tercer informe[1]

Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Ingeniería Geológica, Minera y Metalúrgica Segundo Grupo de Cationes

SEGUNDO GRUPO DE CATIONESI. INTRODUCCIÓN.

Todos los iones del grupo II forman sulfuros que son insolubles en soluciones ácidas diluidas. Este hecho se aplica para separar el grupo II de los otros grupos.Siendo el reactivo de grupo de los cationes del II grupo analítico es el H2S que hace precipitar estos cationes en medio de ácido clorhídrico, siendo posible separar los cationes del grupo analítico III de los I, III, IV grupos que no precipitan bajo la acción del sulfuro de hidrógeno en medio fuertemente ácido.

Los cationes del grupo II se dividen en 2 subgrupos: obteniendo a los sulfuros de los cationes Hg , Pb, Bi, Cu, Cd y As, Sb, Sn.La precipitación de los sulfuros se efectúa por medio de la saturación con el sulfuro de hidrógeno pero para nuestro análisis el Na2S de las disoluciones acuosas de diferentes sales con determinadas PH.

Asimismo el reactivo precipitante de grupo para los iones del grupo analítico, precipita en medio de HCl , compuestos sulfurosos de As2S3 y los de antimonio y los de estaño.

Los cationes del grupo IV precipitan en forma de sulfuros poco solubles a partir de soluciones ácidas (medio ácido, pH 0.5) mediante sulfuro de hidrógeno. Los cationes de este grupo tienen muchas propiedades comunes: capacidad de formar complejos, de precipitar en las reacciones de oxidación reducción, etc. Estos elementos debido a su posición en la tabla de Mendeléiev, forman sulfuros que poseen distintas propiedades. Se les puede clasificar en dos subgrupos:

Subgrupo IIA o del cobre: Cu2+, Cd2+, Hg2+, (Pb2+), Bi3+, y otros.

Subgrupo IIB o de las tiosales: As3+ y As5+, Sb3+ y Sb5+, Sn2+ y Sn4+, y otros.

II. OBJETIVOS:

a)Reconocimiento de los cationes del grupo II

b)Conocer las diferentes características (color, olor, textura, etc.) en sus respectivos precipitados.

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c)Familiarizarnos la base práctica del análisis químico aplicado a la industria.

d)Aprender a separar de una solución cada uno de los cationes del segundo grupo.

e)Lograr identificar, por separado, los cationes del segundo grupo; del subgrupo IIA (Hg2+, Pb2+, Bi3+, Cd2+ y Cu2+) y del subgrupo IIB (As3+, As5+, Sb3+, Sb5+ y Sn2+, Sn4+)

III.FUNDAMENTO TEÓRICO

GRUPO II A

REACCIONES DEL IÓN MERCÚRICO : Hg++

1.- Con sulfuro de hidrógeno:

Da un precipitado blanco, luego amarillo, castaño y finalmente negro de sulfuro mercúrico; HgS. En todas los casos, un exceso de sulfuro de hidrógeno da sulfuro mercúrico negro. El precipitado blanco inicial; es el clorisulfuro de mercurio Hg3S2Cl2 (o HgCl2.2HgS) que se descompone por el sulfuro de hidrógeno.

3HgCl2 + 2H2S Hg3S2Cl3 + 4HClHg3S2Cl3 + H2S 2HCl + 3HgSDespués: HgCl2 + H2S 2HCl + 3HgS rr

2.- Con Solución de Hidróxido de amonio:

Se obtiene un precipitado blanco de cloruro aminomercúrico, Hg(NH2)Cl; denominado “precipitado blanco”, infusible”; por que se utiliza sin fundir.

HgCl2 + 2NH4(OH) Hg(NH2)Cl + NH4Cl + 2H2O

REACCIONES DEL IÓN BISMUTO : Bi+3


Se obtiene un precipitado pardo de sulfuro de bismuto, Bi2S3; insolubles en ácidos diluidos en frío y en solución de sulfuro de amonio; pero solubles en ácido nítrico diluido, en caliente, y en acido clorhídrico concentrado, a ebullición.

