Lab.1 Separación de Cationes Por Grupo (1) Aumentado

1º laboratorio Separación de cationes por grupo

INTRODUCCIÓN

Hemos comprendido a lo largo de nuestros primeros años de vida universitaria que la Química analítica es parte de la química que estudia especialmente los principios y métodos teóricos del análisis químico, a estas alturas de nuestra pequeña experiencia tenemos claro la razón de ser y las principales tareas que cumple la química en nuestra formación.

Hay que tener en cuenta que en el análisis cualitativo de una muestra solo se encuentran aplicación las reacciones que van acompañadas de algún efecto externo, es decir de transformaciones fácilmente identificables las cuales permiten confirmar que la reacción se ha llevado a cabo, este pequeño argumento, ha servido como principio en el siguiente laboratorio, consecuentemente se ha verificado la veracidad y aplicación de este principio.

Estos efectos externos pueden ser: el cambio de coloración en la solución, precipitación, o desprendimiento de gases.

Facultad de Ingeniería Geológica, Minera y Metalúrgica 2015-II


OBJETIVOS

Identificar o, como suele decir, el “descubrimiento o reconocimiento” de los diversos elementos, grupos de elementos o cationes de los que está compuesta la sustancia o solución. Estar en la capacidad de poder distinguir los cationes representativos de cada grupo.

Tomar en cuenta las reacciones que se emplean y que van acompañadas de precipitaciones o cambios de coloración de la solución, al emplear estas reacciones se observan directamente los iones o cationes que forman a los elementos que forman la solución.

Analizar una u otra reacción analítica es necesario crear determinadas condiciones para su desarrollo, pues caso contrario su desarrollo no será fidedigno.

Estar en la capacidad de establecer las características e importancia de las reacciones selectivas que permiten diferenciar los distintos grupos de cationes.



FUNDAMENTO TEÓRICA

REACIONES SELECTIVAS

Son reacciones que dan resultados idénticos o muy parecidos con una o muchos iones (grupo de iones).

Ejemplo:

Cationes de grupo I

HgCl ↓

(Ag+, Pb+2, Hg+2) + HCl. AgCl ↓

PbCl ↓

CLASIFICACIÓN DE LOS CATIONES

Para nuestro experimento, clasificamos a los cationes por grupo:

Grupo Iones

I Ag+, Pb+2, Hg2+2

II Hg+2, Pb+2, Bi+3, Cu+2, Cd+2, Sn+2, As+3, Sb+3, Sn+4

IIIA Al+3, Cr+3, Fe+3

IIIB Ni+2, Co+2, Mn+2, Zn+2

IV Ba+2, Sr+2, Ca+2

V Mg+2, Na+, K+, Li+, NH4+



PRODUCTO DE SOLUBILIDAD

Para electrolitos escasamente solubles, experimentalmente se comprueba que el producto de las concentraciones molares totales de los iones es una constante para cada temperatura (en nuestro caso temperatura ambiente). Este producto Sp cada temperatura (en nuestro caso temperatura ambiente). Este producto Sp se denomina producto de solubilidad. Para un electrolito binario:

AB A+ + B-

SAB = [A+] [B-]

En general, para un electrolito ApBq que se ioniza en pA+... y qB-..., iones

ApBq P A+... + q B-...

S[A p Bq ] = [pA+...]p x [qB-....]q

La sustancia sólida se ioniza completamente en solución diluida, por lo que no habrá moléculas sin ionizar. Se puede demostrar termodinámicamente que en soluciones saturadas de cualquier sal que contienen cantidades variables de una sal más soluble con un ión común, los productos de las actividades de los iones en las distintas soluciones saturadas son los mismos, sea el electrolito binario:

AB A+ + B-

aA+ x aB- = constantes


Actividad

Siendo:

ai = Ci i

Concentración Factor de

actividad


En las soluciones muy diluidas, a las que nos estamos refiriendo, las actividades pueden ser tomadas como iguales prácticamente a las concentraciones, de cómo que [A+] x [B-] = Constante.

Cabe resaltar que la expresión del producto de solubilidad es aplicable para soluciones saturadas de electrolitos escasamente solubles y con condiciones pequeñas de otras sales.

