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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

Informe de Análisis Químico | Universidad Nacional de Ingeniería-FIGMM

“Facultad de Ingeniería Geológica, Minera y Metalúrgica” 1º INFORME DE ANÁLISIS QUÍMICO

“SEPARACION DE CATIONES POR GRUPOS”

INTEGRANTES:

1. FLORES AZAÑERO EDGAR 2. VITON TAPIA BENJAMIN 3. POLO BLAS JOHN 4. ROSAS PELAES CHRISTIAN ALEXIS PROFESORES: ING. JAVES ARAMBURU MANUELA ING. VIZARRETA ESCUDERO TOMAS 1

SEPARACION DE CATIONES POR GRUPOS – ANALISIS QUIMICO

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INTRODUCCION

Un análisis cualitativo inorgánico sistemático de iones mediante un método por vía húmeda, supone la separación de iones en grupos por reacciones de precipitación selectiva. Se aíslan los iones individuales de los grupos, a través de una reacción de precipitación adicional, y se confirma la identidad del ión con un test de reacción, que produce un determinado precipitado o color. Tanto para cationes (iones con carga positiva) como para aniones (iones con carga negativa), existen diversas fórmulas para obtener estos resultados.

OBJETIVO Separar los cationes por grupos (del I al V) mediante filtración de los precipitados obtenidos al reaccionar los cationes con un agente precipitante. Distinguir los cationes de cada grupo, sabiendo que precipitan en presencia de un reactivo particular para cada grupo.

Establecer una clasificación basada en las distintas solubilidades de los cloruros, sulfuros, hidróxidos y carbonatos.

MARCO TEÓRICO

ANÁLISIS CUALITATIVO

Lo ideal sería disponer de un reactivo específico para cada sustancia, pero como en la mayoría de los casos esto no es posible, hay que recurrir a un proceso ordenado y sistemático, en concreto al análisis químico cualitativo inorgánico, que establece un método

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El análisis cualitativo tiene como finalidad identificar los componentes químicos que existen en una muestra problema (de qué están formadas las sustancias), mientras que la proporción de cada una de las sustancias es propio del análisis cuantitativo.

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sistemático de reconocimiento de los iones que pueden estar en una determinada disolución (métodos por vía húmeda). Para identificar una sustancia, se elige, por tanto, una serie de reacciones que sean perceptibles, bien para el olfato, o bien para la vista. Empleando la muestra disuelta, los efectos visibles del cambio químico experimentado pueden ser: -

Formación de precipitados. Cambio de coloración. Redisolución de un precipitado. Producción de un gas no soluble.

Tratamiento de la muestra para su análisis químico El análisis cualitativo de una muestra inorgánica, implica la realización de las siguientes operaciones fundamentales: 1. Preparación de la muestra. a. Toma de muestra. b. Examen organoléptico. c. División de la muestra. 2. Ensayos por vía seca. a. Ensayos a la llama. b. Ensayos con perlas de bórax. c. Ensayos espectroscópicos. 3. Análisis por vía húmeda. a. Disolución o disgregación de la muestra. b. Marcha analítica o determinación de cationes y aniones.

Análisis por vía húmeda. Marcha analítica. La marcha analítica es un conjunto de operaciones destinadas a separar, para posteriormente identificar de una forma sistemática los iones contenidos en una disolución problema.

Marcha analítica del sulfuro de hidrógeno: se conoce así porque se utiliza dicho gas como agente de precipitación de un gran número de cationes. El empleo de este ácido tiene

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Existen varias marchas analíticas que se pueden seguir para la identificación de los cationes presentes en una disolución, porque cada modificación en el empleo de los reactivos de grupo (reactivos selectivos), conduce a un nuevo sistema analítico.

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la ventaja de separar fácilmente los distintos elementos en forma de sulfuros poco solubles, aunque tiene el inconveniente de ser tóxico si se inhala en grandes cantidades.

Clasificación analítica de los cationes: No todos los elementos químicos pueden analizarse en presencia de otros, ya que sus reacciones características son muchas veces incompatibles entre sí, por tanto es necesario separar grupos de elementos mediante los llamados reactivos selectivos o reactivos de grupo. Una vez que han sido separados por el reactivo de grupo se suelen identificar por los llamados reactivos específicos característicos de cada elemento. Los principales cationes metálicos se integran en cinco grupos y se excluyen los llamados cationes poco frecuentes.

CLASIFICACIÓN DE LOS CATIONES (IONES METÀLICOS) EN GRUPOS ANALÌTICOS. Para los propósitos del análisis cualitativo sistemático, los cationes se dividen en cinco grupos sobre la base de su comportamiento frente a ciertos reactivos. Mediante el uso sistemático de los llamados “reactivos de grupo”, podemos decidir sobre la presencia o ausencia de grupos de cationes y, además, separar estos grupos para un examen más profundo. Los reactivos de grupo que se usan para la clasificación de los cationes más comunes son: el ácido clorhídrico, el sulfuro de hidrógeno, el sulfuro de amonio y el carbonato de amonio. La clasificación se basa en que un catión reacciona con estos reactivos mediante la formación de precipitados o no. Por lo tanto se puede decir que la clasificación de los cationes más comunes se basa en las diferencias de las solubilidades de sus cloruros, sulfuros y carbonatos. Los cinco grupos de cationes y las características de estos grupos son las siguientes: GRUPO I. Los cationes de este grupo forman precipitados con el ácido clorhídrico diluido. Los iones de este grupo son: plomo, mercurio (I) y plata (I).

