1 informe de analisis qimico

Universidad Nacional De Ingenieria

1° Laboratorio: SEPARACIÓN DE CATIONES POR GRUPOS

OBJETIVOS

Separara los cationes por grupos ( del I al V ) , todo esto

mediante procesos de filtración de los precipitados obtenidos a partir de la reacción de los cationes con un agente precipitante.

La Identificación de cada uno de los grupos de cationes de

los que está compuesta la solución dada.

Tomar en cuenta las reacciones que se emplean y que van

acompañadas de precipitación o cambio de coloración de la

solución, al emplear estas reacciones se observa

directamente no los elementos sino los cationes o iones por

ellos formados.

Desde luego una vez identificados unos u otros iones se

puede juzgar sobre la presencia de los elementos

correspondientes en la sustancia analizada.

Al analizar una u otra reacción analítica es necesario crear

determinadas condiciones para su desarrollo, pues caso

contrario su desarrollo no será satisfactoria.

FIGMM laboratorio de Analisis Quimico


FUNDAMENTO TEORICO

REACTIVOS GENERALES

Se ha definido como reactivos generales aquellos, que reaccionan con gran número de iones, careciendo por lo tanto, de selectividad, mientras que reactivos especiales son los que actúan sobre unos cuantos iones (selectivos), o bien sobre uno solo (específicos).

Entre los reactivos generales y especiales existen otras diferencias, particularmente en lo que atañe a su utilización práctica. Así, mientras que los reactivos generales se emplean para separaciones de grupos de iones en la sistemática del análisis, los reactivos especiales, generalmente muy sensibles y de tipo orgánico, se utilizan en ensayos de identificación o en reconocimientos directos.

Naturalmente, ambos tipos de reactivos han de tener una exposición diferente. En los generales interesa, ante todo, saber cómo y de qué manera actúan conjuntamente sobre el grupo de iones con los que reaccionan; por esta razón se estudian los reactivos generales más importantes y más utilizados en separaciones de grupo de cationes en cuanto a su acción sobre todos los cationes integrantes de cada grupo, lo que no es óbice para que en la descriptiva de cada catión se indique la acción particular de los diferentes reactivos generales.

En los reactivos especiales es más importantes sobre las condiciones y circunstancias en las que tiene lugar el ensayo, a las que, en general, hay que ajustarse estrictamente para que dicho ensayo no pierda sensibilidad o selectividad; por ello, se describe en la exposición de dichos reactivos especiales un “procedimiento operatorio”, que rigurosamente hay que seguir.

La división de reactivos en generales y especiales no excluye, sin embargo, la posibilidad, de que reactivos generales



puedan servir para ensayo de identificación, y reactivos especiales se empleen para separaciones de grupos de iones.

De acuerdo con estas consideraciones, a continuación se describen los reactivos generales más importantes de los cationes. Como en el transcurso de esta descriptiva se hará referencia a la acción de cada reactivo sobre determinados grupos de cationes, se expone, primero, la clasificación analítica de los mismos en la marcha analítica clásica o del ácido sulfhídrico.

CLASIFICACIÓN ANALÍTICA DE LOS CATIONES EN LA MARCHA ANALÍTICA DEL H2S

Por su comportamiento respecto a los reactivos generales utilizados en esta marcha analítica, a saber: HCl, H2S, NH3

acuoso y NH4CL, (NH4)2S y (NH4)2CO3, empleados según este orden, se clasifican los cationes en cinco grupos.

GRUPO PRIMERO: Corresponde a los cationes que precipitan

con HCl: Ag+, Pb2+, Hg22+, Tl+, W (VI), Nb (V) y Ta (V). Los primeros

precipitan cloruros insolubles, mientras que los tres últimos precipitan óxidos más o menos hidratados, insolubles en medio ácido.

GRUPO SEGUNDO: Integra aquellos cationes cuyos sulfuros son insolubles en ácidos diluidos. Precipitan con H2S en dicho medio ácido. Este grupo se divide en dos subgrupos: El IIA, formado por los cationes cuyos sulfuros no son solubles en sulfuros alcalinos o en álcalis fuertes; y el IIB, constituido por los cationes cuyos sulfuros se disuelven en los reactivos indicados, para formar tiosales:

Subgrupo IIA: Hg2+, Pb2+, Bi3+, Cu2+, Cd2+ y Pd2+

Subgrupo IIB: As3+ y 5+, Sb3+ y 5+, Sn2+ y 4+, Mo (VI), Ge (IV), Au3+, Pt4+, Se (IV) y Te (IV).



