ME212separacioncationesgrupos170406

Separación de cationes por grupos

Índice

1. Objetivo. 2

2. Fundamento Teórico. 2

2.1. Objeto del estudio y los métodos de la química analítica. 2

2.2. Procedimientos para efectuar reacciones analíticas. Por vía “seca”

o vía “húmeda”

3

2.3. Condiciones para la realización de las reacciones. 4

2.4. Análisis fraccionado y análisis sistemático 5

2.5. Clasificación de los cationes en grupos. El reactivo de grupo. 6

3. Parte experimental. 6

3.1. Instrumentos y reactivos. 6

3.2. Procedimiento. Análisis sistemático de la muestra. 7

4. Conclusiones 9

5. Recomendaciones 10

6. Cuestionario. 10

7. Bibliografía. 15

Análisis Químico (ME212R), UNI-FIGMM Página 1 de 15


1. Objetivo

Conocer el método para separar los cinco grupos de cationes de una solución compuesta por sales solubles de estos cationes.

Comprender el uso del agente precipitante o agente de grupo para conseguir la precipitación selectiva por grupos; asimismo, conocer cual debe ser el medio ácido de la solución de cationes para que reaccione apropiadamente el agente precipitante y se separe correctamente el grupo específico.

Identificar el agente precipitante correcto para cada grupo el cual determinara la forma como precipitarán estos cationes.

Identificar cómo precipita cada grupo de cationes desde una perspectiva cualitativa.

Conocer el uso de los reactivos, reacciones características, instrumentos de laboratorio y técnicas comunes del semimicroanálisis en el laboratorio para trabajar con reacciones.

2. Fundamento Teórico

2.1. Objeto del estudio y los métodos de la química analítica

La química analítica es la parte de la química que estudia los principios y métodos teóricos del análisis químico. Su objetivo consiste en la determinación de la composición química de las sustancias o de sus mezclas. La identificación o reconocimiento de los diversos elementos y iones que entran en la composición de las sustancias es el objetivo del análisis cualitativo. El análisis cualitativo precede por lo general al análisis cuantitativo; una reacción cualitativa puede dar la idea de la cantidad de un determinado componente.

La química analítica y, en particular el análisis cualitativo tienen gran importancia teórica como práctica presentando un conjunto de métodos de investigación de las sustancias y de sus transformaciones. Es de gran valor para estudios afines a la química: como la mineralogía, la geología, fisiología, microbiología, así como ramas de la medicina, de la agronomía y muchos otros en la actualidad.

En los métodos químicos del análisis cualitativo al elemento o ión a determinar se la hace formar un compuesto que posee ciertas propiedades que le son características y a base de las cuales se puede establecer que se ha formado precisamente este compuesto. Esta transformación química es denominada reacción analítica y la sustancia que la provoca, reactivo.



Según sea la cantidad de sustancia con la cual se opera para efectuar las reacciones analíticas, se distinguen los siguientes métodos del análisis cualitativo: macro, semimicro, micro y ultramicro métodos.

El semimicroanálisis, el cual usamos en el desarrollo del curso de Análisis químico, ocupa un lugar intermedio entre el macro y microanálisis. La cantidad de sustancia ensayada que se emplea en es de 50mg de sustancia sólida o a 1 mL de solución.

Al llevar a cabo el semimicroanálisis en lo fundamental se mantiene el mismo sistema de ensayo del microanálisis, es decir la separación e identificación sucesivas de los iones, pero las operaciones se efectúan con menores cantidades de sustancia, empleándose métodos y aparatos especiales.

2.2. Procedimientos para efectuar reacciones analíticas. Por vía “seca” o vía “húmeda”.

Las reacciones analíticas pueden llevarse por vía “seca” o por vía “húmeda”.

En el primer caso las sustancias ensayadas y reactivos se toman en estado sólido y generalmente la reacción se realiza calentándolos hasta alta temperatura; en el segundo, se observa la interacción entre la sustancia ensayada y los correspondientes reactivos en solución.

