Departament de Química

1

4803-Operacions Bàsiques i Seguretat en el Laboratori Químic

Pràctica nº 5: Introducció a l’anàlisi qualitatiu

Objectius específics

Introducció al anàlisi qualitatiu seguint una marxa analítica de cations, la qual consisteix enun procediment per a la separació i identificació dels cations presents en una dissolucióproblema.

Material

1 càpsula de porcellana, 1 placa de tocs, 1 vas de precipitat de 250 ml, 1 vidre de rellotge, 1proveta de 10 ml, 1 embut cònic, 1 flascó rentador per aigua, 2 botelles per a lesdissolucions problema de vidre, 1gradeta amb 10 tubs d’assaig i 2 tubs de centrifuga, 1comptagotes, 1 rodet de paper indicador de pH, 1 placa calefactora, 1 trípode i telametàl·lica, 1 espàtula, 1 pot de plàstic.

Introducció

La Química Analítica qualitativa és la part de la Química Analítica que respon a la pregunta:Quins són els components d’una determinada mostra?Seguint una marxa analítica s’aconsegueix separar els cations en sis grups. Amb l’objectiud’un aprenentatge inicial de tècniques de laboratori i, especialment, d’equilibris endissolució, s’han seleccionat alguns cations significatius corresponents als grups 3er i 5è dela marxa analítica.

3er grup, dels clorurs insolubles: cations què precipiten amb àcid clorhídric 2M:Ag(I), Pb(II) y Hg(I).

5è grup, dels hidròxids insolubles: cations que precipiten amb el tampó amoníac –nitrat amònic: Fe(III), Cr(III).

2

Procediment experimental

A la dissolució problema, que conté ions del tercer grup i següents, s’afegeixen vàries gotesde HCl 2M. Si apareix un precipitat, indica la presència d’algun ió del 3er grup.

Deixar sedimentar el precipitat i seguir afegint HCl 2M fins precipitació completa (és a dirfins que al afegir una gota no es forma més precipitat. Escalfar al bany d’aigua (5 min) perafavorir la formació de cristalls més grossos. Deixar refredar (important) (bany d'aiguafreda) i centrifugar.

Dissolució.- conté ions del 5è grup.

Precipitat.- conté ions del 3er grup. Rentar el precipitat en el mateix tub amb 1 ml d’aiguaque conté dues gotes de HCl 2M. (Recollir l’aigua de rentat en el mateix tub que conté ladissolució del 5è grup). Amb aquest precipitat es procedeix a la identificació dels cationsdel 3er grup.

3

Identificació del tercer grup de cations

Afegir al precipitat 2 ml d’aigua calenta i escalfar a flama directa. Centrifugar en calent.Precipitat.- conté Hg2Cl2 i AgCl.Dissolució.- conté el Pb(II). Identificar.(fonament de la separació: augment de la solubilitat del PbCl2 amb la temperatura)

Pb2+.-1) Assaig amb K2CrO4 : a 0,5 ml de dissolució afegir unes gotes de K2CrO4 0,5 M.Precipitat groc (PbCrO4) indica Pb.2) Assaig amb KI: a 0,5 ml de dissolució afegir unes gotes de KI 0,5 M. Precipitat groc(PbI2) indica Pb.

(aquest segon assaig es pot confirmar per redissolució del precipitat per simple escalfament,i reprecipitació al refredar. Si el refredament es lent i la dissolució està en repòs, els cristallsque reprecipiten són brillants, i per això es coneixen com a “pluja d’or”).

(si l’assaig de Pb es positiu, s’ha d’eliminar totalment repetint el tractament amb aiguacalenta fins que les aigües de rentat no donin positiu l’assaig del K2CrO4).

Hg22+.-

El precipitat es tracta, en el mateix filtre amb 2 gotes de NH3 concentrat i 2 ml de NH3 2M.Aparició d’un color negre sobre el filtre indica Hg. (La dissolució amoniacal conté la Ag)Reacció (dismutació del Hg(I): Hg2

2+ Hg 2+ + Hg (negre)

Assaig directe de la dissolució problema inicial: Netejar amb sabó un tros de làmina de Cu ouna moneda que contingui Cu i, en una càpsula de porcellana, netejar-la amb NO3H 2M iesbandir-la amb aigua desionitzada. Afegir 1 ml de dissolució problema. Esperar 1 minut.Formació d’una capa platejada brillant sobre la moneda, indica Hg.Reaccions:Cu + (Hg2

2+ /Hg 2+) Cu2+ + Hg (a continuació es forma una amalgama)

nota: Ag+ interfereix dipositant una pols negrenca damunt la moneda que se’n va fregant amb un tros de paperde filtre.

