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FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA, MINERA Y

METALÚRGICA

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LaboratorioN°3 : ANALISIS DEL GRUPO II DE CATIONES

Curso

Análisis Químico

Integrantes

Chuquispuma Martínez, Jeef 20130247K

Núñez-Melgar León, Pablo 20132127B

Rojas Iruri, Darío Dominico 20130345B

Docentes

Vizarreta Escudero, Tomas

Javes Aramburu, Manuela

FECHA DE EXPERIENCIA: 25/09/2014 FECHA DE ENTREGA: 9/10/2014

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

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INDICE

Introducción pág.3

Objetivos pág.3

Fundamento teórico pág.4-8

Materiales pág.9

Procedimiento pág.10-13

Observaciones pág.14

Recomendaciones pág.15

Conclusiones pág.16

Cuestionario pág.17-21

Bibliografía pág.22

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INTRODUCCION

En este tercer laboratorio se buscara analizar el II grupo de cationes a través de

reacciones químicas; buscando identificar cada catión aprovechando sus

propiedades cualitativas; antes debemos recordar que este II grupo de cationes

se divide en 2 subgrupos IIA, contiene Hg+2,Pb+2,Bi+3, Cu+2, Cd+2 y IIB, contiene

As+3, Sb+3,Sb+5,Sn+2,Sn+4 quienes se disuelven en presencia de polisulfuro de

amonio . Para dicho análisis se deberá empezar haciendo uso del reactivo de

grupo H2S que en este caso se verá reemplazado por el equivalente de Na2S en

HCL; luego de haber obtenido solo el precipitado por el reactivo de grupo y el

filtrar, la muestra tendrá que ser bañado con polisulfuro de amonio en donde

después de un baño María se obtendrá un precipitado y una solución en donde se

tendrá el grupo IIA y IIB respectivamente. El laboratorio se dividirá en dos partes

dando inicio por el precipitado IIA y luego de la identificación de sus cationes se

terminara con la solución IIB en donde se hará uso de la concentración de HCL

para la identificación de este subgrupo IIB.

OBJETIVOS

- Realizar la correcta identificación de los reactivos del II grupo.

- Conocer las propiedades de los cationes del II grupo.

- Poder obtener de manera satisfactorio un resultado concordante con la

teoría.

- Identificar que sustancias son más solubles que las demás.

- Averiguar que relación hay entre los tiosales con el HCL.

- Averiguar si la concentración de HCL influye en la identificación de estos

cationes.

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FUNDAMENTO TEÓRICO

CATIONES

  Cuando un átomo pierde electrones (los electrones de sus orbitales más externos, también llamados electrones de valencia) adquiere, como es lógico, una carga positiva neta.

Para nombrar estas “especies químicas” basta anteponer la palabra catión o ion al nombre del elemento.

En los casos en que el átomo puede adoptar distintos estados de oxidación se indica entre paréntesis. Algunos ejemplos son:

H+ Ión hidrógeno Li+ Ión litio

Cu+ Ión cobre (I) Cu+2 Ión cobre (II)

Fe+2 Ión hierro (II) Fe+3 Ión hierro (III)

Sn+2 Ión estaño (II) Pb+4 Ión plomo (IV)

Hay bastantes compuestos como, por ejemplo, el amoníaco– que disponen de electrones libres, no compartidos. Estos compuestos se unen al catión hidrógeno, para dar una especie cargada positivamente. Para nombrar estas especies cargadas debe añadirse la terminación –onio tal como se ve en los siguientes ejemplos:

NH4+ Ión amonio

PH4+ Ión fosfonio

AsH4+ Ión arsonio

H3O+ Ión oxonio

CATIONES DEL GRUPO II

 Aquellos cationes cuyos sulfuros son insolubles en ácidos diluidos. Precipitan con H2S en medio ácido

Cu2+, Cd2+, Hg2+, Bi+3, Pb2+.

