¿Qué lugar ocupa el carbono en la serie de reactividad?

Práctica de clase o demostración

La posición del carbono en la serie de reactividad, se determina calentando el carbono con óxidos metálicos y buscando la evidencia de una reacción. El magnesio se quema entonces en dióxido de carbono produciendo carbono y óxido de magnesio.

Organización de la lección

Se puede hacer como una práctica de clase (experimento 1) y una demostración (experimento 2). En conjunto, deben durar aproximadamente una hora.

Salud &Seguridad y notas técnicas

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Use protección para los ojos.

Carbono, C(s) – vea la tarjeta de peligro CLEAPSS.

Gas de dióxido de carbono, CO2(g) – vea la tarjeta de peligro CLEAPSS.

Óxido de magnesio, MgO(s) – véase CLEAPSS Hazcard.

Cinta de magnesio, Mg(s) – véase CLEAPSS Hazcard.

Óxido de cobre(II), CuO(s), (NOCIVO, PELIGROSO PARA EL MEDIO AMBIENTE) – véase la Ficha de Riesgo de CLEAPSS.

Oxido de hierro(III), Fe2O3(s) – véase la ficha de riesgo de CLEAPSS.

1 No es posible limpiar completamente los tubos de ensayo del Experimento 1. Tal vez se pueda utilizar una caja de «tubos de ensayo usados» para este experimento.

Procedimiento

Experimento 1 Calentamiento de carbono con óxidos metálicos :

a Enciende un mechero Bunsen.

b Mezcla en un tubo de ensayo una pequeña medida de polvo de carbono con una medida igual de óxido de cobre(II). Mueve el tubo de lado a lado para mezclar los sólidos.

c Sujeta el tubo en un soporte para tubos de ensayo. Calienta el tubo fuertemente con una llama Bunsen rugiente. Busca cualquier resplandor que persista mucho después de retirar el tubo de la llama. Busca también cualquier cambio de color en el tubo.

d Repite el experimento utilizando una mezcla de polvo de carbono y óxido de magnesio.

e Prepara una mezcla de óxido de hierro y carbono como en el apartado b anterior.

f Mantén el tubo de ensayo en posición horizontal y pasa un imán por debajo del cristal. Observa si alguna parte de la mezcla es magnética.

g Calienta fuertemente la mezcla de óxido de hierro y carbono en el tubo de ensayo, y observa si hay señales de algún cambio.

h Cuando hayas calentado durante 5 minutos, deja que el tubo se enfríe. Comprueba la presencia de cualquier partícula magnética, como en la parte f.

i Para cada experimento, registra lo siguiente.

Aspecto de la mezcla al inicio (incluyendo, para la mezcla de óxido de hierro/carbono, «¿es magnética?»).

Aspecto de la mezcla durante el calentamiento.

Aspecto de la mezcla después del calentamiento (incluyendo, para la mezcla de óxido de hierro/carbono, «¿es magnética?»).

Experimento 2 La reacción del magnesio con el dióxido de carbono:

Demostración
a Utilizando una bombona de gas, o un generador de gas, llenar una jarra de gas con dióxido de carbono y cubrirla con una tapa engrasada.

b Con unas tijeras, corta un trozo de 10 cm de cinta de magnesio.

c Enciende un mechero Bunsen.

d Sujeta la cinta de magnesio con unas pinzas y coloca un extremo en la llama del mechero Bunsen. En cuanto se encienda, retira la tapa del bote de gas y sumerge rápidamente la cinta en el dióxido de carbono. El magnesio sigue ardiendo en el dióxido de carbono, formando algunas motas negras de carbono y óxido de magnesio blanco.

Notas de enseñanza

Experimento 1 Calentamiento de carbono con óxidos metálicos:

Los alumnos deben ver un brillo en el tubo de carbono/óxido de cobre con la formación de cobre rojo-marrón. En el tubo de carbono/óxido de magnesio, no se ve ningún resplandor y la mezcla tiene el mismo aspecto (partículas blancas y negras) al final. (Obsérvese que algunas referencias recomiendan probar el dióxido de carbono, pero al calentar el polvo de carbono por sí solo en estas condiciones se produce este gas.)

El carbono está por encima del cobre pero por debajo del magnesio en la serie de reactividad.

La reacción es:

Carbono + óxido de cobre → cobre + dióxido de carbono

El óxido de cobre es reducido a cobre por el carbono. (La reducción es la eliminación del oxígeno, a este nivel.)

Los óxidos de plomo también se reducen, pero hay que tener cuidado debido a la toxicidad del plomo.

El óxido de zinc puede utilizarse como otro óxido no reactivo, pero el hecho de que se vuelva amarillo al calentarse (pero luego vuelva a ser blanco al enfriarse) puede confundir a los estudiantes.

La reacción entre el carbono y el óxido de hierro es un poco más sutil. No hay ningún cambio en el contenido del tubo, pero a menudo se detectan algunas partículas magnéticas. Se puede suponer que se trata de hierro, por lo que se ha producido alguna reducción.

Carbón + óxido de hierro → hierro + dióxido de carbono

Así, el carbono está por encima del hierro en la serie de reactividad (pero, por la relativa falta de reacción) sólo un poco por encima.

Este experimento puede llevar a un estudio de los altos hornos. La capacidad del carbono para reducir los óxidos metálicos cambia a medida que aumenta la temperatura. Así, a una temperatura de aproximadamente 1800 grados Celsius en un alto horno, el carbono es más fácilmente capaz de reducir el óxido de hierro.

Preguntas de los alumnos
Aquí tienes algunas preguntas para plantear a tus alumnos sobre el Experimento 1 ‘Calentamiento de carbono con óxidos metálicos’.

1 ¿En qué tubo(s) se produce una reacción?

2 ¿Qué signos de reacción hay?

3 ¿Qué puedes concluir sobre las posiciones del magnesio, el hierro, el cobre y el carbono en la serie de reactividad?

4 Escribe ecuaciones de palabras para cualquier reacción que se haya producido.

5 ¿Qué sustancias se reducen en estas reacciones?

Salud &Seguridad comprobada, 2016

Créditos