3ra Divi. Cationes

Facultad de Ciencias y Tecnología

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ANALISIS SISTEMATICO DE LA 3º DIVISION DE CATIONES

1.- Introducción Los cationes de este grupo son los que al formar sulfuros estos no precipitan con H2S en solución 0,3N de HCl, pero cuando forman hidróxidos o sulfuros pueden precipitar con H2S, cuando estas soluciones están alcalinizadas con NH4 OH en presencia de NH4Cl. Los cationes que conforman este grupo son: Al3+, Fe2+, Fe3+ , Cr3+ , Co2+, Ni 2+, Mn2+ , Zn2+ ; el reactivo de grupo es el H2S.

2.- Objetivo 2.1. Objetivo General  Obtener la separación e identificar cada uno de los cationes de la 3° división: Al3+, Fe2+, Fe3+ , Cr3+ , Co2+, Ni 2+, Mn2+ , Zn2+.

2.2. Objetivos Específicos  Observar los colores que forman al mezclar los cationes con el reactivo de grupo.  Realizar reacciones de reconocimiento.

3. Fundamento teórico Los cationes de este grupo no son precipitados por los reactivos de grupo correspondientes a los grupos I y II pero son precipitados, en solución alcalinizada con hidróxido de amonio, en presencia de cloruro de amonio por sulfuro de amonio. Estos cationes con excepción del aluminio y cromo que son precipitados como hidróxidos debido a la hidrólisis total de sus sulfuros en solución acuosa, precipitan como

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Laboratorio de Química Analítica Cualitativa


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sulfuros. El hierro, aluminio y cromo son precipitados como hidróxidos por la solución de hidróxido de amonio en presencia de cloruro de amonio, mientras que los otros metales del grupo permanecen en solución y pueden ser precipitados después por el sulfuro de amonio. Por eso es común subdividir este grupo en el grupo del hierro (hierro, aluminio y cromo) o grupo IIIA y en el grupo de Zinc (níquel, cobalto, manganeso y zinc) o grupo IIIB GRUPO DEL HIERRO (grupo IIA) Hierro ( Fe) El hierro puro es un metal blanco plateado, tenaz y dúctil. El metal comercial raramente es puro y contiene pequeñas cantidades de carburos, siliciuros, fosfuros y sulfuros de hierro y un poco de grafito. El hierro se disuelve en ácido clorhídrico concentrado o diluido y en ácido sulfúrico diluido con desprendimiento de hidrógeno y formación de sal ferrosa, con ácido sulfúrico concentrado y caliente se produce dióxido de azufre y sulfato férrico. Con ácido nítrico diluido en frio se obtienen los nitratos ferroso y de amonio, mientras que con ácidomás concentrado se produce sal férrica y el óxido nitroso u óxido nítrico, según sean las condiciones experimentales. El ácido nítrico concentrado no reacciona con ácido nítrico diluido ni desplaza el cobre de una solución de sal de cobre. Fe + 2HCl FeCl2 + H2 Fe H2SO4(dil.) FeSO4 + H2 2Fe +6 H2SO4 (conc.) Fe2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2 4Fe + 10 HNO3(frio,dil.) 4Fe(NO3)2 + NH4 NO3 + 3H2O Fe + 4 HNO3(conc.) Fe(NO3)3 + NO + 2H2O 4Fe + 10HNO3 4Fe(NO3)2 + N2O + 5H2O