Por vía seca tenemos por ejemplo las reacciones d coloración de la llama, o sea, las reacciones en que las sales de algunos metales son expuestas a la acción de esta. Según la coloración característica de esta llama se puede detectar la presencia de determinados elementos en la sustancia ensayada.También podemos ver como reacción por vía seca, a la formación de perlas coloreadas de tetraborato de sodio (bórax) Na2B4O7.10H2O o del hidrofosfato se sodio y amonio NaNH4HPO4.4H2O al fundirse éstos con las sales de algunos metales. Los métodos nombrados son llamados también piroquímicos, se usan ampliamente para la identificación de minerales y rocas. Las reacciones por vía seca cumplen un papel auxiliar y suelen emplearse en los ensayos preliminares.

Por vía húmeda tenemos las reacciones más usuales en el análisis cualitativo, son aquellas reacciones entre sustancias que se encuentran en solución. Para ello, primero es necesario disolver la sustancia ensayada. De solvente sirve por lo cual, el agua o dado el caso de sustancias insolubles en ésta, los ácidos.

En el análisis cualitativo sólo encuentran aplicación las reacciones que van acompañadas de algún efecto externo, es decir, de transformaciones fácilmente identificables las cuales permiten confirmar que la reacción correspondiente efectivamente ha tenido lugar. Tales efectos externos pueden ser:

a) El cambio de coloración de la solución;b) Precipitación (o disolución);c) Desprendimiento de gases.



En el análisis de sustancias inorgánicas en la mayoría de los casos se emplean soluciones acuosas de sales, ácidos o bases. Estas sustancias son electrolitos que en soluciones acuosas se hallan disociadas en iones. Por ello, las reacciones por vía “húmeda” se realizan comúnmente entre iones simples o complejos, y al emplear estas reacciones se observa directamente no los elementos sino los iones de estos.

La importancia de la disociación electrolítica para la química analítica se ve también en lo siguiente. El número de cationes más importantes es relativamente reducido, o sea, es cerca de 25. El número de aniones más importantes es aproximadamente el mismo. El número de sales, neutras, formadas por éstos supera 600. Debido a que, en solución, todas estas sales están disociadas en iones los cuales se identifican durante el análisis, para identificar cualquiera de las sales mencionadas basta conocer las reacciones de unos 50 iones aproximadamente.

2.3. Condiciones para la realización de las reacciones.

La realizar una u otra reacción analítica es necesario crear determinadas condiciones para su desarrollo, pues en caso contrario su resultado no será el esperado.

Una de las condiciones más importantes para realizar las reacciones es la presencia de un medio adecuado, el cual, dado el caso concreto, debe crearse añadiendo a la solución un ácido o una base.

La temperatura de la solución es otra condición importante. Los precipitados cuya solubilidad crece considerablemente con el aumento de la temperatura no deben obtenerse de una solución calentada; las reacciones correspondientes deben llevarse a cabo en “frío”, es decir, a temperatura ambiente y, a veces, hasta enfriando la solución. Algunas reacciones se desarrollan sólo con e calentamiento.

Una importante condición para el desarrollo de las reacciones es la presencia de una concentración lo suficientemente elevada del ión a identificar en la solución; siendo su concentración mínima la reacción no da resultado alguno.

Se comprende que de igual modo se puede apreciar la sensibilidad de las reacciones de otros tipos, diferentes de las de precipitación. Así, por ejemplo, la reacción de coloración de la llama por las sales volátiles de sodio es bastante sensible pues es positiva aun para cantidades pequeñas de dichas sales.

La sensibilidad de las reacciones se define cuantitativamente por dos indices interdependientes: el límite de identificación (m) es la cantidad mínima de sustancia o de ión que puede identificarse llevando a cabo la reacción dada en las condiciones determinadas de su ejecución.



