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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL Departamento Académico de Ingeniería Química

DETERMINACIÓN DEL ÓXIDO DE CALCIO EN EL CARBONATO DE CALCIO Laboratorio de Análisis químico cuantitativo QU527-B INFORME TÉCNICO N°4

INTEGRANTES:

Luna Chinchayhuara Alvaro David Nuñez Romero Naysha Estrella Huayllapuma Milagros

DOCENTES: Ing. Juan Quiroz García Ing. Tarsila Tuesta Chávez LIMA – PERÚ 2018

Índice general

Índice general ........................................................................................................................ 2 DETERMINACIÓN DEL ÓXIDO DE CALCIO EN EL CARBONATO DE CALCIO .................. 3 Objetivos ............................................................................................................................... 3 Fundamento teórico............................................................................................................... 3 Diagramas ............................................................................................................................. 4 Ecuaciones químicas............................................................................................................. 5 Datos experimentales ............................................................................................................ 6 Tratamiento de datos............................................................................................................. 6 Discusión de resultados .......................................................................................................11 Conclusiones ........................................................................................................................11 Bibliografia ...........................................................................................................................12 ANEXOS ..............................................................................................................................12

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DETERMINACIÓN DEL ÓXIDO DE CALCIO EN EL CARBONATO DE CALCIO Objetivos  Manejar el método de permanganato de potasio para la determinación volumetrica del calcio , asu vez comprender el método ,las consideraciones que se tienen en cuenta durante el método . 

Determinar la normalidad del permanganato de sodio y analizar el estándar primario indicado para esta valoracion .

Fundamento teórico Los compuestos de calcio son abundantes en la naturaleza .El carbonato se presenta en numerosas variedades . Otros minerals communes son CaCO3.MgCO3 (dolomita),CaSO4.2H2O (yeso),CaF2 (espato fluor),Ca3(PO4)2 (fosforita) y CaF2 o CaCl2.3Ca3(PO4)2 (apatito).En el agua natural puede existir el calico en forma de Ca(HCO3)2 (dureza temporal) o de CaSO4(dureza permanente).Los compuestos de calcio tiene muchas aplicaciones industriales .El oxido de calico (cal viva) o el hibroxido (cal apagada) es la base fuerte mas barata. Metodo del permanganate de potasio El permanganato tiene un gran campo de aplicaion por ser un oxidante muy fuerte y autoindicador. La mayor parte de sus aplicaiones del permanganate se realiza en solucion acidas ,dando como resultado de su reduccion al Mn +2.No obstamte ,en algunas aplicaciones se utiliza en medio casi neutron o incluso alcalino ,dando MnO2 como product de recduccion. El oxalato metalico se precipita cuantitativamente , se filtra y se lava para eliminar el oxalate soluble utilizado como precipitante y se disuelve en acido sulfurico : 𝑀𝐶2 𝑂4 + 𝐻 + → 𝐻𝐶2 𝑂4 − + 𝑀++ Despues se valora el 𝐻𝐶2 𝑂4 − de la forma usual .Este metodo se aplica comunmente para la determinacion de calico en la caliza ;tambien es applicable a la determinacion de Sr++ ,Mg++,Pd++,Cd ++,Zn++ , Ni++,etc. Normalizacion El oxalato sodico es un patron primario de uso general , el oxalate sodico es oxidado en disolucion acida a dioxide de carbono, esta reaccion tiene un periodo de induccion de varios segundo, esta autocatalizada por el manganeso (II): 𝐻𝐶2 𝑂4− → 2𝐶𝑂2 + 𝐻 + + 2𝑒 Al estandarizar la solucion de permanganate de potasio se tiene que considerer que el oxalateo debe valorarse en seguida de disolverlo, la disolucion debes ser de 1 a 1,5N en acido sulfurico, la disolcuion de oxalate debe calentarse a 80 a 90°C para realizer la valoracion , que debe completarse a una temeratura superior a 60 °C,el permanganto debe añadirse mezclandolo perfectamente :la acumulacion de un gran exceso localizado puede sar lugar ala formulacion de un precipitado oscuro MnO2 debido a un descenso local de la concentration de ion hidrogeno .Esta es un aprecausion general a observer en todas las valoraciones con permanganate. (Ayres, 1970) 3

