Análisis Del Grupo II de Cationes

Laboratorio de Análisis Químico

Análisis del grupo II de cationes

ANÁLISIS DEL GRUPO II DE CATIONES

OBJETIVO Separación e identificación de cationes del segundo grupo, basándonos en las diferentes solubilidades de los cationes frente a distintas condiciones y reactivos. FUNDAMENTO TEÓRICO Los cationes del segundo grupo se dividen tradicionalmente en dos subgrupos: el subgrupo II A (del cobre) y el subgrupo II B (del arsénico). La base de esta división es la solubilidad de los precipitados de sulfuros en polisulfuros de amonio. Mientras que los sulfuros del subgrupo del cobre son insolubles en este reactivo, los sulfuros del subgrupo del arsénico se disuelven por la formación de Tiosales. El subgrupo del cobre está conformado por: 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 los otros iones del grupo I, este precipitado es bastante incompleto debido a la solubilidad relativamente alta del cloruro de plomo(II). Por lo tanto, en el curso del análisis todavía habrá presente iones plomo cuando se trate de precipitar el segundo grupo de cationes. Los cloruros, nitratos y sulfatos de los cationes del subgrupo del cobre son bastante solubles en agua. Los sulfuros, hidróxidos y carbonatos son insolubles. Algunos de los cationes del de este subgrupo tienden a formar complejos.

Universidad Nacional de Ingeniería



El subgrupo del arsénico consiste en los iones de Arsénico (III), Antimonio (III), Estaño (II) y Estaño (IV). Estos iones tienen carácter anfótero: sus óxidos forman sales con ambos, ácidos y bases. Entonces el óxido de arsénico (III) se puede disolver en ácido clorhídrico (6M) formando cationes de arsénico (III) La disolución de sulfuros en polisulfuro de amonio puede ser considerada como la formación de Tiosales a partir de Tioácidos Anhidros. Entonces la disolución de sulfuro de arsénico (III) en sulfuro de amonio conduce a la formación de iones de amonio y tioarsenito. Todos los sulfuros de subgrupo de arsénico se disuelven en sulfuro de amonio (incoloro) excepto el sulfuro de estaño (II); para disolverlo se necesita de polisulfuro de amonio.

PARTE EXPERIMENTAL




Materiales 

8 tubos de ensayo



embudo



pinza metálica



papel de filtro



papel tornasol



agua destilada



solución (contiene cationes del grupo II)



bagueta

Reactivos  Sulfuro de Sodio

Na2S

 Polisulfuro de Amonio

(NH4)2Sx

 Hidróxido de AmonioNH4OH  Ácido Clorhídrico

HCl

 Cianuro de Potasio

KCN

 Ácido Nítrico

HNO3

 Ácido Sulfúrico

H2SO4

Procedimiento a)

Corregimos la acidez de la solución inicial que contiene todos los cationes del grupo II, agregando gota a gota NH4OH 15N hasta neutralizar la solución, luego añadimos HCl 6N en relación de 1 gota/ml de solución, para ello usamos papel tornasol como indicador

HCl




 Solución que contiene cationes del grupo II

b) Luego agregamos Na2S gota a gota hasta completar la precipitación, filtramos y desechamos la solución pasante.

Na2S

El precipitado de color marrón oscuro esta formado por los sulfuros de los cationes del sub-grupo IIA (HgS, PbS, Bi 2S3, CuS, CdS) y los del sub-grupo IIB (As 2S3, Sb2S3, Sb2S3, SnS, SnS2).




c) Transferimos el precipitado obtenido a un vaso con ayuda de unos (6-8) ml de solución de polisulfuro de amonio (NH4)2Sx, posteriormente llenamos el contenido del vaso a un tubo y sometemos este contenido a baño María por unos segundos y luego filtramos.

A través de la filtración anterior separamos sub-grupo IIA (precipitado) del subgrupo IIB (solución). El precipitado puede contener: HgS, PbS, Bi 2S3, CuS, CdS, S° y la solución puede contener las tiosales (NH4)3A5S4, (NH4)3SbS4 y (NH4)2 SnS3.

Trabajaremos primero con el precipitado: Universidad Nacional de Ingeniería



 Transferimos el precipitado obtenido a un vaso con ayuda de unos (6-8) ml de HNO3 6N, calentamos ligeramente hasta observar un cambio, enfriamos y luego filtramos.

