EJERCICIOS RESUELTOS DE ANALISIS QUIMICO INSTRUMENTAL Referencia: Examen de TAQ.IV-Sep2017 1. a) Represente la celda adjunta en forma esquemática y calcule la fem respectivos, utilizando la tabla de potenciales redóx. b) Calcule la fuerza electromotriz de la pila adjunta y escriba las semirreacciones e indique la dirección del flujo de electrones: Pt / Fe+2 (a = 0.05), Fe +3 (a = 0.19) // Cl -1 (a = 1) / AgCl, Ag SOLUCION: Potencial estándar (Ꜫ°) de electrodo en disolución acuosa a 25 °C (de tablas): Ag + e− Fe+ e−
→ Ag ← → Fe+ ←
ε = 0.80 0.80 volt voltios ios ε = 0.77 0.77 volt voltios ios
Entonces para el caso de nuestro enunciado: Ag + Ag Fe+ Fe+
Se reduce porque tiene mayor potencial Se oxida porque tiene menor potencial; por lo tanto se invierte la semirreaccion y cambia cambia de signo signo el
VOLTÍMETRO
ÁNODO
CÁTODO
Puente salino
Pt°
Ag° Fe+3 (0.19 M)
Ag+1 (1.0 M)
Fe+2 (0.05 M)
Grafico 1.1: Esquema de la celda. •
Calculo del Potencial estándar (Ꜫ°) de las semirreacciones: → Ag ← → Fe+ (0.05M) Fe+ (0.1 (0.19M 9M)) e− ←
Por lo tanto, la reacción química de oxido-reducción de la pila queda de la siguiente forma:
Ag + (1.0M) Fe+ (0.05M)
•
→ Ag Fe+ (0.19M) ←
ε = 0.03 voltios
Calculamos la fuerza electromotriz (fem ó Ꜫ) de la pila, utilizando la ecuación de Nernst:
=
ε = 0.03 v
ε = 0.03 v
ε = 0.03 v
ε = 0.03 v
ε = 0.03 v
0.0592 v 1
0.0592 v 1
0.0592 v 1
0.0592 v 1 0.0592 v 1
ε = 0.03 v 0.0343 v
ε = 0.0043 v
ε = 4.3 mv
∗ log
∗ log
∗ log
.
[Fe+ ] [Ag + ][Fe+ ]
(0.19) (1.0)(0.05)
(0.19) (0.05)
∗ log(3.8)
∗ 0.5798
∗
2. 20 ml de una solución de NaOH se mezclaron con 1 ml de solución de NH 4OH, de esta mezcla se tomó una alícuota de 5 ml, se tituló con HCl 0.104 N obteniéndose los siguientes datos: ml
0.0
1.0
2.2
2.5
2.7
2.9
pH
11.4
10.90
10.71
10.56
10.48
10.39
10.29
10.16
10.01
9.88
9.77
ml
7.5
7.7
7.9
8.1
8.3
8.5
8.7
8.9
9.1
9.3
9.5
pH
8.35
8.25
8.10
7.95
7.67
5.50
3.75
3.47
3.25
3.13
3.02
3.1
3.3
3.5
3.7
3.9
4.5
5.5
6.5
7.0
9.44
9.09
8.75
8.59
10.0
11.0
12.0
13.0
2.89
2.63
2.52
2.44
a) Calcular las normalidades de las soluciones originales de NaOH e NH 4OH. b) Calcular el porcentaje de NaOH y NH 4OH si la densidad de la mezcla es 1.056 g/cc. SOLUCION: Grafico 2.1: Curva de valoración de la mezcla alcalina (NaOH, NH4OH) con el HCl 0.104N.
a) Calcular las normalidades de las soluciones originales de NaOH e NH 4OH.
•
Calculamos la Normalidad del NaOH ( ) en la solución original: # = #
=
Datos: -
: Volumen de la solución titulada (mezcla alcalina): 5.0 ml
-
: Normalidad del HCl: 0.104 N
-
: Volumen de gasto del titulante HCl: 3.5 ml ( del grafico 2.1)
-
: Concentración Normal del NaOH en la mezcla alcalina.
N ∗ 5.0 ml = 0.104 N ∗ 3.5 ml
N =
N =
0.104 N ∗ 3.5 ml 5.0 ml 0.364 N 5.0
N = 0.0728 N, es la concentración en los 21 ml de mezcla alcalina.
Por lo tanto, la concentración de NaOH en la solución original (20.0 ml) será: = N ∗ 20.0 ml = 0.0728 N ∗ 21 ml
N =
N =
0.0728 N ∗ 21 ml 20.0 ml 1.529 N 20.0
N = 0.076 N
∴ N = 0.076 N, es la concentración en la solución original.
•
Calculamos la Normalidad del NH 4OH () en la solución original: # = #
=
Datos: -
: Volumen de la solución titulada (mezcla alcalina): 5.0 ml
-
: Normalidad del HCl: 0.104 N
-
: Volumen de gasto del titulante HCl: 8.5 - 3.5 = 5.0 ml (del grafico 2.1)
-
: Concentración Normal del NH4OH en la mezcla alcalina.
