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UNIVERSIDADNACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (DECANA DE AMERICA) FACULTAD DE QUIMICA E INGENIERIA QUIMICA E. A. P. DE INGENIERIA QUIMICA INFORME DE LABORATORIO NO6

DETERMINACION POTENCIOMETRICO DE HIERRO EN JARABE DE FeSO4 POR TITULACION CON K2CrO7 PROFESOR: Mg. ANAYA MELÉDEZ, Fernando ALUMNO: Saccsa tacas

Cesar.

CODIGO: 07070094 No DE ORDEN:

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GRUPO: Jueves: 08am – 12pm

FECHA DE PRESENTACION: 11 de Noviembre del 2010

LIMA-PERÙ

INDICE

I. HOJA DE DATOS………………………………………………………………………1 II. RESUMEN DEL IMFORME……………………………………………………………2 III. OJETIVOS Y FUNDAMENTO DEL METODO DE ANALISIS……………………..3 IV. DESCRIPCION DE LA TECNICA EMPLEDA…………………………………….…4 V. DESCRIPCION DEL EXPERIMENTO:..................................................................6 MATERIALES REACTIVOS E INSTRUMENTOS

VI. CALCULOS DETALLADOS:…………………………………………………………. 8 TRATAMIENTO ESTADISTICO TABAL DE RESULTADOS

VII. GRAFICO DE LOS EXPERIMENTOS……………………………………………….10 VIII. DISCUSIÓN DE LA TECNICA EMPLEADA…………………………………………13 IX. DISCUSIÓN DE RESULTADOS OBTENIDOS……………………………………...13 X. CONCLUSIONES……………………………………………………………………....13 XI. RECOMENDACIONES…………………………………………………………………13 XII. BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………….....14 XIII.

ANEXOS………………………...……………………………………………………….15

II. RESUMEN DEL IMFORME Las técnicas potenciometricas tienen ventajas sobre los métodos volumétricos clásicos y es aplicable a titulaciones de neutralización, redox, precipitación y formación de complejos, en esta práctica la utilizamos para determinar la concentración de hierro en jarabe de sulfato ferroso. El método se basa en la diferencia de potenciales que se genera entre los electrodos debido a la reducción de concentración de la solución inicial por otra solución titulante de concentración conocida. Para esta práctica se empleo el potenciómetro Beckman 300 y electrodo mixto de Pt, Ag/AgCl. El titulante es el bicromato de potasio el cual se estandariza con sal de Mohr, volumetricamente y potenciometricamente, luego de conocer la concentración exacta de esta, la empleamos para titular potenciometricamente el Fe presente en jarabe de sulfato ferroso. Se tomo 20ml de muestra de jarabe y se empezó a titular tomando antes la lectura del potencial antes de adicionar volumen alguno del bicromato y luego se tomaron lecturas cada 2ml de bicromato adicionado hasta 10ml luego de 1-1ml hasta 18, 0.5-0.5ml hasta 21, 0.2ml hasta 24 es en entre estos volúmenes 21-24ml donde se da el salto de valoración, luego se adicionan volúmenes de 0.5-0.5ml hasta 26 y 1-1ml hasta 30ml. Para determinar el volumen en el punto de equivalencia se hacen tres graficas (normal, primera y segunda derivada) de los cuales se toma el promedio y con este volumen y la concentración conocida del bicromato se determina el numero de equivalentes de hierro presentes en la muestra y posteriormente la concentración siendo esta a un intervalo de confianza de 95% C Fe = (0.032 ± 0.0004 ) gFe / 5mljarabe .

3 III. OJETIVOS Y FUNDAMENTO DEL METODO DE ANALISIS Objetivos: Determinar la concentración de hierro en jarabe de sulfato ferroso por análisis potenciométrico con electrodo de Pt (inerte). Adquirir conocimientos sobre el funcionamiento del instrumento Potenciómetro Beckman 300. Fundamento del método: El método de titulación potenciométrica es un método basado en el cambio gradual del potencial establecido entre dos electrodos sumergidos en una solución, a la que adiciona un titulante de concentración conocida, esta reacciona con la primera reduciendo su concentración y sufre una brusca variación en presencia de una ligero exceso de la solución titulante, permitiendo por medio de esta rápida variación de potencial, el punto de equivalencia.