El hecho de que el Pb2+ figure en los grupos primero y segundo obedece a que su precipitación como cloruro no es total y hay que prever su presencia en el grupo segundo.

Obs: en nuestro caso el H2S lo reemplazaremos por Na2S por que en nuestro pasis es mas facil de encontrar y ademas su manipulacion es de menos toxicidad.

GRUPO TERCERO: Incluye los cationes que precipitan

hidróxido o sulfuro con amoniaco y H2S ó con (NH4)2S. También comprende dos subgrupos: el IIA formado por los cationes que forman hidróxido insoluble con amoníaco en

presencia de NH4Cl y el IIIB, constituido por los cationes divalentes que precipitan sulfuro en medio amoniacal.

Subgrupo IIIA: Fe3+, Cr3+, Ti4+, U (VI), Zr4+, Th4+, Ce3+ y 4+ y demás lantánidos, Al3+, V (V) y Be2+ (eventualmente W (VI)).

El V (V) no precipita hidróxido pero se incluye en este grupo por quedar absorbido sobre los hidróxidos.

Subgrupo IIIB: Ni2+, Co2+, Mn2+ y Zn2+ (eventualmente Tl+)

GRUPO CUARTO: Constituido por los cationes que precipitan con carbonato amónico en presencia de NH4Cl: Ca2+, Sr2+, Ba2+.

GRUPO QUINTO: Comprende los cationes que no precipitan con los reactivos precedentes: Mg2+, Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+ y NH4

+.

CLASIFICACIÓN DE CATIONES

Para nuestra experiencia, clasificamos a los cationes por grupos:



Grupo IonesI Ag+, Pb+2, Hg2

+2

II Hg+2, Pb+2, Bi+3, Cu+2, Cd+2, Sn+2, As+3, Sb+3, Sn+4

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+

MATERIALES

8 Tubos de ensayo

1 Pipeta



1 Embudo de vidrio

Papel de filtro

Papel tornasol

1 Vaso de vidrio

1 Pinza

PROCEDIMIENTO

1. SE RECIBE UNA MUESTRA DE LA SOLUCIÓN QUE CONTIENE

CATIONES del grupo I al V.



2. AGREGAR A LA solución HCl 6N GOTA A GOTA HASTA OBSERVAR LA

FORMACIÓN DE UN PRECIPITADO BLANQUECINO, QUE INDICA LA

PRESENCIA DE CATIONES DEL GRUPO I. FILTRAR

Reacción ocurrida para la precipitación del primer

grupo:

HgCl ↓

(Ag+, Pb+2, Hg+2) + HCl AgCl ↓

PbCl ↓

EL PRECIPITADO OBTENIDO ES DE COLOR BLANCO (I GRUPO)

3. NEUTRALICE LA SOLUCIÓN FILTRADA DE 2. AGREGANDO GOTAS DE

NH4OH 15N (POR CADA GOTA DE REACTIVO AÑADIDO AGITE EL

CONTENIDO DEL TUBO), USE COMO INDICADOR PAPEL DE

TORNASOL, HASTA OBSERVAR QUE EL PAPEL ADQUIERE UNA

COLORACIÓN LILA.

AGREGUE TANTAS GOTAS DE HCL 6N COMO ML DE SOLUCIÓN

NEUTRA OBTENIDA (NOTA 1: AÑADA GOTA A GOTA NA2S, HASTA

OBSERVAR LA FORMACIÓN DE UN PRECIPITADO, QUE INDICA LA

PRESENCIA DE CATIONES DEL GRUPO II.

PRECAUCIÓN: LA SOLUCIÓN DEBE MANTENERSE EN TODO

MOMENTO ACIDA.

FILTRAR CUANDO LA PRECIPITACIÓN SEA COMPLETA.

