PRÁCTICA 2º DETERMINACIÓN DE SULFURO DE HIDRÓGENO EN AIRE. MÉTODO VOLUMÉTRICO (YODOMÉTRICO).

OBJETIVOS

Determinar la cantidad de sulfuro de Hidrógeno H2S en el aire

FUNDAMENTOS

El sulfuro de hidrógeno (H2S) del aire muestra se absorbe en soluciones de acetato de cinc (para altos niveles) o en disolución alcalina de sulfato de cadmio (para menores niveles). El ion sulfuro se determina entonces por adición de yodo en exceso y posterior valoración del exceso con solución de tiosulfato sódico, en presencia de almidón como indicador. El yodo necesario para la neutralización del ion sulfuro absorbido permite conocer el contenido de sulfuro de hidrógeno en el aire, utilizando la estequiometría de las reacciones y la ecuación de los gases perfectos, para llegar al nivel de inmisión en microgramos/Nm.

REACCIONES

S2Fe + 2 HCl → H2S + S+ FeCl2

S + O2 → SO2

SO2 + H2O2 → H2SO4

H2S + (CH3COO)2Zn → 2 CH3COOH + ZnS

ZnS + I2 (exceso) → ZnI2 + S + I2 (exceso que no reacciona)

I2 (Exceso que no reacciona) + 2 Na2S2O3 → Na2S4O6 + 2NaI

MATERIALES

buretas graduadas 10 o 25 ml pipetas 10 y 25 ml Matraz aforado 100, 50 y 25 ml Borboteadores de gases Crisol de porcelana Tubo de silicona Espátula Bomba de vacío y rotámetro Campana de gases

Mechero bunsen Filtro Wahtman Portafiltro polietileno pH-metro, pie y pinzas para

valoración Estufa y desecador Balanza analítica Barómetro y termómetro

REACTIVOS Y DISOLUCIONES. CÁLCULOS PREPARACIÓN

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Solución captadora I: Peróxido de hidrógeno H2O2 3%0 p/v Solución captadora II: acetato de cinc. (CH3COO)2Zn Solución neutralizadora. Solución yodo. I2

Solución valorante: tiosulfato sódico. Na2S2O3 Indicador: solución almidón 1% p/v

Solución captadora. H2O2 Peróxido de hidrógeno 3%0

Se prepara a partir de una solución comercial al 3%, para ello, al 3%0 quiere decir:

En 1000ml → 3 gramos H2O2 puro x= 0.3 gramos

En 100ml → x

Por tanto en laboratorio tenemos al 3% necesitamos un volumen de 50 ml quiere decir:

100 ml → 3 gramos H2O2 puro x= 10 ml

X → 0,3 gramos

Se pipetearán 10 ml y se diluirán hasta 100 ml con agua destilada

Solución captadora II. Acetato de cinc. . (CH3COO)2Zn . 2 H2O

V= 50 ml de (CH3COO)2Zn . 2 H2O= 50 . 10-3 litros

N = 0,01 N

PM (CH3COO)2Zn = 183,48 g/mol

N = n ºmoles (n)

Vd ; n= N x Vd = 0,01 N x 50 . 10-3 litros = 0,0005 moles

moles = masa gramos

peso equivalente(Peq) ;

Peq =PM ( (CH 3COO ) 2Zn .2H 2O )

valencia=

219,50g

mol2

= 109,75 gramos equivalentes

Masa = número de moles x Peq = 0,0005 moles x 109,75 gramos equivalentes = 0,0549 gramos de (CH3COO)2Zn . 2H2O habrá que pesar para obtener 50 ml de disolución 0,01 N.

Solución Neutralizadora I2/KI

El yodo sublima

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I2 + 2e- →2 I-

Peq=(2.Pa)/(nºe-) =2Pa/2=Pa

N = nº moles(n)

Vd ; N x Vd = m/Peq → m = N . Vd . Peq

masa = 0,01 x 50 . 103- x 126,90 = 0,0635 g de I2

Según el procedimiento hay que pesar 4 veces más de KI, por tanto 0,0635 x 4 =0,2538 g de KI

Se emplea la mínima cantidad de agua y en mortero de porcelana, se disuelve el yodo en pequeñas porciones cuando este todo disuelto se trasvasa a un matraz aforado de 50 ml y se rellena con agua destilada. Homogeneizar.