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El hierro forma dos series importantes de sales: las sales ferrosas que provienen del óxido ferroso, FeO, en las que el metal es divalente, y las sales férricas provienen del óxido férrico, Fe 2O3 , que contienen hierro trivalente. Aluminio (Al) El aluminio es un metal blanco, dúctil y maleable, su polvo es gris. El metal es poco atacado por el ácido sulfúrico diluido frío, pero se disuelve fácilmente en ácido concentrado caliente, con desprendimiento de azufre. El ácido nítrico hace pasivo al metal, lo que puede ser debido a la formación de una película protectora de óxido. Se disuelve fácilmente en ácido clorhídrico (diluido o concentrado) con desprendimiento de hidrógeno. Con hidróxidos alcalinos se forma una solución de aluminato. 2Al + 4H2SO4 Al2(SO4)3 +SO2 + 2H2O 2Al + 6HCl 2AlCl2 + 3H2 2Al + 2NaOH + 2H2 O 2NaAlO2 + 3H2 El aluminio forma solamente una serie de sales que provienen del óxido,Al2O3 Cromo (Cr) El cromo es un metal blanco, cristalino, es poco dúctil y maleable. El metal es soluble en ácido clorhídrico produciendo un cloruro cromoso, CrCl2, azul en ausencia de aire, pues si no se forma el cloruro crómico, CrCl3, se desprende hidrógeno. El Acido sulfúrico diluido reacciona en forma similar formando sulfato cromoso, CrSO4, en ausencia de aire y sulfato crómico, Cr2(SO4)3, en presencia del aire. El ácido sulfúrico concentrado y el nítrico concentrado o diluido motivan la pasividad del metal.

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GRUPO DEL ZINC (grupo IIIB) Cobalto (Co) El cobalto es un metal magnético de color gris acerado. Se disuelve lentamente en ácido sulfúrico o clorhídrico diluido en caliente, y más rápidamente en ácido nítrico, formando compuestos cobaltosos que provienen del óxido de cobaltoso, CoO. Existen otros dos óxidos: el óxido cobáltico, Co2O3 , del que derivan los compuestos cobálticos, extremadamente inestables, y el óxido cobaltoso. Todos los óxidos de cobalto se disuelven en ácidos formando sales cobaltosas. Co2O3 + 6HCl 2CoCl2 + Cl2 + 3H2O Co3O4 + 8HCl 3CoCl2 + Cl2 + 4H2O

Niquel (Ni) El níquel es un metal duro, blanco plateado, es dúctil, maleable y muy tenaz. Los ácidos clorhídrico o sulfúrico diluidos o concentrados lo atacan lentamente, el ácido nítrico diluido lo disuelve fácilmente, pero si es concentrado motiva su pasividad. Solamente se conoce una serie de sales estables, las niquelosas provenientes del óxido niqueloso o verde, NiO. Existe un óxido niquélico negro pardusco, Ni 2O3 , pero este se disuelve en ácidos formando compuestos niquelosos. Ni 2O3 + 6HCl 2NiCl2 + 3H2 O + Cl2

Manganeso (Mn) El manganeso es un metal grisáceo de apariencia similar al hierro fundido. Reacciona con el agua caliente dando hidróxido de manganoso e hidrógeno. Los ácidos minerales diluidos y también el ácido acético lo disuelven produciendo sales de manganeso e hidrógeno. Con ácido sulfúrico concentrado caliente se desprende dióxido de azufre.

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Se conocen 6 óxidos de manganeso: MnO, Mn2O3 , Mn3 O4, MnO2, MnO3 y MnO7. Todos los óxidos se disuelven en ácido clorhídrico caliente y en ácido sulfúrico concentrado, en caliente formando sales manganosas, los óxidos superiores se reducen con desprendimiento de cloro y oxígeno, según el caso. Mn + 2HCl MnCl2 + Mn MnO2 + 4HCl MnCl2 + Cl2 + 2H2O Mn2 O2 + 8HCl 3MnCl2 + Cl2 + 4H2O 2 MnO3 + 4H2SO4 4MnSO4 + O2 + 4H2O 2 Mn3O4 + 6H2SO4 6MnSO4 + O2 + 4H2O 2 MnO2 + 2H2SO4 2MnSO4 + O2 + 2H2O

Zinc (Zn) El zinc es un metal azulado, es medianamente maleable y dúctil a 110°−150°. El puro se disuelve muy lentamente en ácidos, la reacción se acelera por la presencia de impurezas, o contacto con platino o cobre, producidos por el agregado de algunas gotas de soluciones de las sales de estos minerales. Esto explica por qué el zinc comercial, se disuelve fácilmente

en

ácidos

clorhídricos

y

sulfúricos

diluidos

con

desprendimiento de hidrógeno. Se disuelve en nítrico muy diluido, pero sin desprendimiento gaseoso, aumentando la concentración del ácido se desprende óxido nitroso u óxido nítrico, lo que depende de la concentración, el ácido nítrico concentrado tiene muy poca acción debido a la escasa solubilidad del nitrato de zinc. El zinc se disuelve también en soluciones de hidróxidos alcalinos con desprendimiento de hidrógeno y formación de zincatos. Zn + H2SO4 ZnSO4 +H2 4Zn + 10HNO3 4Zn(NO3)2 + NH4 NO3 + 3H2 O