4 IV. DESCRIPCION DE LA TECNICA EMPLEDA POTENCIOMETRIA El objetivo de una medición potenciométrica es obtener información acerca de la composición de una disolución mediante el potencial que aparece entre dos electrodos. La medición del potencial se determina bajo condiciones reversibles, en forma termodinámica, y esto implica que se debe dejar pasar el tiempo suficiente para llegar al equilibrio, extrayendo la mínima cantidad de intensidad, para no influir sobre el equilibrio que se establece entre la membrana y la disolución muestra. Para obtener mediciones analíticas válidas en potenciometría, uno de los electrodos deberá ser de potencial constante y que no sufra cambios entre uno y otro experimento. El electrodo que cumple esta condición se conoce como electrodo de referencia. Debido a la estabilidad del electrodo de referencia, cualquier cambio en el potencial del sistema se deberá a la contribución del otro electrodo, llamado electrodo indicador o de trabajo. El potencial registrado es en realidad la suma de todos los potenciales individuales, con su signo correspondiente, producidos por los electrodos indicadores y referencia. • Electrodos Indicadores: El potencial del electrodo indicador debe estar relacionado por la ecuación de Nerst, con la concentración de la especie química que s determina. Debe responder en lo posible de modo rápido y reproducible a las variaciones de la concentración de la solución que se mide. Debe tener una forma física que permita hacer mediciones con comodidad. • Electrodos de Referencia: Es un electrodo cuyo potencial se mantiene constante durante la medida potenciométrica o durante todo el proceso de medida. Son aquellos que miden el mismo potencial cualquiera que sea la naturaleza de la disolución en que se introduzcan y por tanto dan una referencia a la medida del electrodo indicador. Están constituidos por un conductor metálico en contacto con una sal poco soluble de su metal, y una disolución de composición constante y alta concentración llamado electrolito de referencia. El electrolito de referencia contacta con la disolución a analizar a través del diafragma que es una pared porosa que permite una unión líquida. La unión líquida

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permite un pequeño y constante flujo del electrolito de referencia a la muestra. Donde se encuentran éste electrolito y la disolución de análisis, aparece un potencial de unión líquida que debe su origen a las diferentes movilidades de los aniones y cationes. Si los aniones y cationes del electrolito de referencia tienen distintas movilidades, se difunden a diferentes velocidades a través del diafragma. Esto produce una separación de carga local en el diafragma y por tanto una diferencia de potencial. Este potencial depende del tipo, concentración y de la temperatura del electrolito de referencia. Los electrodos de referencia empleados son un número limitado. Se han seleccionado de acuerdo a la comodidad, preparación y mantenimiento. Además han de ser sencillos y sus componentes no deben tener cambios significativos cuando pasen de una concentración a otra durante el proceso de medida. Los tres más importantes: El electrodo normal de hidrógeno, electrodo de calomel saturado y el electrodo de Ag-AgCl.

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V. REACCIONES QUIMICAS IMPORTANTES

reduccion :

Cr2 O7−2 + 14 H + + 6e − → 2Cr +3 + 7 H 2 O

oxidacion :

total :

Fe +2 −1e − → Fe +3

E 0 = +1.36 V

E 0 = +0.732 V

Cr2 O7−2 + 6 Fe +2 + 14 H + → 2Cr +3 + 6 Fe +3 + 7 H 2 O

VI. DESCRIPCION DEL EXPERIMENTO: MATERIALES REACTIVOS E INSTRUMENTOS. Materiales: Bureta. Balanza analítica. Vasos. Probeta de 50 mL Agitador magnético Reactivos: Soluciones de K2Cr2O7 0.1N: esta solución se preparo con 4.898g de K2Cr2O7 diluidos en 1.00L de agua destilada. H2SO4 concentrado H2SO4 2N Sal de Morh Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O. Indicador difenilamina al 1% Agua destilada Instrumento: Potenciometro Beckman 300 Electrodo mixto de Pt, Ag/AgCl

VII. CALCULOS DETALLADOS, TRATAMIENTO ESTADISTICO, TABAL DE RESULTADOS

• Concentración del K2Cr2O7 C ( K 2 Cr 2 O7 ) =

m ×θ PM ×V

Cr2 O7−2 + 14 H + + 6e − → 2Cr +3 + 7 H 2 O

θ =6

Esta solución se preparo con 4.898g de K2Cr2O7 (PM =294g/mol) diluidos en 1.00L de agua destilada y el numero de electrones transferidos en la reacción es 6 (ө=6). C ( K 2 Cr 2 O7 ) =

