UNIVERSIDAD NACIONAL

ABIERTA Y A DISTANCIA

358081 – BALANCE MÁSICO Y ENERGÉTICO DE PROBLEMAS AMBIENTALES

Protocolo de prácticas de laboratorio

IDENTIFICACION DE LA PRÁCTICA Nombre de curso Balance másico y energético de problemas ambientales

Código de curso 358081

Créditos del curso 3 Créditos

Valor de esta actividad

práctica 150 Puntos: (90 Calificado por el tutor práctico - 60 por el tutor virtual)

Nombre del director de

curso Janet Bibiana García Martínez

Correo institucional del

director del curso Janet.garcia@unad.edu.co

Contacto del director de

curso

(7) 6358577 ext.: 1047025

Cell: 3122662777

CEAD al que pertenece Bucaramanga

Espacio donde se debe

desarrollar la práctica Laboratorio

Objetivos de la práctica

Evaluar la aplicación de los conocimientos adquiridos por el

estudiante en todas las lecciones del curso, mediante el

desarrollo de prácticas de laboratorio.

Justificación de la práctica

Todo conocimiento debe ser afianzado en el entorno práctico, en donde el estudiante aprende haciendo y valida la profundidad de sus conocimientos en la aplicación directa

Competencias a desarrollar El estudiante desarrolla la habilidad de aplicar balances de masa

y energía en los procesos desarrollados en el laboratorio.

Duración de la práctica. 8 Horas

Mecanismo mediante el

cual se evaluará la práctica:

A través de la rúbrica de evaluación la cual va adjunta al final del

presente protocolo.

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Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Ambiente

358081 – Balance másico y energético de problemas ambientales

ACTIVIDADES PARA EL ESTUDIANTE

METODOLOGIA

Respetados estudiantes. Esta actividad corresponde al desarrollo de un trabajo colaborativo

basado en el desarrollo de prácticas de laboratorio a partir de las temáticas tratadas en todas

las tres unidades del curso. Usted debe enviar a través de la plataforma el documento

informe de prácticas desarrolladas, de acuerdo con las recomendaciones dadas para la

resolución de esta actividad y la hoja de ruta. ¡Muchos Éxitos!

Objetivos: Evaluar la aplicación de los conocimientos adquiridos por el estudiante en todas

las lecciones del curso, mediante el desarrollo de prácticas de laboratorio.

Esta actividad puede ser desarrollada en grupos de máximo 3 personas. La estrategia de

aplicación corresponde a aprender haciendo. Ésta estrategia difiere a los demás trabajos

colaborativos en cuanto a que representa la oportunidad para que el estudiante indague e

investigue desde lo básico cómo funcionan los procesos químicos (si bien a escala de

laboratorio).

Actividades:

1. Leer muy bien el documento protocolo de prácticas.

2. Seleccionar mínimo 3 actividades de laboratorio para desarrollar el día de la práctica.

Una por cada tema.

3. Preparar un documento pre-informe de la práctica que incluya el marco teórico,

objetivos de la práctica, materiales y reactivos, metodología y diagramas de flujo de

los procesos, hoja de seguridad de los reactivos usados. El tutor revisará los pre-

informes al comienzo de la práctica. De acuerdo con dicha revisión autorizará el

desarrollo de la práctica. El pre-informe corregido puede servir como base para la

elaboración del informe final.

4. El día de la práctica contar y tener puestos en todo momento los elementos de

protección personal necesarios: (gafas, guantes, bata,..).

5. Desarrollar las prácticas o actividades en orden y con mucho cuidado, recuerden que

están manipulando productos químicos que pueden ser nocivos para la salud.

6. Al final de la práctica entregar al tutor una copia de los resultados obtenidos con

todos los datos de la actividad. Esta debe ser legible y fácilmente entendible.

7. Preparar el informe de laboratorio de acuerdo con las indicaciones dadas en la hoja

de ruta. Este informe debe ser desarrollado con el grupo con el cual trabajo en su

laboratorio. Recuerde producto final debe entregarse en el espacio dispuesto para

esto en el entorno de Evaluación y seguimiento por cada uno de los integrantes del

grupo.

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358081 – Balance másico y energético de problemas ambientales

TEMA 1. BALANCE DE MATERIA SIN REACCIÓN QUÍMICA

OBJETIVO GENERAL

Estudiar los cambios que ocurren en procesos de separación de mezclas sin reacción

química y verificar la ley de la conservación de la materia.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

· Identificar las propiedades físicas de sustancias puras y mezclas.

