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FACULTAD DE INGENIERA GEOLOGICA MINERA Y METALURGICA

ANALISIS QUIMICO

LAB. Nº1 – SEPARACION DE CATIONES POR GRUPOS

1.- OBJETIVO

Distinguir los cationes de cada grupo, sabiendo que precipitan en presencia de un reactivo particular para cada grupo.

Establecer una clasificación basada en las distintas solubilidades de los cloruros, sulfuros, hidróxidos y carbonatos.

2.- FUNDAMENTO TEORICO

Los cationes se dividen en cinco grupos, mediante el uso sistemático de los “reactivos de grupo” se puede decidir sobre la presencia o ausencia de grupos de cationes y además separar estos grupos para estudiarlos con mayor profundidad.

Los reactivos de grupo que se usan para la clasificación de los cationes más comunes son el ácido clorhídrico, el sulfato de hidrógeno que en este caso ha sido reemplazado por el sulfuro de sodio, el sulfuro de amonio y el carbonato de amonio.

La clasificación se basa en que un catión reacciona con estos reactivos mediante la formación de precipitados o no. Entonces concluimos que la clasificación de los cationes se basa en las diferencias de las solubilidades de sus cloruros, sulfuros y carbonatos.

Los cinco grupos de cationes y las características de estos grupos son las siguientes:

GRUPO I

Los cationes de este grupo forman precipitados con ácido clorhídrico diluido.

Pertenecen a este grupo: plomo Pb2+, plata Ag+ y mercurio Hg22+.

GRUPO II

Integra aquellos cationes cuyos sulfuros son insolubles en ácidos diluidos.

Precipitan con H2S en dicho medio ácido (Hg2+, Pb2+, Bi3+, Cu2+, Cd2+ y Pd2+).

El hecho de que el Pb2+ figure en los grupos primero y segundo obedece a

que su precipitación como cloruro no es total y hay que prever su presencia

en el grupo segundo.

GRUPO III


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Incluye los cationes que precipitan con hidróxido o sulfuro con amoniaco.

También comprende dos subgrupos: el IIA formado por los cationes que

forman hidróxido insoluble con amoníaco en presencia de NH4Cl y el IIIB,

constituido por los cationes divalentes que precipitan sulfuro en medio

amoniacal.

Subgrupo IIIA; Fe3+, Cr3+, Ti4+, U (VI), Zr4+, Th4+, Ce3+ y 4+ y

demás lantánidos, Al3+, V (V) y Be2+ (eventualmente W (VI)).

El V (V) no precipita hidróxido pero se incluye en este grupo por

quedar absorbido sobre los hidróxidos.

Subgrupo IIIB: Ni2+, Co2+, Mn2+ y Zn2+ (eventualmente Tl+)

GRUPO IV

Constituido por los cationes que precipitan con carbonato amónico en

presencia de NH4Cl: Ca2+, Sr2+, Ba2+.

GRUPO V

Comprende los cationes que no precipitan con los reactivos precedentes:

Mg2+, Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+ y NH4+.

Grupo Iones

I Ag+, Pb+2, Hg2+2

II Hg+2, Pb+2, Bi+3, Cu+2, Cd+2, Sn+2, As+3, Sb+3, Sn+4

IIIA Al+3, Cr+3, Fe+3

IIIB Ni+2, Co+2, Mn+2, Zn+2

IV Ba+2, Sr+2, Ca+2

V Mg+2, Na+, K+, Li+, NH4+


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3.- MATERIALES

Ácido Clorhídrico ( HCl )

Hidróxido de Amonio ( NH4OH )

Sulfuro de Sodio ( Na2S )

Cloruro de Amonio ( NH4Cl )

Carbonato de Amonio ( (NH4)2CO3 )

Papel tornasol.

Papel de Filtro

Tubos de ensayo.

Embudo.

Agitador

Vaso de Precipitado.

Pinzas.

4.- PROCEDIMIENTO

1. Se tiene la solución de I al V grupo.

2. Agregar a la solución HCl 6N gota a gota hasta observar la formación

de un precipitado blanquecino, el cual nos evidencia la presencia de

los cationes del GRUPO I. Luego filtrar.


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3. Neutralice la solución agregando gotas de NH4OH 15N, usando como

indicador papel de tornasol hasta observar que el papel adquiere una

coloración lila.

Agregue tantas gotas de HCl 6N como ml. de solución neutra

obtenida. Añada gota a gota a Na2S, hasta observar la formación de

un precipitado que indica la presencia de cationes del GRUPO II.

Luego Filtrar.

4. 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. Luego Filtrar.


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5. 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 GUPO IV.

6. La solución filtrada debe ser cristalina, contiene cationes del GRUPO V.


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5.- CUESTIONARIO

1) Responder:

a) ¿Qué se entiende por precipitación total o completa?

Precipitación total nos indica el momento en el cual

todos los iones de un determinado grupo han

reaccionado y formado precipitado

b) ¿Cómo nos damos cuenta de haber logrado eso?

