mL de NaOH em solução concentrada (3mol/L) agitando, para que ocorra a precipitação do Cu(OH)2.
        Reação C: Aquecer a solução quase até à ebulição, agitando. Posteriormente, quando o ponto de ebulição estiver próximo de se atingido, retirar do aquecimento e continuar a agitar durante 1-2 minutos. De seguida, deixar repousar e decantar.
        Reação D: Adicionar, agitando, 15 mL de H2SO4 em solução concentrada (6mol/L).
        Reação E: na hotte, adicionar 1,3g de zinco em pó, agitando até que o líquido sobrenadante passe de azul a incolor. Forma-se cobre sólido. De seguida, deixar repousar e decantar o líquido sobrenadante (já transparente) para remover os resíduos. Quando não houver libertação de gases, decantar o líquido, adicionar água destilada e decantar novamente. Transferir o sólido para um vidro de relógio e secar na estufa. No final, medir a massa de cobre sólido obtida.
        Reação E: Obteu-se cobre sólido, tendo a solução aumentado a sua temperatura. Como o líquido sobrenadante da nossa solução se manteve azul, e não transparente, foi necessário acrescentar mais zinco em pó. Após o repouso, o cobre sólido ficou acumulado no fundo do goblé.
        Reação D: Ocorreu libertação de fumos brancos, tendo a solução passado de negra a azul novamente.
        Reação C: A solução começou a escurecer até ficar negra. Após o repouso, formou-se um precipitado preto, tendo ficado resíduos nas paredes do goblé.
        Reação B: A solução aqueceu e formou-se um precipitado azul escuro. Devido à agitação, ficaram resíduos nas paredes do goblé
        Reação A: Ao adicionar o HNO3, libertou-se um gás avermelhado. A solução adquiriu um tom esverdeado, tendo após a dissolução, adquirido um tom azulado.
        Observações:
        Cálculo do rendimento:
        Conclusão:
        Apesar de terem ocorrido perdas de cobre durante o procedimento, o rendimento atingiu valores superiores a 100%, uma vez que o cobre sólido obtido finalmente estava contaminado com resíduos de zinco sólido. Assim, a massa final calculada não corresponde à massa obtida de cobre, mas sim a cobre sólido com zinco sólido, tendo nós, por essa razão obtido uma massa superior à inicial e consequentemente, obtido um valor para o rendimento superior a 100%. E portanto não conseguimos determinar corretamente qual o rendimento da reciclagem industrial do cobre.
        Questões pós-laboratoriais:
        Porque deve o fio de cobre estar limpo e brilhante?
        Para não conter impurezas.
        Indique 2 razões para executar o passo 2 na hotte.
        Devido à libertação de gases tóxicos e serve para nos proteger das possíveis reações químicas.
        O que é removido no processo de decantação do passo 8?
        No processo de decantação é removida a água resultante do aquecimento que contém o óxido de cobre que repousou.
        Qual o gás a cuja libertação se refere o passo 12?
        Hidrogénio.
        Identifique as reações de oxidação-redução envolvidas no ciclo do cobre, justificando.
        As reaçõs A e E são reações de oxidação-redução pois o número de oxidação dos reagentes varia.
        Seria possível obter o cobre no final do ciclo, adicionando ferro em pó? Justifique.
        Na reação D é formado o composto CuSO4. Quando se adicionou Fe à solução que continha este composto ocorreu uma reação de deslocamento entre os dois elementos químico, formando-se assim FeSO4 e Cu, podendo observar a partir da equação química que o Fe tem um poder redutor maior que o Cu, ou seja, o Fe vai ser oxidado e o Cu reduzido. Fe(s)+CuSO4(aq)--»FeSO4(aq)+Cu(s) Assim conclui-se que se pode obter ferro no final do ciclo se adicionar ferro em pó.
        O cobre pode ser reciclado por dois processos: um físico e o outro químico. O processo físico consiste na fusão do metal. O processo químico consiste numa sequência de reações que o metal sofre. A reação do cobre com ácidos produz gases tóxico que prejudicam a saúde e o ambiente.
        Bibliografia: Ficha Al1.2-Um ciclo do cobre; Wikipedia;
        Equações químicas:
Índice: Objetivo; Introdução; Material; Reagentes; Procedimento; Observações; Equações Químicas; Cálculo do rendimento; Conclusão; Questões pós-laboratoriais; Bibliografia
Trabalho realizado por: Inês Gonçalves, nº19; Mariana Mota, nº27 ; Vladyslava Mazur, nº31; Turma 12ºA; Disciplina de Química; Professora Isabel Allen; Data de realização: 28/10/2016

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