· Realizar balances de materia sin reacción química.

· Verificar la ley de la conservación de la materia

Practica a. MEZCLA DE ALCOHOL ETÍLICO CON AGUA

ACTIVIDADES

1. En una probeta graduada de 100 ml, colocar 25 ml de agua destilada. Determine la masa de agua (solución A)

2. En otra probeta graduada de 50 ml, colocar 10 ml de alcohol etílico. Determinar la masa de alcohol (solución B)

3. Mezclar las soluciones A y B; determinar la masa, el volumen y la densidad de la solución resultante (solución C)

4. En otra probeta graduada de 100 ml, verter 25 ml de agua destilada. Determinar la masa de agua destilada (solución D)

5. En una probeta graduada de 50 ml, añadir 20 ml de alcohol etíl ico. Determinar la masa de alcohol (solución E)

6. Mezclar las soluciones D y E, determinar la masa, el volumen y la densidad de esta mezcla resultante (solución F)

7. Mezclar las soluciones C y F (solución G), determinar la masa el volumen y la densidad de la solución G.

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358081 – Balance másico y energético de problemas ambientales

Práctica b. BALANCE MACROSCÓPICO DE MATERIA EN RÉGIMEN NO

ESTACIONARIO

Un reactor continuo de tanque agitado es, básicamente, un recipiente por el que circula un caudal

de fluido m, y en cuyo seno el fluido se encuentra perfectamente agitado de manera que, en un

momento dado, todos los puntos del mismo poseen idénticas propiedades, variando éstas con el

tiempo.

ACTIVIDADES

1. Con la ayuda de su tutor diseñe y construya un reactor continuo de tanque agitado cuyo volumen sea de 400 ml. Utilice los materiales con que cuenta en el laboratorio. Recuerde que sobre el reactor debe circular un caudal constante de agua. Un ejemplo lo encuentra en la figura siguiente:

1. Tanque agitado

2. Entrada de fluido

3. Llave de paso salida de fluido

4. Llave de vaciado

5. Vaso de precipitados de 25 ml

6. Agitador magnético

7. Electrodo del conductímetro

8. Conductímetro

9. Imán

5

2. Preparar una curva de calibración de Conductividad (cond.) vs. Concentración (C) de NaCl

3. Preparar 1 litro de solución para cada una de las siguientes concentraciones de cloruro de sodio: 30 g/l, 60 g/l, 90 g/l.

4. Colocar 400 ml de la primera solución en el tanque y comenzar a agitar. Realizar la lectura de conductividad.

5. Hacer fluir agua destilada a través del tanque agitado y tomar lecturas de conductividad cada 30 segundos hasta que la conductividad sea estable.

6. Repetir la experiencia cambiando el caudal de agua para la misma concentración de cloruro de sodio

7. Repetir las actividades 3 a 5 para las otras dos concentraciones de cloruro de sodio.

8. Elaborar una tabla que recoja la variación de la concentración de sal con el tiempo.

9. Graficar –ln C sal vs. t. Explicar el valor de la pendiente y el intercepto.

10. Analizar las fuentes de error en la experimentación.

6

Práctica c. SEPARACIÓN DE MEZCLAS

ACTIVIDADES

1. En una probeta graduada de 100 ml, colocar 15 ml de acetona. Determine la masa de acetona (solución A)

2. En otra probeta graduada de 100 ml, colocar 35 ml de alcohol etílico. Determinar la masa de alcohol (solución B)

3. Mezclar las soluciones A y B; determinar la masa, el volumen y la densidad de la solución resultante (solución C)

4. En un sistema de destilación simple (pida ayuda al tutor para la instalación) introducir la solución C y calentar hasta ebullición. Recoja las diferentes fracciones de destilado y tome nota de los puntos de ebullición de las sustancias.

5. Determine la masa de las diferentes fracciones de destilado.

6. ¿Puede determinar a qué compuesto corresponde cada fracción?

7. Determine el porcentaje de recuperación de cada compuesto.

8. Justifique las diferencias entre el la masa inicial y la masa final de los compuestos.

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TEMA 2. BALANCE DE MATERIA CON REACCIÓN QUÍMICA

OBJETIVO GENERAL

Estudiar los cambios que ocurren en reacciones químicas

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

· Identificar la propiedades físicas de reactivos y productos de diferentes reacciones

químicas.

· Clasificar las reacciones químicas según los cambios ocurridos en cada sistema.

