A.L. 1.2 - Ciclo do Cobre

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Ana Rocha nº2 Bárbara Anjo nº6 Gonçalo Raposo nº13

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A.L. 1.2 - Ciclo do Cobre
1 Ana Rocha nº2, Bárbara Anjo nº6, Gonçalo Raposo nº13 - 12ºF / Escola Secundária da Maia
1.1 ÍNDICE: • Introdução • Objetivos de aprendizagem • Materiais e Reagentes • Procedimentos • Questões Pós- Laboratoriais
2 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. Cerca de 40% da produção de cobre e suas ligas metálicas é feita a partir de materiais reciclados, chegando por vezes, este valor a atingir 90% da produção. Nesta experiência irá fazer-se passar o cobre metálico por uma serie de transformações, que incluem reações de oxidação - redução (passos A e E), de ácido - base (passo D), de decomposição (passo C) e de precipitação (passo B), que terminam na sua regeneração (ou seja volta a obter-se cobre metálico).
3 Objetivos de aprendizagem: • Caraterizar a reatividade de elementos metálicos, tendo como exemplo a reatividade do cobre. • Reconhecer a importância da reciclagem do cobre e as potencialidades da reciclagem dos metais, em geral • Identificar alguns problemas de poluição relacionados com a reciclagem do cobre.
4 Material e reagentes:

Annotations:

  • 1 Proveta de 50 mL  1 Proveta de 100 mL  1 Placa de aquecimento 1 Balança Varetas de vidro Espátulas Vidros de relógio    
4.1 Proveta de 50 mL , Proveta de 100 mL, Placa de aquecimento, Balança, Varetas de vidro, Espátulas, Vidros de relógio, Gobeles,, Funil de Vidro, Papel de filtro
4.1.1 H2SO4, 6 mol dm-3 / NaOH, 3 mol dm-3 / HNO3 / HCℓ, 6 mol dm-3 / Zinco (em pó) / Cobre em fio
5 Procedimento: 1- Cortar um fio de cobre de modo a obter uma amostra de aproximadamente 0,3 g. / 2- Enrolar o fio e colocá-lo no fundo de um copo de precipitação de 250 mL.
5.1 • Reação A: do Cu(s) a Cu(NO3)2 (aq) : 3- Adicionar 4,0 mL de HNO3 concentrado e agitar suavemente até dissolução completa. 4 - Adicionar cerca de 100 mL de água destilada.
5.1.1 Observações: O ácido nítrico (HNO3) vai reagir com o Cu, passando de uma solução incolor para uma solução azul (devido à presença do ião Cu2-)., libertando-se vapores de cor acastanhada.
5.1.1.1 Cu (s) + 4HNO3 (aq) ---> Cu(NO3)2 (aq) + 2H2O (l) + 2NO2 (g)
6 Reação B: Adicionar, agitando sempre com uma vareta de vidro, 30 mL de NaOH, 3 mol dm-3 para promover a precipitação do Cu(OH)2.
6.1 Observações: Forma-se um precipitado azul Cu(OH)2
6.1.1 Cu(NO3)2 + 2NaOH (aq) --> Cu(OH)2 (s) + 2NaNO3 (aq)
7 • Reação C: de Cu(OH)2(s) a CuO(s) Aquecer a solução quase até à ebulição, agitando sempre para uniformizar o aquecimento.. Quando a reacção estiver completa, retirar o aquecimento e continuar a agitar por um ou dois minutos. Deixar repousar o óxido de cobre e decantar o líquido cuidadosamente para não perder CuO. Adicionar cerca de 200 mL de água destilada e decantar uma vez mais.
7.1 Observações: Forma-se um precipitado preto, CuO
7.1.1 Cu(OH)2(s) --> CuO (s) + H2O (l)
8 Reação D: de CuO(s) a CuSO4(s) : Adicionar, agitando sempre, 15 mL de H2SO4, 6 mol dm-3.
8.1 Observações: A solução torna a ficar azul, devido à presença do ião Cu 2+
8.1.1 CuO(s) + H2SO4 (aq) --> CuSO4 (s) + 2 NaNO3 (aq)
9 Reação E: de CuSO4(s) a Cu(s) : No nicho, adicionar, de uma só vez, 1,3 g de zinco em pó, agitando até que o líquido sobrenadante fique incolor. Quando a libertação de gás for muito pouco intensa, decantar o líquido sobrenadante e despejar no recipiente apropriado (recolha de resíduos). Se ainda houver zinco por reagir, adicionar 10 mL de HCℓ, 6 mol dm-3 e aquecer ligeiramente a solução. Quando não se observar libertação de gás, decantar o liquido. Lavar com cerca de 10 mL de água destilada, deixar repousar e decantar o líquido. Repetir este procedimento mais duas vezes, pelo menos. uma última lavagem com acetona e decantar. Com a ajuda de uma espátula, transferir o cobre para um vidro de relógio e secar na estufa. Transferir o cobre seco para um copo previamente pesado e pesar até ao centigrama.
9.1 CuSO4 (s) + Zn (s) --> Cu (s) + ZnSO4 (aq)
9.2 Observações: ao adicionar-se zinco e aquecer, a solução ficou incolor, depositando-se cobre no fundo (aspeto avermelhado). Ao adicionar-se HCl e aquecendo, o cobre agrega-se e são libertados vapores
9.3 Cálculos: - Massa do cobre inicial: 0,35g/ Massa do papel de filtro: 0,9 g/ Massa de cobre + papel de filtro: 1, 00 g / Massa de cobre obtida: 1,00- 0,9 = 0,1 g / n(%) = (mreal/mteorica) x 100 = (0,1/0,35) x 100 = 29 %
10 Questões Pós-Laboratoriais:
10.1 1. O fio de cobre deve estar "limpo e brilhante" para garantir que a amostra não tem impurezas, ou seja que é 100% cobre.
10.1.1 2. Deve executar-se o passo 4 na hotte, uma vez que o HNO3 é corrosivo e libertam vapores que são irritantes para os pulmões.
10.1.1.1 3. É removida a água (H2O), que é o líquido sobredanante
10.1.1.2 4. É o hidrogénio (H+)
10.1.1.3 5. A e E/ A- Cu (s) + 4HNO3 (aq) ---> Cu(NO3)2 (aq) + 2H2O (l) + 2NO2 (g) - O nº de oxidação de Cu passa de 0 para +2 (oxidação). O nº de oxidação de N passa de +5 para +4 (redução)./ E: CuSO4 (s) + Zn (s) --> Cu (s) + ZnSO4 (aq): O nº de oxidação de Zn passa de 0 para +1 (oxidação). O nº de oxidação do Cu passa de +1 para 0 (redução). São as reações A e E, uma vez que há variação nos nºs de oxidação dos elementos que as constiuem
10.1.1.3.1 6- Seria possível, uma vez que o cobre tem maior poder oxidante que o ferro. Assim, o cobre reduz-se, ocorrendo por isso a reação, formando-se cobre sólido.
10.1.1.3.1.1 7. O cobre é um metal muito utilizado pelo Homem. Não é deitado fora, é reciclado e reutilizado. A grande vantagem da reciclagem de metais é evitar as despesas da fase de redução do minério a metal, levando por isso a uma diminuição das áreas degradas pela extração de minérios. O principal processo de reaproveitamento do cobre utilizados na industria é a eletrólise (que é um processo bastante rentável). Os problemas causados por estes processos são a libertação de produtos e vapores tóxicos que prejudicam o ambiente, ou que podem ser nocivos para o Homem.
11 Conclusão: O rendimento foi de 29%, um rendimento baixo, o que mostra que houve perda de composto durante a realização da experiência, devido à falta de precisão. Verificou-se ao longo do procedimento mudanças de cor nas soluções, consequências das reações ocorridas. Assim quando se oxidou o cobre com ácido nítrico verificou-se uma mudança da cor para um tom verde libertando-se um gás. Quando o cobre oxidou totalmente a solução tornou-se azul. A solução foi depois aquecida, formando-se um precipitado de oxido de cobre (de cor negra). Ao adicionar-se o acido sulfúrico, o cobre dissolveu-se novamente, e a solução assumiu uma cor, de novo, azul. Com esta experiência pudemos perceber que a reciclagem do cobre poderá acarretar alguns riscos ambientais. Dado que o cobre é um metal muito reativo, em contacto com ácidos liberta certos gases que podem prejudicar o ambiente. Apesar disso, a sua reciclagem é fácil e económica, o que a torna uma prática comum.
12 Bibliografia: http://www.notapositiva.com/pt/trbestbs/quimica/12_um_ciclo_de_cobre_d.htm http://pt.slideshare.net/hugosilvapinto/relatrio-um-ciclo-de-cobre
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