Ag+.-La dissolució amoniacal (incolora) obtinguda a l’apartat anterior es torna passar duesvegades més pel filtro, amb la finalitat de dissoldre completament la Ag+. Dividir-la en duesparts i efectuar els assaigs de reconeixement:1) Assaig amb KI: al afegir unes gotes de KI 0,5 M a una de les parts es forma un precipitat

de AgI groc- blanquinós.2) Assaig amb HNO3: al afegir HNO3 2M fins acidesa apareix un precipitat blanc de AgCl. (el tercer grup es pot investigar directament des del problema inicial)

4

Esquema i reaccions:

(raonau els desplaçaments dels equilibris involucrats en la identificació de Ag)

1) Ag(NH3)2+ + Cl- + I- AgI

2) Ag(NH3)2+ + Cl- + 2 H+ AgCl + 2 NH4

+

Precipitat: Hg (HgNH2Cl)

Dissolució 3er i següents

HCl

Precipitat: AgCl, PbCl2, Hg2Cl2 Dissolució: ions del 5ègrup

H2O calenta

Dissolució: Pb2+

1) Pb2+ + CrO42- PbCrO4

2) Pb2+ + I- PbI2 (soluble en calent)NH3

Dissolució : Ag(NH3)2+

Precipitat: AgCl, Hg2Cl2

5

Separació del cinquè grup de cations

A la dissolució que conté el cinquè grup, afegir NH4NO3 sòlid (0.5 g aprox.) i agitar per dissoldrela sal afegida, afegir, gota a gota i agitant, NH3 concentrat fins a pH 11, escalfar al bany d’aigua(no més de 2 minuts). Comprovar que el pH es del ordre de 11. Centrifugar en calent.Dissolució: Llençar.Precipitat: conté els cations del cinquè grup en forma d’hidròxids (òxids hidratats): Fe(OH)3marró, Cr(OH)3 verd-violat. Rentar el precipitat amb 1 ml d’aigua que conté 1 gota de NH3 2M.Escalfar. Centrifugar. Llançar l’aigua de rentat. Dissoldre el precipitat amb 3-5 ml de HCl 2 Magitant i escalfant al bany d’aigua. Aquesta dissolució s’utilitza per estudiar el cinquè grup.

Fe3+.- 1) Assaig amb KSCN: A 2-3 gotes de la dissolució clorhídrica del 5è grup, en una placa de tocs,afegir 2-3 gotes de KSCN 1 M. Color roig indica Fe. (La coloració es deguda a la formació decomplexos de Fe(III) amb SCN-: [FeSCN]2+,..., [Fe(SCN)6]3-),

2) Assaig amb ferrocianur de potassi: A 2-3 gotes de la dissolució clorhídrica del 5è grup, en unaplaca de tocs, afegir 2-3 gotes de K4[Fe(CN)6] 0,5 M. Precipitat o color blau (blau de Prusia:(Fe4[Fe(CN)6]3), indica Fe (Degut a que ambdues reaccions són molt sensibles i que pot ésser que el Fe3+ sigui present com a contaminantd’alguns del reactius utilitzats, no més donar com a positius les coloracions intenses)

Cr3+.-1) Assaig amb AEDT (YH4): A 0,5 ml de la dissolució del 5è grup, en un tub d’assaig, afegir 10gotes de AEDT 5 % i una punta d’espàtula de NaF sòlid. Ajustar el pH entre 3 i 6, si és necessari.Escalfar a bany d’aigua fins aparició d’un color violeta del complex CrY- indica Cr(III)

2) Assaig amb H2O2: A 0,5 ml de la dissolució del 5è grup, en un tub d’assaig, afegir gotes deNaOH 2M fins a pH bàsic, i 0,5 ml de H2O2 al 3%. Escalfar a ebullició (si apareix algun precipitates centrifuga i es llança). En presència de crom la dissolució ha d’ésser groga. La presència decrom es comprova afegint gotes d’aquesta dissolució sobre una mescla de 5 gotes de H2SO4 1M,una de H2O2 al 3% i 10 gotes de dietil èter. Aparició d’un color blau inestable confirma crom.

Reaccions corresponents a l’apartat 2:a. 2 Cr(OH)3 + 3 H2O2 + 4 OH- 2 CrO4

2- + 8 H2Ob. 2 CrO4

2- + 2 H+ Cr2O72- + H2O

c. Cr2O72- + 2 H+ + 4 H2O2 2 CrO5 + 5 H2O

d. 4 CrO5 + 12 H+ Cr3+ + 7 O2 + 6 H2O (com a resum de les tres primeres reaccions recordar que el Cr(VI) en medi àcid, es redueix a Cr(III) peracció de l’aigua oxigenada). La reacció a ens indica que en medi bàsic l’aigua oxigenada es capaç d’oxidarel Cr(III) a Cr(VI). Aquest és un clar exemple de com el pH del medi pot afectar al potencial redox)

Bibliografia:“Análisis Cualitativo Inorgánico”; S. Arribas. Ed. Paraninfo (1978).“Química Analítica Cualitativa”; F. Burriel, F. Lucena, S. Arribas, J. Hernández. Ed.Paraninfo (1989).