Diagramas Determinación del óxido de calcio Muestra 5ml

(NH4)2C2O4 7.5 ml

H2O hasta 75 ml

45 3 2 1

67 8 9 11

45 3 2 1

rojo de metilo 2 gotas

67 8 9 1 0

Precipitado blanco, CaC2O4

Calentar hasta ebullición

NH3, 2.5ml, 1:2

H2SO4, 7.5ml NH3, 2.5ml, 1:2

Calentamiento

Enfriar

Decantar, lavar el solido y filtrar

0

- romper el papel filtro

1 0 2

- lavar con agua

0 3 0 4

Agua hasta 100ml

0 5 0

60-70°C Calentamiento

4

Titulación hasta que persista el rosado

Valoración de KMnO4 H2SO4, CC, 5ml 0

Na2C2O4 5ml

H2O hasta 75 ml

1 0 2 0 3 0 4 0 5 0

H2SO4, CC, 5ml

Titulación hasta transaparencia 0

calentar, hasta que se vuelva transparente 60-70°C|

1 0 2 0 3 0 4 0 5 0

Titular hasta que lla solucion quede rosa por 30s

Ecuaciones químicas Determinación del óxido de calcio| Al agregar oxalato de amonio a la muestra que contiene iones calcio: Ca2+(ac) + (NH4) 2C2O4(ac)

CaC2O4(s) +2NH4 +(ac)

Al agregar ácido sulfúrico: CaC2O4(s) +H2SO4(ac)

CaSO4(s) +H2C2O4(ac) 5

Luego se valora con permanganato de potasio: 5H2C2O4(ac) +2Mn4 –(ac) +6H+(ac)

10CO2(g) +2Mn2+(ac) +8H2O(l)

Valoración de KMnO4 El permanganato reacciono en medio ácido, debido al H2SO4 CC, de la siguiente manera: MnO4 –(ac) + 8H+(ac) +5e-

Mn2+(ac) +4H2O(l)

La reacción química luego de haber agregado H2SO4, Na2C2O4 y KMnO4 5H2C2O4(ac) + 2MnO4 - (ac)+ 6H+(ac)

10CO2(g) + 2Mn2+(ac) + 8H2O(l)

Datos experimentales Tabla 1 volúmenes obtenidos al titular, en la valoración de KMnO4 y en la determinación de CaO, por los diferentes grupos

Titulación Estandarización KMnO4 6.2 ml 9.1 ml 8 ml

Grupo 2A 2B 2C

Determinación de CaO 12.8 ml 11.5 ml 11.7 ml

Tratamiento de datos Tabla 2 Valor de Q a un 90% de probabilidad

Resultado Dudoso

Valor menor 𝑋1

Formulación para comprobarlo 𝑄0.9 =

𝑋2 − 𝑋1 𝑋𝑛 − 𝑋1

6

n (Can. de datos) 3

𝑄0.9

0.94

a) Tratamiento de datos Estadísticos: Estandarización del KMnO4 Para un tratamiento estadístico de una serie de 3 datos volumétricos para la estandarización del KMnO4 tomados de la tabla N° se realiza la prueba de t de Student a un 95% de confiabilidad, con la finalidad de encontrar un promedio-rango esperado en las mediciones de volumen. 𝑡∗𝑠

𝜇 = 𝑋̅ ±

√𝑛

Donde: 𝑋̅ : Promedio de los 3 datos volumétricos 𝑠: Desviación de estándar de los 3 datos volumétricos 𝜇: Rango esperado 𝑡: Valor correspondientemente a un 95% de probabilidad

𝜇 = 8.3 ±

3.18 ∗ 0.7 √3

= [7.015 − 9.56]

Para conocer si se debe rechazar un dato dudoso, se realiza la prueba Q a un 90% de confiabilidad y ordenando de manera creciente los datos volumétricos. 𝑄0.9 =

𝑋2 − 𝑋1 𝑋𝑛 − 𝑋1

Donde: 𝑄: Coeficiente de rechazo a un 90% de probabilidad 𝑋1 , 𝑋2 , … , 𝑋𝑛 : Datos en orden creciente 𝑄0.9 =