2Bi(NO3)3 + 3H2S Bi2S2 +6HNO3

2.- Con solución de hidrógeno de sodio:

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Se obtiene un precipitado blanco de hidróxido de bismuto, Bi(OH)3; en frío, con exceso de reactivo; soluble en ácidos. Por ebullición se torna amarillo debido a una deshidratación parcial.

REACCIONES DEL IÓN CÚPRICO: Cu+2


Se obtiene un precipitado negro de sulfuro cúprico, CuS en soluciones neutras o de preferencia ácida (HCl), el precipitado es soluble en ácido nítrico diluido en caliente y en solución de cianuro de potasio, en el último caso se forma una sal compleja (cuprocianuro de potasio), K3[Cu(CN)4]. El sulfuro cúprico es insoluble en ácido sulfúrico diluido a ebullición a diferencia del cadmio.

CuSO4 + H2O CuS + H2SO4

2.- Con hidróxido de amonio:

Da un precipitado celeste de una sal básica; soluble en exceso de reactivo con formación azul intenso que contiene la sal compleja sulfato tetramincúprico. [Cu(NH8)4]SO4 .

REACCIONES DEL IÓN CADMIO: Cd+2


Se obtiene un precipitado amarillo de sulfuro de cadmio que en soluciones acidificados con un poco de HCl. El precipitado es soluble en ácido nítrico diluido y sulfúrico, en caliente; pero es insoluble en solución de cianuro de potasio. KCN.

CdSO4 + H2S CdS + H2SO42.- Con hidróxido de sodio:

Se forma un precipitado blanco de hidróxido de cadmio; Cd(OH)3; insoluble en exceso de reactivo.

Cd(SO4 ) + 2NaOH Cd(OH)2 + Na2GRUPO II B ( TIOSALES )

REACCIONES DEL IÓN ARSÉNICO: As+3

1.- Sulfuro de hidrógeno de hidrógeno:

Se obtiene un precipitado amarillo de sulfuro arsénico As2S3; en solución ácido (ácido clorhídrico). El precipitado es insoluble en ácido clorhídrico concentrado caliente.

REACCIONES DEL IÓN ANTIMONIO: Sb+3

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1.- Con sulfuro de Hidrógeno:

En solución moderadamente ácidos se forma un precipitado rojo anaranjado de pentasulfuro de antimonio, Sb2S5. El precipitado es insoluble en solución de carbonato de amonio; soluble en solución de sulfuro de amonio formando tioantimonioato y se disuelve tambien en ácido clorhídrico concentrado con la formación del tricloruro de antimonio.

REACCIONES DEL IÓN ESTAÑO: Sn2+

1.- Con Sulfuro de Hidrógeno:

Si forma un precipitado pardo de sulfuro estañoso; SnS en soluciones no demasiado ácidas [ en presencia de HCl (0,25–0,3)M es decir pH = 0,6 ]. El precipitado es soluble en ácido clorhídrico concentrado; soluble en solución amarila de polisulfuro de amonio forman tioestaño.

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IV. PROCEDIMIENTO:

1.- Se nos proporciona 4 ml de la mezcla(muestra).

2.- Corregimos el nivel de acidez agregando NH4(OH) 15N (13 gotas), hasta que el papel tornasol vire de rojo a azul.

3.- Corregimos el nivel de basicidad agregando HCl 6N (15 gotas), hasta que el papel tornasol vire a azul a rosado.

4.- Agregamos Na2S (45 gotas) para que precipiten los cationes del grupo II.

Papel tornasol

Papel tornasol

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5.- Procedemos a filtrar el precipitado formado.

6.- Agregamos al precipitado una solución de polisulfuro de amonio (NH4)2Sx

7.- Procedemos a vacear el contenido en un tubo de ensayo para ponerlo en Baño María (2 minutos)

8.- Teniendo el tubo frío con dicha solución de todos los cationes procedemos a filtrar para separarlos en 2 partes :

a.- Precipitado

b.- Filtrado

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a) Precipitado

9.- Lavamos el precipitado con una solución de ácido nítrico (HNO3) para luego deshidratarla.


