Análisis Del Grupo II de Cationes

Laboratorio de Análisis Químico Análisis del grupo II de cationes

ANÁLISIS DEL GRUPO II DE CATIONES

OBJETIVO

Separación e identificación de cationes del segundo grupo, basándonos en las diferentes

solubilidades de los cationes frente a distintas condiciones y reactivos.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Los cationes del segundo grupo se dividen tradicionalmente en dos

subgrupos: el subgrupo II A (del cobre) y el subgrupo II B (del arsénico).

La base de esta división es la solubilidad de los precipitados de sulfuros

en polisulfuros de amonio. Mientras que los sulfuros del subgrupo del

cobre son insolubles en este reactivo, los sulfuros del subgrupo del

arsénico se disuelven por la formación de Tiosales.

El subgrupo del cobre está conformado por: Mercurio (II), Plomo

(II), Bismuto (III), Cobre (II), y Cadmio(II).

Aunque la mayor parte de los iones plomo (II) son precipitados con ácido

clorhídrico diluido junto con los otros iones del grupo I, este precipitado

es bastante incompleto debido a la solubilidad relativamente alta del

cloruro de plomo(II).

Por lo tanto, en el curso del análisis todavía habrá presente iones plomo

cuando se trate de precipitar el segundo grupo de cationes.

Los cloruros, nitratos y sulfatos de los cationes del subgrupo del cobre

son bastante solubles en agua. Los sulfuros, hidróxidos y carbonatos son

insolubles. Algunos de los cationes del de este subgrupo tienden a

formar complejos.

Universidad Nacional de Ingeniería


El subgrupo del arsénico consiste en los iones de Arsénico (III),

Antimonio (III), Estaño (II) y Estaño (IV).

Estos iones tienen carácter anfótero: sus óxidos forman sales con

ambos, ácidos y bases. Entonces el óxido de arsénico (III) se puede

disolver en ácido clorhídrico (6M) formando cationes de arsénico (III)

La disolución de sulfuros en polisulfuro de amonio puede ser

considerada como la formación de Tiosales a partir de Tioácidos

Anhidros. Entonces la disolución de sulfuro de arsénico (III) en sulfuro de

amonio conduce a la formación de iones de amonio y tioarsenito.

Todos los sulfuros de subgrupo de arsénico se disuelven en sulfuro de amonio (incoloro)

excepto el sulfuro de estaño (II); para disolverlo se necesita de polisulfuro de amonio.

PARTE EXPERIMENTAL



Materiales

8 tubos de ensayo

embudo

pinza metálica

papel de filtro

papel tornasol

agua destilada

solución (contiene cationes del grupo II)

bagueta

Reactivos

Sulfuro de Sodio Na2S

Polisulfuro de Amonio (NH4)2Sx

Hidróxido de AmonioNH4OH

Ácido Clorhídrico HCl

Cianuro de Potasio KCN

Ácido Nítrico HNO3

Ácido Sulfúrico H2SO4

Procedimiento

a) Corregimos la acidez de la solución inicial que contiene todos los cationes del

grupo II, agregando gota a gota NH4OH 15N hasta neutralizar la solución, luego

añadimos HCl 6N en relación de 1 gota/ml de solución, para ello usamos papel

tornasol como indicador


HCl


Solución que contiene

cationes del grupo II

b) Luego agregamos Na2S gota a gota hasta completar la precipitación, filtramos y

desechamos la solución pasante.

El precipitado de color marrón oscuro esta formado por los sulfuros de los cationes

del sub-grupo IIA (HgS, PbS, Bi2S3, CuS, CdS) y los del sub-grupo IIB (As2S3,

Sb2S3, Sb2S3, SnS, SnS2).

c) Transferimos el precipitado obtenido a un vaso con ayuda de unos (6-8) ml de

solución de polisulfuro de amonio (NH4)2Sx, posteriormente llenamos el contenido


Na2S


del vaso a un tubo y sometemos este contenido a baño María por unos segundos y

luego filtramos.

A través de la filtración anterior separamos sub-grupo IIA (precipitado) del sub-

grupo IIB (solución).

El precipitado puede contener: HgS, PbS, Bi2S3, CuS, CdS, S° y la solución puede

contener las tiosales (NH4)3A5S4, (NH4)3SbS4 y (NH4)2 SnS3.

