UNIVERSIDAD NACIONAL NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA Y TEXTIL Departamento Académica de Ingeniería Química
INFORME Nº 04 LABORATORIO DE ANALISIS CUALITATIVOI QU 517
TITULO: MARCHA ANALÍTICA ANALÍTICA DE SEPARACION DE CATIONES CATIONES DEL SEGUNDO GRUPO- SUBGRUPO DEL ARSENICO Y SUBGRUPO DEL COBRE ALUMNOS:
Carranza Martinez Natalia Cristobal Yachas Alberto Aylas Espinoza Gian Carlo
Profesores responsables de la práctica:
Ing. Carlos Morales Comettant Ing. Jessica Nieto Juarez
Periodo Académico
: 2017-1
Fecha de Realización de práctica
: 17/04/17
Fecha de presentación del informe
: 24/04/17 LIMA- PERÚ
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MARCHA ANALITICA DE SEPARACION DE CATIONES DEL SEGUNDO GRUPO- SUBGRUPO DEL ARSENICO Y SUBGRUPO DEL COBRE
INDICE
I. II. III.
IV.
OBJETIVO GENERAL INTRODUCCION - FUNDAMENTO TEORICO PARTE EXPERIMENTAL a) Diagrama de procesos b) Observaciones c) Ecuaciones químicas d) Resultados y discusión de resultados e) Conclusiones f) Recomendaciones CUESTIONARIO
V.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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I.
MARCHA ANALITICA DE SEPARACION DE CATIONES DEL SEGUNDO GRUPO- SUBGRUPO DEL ARSENICO Y SUBGRUPO DEL COBRE
OBJETIVO GENERAL
II.
Identificar los cationes del segundo grupo (subgrupo de cobre) Interpretar la participación de los reactivos en la reacción y como estos ayudan a la aparición de los cationes, así como la formación de complejos. Aprender a usar y tener en cuenta las aplicaciones de conceptos y técnicas a la investigación de este grupo.
INTRODUCCION - FUNDAMENTO TEORICO Cuando se estudia las reacciones de los iones se debe experimentar técnicas experimentales, para los propósitos del análisis cualitativo .Los cationes se dividen en 5 grupos sobre la base de su comportamiento frente a ciertos reactivos .Mediante el uso de los llamados “reactivos de grupo”, podemos decidir sobre la presencia o la ausencia del grupo de cationes, y además separar esto para un examen más profundo. Los reactivos de grupo que se usan para la clasificación de los cationes más comunes son: el Hcl,H2S, (NH4)2S y el (NH4)2CO3. El gas sulfhídrico, empleado como precipitante se produce por la reacción de pirita (FeS) en Hcl diluido, en sulfhidrogeno. Se denomina cationes del segundo grupo, a todos aquellos elementos minerales que son precipitados, con H2S y no reaccionan con el ácido clorhídrico diluido. Los cationes del segundo grupo se dividen tradicionalmente en dos subgrupos: el subgrupo de cobre y el subgrupo de arsénico .La base de esta división es la solubilidad de los precipitados de sulfuro en poli su lfuros de amonio .Mientras que los sulfuros del subgrupo del cobre son insoluble en este reactivo, aquellos del subgrupo de arsénico se disuelven por la formación de tiosales. El subgrupo de cobre consiste de Hg,Pb ,Bi,Cu y Cd. Aunque la mayor parte de los iones plomo (II) son precipitados con ácido clorhídrico diluido junto con otros iones del grupo. Este precipitado es incompleto debido a la solubilidad alta del cloruro de plomo por lo tanto en el curso del análisis se encontrara iones plomo cuando se trate de precipitar el segundo grupo de cationes. Algunos cationes del subgrupo de cobre (Hg ,Cu,Cd) tienden a formar complejos (iones amonio ,cianuro,etc). El subgrupo de arsénico consiste en los iones arsénico (III, IV), antimonio (III, IV), estaño (II,IV) .Estos iones tienes carácter anfótero: sus sales formar sales con ambos ,ácidos y bases .Entonces ,el óx ido de arsénico(III) se puede disolver en ácido clorhídrico (6M) formando cationes de arsénico (III). 3
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III.