Sn2+/4+, As+3/5+, Sb3+/5+, 

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SUBGRUPO IIA

Reacciones para Cu (II):

+ H2S (g)  CuS (precipitado negro)  + HNO3 (3M)  S + Cu2+ (solución azul) + NO+ KCN (s)  Cu(CN)4

3- incoloro + S2- + SCN-

+ NaOH (2 M)  insoluble+ NH3 (3 M)  CuSO4.Cu(OH)2 (precipitado verde azulado)

+ NH3 (exc.)  Cu(NH3)42+ azul

+ KCN (s)  CNO- + Cu(CN)86- o Cu(CN)4

3-

+ Feº  Cuº (precipitado rojo sobre el Fe)+ KCN (s)  Cu(CN)2 (precipitado amarillo)

+ KCN (exc.)  (CN)2 +  + Cu2(CN)2 (blanco)+ CN- (exc.)  Cu2(CN)8

6-

+ 1 gota de

(solución alcoholica al 2%)

+ vapores de NH3 

Verde

El reactivo orgánico es (~benzoinoxima) - Cuprón

Reacciones para Cd (II):

+ H2S (g)  CdS (precipitado amarillo)+ H2SO4 (1.5 M)  Cd2+ (soluble)

+ NaOH (6 M)  Cd(OH)2 (precipitado blanco)+ NaOH (exc.)  insoluble+ NH3 (3 M)  Cd(NH3)4

2+

+ KCN (s)  Cd(CN)2 (precipitado blanco)+ KCN (exc.)  Cd(CN)4

2+ +

+ H2S (g)  CdS (ppdo amarillo)

Reacciones para Hg (II):

Cuidado: Todas las sales de mercurio solubles son venenos potentes

+ H2S (g)  Hg3Cl2S2 (blanco amarillento)  HgS (precipitado negro)

+ NaOH (2 M)  insoluble (con exc. de

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S2- forma complejos)+ Cuº (lámina)  Hgº se deposita sobre el Cu y forma amalgama

+ 1 gota de

Azul o violeta

(al 1% en alcohol)el reactivo orgánico es la difenilcarbazida+ KI (0.5 M)  HgI2 (precipitado rojo)

+ KI (exc.)  Complejos iodurados como el HgI4

2-

+SnCl2 (0.25 M en HCl 1:5)  Hg2Cl2 (precipitado blanco - Calomel) + Hgº (precipitado negro)

Reacciones para Bi (III):

+ H2S (g)  Bi2S3 (precipitado pardo)+ HNO3 (3M) Ø Bi3+ (soluble) + NO + Sº+ HCl (c) Ø Bi3+ (soluble) + Sº

+ NaOH (6 M)  Bi(OH)3 (precipitado blanco)+ H2O Ø  BiO(OH) amarillo claro+ H2O2  HBiO3 (ppdo pardo)

+ NaHSnO2  Biº (precipitado negro)+ KI (0.5 M)  BiI3 (precipitado negro)

+ KI (exc.)  BiI4- (naranja)

+ H2O  (BiO)I (anaranjado)

Reacciones para Pb (II)

+ HCl (6M)  PbCl2 (precipitado blanco)

+ HCl (exc.)  Complejos clorados PbCl42- o PbCl3-

+ H2SO4 (3M)  PbSO4 (precipitado blanco)

+ HNO3 (3M)  Pb2+ (soluble)

+ H2SO4 (c)  Pb2+ (soluble)

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+ NaOH (6M)  Pb(OH)2 (ppdo blanco)

+ NaOH (exc.)  PbO22-

+ NH4AcO (3M)  Pb(AcO)2 y sales complejas poco disociadas

+ K2CrO4 (1M)  PbCrO4 (ppdo amarillo)

+ KI (0.5 M)  PbI2 (precipitado amarillo)

+ KI (exc)  Complejos iodurados PbI42- o PbI3

-

+ 1 gota de

 Complejo intenso rojo

(0.01% en Cl4C)

el reactivo orgánico es la ditizona

SUBGRUPO IIB

Reacciones para Sb (III):

+ H2O  (SbO)Cl (precipitado blanco)

+ HCl (c)  Sb3+ + SbCl4- (solubles)+ H2S (g)  Sb2S3 (precipitado anaranjado)

+ HCl (c) Ø  Sb3+ (soluble)+ NaOH (6 M)  SbS2

- + SbO2-

+ Feº (en 1/2 HCl)  Sbº (ppdo negro)

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+ HCl (c) + 1 cristal de KNO2 + Ø, enfriar bajo canilla + 1 gota de

 violeta

(al 0.01% en solución acuosa)  

el reactivo orgánico es Rodamina B

Reacciones para Sn (II):