GRUPO III.Los cationes de este grupo no reaccionan ni con el ácido clorhídrico diluido, ni con el sulfuro de amonio en medio ácido mineral diluido. Sin embargo, forman precipitados con el sulfuro de amonio en un medio neutro o amoniacal. Los cationes de este grupo son: cobalto (II),níquel (II), hierro (II), hierro (III), cromo (III), aluminio, cinc y manganeso (II).

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GRUPO II.Los cationes de este grupo no reaccionan con el ácido clorhídrico diluido, pero forman precipitados con el sulfuro de hidrógeno en un medio ácido mineral diluido. Los iones de este grupo son: mercurio (II), cobre, bismuto,cadmio,arsénico (III),arsénico (V), antimonio (III),antimonio (V),estaño (II) y estaño (IV). Los primeros cuatro forman el subgrupo IIa y los últimos seis el subgrupo IIb. Mientras que los sulfuros de los cationes del Grupo IIa son insolubles en polisulfuro de amonio, los de los cationes del Grupo IIb son solubles.

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GRUPO IV.Los cationes de este grupo no reaccionan con los reactivos de los Grupos I, II y III. Forman precipitados con el carbonato de amonio en presencia de cloruro de amonio en medio neutro o ligeramente ácido. Los cationes de este grupo son: calcio, estroncio, y bario.

GRUPO V. Los cationes comunes que no reaccionan con los reactivos de los grupos previos, forman el último grupo de cationes, que incluyen a los iones: magnesio, sodio, potasio, amonio, litio e hidrógeno.

PRIMER GRUPO DE CATIONES: PLOMO (II), MERCURIO (I) Y PLATA (I).

Reactivo de Grupo: ácido clorhídrico (2M). Reacción de Grupo: precipitado blanco de cloruro de plomo (II) PbCl2 , cloruro de mercurio (I) HgCl2 y cloruro de plata (I) AgCl. Los cationes del primer grupo forman cloruros insolubles. Sin embargo, el cloruro de plomo es ligeramente soluble en agua y, por lo tanto, el plomo nunca es precipitado completamente cuando se agrega ácido clorhídrico diluido a una muestra, el resto de los iones plomo son precipitados cuantitativamente por el sulfuro de hidrógeno en medio ácido junto con los cationes del segundo grupo.

PLATA. (Ag P.at. 107,868) La plata es un metal blanco, maleable y dúctil. Tiene densidad de 10,5 gr/ml y funde a 960,5ºC. Es insoluble en ácido clorhídrico, ácido sulfúrico diluido 2M. Se disuelve en ácido nítrico concentrado 8M o en ácido sulfúrico concentrado y caliente. 6 Ag + 8 HNO3

→

6 AgNO3 + 2 NO↑ + 4 H2O

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Los nitratos de estos cationes son muy solubles. Entre los sulfatos, el de plomo es prácticamente insoluble, mientras que el sulfato de plata se disuelve en un grado mucho mayor. La solubilidad del sulfato de mercurio (I) está entre ambos. Los bromuros y los yoduros también son insolubles, aunque la precipitación de los haluros de plomo es incompleta, y los precipitados se disuelven fácilmente en agua caliente. Los sulfuros son insolubles. Los acetatos son más solubles, a pesar de que se puede precipitar el acetato de plata a partir de soluciones más concentradas. Los hidróxidos y carbonatos se precipitan con una cantidad equivalente de reactivo y el agregado de un exceso del mismo puede actuar de varias maneras. También hay diferencias en cuanto a su comportamiento frente al amoníaco.

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2 Ag

+

2 H2SO4

→

Ag2SO4

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+

SO2 ↑

+ 2 H2O

La plata forma en solución iones monovalentes, que son incoloros. Los compuestos de plata (II) son inestables, pero juegan un importante papel en los procesos de oxidaciónreducción catalizados por plata. El nitrato de plata es fácilmente soluble en agua, el acetato, nitrito y sulfato de plata son menos solubles, mientras que todos los otros compuestos de plata son prácticamente insolubles. Sin embargo, los complejos de plata son solubles. Los haluros de plata son sensibles a la luz, estas características son ampliamente utilizadas en fotografía.