MARCHA ANALITICA DE SEPARACION DE CATIONES DEL SEGUNDO GRUPO- SUBGRUPO DEL ARSENICO Y SUBGRUPO DEL COBRE
PARTE EXPERIMENTAL
Experimento Nº1 (Marcha analítica de separación de los cationes del 2do grupo – subgrupo del arsénico) a) Observaciones
La solución problema se percibió a simple vista incoloro y sin presencia de precipitado, al agregar el peróxido de hidrogeno no se presenció cambio alguno. Al agregar el yoduro de amonio la solución presento un cambio de color, tomando un color anaranjado pálido (color guaraná). Al adicionar el tiocetamida (1M) la solución presento precipitado de color anaranjado intenso. Luego de la centrifugación y decantación, adicionamos ácido clorhídrico a la solución se percibió un cambio de color tornándose amarillo y formando un precipitado de color blanquecino aumentando el calor del tubo. Al evaporar al seco el tubo de ensayo presento rastros dispersados de color anaranjado intenso, también con la presencia del precipitado blanquecino. al empapar el tubo de ensayo con la solución y trozos pequeños de zinc y exponiéndolo al fuego presento una flama de color azulino intenso.
b) Ecuaciones químicas () () → () () − + () 2 () ↔ () 2()
() () → () 2() () () → () 2() () () → () 2() () () → () 2() () () → () 2() () ( ) () → ( ) () ( ) () 2() → () 2() () 2 () 3 () → () 6() 2 () 3 () ↔ () 6() 4
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MARCHA ANALITICA DE SEPARACION DE CATIONES DEL SEGUNDO GRUPO- SUBGRUPO DEL ARSENICO Y SUBGRUPO DEL COBRE
Reacción a complejo de los iones Sn, As y Sb con el polisulfuro de amonio
2 () 2( ) () → 2() () () 3( ) () → 2() () () 3() () → 2() ()
Precipitación de los iones Sn, As y Sb
2( ) () 6() → 6 () 2 () 2 () → 3 () () 2( )() 6() → 6 () 2() 2() → 3 () () 2( ) () 6() → 6 () 2 () () → () ()
Separación de los iones Sb y Sn del ion As mediante la formación de complejos solubles + + () 6() → 2() 3 () −
+ − () 6() → () + + () 4() → () 2 () −
+ − () 6() → ()
Verificación del ion Arsénico
− + − () 10() 8() → 2 () 10() 3() 10 () − + − 2 () () → () () − − − 2 () 2() → () 2 () − () 3+ → ()
Tratamiento de la primera porción 5
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MARCHA ANALITICA DE SEPARACION DE CATIONES DEL SEGUNDO GRUPO- SUBGRUPO DEL ARSENICO Y SUBGRUPO DEL COBRE −
+ − 2() 3() → 2() 3() 12() −
−
+ − () () → () () 2() −
−
() 2() → () () −
−
() () → 2() ()
c) Diagrama de flujo de proceso
Agregar H 2O2 (5 gotas). Calentar a baño maría y luego agregar NH4I (1 gota) y tioacetamida (12 gotas)
Calentando, centrifugando y decantando
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Precipitado (Pueden ser Hg, Pb, Cu, Cd, Bi, Sn,
Solución (cationes 3ro, 4to y
As y Sb)
5to grupo) - Desechar Agregar 16 gotas de (NH4)2Sx
Calentando, centrifugando y decantando
Precipitado (Cationes Hg, Pb, Cu, Cd y Bi) -
Desechar
Solución A (Subgrupo del
arsénico As Sb
Sn - Com le os
Agregar HCl hasta acidificación leve
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Precipitado (Cationes As, Sb y Sn)
Solución (Descartar)
Lavar con agua destilada 2 veces + Paso 1(Agregar 1ml HCl y calentar sin hervir 5 min) Centrifugando y repitiendo Paso 1
Solución A (Cationes Sb y Sn)
Precipitado
(Catión As)
Lavar + 10 gotas de HNO 3
Dividir en 3 porciones y
15M luego Paso II
verificar los cationes
(Evaporar al seco + 1ml de H20 + 4 gotas de
Verificar el color rojo parduzco del Ag3AsO4 sino repetir paso II
d) Conclusión
La solubilidad de los cationes especialmente del estaño, antimonio y arsénico depende de la formación de complejos con los sulfuros presentes en las soluciones y como vuelven a precipitar debido a la acción de los ácidos. 8
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El precipitado conteniendo los cationes (Hg, Pb, Cu, Cd, Bi, Sn, As y Sb) luego del calentamiento y la acidificación posee una coloración naranja pálida al adicionar el polisulfuro de amonio y centrifugar luego. La solución luego de la decantación de la conclusión anterior se le adiciona HCl tornándose de color amarillo pálido con formación de precipitado blanquecino y aumento del calor en la reacción es una reacción exotérmica. El precipitado As2S3 presenta coloración blanquecina con trazas de color naranja. la flama de color azulino intenso (Corroborando la presencia de Sn). El alambre se tornó negruzco denotando la presencia .
