UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
Laboratorio de Química General II Práctica 4 Determinación de concentraciones y las diversas maneras de expresarlas Introducción Un análisis volumétrico es cualquier procedimiento basado en la medida del volumen de reactivo necesario para que reacción es con el analito. En una valoración se añaden al analito incrementos de la disolución del reactivo (el valorante) hasta que la reacción se completa. En punto de equivalencia es el punto en que la cantidad de valorante es exactamente la necesaria para que reacciones estequiometricamente con el analito. El punto de equivalencia es el resultado ideal) teórico que se busca en una valoración. Entre los métodos para determinar cuánto ha sido consumido están: 1. Detectar el cambio brusco del voltaje o de corriente entre un par de de electrodos. 2. Observar un cambio de de color del indicador. indicador. 3. Seguimiento de la absorción de luz. Un indicador es un compuesto con una propiedad física (normalmente el color), que cambia en las proximidades del punto de equivalencia. El cambio lo causa la desaparición del analito a la aparición del exceso del valorante. La concentración del valorante se conoce si fue preparada disolviendo una cantidad conocida. La concentración de una solución expresa la cantidad de soluto disuelta en una determinada cantidad de disolvente o de solución. Como a menudo las reacciones se llevan a cabo en solución, es importante entender los métodos métodos para expresar la concentración y saber comó comó se preparan las disoluciones de determinada concentración. La concentración de una solución se puede expresar en forma cualitativa o cuantitativa. 1
La dilución es el procedimiento que se sigue para preparar una dilución menos concentrada a partir de una más concentrada a partir de una más concentrada.
Métodos cualitativos para expresar la concentración:
Soluciones diluidas y concentradas:
Cuando decimos que una solución es diluida o concentrada expresamos, en forma relativa, la cantidad presente del soluto. Tanto 1 g de compuesto como 2 g de un compuesto en una solución forman soluciones diluidas si se compara con el mismo volumen de solución que contiene 20 g de sustancia. El término solución diluida, describe una solución que contiene una cantidad relativamente pequeña de soluto disuelto, una solución concentrada contiene cantidades relativamente grandes disueltas del soluto
Solución de porcentaje en masa
En este método el porcentaje en masa, la concentración de una solución se expresa como el porcentaje del soluto en determinada masa de solución, la concentración en porcentaje en masa suele usarse para solidos disueltos en líquidos. A medida que avanza el diseño de instrumentos en química también se incrementa nuestra capacidad para medir la concentración de soluciones diluidas. En lugar del porcentaje en masa, ahora se acostumb ra emplear partes por millón (ppm). En la actualidad los contaminantes del aire y del agua, los fármacos en el cuerpo humano y los residuos de plaguicidas se miden en partes por millón.
Concentración de una solución expresada en porcentaje masa / volumen (m/v)
En este método la concentración se expresa como gramos de soluto por 100 ml de solución. Con este sistema la solución de glucosa al 10% (m/v) también se puede preparar como dilución de 20 g a 200 ml, 50g a 500 ml *La dilución sólo se hace después de haber diluido el soluto.
Concentración de una solución expresada en porcentaje en volumen (v/v)
La concentración de soluciones que se preparan con dos líquidos suelen expresarse en términos de porcentaje en volumen del soluto. Es el volumen de un líquido en 100 ml de solución, los volúmenes no son necesariamente aditivos.
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El porcentaje en volumen se usa para expresar la concentración del alcohol en las bebidas. Por lo general los vinos contienen 12% de alcohol en volumen. Esto se traduce como 10 ml de alcohol en cada 100 ml de vino.
Molaridad
En la expresión de la concentración de soluciones en porcentaje en masa no se toma en cuenta, ni expresa la masa molar del soluto en la solución. Necesitamos un método para expresar las concentraciones que indique con claridad cuantos moles de soluto hay por cada unidad de volumen en solución, para este propósito se usa el método de expresión de la concentración conocida como molaridad. Una solución molar contiene 1 mol de soluto por litro de solución. La molaridad de una solución expresa el número de moles de soluto o disolvente por litro de solución.
Propiedades coligativas de las soluciones
Las propiedades coligativas sólo dependen del número de partículas de soluto en solución y no de la naturaleza de estas partículas. El abatimiento del punto de congelación, la elevación del punto de ebullición y la discriminación de la presión de vapor son propiedades coligativas de las soluciones. Las propiedades coligativas de una solución pueden expresarse en términos de presión de vapor. La presión de vapor de un líquido depende de la tendencia que tienen las moléculas a escapar de la superficie. Si en una solución es 10% de moléculas no volátiles y 90% de moléculas del disolvente. La muestra cuya concentración exacta que deceamos determinar no tiene propiedades acido base, no nos es posible realizar titulaciones agregando un. La muestra es capaz de oxidarse es posible determinar su concentración mediante una valoración con un oxidante fuerte, por lo que utilizaremos permanganato de potasio es muy reactivo utilizado para este fin tiene la ventaja de que sus soluciones poseen una coloración muy intensa, la forma que adopta al reducirse en medio ácido es incoloro está propiedad permite detectar el punto final de la reacción sin necesidad de agregar indicador.