+ NaOH (2 M)  Sn(OH)2 (precipitado blanco)+ NaOH (exc.)  HSnO2

- o SnO22-

+ H2S (g)  SnS (precipitado pardo)+ HCl (c)  Sn2+ + SnCl42- (soluble)

+ Znº (en 1/2 HCl)  Snº + Zn2+

Reacciones para Sn (IV):

+ H2S (g)  SnS2 (precipitado amarillo)+ NaOH (6 M)  SnS3

2- + Sn(OH)62- o SnO3

2-

+ Feº (en medio ácido)  Sb2+ + Fe2+

Reacciones para As (III):

+ H2S (g)  As2S3 (precipitado amarillo)+ HNO3 (c)  AsO3

3- + SO42- (soluble)

+ NaOH (6 M)  AsO33- + AsS3

3- (soluble)+ Znº  AsH3

+ papel embebido en AgNO3  Agº (precipitado negro)

Reacciones para As (V):

+ H2S (g)  As2S3 (precipitado amarillo)+ HNO3 (c)  AsO4

3- + SO42- (soluble)

+ NaOH (6 M)  AsS43- + AsO3S3- (soluble)

+ Znº  AsH3

+ papel embebido en AgNO3  Agº (precipitado negro)

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+ solución magnesiana  Mg(NH4)AsO4 (precipitado blanco - cristales agujas)+ AgNO3  Ag3AsO4 (precipitado pardo chocolate)

+ HNO3 (3 M)  AsO43- (soluble)

+ NH3 (3 M)  AsO43- (soluble)

MATERIALES

8 Tubos de ensayo y gradilla

Piseta con agua destilada

Embudo de vidrio

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Baqueta

Papel de filtro y papel tornasol

Reactivos(NH4OH, Na2S, HCl)

PROCEDIMIENTO

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En una solución neutralizada, lograda por NH4OH 14N se añade HCL 6N gota/ml usando como indicador el papel de tornasol.

Se añade Na2S hasta que precipite; filtre. El precipitado contiene a los 2 subgrupos del II grupo de cationes. IIA HgS, PbS, Bi2S3, CuS,CdS y IIB As2S3, Sb2S5,SnS,SnS2 .Este proceso se puede repetir hasta que se esté seguro de haber hecho precipitar a todos los cationes.

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El precipitado se transferirá a un vaso de precipitado echándole (NH4)2Sx (realizar en zona de extracción o mucha ventilación), luego el contenido se someterá a un baño maría con constante agitación. Filtra; se obtendrá un precipitado y una solución (tiosales) quienes contienen a los subgrupos IIA Y IIB respectivamente.

El IIA (precipitado) será trasladado a un vaso con ayuda de HNO3 (6-8ml), luego calentar hasta observar un cambio. Filtrar; el precipitado es HgS(color negro), S y solución Pb(NO3)2,Bi(NO3)3, Cu(NO3)2, Cd(NO3)2.

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La solución obtenida se le agrega H2SO4 9N, luego calentamos (zona campana extractora) hasta que salga humos blancos; enfriar, diluir. Filtrar; el precipitado es PbSO4 y solución Bi2(SO4),CuSO4, CdSO4 la cual se alcaliniza

con NH4OH 15N, Luego filtramos.; donde el precipitado es Bi(OH)3 y la solución fue incolora.

Como se obtuvo una solución incolora se añadirá CH3COOH 17N, luego K4Fe(CN)6 hasta que el precipitado sea rojo vino, indica presencia de cobre. Se agrega KCN hasta decolorar la solución, luego se añade Na2S hasta que precipite formándose CdS.

En la solución de tiosales, IIB se diluye, luego se añade HCL 6N, calentamos ligeramente, filtramos. El precipitado contiene AsS5, Sb2S3, Sb2S5, SnS2, S.

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Trasladamos el precipitado con ayuda de HCL 6N, luego calentamos ligeramente. Filtrar; el precipitado es As2S5 y la solución contiene a SbCl3 y SnCl4.

La solución pasante se diluye para que la concentración de HCL sea 2.4M, luego calentamos, se le añade Na2S hasta que precipite. Filtramos; el precipitado es el Sb2S5 .