REACCIONES DE IONES PLATA (I): Para el estudio de estas reacciones se puede usar una solución de nitrato de plata (I) 0,1 M. 1.-Àcido clorhídrico diluido: Se forma un precipitado de color blanco de cloruro de plata (I). AgNO3 + HCl

→ AgCl↓ + HNO3

La precipitación no ocurre con ácido clorhídrico concentrado. Decantando el líquido sobrenadante, el precipitado se disuelve en ácido clorhídrico concentrado, donde se forma el complejo dicloroargentato: AgCl↓ + Cl- ↔ [AgCl2]Diluyendo con agua, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda y reaparece el precipitado. El precipitado se disuelve en solución diluida de amoníaco, donde se forma el ión complejo diaminoargentato: AgCl↓ + 2 NH3 → [Ag (NH3)2]+ + ClEl ácido nítrico o el clorhídrico diluidos neutralizan el exceso de amoníaco y reaparece el precipitado debido a que el equilibrio es desplazado hacia la izquierda. La luz del sol o la radiación ultravioleta descomponen el precipitado de cloruro de plata que cambia a grisáceo o negro debido a la formación de plata metálica:

La reacción es lenta y el verdadero mecanismo de la reacción es muy complicado. La fotografía se basa en estas reacciones. En la cámara estos procesos son sólo iniciados, se debe revelar el material fotográfico para completar la reacción. Las partículas grisáceas o

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2 AgCl↓ → 2 Ag↓ + Cl2↑

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negras de plata aparecen sobre los sitios irradiados por la luz, se obtiene así una imagen negativa del objeto.

2.-Soluciòn de amoníaco: Se forma un precipitado de color marrón de óxido de plata (I): 2 AgNO3 + 2 NH3 + H20 → Ag2O↓ + 2 NH4NO3 La reacción alcanza un equilibrio y, por lo tanto, la precipitación es incompleta en cualquier etapa. (Si en la solución original está presente el nitrato de amonio o la solución es fuertemente ácida no ocurre la precipitación).El precipitado se disuelve en exceso reactivo.

3.-Hidròxido de sodio: Se forma un precipitado de color marrón de óxido de plata (I). 2 AgNO3 + 2 NaOH → Ag2O↓ + 2 NaNO3 + H2O

El precipitado es insoluble en exceso de reactivo. El precipitado se disuelve en solución de amoníaco y en ácido nítrico.

4.-Ioduro de potasio: Se obtiene un precipitado de color amarillo de ioduro de plata (I). AgNO3 + KI → AgI↓ + KNO3 El precipitado es insoluble en amoníaco diluido o concentrado, pero se disuelve fácilmente en cianuro de potasio y en tiosulfato de sodio.

5.-Cromato de potasio: Se obtiene un precipitado de color rojo de cromato de plata (I). 2 AgNO3 + K2CrO4 → Ag2CrO4 + 2 KNO3

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El precipitado es soluble en ácido nítrico diluido y en solución de amoníaco.

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PLOMO. (Pb, P. at. 207,19) El plomo es un metal gris azulado de alta densidad (11,48 gr/ml) a temperatura ambiente. Se disuelve fácilmente en ácido nítrico concentrado (8M) formándose también óxido de nitrógeno: 3 Pb + 8 HNO3 → 3 Pb2+ + 6 NO3- + 2 NO↑ + 4 H2O El gas incoloro óxido de nitrógeno cuando se mezcla con aire se oxida a dióxido de nitrógeno rojo: 2 NO↑ (incoloro) + O2 ↑ → 2 NO2 ↑ (rojo) Con ácido nítrico concentrado se forma sobre la superficie del metal una película protectora de nitrato de plomo, que evita la disolución posterior. El ácido clorhídrico o el ácido sulfúrico diluido tienen pocos efectos debidos a la formación de cloruro o sulfato de plomo insolubles sobre la superficie.

REACCIONES DE IONES PLOMO (II). Para el estudio de estas reacciones puede usarse una solución de nitrato de plomo (II) 0,25 M. 1.-Àcido clorhídrico diluido 1:3: en soluciones no muy diluidas y en frío se forma un precipitado blanco de cloruro de plomo. Pb(NO3)2 + 2 HCl → PbCl2 + 2 HNO3 El precipitado es soluble en agua caliente (33,4 gr/l a 100ºC mientras que sólo 9,9 gr/l a 20ªC), pero cuando se enfría se separan nuevamente cristales con cristales de agujas. Es soluble también en ácido clorhídrico concentrado o solución concentrada de cloruro de potasio donde se forma el ión tetracloro plumbato (II): PbCl2↓ + 2 Cl- → [PbCl4]2-

2.-Soluciòn de amoníaco 1:3. Se forma un precipitado de color blanco de hidróxido de plomo (II)

El precipitado es insoluble en exceso de reactivo.

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Pb(NO3)2 + 2 NH3 + 2 H2O → Pb(OH)2 + 2 NH4NO3

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3.-Hidròxido de sodio: Se forma un precipitado de color blanco de hidróxido de plomo (II). Pb(NO3)2 + 2 NaOH → Pb(OH)2↓ + 2 NaNO3 El precipitado se disuelve en exceso de reactivo.

4.-Àcido sulfúrico diluido: se forma un precipitado de color blanco de sulfato de plomo (II).

Pb(NO3)2 +

H2SO4

→ PbSO4↓ + 2 HNO3

5.-Cromato de potasio en solución neutra, amoniacal o acética: Se forma un precipitado de color amarillo de cromato de plomo (II). Pb(NO3)2 + K2CrO4 → PbCrO4↓ + 2 KNO3 El precipitado se disuelve en ácido nítrico o en hidróxido de sodio. 6.-Ioduro de potasio: se obtiene un precipitado de color amarillo de ioduro de plomo (II). Pb(NO3)2 + 2 KI → PbI2↓ + 2 KNO3 El precipitado es moderadamente soluble en agua hirviente para dar una solución incolora, de la cual se separa al enfriar en placas de color amarillo dorado.

