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1er GRUPO DE CATIONES Segundo laboratorio de Análisis Químico Profesor: Ing. Vizarreta Escudero, Tomas Alumnos: Aguirre Quispe, Miguel 20122186F Dávila Saavedra, Luis 20120322J Jiménez López, Fiorela

1er Grupo de Cationes

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Page 1: 1er Grupo de Cationes

1er GRUPO DE CATIONES

Segundo laboratorio de Análisis Químico

Profesor: Ing. Vizarreta Escudero, Tomas

Alumnos:

Aguirre Quispe, Miguel 20122186F Dávila Saavedra, Luis 20120322J Jiménez López, Fiorela 20122167A Miyahira Orellano, Raymundo 20120318B

Sección:

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I. OBJETIVOS:

Identificación de cationes del primer grupo de una muestra conocida aplicando los diferentes tipos de equilibrio químico.

Apreciar las diferentes características de estos cationes mediante sus precipitados correspondientes.

Mejorar el trabajo de reconocimiento de iones.

II. FUNDAMENTO TEÓRICO:

Primer Grupo de Cationes.-

Los cationes del primer grupo están conformados por los cationes Ag+1, Pb+2 y Hg2+2, en

los cuales se usa como reactivo general al ácido clorhídrico (HCl) diluido en medio ácido para separarlos de los otros grupos por precipitación en forma de cloruros (AgCl, PbCl2 y Hg2Cl2).

No se emplea NH4Cl u otro cloruro como precipitante en la marcha analítica porque debido a la presencia de Bi3+, o Sn4+, o Sb3+ , que son cationes ácidos, debido a su gran radio iónico y posición en el sistema periódico precipitarían sales básicas por hidrólisis y necesitan medios ácido para que esto no ocurra, y no precipiten compuestos del tipo ClBiO, ClSbO, además para no introducir nuevos iones(o a sales básicas insolubles en agua).

Tampoco se emplea ácido de mayor concentración porque al agregar grandes cantidades de cloruros se produce la redisolución de los cloruros formados debido a la formación de complejos. La concentración de cloruros es muy importante, debido a que un exceso de éste es desfavorable en la separación por formación de complejos, si bien un ligero exceso favorece la precipitación debido al efecto de ion común.

AgCl+Cl−1→AgCl2−1+Cl−1→AgCl3

−2

PbCl2+Cl−1→PbCl3

−1+Cl−1→PbCl4−2

Hg2Cl2+2Cl−1→Hg2Cl4

−2

Reconocimiento de los cationes.-

PbCl2 : se forma en frío y en una solución no muy diluida . Es soluble en agua caliente (33.4g y 9.9g por litro a 100° y 20° respectivamente).

PbCl2 + HCl ↔ H(PbCl3)

PbCl2 + 2HCl ↔ H2(PbCl4)

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AgCl: Es un precipitado blanco que se oscurece al ponerlo a la luz, además es insoluble en agua (1.5 x 10-3 g por litro). Se forma mediante:

HCl ↔ H+ + Cl-

Ag+ + Cl- → AgCl

Hg2Cl2: Cloruro mercurioso, precipitado blanco insoluble.

III. MATERIALES UTILIZADOS:

Tubos de ensayo y gradilla papel de filtro

embudo vaso de precipitado

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

1) La solución entregada contiene los cationes del grupo I (Ag+1 ; Pb+2 y Hg2+2

).

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2) Primero se añade a la solución HCl(ac) 6N gota a gota, hasta que haya precipitación total. Luego se filtra y desecha la solución filtrada.

Al agregar gota a gota se observa poco a poco una turbidez en la solución, que luego se transforma en un precipitado blanquecino. El precipitado obtenido contiene cloruros de los 3 cationes del I grupo: PbCl2; AgCl y Hg2Cl2

3) Se lava el precipitado obtenido con H2O destilada caliente a 100°C, sin necesidad de retirar el papel de filtro del embudo (realice esta operación añadiendo el agua destilada caliente por los contornos del precipitado). Conserve el precipitado y la solución filtrada.