Reacción ocurrida para la precipitación del segundo grupo:

HgS ↓

(Hg+2, Pb+2, Sn+2) + Na2S PbS ↓



SnS ↓

El precipitado obtenido es de color negro amarronado.(II GRUPO)

4. AGREGUE A LA SOLUCIÓN FILTRADA DE 3. UNAS GOTAS (3 – 4)

DE NH4CL 5N, NO SE OBSERVARAN CAMBIOS SIGNIFICATIVOS,

LUEGO ALCALINICE LA SOLUCIÓN CON NH4OH 15N, AÑADA

POSTERIORMENTE GOTAS DE NA2S HASTA OBSERVAR LA

FORMACIÓN DE UN PRECIPITADO QUE INDICA LA PRESENCIA

DE CATIONES DEL GRUPO III. FILTRAR.

Reacción ocurrida para la precipitación del tercer grupo:

MnS ↓

(Mn+2, Zn+2, Ni+2) + Na2S ZnS ↓

NiS ↓

El precipitado obtenido es de color OSCURO (III GRUPO) .

5. HIERVA LA SOLUCIÓN FILTRADA DE 4. PARA EXPULSAR EL

H2S, ENFRIAR AÑADA GOTAS (3 O 4) DE (NH4)2CO3, DEJE

REPOSAR Y OBSERVE LA LENTA FORMACIÓN DE UN

PRECIPITADO BLANQUECINO, INDICA LA PRESENCIA DE

CATIONES DEL GRUPO IV. FILTRAR.

Reacción ocurrida para la precipitación del cuarto grupo:

BaCO3 ↓

(Ba+2, Sr+2, Ca+2) + (NH4)2CO3 SrCO3 ↓

CaCO3 ↓

El precipitado obtenido es de color blanquecino (IV GRUPO



6. LA SOLUCIÓN FILTRADA DE 5. DEBE SER CRISTALINA,

CONTIENE CATIONES DEL GRUPO V.

De solución filtrada de 5. se obtiene una solución cristalina que

vienen a ser los cationes del grupo V.

1

GRUPO 2 GRUPO 3 GRUPO 4 GRUPO

CUESTIONARIO

1. LA PRACTICA, PARA LA SEPARACION DE CATIONES EN

GRUPO SE RACALCO LA DEFINICION DE UNA PRECIPITACION TOTAL O COMPLETA DE UN GRUPO

A. EXPLIQUE CON TODA CLARIDAD Y COMO SE LOGRA ESO



Precipitación total nos indica el momento en el cual todos los iones de un determinado grupo han reaccionado y formado precipitado.

La precipitación completa se logra agregando reactivo hasta que ya no se forme precipitado, para asegurarnos que la precipitación es completa repetimos en mismo procedimiento hasta que no se genere turbidez ni precipitado al agregar el reactivo.

B. SI POR APURO O DESCUIDO NO SE CONSIGUE LO ANTERIOR ¿AFECTA ESO EN LA MARCHA QUÍMICA?¿PORQUE?

Si afecta en la marcha analítica, por que de no realizar correctamente el paso, afectara directamente para los siguientes pasos ya que implicaría reacciones no deseadas y podría a llegar a producir algunos complejos alterándose así la marcha química.

2. ..A. ¿BAJO QUE FORMA (COMPUESTO QUÍMICO) PRECIPITA

CADA GRUPO?

B. ¿EN QUE MEDIO (ACIDO O BÁSICO), SE OBTIENEN LA PRECIPITACIÓN DE CADA GRUPO?

GRUPO

IONES PRECIPITADOCARACTERÍSTICA

DEL GRUPOAGENTE

PRECIPITANTEMEDIO

IAg+, Pb+2,

Hg2+2

AgCl, PbCl2, Hg2Cl2

Cloruros insolubles en HCl diluido

HCl diluido ACIDO

II Hg+2, Pb+2, Bi+3, Cu+2, Cd+2, Sn+2,

HgS, PbS, Bi2S3, CuS, CdS, SnS,

Sulfuros en HCl diluido

Na2S en presencia

de HCl

ACIDO



As+3, Sb+3, Sn+4

As2S3, Sb2S3, SnS2

diluido

IIIAAl+3,

Cr+3,Fe+3

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

Hidróxidos precipitables por

NH4OH en presencia de

NH4Cl

Na2S en presencia

de NH4OH y NH4Cl

ALCALINO

IIIBNi+2, Cu+2,

Mn+2, Zn+2

NiS, CuS, MnS, ZnS

Sulfuros precipitables por

(NH4)2S en presencia de

NH4Cl

IVBa+2,

Sr+2,Ca+2

BaCO3, SrCO3, CaCO3

Carbonatos precipitables por

(NH4)2CO3 en presencia de

NH4Cl

(NH4)2CO3

en presencia

de NH4OH y NH4Cl

ALCALINO

VMg+2, Na+,

K+, Li+, NH4

+

Sin precipitad

o del grupo

Iones que no precipitan.