Trabajaremos primero con el precipitado:



Transferimos el precipitado obtenido a un vaso con ayuda de unos (6-8) ml de

HNO3 6N, calentamos ligeramente hasta observar un cambio, enfriamos y luego

filtramos.

El precipitado obtenido esta compuesto de HgS y S°.

La solución filtrada puede contener: Pb(NO3)2, Bi(NO3)3, Cu(NO3)2, Cd(NO3)2, a

esta solución le agregamos unas gotas de H2SO4 9N y calentamos la solución hasta

observar el desprendimiento de abundantes humos blancos, luego enfriamos,

diluimos ligeramente la solución y filtramos.


H2SO4


El precipitado blanco obtenido corresponde a PbSO4.

La solucion filtrada contiene Bi2(SO4)3, CuSO4, CdSO4; alcalinizamos la solucion

con NH4OH 15N y observamos la formacion de un precipitado, luego filtramos.

El precipitado blanco corresponde a Bi(OH)3.


NH4OH


La solución filtrada debe presentar una tonalidad azul debido a la presencia del

catión Cu que se encuentra como Cu(NH3)4SO4; añadimos gotas de KCN hasta

decolorar la solución, luego agregamos gotas de Na2S hasta observar la formación

de un precipitado.

El precipitado de color amarillo corresponde a CdS.

Trabajamos ahora con la solución que contiene las tiosales:

Diluimos la solucion ligeramente, luego la acidificamos con gotas de HCl 6N,

calentamos ligeramente, filtramos y desechamos la solucion pasante.


KCN Na2S

HCl


El precipitado obtenido puede contener AsS5, Sb2S3, Sb2S5, SnS2 y S°

Traspasamos el precipitado con ayuda de unos ml de HCl 12N a un vaso,

calentamos ligeramente y luego filtramos.

El precipitado resultante contiene As2S5.

La solución puede contener SbCl3 y SnCl4, diluimos la solución hasta que la

concentración de HCl obtenido se aproxime a 2,4N.



Aplicamos:

C1V1 = C2V2

6 x 1.7 = 2.4 x V2

V1 = 1.7ml V2 = 4.25ml

C1 = 6N

Añadimos a la solución 4.25ml de agua destilada.

Calentamos la solución y luego añadimos gotas de Na,S hasta observar la formación

de un precipitado, filtramos.

El precipitado corresponde a Sb2S5.

Volvemos a diluir la solución final hasta que la concentración de HCl se aproxime a

1.2N.

Aplicamos: C1V1 = C2V2

C1 = 2.4N C2 = 1.2N

V1 = 6.2ml 2.4 x 6.2 = 1.2 x V2

V2 = 12.4ml

Añadimos 12.4ml de agua destilada a la solución y luego gotas de Na2S hasta

observar la formación de un precipitado.


Na2S


CUESTIONARIO

1.Haga un diagrama esquemático indicando la separación e identificación de los

cationes del 2do grupo.


Na2S


2.Escriba las ecuaciones de las reacciones.


Precipitación total con Na2S de subgrupos II-A y II-B

SOLUCIÓN DILUIDA DE CATIONES IIdo GRUPO

Neutralizar la solución con NH4OH

Agregar HCl, una gota/ml de solución

Precipitado: Color

negro de HgS y S0

Añadir H2SO4. Calentar: observar

humos blancos

Solución:Pb(NO3)2, Bi(NO3)2, Cu(NO3)2, Cd(NO3)2

Solución:Bi2(SO4)3, CuSO4,

CdSO4

Precipitado: Color

blanco de PbSO4

Enfriar. Diluir solución. Filtrar

Solución: Color azul de Cu(NH3)4SO4

Alcalinizar la solución con NH4OH. Se

obtiene:

Solución: Color azul de Cu(NH3)4SO4

Alcalinizar la solución con NH4OH. Se

obtiene:

Precipitado: Color

blanco de BiOH3

Añadir (NH4)2SX, llevar a baño maría. Se forman:

Precipitado: Agregar HNO3 Hervir. Se obtiene:

Precipitado: As2S5, Sb2S5, Sb2S3, SnS2 y S0

Diluir solución y acidificar con HCl 6N, calentar, filtrar

Añadir HCl 12N al precipitado, calentar, filtrar

Calentar. Añadir Na2S, observar precipitado.