MERCURIO (Hg Peso Atómico = 200,59) El mercurio es un metal blanco plateado, líquido a temperaturas ordinarias y tiene una densidad de 13,534 g/ml a 25ºC.No es afectado cuando se lo trata con ácidos clorhídrico o sulfúrico diluido (2M), pero reacciona rápidamente con ácido nítrico. El ácido nítrico concentrado en frío, diluido (8 M) con un exceso de mercurio da iones mercurio (I):

Con un exceso de ácido nítrico concentrado y, en caliente, se forman iones mercurio (II):

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6 Hg + 8 HNO3 → 3 Hg22+ + 2 NO↑ + 6 NO3- + 4 H2O

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3 Hg + 8 HNO3 → 3 Hg2+ + 2 NO↑ + 6 NO3- + 4 H2O REACCIONES DE IONES MERCURIO (I).Para el estudio de estas reacciones se puede usar una solución de nitrato de mercurio (I) 0,05M. 1.-Àcido clorhídrico diluido: se forma un precipitado de color blanco de cloruro de mercurio (I) (calomel). Hg22+ + 2 Cl- → Hg2Cl2↓ El precipitado es insoluble en ácidos diluidos.

2.-Soluciòn de amoníaco: obtiene un precipitado de color negro, que es una mezcla de mercurio metálico y amidonitrato básico de mercurio (II), que es por sí mismo un precipitado blanco.

2 Hg2

2+

-

+ NO3 + 4 NH3 + H2O → HgO.Hg

NH2 ↓ + 2Hg↓ + 3NH4+ NO3

Esta reacción puede ser usada para diferenciar entre los iones mercurio (I) y mercurio (II).

3.-Hidròxido de sodio: Se forma un precipitado de color negro de óxido de mercurio (I). Hg22+ + 2 OH- → Hg2O↓ + H2O El precipitado es insoluble en exceso de reactivo, pero se disuelve rápidamente en ácido nítrico diluido.

Hg2O↓ → HgO↓ + Hg↓

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Cuando se hierve, el color del precipitado cambia por gris, debido a la dismutación en la que se forman óxido de mercurio (II) y mercurio metálico:

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4.-Cromato de potasio en solución caliente: Se forma un precipitado de color rojo de cromato de mercurio (I). Hg22+ + CrO2-4 → Hg2CrO4↓ 5.-Ioduro de potasio, agregado lentamente en solución fría: se obtiene un precipitado de color verde de ioduro de mercurio (I). Hg22+ + 2I- → Hg2I2↓ Si se agrega exceso de reactivo ocurre una reacción de dismutación y se forman iones solubles de tetraiodo mercuriato (II) y un precipitado negro de mercurio finamente dividido: Hg2I2↓ + 2I- → [HgI4]2- + Hg↓ Cuando se hierve con agua el precipitado de ioduro de mercurio, nuevamente ocurre una dismutación y se forma una mezcla de ioduro de mercurio (II) rojo y mercurio negro finamente dividido: Hg2I2↓ → HgI2↓ + Hg↓

Reactivo de grupo: sulfuro de hidrógeno gaseoso. Reacción de grupo: precipitados de diferentes colores. Los cationes del segundo grupo se dividen tradicionalmente en dos subgrupos: el subgrupo del cobre y el subgrupo del arsénico. La base de esta división es la solubilidad de los precipitados de sulfuros en polisulfuro de amonio. Mientras que los sulfuros del subgrupo del cobre son insolubles en este reactivo, aquellos del subgrupo del arsénico se disuelven por la formación de tiosales. El subgrupo del cobre consiste de mercurio (II), plomo (II), bismuto (III), cobre (II) y cadmio (II). Aunque la mayor parte de los iones plomo (II) son precipitados con ácido clorhídrico diluido junto con otros iones del grupo (I), este precipitado es bastante incompleto debido a la solubilidad relativamente alta del cloruro de plomo (II). Los cloruros, nitratos y sulfatos de los cationes del subgrupo del cobre son bastante solubles en agua. Los sulfuros, hidróxidos y carbonatos son insolubles.

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SEGUNDO GRUPO DE CATIONES: MERCURIO (II), PLOMO (II), BISMUTO (III), COBRE (II), CADMIO (II), ARSÈNICO (III) Y (V), ANTIMONIO (III) Y (V), ESTAÑO (II) Y (IV).