Solución valorante: tiosulfato sódico. Na2S2O3 . 5H2O 0,01 N

V= 50 ml de solución de tiosulfato sódico 0,01 N. PM Na2S2O3 5H∙ 2O = 248’18 g/mol

El tiosulfato participa en un proceso redox:

2S2O3−2→S4 O6

−2+2e−¿¿

Por tanto:

Peq= 2.Pm

nº e−¿intercambiados=2Pm

2=Pm¿

N=m /PeqV d

→ N .V d=m

Peq→m=N .V d .Peq

m=0,01.50 .10−3 x248,18=0,1241 gde tiosulfato

Se le añade carbonato sódico (Na2CO3), en una cantidad 25 veces inferior a la de tiosulfato; por lo tanto: 0,1241/25=¿0,005 g de Na2CO3.

Disolver la cantidad necesaria de tiosulfato sódico pentahidratado más una cantidad de carbonato sódico 25 veces inferior, en agua destilada recién hervida y enfriada. Trasvasar al matraz aforado y enrasar a 50 ml. Homogeneizar.

Indicador: solución almidón 1% p/v

Preparar (un grupo para todos) 50 ml de solución de almidón al 1% p/v. Se prepara una papilla con la cantidad de almidón necesaria y agua fría. Homogeneizar en 50 ml de

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agua hirviendo. Continuar la ebullición durante 2 minutos. Enfriar y filtrar si fuera necesario (si se observan grumos). Añadir 1 g de yoduro potásico, se disuelve y lo conservamos en frío en un frasco de cristal topacio. Esta disolución caduca a los 10 días aproximadamente.

TOMA DE MUESTRA

Se monta el tren de muestro compuesto por:

Portafiltros wahtman de 2,5 cm Ø Borboteador I tipo Dresdhel 125 ml capacidad, contiene 50ml solución

captadora I Borboteador II tipo Dresdhel 125 ml capacidad, contiene 50ml solución

captadora II Borboteador III tipo Dresdhel 125 ml capacidad, vacío de seguridad. Rotámetro para medida de caudal de aire Bomba de vacío Conexiones de silicona

PROCEDIMIENTO

1. Probar el funcionamiento del tren con agua destilada

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CAMPANA EXTRACTORA

Crisol con 0,005 g pirita + 5 ml HCl

Rotámetro

Borboteador I. solución captadora I

Borboteador III. Vacío

Mechero

Filtro Whatman

Bomba de vacíoBorboteador II. solución captadora II

2. Generar atmosfera de sulfuro de hidrógeno, para ello mezclar 0,005 g de pirita con 5 ml de HCl y calentar. Cuando tengamos la atmosfera creada borboteamos durante 10 minutos.

Se forma la siguiente reacción:

S2Fe + 2 HCl → H2S + S+ FeCl2

3. Al terminar retirar el contenido del Borboteador II a un matraz aforado de 50 ml para el análisis, limpiar las paredes con un poco de agua destilada y enrasar hasta 50 ml si se perdió volumen

4. Llevar a un Erlenmeyer y añadir con una pipeta 20 ml de solución neutralizadora. Homogeneizar.

5. Valorar el exceso de yodo con la solución valorante. Hacer al menos tres determinaciones de 20 ml de muestra.

6. El indicador se añade cuando esté avanzada la determinación. La muestra se pone de color amarillo oscuro y pasara a un azul intenso, se continúa con la adición de tiosulfato hasta decoloración. Se toman los volúmenes usados.

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Cambia de amarillo a azul y a incoloro.