· Realizar balance de materia con reacción química.

Practica a. REDUCCIÓN DE PERMANGANATO DE POTASIO

ACTIVIDADES

i) MEDIO FUERTEMENTE ACIDO

1. Vierta en un vaso de 100 ml, 20 ml de agua destilada

2. Vierta en la solución anterior 2 ml de ácido sulfúrico concentrado.

3. Disuelva en la solución anterior 0.6 g de oxalato de sodio (Na2C2O4) ó 0.8 g de

oxalato de potasio.

4. Calentar la solución ácida de oxalato de sodio a 60 ºC.

5. Añadir a la solución caliente 1 ml de una solución de permanganato de potasio.

6. Registrar sus observaciones.

ii) MEDIO NEUTRO

1. Vierta en un vaso de 100 ml, 20 ml de agua destilada.

2. Disuelva en 0.6 g de oxalato de sodio (Na2C2O4) ó 0.8 g de oxalato de potasio.

3. Calentar la solución de oxalato de sodio a 60 ºC.

8

4. Añadir a la solución caliente 1 ml de una solución de permanganato de potasio.

5. Registrar sus observaciones.

iii) MEDIO FUERTEMENTE ALCALINO

1. Disuelva 2 g de hidróxido de sodio1 en 20 ml de agua destilada en un vaso de

100 ml.

2. Disuelva en la solución anterior 0.6 g de oxalato de sodio (Na2C2O4) ó 0.8 g de

oxalato de potasio.

3. Calentar la solución alcalina de oxalato de sodio a 60 ºC.

4. Añadir a la solución caliente 1 ml de una solución de permanganato de potasio.

5. Registrar sus observaciones.

Práctica b. CLASIFICACIÓN DE REACCIONES QUÍMICAS

Una reacción química es el proceso por el cuál dos o más sustancias puestas en contacto

reaccionan entre sí o ejercen su actividad para formar una nueva sustancia, la misma que

es representada mediante una ecuación química.

ACTIVIDADES

1. Vierta en un tubo de ensayo 1 ml de reactivo A

2. En otro tubo de ensayo, 1 ml de reactivo B. (Si es sólido tomar aproximadamente 0.1 g de reactivo)

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3. Hacer reaccionar 2 o 5 gotas del reactivo A con el reactivo B, observe y registre cambios.

4. Vierta el resto del reactivo A, observe y anote cambios. Si la reacción es lenta, deje el tubo en reposo hasta que se observe algún cambio.

5. Analizar las fuentes de error en la experimentación.

Práctica c. REACCIONES DE PRECIPITACIÓN

ACTIVIDADES

1. En dos vasos de precipitados de 50 ml vierta 20 ml de agua destilada.

2. Adicione a cada vaso 0.1 g y 0.25 g de cromato de potasio.

3. En otros dos vasos de precipitados de 50 ml vierta 20 ml de agua

destilada

4. Adicione a cada vaso 0.35 g de nitrato de plomo.

5. Verter las soluciones de cromato de potasio a las de nitrato de plomo

6. Utilizar un disco de papel filtro (debe determinar la masa del papel filtro

seco) y colocarlo a un embudo de plástico

7. Armar el soporte universal con aro metálico donde se instala el embudo

y el papel filtro

8. Filtrar por separado los productos obtenidos.

9. Secar el precipitado en el papel filtro en un horno secador.

10. Determinar la masa del precipitado.

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TEMA 3. BALANCE DE ENERGIA

OBJETIVO GENERAL

Estudiar los cambios que ocurren en procesos con consumo o generación de energía.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

· Identificar propiedades físicas de sustancias puras.

· Realizar balances de energía.

· Verificar la ley de la conservación de la energía

Practica a. COMBUSTIÓN

ACTIVIDADES

1. En un vaso de precipitados pese exactamente 50 g de agua líquida. Mida la temperatura a la que se encuentra el agua.

2. En un recipiente resistente al calor pese exactamente 5 g de gasolina. Con la ayuda de un mechero incinere la gasolina de tal forma que la mayor parte de calor desprendido por la combustión sirva para calentar el vaso de precipitados que contiene los 50 g de agua.

3. Inmediatamente se apague la llama de la combustión de la gasolina, mida la temperatura del agua.

4. Deje enfriar hasta temperatura ambiente y mida la masa de agua en el recipiente.

5. Realice los balances de masa y energía (con ayuda de tablas termodinámicas determine la capacidad calorífica de la gasolina).