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COBRE, (Cu, Peso atómico = 63,54).El cobre es un metal rojo claro, blando, maleable y dúctil. Funde a 1038ºC.Es insoluble en ácido clorhídrico y en ácido sulfúrico diluido, aunque en presencia de oxígeno puede tener lugar alguna disolución. El ácido nítrico diluido (8 M) disuelve rápidamente al cobre: 3 Cu + 8 HNO3 → 3 Cu2+ + 6 NO3- + 2 NO↑ + 4 H2O El ácido sulfúrico concentrado caliente también disuelve al cobre:

Cu + 2 H2SO4

→ Cu2+ + SO42-↑ + SO2↑ + 2 H2O

El cobre también es fácilmente disuelto en “agua regia”: 3 Cu + 6 HCl +

2 HNO3 → 3 Cu2+ + 6 Cl- + 2 NO↑ + 4 H2O

Hay dos series de compuestos de cobre. Los compuestos del cobre (I) derivan del óxido de cobre (I) rojo Cu2O y contienen el ión cobre (I) Cu+.Estos compuestos son incoloros, la mayoría de las sales de cobre (I) son insolubles en agua y su comportamiento se asemeja generalmente al de los compuestos de plata (I). Se oxidan fácilmente a compuestos de cobre (II), que son derivables del óxido de cobre (II) negro CuO. Los compuestos de cobre (II) contienen los iones cobre (II) Cu2+. Las sales de cobre (II) son generalmente azules tanto en la forma hidratada sólida como en soluciones acuosas diluidas. Las sales del cobre (II) anhidro, como el sulfato de cobre (II) anhidro CuSO4, son blancas (o ligeramente amarillas).

REACCIONES DE LOS IONES COBRE (II). Estas reacciones se pueden estudiar con una solución 0,25 M de sulfato de cobre (II). 1.-Soluciòn de amoníaco. Se obtiene un precipitado de color azul de una sal básica (sulfato básico de cobre): 2 Cu2+ + SO42- + 2 NH3 + 2 H2O → Cu(OH)2.CuSO4↓ + 2 NH4+

2.-Soluciòn de hidróxido de sodio en frío. Se obtiene un precipitado de color azul de hidróxido de cobre (II):

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Precipitado que es soluble en exceso de reactivo, donde se obtiene una coloración azul profunda.

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Cu2+ + 2 OH- → Cu(OH)2↓ El precipitado es insoluble en exceso de reactivo. Cuando se lo calienta, el precipitado se convierte en óxido de cobre (II) negro por deshidratación. Cu(OH)2↓ →

CuO↓ + H2O

3.-Ioduro de potasio: Se obtiene un precipitado de ioduro de cobre (I) de color blanco, pero la solución es intensamente marrón debido a la formación de iones triioduro: 2 Cu2+ + 5I- → 2 CuI↓ + I-3 Agregando a la solución un exceso de tiosulfato de sodio, los iones triioduros son reducidos a iones ioduros incoloros y se vuelve visible el color blanco del precipitado. La reducción con tiosulfato da iones tetrationato: I-3 + 2 S2O32- → 3 I- + S4O62Estas reacciones se usan en análisis cuantitativo para la determinación iodométrica de cobre. 4.- Ferricianuro de potasio. Se obtiene un precipitado de color marrón rojizo de hexaciano ferrato (II) de cobre: 2 Cu2+ + [Fe(CN)6]4- → Cu2[Fe(CN)6]↓ El precipitado es soluble en solución de amonìaco, donde se forman los iones tetraminocuprato (II) azul oscuro: Cu2[Fe(CN)6]↓ + 8 NH3 → 2[Cu(NH3)4]2+ + [Fe(CN)6]4El precipitado se descompone con hidróxido de sodio, donde se forma hidróxido de cobre (II) precipitado de color azul: Cu2[Fe(CN)6]↓ + 4 OH- → 2 Cu(OH)2↓ + [Fe(CN)6]4-

Cu2+ + Fe → Fe2+ + Cu

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5.-Hierro. Si se sumerge un clavo de hierro limpio en una solución de una sal de cobre, se obtiene un depósito rojo de cobre:

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MATERIALES

INSUMOS:

REACTIVOS:  Ácido Clorhídrico (HCl) 6N.

 Papel filtro.

 Hidróxido de Amonio (𝑁𝐻4 𝑂𝐻) 15N.

 Pinzas.

 Cloruro de Amonio (𝑁𝐻4 𝑂𝐻) 5N.

 Papel de Tornasol.

 Sulfuro de Sodio (𝑁𝑎2 𝑆) 5N.

 Bagueta.

 Carbonato de Amonio ((𝑁𝐻4 )2 𝐶𝑂3 ) 5N.

 Embudo de Vidrio.

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 Tubos de ensayo.

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PROCEDIMIENTO

1.- Se recibe una solución que contiene a cationes del grupo I al V.

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2.- Agregar a la solución gota a gota de HCl hasta la precipitación completa.

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3.- Filtrar la solución anterior. A la solución filtrada agregar 𝑁𝐻4 𝑂𝐻 para corregir la acidez con un trozo de papel de tornasol sumergido en el tubo ensayo hasta que cambia de color a lila.

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4.- Agregamos 4 gotas de HCl y notar que el papel de tornasol ha cambiado de lila a rosado esto indica que la acidez se ha corregido

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5.- Agregar unas gotas de 𝑁𝑎2 𝑆 hasta observar la formación de un precipitado de color marrón esto indica a la presencia de los cationes de grupo II.

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6.- Filtrar la solución. A la solución filtrada agregar unas gotas de 𝑁𝐻4 𝐶𝑙 5N (no se observa cambios significativos) luego se alcaliniza la solución con 𝑁𝐻4 𝑂𝐻 15N. Añadir posteriormente 𝑁𝑎2 𝑆 hasta observar la formación de un precipitado blanquecino que indica la presencia de cationes del grupo III.