6

Operacions bàsiques(recordatori):

- Escalfar un tub d’assaig: la flama no ha d’incidir mai el fons deltub, ha d’incidir a mitja altura de la dissolució; agitar suau icontínuament, MAI LA BOCA DEL TUB HA D’APUNTAR A UNALTRE ALUMNE/A

- Centrifugar: introduir la suspensió en un tub de centrifuga (són més curts i gruixuts);col·locar el tub a una posició de la centrifuga. El rotor de la centrifuga té 12 posicions, isempre ha de funcionar equilibrada, per això al centrifugar un tub, a la posició simètrica delrotor hi hem de posar un altre tub amb el mateix volum d’aigua. Tancar la tapa i engegar lacentrifuga a una velocitat lleugerament superior a la meitat de la màxima durant uns tresminuts. Esperar a que s’aturi completament abans d’obrir la tapa (l’incompliment d’aquestanorma es penalitzarà).

Després de centrifugar el precipitat queda adherit al fons del tub i es pot separar delsobrenadant per simple decantació. Per rentar, afegir al precipitat el volum d’aigua adequat i1 o 2 gotes de reactiu precipitant, agitar amb una vareta de vidre fins a suspensióhomogènia, i tornar centrifugar. La primera aigua de rentat es sol ajuntar amb el primersobrenadant.

7

- Comprovació del pH amb paper indicador: tallar amb tisores trossos de paper indicador de 3mm i col·locar-los sobre el vidre de rellotge. Per comprovar el pH d’una dissolució banyar la puntade la vareta de vidre amb la dissolució que volem mesurar, i tocar un tros de paper indicador; el colordel paper ens informarà del pH de la dissolució (Figura)

- Escalfar a bany d’aigua: introduir el tub d’assaig en un bany d’aigua calenta (aprox. 90oC). Per escalfar aquesta aigua emprarem el vas de precipitats de 250 ml i calefactorselèctrics o la flama del bec (basta un bany per cada dos alumnes).

- Agitar un tub d’assaig: mai tapant amb el dit, mesclar per vibracions o transferència a unaltre tub.

- Netejar el material de vidre: llançar el contingut (SI EL CONTINGUT ÉS TÒXIC S’HADE LLANÇAR DINS ELS VASSOS DE PRECIPITATS QUE HI HA A LES PIQUESIDENTIFICATS AMB EL RÈTOL: DISSOLUCIONS TÒXIQUES), passar aigua, netejaramb detergent i escovillons, passar amb aigua de l’aixeta, i finalment passar dues vegadesamb aigua destil·lada. L’aigua destil·lada està en bidons de plàstic, d’on omplireu elsflascons d’aigua individuals.

Instruccions Generals1.- L’alumna/e és responsable de la conservació del material que li és assignat. Qualsevol trencamentde material de vidre es comunicarà al professor.2.- S’han de mantenir en òptimes condicions d’ordre i netedat:- el lloc de treball,- les campanes extractores de gasos,- les balances (especialment).3.- Tots els reactius s’han de manipular amb precaució, especialment els concentrats (evitarel contacte amb la pell, no obrir ampolles de reactius concentrats volàtils fora de lescampanes). Recordeu que la mescla del H2SO4 amb l’aigua és molt exotèrmica, i s’had’efectuar amb precaució afegint l’àcid a l’aigua.4.- Els processos que desprenen vapors tòxics (HNO3, ..) OBLIGATORIAMENT s’had’efectuar en la campana extractora de gasos.5.- Al pipetejar, usar les peres. Mai aspirar amb la boca.6.- Apagar el gas al no utilitzar-lo.7.- Dins el laboratori s’exigirà un comportament seriós i responsable.8.- L’incompliment d’aquestes normes pot baixar la nota de l’assignatura.

8

Departament de Química

4803-Operacions Bàsiques i Seguretat en el Laboratori Químic Pràctica nº 5: Introducció a l’anàlisi qualitatiu

Nom: Data:Full de qüestions. Entregau les respostes una vegada finalitzada la pràctica.De les reaccions que s’han produït en aquesta marxa:1. Formula dues reaccions redox

2. Formula dues reaccions de precipitació

3. Formula dues reaccions de complexació

4. Formula una reacció en què es dissol un precipitat quan s’afegeix un àcid

5. Formula una reacció en què un precipitat es dissol al augmentar la temperatura

6. Si al conjunt de tots els cations s’afegís amoníac, quins cations precipitarien?