0.2 = 0.154 1.3

𝑄0.9 =

0.9 = 0.692 1.3

No se rechaza ningún valor dudoso debido a que sus valores son menores que el valor de 𝑄0.9 se muestra en la tabla N°1. 7

Determinación del CaO en el CaCO3: Para un tratamiento estadístico de una serie de 3 datos volumétricos para la determinación del CaO. Se tiene la titulación del KMnO4 tomados de la tabla N°, se realiza la prueba de t de Student a un 95% de confiabilidad, con la finalidad de encontrar un promedio-rango esperado en las mediciones de volumen. 𝜇 = 𝑋̅ ±

𝑡∗𝑠 √𝑛

Donde: 𝑋̅ : Promedio de los 3 datos volumétricos 𝑠: Desviación de estándar de los 3 datos volumétricos 𝜇: Rango esperado 𝑡: Valor correspondientemente a un 95% de probabilidad

𝜇 = 12 ±

3.18 ∗ 0.2516 √3

= [11.45 − 12.552]

Para conocer si se debe rechazar un dato dudoso, se realiza la prueba Q a un 90% de confiabilidad y ordenando de manera creciente los datos volumétricos. 𝑄0.9 =

𝑋2 − 𝑋1 𝑋𝑛 − 𝑋1

Donde: 𝑄: Coeficiente de rechazo a un 90% de probabilidad 𝑋1 , 𝑋2 , … , 𝑋𝑛 : Datos en orden creciente 𝑄0.9 =

0.2 = 0.154 1.3

𝑄0.9 =

1.1 = 0.846 1.3

8

No se rechaza ningún valor dudoso debido a que sus valores son menores que el valor de 𝑄0.9 que se muestra en la tabla N°1, pero en la prueba t de student el dato experimental del grupo “2A” no se encuentra en el rango esperado.

b) Tratamiento de datos Experimentales: Estandarización del KMnO4: Considerando que: #𝐸𝑞 − 𝑔(𝑁𝑎2 𝐶2 𝑂4 ) = 𝐸𝑞 − 𝑔(𝐻2 𝐶2 𝑂4 ) … (1) En el punto de equilibrio se da la valoración del KMnO4, con el ácido oxálico esto se evidencia tornando como punto final cuando aparece un rosado persistente durante 30s. 5𝐻2 𝐶2 𝑂4 (𝑎𝑐) + 2𝑀𝑛𝑂4 − (𝑎𝑐) + 6𝐻 + (𝑎𝑐) ⇌ 10𝐶𝑂2 (𝑎𝑐) + 2𝑀𝑛2+ (𝑎𝑐) + 8𝐻2 𝑂(𝑎𝑐) De (1) tenemos: #𝐸𝑞 − 𝑔(𝑁𝑎2 𝐶2 𝑂4 ) = 𝐸𝑞 − 𝑔(𝐾𝑀𝑛𝑂4 ) 𝑊 [ 𝑀 ] = 𝑁𝐾𝑀𝑛𝑂4 ∗ 𝑉𝐾𝑀𝑛𝑂4 𝜃

Tomando los datos experimentales de la tabla N° y los datos teóricos (masa molar) de la tabla N° se tiene:

5𝑚𝐿 ∗

10.05𝑔

134𝑔 𝑚𝑜𝑙

𝐿

= 𝑁𝐾𝑀𝑛𝑂4 ∗ 7.8𝑚𝐿

2

Normalidad del grupo “2A” 𝑁𝐾𝑀𝑛𝑂4 = 0.096𝑁 %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 4% Normalidad del grupo “2B” 𝑁𝐾𝑀𝑛𝑂4 = 0.0823𝑁 %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 17.7% Normalidad del grupo “2C” 𝑁𝐾𝑀𝑛𝑂4 = 0.0936𝑁 %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 6.4% 9