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4Zn + 10HNO3 4Zn(NO3)2 + N2O + 5H2O 3Zn + 8HNO3 3 Zn (NO3)2 + 2NO + 4H2O Zn + 2H2SO4 ZnSO4 + SO2 + 2H2O Zn + 2NaOH Na2 ZnO2 + H2 Se conoce solamente una serie de sales que provienen del óxido ZnO.

4.- Desarrollo Experimental 4.1 Materiales o Tubos de ensayo o Vaso de precipitado o Centrifugadora o Pipetas o Gradilla o Espátula o Peseta o Hornilla o Pinza de madera o Goteros o Pro-pipeta. o Papel tornasol 4.2 Reactivos H20 destilada Cloruro de amonio NH4Cl 4M Hidróxido de amonio NH4 OH 4M Acido acético Acido acético 6M Acido clorhídrico HCl(c) Acido nítrico concentrado HNO3(c) Acido nítrico concentrado HNO3 7 M

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Peróxido de sodio Na2O2 Acido nítrico diluido HNO3(d) Amoniaco concentrado NH3(c) Cloruro de bario BaCl2 1M Cianuro férrico Fe(CN)64Aluminón Tiosionato de amonio NH4SCN 1M Tiosionato de amonio NH4SCN(c) Hidróxido de sodio 2M Dimetilglioxima Nitrato de plata AgNO3 0.1M K4Fe(CN)6 0.1M Na2S2O8

5. Procedimiento

Parte de la solución que reservo para el análisis de las divisiones 3º y 5º, pasar la solución a un tubo de hemolisis, Agregar 2 gotas de NH4Cl 4M o NH4 OH, gota a gota, hasta alcalinidad. Agregar Na2S hasta una precipitación completa, centrifugar y pasar el líquido a un tubo de hemolisis.

Solución: divisiones 4º y 5º

Precipitado: 3ºdivision Cr(OH)3,Al(OH)3, FeS, ZnS, CoS, NiS,

Desechar la solución

MnS.

Lávelo con 6 gotas de H2O, a la cual se le hay agregado 1 gota de NH4Cl 4 M. Deseche los líquidos de lavado. Disuelva el precipitado de la tercera división añadiendo 4-5 gotas de HCl(c). Caliente en baño maría durante 1 minuto y si no disuelve añadir 1 gota de HNO3(c). Continuar el calentamiento hasta lograr una disolución completa.

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Enfrié y diluya con 0.5 ml de H2O. Agregue Na2O2 hasta pH =10. Precipitado: Fe(OH)3 , Co(OH)2 ,

Solución: CrO42-, AlO2-, ZnO2-, con

Ni(OH)2, MnO2

exeso de NaOH.

Lave con tres gotas de agua y

Acidifique con HNO3(d) y luego

deseche el líquido del lavado.

alcalinice fuertemente con NH3(c).

Agregar 5 gotas de HNO3(c) y caliente.

Centrifugue y pase la solución a un

Enfrié y agregue HNO3(c), gota a gota

tubo de hemolisis.

hasta lograr un pH =8-9. Caliente medio minuto en baño maría y centrifugar. Precipitado:

Solución:

Precipitado:

Solución: CrO42-,

Fe(OH)3 , MnO2.

Co(NH3)62+ ,

Al(OH)3.

Zn(NH3)42+.

Lave 2 veces con

Si la solución es

Ni(NH3)62+. Lavar con 3 gotas de agua, deseche

Identifique Co2+

3 gotas de agua.

amarilla precipite

el liquido de

con la reacción

Disuelva el

el CrO42- con una

lavado. Disuelva

Nº2 para Co2+, y

precipitado con

solución de BaCl2

en la menor

Ni mediante la

AcH 6M, agregue

1 M en medio

cantidad posible

reacción Nº2 para

1 ml de agua y

neutralizado con

de HNO3 7 M,

Ni2+.

reconozca el Al3+

AcH 6 M y

con aluminon.

sepárelo.

calentando si fuera necesario.