El precipitado H SO obtenido esta compuesto de HgS y S°. 2



4

La solución filtrada puede contener: Pb(NO3)2, Bi(NO3)3, Cu(NO3)2, Cd(NO3)2, a esta solución le agregamos unas gotas de H2SO4 9N y calentamos la solución hasta observar el desprendimiento de abundantes humos blancos, luego enfriamos, diluimos ligeramente la solución y filtramos.




El precipitado blanco obtenido corresponde a PbSO4.  La solucion filtrada contiene Bi2(SO4)3, CuSO4, CdSO4; alcalinizamos la solucion con NH4OH 15N y observamos la formacion de un precipitado, luego filtramos.

NH4OH

El precipitado blanco corresponde a Bi(OH)3.




 La solución filtrada debe presentar una tonalidad azul debido a la presencia del catión Cu que se encuentra como Cu(NH 3)4SO4; añadimos gotas de KCN hasta decolorar la solución, luego agregamos gotas de Na2S hasta observar la formación de un precipitado. KCN

Na2S

El precipitado de color amarillo corresponde a CdS. Trabajamos ahora con la solución que contiene las tiosales:  Diluimos la solucion ligeramente, luego la acidificamos con gotas de HCl 6N, calentamos ligeramente, filtramos y desechamos la solucion pasante. HCl




El precipitado obtenido puede contener AsS5, Sb2S3, Sb2S5, SnS2 y S°  Traspasamos el precipitado con ayuda de unos ml de HCl 12N a un vaso, calentamos ligeramente y luego filtramos.

El precipitado resultante contiene As2S5.  La solución puede contener SbCl3 y SnCl4, diluimos la solución hasta que la concentración de HCl obtenido se aproxime a 2,4N.




Aplicamos: C1V1 = C2V2 6 x 1.7 = 2.4 x V2 V1 = 1.7ml

V2 = 4.25ml

C1 = 6N Añadimos a la solución 4.25ml de agua destilada.  Calentamos la solución y luego añadimos gotas de Na,S hasta observar la formación de un precipitado, filtramos.

Na2S

El precipitado corresponde a Sb2S5.  Volvemos a diluir la solución final hasta que la concentración de HCl se aproxime a 1.2N. Aplicamos:

C1V1 = C2V2

C1 = 2.4N

C2 = 1.2N

V1 = 6.2ml

2.4 x 6.2 = 1.2 x V2 V2 = 12.4ml




 Añadimos 12.4ml de agua destilada a la solución y luego gotas de Na2S hasta observar la formación de un precipitado. Na2S

CUESTIONARIO 1.Haga un diagrama esquemático indicando la separación e identificación de los cationes del 2do grupo.




SOLUCIÓN DILUIDA DE CATIONES IIdo GRUPO Neutralizar la solución con NH4OH

Agregar HCl, una gota/ml de solución Precipitación total con Na2S de subgrupos II-A y II-B Añadir (NH4)2SX, llevar a baño maría. Se forman: Precipitado: Agregar HNO3 Hervir. Se obtiene: Precipitado:

Color

negro de HgS y S0

Solución: Pb(NO3)2, Bi(NO3)2, Cu(NO3)2, Cd(NO3)2 Añadir H2SO4. Calentar: observar humos blancos Enfriar. Diluir solución. Filtrar

Precipitado:

Color

blanco de PbSO4

Solución: Bi2(SO4)3, CuSO4, CdSO4 Alcalinizar la solución con NH4OH. Se obtiene:

Precipitado:

Color

blanco de BiOH3

Solución: Color azul de Cu(NH3)4SO4 Alcalinizar la solución con NH4OH. Se obtiene: Solución: Color azul de Cu(NH3)4SO4

Solución: Conteniendo Tiosales Diluir solución y acidificar con HCl 6N, calentar, filtrar Precipitado: As2S5, Sb2S5, Sb2S3, SnS2 y S0 Añadir HCl 12N al precipitado, calentar, filtrar Solución:

Precipitado: As2S5

SbCl y SnCl

Diluir 3solución 4hasta la concentración HCl 2.4N Calentar. Añadir Na2S, observar precipitado. Filtrar Solución:

Precipitado: Sb2S5

SbCl3 y SnCl4 Diluir solución asta la concentración HCl 1.2N Añadir: Na2S Precipitado: SnS2

2.Escriba las ecuaciones de las reacciones.