Propiedades del KMnO 4
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Objetivo Determinar el porcentaje de Fe2+ en una sal ferrosa usando permanganato de potasio como titulante. Determinar la concentración de una disolución de peróxido de hidrógeno. Hipótesis para cada experimento
Cantidad de KMnO4
) ( ) ( ) (
Cantidad de KMnO4
) (
Cantidad de KMnO4
) ( ) ( ) ( ) ( Material
1 bureta de 50ml con pinzas 3 Matraces Matraces Erlenmeyer Mechero de manguera y tripié Toxicidad de reactivos
4
Permanganato de potasio potasio (KMnO4) 0 1 3
Riesgo especifico
OX
Oxalato de sodio o potasio
Ácido
Inflamabilidad Salud Inestabilidad reactividad
Inflamabilidad Salud Inestabilidad Inestabilid ad reactividad
0 3 1
Riesgo especifico
3
sulfúrico Inflamabilidad Salud Inestabilidad reactividad
0 3 2
Riesgo especifico
W
Agua Oxigenada (H2O2)
Sal
ferrosa
Inflamabilidad Salud Inestabilidad reactividad
0 3 1
Riesgo especifico
OX
Inflamabilidad Salud Inestabilidad Inestabilid ad reactividad Riesgo especifico
5
1 1 0 0
Balancear las siguientes reacciones por el método ión electrón: Entre el oxalato de sodio (Na 2C2O4) y el permanganato de potasio (KMnO 4) en presencia de ácido sulfúrico. 2+ Entre los iones Fe y MnO4 en medio ácido. Entre el (KMnO4) y el agua oxigenada en presencia de ácido sulfúrico.
Diagrama de flujo
Montar nuestro equipo para realizar la titulación titulación colocando una hoja blanca de papel en la base del soporte universal.
Valoración del
KMnO4
Pesar en una balanza analítica analítica 0.1 g de Na2C2O4
Calentar Agua destilada en un tripié metálico
La muestra se transfiere a un matraces Erlenmeyer previamente etiquetado
Tomar con una pipeta volumétrica 10 ml de agua destilada (casi hirviendo) y verterlo al matraz Erlenmeyer.
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*Es necesario utilizar agua caliente ya que nuestra reacción es muy lenta.
*Al principio, con cada gota de KMnO4 que cae, la solución de oxalato se torna rosa, pero el color desaparece rápidamente la agitación, el punto de equivalencia llega cuando el color permanece por unos 20 segundos.
Añadir 5 ml de H2SO4
Añadir 5 ml de H2SO4
Valorar con la solución de KMnO4contenida en la bureta agitando continuamente. continuamente.
Repetir el procedimiento procedimiento 3 veces
Montar nuestro equipo para realizar realizar la titulación titulación colocando una hoja blanca de papel en la base del soporte universal.
Valoración de una sal ferrosa (Fe 2+)
Pesar en una balanza 2+ analítica 0.1g de ( Fe )
La muestra se transfiere a un matraces Erlenmeyer reviam reviament entee eti uetado uetado
*El punto de equivalencia se alcanza cuando el punto de equivalencia adquiere una coloración rosa pálido que no desaparece con la agitación.
Medir 5 ml de H 2SO4 y transferirlo al matraz
Valorar con la solución de KMnO4contenida en la bureta agitando continuamente. continuamente.
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Repetir el procedimiento procedimiento 3 veces
Montar nuestro equipo para realizar la titulación titulación colocando una hoja blanca de papel en la base del soporte universal.
Valoración del H2O2
Tomar 10 ml de agua oxigenada con una i eta volum volumetr etric icaa
Las muestras se transfieren a un matraces Erlenmeyer reviam reviament entee eti uetado uetado
*La reacción se da por completo cuando la solución se torna rosa pálido y esta coloración se mantiene por aproximadamente 20 segundos.
Medir 10 ml de H 2SO4 y disolver la sal ferrosa
Valorar con la solución de KMnO4contenida en la bureta agitando continuamente. continuamente.
8
Repetir el procedimiento procedimiento 3 veces
Balanceo
Entre el ión oxalato y el ión permanganato en medio ácido.
