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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL Área Académica de Ciencias Básicas Formatted: Font: (Default) Times New Roman Formatted: Left

INFORME N°5 LABORATORIO DE QUÍMICA INORGÁNICA QU-215

REACCIONES COMPLETAS DEL COBRE Alumnos:    

Mamani Chiriboga, Pilar Mauricio Diaz, Steef Naupari Alvarez, Mercedes Oscanoa Vilchez ,Rosa

Profesores:  Ing. Cardenas Vargas Bertha  Ing. Benites Mitma ,Wilman NOTA: Periodo Académico: 2018 – I Fecha de realización de práctica: 22 /05 / 2018 Fecha de presentación del informe: 29 /05 / 2018 LIMA – PER

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Laboratorio de Química Inorgánica Práctica N 6: Reacciones completas con el Cu |

INDICE Formatted: Font: Times New Roman Formatted: Font: Times New Roman

1. Objetivo.

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2. Fundamento Teórico

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3. Pictogramas

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4. Parte Experimental.

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4.1. Experimento Nº1: Realiza la secuencia que se indica a continuación (utiliza 1

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laminilla de cobre que pesan aproximadamente 0.2g)

5. Cuestionario

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6. Bibliografía

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REACCIONES COMPLETAS CON EL COBRE

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1. Objetivo General:  Aprender que condiciones experimentales favorecen la culminación de una reacción química (leyes de Berthollet) preparando una serie de compuestos, en una secuencia química que comienza con una sustancia y termina con la misma.

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 Desarrollar la habilidad en el trabajo de laboratorio, que será fácilmente comprobada calculando el porcentaje de recuperación de la sustancia inicial utilizada. 2. Fundamento Teórico: COBRE. Elemento químico, de símbolo Cu, con número atómico 29; uno de los metales de transición e importante metal no ferroso. Su utilidad se debe a la combinación de sus propiedades químicas, físicas y mecánicas, así como a sus propiedades eléctricas y su abundancia. El cobre fue uno de los primeros metales usados por los humanos. La mayor parte del cobre del mundo se obtiene de los sulfuros minerales como la calcocita, covelita, calcopirita, bornita y enargita. Los minerales oxidados son la cuprita, tenorita, malaquita, azurita, crisocola y brocantita. Un metal comparativamente pesado, el cobre sólido puro, tiene una densidad de 8.96 g/cm3 a 20ºC, mientras que el del tipo comercial varía con el método de manufactura, oscilando entre 8.90 y 8.94. El punto de fusión del cobre es de 1083.0 (+/-) 0.1ºC (1981.4 +/- 0.2ºF). Su punto de ebullición normal es de 2595ºC (4703ºF). El cobre no es magnético; o más exactamente, es un poco paramagnético. Su conductividad térmica y eléctrica son muy altas. Es uno de los metales que puede tenerse en estado más puro, es moderadamente duro, es tenaz en extremo y resistente al desgaste. La fuerza del cobre está acompañada de una alta ductibilidad. Las propiedades mecánicas y eléctricas de un metal dependen en gran medida de las condiciones físicas, temperatura y tamaño de grano del metal.

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Claude Louis Berthollet. (Talloires, Francia, 1748 - Arcueil, id., 1822) Químico francés. Estudió medicina en Turín (1768) y posteriormente se trasladó a París. Académico electo en 1780, sus investigaciones con el ácido hidrociánico (prúsico) y con el cianhídrico le condujeron a discrepar de Lavoisier en la cuestión de si la presencia de oxígeno es esencial en todos los ácidos. Berthollet descubrió la composición del amoníaco e introdujo el uso del cloro como agente blanqueador. En su obra sobre la teoría de las afinidades químicasEnsayo de estática química (1803) propuso una ley de proporciones indefinidas para las combinaciones químicas, opuesta a la de proporciones definidas de Proust. Aunque esta ley fue rechazada, la idea de Berthollet de que la masa influye en el curso de las reacciones químicas fue posteriormente vindicada en la ley de acción de masas enunciada por Guldberg y Waage. Claude Louis Berthollet contribuyó notablemente al desarrollo de la química industrial; se ocupó en particular de los tintes, introdujo la utilización del cloro en el blanqueo de las fibras textiles y del papel, descubrió los hipocloritos alcalinos y el clorato potásico, e investigó acerca del amoníaco, el hidrógeno sulfurado y el ácido cianhídrico.