4.898 g ×6 294 g / mol ×1L

C ( K 2 Cr 2 O7 ) ≈ 0.1N

→

• Ejemplo de cálculos para las graficas

a) normal: para esta grafica no hacemos calculo alguno solo tomamos algunos de los puntos de los datos para agilizar el diagrama y con estos punto calculamos los otros valores para las graficas de primera y segunda derivada.

b) Primera derivada: V '1 =

V 1 +V 2 0 + 2 = 2 2

→

V ′1 = 1ml

V '2 =

V 2 +V 3 2 + 4 = 2 2

→

V ′2 = 3ml

E '1 =

∆E E 2 − E1 432 .3 − 331 .3 = = ∆V V 2 −V 1 2 −0

→

E '1 = 50 .5

E '2 =

∆E E 3 − E 2 452 .8 − 432 .3 = = ∆V V 3 − V 2 4 −2

→

E '2 =10 .25

c) segunda derivada: V ' '1 =

E ' '1 =

V '1 +V '2 1 + 3 = 2 2

→

∆E 2 E '2 − E '1 10 .25 − 50 .5 = = 2 V '2 − V '1 3 −1 ∆V

V ' '1 = 2ml

→

E ' '1 = 20 .13

• Estandarización del K2Cr2O7 con sal de MOHR Para conocer la concentración exacta de K2Cr2O7 calculamos el volumen gastado de este para neutralizar 0.50g aproximadamente de sal de MOHR (Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O) Para la sal de mohr solo el Fe reacciona oxidándose

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Fe +2 −1e − → Fe +3

# Eq ( Fe ) =

C ( K 2 Cr 2 O7 ) =

θ =1

msal  1molFE    ×θ PMsal  1molsal 

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# Eq ( Fe ) …………………………(*) Vgastado ( K 2 Cr 2 O7 )

*la primera estandarización fue con indicador difenilamina para l cual pesamos 0.521g de la sal y se gasto 12.8ml del K2Cr2O7: # Eq ( Fe ) =

En (*):

C ( K 2 Cr 2 O7 ) =

0.521 g ×1 = 1.33 ×10 −3 eq 391 .844 g / mol

1.33 ×10 −3 eq 12 .8ml

→

C ( K 2 Cr 2 O7 ) = 0.104 N

*La segunda neutralización se realizo potenciometricamente y se empleo 0.5021g de la sal: # Eq ( Fe ) =

0.5015 g ×1 = 1.28 ×10 −3 eq 391 .844 g / mol

El volumen gastado o volumen en el punto de equivalencia lo hallamos del promedio de los volúmenes equivalentes obtenidos por las tres graficas (normal, 1eraderivada, 2daderivada)

Veq =

Veq ( normal ) + Veq (1era derivada ) + Veq ( 2 da derivada ) 3

Grafica No1: Vpeq = 12.00ml Grafica No2: Vpeq = 11.90ml Grafica No3: Vpeq = 11.90ml Veq =

En (*):

C ( K 2 Cr 2 O7 ) =

12 .00 +11 .90 +11 .90 = 11 .93 ml 3

1.28 ×10 −3 eq 11 .93 ml

→ C ( K 2 Cr 2 O7 ) = 0.107 N

Tomamos el promedio de estas dos siendo: C ( K 2 Cr 2 O7 ) = 0.106 N • Determinación de fe en jarabe 1era corrida: Grafica No4: Vpeq = 22.27ml Grafica No5: Vpeq = 22.33ml 9

Grafica No6: Vpeq = 22.27ml Veq =

En (*):

0.106 N =

22 .27 + 22 .33 + 22 .27 = 22 .29 ml 3

# EqFe 22 .29 ml

→ # EqFe = 2.36 ×10 −3 Eq − g

2da corrida: Grafica No7: Vpeq = 21.85ml Grafica No8: Vpeq = 21.90ml Grafica No9: Vpeq = 21.80ml Veq =

En (*):

0.106 N =

21 .85 + 21 .90 + 21 .80 = 21 .85 ml 3

# EqFe 21 .85 ml

→ # EqFe = 2.32 ×10 −3 Eq − g

Calculamos la media y desviación estándar y coeficiente de variación: __

E qFe =

∑ EqFe

=

n

2.36 ×10 −3 + 2.32 ×10 −3 = 2.34 ×10 −3 Eq − g 2

__

S=

CV =

∑ ( EqFe − E qFe ) 2 n −1

=

(2.36 − 2.34 ) 2 + (2.32 − 2.34 ) 2 ×10 −3 = 0.03 × 10 −3 Eq − g 1

S 0.03 × 10 −3 = = 0.01 media 2.34 ×10 −3

Entonces el #Eq de hierro a un intervalo de confianza de 95% será: # EqFe = (2.32 ± 0.03 ) ×10 −3 Eq − g

