Laboratorio virtual de preparación de sales: cristales

Este laboratorio virtual de preparación de sales corresponde a la práctica obligatoria (required practical) de AQA GCSE Chemistry sobre cómo preparar una muestra pura y seca de una sal soluble a partir de una base insoluble. Los estudiantes calientan ácido sulfúrico diluido, añaden óxido de cobre(II) espátula a espátula hasta que sobra un poco y filtran el exceso. Calientan el filtrado hasta el punto de cristalización, lo dejan enfriar y pesan los cristales azules de sulfato de cobre. Después calculan el rendimiento porcentual y ven qué sale mal si la disolución se evapora a sequedad.

Relación con el currículo

• AQA GCSE Chemistry 4.4.2.3 (sales solubles) y su práctica obligatoria sobre cómo preparar una muestra pura y seca de una sal soluble a partir de un óxido o un carbonato insoluble. En Combined Science: Trilogy el mismo contenido es el 5.4.2.3.
• AQA GCSE Chemistry 4.3.3.1 (rendimiento porcentual), para las preguntas 3–5.
• AP Chemistry Unit 4, tema 4.5 Stoichiometry: el rendimiento teórico sale de los moles del reactivo limitante.
• NGSS HS-PS1-7 (estándar de EE. UU.): usar representaciones matemáticas para apoyar la conservación de la masa en una reacción.

Simulic no está afiliado al College Board ni a AQA, ni cuenta con su respaldo.

Antes del laboratorio (5 min)

Pide a los estudiantes que se comprometan con una predicción, en papel o como pregunta 1 del enlace de clase:

"Preparas sulfato de cobre dos veces. La primera vez dejas de calentar cuando se forman cristales en una varilla de vidrio fría y dejas enfriar la disolución. La segunda vez evaporas toda el agua. ¿Qué obtienes la segunda vez?"

Muchos estudiantes dicen "más cristales, porque no queda nada en el agua". No los corrijas todavía.

Método en la simulación

La versión en español de la simulación muestra los volúmenes en mL y las concentraciones en mol/L (1 mL = 1 cm³ y 1 mol/L = 1 mol/dm³).

1. Pon Ácido en H₂SO₄ diluido, Base en CuO, Volumen en 25 mL, Concentración en 1,0 mol/L, Evaporar en "hasta cristalizar" y Enfriamiento en "lento, a temp. ambiente".
2. Pulsa 1. Calentar el ácido. Añade la base con + 1 espátula CuO, de una en una, hasta que el cuadro de información indique que parte de la base ya no se disuelve. Anota el número de espátulas.
3. Pulsa 3. Filtrar el exceso y luego 4. Evaporar hasta cristalizar. Observa la varilla de vidrio: el calentamiento se detiene cuando se forman cristales en ella.
4. Pulsa 5. Dejar enfriar y cristalizar y luego 6. Recoger, secar y pesar. Anota la masa, la masa teórica y el rendimiento de la tabla de resultados.
5. Pulsa Nueva prueba. Cambia Enfriamiento al baño de hielo y repite. Después vuelve a poner Enfriamiento en lento, pon Evaporar en "a sequedad" y repite.

Prueba	Evaporar	Enfriamiento	Producto	Masa (g)	Masa teórica (g)	Rendimiento (%)	Tamaño de cristal (mm)
1	hasta cristalizar	lento
2	hasta cristalizar	baño de hielo
3	a sequedad	lento

Automático hace todos los pasos. Pide a los estudiantes que pulsen ellos mismos los botones en la primera prueba para que aprendan el orden.

Resultados esperados

Lecturas de la simulación con los ajustes de arriba:

Prueba	Producto	Masa (g)	Teórica (g)	Rendimiento	Tamaño de cristal
Enfriamiento lento	cristales azules de CuSO₄·5H₂O	4,67	6,24	74,8 %	5,9 mm
Baño de hielo	cristales azules de CuSO₄·5H₂O	4,38	6,24	70,2 %	1,9 mm
A sequedad	polvo blanco de CuSO₄ anhidro	3,29	6,24	52,7 %	polvo