Reacciones del PRECIPITADO con el Polisulfuro de Amonio (NH4)2 Sx Sn S

+

(NH4)2 S2



(NH4)2 SnS3

Sn S2

+

(NH4)2 S



(NH4)2 SnS3

As 2S3

+

2(NH4)2 S 2 + (NH4)2 S



2(NH4)3 AsS4

Sb 2S3

+ 2(NH4)2 S 2 + (NH4)2 S



2(NH4)3 SbS4

Reacciones del PbS CuS CdS Bi2S3

con HNO3

3PbS

+

8HNO3



3Pb(HNO3)2 + 2 NO + 4H2O + 3S0

3Cu S

+

8HNO3



3Cu (NO3)2

Bi 2S3 3Cd S

+

+

6HNO3 

8HNO3



+ 2 NO + 4H2O + 3S0

2Bi(NO3)3

3Cd (NO3)2

+

3H2S

+ 2 NO + 4H2O + 3S0

Reacciones del Pb(NO3)2 Cu(NO3)2 Cd(NO3)2 Bi(NO3)3

con H2SO4

Pb(NO3)2

+

H2SO4



Pb SO4 + 2 HNO3

Cu(NO3)2

+

H2SO4



Cu SO4 + 2 HNO3

Cd(NO3)2

+

H2SO4



Cd SO4 + 2 HNO3

2Bi(NO3)3

+ 3H2SO4



Bi 2( SO4 )3 + 6 HNO3

Reacciones del CuSO4 Bi2 (SO4)3 CdSO4

con NH4OH

Cu SO4

+ 4NH4OH



Cu(NH3)4 SO4 + 4H2O

Bi 2(SO4) (ac)

+ 6NH4OH



2Bi(OH)3 + 3(NH4)2SO4

Cd SO4

+ 4NH4OH



Cd(NH3)4 SO4 + 4H2O

Reacciones del Cu(NH3)4 SO4 Cd(NH3)4 SO4

con KCN




2Cu(NH3)4 SO4 + 10KCN + 8H2O 

2K3Cu(CN)4 + 2K2SO4 + (CN) 2 +

8NH4OH Cd(NH3)4 SO4 + 4KCN + 4H2O



K2Cd(CN)4 + K2SO4 + 4NH4OH

Reacción del K2Cd(CN)4 con Na2 S K2Cd(CN)4 + Na 2 S

Reacciones del (NH4)2 SnS3



CdS + 2KCN + 2NaCN

(NH4)3 AsS4 (NH4)3 SbS4

con HCl

2(NH4)3AsS4(ac) + 6HCl(ac)  3H2S(ac) + As2S5(S) + 6NH4Cl(ac) 2(NH4)3SbS4(ac)) + 6HCl(ac)  3H2S(ac) + Sb2S5(S) + (NH4)2SnS3(ac)

+ 2HCl(ac)  H2S(ac)

+ SnS2(S)

6NH4Cl(ac)

+ 2NH4Cl(ac)

Reacciones del Sb2S5 SnS2 con HCl (12N) Sb2S3(S)

+

6HCl(ac)



2SbCl3(ac)

+

3H2S

SnS2(S)

+

4HCl(ac)



SnCl4(ac)

+

2H2S

3.Las concentraciones de los ácidos comerciales: H2SO4(ac) y HCl(ac) son 18M y 12M respectivamente. ¿Indique como prepararía H2SO4(ac) 9N y HCl(ac) 1.2, que precaución se debe tener en la preparación de estas soluciones? Para el H2SO4 N   * M ,   2 , M=18

se desea preparar una solución 9N 9  2*M

M=4.5 Entonces nos damos cuenta q tenemos q disminuir la concentración de esta solución de H2SO4 agregando agua destilada. C(INICIAL)*V(ACIDO)=C(FINAL)*(V(ACIDO)+V(AGUA))




18*V(ACIDO)=4.5*(V(ACIDO)+V(AGUA)) 3V(ACIDO)=V(AGUA) Concluimos q para obtenerla concentración pedida hay que añadir agua destilada 3 veces el volumen de la solución inicial. Para el HCl N   * M ,   1 , M=12

se desea preparar una solución 1.2N 1.2  1 * M

M=1.2 Entonces nos damos cuenta q tenemos q disminuir la concentración de esta solución de HCl agregando agua destilada. C(INICIAL)*V(ACIDO)=C(FINAL)*(V(ACIDO)+V(AGUA)) 12*V(ACIDO)=1.2*(V(ACIDO)+V(AGUA)) 9V(ACIDO)=V(AGUA) Concluimos q para obtenerla concentración pedida hay que añadir agua destilada 9 veces el volumen de la solución inicial. 4.En la acidificación de las Thiosales se perciben olor característico ¿Qué sustancia la produce? Y ¿Qué características tiene? De la solución que contiene a las TIOSALES, podemos apreciar una coloración marrón anaranjada. Contiene (NH4)3AsS4 (NH4)2SbS4

(NH4)2SnS3. Agregamos HCl (6N) con la

finalidad de acidificar la solución. A continuación filtramos.