La concentración de los reactivos tiene también gran importancia: cuanto mayor sea esta tanto mayor será la sensibilidad de la reacción.

Al igual que la sensibilidad, tiene gran importancia para el análisis la especificidad de las reacciones.

A una reacción se le denomina específica para un ión dado si ésta permite, en las condiciones del experimento, identificar dicho ión en la mezcla con otros iones. Así es, por ejemplo, la reacción de identificación de NH4

+ bajo la acción de un álcali por calentamiento que va acompañada por el desprendimiento de amoníaco que se reconoce fácilmente por su olor y otras propiedades; de entre los compuestos con los que podemos comúnmente encontrarnos durante el análisis, en las condiciones dadas al amoníaco sólo se forma a partir de las sales de amonio. Debido a eso, la reacción con álcali es específica para la identificación de NH4

+.

Sin embargo, son conocidas pocas reacciones específicas. En la química analítica se tiene que ver más frecuentemente con reacciones que dan resultados idénticos o muy parecidos con unos cuantos y, a veces, con muchos iones. Las reacciones que dan semejante efecto con un número de iones reducidos se denomina selectivas. El grado de selectividad de una reacción es tanto mayor cuanto menor es el número de iones con el cual ésta resulta positiva.

2.4. Análisis fraccionado y análisis sistemático

En el llamado método fraccionado, empleando reacciones específicas, los iones correspondientes pueden ser identificados directamente en porciones aisladas de la solución analizada sin tener en cuenta otros iones contenidos en ésta; tampoco se tiene importancia el orden de identificación de los iones aislados.

El desarrollo sistemático del análisis, el cual es una sucesión de reacciones de identificación de iones por separado. Hace falta elaborar este método cuando no se presentan reacciones bastante específicas y no es posible elevar su especificidad mediante procedimiento alguno. Este método consiste en que la identificación de cada ión dado debe ser comenzada sólo después de que todos los otros iones que impiden su identificación (o sea, los iones que también reaccionan con el reactivo empleado) hayan sido identificados previamente y eliminados de la solución. Se deduce que durante el análisis sistemático junto con las reacciones de identificación de los distintos iones, debe recurrirse también a las reacciones de separación de los mismos.

Un método eficaz de separación es la extracción de unos y otros iones de las soluciones acuosas empleando distintos disolventes orgánicos. Actualmente, este método se aplica ampliamente en la química.



2.5. Clasificación de los cationes en grupos. El reactivo de grupo.

En el desarrollo sistemático del análisis los iones se separan de la mezcla compleja no uno a uno, sino por grupos según su comportamiento similar ante la acción de algunos reactivos que se denominan reactivos de grupo.

El reactivo de grupo debe responder a determinadas exigencias:a. Debe hacer precipitar los cationes casi cuantitativamente,b. El precipitado formado debe disolverse fácilmente en los ácidos para

que sea posible continuar el análisis;c. El exceso del reactivo añadido no debe impedir la identificación de los

iones que han quedado en la soluciónNo todos los reactivos responden a tales exigencias

A continuación les presentaremos un esquema con los cationes correspondientes a cada grupo y si indica su respectivo agente precipitante, llamado también reactivo de grupo.

1° Grupo de cationes: Ag+, Hg22+,

Pb2+, etc.HCl Medio ligeramente ácido

2° Grupo de cationes: Cu2+, Cd2+, Bi3+, Hg2+, Pb2+, AsV, AsIII, SbV, SbIII, SnIV, SnII, etc.

Na2S Medio ligeramente ácido

3° Grupo de cationes: Al3+, Cr3+, TiIV, Fe3+, Fe2+, Mn2+, Zn2+, Co2+, Ni2+, etc.

Na2S Medio ligeramente básico

4° Grupo de cationes: Ba2+, Sr2+, Ca2+, etc.

(NH4)2CO3 Medio ligeramente básico

5° Grupo de cationes: K+, Na+, NH4

2+, Mg2+, etc.No tiene reactivo de grupo.