N ∗ 5.0 ml = 0.104 N ∗ 5.0 ml
N =
N =
0.104 N ∗ 5.0 ml 5.0 ml 0.520 N 5.0
N = 0.104 N, es la concentración en los 21 ml de mezcla alcalina.
Por lo tanto, la concentración de NH 4OH en la solución original (1.0 ml) será: = N ∗ 1.0 ml = 0.104 N ∗ 21 ml
N =
N =
0.104 N ∗ 21 ml 1.0 ml 2.184 N 1.0
N = 2.184 N
∴ N = 2.184 N, es la concentración en la solución original
b) Calcular el porcentaje de NaOH y NH 4OH si la densidad de la mezcla es 1.056 g/cc. Sabemos que: % =
=
∗ 100
(1)
∗ ∗ 1000
̅ ∗
() =
() ()
(2)
(3)
Igualando el término “W X” (1) en (2):
% ∗ 100
=
̅ ∗ ∗ ∗ 1000
Despejando el término “%X”:
% =
̅ ∗ 100 ∗ ∗ ∗ 1 0 0 0 ∗
% =
̅ ∗ ∗ ∗ 10 ∗
(4)
(3) en (4):
% =
̅ ∗ ∗ ∗ 10 ∗ ∗
% =
̅ ∗ ∗ ∗
(5)
•
Calculamos el porcentaje de NaOH en la mezcla alcalina cuya densidad es 1.056 g/ml.
% =
% =
% =
̅ ∗ ∗ 1 0 ∗
0.0728 eq/L ∗ 40.00 g/mol 1 ∗ 10 ∗ 1.056 g/ml
2.912 10.56
%
% = 0.28 %, es el porcentaje en peso de NaOH en la mezcla alcalina.
•
Calculamos el porcentaje de NH4OH en la mezcla alcalina cuya densidad es 1.056 g/ml.
% =
% =
% =
̅ ∗ ∗ 10 ∗
0.104 eq/L ∗ 35.046 g/mol 1 ∗ 10 ∗ 1.056 g/ml
3.645 10.56
%
% = 0.35 %, es el porcentaje en peso de NH OH en la mezcla alcalina.
3. Los siguientes datos se obtuvieron en la valoración potenciométrica de 50.00 ml de Fe (II) de concentración desconocida con Ce (IV) 0.100 N. Represente la curva de valoración, calcule y represente la diferencial primera, la diferencial segunda y la concentración de la disolución de Fe (II). Ce (IV)
1.0
10.0
25.0
49.0
49.5
49.6
49.7
49.8
49.9
E (mv)
411
488
524
624
641
647
655
666
683
Ce (IV)
50.0
50.1
50.2
50.3
50.4
50.5
51.0
52.0
55.0
E (mv)
944
1204
1221
1233
1240
1245
1264
1280
1307
SOLUCION: Grafico 3.1: Curva de valoración de Fe +2 con el Ce+4 0.100N.
Se observa que el gasto de titulante Ce +4 es 49.95 ml.
•
Cálculos de la Primera y Segunda diferencial Para el desarrollo de este ítem utilizaremos las siguientes ecuaciones matemáticas de cálculo para el cambio de potencial por unidad de volumen de valorante:
:
∆/∆ =
:
∆(∆/∆)/∆ =
( ∆/∆) ( ∆/∆)
Cuadro de resultados calculados para la primera y segunda diferencial: V, ml
Ꜫ,
mv
ΔꜪ/ΔV
Δ(ΔꜪ/ΔV)/ΔV
1.0
411
8.6
-0.68
10.0
488
2.4
0.12
25.0
524
4.2
1.24
49.0
624
34.0
52.00
49.5
641
60.0
200.00
49.6
647
80.0
300.00
49.7
655
110.0
600.00
49.8
666
170.0
24400.00
49.9
683
2610.0
-100.00
50.0
944
2600.0
-24300.00
50.1
1204
170.0
-500.00
50.2
1221
120.0
-500.00
50.3
1233
70.0
-200.00
50.4
1240
50.0
-120.00
50.5
1245
38.0
-44.00
51.0
1264
16.0
-7.00
52.0
1280
9.0
4.92
55.0
1307
23.8
0.43
Grafico 3.2: Curva de la primera diferencial “ΔꜪ/ΔV” de la titulación potenciométrica de Fe+2 con el Ce+4 0.100N.
Se observa que el gasto de titulante Ce +4 es 49.95 ml.
Grafico 3.3: Curva de la segund a diferencial “Δ(ΔꜪ/ΔV)/ΔV” de la titulación potenciométrica de Fe+2 con el Ce +4 0.100N.
Se observa que el gasto de titulante Ce +4 es 49.95 ml.
•
Calculamos la Normalidad del Fe +2 ( ) en la solución titulada: # = #
=
Datos: -
: Volumen de la solución titulada Fe +2: 50.00 ml
-
: Normalidad del titulante Ce+4: 0.100 N
-
: Volumen de gasto del titulante Ce +4: 49.95 ml
N ∗ 50.00 ml = 0.100 N ∗ 49.95 ml
N =
N =
0.100 N ∗ 49.95 ml 50.0 ml 49.95 N 50.0
N = 0.9999 N ≅ 0.1N, es la concentración de Fe+en los 50.00 ml de solucion.