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Se sabe que el cloruro de plomo es soluble en agua caliente.

La solución obtenida tendrá los iones Pb2+ y el precipitado restante en el papel de filtro contendrá los cloruros de plata y mercurio que son insolubles incluso en agua caliente.

4) La solución caliente obtenida en el paso 3 se divide en cuatro porciones y a cada una se le agrega un reactivo diferente como se muestra en la figura.

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Análisis de las soluciones obtenidas:

Al agregar Na2S se observa una solución oscura rojiza con turbidez que nos demuestra la presencia del Ion Pb2+ mediante la formación del sulfuro de plomo ( PbS)

Al agregar KI se observa una solución blanquesina que denota la presencia de Pb2+

mediante: Pb2+ + 2KI → PbI2 + 2K

Al agregar K2CrO4 se forma un precipitado amarillo naranja de PbCrO4 que evidencia la presencia del ion plomo, lo que significa que el Pb no se separó totalmente en el paso anterior.

5) A la solución de AgCl y Hg2Cl2 restante se le añade gota a gota NH4OH (ac)

concentrado.

Cuando se vierte el NH4OH en el precipitado, este se torna de color negro debido a la formación de amoniaco de plata Ag(NH3)2(ac)

Hg2Cl2+2N H40H→HgNH 2Cl+Hg+N H4Cl+2H 2O

6) La solución del paso 5 se divide en 3 tubos, luego se le añade a cada uno un reactivo diferente (KI(ac), K2CrO4(ac), HNO3(ac) 6M).

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El AgCl es soluble en solución diluida de hidróxido de amonio debido a la formación del Ion complejo diamino argéntico (Ag (NH3)2) Cl; pero al agregar KI a la solución se obtiene un precipitado blanco mediante la reacción:

Ag(N H3)2Cl+KI→AgI +KCl+2N H3

Se observa que el tercer tubo tiene una coloración rojiza oscura esto se debe a la presencia del AgNO3

V. RECOMENDACIONES:

Asegurarse de que cada uno de los materiales este completamente limpio, porque se puede llegar a la formación de nuevos compuestos o alteración de la muestra que afectarían la realización de las experiencias.

Se debe de tener cuidado a la hora de hacer la precipitación como adición de HCl, ya que una solución concentrada de HCl formaría iones complejos, solubles en agua, lo que dificultaría el posterior reconocimiento de los cationes.

VI. CONCLUSIONES:

El reactivo analítico común para los cationes del primer grupo es el HCl 6N.

Debido a las diferentes solubilidades de cada cloruro formado es que se logra separar a los tres cationes en diferentes soluciones para comprobar su presencia en la muestra, además gracias al reactivo específico se separan los cationes sin problemas.

Lo que restaba en el precipitado, lo que nos mostraba un color negro a gris era el catión mercurio, una buena forma de reconocerlo.

Para identificar un catión del primer grupo se usan sus propiedades químicas y físicas características de dicho catión frente a ciertos reactantes, como por ejemplo color.

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VII. CUESTIONARIO:

1) Responda brevemente:

a) ¿Cómo se logra la precipitación total o completa del primer grupo de cationes?

A la solución entregada que contiene los cationes del grupo uno se le agrega HCl 6N gota a gota hasta observar la formación de un precipitado blanquecino que contiene los cloruros: AgCl, PbCl2 y Hg2Cl2 .

b) ¿Qué precaución importante se debe tener en cuenta? ¿Por qué? Explíquelo brevemente y con toda claridad.

Se debe tener cuidado para realizar una precipitación total o completa, obteniendo así en el precipitado los cationes del grupo I, ya que después de filtrar la solución pasante se desecha. Sin embargo si se agrega una cantidad en exceso de HCl se daría la reacción:

AgCl + Cl−¿¿ → AgCl2−¿ ¿

El AgCl2−¿ ¿ es soluble y por consiguiente, no toda la plata se encontrará en el

precipitado, lo que dificultará su posterior reconocimiento.