Sin reactivo de grupo

ALCALINO

3. A) INDIQUE BREVEMENTE Y CON TODA CLARIDAD COMO

SE SEPARA EL 3ER GRUPO DE CATIONES DE LA MUESTRA RECIBIDA

Agregamos a la solución filtrada 6 gotas de NH4Cl, agitamos, luego alcalinizamos la solución con 5 gotas de NH4OH la solución se vuelve celeste posteriormente añadimos 11 gotas de Na2S y la solución se vuelve marrón claro formándose un



precipitado color crema que indica la presencia del grupo III (ZnS, MnS, Al(OH)3, Fe(OH)3).

Filtramos al secar el precipitado se vuelve color mostaza.

Obtenemos una solución ligeramente turbia.

B) LA MUESTRA RECIBIDA, CONTIENE LOS CATIONES : K+, Mg2+ y NH4+; POTASIO, MAGNESIO Y AMONIO, ¿COMO SE DETERMINA SU PRESENCIA?

no precipitan ni con HCl, ni con NaOH (excepto el Mg), ni con H2S, ni con (NH4)2S, ni con (NH4)2CO3.

Reacciones de identificación del K +

Puede llevarse a cabo de dos formas: a) Reactivo de identificación: Na3Co(NO2)6 sólido (cobaltinitrito de sodio) Medio: CH3COOH ( HC2O2H3 ácido acético)

3 K+1 + Co(NO2)3-3 ↔ K3Co(NO2)6 ↓↓

(mostaza)

b) Reactivo de identificación: HClO4 (ácido perclórico) o una de sus sales solubles. Medio: solución hidroalcohólica

De este modo se obtiene un precipitado blanco de perclorato de potasio, según:

K+1 + (ClO4)-1 ↔ KClO4 ↓↓ (blanco)

Reacciones de identificación del Mg +2

La identificación de Mg+2 puede llevarse a cabo con dos reactivos diferentes:

a) Reactivo de identificación: Magnesón (para-nitrobenceno-azo-resorcinol) Medio: NaOH concentrado



Mg+2 + R.OH + 2 OH- ↔ Mg(OH)2 R.OH ↓↓

base fuerte (laca azul)

b) Reactivo de identificación: (NH4)2HPO4 (fosfato ácido de amonio) Medio: amoniacal (NH4OH) y presencia de sales de amonio (NH4Cl) En estas condiciones el Mg+2 precipitará como fosfato amónico-magnésico, de color blanco.

Mg+2 + PO4-3 + NH4

+1 ↔ Mg(NH4)PO4 ↓↓ (blanco)

Eliminación del NH4+ en la identificación del 5to

grupo de cationes Para evitar las interferencias que produce este catión se pueden utilizar dos métodos:

a) La solución en la que se va a identificar 5to grupo se lleva a seco en cápsula de porcelana a no más de 500C, de esta manera se volatiliza el NH4

+1.

b) A la solución en donde se va a identificar 5to grupo se le agrega HNO3, se calienta y de este modo las sales de NH4

+ se descomponen, según:

NH4+1 + NO3

-1 ↔ N2O (g) + 2 H2O

2 NH4+ + H2O ↔ N2O (g) + 8 e- + 10 H+

2 NO3- + 8 e- + 10 H+ ↔ N2O (g) + 5 H2O

4. PARA SEPARAR EL 2° Y 3° GRUPO SE DEBERÍA DE USAR EL

H2S(g); SULFURO DE HIDROGENO, GAS TOXICO Y MAL OLIENTE, EL CUAL SE OBTIENE EN EL APARATO DE KIPP, ¿DIBUJE EL APARATO Y EXPLIQUE COMO FUNCIONA?