11.- Luego procedemos a agregarle H2SO4 (15 gotas) al filtrado anterior.

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12.- Vertemos a un vaso de precipitado la solución y procedemos a calentarla hasta observar abundante humo blanco.

13.- Después de haber deshidratado la solución agregamos H2O(l) para poder visualizar los coloides que están dispersos en la solución.

14.- Luego procedemos a filtrar la solución.

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15.- Alcalinizamos la solución filtrada con unas gotas (9 gotas) de NH4OH.


17.- Agregamos al precipitado KCN hasta decolorar la solución.

18.- Agregamos a la solución (40 gotas) Na2S.

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Filtramos la solución y obtenemos un preciptado amarillo.

b) Filtrado

19.- Filtramos a acidificar el filtrado obtenido del “paso 8” con unas gotas de HCl 6N.

20.- Llevamos la solución en un vaso de precipitado a la plancha para calentarla ligeramente.

21.- Filtramos la solución.

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22.- Lavamos el precipitado con unos mililitros de HCl (12N) en un vaso de precipitado, calentamos y filtramos.

23.- Diluimos el filtrado anterior hasta aproximar la concentración de HCl hasta 2,4 N.

24.- Calentamos la solución diluida.

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25.- Agregamos a la solución caliente Na2S para luego filtrarla.

26.- Tomamos 2ml de la solución; luego agregamos 2ml de agua para formar la concentración de la solución a 1,2 N.

27.- Agregamos Na2S para luego filtrado.

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V. CONCLUSIONES

Se debe tener en cuenta que los cationes del grupo II en forma de sulfuros en un medio común un grupo puede ser soluble y el otro insoluble.

Debido al tiempo corto que tenemos en el laboratorio, debemos venir preparados; ya que este tipo de laboratorios es necesario ser practico y eficaz durante el laboratorio.

El KCN es un reactivo que permite la identificación del cobre y el cadmio, siendo observados como complejos , que son mas estables.

Al calentar las soluciones , se permitirá que el azufre se elimine como gas , luego de añadirle al precipitado inicial el polisulfuro.

El éxito de la operación que se realiza depende en gran medida del grado de saturación de la disolución en que se precipitan los sulfuros.

En comparación con los cationes del grupo I este grupo requiere de una precipitación selectiva para su reconocimiento particular.

El calor necesario en las distintas operaciones de laboratorio debe darse hasta una observación particular de formación o varinate de sustancia , no siendo necesario el tiempo, sino que se realize las reacciones.

El Cu, Cd, Pb, Bi, por cationes que reaccionan con el Na2S formando sulfuros precipitados en su mayoría oscuros.

Los cianuros complejos de cobre , cadmio son inestables , siendo aprovechado esto para la identificación el cd en presencia de cu, después de separar el Bi en forma de hidróxido

VI. RECOMENDACIONES:

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Debemos tener cuidado al momento de tener poca solución, ya que podríamos agregarle agua destilada para poder tener mayor solución y poder observarla después de llevarlo a calentarlo.

Se recomienda colocar el papel filtro de forma de un cono, ya que así previo mojado de las paredes del embudo este se acople a la forma deseada lo cual generaría un buen filtrado.

Para la identificación analítica de los iones en la mezcla se debe proceder sistemáticamente para evitar el precipitado prematuro de iones de un grupo no deseado lo cual no haría más que entorpecer el análisis.

El jefe de laboratorio debería realizar la marcha para el grupo 2 de cationes haciendo uso de ácido sulfhídrico. Sé tomaría nota de las diferencias en la experimentación entre ambos agentes precipitantes.

Debe ponerse especial cuidado en neutralizar las soluciones de la manera más exacta; así como las gotas para acidificar o alcalinizar las soluciones.

Debe tenerse especial cuidado al percibir que se desprenden vapores de las soluciones; para este laboratorio deberían ponerse en funcionamiento los ventiladores de la parte superior.