Determinación del CaO en el CaCO3: Empezando con la descomposición del carbonato de calcio: #𝐸𝑞 − 𝑔(𝐶𝑎𝑂) = 𝐸𝑞 − 𝑔(𝐶𝑎2+ ) … (2) De la reacción con el oxalato de amonio se tiene: #𝐸𝑞 − 𝑔(𝐶𝑎2+ ) = 𝐸𝑞 − 𝑔(𝐶𝑎𝐶2 𝑂4 ). . . (3) De la disolución del precipitado formado con el ácido concentrado se tiene: #𝐸𝑞 − 𝑔(𝐶𝑎𝐶2 𝑂4 ) = 𝐸𝑞 − 𝑔(𝐻2 𝐶2 𝑂4 ) … (4) En el punto de equilibrio se da la valoración del KMnO4 este como titulante, con el ácido oxálico esto se evidencia tornando como punto final cuando aparece un rosado persistente. 5𝐻2 𝐶2 𝑂4 (𝑎𝑐) + 2𝑀𝑛𝑂4 − (𝑎𝑐) + 6𝐻 + (𝑎𝑐) ⇌ 10𝐶𝑂2 (𝑎𝑐) + 2𝑀𝑛2+ (𝑎𝑐) + 8𝐻2 𝑂(𝑎𝑐) #𝐸𝑞 − 𝑔(𝐾𝑀𝑛𝑂4 ) = 𝐸𝑞 − 𝑔(𝐻2 𝐶2 𝑂4 ) … (5) De (2), (3), (4) y (5) se tiene: #𝐸𝑞 − 𝑔(𝐶𝑎𝑂) = 𝐸𝑞 − 𝑔(𝐻2 𝐶2 𝑂4 ) 𝑁𝐶𝑎𝑂 ∗ 𝑉𝐶𝑎𝑂 = 𝑁𝐾𝑀𝑛𝑂4 ∗ 𝑉𝐾𝑀𝑛𝑂4 Tomando los datos experimentales de la tabla N° y la normalidad del 𝐾𝑀𝑛𝑂4 se tiene: 𝑁𝐶𝑎𝑂 ∗ 5𝑚𝐿 = 𝑁𝐾𝑀𝑛𝑂4 ∗ 12,8𝑚𝐿

Normalidad y masa del CaO del grupo “2A” 𝑁𝐶𝑎𝑂 ∗ 5𝑚𝐿 = 0.096𝑁 ∗ 12.8𝑚𝐿 𝑁𝐶𝑎𝑂 = 0.2457𝑁 𝑚 = 0.0344𝑔 𝐶𝑜𝑛𝑐. 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑂 = 6.88𝑔/𝑙 Normalidad y masa del CaO del grupo “2B” 𝑁𝐶𝑎𝑂 ∗ 5𝑚𝐿 = 0.0823𝑁 ∗ 11.5𝑚𝐿 𝑁𝐶𝑎𝑂 = 0.1893𝑁 𝑚 = 0.1𝑔 𝐶𝑜𝑛𝑐. 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑂 = 5.4 𝑔/𝑙 Normalidad del grupo “2C” 𝑁𝐶𝑎𝑂 ∗ 5𝑚𝐿 = 0.0936𝑁 ∗ 11.7𝑚𝐿 10

𝑁𝐶𝑎𝑂 = 0.1926𝑁 𝑚 = 0.02694𝑔 𝐶𝑜𝑛𝑐. 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑂 = 5.388𝑔/𝑙 Discusión de resultados  En la estandarización del KMnO4, se normaliza frente una sustancia primaria reductora, como el oxalato sódico Na2C2O4. Debido a que el KMnO4 no es un patrón primario y oxida al Na2C2O4 en medio acido al agregar H2SO4.La forma que adopta el ion KMnO4 en reducirse en medio ácido es el ion Mn2+ siendo este incoloro. Esta propiedad del KMnO4, permite detectar el punto final de la reacción sin necesidad de agregar un indicador visual.  La valoración debe completarse en caliente, a una temperatura de 60 °C, que la reacción tiene un período de inducción de varios segundos, hasta que aparecen los primeros iones Mn2+ que actúa de autocatalizador, coloreándose rosa pero un exceso de KMnO4 puede dar lugar a la aparición de un precipitado oscuro (MnO2), ya que se encontrara en una solución neutra con E.O igual a +4.  Se tiene una muestra en la determinación de CaO en CaO3, descomponiendo al calentarlo en ebullición con el agua. Reaccionando con el oxalato de amonio y formando un precipitado blanco en medio acido, ya que el precipitado CaC2O4 es un reductor fuerte. Al reposar en caliente se forma mayor precipitado blanco posterior a la decantación y mediante gravimetría se disuelve el precipitado en H2SO4.Siendo una reacción lenta que debe efectuarse a una temperatura de 60°C para darse la titulación con KMnO4 llegando a su punto de equilibrio cunado torna rosado interpretando que ya no se forma más el ion Mn+2.Las normalidades KMnO4 en N son: 0.096, 0.0823N y 0.0936 y con un % de error de 4%, 17.7 % y 6.4% respectivamente esto debido a que el KMnO4 se descompone con el paso del tiempo pudiéndose volver una solución neutra o básica.  Los volúmenes determinados en la estandarización del KMnO4 son aceptados por la prueba Q y por la prueba t ya que se encuentran en el rango esperado. Por otro lado el volumen obtenido de la titulación “2A” para la determinación del CaO no se encuentra en el rango esperado, pero no es rechazado por la prueba Q porque no es un valor dudoso, ya que el cociente “Q” es menor en valor de la tabla N°1.Siendo loas concentraciones del calcio en g/l son: 6.88, 5.4 y 5.388.  La prueba de significancia no se realiza debido a que no se empleó dos métodos diferentes para el análisis de la determinación de CaO ni la estandarización del KMnO4. Conclusiones 

