12-Febbraio-2011 PROBLEMA SPERIMENTALE n. 16 GRUPPO C

Preparare idrossido di litio puro partendo da 5 g di carbonato di litio e dalla quantità stechiometrica di idrossido di calcio

1. Conoscenze utili

a. La solubilità dei reagenti è nettamente inferiore a quella dell'idrossido di litio (128 g/L a 20 °C e 175 g/L a 100 °C) e diminuisce all'aumentare della temperatura.

b. il carbonato di calcio è un sale insolubile (solubilità in acqua = 15 mg/L a 20 °C)

c. l'idrossido di litio solido cristallizza come monoidrato, LiOH·H₂O, per evaporazione della sua soluzione. Per ottenere la sostanza LiOH anidra (senza acqua) occorre riscaldare il monoidrato a temperatura maggiore di 180 °C.

2. Ipotesi di lavoro

Si sfrutta la seguente reazione di precipitazione con un eccesso di idrossido di calcio:

Li₂CO₃(aq) + Ca(OH)₂(aq) --> LiOH _(aq) + CaCO_{3 (s)} 

in cui solo l'idrossido di litio è solubile e può essere separato come soluzione dal precipitato di carbonato di calcio e dall'eccesso di idrossido di calcio, poco solubile.

3. Piano di lavoro

1. In una beuta da 125 mL pesare 5,0 g di Li₂CO₃ e 7,0 g di Ca(OH)₂; 

2. Aggiungere 25 mL di acqua distillata e riscaldare agitando all'ebollizione per 10 minuti con delle pinze. Mentre si effettua tale operazione si prepara un filtro e imbuto, si accende la stufa impostandola a 200 °C e si pesa al centesimo il becher da 100 mL in cui si dovrà raccogliere il liquido filtrato con il prodotto.

3. Filtrare la sospensione ancora calda raccogliendo la soluzione nel becher pesato da 100 mL.

4. Evaporare la soluzione filtrata tramite ebollizione, controllando con una bacchetta di vetro e roteando il becher con pinze, metalliche, per evitare schizzi e perdite di prodotto, fino a ottenere un residuo secco.

5. Mettere il becher con il prodotto essiccato nella stufa a 200 °C e lasciarvelo per almeno un'ora. Quindi pesarlo ancora tiepido per calcolare la resa che deve essere di 3,24 g (tenere conto che circa 4 centesimi di grammo del residuo saranno costituiti dall'idrossido di calcio in eccesso che si era sciolto nei 25 mL).

6. subito dopo le pesate riunire tutti i campioni prodotti dai diversi gruppi in un singolo recipiente chiuso ermeticamente.

4.  Resoconto dei dati e delle osservazioni

Descrizione dei risultati ottenuti (anche con foto)

Peso del beaker da 100 mL vuoto =85.86g

Peso del beaker dopo essiccamento in stufa =92.45g

Descrizione e motivazione di inconvenienti ed eventuali modifiche al piano di lavoro 

Fase di riscaldamento

Filtro

Fase di filtrazione.

Fase di ebollizione.

Prodotto che inizia a formarsi durante l'ebollizione.

5. Elaborazione e Interpretazione

Massa di Idrossido di Litio ottenuto = 6.59 g

Resa % rispetto alla massa attesa di 19,44 grammi (basata su 5,0 g di Carbonato di litio iniziali) 6,59: 19,44=x:100     Resa%= 33,9%

Possibile/i ragione/i della resa minore da quella attesa. Spiegare!

Domande & Risposte

1. Qual è il reagente limitante della reazione?

Risposta 1 Li₂CO₃

2. Quanti sono le moli del reagente limitante?

Risposta 2 0.0676 (5.0 : 73.8912)

            Massa molecolare=2 x 6,94 + 12,01 + 3 x (16) = 73,89 g/mol

         Numero moli: Massa/massa molecolare --> 5/73,89= 0,067 mol

3. Quante sono le moli di idrossido di litio ottenibili da tale quantità in moli di reagente limitante?

Risposta 3

0,067*2= 1,34 mol 

4. Calcola la massa in grammi di LiOH corrispondente alle moli della domanda precedente. Tale massa di LiOH può sciogliersi in 150 mL di acqua bollente, o esiste il rischio che una parte del prodotto resti sul filtro?

Risposta 4

5. Sapendo che la solubilità dell'idrossido di calcio è 1,7 g/L a 20 °C (e minore a temperature maggiori) stabilire la massima quantità di tale reagente in eccesso che può essere passato in soluzione, insieme al prodotto d'interesse, attraverso il filtro (nei 150 mL di acqua) e quindi essere rimasto come impurezza nel prodotto finito.

Risposta 5