C2O42- + MnO4- + H+ CO2 + Mn2++ H2O C2O42- 2 CO2 +2e5e- +8H+ + MnO4- Mn2+ + 4H2O
X5 X2
Reducción Oxidación
10 e- + 16 H+ + 2 MnO 4- 2 Mn2+ + 8 H2O 5 C2O42- 10 CO 2 + 10 e 5C2O42- + 2MnO4- + 16H+ 10CO2 + 2Mn2++ 8H2O
Ec. Iónica balanceada
5K2C2O4 + 2KMnO 4 + 8H2SO4 10CO2 + 2MnSO4+ K2SO4 + 8H2O Ec. Molecular balanceada
2+
-
Entre los iones Fe y MnO 4 en medio ácido
Fe2+ + MnO4- Fe3+ + Mn2+
9
X5 X1
Reducción Oxidación
Fe2+ Fe3+ + 1 e5e- +8H+ + MnO4- Mn2+ + 4H2O 5 Fe2+ 5 Fe3+ + 5e5 e- + 8H+ + MnO4- Mn2+ + 4H2O
Ec. Iónica balanceada 5 Fe2+ + 1 MnO 4- + 8H+ 5 Fe3+ + 1 Mn 2+ + 4 H2O Ec. Molecular 10 FeSO4 + 2 KMnO 4 + 8H2SO4 Fe2(SO4)3 + 2MnSO 4 + K2SO4+ 8 H2O balanceada Entre el permanganato de potasio con el agua oxigenada en presencia de ácido sulfúrico
KMnO4- + H2O2 + H2SO4 MnO4- + O2 + K2SO4- + H2O X2 8H+ + MnO 4- Mn2+ + 4 H2O + 2+ X5 5e +8H + MnO4 Mn + 4H2O 16 H+ + MnO 4- 2 Mn2+ + 8 H2O + 10e-
Reducción Oxidación
5 H2O2 10e- 5 O2 +10 H+ 6H+ + 2MnO4- + 5 H2O2 2 Mn2+ + 8 H2O + 5O 2
Ec. Iónica balanceada
2KMnO4- + 5 H2O2 + 3H2SO4 2 MnSO4- + 8 H2O +5 O2 + K2SO4
Ec. Molecular balanceada
Análisis de resultados Tabla 1. Valoración de KMnO 4
5 C2O4 - + 2 MnO 4
10
CO2 + 2 Mn
+
No. de muestra
Masa de oxalato(g)
Cantidad de Oxalato de sodio (mol)
Volumen de KMnO4 gastado (ml)
Cantidad de KMnO4 consumido (mol)
Molaridad de la solución de KMnO4
1
0.101
7.537x10 -4
15.7
3.14x10 -4
0.02
2
0.101
7.537x10 -4
15.7
3.14x10 -4
0.02
3
0.106
7.9104x10 -4
15.5
3.1x10 -4
0.02
Promedio=
Cálculos 10
0.02
Cantidad de Oxalato de sodio (mol)
( ) Cantidad de KMnO4 consumido (mol)
) ( Molaridad de la solución de KMnO 4
Tabla 2. Concentración de KMnO 4 usado como titulante: 0.02 M
5 Fe2+ + 1 MnO 4- 5 Fe3+ + 1 Mn 2+
No. de muestra
Masa de la muestra ferrosa(g)
Volumen de KMnO4 consumido (ml)
Cantidad de KMnO4 consumido (mol)
Cantidad de Fe 2+ presente en la muestra (mol)
% m/m de Fe 2+ en la muestra sólida
1
0.103
2.9
5.8x10 -5
2.9x10-4
15.7184
2
0.101
2.8
5.6x10 -5
2.8x10-4
15.4817
3
0.103
2.8
5.6x10 -5
2.8x10-4
15.1811
Promedio=
Cálculos
11
15.4604
Cantidad de KMnO 4 consumido (mol)
-5
5.8x10 mol
Cantidad de Fe 2+ presente en la muestra (mol)
% m/m de Fe 2+ en la muestra sólida
Tabla 3. Concentración de KMnO 4 usado como titulante: 0.02 M
2 MnO4- + 5 H2O2 8 O2 + 2 Mn2+
No. de muestra
Volumen de H2O2 (ml)
Volumen de KMnO4 consumido (ml)
Cantidad de KMnO4 consumidos (mol)
Cantidad de H 2O2 presente en la muestra (mol)
Molaridad de H2O2 en la muestra
% m/v de H2O2 en la muestra
1
10
1.5
3x10 -5
7.5x10-5
7.5x10-3
0.0255
2
10
1.4
2.8x10 -5
7x10-5
7x10-3
0.0238
3
10
1.4
2.8x10 -5
7x10-5
7x10-3
0.0238
7.1666x10 -3
0.0243
Promedio=
Cálculos 12
Cantidad de KMnO 4 consumidos (mol)
) ( ) (
Cantidad de H 2O2 presente en la muestra (mol)
Molaridad de H 2O2 en la muestra
( )
% m/v de H 2O2 en la muestra
Conclusiones Porcentaje de error y desviación estándar comparar valor teorico y valor experimental
Mapa conceptual
Disolución Se encuentra en menor proporción
Disolución estándar
Se determina su concentración con un patrón primario
Disolvente
Soluto
Titulación o punto de equivalencia
Proceso de hacer reaccionar una disolución de concentración desconocida13 con concentración conocida.
Se encuentra en mayor ro orción
Analito
Punto de equivalencia
Se produce durante una valoración química la cantidad de sustancia valorante agregada es estequiométricamente equivalente a la cantidad presente del del analito
Bibliografía
Fundamentos de química, undécima edición Hein y Arena
HOJA DE SEGURIDAD, consultada por última vez el 23 de agosto de 2014, en:
http://www.quimica.unam.mx/IMG/pdf/2hsnaoh.pdf
Brown, Theodore L.Ñ Le May H.Eugene, Bursten.,Quiumica, Bursten.,Quiumi ca, La ciencia central. pp (146-150)
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