A la solución

Agregue 0.5 ml

incolora agregue

de agua e

dos gotas de AcH

identifique sobre

6M y reconozca

3 gotas en cada

Zn2+ con Fe(CN)64-

caso:

.

Mn según la reacción Nº2 para Mn2+ y Fe según la reacción Nº2 para Fe3+.

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6. Observaciones Los colores de los cationes en su estado fundamental son: MnCl2(S)

→

Café claro →

Cr2 (SO4)3(S)

Verde oscuro

NiCl2 (S)

→

Verde lechuga

CoCl2(S)

→

Celeste

FeCl3

(S)

→

Amarillo fosforescente

OBSERVACIONES

La muestra es de color verde oscuro (predomina el cromo, un poco de hierro), se agrego 7 gotas de NH4OH, se lo llevo hasta alcalinidad (se verifico con el papel tornasol), la muestra se torno de color café bajo. Luego al agregar 1 gota de Na2S la solución cambio a un color oscuro (negro), luego agregando 1 gota mas de Na2S se volvió de color negro. Luego se centrifugo y se separo en 2 tubos de ensayos. Precipitado: 3ra división: Cr(OH)3 , Al(OH)3, FeS, ZnS, CoS, NiS, MnS Solución: Divisiones 4ta y 5ta.

Se procedio a lavar con 6 gotas de agua y 2 gotas

Se desecho el liquido.

de NH4Cl 4M Luego se centrifugo y se separo la solución (liquido de lavado se desecho) y un precipitado.

Se disolvió el precipitado añadiendo 5 gotas de HCl(c). Posteriormente se llevo a un baño maría durante 1 minuto aproximadamente. Al ver que el precipitado no se disolvió completamente se agrego 1 gota de HNO3

(c )

concentrado, las solución se torno amarillo y se continuo calentando

durante unos segundo mas donde se disolvió por completo, se lo saco y se lo enfrío (diluyo) con 0,5 ml de agua (la solución es de color amarillo clarito). Luego se agrego 9 perlas Na2O2(S) hasta llevar a un pH 10 donde la cambio a un color café oscuro. Después se procedió a centrifugar la solución.

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Precipitado: Fe(OH)3, Co(OH)2, Ni(OH)2, Solución: CrO42-, AlO21-, AnO21-, con exc. De MnO2-

NaOH

El precipitado se lavo con 4 gotas de agua destilada, se centrifugo y se formo una A la solución se agrego 5 gotas de HNO3 (d) y se solución

(color

amarillo

bajito)

y

un alcalinizo con NH3(c ) donde vemos que la solución

precipitado ( color negro), se descarto el se torna amarilla con un precipitado café en el fondo liquido del lavado. Después gotas de HNO3

(c )

ocurre

reacción

una

se agrego 5 del

tubo.

(bajo campana) , donde Cuando se llevo a centrifugar pudimos percibir que exotérmica,

el la solución desprendía un olor desagradable debido

precipitado empieza a burbujear y se desprendimiento

del

dióxido

de

nitrógeno.

empieza a tornar de color café. Se enfrío la Una vez centrifugado la solución, se procedió a solución y se agrego NH3(c

),

gota a gota dividir en dos fases una solución de color amarillo

hasta un pH 8 a 9 (la solución toma un pálido y un precipitado de color café (mínima color café). Después se llevo a un baño cantidad). maría durante 45 segundos, se enfrío y se lo llevo a centrifugar. Precipitado:

Solucion;

Precipitado :

Solucion: CrO42-,

Fe(OH)3, MnO2

Co(NH3)62+,

Al(OH)3

Zn(NH3)42+

Se lavo el

Ni(NH3)62+ Se lavo al

A la solución amarilla se

precipitado con 6

agrego BaCl2 1M y AcH 6M

precipitado con 3 gotas de agua, se

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Se identifico la



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centrifugo donde se

presencia de Co2+

gotas de agua

observándose una solución

obtuvo una solucion

con NH4SCN (c)