La gran importancia de la concepción del producto de solubilidad se debe a su vinculación con la precipitación en soluciones, siendo esta una de las operaciones principales en el análisis cualitativo. El producto de solubilidad es el valor final que se obtiene para el producto iónico cuando se alcanzado el equilibrio entre una fase sólida y la solución si las condiciones experimentales son tales que el producto iónico es diferente del producto de solubilidad, entonces el sistema se modifica de modo que los productos iónicos y de solubilidad lleguen a ser iguales. De ese modo si para un electrolito se hace que el producto de las concentraciones de los iones en solución exceda de algún modo al producto de solubilidad por ejemplo mediante el agregado de una sal con un ión común, el sistema se modificará motivando la precipitación de una sal sólida siempre que, naturalmente, quede excluida la posibilidad de sobresaturación.



PARTE EXPERIMENTAL

MATERIALES:

Ocho tubos de ensayo.Papel de filtro.Papel de tornasol.Pinza.Embudo.Baqueta. Vaso.Reactivos: HCl(ac) , NH4OH , Na2S , NH4Cl.

PROCEDIMIENTO:

1) Se recibe una muestra de de la solución que contiene cationes del grupo I al V.



2) Agregar a la solución HCl 6N gota a gota hasta observar la formación de un precipitado blanquecino, que indica la presencia de cationes del grupo I, filtre.

La precipitación se debió a las siguientes reacciones:


Solución que contiene cationes del grupo I al IV.

Formación de un precipitado blanquecino.











Filtración












Cationes del primer grupo.

HgCl

(Ag+, Pb++, Hg2++)(ac) + HCl(l) (6N) AgCl

PbCl2

Ejemplo:

1ero AgNO3(ac) Ag+ + NO-3 (agregar HCl)

2do Ag+ + Cl- AgCl

Características del grupo: Los cloruros son insolubles en agua y HCl diluido.

3) neutralice la solución filtrada de (2) agregando gotas de NH4OH (por cada gota de reactivo añadido agite el contenido del tubo), use como indicador papel de tornasol, hasta observar que el papel de tornasol tomo una coloración de lila.


Introduciendo el papel tornasol. Corrigiendo la

ácidez.


ácidez.


ácidez.


ácidez.


ácidez.


ácidez.


ácidez.


ácidez.


ácidez.


ácidez.


ácidez.


Agregar tantas gotas de HCl 6N como mililitros de solución neutra obtenida, añada gota a gota Na2S hasta observar la formación de un precipitado, que indica la presencia de cationes del grupo II,[Hg++, Pb++, Cu++, Sn++, etc.].

La

precipitación se debió a las siguientes reacciones:

Cationes de segundo grupo.

HgS

[Hg++, Pb++, Cu++, Sn++](ac) + Na2S(l) PbS

CuS

SnS

Característica del grupo: sulfuros insolubles en HCl.

4) Agregue a la solución filtrada de (3) unas 3 o 4 gotas de NH4Cl 5N, no se observaran cambios significativos, luego alcalinice la solución con NH4OH 15N, añada posteriormente gotas de Na2S hasta observar la formación de un precipitado que indica la presencia de cationes del grupo III.


Formación de un precipitado marrón

oscuro.


oscuro.


oscuro.


oscuro.


oscuro.


oscuro.


oscuro.


oscuro.


oscuro.


oscuro.


oscuro.

Filtración


La precipitación se debió a las siguientes reacciones:

Cationes del tercer grupo.

NiS

[Mn++, Zn++, Cu++, Ni++] + (NH4)2S CuS

MnS

Reactivo ZnS (blanco)

Ejemplo:

Mn++ + S-- MnS

Características del grupo: Sulfuros precipitables por (NH4)2S en presencia de NH4OH y NH4Cl.


Filtración

Formación de precipitado

blanco.


blanco.


blanco.


blanco.


blanco.


blanco.


blanco.


blanco.


blanco.


blanco.


blanco.


5) Hierva la solución filtrada en (4) para expulsar el H2S, enfriar.

Añada gotas de 3 a 4 de (NH4)2CO3, dejar reposar y observe la lenta formación de un precipitado blanquecino, indica la presencia de de cationes del grupo IV.


Se lleva a un calentamiento de

baño María, eliminación él H2S.





















Filtración

Lenta formación de un precipitado

blanquecino.


blanquecino.


blanquecino.


blanquecino.


blanquecino.


blanquecino.


blanquecino.


blanquecino.


blanquecino.


blanquecino.


blanquecino.


La precipitación se debe a las reacciones:

Cationes del cuarto grupo.

BaCO3

[Ba++, Sr++, Ca++, etc.](ac) + (NH4)2CO3 SrCO3

CaCO3

Características del grupo: carbonatos precipitables por (NH4)2CO3 en presencia de NH4Cl.