3. Parte experimental

3.1. Instrumentos y reactivos:

Tubos de ensayo Trípode Embudo Pinzas Bagueta Calentador eléctrico Papel filtro Papel tornasol Solución iónica Reactivos: HCl 6N, NH4OH 15N, NH4Cl 5N, Na2S, (NH4)2CO3 5N Agua destilada



3.2. Procedimiento. Análisis sistemático de la muestra.

La solución recibida contiene los cationes del I al V grupo.Es una solución iónica homogénea de color azulado.

1. Agregar a la solución HCl 6N gota a gota hasta observar la formación de un precipitado blanquecino, que indica la presencia de cationes del Grupo I. Filtrar.

El ácido clorhídrico es el agente precipitante del primer grupo de cationes, al reaccionar con la muestra precipita a los cationes del primer grupo bajo la forma de cloruros*: AgCl, Hg2Cl2 y PbCl2. Sales de color blanquecino poco solubles en agua y ácidos diluidos.

Las ecuaciones químicas para esta primera precipitación:

Ag+ + Cl- → AgCl ↓(Hg2)2+ + 2Cl- → Hg2Cl2 ↓Pb2+ + 2Cl- → PbCl2 ↓

Al filtrar, estas sales se quedan en el papel de filtro y la solución que pasa el papel de filtro, puede hacerse precipitar una vez más, contiene los cationes de los grupos restantes, o sea, del II al V.

2. Neutralice la solución agregando gotas de NH4OH 15N, usando como indicador de acidez el papel de tornasol hasta observar que el papel adquiera una coloración lila.Agregue tantas gotas de HCl 6N como mL de solución neutra obtenida. Añada gota a gota Na2S hasta observar la formación de un precipitado, que indica la presencia de cationes del Grupo II.

Para precipitar el segundo grupo de cationes se requiere que sea en medio ligeramente ácido, para lo cual se corrige la acidez, ya que se debe encontrar ácido debido al HCl que se agregó anteriormente. Para lograr esta corrección en la acidez se alcaliniza primero la solución con hidróxido de amonio hasta que el papel tornasol cambie a color lila, una vez logrado esto se agrega gotas de ácido clorhídrico hasta hacer virar el color del papel tornasol a rojo.

El agente precipitante del Grupo II de cationes es el sulfuro de hidrógeno (H2S), debido a que es un gas tóxico y de compleja manipulación se usa en lugar de este el sulfuro de sodio (Na2S). El Na2S hace precipitar al segundo grupo de cationes, en medio ligeramente ácido, bajo la forma de sulfuros; sales de azufre insolubles en ácidos diluidos. Se obtiene un precipitado heterogeneo de color marrón oscuro, el cual sedimenta fácilmente.

* Para determinar que se ha separado bien un grupo de cationes, una vez hecho un primer filtrado, se puede recoger esta solución pasante y aplicarle nuevamente el reactivo de grupo y observar si sigue habiendo precipitación. Se puede repetir esta operación una y otra vez, cuidando del aspecto de la acidez o alcalinidad, hasta observar que ya la solución ya no forma precipitado por acción del agente precipitante.



Las ecuaciones químicas para esta segunda precipitación:

Cu2+ + Na2S → CuS ↓ + 2Na+

Cd2+ + Na2S → CdS ↓ + 2Na+

Hg2+ + Na2S → HgS ↓ + 2Na+

Pb2+ + Na2S → PbS ↓ + 2Na+

2Bi3+ + 3Na2S → Bi2S3 ↓ + 6Na+

Sn2+ + Na2S → SnS ↓ + 2Na+

2AsV + 5Na2S → As2S5 ↓ + 10Na+

2AsIII + 3Na2S → As2S3 ↓ + 6Na+

2SbV + 5Na2S → Sb2S5 ↓ + 10Na+

2SbIII + 3Na2S → Sb2S3 ↓ + 6Na+

SnIV + 2Na2S → SnS2 + 4Na+

Al filtrar, estas sales se quedan en el papel de filtro y la solución pasante contiene los cationes de los grupos restantes, del III al V.