Pero nosotros queremos la concentración del Fe expresado en mg de Fe /5ml de jarabe. Estas mediciones potenciomatricas de realizaron para 20ml de jarabe. C Fe =

C Fe =

mFe # EqFe × PMFe = Vjarabe Vjarabe ×θ

( 2.32 ± 0.03 ) ×10 −3 Eq × 55 .84 g / mol 20 ml ×1

C Fe = (0.032 ± 0.0004 ) gFe / 5mljarabe

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TABLAS PARA GRAFICAR ESTANDARIZACION DEL BICROMATO CON SAL DE MOHR NORMAL V(ml) E(mv) 0,00 331,30 2,00 432,30 4,00 452,80 6,00 470,40 7,00 478,70 8,00 488,90 9,00 500,00 10,00 513,00 11,00 537,10 11,20 544,40 11,40 553,70 11,60 568,50 11,80 601,90 12,00 722,20 12,20 747,00 12,40 755,80 12,80 763,00 13,00 766,50 13,20 769,10 13,40 771,60 13,60 773,30 14,00 776,20 15,00 784,60 16,00 790,00 17,00 793,80 18,00 797,50 19,00 801,50

1era DERIVADA ∆E/∆V V' 50,50 1,00 10,25 3,00 8,80 5,00 8,30 6,50 10,20 7,50 11,10 8,50 13,00 9,50 24,10 10,50 36,50 11,10 46,50 11,30 74,00 11,50 167,00 11,70 601,50 11,90 124,00 12,10 44,00 12,30 18,00 12,60 17,50 12,90 13,00 13,10 12,50 13,30 8,50 13,50 7,25 13,80 8,40 14,50 5,40 15,50 3,80 16,50 3,70 17,50 4,00 18,50

2da DERIVADA (∆E)2/(∆V)2 V'' -20,13 2,00 -0,73 4,00 -0,33 5,75 1,90 7,00 0,90 8,00 1,90 9,00 11,10 10,00 20,67 10,80 50,00 11,20 137,50 11,40 465,00 11,60 2172,50 11,80 -2387,50 12,00 -400,00 12,20 -86,67 12,45 -1,67 12,75 -22,50 13,00 -2,50 13,20 -20,00 13,40 -4,17 13,65 1,64 14,15 -3,00 15,00 -1,60 16,00 -0,10 17,00 0,30 18,00

DETERMINACION DE HIERRO EN JARABE

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1era CORRIDA NORMAL V(ml) E(mv) 0,00 354,70 2,00 417,10 4,00 436,60 6,00 449,40 8,00 460,50 10,00 470,10 12,00 479,60 14,00 488,90 16,00 499,50 17,00 505,40 18,00 512,30 19,00 520,90 20,00 530,80 21,00 546,70 21,20 551,50 21,40 556,30 21,60 565,00 21,80 573,30 22,00 585,60 22,20 625,30 22,40 707,80 22,60 726,50 22,80 737,30 23,00 744,30 24,00 750,50 25,00 763,00 26,00 770,10 27,00 775,60 28,00 779,00 29,00 781,60 30,00 783,30

1era DERIVADA ∆E/∆V V' 31,20 1,00 9,75 3,00 6,40 5,00 5,55 7,00 4,80 9,00 4,75 11,00 4,65 13,00 5,30 15,00 5,90 16,50 6,90 17,50 8,60 18,50 9,90 19,50 15,90 20,50 24,00 21,10 24,00 21,30 43,50 21,50 41,50 21,70 61,50 21,90 198,50 22,10 412,50 22,30 93,50 22,50 54,00 22,70 35,00 22,90 6,20 23,50 12,50 24,50 7,10 25,50 5,50 26,50 3,40 27,50 2,60 28,50 1,70 29,50

2da DERIVADA (∆E)2/(∆V)2 V'' -10,73 2,00 -1,68 4,00 -0,42 6,00 -0,38 8,00 -0,03 10,00 -0,05 12,00 0,33 14,00 0,40 15,75 1,00 17,00 1,70 18,00 1,30 19,00 6,00 20,00 13,50 20,80 0,00 21,20 97,50 21,40 -10,00 21,60 100,00 21,80 685,00 22,00 1070,00 22,20 -1595,00 22,40 -197,50 22,60 -95,00 22,80 -48,00 23,20 6,30 24,00 -5,40 25,00 -1,60 26,00 -2,10 27,00 -0,80 28,00 -0,90 29,00