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La mayor aportación de Berthollet a su ciencia predilecta está integrada por sus ideas sobre la afinidad, que desarrolló en Indagaciones sobre las leyes de la afinidad (1801) y reunió luego en el Ensayo de estática químicaa.

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Laboratorio de Química Inorgánica Práctica N 6: Reacciones completas con el Cu | Modificó las opiniones de Bergman acerca de la afinidad, introdujo el concepto de masa en las reacciones químicas y puso en duda las relaciones constantes de los componentes en los compuestos. Las conclusiones erróneas fueron atacadas por Joseph Louis Proust, quien logró demostrar que Berthollet había experimentado con mezclas y no con verdaderos compuestos. La Societé d'Arcueil, fundada por él, publicó, entre 1807 y 1817, algunos de sus estudios sobre química. El equilibrio químico representa un balance entre las reacciones directa e inversa. Las variaciones en las condiciones experimentales pueden alterar este balance y desplazar la posición de equilibrio, haciendo que se forme mayor o menor cantidad del producto deseado. La variación de uno o varios de los siguientes factores puede alterar la condición de equilibrio: 







La temperatura: un incremento de temperatura favorecerá el sentido que consuma parte de ese exceso de calor, mientras que una disminución de la temperatura favorecerá el sentido que regenere parte del calor eliminado. La presión: Si aumenta la presión de un sistema gaseoso en equilibrio, el sistema se desplaza hacia donde hay menor número de moles. Si disminuye la presión de un sistema gaseoso en equilibrio, el sistema se desplaza hacia donde hay mayor número de moles. El volumen: Si disminuye el volumen de un sistema gaseoso en equilibrio, el sistema se desplaza hacia donde hay menor número de moles. Si aumenta el volumen de un sistema gaseoso en equilibrio, el sistema se desplaza hacia donde hay mayor número de moles. La concentración de reactantes o productos: Cuando aumenta la concentración de una sustancia que se encuentra en un sistema en equilibrio, el sistema se desplazará de modo que utiliza parcialmente la sustancia que se adicionó. La disminución de la concentración de una sustancia que se encuentra en un sistema en equilibrio, ocasionará que el sistema se desplace en el sentido que le permita. reemplazar parcialmente la sustancia que se removió El valor de la constante de equilibrio, K, no varía. Para la siguiente reacción en equilibrio:

Si se agrega oxígeno, el sistema reacciona consumiendo parte del exceso, hasta restablecer el equilibrio:

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Leyes de Berthollet se refieren a la acción de los ácidos, de las bases y de las sales sobre las sales. Debe advertirse que sólo son válidas para las excepciones de las reglas generales de los equilibrios químicos, pues suponen que las reacciones sólo se verifican en un sentido determinado y precisamente exotérmico; pero como las reacciones exotérmicas representan los casos que podríamos llamar vulgares o corrientes de las reacciones químicas, permiten prever gran número de ellas. Las leyes de Bertholet pueden resumirse en el enunciado siguiente: Habrá reacción entre los ácidos o las bases y las sales o de éstas entre sí siempre que pueda resultar un ácido, base o sal más insoluble o más volátil que los que reaccionan. De este enunciado general derivan los siguientes casos: Acción de los ácidos sobre las sales Una sal es descompuesta por un ácido cuando de la reacción puede resultar un compuesto menos soluble o más volátil que los puestos en contacto. Acción de las bases sobre las sales Una sal es descompuesta por una base cuando de la reacción puede resultar un compuesto menos soluble o más volátil que los puestos en contacto. Acción de las sales sobre las sales Dos sales reaccionan entre sí cuando por intercambio de los dos elementos metálicos pueden resultar una o dos sales insolubles, o una sal menos soluble o más volátil que las puestas en contacto.