3. Agregue a la solución filtrada gotas de NH4Cl, luego alcalinice la solución con NH4OH 15N, añada posteriormente gotas de Na2S hasta observar la formación de un precipitado que indica la presencia de cationes del Grupo III. Filtrar.

Para hacer precipitar el tercer grupo de cationes se requiere establecer un medio ligeramente básico, para lo cual alcalinizamos la solución con hidróxido de amonio hasta que el papel de tornasol vire a color lila, asimismo se agrega gotas de cloruro de sodio para controlar el pH de la solución, se crea una solución amortiguadora.

El agente precipitante del segundo grupo es el sulfuro de amonio ((NH4)2S), pero usaremos el sulfuro de sodio ya que de la misma manera genera los iones, aniones, que necesitamos para la precipitación de los cationes del tercer grupo. Los cationes del tercer grupo precipitan como hidróxidos y como sulfuros insolubles en agua o en medio ligeramente básico. Este precipitado heterogéneo es de color blanquecino.

Las ecuaciones químicas para esta tercera precipitación:

Al3+ + NH4+ + NaS- + 3NH4OH → Al(OH)3 ↓ + NaS- + 4NH4

+

Cr3+ + NH4+ + NaS- + 3NH4OH → Cr(OH)3 ↓ + NaS- + 4NH4

+

TiIV + NH4+ + NaS- + 4NH4OH → Ti(OH)4 ↓ + NaS- + 5NH4

+

2Fe3+ + NH4+ + 3NaS- + 3NH4OH → 2Fe2S3 ↓ + 3NaOH + 4NH4

+

Fe2+ + NH4+ + NaS- + NH4OH → FeS ↓ + NaOH + 2NH4

+

Mn2+ + NH4+ + NaS- + NH4OH → MnS ↓ + NaOH + 2NH4

+

Zn2+ + NH4+ + NaS- + NH4OH → ZnS ↓ + NaOH + 2NH4

+

Co2+ + NH4+ + NaS- + NH4OH → CoS ↓ + NaOH + 2NH4

+

Ni2+ + NH4+ + NaS- + NH4OH → NiS ↓ + NaOH + 2NH4

+

Al filtrar, estas sales se quedan en el papel de filtro y la solución pasante contiene los cationes de los grupos restantes, del IV y V.



4. Hierva la solución filtrada para expulsar el H2S, enfriar.Añada gotas de (NH4)2CO3, deje reposar y observe la lenta formación de un precipitado blanquecino, indica la presencia de cationes del Grupo IV. Filtrar.

Debido a las reacciones con el sulfuro de sodio la solución puede contener el gas sulfuro de hidrógeno, el cual como se sabe disminuye su solubilidad al elevar la temperatura, es necesaria su completa eliminación; esta operación se realiza calentando la solución en baño maría, en un lugar ventilado y con ayuda de una campana extractora de gases.

El medio para la precipitación del cuarto grupo de cationes debe ser ligeramente básico, para lo cual se alcaliniza la solución que se encuentra ácida debido a las reacciones con el sulfuro de sodio, se agrega hidróxido de amonio hasta virar el color del papel de tornasol a lila.

El agente precipitante del cuarto grupo de cationes es el carbonato de amonio, el cual hace precipitar a los cationes formando carbonatos, sales poco solubles en medio amoniacal. Este precipitado es de color blanquecino, de manera particular en este se pueden ver pequeños cristales.

Las ecuaciones químicas para esta tercera precipitación:

Ba2+ + HCO3- + NH4OH → BaCO3 ↓ + NH4

+ + H2OSr2+ + HCO3

- + NH4OH → SrCO3 ↓ + NH4+ + H2O

Ca2+ + HCO3- + NH4OH → CaCO3 ↓ + NH4

+ + H2O

Al filtrar, estas sales se quedan en el papel de filtro y la solución pasante contiene los cationes del Grupo V.