2) Durante la marcha química

a) ¿En qué momento se debe usar el NH 3 concentrado, 15N?

Después de haber separado el PbC l2 por lavado con agua a 100 °C para hacer reaccionar el Hg2Cl2

b) ¿que se logra con esa reacción?

Al agregar el NH 3 el AgCl se separa del Hg2Cl2 , disolviéndolo en solución de amoníaco para formar el Ag(NH¿¿3)2

+¿ ,¿¿ soluble, el cual es un ión complejo. Al mismo tiempo el Hg2Cl2 reacciona con el NH 3 para formar partículas muy pequeñas de Hg y de Hg(NH¿¿2)Cl¿ que podemos apreciar en el papel de filtro como puntitos diminutos de color negro o gris oscuro. Esto es prueba de la presencia de iones Hg en la muestra.

3) a. ¿Qué es la amalgamación?

La amalgamación comprende las formaciones de aleaciones que el mercurio produce con otros metales. Se emplea en la extracción a pequeña escala de los metales preciosos de los minerales que los contienen, como el oro, debido a su sencillez y la poca inversión de capital.

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Las amalgamas de uso más frecuente en las artes han sido las amalgamas con bismuto, plata, estaño y oro. Todas se caracterizan por ser blancas, brillantes y susceptibles de cristalizar. Las que son formadas por metales oxidables, al estar expuestas al aire se alteran con prontitud; por acción del calor se volatiliza el mercurio.

b. ¿Qué peligros acarrea, el uso frecuente de Hg (l)?

Una larga exposición puede ocasionar en los humanos daños al sistema nervioso, disminución o pérdida de visión y de la audición, pérdida de coordinación y sensibilidad muscular ya sea por aspiración de vapores de mercurio o por vía oral o cutánea. En los infantes genera retraso en su desarrollo mental y disminución de su inteligencia.

Cuando el mercurio inorgánico se deposita en el suelo o agua, los microorganismos ayudan a su conversión en metilmercurio, su forma orgánica más tóxica, absorbida rápidamente por los organismos pequeños, peces y plantas. Las concentraciones aumentan conforme se transfieren hacia arriba en la cadena alimenticia a peces, aves, animales, mamíferos marinos y seres humanos.

4) Para el complejo de plata, AgCl2-1 de la tabla respectiva se obtiene:

AgCl2−1❑

⇔Ag+¿+2Cl; Kdisoc=2.36 x 10

−6¿

Kdisoc es la constante de disociación o inestabilidad del complejo. Escriba la expresión química de la constante de formación o estabilidad de ese complejo y calcule su valor.

Se sabe que la constante de disociación se define como la relación que se establece a partir de las concentraciones de los productos que se forman en una reacción de disociación al alcanzar el equilibrio. Cuanto mayor es su valor, más desplazado está el equilibrio hacia la derecha y más inestable es el complejo. Su inversa sería la constante de formación o estabilidad:

Ag+¿+2Cl❑

⇔AgCl 2

−1 ; K formación=[AgCl2−1]

¿¿ ¿

K formación=1

Kdisoc= 12.36 x 10−6

=423728.8136≈ 4.237 x105

5) Las Kps, constantes del producto de solubilidad, del cromato de plomo y yoduro de plomo son 1.8 x 10-14 y 8.7 x 10-9 respectivamente. ¿Cuál de las dos sales es más soluble y en cuántas veces?

Se sabe que el valor de Kps nos indica la solubilidad de un compuesto iónico, es decir, cuanto menor sea su valor menos soluble será el compuesto.

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El Kps del cromato de plomo (PbCrO4) es de 1.8 x 10-14 y el del yoduro de plomo (PbI2) es de 8.7 x 10-9. Según la definición antes mencionada, el PbI2 es más soluble que el PbCrO4.