5.La solubilidad del AgNO2 222mg/dl.Calcule el Kps de esa sal en funcion de los coeficientes de actividad de esos iones.




AgNO2  Ag 1  ( NO2 ) 

X

-

-

-

X

X

X=222mg/dl = 0.014mol/l=0.014M C(ION PLATA)=0.014mol/l C(ION NITRITO)=0.014mol/l 





1 (0.014)(1) 2  (0.014)(1) 2  0.007 2

log f(ION PLATA)=1/2(+1)2(0.007)0.5=1.102 log f(ION NITRITO)=1/2(-1)2(0.007)0.5=1.102 Kps=(fAg*CAg)*(fNO2*CNO2) Kps=(1.102*0.014)*(1.102*0.014) Kps=2.380*10-4 6.Con los cálculos debidos, indique si se forma precipitado o no cuando se mezclan volúmenes iguales de soluciones de HCl(ac) y Pb(NO3)2, ambas soluciones son 0.09N.El precipitado podría ser PbCl2, cloruro de plomo. Kps=1.6*10-5(cte. De producto de solubilidad del PbCl2) Cuando se mezclan las soluciones indicadas, el volumen de la solución aumentara dos veces y la concentración de cada una de las sustancias se reducirá hasta 0.045 ó 4.5*10 -2 M. Evidentemente, así será también las concentraciones de iones Pb +2 y Cl- en el primer momento después de mezclar las soluciones. Como la solubilidad de PbCl 2 es bastante alta, las actividades de los iónes se diferencian mucho de las concentraciones. Por eso hay que calcular la fuerza iónica de la solución, hallar los coeficientes de actividad correspondientes a esta fuerza y sustituirlos en la expresión Ks

[Pb+2]= 4.5*10-2 ; μ=

[NO3-]=9*10-2 ; [Na+]=4.5*10-2 ;

[Cl-]= 4.5*10-2

1 [4.5*10-2 *4 + 9*10-2 *1 + 4.5*10-2 *1 + 4.5*10-2*1 ]= 0.18 2



logfi=-0.5Z2i

u

Análisis del grupo II de cationes u

μ<0.02 ;

logfi=-0.5Z2i 1  u 0.02<μ<0.2

Para el Pb+2 : 0.18 LogfPb+2=-0.5(2)2 1  0.18

=0.596

fPb+2=0.254

Para el Cl- :

LogfCl-=-0.5(1)

a

21

0.18 0.18

=0.149

fCl-=0.709

a

Kps= Pb+2 ( Cl-)2 =(4.5*10-2 *0.254)( 4.5*10-2*0.709)2=1.163*10-5 1.163*10-5 >1.6*10-5 (libro)

 SI HAY PRECIPITACIÓN




CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES  Notamos que para obtener una correcta precipitacion de los cationes del grupo II debemos trabajar en medio acido corregido.  Después de obtener la precipitación de los catines del grupo II debemos de filtrar inmediatamente la solución, de lo contrario precipitarian los iones de Zn2+.  Al no realizar correctamente la precipitación de los cationes del grupo II de la solución, después no obtendriamos los precipitados correctos.  Notamos que los sulfuros de antimonio se disuelven por calentamiento en HCl concentrado; mientras que los sulfuros de arsénico precipitan (Ejm. As2S5).  Notamos que después de agregar gotas de HCl a la solución que contiene NH 4OH ocurre una reacción exotérmica; esto debido a la neutralización.




BIBLIOGRAFÍA 

‘’Semi-microanálisis Químico Cualitativo’’

V.N. Alexeiev

Capítulo VI pag.487---495 

‘’Química Analítica Cualitativa’’

Arthur I. Vogel

Capítulo III pag.238---252 

‘’Analisis Cualitativo’’

Ray U. Brumblay

Capítulo IV pag.71---99


Análisis Del Grupo II de Cationes

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