4. Conclusiones

La identificación de los cationes se logra de manera sistemática, los cationes se encuentran separados por grupos que se caracterizan por reaccionar de manera común con un determinado reactivo en un determinado medio sea ácido o básico.

Los agentes precipitantes por grupos y su medio:

Grupo Agente precipitante Medio1° Grupo de cationes HCl -------------

2° Grupo de cationes Na2SMedio ligeramente

ácido

3° Grupo de cationes Na2SMedio ligeramente

básico

4° Grupo de cationes (NH4)2CO3Medio ligeramente

básico

El uso de Na2S(ac) cómo agente precipitante del segundo grupo de cationes, nos da un resultado similar al que se hubiese obtenido con el H2S(g).



5. Recomendaciones Lavar bien los instrumentos de laboratorio, los tubos de ensayo limpios y

escurridos, de igual forma el embudo y la bagueta. Usar los reactivos en su correcta concentración, para que se realicé de

manera correcta las reacciones. Poner atención en la creación del medio, ácido o básico, para la correcta

precipitación de cada grupo.

6. Cuestionario

1. Para separación del 2do y 3er Grupo, se debería de utilizar el aparato de Kipp, para producir el sulfuro de hidrógeno, H2S(g).

a) Dibuje y explique brevemente su funcionamiento.

Al verter el ácido clorhídrico (HCl) técnico diluido, el cual al reaccionar con el Sulfuro de hierro (FeS) ó el mineral pirita (FeS2), desprende el gas sulfuro de hidrógeno (H2S(g)), el cual fluye por un pequeño tubo lateral provista de una llave o válvula. Al cerrar la llave del tubo de escape el Sulfuro de hidrógeno H2S(g) el cual continúa produciéndose, desplazará el ácido hasta que pierda contacto con los trozos de FeS ó FeS2, cesando de este modo la reacción. Si se abre la llave nuevamente se reanudará la reacción. La reacción llevada acabo es:

FeS + 2HCl → FeCl2 + H2S ↑

Luego se procede a hacer burbujar lentamente el gas sobre la solución a analizar.

b) Se hace reaccionar 36g de pirita, FeS2, con una exceso de HCl(ac) ácido clorhídrico concentrado, la reacción transcurre a 35°C y a la presión de 785 mm de Hg. Calcule el volumen producido de H2S(g) en in3 (pulgadas cúbicas).



La ecuación química de la reacción sería:

FeS2(s) + 2HCl(ac) → FeCl2 + S°(s) + H2S(g)↑

Datos:mPirita = 36gT = 35°C = 308°KP = 785 mm de Hg = 1.0328 atmR = 0.08206 L.atm/K.mol

1 in = 2.64 x 10-2 m1 m = 0,3787 x 102 in

Entonces, nPirita = 0.3 mol, luego:

FeS2 + 2HCl → FeCl2 + S° + H2S ↑

1 mol 2 mol 1 mol 1 mol 1 mol

0.3 mol 0.6 mol 0.3 mol 0.3 mol 0.3 mol

Se obtienen 0.3 mol de H2S(g), usando la ecuación de los gases ideales:

P.V = n.R.T(1.0328 atm).V = (0.3 mol).(0.08206 L.atm/K.mol).(308°K)V = 7.3429 L = 7.3429 x 10-3 m3 x 0.054348 x 106 in3/m3

V = 400 in3

2. De acuerdo a nuestra clasificación de cationes, el NH4+ y el Mg2+ (iones

amonio y magnesio), pertenecen al 5to grupo. Indique cómo se reconocen esos cationes.