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OBSERVACIONES

Añadimos 10 gotas de Na2S para que ocurra la precipitación total, y se obtiene un precipitado de color marrón que contiene tanto a los cationes de Subgrupo II A como a los cationes del Subgrupo II B.

El Polisulfuro de Amonio (NH4)Sx, separa a los cationes que pertenecen al Subgrupo IIA (precipitado) y aquellos cationes del Subgrupo II (solución color naranja translucido).

La solución que puede contener Pb(NO3)2, Bi(NO3)2, Cu(NO3)2, Cd(NO3)2 se le agrega H2SO4 y se lleva a calentar. Se forma un precipitado de color blanco de Sulfato de Plomo, debido a que este precipitado es insoluble en exceso de reactivo.

Luego de filtrar la solución que contiene Bi2(SO4)3, CuSO4, CdSO4 se alcaliniza la misma agregando NH4OH, formándose un precipitado de color blanco de Hidróxido de Bismuto, debido este precipitado es insolubles en exceso de solución de amoniaco, la cual es la diferencia de este con el cobre y el cadmio.

Filtramos nuevamente y obtenemos una solución de tonalidad azul que indica la presencia de Cu(NH3) 4SO4 añadiendo KCN hasta decolorar la solución.

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La solución pasante se reduce a 1.2 M, luego se añade Na2S hasta que precipite. El precipitado obtenido es SnS2

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La solución final es tratada con gotas de Na2S hasta que se forme un precipitado de color amarillo de Sulfuro de Cadmio.

De la solución que contiene a las TIOSALES, podemos apreciar una coloración marrón oscuro. Contiene (NH4)3AsS4 (NH4)2SbS4 (NH4)2SnS3.

El precipitado obtenido corresponde a Sb2S5 Sb2S3 SnS2 AsS5. Nuevamente al agregar HCl, calentar y filtrar se obtiene un precipitado de color marrón amarillento que corresponde a AsS5.

La solución pasante se diluye (agregamos 40 gotas de agua destilada para obtener una concentración de 2,4N de HCl), se calienta y se agrega unas gotas de Na2S y se forma un precipitado de color anaranjado que corresponde a Sb2S5.

Nuevamente la solución pasante que obtenemos luego de filtrar es diluida añadimos Na2S (a la 2da gota se forma color naranja y a la 4ta gota se forma un precipitado de color blanco correspondiente a SnS2).

RECOMENDACIONES

Lavar con cuidado el equipo de trabajo y así evitar dañarlos.

Usar el guardapolvos en todo momento dentro del laboratorio para de esa manera prevenir que cualquier sustancia deteriore la ropa.

Además hacer uso de guantes por precaucion, ya que trabajaremos con soluciones acidas y sabemos que son corrosivas a la piel.

Realizar correctamente la precipitación completa o de lo contrario se tendrá problemas para identificar los cationes posteriormente.

Tener cuidado de inhalar los gases, para eso hacemos uso de la campana de extracción.

Al momento de calentar una solución disminuye su cantidad, para eso debemos hacer uso de un poco de agua destilada para facilitar el experimento.

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CONCLUSIONES

El Cu, Cd, Pb, Bi y el Hg reaccionan con el Na2S formando sulfuros precipitados en su mayoría oscuros.

El aumento de temperatura en algunas reacciones debe darse hasta observarse la formación de un precipitado o algún otro cambio tales como abundantes humos.

Todos los sulfuros de subgrupo del Arsénico se disuelven en sulfuro de amonio,

con excepción del Sulfuro de Estaño (II) SnS, que para disolverse necesita del polisulfuro de amonio.

El sulfuro de mercurio es uno de los precipitados menos solubles conocidos, es insolubles en agua, ácido nítrico caliente, hidróxidos alcalinos o sulfuro de amonio. Es por esta razón que cuando se trabaja con el PRECIPITADO (II A) y se agrega el HNO3 y se hierve el Sulfuro de Mercurio permanece como un precipitado de color negro.

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CUESTIONARIO

1)a) Indique brevemente y con toda claridad ¿cómo se logra la

precipitación completa del 2do grupo?Primero, a la solución muestra(neutralizada), le añadimos HCl 6N hasta volverá ligeramente ácida, para alcanzar dicha acidez nos ayudamos del papel de tornasol. Luego añadimos Na2S hasta notar que ya no haya precipitado de color marrón, si tenemos dudas a la solución pasante nuevamente le echamos Na2S y si ya no ocurre ningún cambio es porque ya hemos obtenido la precipitación total. Caso contrario volver a repetir el proceso

b) ¿qué precaución importante se debe tener en cuenta?La solución muestra debe de estar en medio acido de lo contrario se podría obtener complejos y no el precipitado que es lo que deseamos.