6) La solución filtrada de (5) debe ser cristalina, contiene los cationes del grupo V, [Mg++, Na+, K+, Li+, NH4

+, etc.].


Formación de un líquido

transparente.


transparente.


transparente.


transparente.


transparente.


transparente.


transparente.


transparente.


transparente.


transparente.


transparente.


transparente.


CUESTIONARIO

1.-

a) Indique con toda claridad ¿Qué se entiende por precipitación total o completa?

Precipitación total nos indica el momento en el cual todos los iones de un determinado grupo han reaccionado y formado precipitado

b) ¿Cómo nos damos cuenta de haber logrado la precipitación total?

Podemos estar seguros que se ha efectuada una precipitación total, si después de la formación del precipitado agregamos una gota más de reactivo y observamos que ya no se forma precipitado, sólo así verificamos que ya no hay reacción y la precipitación estará completa.

c) ¿qué nos indica lo anterior?

Es muy importante que se logre la precipitación total para cada grupo ya que de lo contrario podrían reaccionar cationes de diferentes grupos juntos, con lo cual nuestro análisis sería incorrecto, si en caso esto sucediera podemos darnos cuenta que se ha cometido un error al verificar los colores de los precipitados obtenidos en cada separación.

2.-

a) ¿En qué orden se efectúa la separación de los cationes de los diferentes grupos?

b) ¿Bajo qué forma precipitan los diferentes grupos? ¿Qué compuestos químicos?

Los cationes de los 4 primeros grupos los separamos en forma de

precipitado, y los cationes del ultimo grupo es una solución cristalina

resultante de filtrar el precipitado q contiene al grupo IV.



Grupo Iones Precipitado Característica del grupoI Ag+, Pb+2, Hg2

+2 AgCl, PbCl2, Hg2Cl2

Cloruros insolubles en HCl diluido

II Hg+2, Pb+2, Bi+3, Cu+2, Cd+2, Sn+2, As+3, Sb+3, Sn+4

HgS, PbS, Bi2S3, CuS, CdS, SnS,

As2S3, Sb2S3, SnS2

Sulfuros en HCl diluido

IIIA Al+3, Cr+3,Fe+3

Al(OH)3, Cr(OH)3, Fe(OH)3

Hidróxidos precipitables por NH4OH en presencia

de NH4ClIIIB Ni+2, Cu+2, Mn+2,

Zn+2NiS, CuS, MnS,

ZnSSulfuros precipitables por (NH4)2S en presencia de

NH4ClIV Ba+2, Sr+2,

Ca+2BaCO3, SrCO3,

CaCO3

Carbonatos precipitables por (NH4)2CO3 en

presencia de NH4ClV Mg+2, Na+, K+, Li+,

NH4+

Sin precipitado del grupo

Iones que no precipitan.

c) ¿Cuáles son los agentes precipitantes? Y ¿En qué medio se efectúa cada separación?(ácido o alcalino).

Grupo Iones Agente Precipitante

I Ag+, Pb+2, Hg2+2 HCl diluido

II Hg+2, Pb+2, Bi+3, Cu+2, Cd+2, Sn+2, As+3, Sb+3,

Sn+4

Na2S en presencia de HCl diluido

IIIA Al+3, Cr+3, Fe+3 Na2S en presencia de NH4OH y NH4ClIIIB Ni+2, Co+2, Mn+2, Zn+2

IV Ba+2, Sr+2, Ca+2 (NH4)2CO3 en presencia de NH4OH y

NH4Cl

V Mg+2, Na+, K+, Li+, NH4+ Sin reactivo de grupo

La primera separación se logra en un medio acido, la segunda en un medio

acido ligero, y los demás en medio básico



3.- Para la separación del 2do y 3er grupo, se debería de utilizar el sulfuro de hidrogeno, H 2S(g ), que se genera en el Aparato de Kipp. Dibuje el aparato e indique brevemente ¿Cómo funciona?

El generador de Kipp, es un aparato para obtener Sulfuro de Hidrógeno

H2S(g) y está provisto de un tubo de distribución con ramificaciones

laterales que permiten tomar el gas en varios puntos del tubo

simultáneamente.

Para una regulación cómoda de la corriente de gas es imprescindible que

el diámetro inferior de las ramificaciones sea suficientemente pequeño

(tubos semicapilares).