2.1. Reconocimiento al ión NH4+. Existen varios metodos, los más

importantes son:

2.1.1. Por acción de las bases fuertes NaOH y KOH.

La acción de estas bases fuertes sobre sales de amonio, sales que contengan el ión amonio (NH4

+), hace que, con una aumento en la temperatura del sistema, desprenda al amoniaco gaseoso (NH3(g)). Veamos por ejemplo, sea:

NH4+ + OH- → NH3 ↑ + H2O

El amoniaco desprendido se identifica no sólo por el olor sino también por otros procedimientos como el uso de indicadores ácido base.

2.1.2. Por acción del reactivo de Nessler.

Esta sal compleja K2(HgI4) en solución con KOH, forma con las soluciones de las sales de amonio un precipitado pardo-rojizo característico.



La ecuación iónica de la reacción es:

NH4+ + 2[HgI4]2- + 4OH- → ↓ + 7I- + 3H2O

El reactivo de Nessler se emplea en exceso en comparación con la cantidad de sal de amonio presente, pues el precipitado se disolverá ante un exceso de la sal de amonio en vez de un precipitado pardo-rojizo dan una coloración amarillo anaranjado.

2.2. Reconocimiento del ión Mg2+.

Existen varios métodos, el más importante es por acción del hidrofosfato de sodio.

2.2.1. Por acción del hidrofosfato de sodio Na2HPO4.Con las sales de magnesio y en presencia de NH4OH y NH4Cl, forma un precipitado cristalino blanco de fosfato de magnesio y amonio (MgNH4PO4), según la reacción:

Mg2+ + HPO42- + NH4OH → MgNH4PO4 ↓ + H2O

Esta reacción se lleva acabo en un medio ácido disminuyendo la acidez de la solución mediante NH4OH que a la vez evita la formación de Mg(OH)2.La solubilidad del MgNH4PO4 va disminuyendo paulatinamente cuando se dan las condiciones para su lenta cristalización, esto contribuye a la formación de un buen precipitado claramente cristalino.

3. La solubilidad del carbonato de calcio, CaCO3 es 6.9 mg/L. Calcule su producto de solubilidad.

Sea la ecuación de la reacción:

Ca2+ + CO32- ↔ CaCO3

Datos:

Solubilidad de CaCO3: 6.9 mg/L = 6.9 x 10-3 g/LM (CaCO3) = 40.078 + 12.0107 + 3(15.9994) = 100.0869 g/mol

→ [Ca2+] = [CO32-] = [CaCO3] = 6.894 x 10-5 M

→ Kps= [Ca2+] x [CO32-]

Kps= 4.752 x 10-11

4. a) ¿Cuántos gramos de ZnSO4.7H2O(s) (Sulfato de zinc heptahidratado), se requieren para preparar 350 mL de solución 0.75 N (Normal)?

Datos:N = 0.75 N



V = 350 mL = 0.350 LM (ZnSO4.7H2O) = 65.409 + 32.066 + 4(15.9994) + 7(2 x 1.00798 + 15.9994)M (ZnSO4.7H2O) = 287.58012 g/molM (ZnSO4) = 161.4726 g/molN = Mxθ ; θ = 1, (Al disolver la sal se separa un solo catión de zinc)M = 0.75 M;

; = 0.2625 mol ; = 42.3865 g

Hallamos la masa de la sal hidratada comparándola con la de la sal:42.3865 g →

161.4726 g/mol → 287.58012 g/mol = 75.48978 g

b) ¿Cuántos gramos del anión nitrato, NO3-, estan contenidos en 650 mL

de solución, siendo su concentración de 0.65 ion-g/L?

Datos:[NO3

-] = 0.65 ion-g/LV=0.650 LM (NO3

-) = 14.0067 +3(15.9994) = 62.0049 g/mol

; = 0.4225 mol ;

; = 26.197 g

5. a) Bajo que forma, ¿Qué compuestos químicos?, se separaron los 4 grupos de cationes. b) ¿Qué agente precipitante se utilizó para cada caso? c) ¿En que medio se separó cada grupo? d) ¿Cómo nos damos cuenta de haber separado bien un grupo?

a) Los cationes se dividen en cinco grupos, para la precipitación de cada grupo de usa un reactivo de grupo, agente precipitante el cual da la característica al precipitado.

