Laboratório virtual de preparação de sais: sulfato de cobre

Este laboratório virtual de preparação de sais corresponde à prática obrigatória do AQA GCSE Chemistry sobre como obter uma amostra pura e seca de um sal solúvel a partir de uma base insolúvel. Os alunos aquecem ácido sulfúrico diluído, adicionam óxido de cobre(II) uma espátula de cada vez até sobrar um pouco e filtram o excesso. Eles aquecem o filtrado até o ponto de cristalização, deixam esfriar e pesam cristais azuis de sulfato de cobre. Depois calculam o rendimento percentual e veem o que dá errado quando a solução é evaporada até a secura.

Alinhamento com o currículo

• AQA GCSE Chemistry 4.4.2.3 (sais solúveis) e a prática obrigatória sobre como obter uma amostra pura e seca de um sal solúvel a partir de um óxido ou carbonato insolúvel. No Combined Science: Trilogy o mesmo conteúdo é o 5.4.2.3.
• AQA GCSE Chemistry 4.3.3.1 (rendimento percentual), para as perguntas 3–5.
• AP Chemistry, Unidade 4, tópico 4.5 Stoichiometry: o rendimento teórico vem dos mols do reagente limitante.
• NGSS HS-PS1-7 (padrão dos EUA): usar representações matemáticas para sustentar a conservação da massa numa reação.

O Simulic não é afiliado ao College Board nem à AQA, nem endossado por eles.

Antes do laboratório (5 min)

Peça aos alunos que se comprometam com uma previsão, no papel ou como pergunta 1 do link da turma:

"Você prepara sulfato de cobre duas vezes. Na primeira, para de aquecer quando se formam cristais num bastão de vidro frio e deixa a solução esfriar. Na segunda, evapora toda a água. O que você obtém na segunda vez?"

Muitos alunos dizem "mais cristais, porque não sobra nada na água". Não os corrija ainda.

Método na simulação

1. Ajuste Ácido em H₂SO₄ diluído, Base em CuO, Volume em 25 mL, Concentração em 1,0 mol/L, Evaporar em "até cristalizar" e Resfriamento em "lento, à temp. ambiente".
2. Clique em 1. Aquecer o ácido. Adicione a base com + 1 espátula CuO, uma de cada vez, até a caixa de informações dizer que parte da base não se dissolve mais. Registre o número de espátulas.
3. Clique em 3. Filtrar o excesso e depois em 4. Evaporar até cristalizar. Observe o bastão de vidro: o aquecimento para quando se formam cristais nele.
4. Clique em 5. Deixar esfriar e cristalizar e depois em 6. Recolher, secar e pesar. Registre a massa, a massa teórica e o rendimento na tabela de resultados.
5. Clique em Novo ensaio. Mude o Resfriamento para o banho de gelo e repita. Depois volte o Resfriamento para lento, ajuste Evaporar em "até secar" e repita.

Ensaio	Evaporar	Resfriamento	Produto	Massa (g)	Massa teórica (g)	Rendimento (%)	Tamanho do cristal (mm)
1	até cristalizar	lento
2	até cristalizar	banho de gelo
3	até secar	lento

Automático faz todos os passos. Peça aos alunos que cliquem nos botões eles mesmos no primeiro ensaio, para aprenderem a ordem.

Resultados esperados

Leituras da simulação com as configurações acima:

Ensaio	Produto	Massa (g)	Teórica (g)	Rendimento	Tamanho do cristal
Resfriamento lento	cristais azuis de CuSO₄·5H₂O	4,67	6,24	74,8%	5,9 mm
Banho de gelo	cristais azuis de CuSO₄·5H₂O	4,38	6,24	70,2%	1,9 mm
Até secar	pó branco de CuSO₄ anidro	3,29	6,24	52,7%	pó

• São necessárias quatro espátulas (2,4 g) de CuO. A quarta deixa 0,41 g sem dissolver, o que mostra que todos os 0,0250 mol de ácido reagiram.
• A massa teórica é 0,0250 mol × 249,7 g/mol = 6,24 g, porque o H₂SO₄ é o reagente limitante.
• Os 1,57 g perdidos no ensaio lento se dividem em 1,29 g ainda dissolvidos na solução restante, 0,19 g absorvidos pelo papel de filtro e 0,10 g perdidos na secagem.
• O resfriamento lento forma poucos cristais grandes; o banho de gelo forma muitos pequenos.
• O CuCO₃ dá as mesmas massas que o CuO, mas efervesce enquanto reage.

Perguntas para os alunos

1. (Previsão, repetida depois do laboratório) O que você obtém se evaporar a solução de sulfato de cobre até a secura?
2. Ao comparar o resfriamento lento com o banho de gelo, quais variáveis precisam ficar iguais?
3. Com as configurações padrão e resfriamento lento, que massa de cristais você pesa?
4. Calcule o rendimento percentual.
5. Para onde foi a maior parte do sulfato de cobre que falta, e como você poderia recuperar mais?

Respostas para o professor: (1) Menos produto: 3,29 g de pó branco anidro em vez de 4,67 g de cristais azuis. (2) O ácido, a base, o volume e a concentração do ácido, e até onde a solução é evaporada. (3) 4,67 g (aceite 4,62–4,72). (4) 4,67 ÷ 6,24 × 100 = 74,8% (aceite 73,8–75,8). (5) A maior parte (1,29 g) fica dissolvida na solução restante, porque o sulfato de cobre continua solúvel à temperatura ambiente. Evapore essa solução de novo para uma segunda safra de cristais.

Erros conceituais comuns

• "A base em excesso contamina o sal." Ela é insolúvel, então a filtração a remove. O excesso garante que não sobre ácido no produto.
• "Evaporar toda a água dá o máximo de cristais." Os cristais azuis contêm água. Aquecer até a secura os destrói.
• "O rendimento deveria ser 100% se eu tiver cuidado." Sempre fica um pouco de sal dissolvido na solução fria que é descartada.
• "O banho de gelo forma mais cristais, então é melhor." Ele forma cristais menores. Nesta simulação o rendimento também é menor, porque o resfriamento lento ao longo de um ou dois dias deixa evaporar um pouco mais de água.

Extensão

• Aumentar a escala: ajuste 50 mL de ácido 1,0 mol/L. Peça aos alunos que prevejam a massa antes do ensaio. Ela dobra para 9,34 g, mas o rendimento continua 74,8%.
• Outro sal: mude para HCl diluído. O CuCl₂ é muito mais solúvel que o CuSO₄, então mais dele fica na solução restante: 1,14 g de cristais de CuCl₂·2H₂O, um rendimento de 53,5%. Pergunte por que sais muito solúveis são mais difíceis de cristalizar.

Perguntas frequentes

Os alunos conseguem fazer a prática obrigatória inteira sem laboratório?

Eles conseguem seguir todos os passos, ver por que cada um importa e calcular o rendimento. Use a simulação para ensinar o método antes do laboratório real, ou no lugar dele quando o tempo for curto. Os alunos ainda precisam manusear equipamentos reais em algum momento.

Por que a simulação em português usa mL e mol/L, e não cm³ e mol/dm³?

A especificação da AQA usa cm³ e mol/dm³. 1 cm³ é 1 mL e 1 mol/dm³ é 1 mol/L (1 M), então os valores são os mesmos nas duas notações.

Como dou uma montagem diferente para cada turma?

Mude os valores iniciais no link da turma, por exemplo 40 mL de ácido 1,5 mol/L. Faça o ensaio uma vez você mesmo e reescreva os números das perguntas 3 e 4 antes da aula.

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