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Laboratorio de Química Inorgánica Práctica N 6: Reacciones completas con el Cu | Es necesario conocer algunas características del cobre, la materia prima ha de utilizarse en la practica. El cobre es un mineral que no se encuentra libre en la naturaleza. Forma compuestos: calcita, calcopirita, malaquita y azurita. El cobre se utiliza ampliamente para fabrica conductores eléctricos y en otras aplicaciones que aprovechan su alta conductividad eléctrica. El cobre crudo no es adecuado para emplearse en aplicaciones eléctricas porque las impurezas reducen considerablemente la conductividad del metal. El cobre se purifica por electrolisis. Grandes placas de cobre crudo sirven como ánodos de la celda, en tanto que los cátodos son láminas delgadas de cobre puro. Las impurezas presentes en el anodo de cobre comprenden plomo, cinc, niquel, arsénico, selenio, telurio y varios metales preciosos, que incluyen oro y plata. En su química una solución acuosa, el cobre exhibe dos estados de oxidación (+1,cuproso) y (2+, cúprico). Las sales de Cu+ suelen ser insolubles en agua y casi siempre de color blanco. En solución el ion Cu+ se desproporciona con facilidad: 2Cu+(ac)  Cu2+(ac) + Cu(s) Muchas sales de Cu2+, entre ellas Cu(NO3)2, Cu(SO4) y CuCl2, son solubles en agua. El sulfato de cobre, una sal que tiene muchas aplicaciones se conoce como vitriolo azul. Entre los compuestos insolubles del cobre(II) esta el Cu(OH)2, que se forma cuando se adiciona NaOH a una solución acuosa de Cu2+. El cual por calentamiento pierde agua para transformarse en oxido de cobre(II) de color negro. El sulfato de cobre se suele adicionar al agua para detener el desarrollo de algas u hongos y plantas. Los compuestos de cobre no son tóxicos en general para los seres humanos, excepto en grandes cantidades. Nuestra dieta diaria incluye normalmente de 2 a 5 mg de cobre.

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3.

Pictogramas:

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Ácido Nítrico 

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Aspecto: Líquido transparente e incoloro.



Olor: Característico.



Punto de ebullición: 121°C



Punto de fusión: -47°C



Densidad (20/4): 1,395



Solubilidad: Soluble en agua.

Salud: 3 inflamabilidad: 0 reactividad: 0 Formatted: Font: Times New Roman

Corrosivo (C)

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

Ácido sulfúrico Temperatura de Ebullición: 330

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ºC 

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Temperatura de Inflamación: No es inflamable



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Temperatura de Autoignición: No

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Salud: 3 Inflamabilidad: 0 Reactividad: 2

aplica 

Densidad relativa (agua = 1): 1.84

Peligro

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DIÓXIDO DE NITRÓGENO

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(NO2):

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DIÓXIDO DE NITRÓGENO (NO2)

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

Densidad de gas a 21.1° C (70° F), 1 atm: 3.394 kg/m3 (0.212 lb/ft3)



Temperatura de fusión: –11.2° C (11.8° F)



Salud : 4 “Extremadamente peligroso” Inflamabilidad: 0 “No arde” Reactividad: 0 “Normalmente estable” Formatted: Font: Times New Roman

Toxico

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Temperatura de ebullición: 21.2o C (70.1 o F)



pH: No aplica Gravedad Formatted: Font: Times New Roman

especifica a 21. 1º C (70º F): 2.62

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

Peso molecular: 46.005 Formatted: Font: (Default) Times New Roman

HIDRÓXIDO DE SODIO

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(NaOH)

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

pH aprox. 13,8 a 20 °C



Punto de ebullición: 1388°C



Punto de fusión: 318°C



Densidad: 2.1 g/cm3



Solubilidad en agua, g/100 ml a

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Corrosivo 20°C: 109 (muy elevada).

Salud: 3 inflamabilidad: 0 reactividad: 1 Formatted: Indent: Left: 0.5"

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SULFATO DE ZINC (ZnSO4): R36/38: Irrita los ojos y la piel. R50/53: Muy toxico para los organismos acuáticos, pueden provocar a largo plazo efectos negativos para el medio acuático. S22: No respirar el polvo. S60: Elimínese el producto y su recipiente como residuos peligros. Cloruro Cúprico (CuCl2): Ojos: Provoca irritación en los ojos. Piel: Provoca irritación cutánea. Puede ser nocivo si se absorbe por la piel. Ingestión: Puede causar irritación del tracto digestivo. Tóxico en caso de ingestión. Inhalación: Causa irritación del tracto respiratorio. Puede ser nocivo si se inhala.

4. Parte Experimental. Experimento N°1

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1)

Cu(s) + HNO3(ac)

a) Observaciones. 