• Hacen falta cuatro espátulas (2,4 g) de CuO. La cuarta deja 0,41 g sin disolver, lo que muestra que han reaccionado los 0,0250 mol de ácido.
• La masa teórica es 0,0250 mol × 249,7 g/mol = 6,24 g, porque el H₂SO₄ es el reactivo limitante.
• Los 1,57 g perdidos en la prueba lenta se reparten en 1,29 g que siguen disueltos en la disolución sobrante, 0,19 g retenidos en el papel de filtro y 0,10 g perdidos al secar.
• El enfriamiento lento forma pocos cristales grandes; el baño de hielo forma muchos pequeños.
• El CuCO₃ da las mismas masas que el CuO, pero burbujea mientras reacciona.

Preguntas para los estudiantes

1. (Predicción, se repite después del laboratorio) ¿Qué obtienes si evaporas la disolución de sulfato de cobre a sequedad?
2. Cuando comparas el enfriamiento lento con un baño de hielo, ¿qué variables deben mantenerse iguales?
3. Con los ajustes estándar y enfriamiento lento, ¿qué masa de cristales pesas?
4. Calcula el rendimiento porcentual.
5. ¿Adónde fue la mayor parte del sulfato de cobre que falta y cómo podrías recuperar más?

Respuestas para el docente: (1) Menos producto: 3,29 g de polvo blanco anhidro en lugar de 4,67 g de cristales azules. (2) El ácido, la base, el volumen y la concentración del ácido, y hasta dónde se evapora la disolución. (3) 4,67 g (se acepta 4,62–4,72). (4) 4,67 ÷ 6,24 × 100 = 74,8 % (se acepta 73,8–75,8). (5) La mayor parte (1,29 g) sigue disuelta en la disolución sobrante, porque el sulfato de cobre sigue siendo soluble a temperatura ambiente. Evapora otra vez esa disolución para obtener una segunda cosecha de cristales.

Ideas erróneas frecuentes

• "La base en exceso contamina la sal." Es insoluble, así que el filtrado la elimina. El exceso asegura que no quede ácido en el producto.
• "Evaporar toda el agua da más cristales." Los cristales azules contienen agua. Calentar a sequedad los destruye.
• "El rendimiento debería ser del 100 % si trabajo con cuidado." Siempre queda algo de sal disuelta en la disolución fría que se desecha.
• "Un baño de hielo da más cristales, así que es mejor." Da cristales más pequeños. En esta simulación el rendimiento también es menor, porque el enfriamiento lento durante uno o dos días deja evaporar un poco más de agua.

Ampliación

• Aumentar la escala: pon 50 mL de ácido 1,0 mol/L. Pide a los estudiantes que predigan la masa antes de hacer la prueba. Se duplica hasta 9,34 g, pero el rendimiento sigue siendo 74,8 %.
• Otra sal: cambia a HCl diluido. El CuCl₂ es mucho más soluble que el CuSO₄, así que queda más en la disolución sobrante: 1,14 g de cristales de CuCl₂·2H₂O, un rendimiento del 53,5 %. Pregunta por qué cuesta más cristalizar las sales muy solubles.

Preguntas frecuentes

¿Pueden los estudiantes hacer toda la práctica obligatoria sin laboratorio?

Pueden seguir todos los pasos, ver por qué importa cada uno y calcular el rendimiento. Usa la simulación para enseñar el método antes del laboratorio real, o en su lugar cuando falte tiempo. Aun así, los estudiantes necesitan manejar material real en algún momento.

¿Por qué la simulación usa mL y mol/L, y no cm³ y mol/dm³?

La especificación de AQA usa cm³ y mol/dm³, y la versión en español de la simulación muestra mL y mol/L. 1 cm³ es 1 mL y 1 mol/dm³ es 1 M, así que los valores son los mismos en las dos notaciones.

¿Cómo doy a cada clase una configuración distinta?

Cambia los valores iniciales del enlace de clase, por ejemplo 40 mL de ácido 1,5 mol/L. Haz la prueba una vez tú mismo y cambia los números de las preguntas 3 y 4 antes de la clase.

Simulaciones y guías relacionadas

Reactivo limitante y rendimiento porcentual – estequiometría con partículas Separación de mezclas: decantación, filtración, evaporación, embudo de decantación, destilación

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