Ciclo del cobre

Resumen: En el laboratorio se llevó a cabo el ciclo del cobre, en el que se pudieron observar los diferentes compuestos que forma el cobre libre (Cu) dentro de un proceso cíclico, para volver a obtener cobre libre al final del proceso.
Abstract: The copper cycle was held within the laboratory, in which the different compounds formed by the free copper (Cu) were seen in this cyclic process, inorder to obtain again free copper at the end of it.
Palabras clave: cobre, oxidación, doble descomposición, neutralización, descomposición térmica, operación, rendimiento.
Keywords: copper, oxidation, double decomposition, neutralization, thermal decomposition, operation, chemical yield.
Introducción: En la actividad experimental denominada el ciclo del cobre se pueden observar las distintasreacciones que permiten al cobre generar compuestos en un proceso cíclico, permitiendo así al final, recuperar el cobre invertido al inicio de la experiencia. En contexto industrial, el ciclo del cobre es bastante importante, pues permite el reciclaje de este metal, con un importe bajo de energía.
En el ciclo del cobre se llevan a cabo diversas reacciones químicas que permiten observar cambiosfísicos y químicos en los compuestos formados. Las reacciones más representativas del proceso son las siguientes:
(A) Cu+4HNO_3→Cu(NO_3 )_2+ 2H_2 O+2〖NO〗_2
(B) Cu(NO_3 )_2+ 2NaOH →Cu(OH)_2+ 2NaNO_3
(C) Cu(OH)_2 □(→┴∆ ) CuO+H_2 O
(D)CuO+H_2 SO_4→CuSO_4+ H_2 O
(E)CuSO_4+Zn→ZnSO_4+ Cu

Se puede observar que la reacción D es una reacción de sustitución. Las reacciones A, B y E son de oxidoreducción, y la reacción C es una reacción de descomposición. Es además importante ver que el óxido nitroso, uno de los productos de la reacción A, es venenoso por lo cual debe tenerse cuidado dentro del laboratorio cuando se produzca, al igual que el sulfato de zinc, producto de la reacción E, que es bastante contaminante y nocivo.

Metodología
El procedimiento llevado a cabo para el ciclo del cobrefue una combinación de los dos procedimientos explicados en las guías de laboratorio de química inorgánica para ingeniería química desarrolladas por los profesores Orlando Hernández, y Carlos Ostos. Además hubo algunas modificaciones en los procedimientos; por ejemplo no se agregó amoniaco en el paso 5 del procedimiento A, ni se agregó aluminio en el paso 7 del procedimiento B.

Datos
Tabla 1.Concentraciones de los reactivos
Compuesto Concentración
Ácido nítrico 65%
Hidróxido de sodio 3.8866 M±0.00005
Ácido sulfúrico 6M±0.0005
Ácido clorhídrico 7.085 M±0.0005

Tabla 2.
Masas y moles de reactivos
Masa (g) Moles (n) Exceso(n)
Cobre inicial 0.496±0.0005 7.81E-3 Reactivo limitante
HNO3 4.53±0.0005 0.069 0.035
H2SO4 2.94±0.0005 0.03 0.0215
Cobre final 0.559±0.0005 8.81E-3Reactivo limitante

 
Tabla 3.
Tabla de Resultados con tratamiento estadístico.
Muestra % rendimiento
1 69,62
2 83,55
3 91,03
4 125,8
5 99,98
6 70,48
7 172,43
8 84,53
9 112,9
10 69,4
11 85,8
12 87,3
13 79,56
14 118,6
15 129,2
16 96,4
Promedio(*) 98,53
Varianza(**) 757,15
Desviación estándar(***) 27,51

Tabla 4.
Grupos cuyos datos fueron rechazados.
Grupo1,2,4,6,7,10,13,14,15.

Muestra del cálculo
Moles de Cobre
Moles Cobre= = 7.81x10-3 moles de Cu
Moles HNO3
= 0.0689 mol
8.44 x10-3 moles de Cu = 0.034mol HNO3
Exceso= 0.0689- 0.034=0.035mol HNO3
Moles de H2SO4
5 mL〖 H〗_2 SO_4 ((6 moles H_2 SO_4)/(1000mL〖 H〗_2 SO_4 ))=0.03 moles H_2 SO_4
Exceso = 0.03moles-8.44 x10-3 moles =0.0215 moles
Tratamiento Estadístico
Para el tratamiento estadístico de losrendimientos obtenidos en el laboratorio, es tuvieron en cuanta el promedio, la varianza y la desviación estándar como medidas estadísticas. A continuación se dan ejemplo s de cálculo de cada una.
Promedio (X barra): esta función estadística se define como la suma de los datos, dividido por el número de datos, y se expresa mediante la fórmula:
X barra = 1/n ∑_(i=1)^n▒〖Xi 〗
Se aplica la...