Experiencia N°2: Marcha Analítica para la separación de los cationes del segundo grupo – subgrupo del cobre. a) Diagrama de procesos
Fig.1 Presencia del Pb(II)
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Fig.2 Presencia del Bi(III)
Fig.3
Solución de Cu(NH3)42+ y Cd(NH3)42´+
fig.4
complejo de Cu2Fe(CN)6. 10
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Fig.5
fig.6
Solución de Cu(NH3)42+ y Cd(NH3)42+
Presencia del Cd(II)
b) Observaciones
La solución B muestra es de color turquesa. Al agregar 8 gotas de ácido sulfúrico H2SO4 (ac) 6M a la solución B, no se produce ningún cambio de color. Al evaporar hasta vapores blancos (de SO3, que es más consistente que el vapor de agua), es para alcanzar la concentración mayor de iones sulfatos, ya que el punto final de vapores blancos significa que el ácido sulfúrico se está descomponiendo según:
H2SO4 + calor = H2O + SO3
Al agregar 1 mL de agua, sólo queda como precipitado el sulfato de plomo. Al centrifugar, notamos mejor la presencia del precipitado blanco, procedemos a decantar la solución. Al lavar el precipitado de sulfato de plomo con agua conteniendo 2 gotas de ácido sulfúrico 6M es para que el precipitado no se disuelva, le agregamos 6 gotas de NH4CH3COO (ac)
3M, no se producen cambios, agregamos también una gota de CH3COOH (ac) 6M, la solución sigue incolora. 11
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Al agregar al precipitado de sulfato de plomo el acetato de amonio y el ácido acético, se logra la disolución de algo del precipitado, generándose iones plomo en solución. Luego se procedió a calentar y al agregar 2 gotas de K 2CrO4 (ac) 1M (en la guía indica K 2Cr 2O7 (ac) 1M), notamos que la solución se vuelve amarilla además de formación de precipitado amarillo, las soluciones acuosas de K 2CrO4 ó de K 2Cr 2O7, ellas aportan iones cromatos a la solución que contiene iones plomo, suficientes, para superar el Kps del cromato de plomo y por lo tanto precipita esta sustancia.
SOLUCI ÓN : Bi3+ , Cu2+ , Cd 2+
A la solución decantada le agregamos NH4OH (ac) 15M, ésta se volvió azul, además notamos el desprendimiento de calor y formación de precipitado color azul/celeste en suspensión. Al calentar el precipitado se volvió más claro, se procedió a centrifugar y decantar. Lavamos el precipitado decantado con 10 gotas de NH4OH 3M para que no se disuelva, observándose que el precipitado cambia a un color blanco. Para identificar al bismuto, se trata el hidróxido de bismuto con estannito de sodio Na2SnO2 (ac) al precipitado blanco,. Notamos la formación de un precipitado color negro. Luego, se procedió a dividir en dos porciones a la solución azul anteriormente decantada. Primera porción; agregamos gotas de CH3COOH (ac) hasta acides, comprobamos midiendo el ph, cambiando la solución a un color turquesa, luego se añadió 2 gotas de K 4Fe(CN)6 (ac) 0.2M, y se observó la formación de un precipitado de color marrón rojizo en suspensión. A la segunda porción, se debe poner a baño maria y luego adiocinar cristales de KCN, se observó que la solución pasó de color azul a ser incoloro, , se adicionó 8 gotas de tioacetamida (C2H5 NS(ac)) y se observó la formación de un precipitado de color amarillo en presencia del cadmio.