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7.- Filtrar la solución. Hervir la solución restante en baño María para eliminar residuos de 𝑁𝑎2 𝑆 dejar enfriar y luego agregar unas gotas de (𝑁𝐻4 )2 𝐶𝑂3 y esperar hasta observar la formación de un precipitado de color gris claro lo que evidencia la presencia de cationes del grupo IV.

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8.- Al filtrar la solución se observa la formación de una solución translucida casi como el agua esta solución debe contener cationes del grupo V.

 Al agregarle ácido clorhídrico a la solución de nitratos de cationes del I al V grupo, se produce una reacción química, de la cual obtendremos como producto, los cationes del I al V grupo.  Los cloruros de los cationes del primer grupo al ser insolubles frente al ácido clorhídrico, precipitan en forma de sólidos blanquecinos; mientras que los demás cloruros permanecerán en la solución por ser solubles. Por consiguiente a través de esta reacción se ha separado los cloruros del primer grupo del resto de los cloruros de los demás grupos.

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 La solución restante se encuentra en medio ácido. Para neutralizarla, le agregamos hidróxido de amonio. Agregamos ácido clorhídrico tantos mililitros como solución neutra haya. Luego agregamos gota a gota sulfuro de sodio. Los sulfuros de los cationes del segundo grupo son insolubles frente al ácido clorhídrico, es por eso que precipitan en forma de sólidos oscuros que al principio son marrones y luego se oscurecen hasta llegar a negro.

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Los demás cationes son solubles frente al ácido clorhídrico y es por eso se quedan en la solución. De esta forma se han separado los sulfuros de los cationes del segundo grupo del resto de la solución.

 A la solución restante, le agregamos gotas de cloruro de amonio, luego la alcalinizamos con hidróxido de amonio y por último le agregamos sulfuro de sodio. Como los sulfuros de los cationes del tercer grupo son insolubles frente al cloruro de amonio con el hidróxido de sodio, estos precipitaran en forma de sólidos oscuros. Los demás cationes permanecerán en la solución. Separamos la parte sólida de la parte líquida mediante filtración.

 Se hierve la solución restante para expulsar el sulfuro de sodio (ya que no utilizamos sulfuro de hidrógeno por ser muy tóxico). Una vez que enfría añadimos gotas de carbonato de amonio, dejamos reposar y podremos observar una lenta formación de precipitado blanquecino de carbonatos de los cationes del cuarto grupo ya que son insolubles frente al cloruro de amonio y al hidróxido de amonio.  En la solución restante quedan los cationes del quinto grupo que durante todo el experimento permanecieron en solución ya que son solubles frente a todos los reactivos que se han empleado.  El exceso de reactantes puede formar una solución compleja.  Se puede comprobar la saturación de un producto al no formar precipitado alguno.

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 El mal uso de los reactantes puede ocasionar que la solución pase de contener cationes del grupo I, a presentar cationes del grupo II o cationes del grupo III, IV o V.

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RECOMENDACIONES



Los tubos de ensayo deben estar bien limpios.



Al realizar el experimento se debe hacer precipitar completamente los cationes de cada grupo, no debe quedar cationes de un grupo anterior al momento de hallar los cationes del grupo siguiente de cationes.



El exceso de un reactivo para la obtención de precipitado debe ser moderado, por eso se usa goteros para cada reactivo y de esa manera cuando se añade el reactivo gota a gota ver hasta cuando deja de precipitar.



Se debe filtrar hasta 3 veces la solución con todo el precipitado.



Al desarrollar el experimento, después de añadir el reactivo de debe dejar reposar por lo menos 5 minutos.



Despues de cada filtrada se debe de echar por lo menos una gota del reactivo del grupo anterior para cerciorarnos de haber obtenido la precipitación completa de los cationes del grupo anterior



Debería haber un pehachímetro en el laboratorio para controlar la acidez de las soluciones del primer y segundo grupo.



Se debe tener especial cuidado en mantener la solución ácida para la obtención del catión del segundo grupo.



La solución debe terminar de separar por completo los cationes del grupo 1 y 2 antes de proceder a determinar la presencia de cationes del grupo 3 Debe evitarse usar agua de caño para calentar la acidez de la solución al lavar los tubos, debe procurarse usar agua destilada

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

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1.a) ¿Qué se entiende por precipitación total o completa?

Una precipitación total o completa es cuando nos damos cuenta que la solución analizada ya no sigue el proceso de precipitación por más que se le eche más reactivo. Cuando una vez comenzada la precipitación, esta continua hasta que el valor del producto iónico disminuye poco a poco igualándose al producto de solubilidad del precipitado, al producirse esto se establece el equilibrio dinámico entre precipitado y solución y la precipitación cesa. De aquí se deduce que ninguna precipitación puede ser absolutamente completa. Una parte de los iones a precipitar queda siempre en la solución a veces esta parte es tan insignificante que no puede obstaculizar las operaciones ulteriores. En este caso la precipitación puede llamarse prácticamente completa.

b) ¿Cómo nos damos cuenta de haber logrado eso?