Dividiendo ambos valores: 8.7 x10−9

1.8x 10−14=4.833 x 105

∴El PbI2 es más soluble que el PbCrO4 por 4.833 x 105 veces

6) a. A una disolución de 1.00 g de H2SO4, ácido sulfúrico, se le ha añadido 10 ml de NaOH (ac), hidróxido de sodio 2N. ¿Qué medio tendrá la solución resultante? Y si hay un exceso, calcule su cantidad en gramos.

Sabemos: MH 2S O4=98;M NaOH=40

1 gramo de H2SO4 contiene: nH 2SO4=masa

M= 198

mol

Se le añade 10 ml de NaOH (ac) 2N, que vendrían a ser:

Concentración :2N=2M=nNaOH

V NaOH=nNaOH

0.01l→nNaOH=0.02mol

Como nNaOH>nH 2SO4; entonces la solución resultante tendría medio básico o alcalino, teniendo como exceso de moles del NaOH: nNaOH−nH 2SO 4

=9.7959 x10−3moles

nNaOH final=masaM

→9.7959 x10−3=masaexc

40

∴Se obtiene: masa (exc) = 0.3918 gramos

b. ¿En qué proporción, en peso, se deben mezclar las disoluciones de CH3COOH (ac), ácido acético, al 15% y al 3% para obtener una disolución al 10%?

Sabemos que: ¿moles totales=¿moles(disolución1)+¿moles(disolución2)

¿moles=(Concentración)(Volumen)

De ambas relaciones:

(Conc final )(∑Volumenes )=(Conc1 ) (Volumen1)+ (Conc2 ) (Volumen2 )

(10% ) (Volumen1+Volumen2 )=(15%) (Volumen1 )+(3%)(Volumen2)

Simplificando y despejando, se obtiene: 5 (Volumen1 )=7 (Volumen2 )

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Como se trata del mismo soluto (ácido acético), la proporción en peso sería la misma que la de volumen:

∴ 7 partes de la disolución de CH3COOH al 15% por cada 5 partes de disolución de CH3COOH al 3%

7. De la muestra pesada de CaCl2 .6H 2O, cloruro de calcio hexahidratado se han obtenido 0.2020 gr de CaO, óxido de calcio ¿Cuántos gramos del precipitado de AgCl, cloruro de plata, se obtendrá de la misma muestra pesada.

Sol:

1 mol CaO 1 mol Ca

56g 40g

0.2020g MCa

Luego MCa=0.14428g

1 mol CaCl2 .6H2O 1 mol Ca 2 mol Cl−¿¿

40g 71g

0.14428 MCl

Luego MCl=¿ 0.2561071g ¿

1 mol AgCl 1 mol de Cl−¿¿

143.5g 35,5g

M AgCl 0.2561071g

M AgCl=1.03525 g

8. Un precipitado de Mg (OH )2, hidróxido de magnesio, se lavó con 500 ml de H 2O destilada ¿Cuántos gramos del catión magnesio pasaron a la disolución?

KpsMg(OH )2=5.5∗10−12

Solución:

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Se establece el equilibrio

Mg (OH )2 ↔ Mg2+¿+2(OH )−¿ ¿¿

X 2X

K PS(Mg (OH )¿¿2)¿ = ¿

5,5 x10−12 = X .(2 X )2

5,5 x10−12 = 4 X3

X = 3√ 5,5 X 10−12

4 → X = ¿ = 1.112 x 10−4

molL

Hallando el número de moles de Mg2+¿¿

¿ = n

Vsol → n = ¿.Vsol

n = 1.112 x 10−4 molL x 0.5L

n = 5.56 x 10−5 mol → # moles de Mg2+¿¿

Luego:

n = WM → W = n.M

W = 5.56 x 10−5 mol x 24.g

mol

∴ W = 1.334 x 10−3g → masa de Mg2+¿¿.

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