c) Ecuaciones químicas SOLUCI ÓN B : Pb2+, Bi3+, Cu2+, Cd2+ Pb2+(ac)+ SO42 – (ac) = PbSO4(s) H2SO4 + calor = H2O + SO3 . 12
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PbSO4(s) + 2CH3COO – (ac) = Pb(CH3COO)2(s) + SO42 – (ac) Pb(CH3COO)2(s) + H2O = Pb2+(ac) + CH3COO – (ac). K 2CrO4(s) + H2O = 2K +(ac) + CrO42 – (ac) K 2Cr 2O7(s) + H2O = 2K +(ac) + Cr 2O72 – (ac) 2CrO42 – + H3O+ = Cr 2O72 – + 2OH – + H2O CrO42 – (ac) + Pb2+(ac) = PbCrO4(s)
SOL UCI ÓN : Bi3+ , Cu2+ , Cd 2+ Bi3+(ac) + 3OH – = Bi(OH)3(s), sólido de color blanco. Cu2+(ac) + 3OH – = Cu(OH)2(s),este sólido reacciona inmediatamente con el NH3 así: Cu(OH)2(s) + 4NH3(ac) = Cu(NH3)42+(ac ) + 2OH – el ión complejo es azul profundo. Cd2+(ac) + 3OH – = Cd(OH)2(s),este sólido reacciona inmediatamente con el NH3 así: Cd(OH)2(s) + 4NH3(ac) = Cd(NH3)42+(ac ) + 2OH – el ión complejo es incoloro.
PRECIPITADO : Bi(OH)3 Sn2+ + 2OH – = Sn(OH)2(s) Sn(OH)2(s) + 2OH – = Sn(OH)42 – (ac) Sn(OH)42 – (ac) = SnO22 – (ac) + 2H2O La identificación del bismuto es: 2Bi(OH)3(s) + 3SnO22 – (ac) = 2Bi(s) + 3SnO32 – (ac) + 3H2O
La ecuación química de identificación del bismuto es: 2Bi(OH)3(s) + 3HSnO2 – (ac) + 3OH – = 2Bi(s) + 3SnO32 – (ac) + 6H2O
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SOLUCIÓN : Cu(NH3)42+, Cd(NH3)42+ 1ra.Porción Cu(NH3)42+ + 4CH3COOH = Cu2+ + 4NH4+ + 4CH3COO – 2Cu2+ + Fe(CN)64 – = Cu2Fe(CN)6(s) , éste producto es de color marrón o rojo, nos indica que ha sido identificado el cobre.
2da.Porción Cu(NH3)42+ + 4CN – + 2OH – = 2Cu(CN)32 – + CNO – + 8NH3 Tomando en cuenta la descomposición del complejo Cu(CN)32 – , Cu(CN)32 – = Cu+ + 3(CN) – ,
Cd(NH3)42+ + 4CN – = Cd(CN)42 – + 4 NH3 Tomando en cuenta la descomposición del complejo Cd(CN)42 – , Cd(CN)42 – = Cd2+ + 4(CN) – ,
d) Conclusiones
Analizando el precipitado Bi (OH)3 este es insoluble en bases, se obtuvo un color negro. De la solución de Cu(NH3)42+ y Cd(NH3)42+ separamos en dos porciones 1y 2. En la solución 1 se obtuvo un color rojo oscuro donde se concluye que es el complejo de Cu2Fe(CN)6. Y se confirma la presencia del Cu. En la solución 2 se demuestra la presencia del cadmio de un precipitado amarillo oscuro (crema). Se pudo comprobar con la teoría los colores de los cationes del subgrupo de cobre El precipitado del sulfato de plomo II PbSO4 fue amarillo ladrillo. La presencia de los cationes pueden estar en precipitado o en solución como complejo.
e) Recomendaciones
Lavar dos o tres veces el precipitado y ponerlo a centrifugar durante tres minu tos para obtener un precipitado libre de otros cationes en su composición. Armar el sistema del mechero al inicio de la experiencia para agilizar el análisis ya que se utiliza con frecuencia en toda la practica.