Filtrar

Diluir solución hasta la concentración HCl 2.4N

Precipitado:As2S5Solución:

SbCl3 y SnCl4

Diluir solución asta la

concentración HCl

1.2N

Precipitado:Sb2S5Solución:

SbCl3 y SnCl4

Precipitado: SnS2

Añadir: Na2S

Solución:Conteniendo Tiosales


Reacciones del PRECIPITADO con el Polisulfuro de Amonio (NH4)2 Sx

Sn S + (NH4)2 S2 (NH4)2 SnS3

Sn S2 + (NH4)2 S (NH4)2 SnS3

As 2S3

+ 2(NH4)2 S 2 + (NH4)2 S 2(NH4)3 AsS4

Sb 2S3

+ 2(NH4)2 S 2 + (NH4)2 S 2(NH4)3 SbS4

Reacciones del PbS CuS CdS Bi2S3 con HNO3

3PbS + 8HNO3 3Pb(HNO3)2 + 2 NO + 4H2O + 3S0

3Cu S + 8HNO3 3Cu (NO3)2 + 2 NO + 4H2O + 3S0

Bi 2S3

+ 6HNO3 2Bi(NO3)3 + 3H2S

3Cd S + 8HNO3 3Cd (NO3)2 + 2 NO + 4H2O + 3S0

Reacciones del Pb(NO3)2 Cu(NO3)2 Cd(NO3)2 Bi(NO3)3 con H2SO4

Pb(NO3)2 + H2SO4

Pb SO4 + 2 HNO3

Cu(NO3)2 + H2SO4

Cu SO4 + 2 HNO3

Cd(NO3)2 + H2SO4

Cd SO4 + 2 HNO3

2Bi(NO3)3 + 3H2SO4

Bi 2( SO4 )3 + 6 HNO3

Reacciones del CuSO4 Bi2 (SO4)3 CdSO4 con NH4OH

Cu SO4 + 4NH4OH Cu(NH3)4 SO4 + 4H2O

Bi 2(SO4) (ac) + 6NH4OH 2Bi(OH)3 + 3(NH4)2SO4

Cd SO4 + 4NH4OH Cd(NH3)4 SO4 + 4H2O

Reacciones del Cu(NH3)4 SO4 Cd(NH3)4 SO4 con KCN

2Cu(NH3)4 SO4 + 10KCN + 8H2O 2K3Cu(CN)4 + 2K2SO4 + (CN) 2 + 8NH4OH

Cd(NH3)4 SO4 + 4KCN + 4H2O K2Cd(CN)4 + K2SO4 + 4NH4OH

Reacción del K2Cd(CN)4 con Na2 S



K2Cd(CN)4 + Na 2 S CdS + 2KCN + 2NaCN

Reacciones del (NH4)2 SnS3 (NH4)3 AsS4 (NH4)3 SbS4 con HCl

2(NH4)3AsS4(ac) + 6HCl(ac) 3H2S(ac) + As2S5(S) + 6NH4Cl(ac)

2(NH4)3SbS4(ac)) + 6HCl(ac) 3H2S(ac) + Sb2S5(S) + 6NH4Cl(ac)

(NH4)2SnS3(ac) + 2HCl(ac) H2S(ac) + SnS2(S) + 2NH4Cl(ac)

Reacciones del Sb2S5 SnS2 con HCl (12N)

Sb2S3(S) + 6HCl(ac) 2SbCl3(ac) + 3H2S

SnS2(S) + 4HCl(ac) SnCl4(ac) + 2H2S

3.Las concentraciones de los ácidos comerciales: H2SO4(ac) y HCl(ac) son 18M y 12M

respectivamente. ¿Indique como prepararía H2SO4(ac) 9N y HCl(ac) 1.2, que precaución

se debe tener en la preparación de estas soluciones?

Para el H2SO4

, , M=18

se desea preparar una solución 9N

M=4.5

Entonces nos damos cuenta q tenemos q disminuir la concentración de esta solución de

H2SO4 agregando agua destilada.

C(INICIAL)*V(ACIDO)=C(FINAL)*(V(ACIDO)+V(AGUA))

18*V(ACIDO)=4.5*(V(ACIDO)+V(AGUA))

3V(ACIDO)=V(AGUA)

Concluimos q para obtenerla concentración pedida hay que añadir agua destilada 3 veces el

volumen de la solución inicial.

Para el HCl

, , M=12



se desea preparar una solución 1.2N

M=1.2

Entonces nos damos cuenta q tenemos q disminuir la concentración de esta solución de HCl

agregando agua destilada.