(desechando el

de color blanco lechoso, el

café bajito ( se lo

(tomo un color azul

liquido del lavado),

mismo fue centrifugado y se

desecho) y un

oscuro).

posteriormente se

presento una solución

precipitado café, al

Y se identifico Niquel disolvió el

cristalina con un precipitado

cual se agrego 6

con 1 gota de

blanco en la base de tubo.

gotas de HNO3 7M (

aluminon (la solución 6M (solución de

Se procedió a trabajar solo

adquirio un color

se torno de color rojo color amarrillo).

con la solución cristalina,

café oscuro). Se

intenso).

precipitado con AcH

Después de agregar agregando a este 2 gotas de

observo que el

1 ml de agua se

AcH 6M y 5 gotas de

precipitado no se

procedió a la

Fe(CN)64-, observándose que

disolvio por

identificación de Al3+, la solución se torno de color

completo, entonces

agregando 2 gotas

amarillo bajo, demostrando

se calento en baño

de aluminon,

asi la presencia de Zn2+ en la

maria y se agrego 3

logrando así

muestra.

gotas mas de HNO3

observar una

7M. Luego se enfrio

solución de color

y agrego 3 gotas de

guindo.

agua. Despues se separo en dos tubos de ensayo (A-B). En el tubo A se identifico Mn con S2O82El tubo B se identifico Fe con 3 gotas de NH4SCN 1M.

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7. Conclusiones Se realizo la separación e identificación de cada uno de los cationes presentes en la 3ra división de cationes donde se obtuvo los siguientes resultados de identificaciones de los cationes siguientes: o Al3+ →Guindo. o Fe3+→ Blanco o Fe2+ →Rojo intenso o Ni 2+ →Verde claro o Mn2+ →Blanco o Co2+ →Azul oscuro o Zn2+→Blanco gelatinoso

Durante la práctica se presentaron las siguientes reacciones: Al3+ + Aluminón → rojo (formación de lacas) Fe3+ + NaOH → Fe (OH)3 + Na+

blanco

Fe2+ + NH4SNC → Fe (SNC)2 + NH4+ rojo sangre Ni 2+ + NaOH → Ni (OH)2 + Na+

verde claro

Mn2+ + NH4OH → Mn (OH)2 + NH4+ blanco Co2+ + NH4SNC → Co (SNC)42-

azul oscuro

Zn2+ + K4Fe (CN)6 → Zn (Fe (CN)6)

blanco gelatinoso

Cabe mencionar que no se logro identificar la presencia de Co 2+ en la muestra, esto debido a que la coloración obtenida en la práctica no fue la correcta.

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8.- Cuestionario 1.- Escriba las ecuaciones balanceadas de todas las separaciones realizadas Al3+ + Aluminón → rojo (formación de lacas) Fe3+ + NaOH → Fe (OH)3 + Na+

blanco

Fe2+ + NH4SNC → Fe (SNC)2 + NH4+ rojo sangre Ni 2+ + NaOH → Ni (OH)2 + Na+

verde claro

Mn2+ + NH4OH → Mn (OH)2 + NH4+ blanco Co2+ + NH4SNC → Co (SNC)42-

azul oscuro

Zn2+ + K4Fe (CN)6 → Zn (Fe (CN)6)

blanco gelatinoso

2. ¿Por qué se precipita la tercera división de cationes en medio NH4+/NH3? La solución que contiene los cationes de la tercera división es alcalinizada con una mezcla de NH3 y NH4Cl hasta pH ≈ 9 precipitando los hidróxidos de los cationes: Fe(OH)3 (rojo), Al(OH)3 (blanco), Cr(OH)3 (verde) ya que se alcalinizan con NH4OH en presencia de NH4Cl. 3. Menciones para cada elemento de la tercera división de cationes un reactive que sea adecuado para identificar trazas y uno que convenga cuando ese elemento esté presente en altas concentraciones

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4. Escriba los productos que se forman con los iones de esta división cuando se regula el medio para precipitar la 3ra división, indicando características.

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