Una vez comenzada la precipitación, ésta continúa hasta

que el valor del producto iónico, disminuyendo poco a

poco, se iguala al producto de solubilidad del precipitado.

Al producirse esto, el equilibrio dinámico se establece

entre el precipitado y la solución, y la precipitación cesa.

En la práctica nos damos cuenta de que esto ocurrió ya

que al agregar más reactivo no se observara cambio

alguno en la solución, es decir no existirá más

precipitación a escala macroscópica.

Como no existen sustancias absolutamente insolubles en

agua, el producto de solubilidad jamás es igual a cero,

ninguna precipitación puede ser absolutamente

completa. Una parte de los iones a precipitar,

correspondiente al valor del producto de solubilidad,


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queda siempre en la solución. A veces esta parte es tan

insignificante que no puede obstaculizar las operaciones

ulteriores. En este caso, la precipitación puede llamarse

prácticamente completa, solamente en el caso de la

precipitación prácticamente completa es posible la

separación de los iones durante el análisis y la

eliminación de la acción interferente de estos iones en

las operaciones ulteriores, los factores de los que

depende la completa precipitación.


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c) ¿Es importante obtener la precipitación total o completa?

Si continuamos con la marcha cualitativa y no se produjo

la precipitación total o completa de alguno de los grupos

de cationes, entonces el análisis cualitativo no será

correcto ya que esto hará que los compuestos no

precipiten en la forma correcta y cationes del grupo

anterior también formen compuestos que pueden dar un

color diferente al precipitado.

2.- Indique cuales son los reactivos precipitantes, en que

medio precipita y bajo qué forma, para cada grupo utilizado

Grupo CatiónesReactivo.

PrecipitanteMedio Precipitado

I Ag+, Pb+2, Hg2+2 HCl diluido Acido

Hg2Cl2, AgCl, PbCl2Cloruros

IIHg+2, Pb+2, Bi+3, Cu+2, Cd+2, Sn+2,

As+3, Sb+3,

H2S en presencia de

HCl diluidoAcido

HgS, PbS, Bi2S3, CuS,

CdS, SnS, As2S3, Sb2S3

Sulfuros

IIIA Al+3, Cr+3, Fe+3NH4OH en

presencia de NH4Cl

Básic

o

Al(OH)3, Cr(OH)3,

Fe(OH)3

IIIB Ni+2, Co+2, Mn+2, Zn+2

(NH4)2S en

presencia de

NH4OH y NH4Cl

Básic

oNiS, CoS, MnS, ZnS

IV Ba+2, Sr+2, Ca+2

(NH4)2CO3 en

presencia de

NH4OH y NH4Cl

Basic

oBaCO3, SrCO3, CaCO3

V Mg+2, Na+, K+, (Li+), NH4

+

Sin reactivo

precipitanteND Sin precipitado


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3.- La muestra recibida contiene los cationes: NH4+

(ac) y Mg2+

(ac), amonio y magnesio respectivamente ¿Cómo identificaría

cada catión?

Identificación de NH4+:

El análisis debe empezarse porque la identificación del amonio, cuya

presencia impide la identificación e K+ y de Na+; por el contrario el K+

y el Na+ no impiden la identificación de NH4+.

Para identificar NH4+ en una solución ensayada se tratan en una

cámara de gases con 2 o 4 gotas de una solución 2N de NaOH hasta

que se tenga una rxn fuertemente alcalina y luego se calientan

suavemente con precaución en baño de María, si existe amonio, se

desprenderá amoniaco que se identifica:

Por su olor

Porque azulea un papel indicador de pH húmedo, expuesto a o

vapores que salen del tubo

Porque ennegrece un papel impregnado en nitrato mercurioso

Porque da humos blancos al aproximar a la boca del tubo una

varilla que lleva pendiente una gota de HCl concentrado

Porque enrojece una gota del reactivo NESSLER.

Identificación de Mg2+:

Estas identificación puede efectuarse por el método fraccionado pues

el resto de los cationes del grupo I no impiden su identificación.

Para desarrollar dicha reacción se añade 2 o 3 gotas de solución 2N

de HCl hasta que se produzca una rxn ácida, luego 1 o 2 gotas de

solución de Na2HPO4, y gota a gota, una solución de NH4OH. La

adición de NH4OH se produce agitando la solución hasta que se

observe rxn alcalina o se perciba claramente el olor del amoniaco de

no formarse el precipitado de inmediato la solución se deja reposar

un tiempo, un precipitado cristalino blanco de MgNH4PO4 indica la

presencia de Mg2+.

Es mejor precipitar primero el Mg2+ como fosfato y utilizar los

reactivos orgánicos como mera identificación el precipitado.


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4.- a) Para obtener el H2S (g) sulfuro de hidrogeno, se debe

utilizar el aparato de Kipp, dibuje el aparato y indique como

funciona.

APARATO DE KIPP.