 

Se agregó dentro de la campana 20 gotas de ácido nítrico HNO3(ac) en un tubo de ensayo que contenía 2 laminillas de cobre se calentó esta solución y se observó la presencia de un gas dentro del tubo de color rojo-naranja, continuamos con el calentamiento para eliminar ese gas (monóxido de nitrógeno) hasta que no se notó la presencia de este, en el tubo queda nitrato de cobre (II) acuoso. Al neutralizar la solución 3 Cu(NO3)2 (ac) con NaOH hasta obtener obtener la disolución de color azul considerando la resultante neutra. Al calentar la solución toma un color negro. 

b) Ecuaciones Químicas. 3 Cu(s) +8 HNO3(ac)

3 Cu(NO3)2 (ac) + 2 NO(g) + 4 H2O(l) Tipo de Reacción: Simple Desplazamiento.

Reacción de neutralización Cu(NO3)2 + 2 NaOH Cu(OH)2 + 2 NaNO3 Tipo de reacción: de Neutralización

c) Diagrama de Flujo. NO(g)

d) Conclusiones. Formatted: Right

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Laboratorio de Química Inorgánica Práctica N 6: Reacciones completas con el Cu | 

Al calentar el tubo con el gas de color rojo-naranja, se produce la reacción (de combustión): 2NO(g) + O2(g)

2NO2(g)

 

Este producto ya no es tan peligroso y fácil extraíble por la campana. El reactivo limitante es el Cu

2)

Cu(NO3)2(ac) + Na2CO3(ac)

a) Observaciones.  Al agregar carbonato de calcio a la solución observamos que se forman pequeñas burbujas en la superficie.  Luego de unas cuantas gotas notamos una gran columna de desprendimiento de CO2 (g).  Se forma un pequeño precipitado y la solución es de color turquesa. 

b) Ecuaciones Químicas. Cu(NO3)2(ac) + Na2CO3(ac)

CuCO3(s) + 2NaNO3(ac)

Tipo de Reacción: Doble desplazamiento. c) Diagrama de Flujo.

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d) Conclusiones.  Después de la efervescencia, al notar que ya no hay desprendimiento de gas, nos indica que llegamos a realizar la carbonatación completa.  Obtenemos carbonato de cobre sólido después de la filtración.  El reactive limitante es el Cu(NO3)2

3)

CuCO3(s) + HCl(ac)

a) Observaciones.  Al agregar el ácido, el precipitado se disuelve completamente y se forma una solución color verde fosforescente.   b) Ecuaciones Químicas. CuCO3(s) + HCl(ac)

CuCl2 + H2O0(l) + CO2(g)

Tipo de Reacción: Doble desplazamiento. c) Diagrama de Flujo.

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d) Conclusiones.  Al agregar el HCl 6M al papel filtro hace que desincruste las partículas del CuCO 3 transformándolo en cloruro cúprico (compuesto más soluble) y liberando dióxido de carbono (CO2) y agua.  El reactivo limitante en esta reacción es el CuCO3.  4) CuCl2(ac) + NaOH(ac) a) Observaciones  Al calentar la solución este toma un color negro. b) Ecuaciones químicas CuCl2(ac) +2NaOH(ac)

Cu(OH)2 (ac)+ 2NaCl(s)

Tipo de reacción: doble desplazamiento Cu(OH)2 (ac) + calor

CuO(s) +H2O(l)

Tipo de reacción: descomposición y endotérmica c) Diagrama de flujo

58 gotas NaOH(ac) + Luego , calentar Formatted: Right

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15 mL de agua destilada d) Conclusiones  El reactivo limitante en esta reacción es el CuCl2 (ac).  Se concluye que es una reacción endotérmica por que recibe calor. 5) CuO(s) + H2SO4(ac) a) Observaciónes  Al agregar H2SO4(ac) la solución se torna azul.  Observamos que todo el CuO(s) se disuelve. b) Ecuaciones químicas. CuO(s) +H2SO4(ac)

CuSO4(ac) +H2O(l)

Tipo de reacción: desplazamiento doble c) Diagrama de flujo.

Se trata de obtener la mayor cantidad de CuO(s)

agregamos 10 gotas de H2SO4(ac)

d) Conclusiones  El cambio de color es debido a los iones de cobre, de los cuales el color es azul.  El reactivo limitante es el CuO(s).

6) CuSO4(ac) + Zn(s) a) Observaciones

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Laboratorio de Química Inorgánica Práctica N 6: Reacciones completas con el Cu |  

Cuando le agregamos la granalla de zinc notamos que la solución empieza a burbujear y se torna incolora. Notamos como va formándose el cobre sólido.

b) Ecuaciones químicas. CuSO4(ac) +Zn (s)

Cu(s) +ZnSO4(ac)

Tipo de reacción: desplazamiento o simple sustitución c) Diagrama de flujo

d) Conclusiones  El zinc se disuelve, el color azul que es debido al Cu2+ se desvanece y se deposita el cobre metálico.  El ZnSO4(ac) no tiene color.