C(INICIAL)*V(ACIDO)=C(FINAL)*(V(ACIDO)+V(AGUA))

12*V(ACIDO)=1.2*(V(ACIDO)+V(AGUA))

9V(ACIDO)=V(AGUA)

Concluimos q para obtenerla concentración pedida hay que añadir agua destilada 9 veces el

volumen de la solución inicial.

4.En la acidificación de las Thiosales se perciben olor característico ¿Qué sustancia la

produce? Y ¿Qué características tiene?

De la solución que contiene a las TIOSALES, podemos apreciar una coloración marrón

anaranjada. Contiene (NH4)3AsS4 (NH4)2SbS4 (NH4)2SnS3. Agregamos HCl (6N) con la

finalidad de acidificar la solución. A continuación filtramos.

5.La solubilidad del AgNO2 222mg/dl.Calcule el Kps de esa sal en funcion de los

coeficientes de actividad de esos iones.

X - -

- X X

X=222mg/dl = 0.014mol/l=0.014M

C(ION PLATA)=0.014mol/l

C(ION NITRITO)=0.014mol/l



log f(ION PLATA)=1/2(+1)2(0.007)0.5=1.102

log f(ION NITRITO)=1/2(-1)2(0.007)0.5=1.102

Kps=(fAg*CAg)*(fNO2*CNO2)

Kps=(1.102*0.014)*(1.102*0.014)

Kps=2.380*10-4

6.Con los cálculos debidos, indique si se forma precipitado o no cuando se mezclan

volúmenes iguales de soluciones de HCl(ac) y Pb(NO3)2, ambas soluciones son 0.09N.El

precipitado podría ser PbCl2, cloruro de plomo.

Kps=1.6*10-5(cte. De producto de solubilidad del PbCl2)

Cuando se mezclan las soluciones indicadas, el volumen de la solución aumentara dos

veces y la concentración de cada una de las sustancias se reducirá hasta 0.045 ó 4.5*10 -2 M.

Evidentemente, así será también las concentraciones de iones Pb+2 y Cl- en el primer

momento después de mezclar las soluciones. Como la solubilidad de PbCl2 es bastante alta,

las actividades de los iónes se diferencian mucho de las concentraciones. Por eso hay que

calcular la fuerza iónica de la solución, hallar los coeficientes de actividad correspondientes

a esta fuerza y sustituirlos en la expresión Ks

[Pb+2]= 4.5*10-2 ; [NO3-]=9*10-2 ; [Na+]=4.5*10-2 ; [Cl-]= 4.5*10-2

μ= [4.5*10-2 *4 + 9*10-2 *1 + 4.5*10-2 *1 + 4.5*10-2*1 ]= 0.18

logfi=-0.5Z2i μ<0.02 ; logfi=-0.5Z2

i 0.02<μ<0.2

Para el Pb+2 :

LogfPb+2=-0.5(2)2

=0.596 fPb+2=0.254

Para el Cl- :



LogfCl-=-0.5(1)2 =0.149 fCl-=0.709

Kps=aPb+2 (aCl-)2 =(4.5*10-2 *0.254)( 4.5*10-2*0.709)2=1.163*10-5

1.163*10-5 >1.6*10-5 (libro) SI HAY PRECIPITACIÓN

CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES

Notamos que para obtener una correcta precipitacion de los cationes del grupo II

debemos trabajar en medio acido corregido.

Después de obtener la precipitación de los catines del grupo II debemos de filtrar

inmediatamente la solución, de lo contrario precipitarian los iones de Zn2+.



Al no realizar correctamente la precipitación de los cationes del grupo II de la

solución, después no obtendriamos los precipitados correctos.

Notamos que los sulfuros de antimonio se disuelven por calentamiento en HCl

concentrado; mientras que los sulfuros de arsénico precipitan (Ejm. As2S5).

Notamos que después de agregar gotas de HCl a la solución que contiene NH4OH

ocurre una reacción exotérmica; esto debido a la neutralización.

BIBLIOGRAFÍA

‘’Semi-microanálisis Químico Cualitativo’’ V.N. Alexeiev

Capítulo VI pag.487---495

‘’Química Analítica Cualitativa’’ Arthur I. Vogel

Capítulo III pag.238---252



‘’Analisis Cualitativo’’ Ray U. Brumblay

Capítulo IV pag.71---99


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