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 ni hay turbidez en la solución, sólo así verificamos que ya no hay reacción y la precipitación estará completa. Cuando al filtrar el precipitado obtenido, a la solución restante procedemos echar más reactivo y al no producirse más precipitado nos damos cuenta que ya la precipitación es completa.

Grupo

Cationes

Reactivo. Precipitante

Medio

Precipitado

I

Ag+, Pb+2, Hg2+2

HCl diluido

Acido

Hg2Cl2, AgCl, PbCl2 Cloruros

FGMM

2.- Indique en que medio se separa cada grupo cuál es su agente precipitante que compuesto se obtienen.

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SEPARACION DE CATIONES POR GRUPOS – ANALISIS QUIMICO

II

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

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+

H2S en presencia de HCl diluido NH4OH en presencia de NH4Cl (NH4)2S en presencia de NH4OH y NH4Cl (NH4)2CO3 en presencia de NH4OH y NH4Cl Sin reactivo precipitante

FGMM

Acido

HgS, PbS, Bi2S3, CuS, CdS, SnS, As2S3, Sb2S3 Sulfuros

Básico

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

Básico

NiS, CoS, MnS, ZnS

Básico

BaCO3, SrCO3, CaCO3

ND

Sin precipitado

3.- ¿Por qué se utiliza el NH4Cl(ac) , gotas antes de la precipitación del 3° Grupo? En el medio adecuado, con la disolución acuosa del sulfuro de sodio. El

junto con el 4 ( ) entran en contacto y se forma así una solución buffer que estabiliza el pH de la solución ya que este tiene que ser pH >7. 4

(

)

4.- Para separar el 2° y 3° Grupo lo ideal sería trabajar con el H2S(g), sulfuro de Hidrogeno, el cual se produce en el aparato de Kipp.

FGMM

a) Dibuje el aparato de Kipp y explique su funcionamiento.

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SEPARACION DE CATIONES POR GRUPOS – ANALISIS QUIMICO

FGMM

Funcionamiento: Al desarrollar el trabajo un grupo grande de estudiantes es muy conveniente emplear El KIPP que es un generador de H2S(g), provisto de un tubo con ramificaciones laterales que permiten tomar el gas en varios puntos simultáneamente. Esto nos permite una regularización más cómoda del paso del gas, siendo para ello que el diámetro inferior de las ramificaciones sea suficientemente pequeño (tubos semicapilares). El empleo de aparatos para obtención del H2S(g) se debe vigilar y ponerse mucha atención que al término de esta la llave (o abrazadera) del tubo de escape este bien cerrada. La reacción realizada en el interior del KIPP es la siguiente: FeS + 2HCl → FeCl2 + H2S↑

b) ¿Qué características tiene el H2S(g)? Este gas, más pesado que el aire, es inflamable, incoloro, tóxico, odorífero: su olor es el de materia orgánica en descomposición, como de huevos podridos. A pesar de ello, en el organismo humano desempeña funciones esenciales. c) Se hace reaccionar 1.75 onzas de FeS, sulfuro ferroso, con un exceso de HCl, acido concentrado, la reacción transcurre a 36°C y 980 torr o mm de mercurio. Calcule el volumen de H2S, sulfuro de hidrogeno, liberado en pulgadas cubicas. 2

2

SOLUCION:

Masa molar (

) = 144 g/mol309); 1litro = 61,23 pulgadas cubicas 2

2

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P= 980 torr = 980 mm de Hg ; T= 309°K ;1onza=28,34 g ; m = 1.75 onzas = 49.595g

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SEPARACION DE CATIONES POR GRUPOS – ANALISIS QUIMICO

FGMM

De la ecuación universal de los gases ideales tenemos que: PV= nRT

V= nRT/P, remplazando los datos: (

)(

)(

(

) )

V = 6.77 litros; pasando a pulgadas se obtiene. V= 414.5 pulg3.

5) a) ¿Cuantos gramos de iones oxidrilo, OH- , contienen 200ml de NH4OH 0.05M? b) Calcule la cantidad de ion-gramo de Al+3 y SO42- que se forman por la disociación completa de 0.01 mol- g que sulfato de aluminio. a) Solución: NH4OH ----------- NH4+ + OHn = 0.05M*0.2 L=0.01mol de NH4OH De la reacción podemos notar que por un mol de NH4OH se produce un mol de iones hidróxido. Entonces OH- = 0.01 mol = m/M-----m= 0.01mol*17g/mol= 0.17 g b) solución: Al2(SO4)3-----------2Al+3 + 3(SO4)-2 De la reacción podemos observar una relación de coeficientes estequiometricos que son por cada mol de sulfuro de aluminio se producirá 2 mol de ion aluminio y tres mol de sulfato. Entonces con 0.01 mol- gramo de Al2(SO4)3 se producirá 0.02 mol- gramo de Al+3 y 0.03 mol – gramo de (SO4)-2. M(Al)=27 g/mol; M(SO4)= 96g/mol

 

0.54 ion – gramo en Al+3 2.88 ion – gramo en (SO4)-2

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Finalmente n = m/M, y remplazando se obtiene

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SEPARACION DE CATIONES POR GRUPOS – ANALISIS QUIMICO

FGMM

6) Calcule las concentraciones, en %(p/p) y %(p/v) de una disolución de amoniaco, obtenida al diluir un litro de su disolución al 28%. (ρ= 0.898 g/ml) con 9litros de agua destilada. Solución:  P/p hace referencia a (la masa de soluto/masa de una solución), de una sustancia en una mezcla o de un elemento en un compuesto químico.