DATOS OBTENIDOS

a) Masa de pirita y mililitros de HCl quemados para generar H2S= 0,001 g gramos de pirita y 5 ml de HCl

b) Caudal de aire muestreado: Q= 385,64 cm3/minc) Tiempo de muestreo: t= 10 minutos d) Presión barométrica: P= 774 mmHg = 1,02 atme) Temperatura: Tª= 15 ºC = 288 Kf) V1 Na2S2O3 . 5H2O usado= 4,4 ml

V2 Na2S2O3 . 5H2O usado= 4,2 mlV3 Na2S2O3 . 5H2O usado= 4,4 mlLa media sería 4,3 ml de Na2S2O3 . 5H2O usados

CÁLCULOS

1. Volumen de aire muestreado en metros cúbicos:

V = Q . t . 10-6 =

V= 385,64 . 10 . 10-6= 3,86 . 10-3 m3

Lo incluimos en la ecuación de gases perfectos quedando:

P .VT = P ' .V '

T ' → V’ =

P .V .T 'T .P ' =

P . (Q . t .10−6 ) .273(T +273 ) .760

V '=1,02∙3,86 ∙10−3 ∙273288 ∙1

=3,72 ∙10−3 Nm3

2. Con los datos de la valoración resolver la volúmetria por retroceso y hallar los microgramos de H2S:

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nº eq I2 presentes = nº eq I2 iniciales – nº eq I2 excesonº eq I2 iniciales = N . V = 0,01 N . 0,02 l = 2 .10−4 equivalentesnº eq I2 exceso = N . V = eq S2O3

2– = 0,01 . 15,16 . 10−3 = 1,52 . 10−4 eqnº eq I2 presentes = 2 . 10−4 – 1,52 . 10−4 = 4,8 . 10−5 equivalentesnº eq (H2S)= m/(Pm⁄val)= m/(34⁄2) →m=8,23 . 10-4 g de H2S

3. Calcular el nivel de inmisión de sulfuro de hidrógeno en el aire (atmósfera artificial en nuestro caso).

NI =μg SH2

V ( Nm3 )=

822,8 μg SH2

3,72∙ 10-3 Nm3 =221011,40 μg SH2/Nm3

CUESTIONES

a) ¿Qué misión tiene el primer Borboteador? ¿Qué reacción sucede en él?

El dióxido de azufre reacciona con el agua oxigenada:

SO2 + H2O2 H2SO4

b) Detalla el ajuste mediante el método de ion-electrón de las reacciones redox que tienen lugar.

I2 (exceso) + 2 Na2S2O3 Na2S4O6 + 2 NaI

Siendo las semirreacciones de óxido-reducción:

2 S2O3-2 S4O6

-2 + 2e-

I2 +2e- 2I-

c) ¿Por qué se añade yoduro potásico a la disolución de yodo? ¿Qué reacción se produce?

El yodo no es muy soluble en agua, al agregar yoduro de potasio que sí lo es, se disocia en yoduro y potasio.

KI K+ + I-

El yoduro forma un complejo con el yodo que se llama triyoduro (tres átomos de yodo)

I2 + I- I3-

KI (acuoso) + I2 (sólido) KI3 (acuoso).

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d) ¿Por qué se añade carbonato sódico a la disolución de tiosulfato?

Para estabilizar la durante más tiempo (no permite la hidrolización).

e) ¿Por qué no debe añadirse el indicador al comienzo de la valoración?

Se agrega después porque el almidón precipita, y la reacción es baja o casi nula cuando esto ocurre.

INVENTARIO DE RESIDUOS

Los residuos se gestionan según el carácter ácido o básico, para esta práctica al generarse Na2S4O6, trasvasaríamos a la garrafa con contenido en sulfatos para posteriormente tratar los residuos.

OBSERVACIONES REFERENTES A NORMATIVA

Según el documento del INSHT (instituto nacional de seguridad e Higiene en el Trabajo) sobre límites de exposición profesional para agentes químicos en España. 2012. Se recoge en la Tabla 1 de valores límites ambientales, que para una exposición diaria se permiten entre 5 – 7 mg/m3. Para nuestra práctica en tan solo 10 minutos se ha generado una atmosfera de 221011,40 μg SH2/Nm3 que sería alrededor de 221,011 mg/m3 lo que supone en comparación una atmósfera de alta concentración de sulfuro de hidrógeno.

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