4.- Calcule la Normalidad(N) y la concentración de los iones Ca2+¿ ¿ y SO4

2−¿¿Calcio y sulfato en ion-gramo/litro=img/lt, en una disolución saturada de CaSO4, sulfato de calcio, si su solubilidad es 0,2 g/100ml de solución.



CaSO4→Ca2+¿+ SO4

2−¿¿ ¿

Kps= ¿.¿

Dato: Su solubilidad es 0,2g/100ml; entonces el Kps= 2g/L

¿= ¿

2g/L= S.S →S2=2g /L; S= 1,4142 ion-g/L

Luego la concentracion de los iones Ca2+¿ ¿ y SO42−¿¿ es 1,4142 ion-g/L

Y la normalidad seria:

NCa

2 +¿=¿NSO

42−¿=M .θ¿

¿¿

NCa

2 +¿=¿NSO

42−¿=1,4142.2=2,82N ¿

¿¿

5a.- Calcule el POH del NH 4OH (ac)15M

Vemos que el hidróxido de amonio solo tiene OH para liberar, por lo que ϴ=1, utilizamos la expresión que nos relaciona molaridad y normalidad.

15=Mx1

M=15

Planteamos la reacción de hidrolisis de una base débil

NH 4OH (ac ) NH 4+¿¿ + OH−¿¿

CONDICIONES INICIALES 15 0 0

CONCENTRACIONES QUE

REACCIONAN -15α +15α +15α

CONCENTRACION EQ. 15(1-α ¿ +15α +15α



Si bien no nos dan como dato el Kb,vamos a las tablas y vemos que Kb =1,8x10−5 siendo α el

grado de ionización del hidróxido de amonio.

Kb=[NH 4+¿¿ ]¿¿= 1,8x10−5 para concentraciones en el equilibrio

Kb= [(15α )2]

[15 (1−α )]=1,8x10−5

α=1,095 x10−3

Ahora para la concetracion del OH: 15α=1,643x10−2

pOH=-log[OH−¿¿]= -log(1,643x10−2)=1,784

5b.- ¿Cómo cambiara la concentración de los iones oxhidrilo, OH−¿¿en NH 4OH 0,2M; si la diluimos 5 veces?

6.- ¿Cuántos gramos de H+¿¿ y HCOO−¿¿ contienen 250 ml de HCOOH (ac) 0,5M. HCOOH es el acido formico.

HCOOH↔H+¿+HCOO−¿¿ ¿;K DISOLUCION=1,77.10−4

HCOOH↔H+¿+HCOO−¿¿ ¿

Inic. 0,125mol - -

Rxn. x x x


1º laboratorio Separación de cationes por grupoEqui. 0,125 -x +x +x

K= x . x0,125−x

=1,77.10−4

x2

0,125=1,77. 10−4

x=4,7.10−3mol

H+¿=HCOO−¿=4,7. 10−3mol( 46 g

mol )=0,216 g ¿

¿

7.-En la determinación de la sustancias volátiles, el carbón de piedra se tienen los sgtes datos: la masa del crisol es de 5,3280g, la masa del crisol con la muestra es de 6,5110g. La masa del crisol con la muestra después de la eliminación de la sustancias volátiles( por calcinación) es de 6,2745g. Calcule el % de sustancias volátiles en la muestra.

CONCLUSIONES



Es de gran importancia, tener en cuenta en que medio se está trabajando (ácido o básico), por qué de ello depende el éxito del laboratorio.

El uso excesivo de reactivo, es perjudicial para el ensayo que se está realizando, debido a que este generara en la solución iones complejos, los cuales modificaran en gran medida muestro resultado óptimo. Generando así coloraciones y precipitaciones no deseadas para nuestros fines.

El precipitado total de una parte de la solución debido a la acción de un ácido o una base, es importante pues ello nos garantizara que cuando nosotros filtramos esta solución, la solución filtrante no tenga iones del elemento precipitado. Ya que si hubiese iones del elemento precipitante ellos reaccionarían con los reactivos del siguiente paso así perjudicando el trabajo.

BIBLIOGRAFÍA



‘’Semi-microanálisis Químico Cualitativo’’ V.N. Alexeiev

Capítulo VI pag.487---495

‘’Química Analítica Cualitativa’’ Arthur I. Vogel

Capítulo III pag.238---252

‘’Analisis Cualitativo’’ Ray U. Brumblay

Capítulo IV pag.71---99


Lab.1 Separación de Cationes Por Grupo (1) Aumentado

Documents

Transcript of Lab.1 Separación de Cationes Por Grupo (1) Aumentado