6. Repita las actividades 1 a 5 empleando diesel y etanol como combustibles.

7. Calcule la masa de agua perdida por evaporación. ¿Se ajustan los balances de energía? ¿si? ¿no? ¿Por qué?

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Práctica b. REACCIONES EXOTÉRMICAS

Es aquella reacción donde se libera calor, esto significa que la energía de las moléculas

de los productos (EP) es menor que la energía de las moléculas de los reaccionantes

(ER). En las reacciones químicas exotérmicas se desprende calor, significa que la

energía de los productos es menor que la energía de los reactivos, por ejemplo en las

reacciones de combustión.

ACTIVIDADES

1. Prepare una solución 2 molar de hidróxido de sodio en agua a partir de hidróxido de sodio sólido. ¿Qué observa?

2. En un vaso de precipitados mezcle 20 ml de hidróxido de sodio 2 molar con 10 ml de azul de metileno. (solución A). Determine la temperatura de la solución.

3. En otro vaso de precipitados mezcle 20 ml de ácido acético 2 molar con 10 ml de azul de metileno. (solución B). Determine la temperatura de la solución.

4. Mezcle lentamente las soluciones A y B. ¿Qué observa?

5. Mida la temperatura de la solución resultante. ¿Qué puede decir de este tipo de reacciones? ¿Cuál o cuáles son los productos de la reacción?

6. Repita los pasos 2 a 5 tomando como solución A, hidróxido de sodio 2 molar con 3 gotas de fenolftaleína y como solución B ácido sulfúrico 2 molar.

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Práctica c. INTERCAMBIO DE CALOR

ACTIVIDADES

1. En un vaso de precipitados calentar agua hasta ebullición. (solución A)

2. En otro vaso de precipitados enfriar agua hasta un valor cercano a 0 °C (solución B)

3. Tomar 500 ml de la solución A y medir su temperatura cada 2 minutos.

4. Tomar 500 ml de la solución B y medir su temperatura cada 2 minutos.

5. Graficar T vs t. ¿Qué observa?

6. Repita los pasos 1 a 5 tomando como solución B, cloruro de sodio al 10 % P/V en agua cercano a 0 °C, y, como solución A cloruro de sodio al 10 % P/V en agua en el punto de ebullición.

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Recomendaciones para la elaboración del informe:

- El trabajo es de carácter grupal y debe contener la siguiente estructura:

Portada (1 página)

Objetivos: general y específicos (1 página)

Marco teórico o de referencia (5-7 páginas)

Materiales y reactivos (2 páginas)

Metodología (3 páginas)

Diagrama de flujo detallado de las prácticas (3 páginas)

Resultados (3-5 páginas)

Cálculos, si los hay (2 – 5 páginas)

Discusión de resultados (3 – 5 páginas)

Conclusiones (1 página)

Bibliografía (1 página)

Esto quiere decir que la extensión mínima del trabajo, será de veintitrés (23) páginas y

máxima de treinta y cuatro (34) páginas. Recuerde que el informe incluye los resultados

obtenidos de mínimo tres (3) actividades prácticas de laboratorio, una por cada tema

presentado.

- El trabajo debe ser de su autoría, por lo que no debe contener copias textuales de otros

documentos. En caso de consultar otras fuentes (libros, artículos o páginas de Internet),

debe hacer la respectiva cita bibliográfica según las normas APA, que puede encontrar en

el siguiente [enlace].

- En caso de consultar páginas en Internet, por favor ingrese a páginas que tengan

reconocimiento académico (centros investigativos, revistas especializadas, páginas de

entidades oficiales, universidades, entre otros). NO consulte páginas como “el rincón del

vago”, “buenas tareas”, “wikipedia”, entre otras.

- El formato del trabajo es el siguiente:

Tamaño hoja: carta

Márgenes: superior, inferior, izquierdo y derecho: 2,5 cm

Interlineado: sencillo

Texto: Arial 11 puntos

Formato de entrega: PDF o Word

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Evaluación:

RÚBRICA PARA EL TUTOR DE LA PRÁCTICA.