(

( )

)

( )

( )

 El porcentaje (masa-volumen) es la cantidad de soluto que hay en 100 centímetros cúbicos o mililitros de la solución. Es a partir del soluto en gramos dividido entre el volumen de la disolución en mililitros (ml): (

( ) (

)

)

NH3 + H2O ---------> NH4 + OHPara nuestro caso el soluto vendría ser el amoniaco. Volumen de disolución= 1litro Volumen del disolvente= 9 litros De la ecuación:

, remplazando. (

)(

)

Numero de moles de amoniaco = 14.82M*10L=148.2 moles; así mismo con ello calculamos la masa del amoniaco que vendría ser su número de moles por su peso atómico que es 17g/mol.

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Entonces

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SEPARACION DE CATIONES POR GRUPOS – ANALISIS QUIMICO

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Masa del amoniaco = 2519.4 g = masa del soluto. Como el disolvente es el agua consideramos una densidad igual 1g/mL, encontrando asi una masa para el disolvente de 9000g. Entonces (

) (

)

Para el otro caso tenemos que masa del soluto es 2519.4g y el volumen de la disolución vendría ser 10litros. (

) (

)

7) a) A 20ml de HCl 0.04M, se le añade 45ml de KOH, hidróxido de potasio, 0.02N Calcule el pOH de la solución resultante. b) Calcule el pH de NH3(ac) 14M. 5 . a) Solución: A 20 ml de HCL (ac) 0.004M se le añade 45 ml de KOH (ac) 0.02M. Calcule el POH de la solución resultante. 2

0.0008 0.0009

CAMBIO EQUILIBRIO

-

-

0.0008 0.0008 0.0001 0.0001 0

0.0001 0.0001

0.0001

INICIO

0.0001

-

CAMBIO

0.0001

0.0001

EQUILIBRIO

0

0.0001

0.0001 0.0001

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INICIO

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SEPARACION DE CATIONES POR GRUPOS – ANALISIS QUIMICO

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→ n = 0.0001 M=

65

= 65

Calculando el POH: POH = -

(65 ) entonces POH = 2.8129

b) Solución: Calcule el PH de NH3(ac) 14M, Kdisol. NH3 = 1.79*10-5

3

INICIO

14 M

REACCIONA EQUILIBRIO

→ Kdisol.NH3 =

4

XM

2

-

4

-

-

XM

(14 – X)M

XM

XM XM

= 1.79*10-5

X = 0.0158 M Calculando el POH Por definición se tiene que la siguiente relación: POH = 14 – PH POH = 14 + POH = 12.198

8) calcule la concentración de normalidad y molaridad de una disolución saturada de PbSO4(ac), sulfato de plomo, si su solubilidad es 4.10*10-3g/100ml de solución. Solución:

CmAn ↔ m Cn+ + n Am-

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El producto de solubilidad o producto iónico de un compuesto iónico es el producto de las concentraciones molares (de equilibrio) de los iones constituyentes, cada una elevada a la potencia del coeficiente estequiométrico en la ecuación de equilibrio:

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SEPARACION DE CATIONES POR GRUPOS – ANALISIS QUIMICO

FGMM

Donde C representa a un catión, A a un anión y m y n son sus respectivos índices estequiométricos. Por tanto, atendiendo a su definición su producto de solubilidad se representa como: Kps = [Cn+]m [Am-]n Además la solubilidad de una sal poco soluble en agua, es igual a su concentración. Si se supone que se ioniza por completo, el valor de KPS puede calcularse a partir de la solubilidad. AnBm ↔ n Am+(ac) + m Bn-(ac) concentracion inicial concentracion en equilibrio

AnBm ---------

n Am+ 0

m Bn0

---------

(mS)

nS

En este equilibrio: KPS= [Am+]n [Bn-]m =(nS)n.(mS)m =nnmm.Sm+n √ Para nuestro caso tenemos lo siguiente:

PbSO4 ---------- Pb+2 + SO4 -2 3

√

KPS= 6.4*10-2 Finalmente para la reacción: PbSO4 ---------- Pb+2 + SO4 -2 XM

XM

XM

KPS= [Pb+2][SO-24]= 6.4*10-2= X2

Con respecto a la normalidad se puede observar que existe un grado de disociación de dos electrones (ϴ) por tanto aplicamos la relación de N=M ϴ; entonces será N=ϴM=2*(2.52*10-1)= 5.04*10-1N

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X=2.52*10-1 M

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SEPARACION DE CATIONES POR GRUPOS – ANALISIS QUIMICO

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BIBLIOGRAFÍA



Arthur I. Vogel. Química Analítica Cualitativa.Editorial Kapelusz

1974.Pag: 137,

149,166, 203, 232. del 566 al 576. Alexeiev V. N. Análisis Químico Cualitativo.Editorial MIR Moscú 1965.Pag: 156 al 160.

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