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IV.
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Emplear como seguridad personal guantes y masc arillas en la campana extractora ya que se utiliza reactivos nocivos como el amoniaco y los poli sulfuros .
CUESTIONARIO
SOLUCION I -100ml de agua destilada -180 g de sorbato de potasio (KC6H7O2) M=150 g/mol Luego se completa con 500 ml de agua destilada.
M1.v1=M.v2……….(1)
(180/150)X100=MX500 M=0.24M
SOLUCION 2 -2L de (HC6H7O2) 3M se toman 100 ml. -se diluye en una fiola de 500ml con agua destilada. Reemplazamos en (1) 3x100=M1X500
M1=0.6M
-SOLUCION 3 -Se mezcla 250 ml de la solución1 y 350 ml de la solución 2. KC6H7O2 HC6H7O2
0.24X250=M3X600 M3=0.1 n=60 mnol 0.6X350=M4X600
M4=0.35 n=210 mmol
600ml
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a) se halla pH
k+
KC6H7O2(ac) 0.1M
+ C6H7O2-(ac)
0.1M
0.1M
HC6H7O2(ac) + H20(l)
H30+(ac) + C6H7O2-(ac)
0.35M –X
X
x
PKa= 4.77 Ka=1.69x10-5
(0 . 1 )()
=
H3O+=5.95x10-5
(0.35 x)
pH=4.22
b) se halla el pH añadiendo un ácido clorhídrico (0.1M) 50 ml a la solución 3
KC6H7O2(ac) HC6H7O2(ac) + H20(l)
H30+(ac) + C6H7O2-(ac)
210 mmol
210 mmol 210 mmol
H+(ac) + C6H7O2-(ac) 5 mmol -5mmol
HC6H7O2(ac) + H20(l)
60 mmol -5mmol
5mmol
5mmol
C6H7O2-(ac) + H20(l)
HC6H7O2(ac) +OH-
55-x
x
=
x
( 210/650)( ) (55/650 x)
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Kb=5.91x10-10 X=(OH-)=1.54x10-10
pOH=9.81 Ph=14-9.81=4.19
c) se le añade hidróxido de potasio (1.3N) 500 ml
Habrían 650 mmol HC6H7O2(ac) +KOH-(ac) 210 mmol
KC6H7O2(ac) + H2o(l)
650 mmol
Se concluye que el reactivo en exceso seria el hidróxido de potasio y se consumiría por completo el ácido .no se podría determinar el Ph en la solución amortiguadora ya que se agregó en cantidades mayores la base. En la ecuación de Henderson –halsebach se llega a un absurdo.
2) Coloración a la llama de los metales
símbolo
As Ba
nombre Arsénico Bario
Ca Mn(II) Sb Sr Sn
Calcio Manganeso(II) Antimonio Estroncio Estaño
color Azul Verde amarillento: Rojo anaranjado Verde amarillento Verde pálido Rojo carmesí Azul violáceo
3) obtención de la fenolftaleína en el laboratorio
Fenolftaleína: (3, 3 – bis (p – hidroxifenil 1 – ftalida) (C6H4OH) 2C2O2C6H4 17
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La fenolftaleína más simple se obtiene por la interacción del anhídrido ftálico y el fenol y el producto obtenido es incoloro, al que se denomina fenolftaleína. La fenolftaleína y derivados están estructuralmente tan estrechamente relacionados con los colorantes del trifenilmetano ya que ambos tipos de compuestos pueden estudiarse conjuntamente.
VI.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Arthur I. Vogel (1974), Química Analítica Cualitativa, Buenos Aires, Ed. Kapelusz, Separación y Reconocimiento de los cationes del grupo del Cobre, págs. 162-165. Ray U. Brumblay (1995), Análisis Cualitativo, México, Ed. Continental, Subgrupos del Cobre y del Arsénico, págs. 72-73 y págs. 83-89. Marchas Analíticas Grupo Segundo de Cationes. http://www.ub.edu.ar/catedras/exactas/quimica/MAG2C.htm
Buscado
Ficha técnica de los reactivos. Buscado http://es.slideshare.net/SoniaCorpus/ficha-tecnica-de-los-reactivos
en:
en:
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