COMPONENTE PRÁCTICO EVALUADOS POR EL TUTOR DE PRÁCTICA (90 Puntos)

ACTIVIDAD EVALUADA

CRITERIO EVALUADO

VALORACIÓN PUNTAJE MÁXIMO BAJO MEDIO ALTO

Componente práctico

Puntualidad y permanencia en la práctica

No asiste a la práctica

Aunque llega puntual a la práctica se ausenta en el transcurso de esta o en el caso contrario no es puntual al llegar a la práctica, sin embargo, permanece atento a ella

Es puntual y permanece durante el desarrollo de la práctica

20

Puntos: 0 Puntos: 10 Puntos: 20

Pre-Informe El estudiante no presenta pre- informe

Aunque el estudiante entrega pre informe este no cumple con los lineamientos especificados en el protocolo de prácticas o entrega pre informe incompleto.

El estudiante entrega el adecuado pre- informe para cada una de las prácticas a realizar y cumple con las especificaciones dadas en el protocolo de prácticas.

30

Puntos: 0 Puntos: 15 Puntos: 30

Ejecuta actividades exclusivas de la práctica

No hace uso del equipo de seguridad para realizar la práctica

Reconoce pero no hace uso de todo el equipo de seguridad para la realización de la práctica.

Reconoce y hace uso adecuado de todo el equipo de seguridad para el ingreso y la realización de la práctica.

20

Puntos: 0 Puntos: 10 Puntos: 20

Manejo adecuado de los equipos

No hace el uso adecuado de los equipos propios de la práctica

Aunque desconoce el manejo adecuado de los equipos es atento al reconocimiento de estos e indaga en el adecuado manejo.

Realiza una revisión del protocolo de prácticas con el fin de adquirir un conocimiento acerca de los equipos que se utilizaran y hacer el uso adecuado de estos

20

Puntos: 0 Puntos: 10 Puntos: 20

PUNTOS TOTALES

90

15

ACTIVIDADES PARA EL TUTOR

METODOLOGIA

Actividades a desarrollar

1. Selección del sitio donde se desarrollará la práctica. 2. El tutor debe gestionar la reserva o convenio del laboratorio para el día programado

de la práctica. 3. Aseguramiento logístico para el desarrollo de la práctica: disponibilidad de

laboratorios, reactivos y materiales. 4. Seguimiento de la práctica: Su rol debe ser de orientador y facilitador en el desarrollo

de las actividades 5. Evaluación: El tutor realizará la evaluación de la práctica de acuerdo con la rúbrica

Productos a entregar

El tutor de prácticas deberá elaborar un informe sobre el desarrollo de las actividades del

componente práctico el cual debe ser entregado al director de curso, en el espacio

dispuesto en oldcontest. Dicho informe estará compuesto por los siguientes formatos

diligenciados:

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Formato 1: Datos generales de la práctica

CONTROL Y SEGUIMIENTO AL DESARROLLO

DEL COMPONENTE PRÁCTICO

Nombre del tutor

Correo del tutor

Contacto del tutor Teléfono fijo y teléfono celular

CEAD al cual

pertenece el tutor

Curso

Fecha de

realización Día:_____ Mes: _______________ Año:_________

Lugar donde se

desarrolló la

práctica

Temas abordados

en la práctica

Materiales y

equipos

empleados en la

práctica

Observaciones

Costo aproximado

Transporte: ________________________________________

Materiales y equipos: ________________________________

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Formato 2: registro de asistencia de los estudiantes a las actividades prácticas

REGISTRO DE ASISTENCIA DE ESTUDIANTES

A LAS ACTIVIDADES PRÁCTICAS

No NOMBRES APELLIDOS CODIGO FIRMA

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Datos del tutor

Nombre: _________________________________________

Cédula: ____________ Firma: ________________________

Correo:

___________________________________________

Teléfono fijo: _____________ Celular: __________________

Anexos Evidencias del desarrollo de la práctica (Fotografías)

18

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358081 – Balance másico y energético de problemas ambientales Formato 3: Reporte de calificaciones obtenidas por los estudiantes

REPORTE DE CALIFICACIONES

Curso: __________________________________________ Código:_________________________________________ Título de la práctica: _____________________________ ________________________________________________

CEAD: ________________________________________ Fecha: ________________________________________ Tutor: _________________________________________ Firma: __________________ Cédula: ________________

No

Puntaje del Ítem de la rúbrica de evaluación obtenido

Justificación de la calificación

otorgada al trabajo

Nombres Apellidos Código

Puntualidad y

permanencia

en la práctica

(20 Puntos)

Pre-Informe

(30 Puntos)

Ejecuta

actividades

exclusivas de la

práctica

(20 Puntos)

Manejo adecuado

de los equipos

(20 Puntos)

Total

1

2

3

4

5

6

7

8

9