Usar siempre el papel de tornasol donde se le indique, sino no se podrá identificar la basicidad o acidez de la solución.

El paso 3 se debe de realizar donde exista una campana para la absorción de los gases tóxicos y del mal olor.

El calentamiento se debe de hacer en una plancha y no en un mechero debido a que el calentamiento debe ser lento par evitar que altere las reacciones. Se debe calentar de 3 a 4 minutos, esto se hace ara la eliminación de lo sulfuros.

VII.BIBLIOGRAFÍA

QUÏMICA ANALÍTICA-CUALITATIVA, Vogel, Arthur

SEMICROANÁLISIS QUÍMICO CUALITATIVO V. N. Alexeiev

INTERNET

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CUESTIONARIO

1.- Explique Brevemente y con toda claridad ¿Cómo se procede para precipitar cuantitativamente el 2do grupo de cationes?

Primero eliminamos los cationes del 1° GRUPO, haciendo precipitar completamente con HCl 6N, luego a la solución filtrada se le agrega un pedacito de papel tornasol (indicador), se neutraliza añadiendo gota a gota NH4OH 15N. Para obtener una solución a un PH = 0.5 se agrega HCl 6N tantas gotas como ml. de solución neutra se tenga. Esto con la finalidad de que los cationes del 2° GRUPO precipitan completamente agregando el reactivo de grupo (Na2S) a un PH = 0.5.

Sin Embargo si fuera básica la muestra se procedería de la siguiente forma:Primero a el agregaríamos un papel tornasol si sale azul le agregamos gotas de HCl hasta que el papel tornasol cambie de color a rojo.Hasta que la solución sea ácida

2.-a. ¿Cómo se obtienen las tiosales?

Las tiosales son sales correspondientes de los tioacidos, dichos ácidos por su composición son parecidos a los oxácidos de los mismos elementos con la única diferencia de que los átomos de

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oxigeno son sustituidos por los átomos de su elemento análogo, azufre por ejemplo.

b. ¿Cómo es el proceso para identificar al cation estaño?

Actuando con H2S sobre una solucion de SnCl4 acidulada con HCl, que contiene los aniones complejos [SnCl6]2-, se produce un precipitado amarillo de SnS2 soluble en Na2S y álcalis:

SnS2↓ + Na2S → Na2SnS3

3.-a) Indique con toda claridad ¿Cómo se identifico al catión Plomo?

Una vez obtenida la solución de nitratos (plomo, cobre, bismuto y cadmio) agregamos ácido sulfúrico lo que permite identificar al Plomo, por la formación de precipitado blanco (casi sólida como pequeños puntitos en la solución cristalina) de sulfato de Plomo.

b) En el proceso seguido ¿Cómo se manifestó la presencia del cation cobre?

Cuando la solución adquiera la coloración azul, esto indica la presencia de Cu2+

4.- Haga un diagrama esquemático, indicando la separación e identificación de los cationes del 2° GRUPO.

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CATIONES DEL GRUPO II

(NITRATOS)

HgS, PbS, Bi2S2, CdS, CuS

(NH4)3AsS, (NH4)3SbS4, (NH4)2SnS2

HgS Pb(NO3), Bi(NO3)3, Cu(NO3)2. Cd(NO3)2

As2S5, Sb2S5, Sb2S3, SnS2, S

PbSO4

Bi3+, Cu2+, Cd2+

As2S5 SbCl3, SnCl4


5.- Escriba las ecuaciones químicas balanceadas de las reacciones efectuadas.