El generador de Kipp, es un aparato para obtener Sulfuro de

Hidrógeno H2S(g) y está provisto de un tubo de distribución con

ramificaciones laterales que permiten tomar el gas en varios

puntos del tubo simultáneamente. Y va ser regulado por

principos de presion y gravedad.

Para una regulación cómoda de la corriente de gas es

imprescindible que el diámetro inferior de las ramificaciones sea

suficientemente pequeño (tubos semicapilares).

5. 600 ml DE SOLUCION ACUOSA, CONTIENE DISUELTO 64.92 g

DE MgCl2 ; CLORURO DE MAGNESIO, SU DENSIDAD ES DE 1.082 g/cm3. CALCULE LA NORMALIDAD(N), MOLALIDAD(m) Y LA FRACCION MOLAR DEL DISOLVENTE.



Datos: Vsol = 600ml =0.6 lDensidad= 1.082 g/ml

SOLUCION:

Sabemos que la molaridad es el cociente entre el número de moles de soluto y el volumen de disolución. Por ello el primer paso será calcular el número de moles del cloruro.

M=nsto

V sol

Para eso empezamos con la masa molecular:

M MgCl 2=(1· 24.31 u )+(2 ·35.45 u )=95.21 g /mol

Luego:

n=64.92 g x ( 1 mol95.21 g )=0.682mol de MgCl2

Despues:

M=nsto

V sol

=0.682 mol0.6 l

=1.12 Molar

Aplicamos la formula : N=M xθ

N= (1.12 M ) x2=2.27 Normal

Hallamos la molalidad: m=nsto

msol

m=0.682 mol0.682

=0.011


msto=0.06492g

D=m/v

msol=0.6492 g

mH2O= 0.58428g

nH2O= m/M =0.03246 mol


Hallamos la fraccion molar: x i=nsto

nsol

x i=0.682

0.682+0.03246=0.955

6. CALCULE LA NORMALIDAD DE LA SOLUCION QUE

CONTIENE 24% EN MASA DE NH3, AMONIACO, Y CUYA DENSIDAD ES IGUAL A 0.910

Solucion:

Como no hablan del volumen de solucion, asumiremos que es V sol=1 l itro

Del dato:

densidad=0.910g

ml=

msol

V sol

msol=0.910 g

Luego 24% es amonio

24 %(m¿¿ sol)=mamonio←msto¿

msto=0.2184 gde N H 3

El numero de moles:

n=0.2184 g x (1 mol17 g )=0.0128 mol de N H 3

M=nsto

V sol

=0.0128 mol1 l

=0.0128 M

Ahora:

N=M xθ=¿ N=0.0128 x 1=0.0128 normal


msto=0.06492g

D=m/v

msol=0.6492 g

mH2O= 0.58428g

nH2O= m/M =0.03246 mol


7. CUANTOS GRAMOS DE PENTA HIDRATO DE SULFATO DE

COBRE SE CRISTALIZARAN DE 5ML DE UNA DISOLUCION 0.200 N(NORMAL)

Solucion:

CuSO4 . 5H2O --- M=(65.5 )+ (96 )+5 (18 )=251.5g

mol

N=M xθ

0.200=Mx 2=¿ M=0.1 molar

Luego M=nsto

V sol

nsto= (0.1 M ) x (0.005 l )=5 x 10−4 moles

m precip=5 x 10−4moles x (251.5 g1mol )=0.0123 g

8. A) CALCULE EL PH DE NH4OH (ac) 15 N

Al inicio tenemos 15 N de NH4OH

N=M xθ

M= Nθ

=151

=15 MOLAR

ademas su KDISOCIACION = 1,78 X 10-5…..(LIBROS)

NH3 + H2O NH4+ + OH-

Concentraci 15 - -



óninicial

Concentración

equilibrio

15-X X X

K= x2

(15−x )=1.78 × 10−5 ; xes valor bajo, (15−x )=15

x2=1.78 ×10−5

x=4.22× 10−3M

pOH=−log ( x )

pOH=2.37

Entonces pH=14−2.37=11 . 63

BIBLIOGRAFIA

Semimicroanálisis Químico Cualitativo. V. N. Alexeiev.

Ed. Mir. URSS 1975.

Química Analítica Cualitativa. Arthur I. Vogel. Editorial

Karpelusz. Quinta Edición. Buenos Aires 1974.

Raymon Chang: Química


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