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2da CORRIDA NORMAL V(ml) E(mv) 0,00 356,30 2,00 415,70 4,00 435,60 6,00 448,50 8,00 459,50 10,00 469,30 12,00 478,60 14,00 488,40 16,00 499,80 17,00 506,40 18,00 514,10 19,00 523,70 20,00 536,40 21,00 560,10 21,20 568,30 21,40 579,80 21,60 600,40 21,80 687,00 22,00 700,50 22,20 708,90 22,40 717,80 22,60 723,50 22,80 727,60 23,00 732,00 24,00 746,00 25,00 752,80 26,00 759,30 27,00 763,50 28,00 767,80 29,00 770,00 30,00 772,70

1era DERIVADA ∆E/∆V V' 29,70 1,00 9,95 3,00 6,45 5,00 5,50 7,00 4,90 9,00 4,65 11,00 4,90 13,00 5,70 15,00 6,60 16,50 7,70 17,50 9,60 18,50 12,70 19,50 23,70 20,50 41,00 21,10 57,50 21,30 103,00 21,50 433,00 21,70 67,50 21,90 42,00 22,10 44,50 22,30 28,50 22,50 20,50 22,70 22,00 22,90 14,00 23,50 6,80 24,50 6,50 25,50 4,20 26,50 4,30 27,50 2,20 28,50 2,70 29,50

VIII. DISCUSIÓN DE LA TECNICA EMPLEADA

2da DERIVADA (∆E)2/(∆V)2 V'' -9,87 2,00 -1,75 4,00 -0,47 6,00 -0,30 8,00 -0,13 10,00 0,12 12,00 0,40 14,00 0,60 15,75 1,10 17,00 1,90 18,00 3,10 19,00 11,00 20,00 28,83 20,80 82,50 21,20 227,50 21,40 1650,00 21,60 -1827,50 21,80 -127,50 22,00 12,50 22,20 -80,00 22,40 -40,00 22,60 7,50 22,80 -13,33 23,20 -7,20 24,00 -0,30 25,00 -2,30 26,00 0,10 27,00 -2,10 28,00 0,50 29,00

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Los resultados que se han obtenido se dan gracias a un aumento ”grande”

del

potencial en el punto de equivalencia, esta transición se puede justificar por la ley cuantitativa de Nerst que aplicándola a esta reacción dice que el potencial de este sistema será directamente proporcional a la concentración de cromato e inversamente proporcional a la concentración del Fe2+. Por lo tanto lo que curre es que antes del punto de equivalencia hay una disminución de la concentración del Fe+2 lo que provoca un aumento ligero del potencial, pero no tan pronunciado como el que se da en el punto de equivalencia en el que el exceso de cromato aumentará grandemente el potencial.

IX. DISCUSIÓN DE RESULTADOS OBTENIDOS Los resultados fueron buenos con coeficiente de variación muy pequeño de 0.01 estos gracias al método y a una buen lectura de los resultados que se ven reflejados en las graficas donde los saltos de valoración son bien pronunciados tanto en la grafica normal, primera derivada y segunda derivada para los tres casos (estandarización de bicromato y las dos corridas de determinación de hierro) y obedecen a los mismos patrones teóricos. Para las graficas solo se tomaron algunos de los punto, no por que algunos de estos estuvieran mal, fuera de la tendencia, se hizo esto para agilizar el dibujo de estas y también los cálculos y como se ve los resultados fueron óptimos. X. CONCLUSIONES

• La concentración de hierro en jarabe es: C Fe = (0.032 ± 0.0004 ) gFe / 5mljarabe • La concentración de la solución de bicromato fue de 0.104 eq/L

XI. RECOMENDACIONES

• Lavar o limpiar el electrodo con agua destilada para así evitar la contaminación de la solución anterior.

• A pesar de que el instrumento varía rápido y constantemente el potencial en función de la concentración del analito es preferible esperar unos segundos hasta que la lectura se estabilice sobre todo al estar muy cerca del volumen teórico o punto de equivalencia. 23

XII. BIBLIOGRAFIA

•

Análisis Químico Cuantitativo D.H. Harris, Ed.: Grupo Editorial Iberoamérica (1992)

•

Fundamentos de Química Analítica, 4ª Edición., Skoog, West and Holler, Ed.:Reverté S.A. (1997)

•

Análisis Instrumental, 4ª Edi., D.A. Skoog and J.J. Leary, Ed.: McGraw-Hill (1993)

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