Este aparato o también llamado generador de kipp para la obtención

de H2S, provisto de un tubo de distribución con 3 ramificaciones

laterales que permitan tomar el gas en varios puntos

simultáneamente. Para una regulación cómoda de la corriente de gas

es imprescindible que el diámetro inferior de las ramificaciones sea

suficientemente pequeño (tubos capilares)

Al emplear los aparatos para la obtención de H2S se debe vigilar con

mucha atención que al terminar el análisis la llave (o abrazadera) del

tubo de escape esté bien cerrada.

Por ejemplo para la pirita FeS2, se coloca en el aparato de kipp en

parte central (la parte del medio del aparato) y arriba se coloca el

HCl, de modo que el HCl va a ir bajando por el tubo que se conecta a

la parte más baja del aparato y luego comenzara a ascender hasta

llegar a reaccionar con el FeS2, y luego en la parte central se

encuentra ubicado un tubo de escape, donde va a salir en forma de

gas el H2S.


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b) Se hace reaccionar totalmente en el kipp, 56 gramos de

pirita FeS2 con un exceso de HCL(ac) ácido clorhídrico

concentrado. Si la reacción transcurre a 35°C y a una presión

de 878 torr o mm de Hg. Calcule el volumen de H2S producido

en pies cúbicos.

FeS2 + 2HCl(ac) <> FeCl2(ac) + S0 + H2S(g)

Calculando el número de moles (η)M[FeS2] = 119.85 g/mol

η = 56g _ = 0.4672 mol 119.85 g/mol

2º aplicando estequiometria de la Rxn

FeS2(s) + 2HCl(ac) <> FeCl2(ac) + S0 + H2S(g)

1mol 1mol0.4672 mol x mol

===> x = 0.4672 moles de H2SAplicando ley universal de gases ideales…PV = RTη ; P = 878 mmHg T = 35ºC = 308 K

R = 62.4 mmHg - l Mol – k

(878mmHg)(V) = (62.4 mmHg – l)(308 K)(0.4672mol) Mol – k

V = 10.228LSe sabe:1pie=30.48cm >>> (1pie)3= 28316.84659 cm3

V = 10.228L (10 3 cm 3 ) ( 1pie 3 ) 1 L 28316.84659 cm3

V = 0.3612pie3


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b) Para obtener H2S(g) en el aparato de Kipp, se hace reaccionar

totalmente 28.6 gr de pirita, FeS2 con el HCl(ac) concentrado. La

reacción transcurre a 28ºC y a la presión de 786 torr o mmHg.

Calcule el volumen de H2S, desprendido en pulgadas cubicas.

1º hallando el número de moles (η), pero sabemos que M[FeS2] = 119.85 g/mol

η = 28.6g _ = 0.239 mol 119.85 g/mol

2º aplicando estequiometria de la Rxn

FeS2(s) + 2HCl(ac) <> FeCl2(ac) + S0 + H2S(g)

1mol 1mol0.239 mol x mol

--------- x = 0.239 moles de H2S

3º de la ecuación universal

PV = RTη ; P = 786 mmHg T = 28ºC = 301 K

R = 62.4 mmHg - l Mol – k

(786mmHg)(V) = (62.4 mmHg – l)(301 K)(0.239mol) Mol – k

V = 5.711 L

4º convirtiendo a in3

Sabemos que: 1in = 2.54 cm

1in3 = 16.387 cm3

V = 5.711 L (10 3 cm 3 ) ( 1in 3 ) 1 L 16.387 cm3

V = 348.508 in3


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5.- a) a 10 ml de Hcl (ac), 0.15M se le añade 18 ml de NaOH(ac)

0.12M calcule el POH de la solución resultante y que color se

obtendría con el papel tornasol

b) que Ph, tiene la NH4OH(ac), hidróxido de amonio 15N Kc/n= 1.78 x

10-5 C es la constante de disociación de la base

6.- La sal de EPSON MgSO4.7H2O, sulfato de magnesio

heptahidratado. Se desea preparar 1.75 L de su solución acuosa,

0.068N ¿Qué cantidad en gr de esa sal se debe pesar?

7.- La solubilidad del CaCO3 carbonato de calcion es 1.3 x 10-3

grs/100ml de solución calcule la Kps (constante del producto de

solubilidad) de esa sal

6.- CONCLUSIONES

Los cationes han sido separados bajo la forma de precipitados (los 4 primeros grupos, los cationes del grupo V los obtenemos como una solución cristalina).

Los cationes de un mismo grupo tienen propiedades similares, por lo cual pueden ser separados por grupos.

7.- RECOMENDACIONES

Tener sumo cuidado con la manipulación de los reactivos puesto que algunos son muy concentrados.

No excederse al momento de agregar reactivos para no tener problemas con futuras reacciones.

8.- BIBLIOGRAFÍA

Semimicroanálisis Químico Cualitativo. V. N. Alexeiev. Ed. Mir. URSS 1975.

Química Analítica Cualitativa. Arthur I. Vogel. Editorial Karpelusz. Quinta Edición. Buenos Aires 1974.

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