Precipitación de cationes del grupo II

Pb+2 + H+ + 2Cl- + Na2S(ac) 2NaCl(ac) + PbS(s)

Hg+2 + H+ + 2Cl- + Na2S(ac) 2NaCl(ac) + HgS(s)

2As+3 + H+ + 6Cl- + 3Na2S(ac) 6NaCl(ac) + As2S3(s)

2As+5 + H+ + 10Cl- + 5Na2S(ac) 10NaCl(ac) + As2S5(s)

2Bi+3 + H+ + 6Cl- + 3Na2S(ac) 6NaCl(ac) + Bi2S3(s)

Cd+2 + H+ + 2Cl- + Na2S(ac) 2NaCl(ac) + CdS(s)

Cu+2 + H+ + 2Cl- + Na2S(ac) 2NaCl(ac) + CuS(s)

2Sn+2 + H+ + 2Cl- + Na2S(ac) 2NaCl(ac) + SnS(s)

Sn+4 + H+ + 4Cl- + 2Na2S(ac) 4NaCl(ac) + SnS2(s)

Sb+3 + H+ + 6Cl- + 3Na2S(ac) 6NaCl(ac) + Sb2S3(s)

Sb+5 + H+ + 10Cl- + 5Na2S(ac) 10NaCl(ac) + Sb2S5(s)

Separación de los cationes del grupo II en subgrupos

(Pb+2 + Hg+2 + As+3 + As+5 + Bi+3 + Cd+2 + Cu+2 + Sn+2 + Sn+4 + Sb+3

+ Sb+5)(ac) + 24 S-2 + NH4+1 + x S-2 + calor PbS + HgS + CuS + CdS + Bi2S3 + AsS5 + Sb2S5 + SnS2

Precipitación selectiva de cationes del subgrupo IIA

HgS + HNO3(ac) HgS + So + H+ + NO3-

Pb(NO3)2(ac) + H2SO4(ac) PbSO4 + 2HNO3(ac)

Bi2(SO4)3(ac) + 6H+ + 6(OH)- 2Bi(OH)3 + 3H2SO4

Cd (NH3)4+2(ac) + Na2S(ac) CdS + 4NH3 + 2Na+1

Precipitación selectiva de cationes del subgrupo IIB

AsS4-3 + HCl + NH4Sx As2S5 + H+ + Cl- + NH4Sx

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Bi(OH)3

[Cu(NH3)2]SO4, [Cd(NH3)2]SO4

Sb2

S5

SnCl4

CdS [Cu(CN)4]-3

SnS2


SbS4-3 + HCl + NH4Sx Sb2S5 + H+ + Cl- + NH4Sx SnS4-2 + HCl + NH4Sx SnS2 + H+ + Cl- + NH4Sx As2S5(s) + HCl As2S5 + H+ + Cl-

2SbCl3(ac) + 5Na2S(ac) Sb2S5 + 10Na+ + 6Cl-

SnCl4(ac) + 2Na2S(ac) SnS2 + 4NaCl(ac)

6.- El Kps del Pb3(PO4)2 es 1.5x10-32 : producto de solubilidad del fosfato de plomo.

a). Calcule la solubilidad de la sal en mg/cl

b). Calcule la concentración de los iones en mg/dl

7.- Calcule la cantidad en mg del Cu2+ que contiene 5 ml de la solución, después de efectuar su precipitación con H2S(g) como CuS, si la concentración de los ione H+ es 0,5 ion-gr / Lt.

[ H+] = 0,5 ion-gr / Lt.

Cu+2 + H2S CuS + 2H+

1 ion-gr 2 ion-gr1,25.10-3 ion-gr 2,5.10-3 ion-gr

Cantidad de Cu2+ = 1,25.10-3 ion-gr .(63,55gr / ion-gr).(103

mgr/1gr)= 79,4375 mgr

103 mL 0,5 ion-gr

5mL X

X = 2,6.10-3 ion-gr

8.- Calcule la concentración del catión Cadmio, [Cd2+] si en una solución acidificada con HCl(ac), la concentración de 0,1 N, se

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precipita el Cd2+ con el H2S(g), como CdS. De tal manera que no se considera la variación por la concentración del acido.

[ H+] = 0,1ion-gr / Lt.

Cd2+ + H2S CdS + 2H+

1 ion-gr / Lt 2 ion-gr / Lt0,05 ion-gr / Lt 0,1 ion-gr / Lt

Y = [ Cd2+] = 0,05 ion-gr / Lt

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