El permanganato de potasio es un reactivo muy útil cuando se usa como valorante para conocer la cantidad de óxido de calcio presente en una muestra desconocida, pudiéndose esta ser de utilidad para otros procesos.

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

La cantidad determinada volumétrica en (g/L) de CaO son de: 6.88, 5.4 y 5.388. Considerando que antes de cada titulación se incrementa la temperatura para obtener una reacción rápida titulándose con KMnO4 tornando rosado. Todos los valores obtenidos experimentalmente en la valoración del permanganato de potasio, ya sea para la estandarización de KmnO4 como para la determinación del CaO son usados como válidos en el tratamiento de datos (previo prueba estadística).

Bibliografia Ayres, G. (1970). Analisis cuantitativo. Mexico: Harla.

ANEXOS Aplicación de la caliza en la industria de cementos Desde la antigüedad el uso de la cal y la caliza ha representado un papel muy importante en la existencia de la actividad humana. Desde los griegos y romanos que la utilizaron como un agente químico para 2 blanquear tejidos como el lino y así como para usos agrícolas. Una parte muy importante de explotación de calizas se utiliza como áridos con finalidad en diversas actividades como: agricultura, industria química, procesos metalúrgicos, como carga de tratamientos medioambientales y otros usos. Las calizas son rocas de gran importancia por el nivel de consumo en diversos sectores como construcción, químico, siderometalúrgico, agroalimentario y medioambiental, siendo los principales campos de aplicación: aglomerantes (cementos), cerámica, vidrio, papel, cargas, fundentes, aditivos, correctores, absorbentes, abrasivos, y descontaminantes, entre otros usos. Por su importancia comercial, los principales derivados de las calizas son la cal, el carbonato de calcio y el cemento. El cemento se obtiene de la molienda de su componente principal, el clínker, junto con yeso y otros compuestos. Para la producción de clínker se calcina la piedra caliza, compuesta esencialmente de carbonato cálcico (CaCO3), a unos 900ºC para generar óxido de calcio o cal (CaO), liberando dióxido de carbono (CO2) en el proceso. Posteriormente, el CaO reacciona en el horno a altas temperaturas (entre 1400-1500 ºC) con sílice (SiO2), alúmina (Al2O3) y óxidos de hierro (Fe2O3), para formar silicatos, aluminatos y ferritas de calcio, principales constituyentes del clínker. El horno se calienta mediante la combustión de diferentes tipos de combustibles, generando emisiones asociadas a la combustión. Además, durante la fabricación de cemento ocurren actividades emisoras de partículas como son la manipulación de materias primas, la molienda del clínker o los procesos de almacenaje y envasado. También ocurren emisiones de partículas en la actividad de obtención de materias primas que alimentan el proceso. En esta ficha se describe únicamente la metodología para la estimación de las emisiones de CO2 derivadas de la descarbonatación de la caliza durante su calcinación en el horno de clínker.

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