1° Grupo de cationes, se separan al precipitar los cationes en sales poco solubles; en cloruros:

Ag+ + Cl- → AgCl(Hg2)2+ + 2Cl- → Hg2Cl2Pb2+ + 2Cl- → PbCl2

2° Grupo de cationes, se separan al precipitarlos bajo la forma de sales poco solubles en un medio ácido diluido; precipitan como sales de azufre:

Cu2+ + H2S → CuS + 2H+



Cd2+ + H2S → CdS + 2H+

Hg2+ + H2S → HgS + 2H+

Pb2+ + H2S → PbS + 2H+

2Bi3+ + 3H2S → Bi2S3+ 6H+

Sn2+ + H2S → SnS + 2H+

2AsV + 5H2S → As2S5 + 10H+

2AsIII + 3H2S → As2S3 + 6H+

2SbV + 5H2S → Sb2S5 + 10H+

2SbIII + 3H2S → Sb2S3 + 6H+

SnIV + 2H2S → SnS2 + 4H+

3° Grupo de cationes, se separa al precipitarlos bajo la forma de sulfuros y de hidróxidos hidratados, ambos insolubles en medio ligeramente básico.

Al3+ + NH4+ + HS- + 3NH4OH → Al(OH)3 + HS- + 4NH4

+

Cr3+ + NH4+ + HS- + 3NH4OH → Cr(OH)3 + HS- + 4NH4

+

TiIV + NH4+ + HS- + 4NH4OH → Ti(OH)4 + HS- + 5NH4

+

2Fe3+ + NH4+ + 6HS- + 3NH4OH → 2Fe2S3 + 3H2O + 4NH4

+

Fe2+ + NH4+ + HS- + NH4OH → FeS + H2O + 2NH4

+

Mn2+ + NH4+ + HS- + NH4OH → MnS + H2O + 2NH4

+

Zn2+ + NH4+ + HS- + NH4OH → ZnS + H2O + 2NH4

+

Co2+ + NH4+ + HS- + NH4OH → CoS + H2O + 2NH4

+

Ni2+ + NH4+ + HS- + NH4OH → NiS + H2O + 2NH4

+

4° Grupo de cationes, se separan al precipitar los cationes bajo la formación de carbonatos, insolubles prácticamente en agua; en medio ligeramente básico:

Ba2+ + HCO3- + NH4OH → BaCO3 + NH4

+ + H2OSr2+ + HCO3

- + NH4OH → SrCO3 + NH4+ + H2O

Ca2+ + HCO3- + NH4OH → CaCO3 + NH4

+ + H2O

b) Los agentes precipitantes que se utilizaron para cada grupo:

1° Grupo de cationes HCl2° Grupo de cationes Na2S3° Grupo de cationes Na2S4° Grupo de cationes (NH4)2CO3

c) Según el grupo de cationes se tiene acidificar o alcalinizar la solución:

1° Grupo de cationes Medio ligeramente ácido2° Grupo de cationes Medio ligeramente ácido3° Grupo de cationes Medio ligeramente básico4° Grupo de cationes Medio ligeramente básico

d) Para determinar que se ha separado bien un grupo de cationes, una vez hecho un primer filtrado, se puede recoger esta solución pasante y aplicarle nuevamente el reactivo de grupo y observar si sigue habiendo precipitación. Se puede repetir esta operación una y otra vez, cuidando del aspecto de la acidez



o alcalinidad, hasta observar que ya la solución ya no forma precipitado por acción del agente precipitante.

7. Bibliografía

ALEXEIV, Vladimir Nikolaevich: Semimicroanálisis Químico Cualitativo, 1 ed, Moscú, Editorial Mir Moscú, 1975.

CHANG, Raymond: Química, 6 ed, México D.F., Mc Graw Hill, 1999.


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