2) ¿para qué se utiliza la solución de polisulfuro de amonio, (NH4)2Sx(ac)?El polisulfuro de amonio, (NH4)2Sx(ac), nos sirve para disolver el precipitado, cuyo contenido son los cationes del grupo II(Ay B)para luego trabajar en la identificación de cada uno de ellos.

3) ¿cómo se identifica el catión bismuto, Bi+3, en la muestra recibida?Luego de acidificar, verter Na2S y finalmente disolver con polisulfuro de amonio al precipitado, esta se dividirá en 2: el precipitado (contiene cationes del grupo

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IIA donde se encuentra el catión Bi+3) y la disolución( contiene cationes del grupo IIB). Al precipitado le agregamos HNO3, luego calentamos y veremos un precipitado de color negro y la solución (donde se encuentra disuelto el Bi+3). A la solución le agregamos H2SO4 y obtenemos un precipitado y una disolución (dentro del cual está el Bi(OH)3). a la solución la alcalinizamos con ayuda del NH4OH y obtenemos un precipitado que es BI(OH)3. Luego de obtener BI(OH)3

lo disolvemos con HCl y obtendremos el Bi+3

4)a) Escriba las formulas balanceadas de las reacciones efectuadas

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b) Haga un diagrama esquemático, indicándola separación de los cationes

5)a) Calcule la concentración de iones, oxidrilo, OH-, en una solución de

NH3 0.1M

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b) Si la solución contiene también 1 mol de NH4Cl x litro ¿cuál será la concentración del OH- en la solución?

Se trata de una reacción con un Ion común ( )

Utilizamos la ecuación Henderson-haselbach

1.778x10-6

6) El antimonio, Sb, se obtiene mediante el calentamiento en el horno de la estibinita, Sb2S3, pulverizada con fragmentos de hierro, según la ecuación

química:

Si se calienta 500 Lbs. de estibinita(90% de pureza) y 200 Lbs. De virutas de hierro se obtiene 250 Lbs. De Sb metálico. Determine el reactivo limitante y calcule el % de exceso de reactivo

Para determinar el reactivo limitante utilizamos un artificio que consiste en dividir la cantidad de reactivo real entre la masa molar de dicho reactivo, el de menor cociente será el reactivo limitante

Por lo tanto el reactivo limitante es el Fe. Para hallar el % de exceso de reactivo utilizamos aspa simple

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X=405 entonces lo que queda sin reaccionar es 45 Lbs.

7) 2 volumenes iguales de disolución de CdCl2, cloruro de cadmio, de una misma concentración, se tratan: uno con un exceso de NH3, amoniaco, y el otro, con un exceso de KCN, cianuro de potasio. ¿en cuál de las dos disoluciones resultantes la concentración de Cd+2 es mayor? Se indican las cts. De disociación para cada caso

Inicio: MV MV Reacción: x yProduce: x 4x y 4yEquilibrio: MV-x x 4x MV-y y 4y

Por lo tanto la mayor concentración de se encuentra en la primera

disolución

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8)a) ¿cuántos gramos de BaSO4, sulfato de bario, pasaran a la disolución,

si se lava con 500 ml de una disolución 0.01M de ácido

sulfúrico(H2SO4),

En este caso hay una reacción con ion común

, es la cantidad de sal que se disuelve.

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BIBLIOGRAFÍA

Juan A., Marcelo G. Cationes. Recuperado de http://www.ub.edu.ar

Universidad de Valladolid. Cationes y Aniones. Recuperado de http://www.eis.uva.es

Universidad de salamanca. Química Analítica Cualitativa. Recuperado de http://ocw.usal.es

V.N. Alexeiev.(1975). “Semimicroanálisis Químico Cualitativo”. España: Edit. Mir Moscú.

Skoog D.A., West D.M., Holler F.J., Crouch S.R. “Fundamentos de Química Analítica”. (8Ed.).México: Thomson.

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