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4)

CuCl2(ac) + NaOH(ac)

Cu(OH)2 a)

Observaciones.

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Laboratorio de Química Inorgánica Práctica N 6: Reacciones completas con el Cu |  Se agregaron 58 gotas de NaOH(ac) hasta que no notamos diferencia de colores, una

solución de color uniforme.  Al calentar la solución, se torna color marrón oscuro.

Ecuaciones Químicas.

b)

CuCl2(ac) + 2NaOH(ac)

Cu(OH)2(ac) + 2NaCl(s)

(Reacción de doble desplazamiento) Cu(OH)2 Descomposición)

CuO + H2O (Reacción de

Diagrama de Flujo.

c)

d) Conclusiones.  El reactivo limitante en esta reacción es el CuCl2(ac)  En esta parte de la experiencia podemos notar si nos falto las cantidades de HCl o

NaOH, dependiendo del color de la solución en calentamiento ( si es que no cambia de color en un tiempo considerable).

5)

CuO(s) + H2SO4(ac) a)

Observaciones.

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 Al agregar H2SO4 (ac) 6M la solución cambia a color celeste.  Se observa que todo el precipitado (CuO(s)) se disuelve. b)

Ecuaciones Químicas. Cu(OH)2

CuO + H2O (Reacción de Descomposición)

CuO(s) + H2SO4(ac) CuSO4(ac) + H2O(l) (Reacción de desplazamiento doble)

c)

Diagrama de Flujo.

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Laboratorio de Química Inorgánica Práctica N 6: Reacciones completas con el Cu | d) Conclusiones.   

El oxido de cobre se disuelve debido a que el acido sulfúrico es muy fuerte. El cambio de color se debe a los iones cobre, el cual es su color característico (azul cristalino). El reactivo limitante es el CuO.

6)

CuSO4(ac) + Zn(s)

a) Observaciones. 



Al agregar la granalla de cinc la solución empieza a burbujear alrededor de esta y la solución de torna incolora, producto de que el cinc cede electrones al ion Cu2+, reduciéndolo a Cu. Obtenemos un precipitado color marrón, debido a que el cobre ha sido reducido formándose el cobre solido.

b) Ecuaciones Químicas. CuSO4(ac) + Zn(s)

Cu(s) + ZnSO4(ac)

Tipo de Reacción: Desplazamiento o Simple sustitución c)

Diagrama de Flujo.

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d) Conclusiones.  A medida que la reacción avanza, el zinc se disuelve, el color azul debido al Cu2+ se

desvanece y se deposita cobre metálico (material de color marrón). Como se puede apreciar, el ZnSO4 no tiene color (es incoloro porque los orbitales 3d están completos).  El reactivo limitante es el Zn (en forma de granallas).

Conclusiones Generales. Debido a las reacciones la cantidad del Cu inicial debe ser igual al final (desde la primera reacción la cantidad en moles utilizados de Cu es la misma que al final por estequiometria) La cantidad inicial de cobre (las dos laminillas de cobre) = 0.0461g La cantidad final de cobre (obtenida al final del proceso) = 0.0438g Rendimiento de la reacción: Formatted: Font: 12 pt, Highlight

𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 (𝐶𝑢) 0.0438𝑔 ∗ 100% = ∗ 100 = 95.01% 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 (𝐶𝑢) 0.0461𝑔

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Laboratorio de Química Inorgánica Práctica N 6: Reacciones completas con el Cu | 5. Cuestionario.

6. Bibliografía.  Eduardo R. Abril, Metalurgia técnica y fundición, Alsina, 1956, pág. 253.

Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 12 pt Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 12 pt



A. Leyensetter,G. Würtemberger, Tecnología de los oficios metalúrgicos, Editorial Reverte, España, 2006, pág. 92.

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Cu que se obtiene al final del proceso

5.Cuestionario

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6.Bibliografia Formatted: Right

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Laboratorio de Química Inorgánica Práctica N 6: Reacciones completas con el Cu |

http://www.lahistoriaconmapas.com/historia/historia2/definicion-de-bertholet-leyes-de/ https://www.biografiasyvidas.com/biografia/b/berthollet.htm

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