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Primer Grupo de Cationes

Índice

1. Objetivo. 2

2. Parte experimental. 2

2.1. Instrumentos y reactivos. 2

2.2. Procedimiento. Análisis sistemático de la muestra. 2

3. Conclusiones 4

4. Recomendaciones 4

5. Cuestionario. 5

6. Bibliografía. 8

Análisis Químico (ME212R), UNI-FIGMM Página 1 de 8


1. Objetivo. Conocer el método sistemático para separar e identificar

cualitativamente los cationes de una solución compuesta por sales solubles de los cationes del 1er grupo.

Conocer la acción del HCl(ac), agente precipitante, sobre los cationes del primer grupo (Pb2+, Hg2

2+ y Ag+).

2. Parte experimental.

2.1. Instrumentos y reactivos. Tubos de ensayo Trípode Embudo Pinzas Bagueta Calentador eléctrico Papel filtro Solución iónica Reactivos: HCl 6N, NH4OH 15N, K2CrO4, K2CrO4, KI, Na2S, HNO3

Agua destilada

2.2. Procedimiento. Análisis sistemático de la muestra.

1. La solución entregada contiene los cationes del Grupo I (Pb2+, Hg22+ y Ag+).

Diluir ligeramente la solución con agua destilada.

La solución iónica es transparente, se le agrega agua destilada para aumentar el volumen de la muestra.

2. Añadir a la solución HCl(ac) 6N gota a gota. ¿Observa algún cambio inicialmente? Complete la reacción. Filtre y deseche la solución filtrada.

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

Al filtrar, estas sales se quedan en el papel de filtro conservar el papel de filtro y desechar la solución pasante.

3. Lave el precipitado obtenido con agua destilada caliente, sin necesidad de retirar el papel de filtro del embudo. Conserve el precipitado y la solución filtrada.



Al lavar el precipitado con agua caliente el cloruro de plomo se disolverá, ya que este compuesto es soluble en estado acuoso al elevar la temperatura:

↑ TAgCl(s) + Hg2Cl2(s) + PbCl2(s) + H2O(ac) → AgCl(s) + Hg2Cl2(s) + PbCl2(ac) + H2O(ac)

La solución pasante corresponde al PbCl2(ac), mientras en el papel se quedan AgCl(s) + Hg2Cl2(s) por ser insolubles en agua caliente.

4. La solución obtenida en 3) se divide en cuatro porciones:

1ra porción: Añadir gota a gota K2CrO4(ac).¿Qué características posee el precipitado obtenido?

PbCl2(ac) + K2CrO4(ac) → PbCrO4(s)↓ + 2K+ + 2Cl-

Se observa la formación de un precipitado de color amarillo. Se identifica la presencia del Pb2+.

2da porción: Añadir gota a gota KI(ac).¿Qué características posee el precipitado obtenido?

PbCl2(ac) + 2KI → PbI2(s)↓ + 2K+ + 2Cl-


3ra porción: Añadir gota a gota K2Cr2O7(ac).¿Qué características posee el precipitado obtenido?

2PbCl2(ac) + K2Cr2O7(ac) → 2PbCrO4(s)↓ + 2K+ + 4Cl-


4ta porción: Añadir gota a gota Na2S(ac).¿Qué características posee el precipitado obtenido?

PbCl2(ac) + 2Na2S → PbS(s)↓ + 2Na+ + 2Cl-

Se observa la formación de un precipitado de color marrón oscuro. Se identifica la presencia del Pb2+.

5. Lavar el precipitado de 4. (El que queda en el papel de filtro), con gotas de NH4OH(ac) 15N, se obtiene dos productos: precipitado y solución.

Al hacer reaccionar el precipitado que contiene AgCl(s) y Hg2Cl2(s) con NH4OH(ac)

se produce la siguiente reacción:AgCl(s) + Hg2Cl2(s) + 4NH4OH(ac) → [Ag(NH3)2]Cl(ac) + NH2HgCl(s)↓ + Hg°(s)↓ +

NH4Cl(ac) + 4H2O

Se obtiene un precipitado de color negro, la cual evidencia la presencia del Hg2

2+, y una solución incolora la cual se debe recoger en un tubo de ensayo.



6. La solución de 5. se diluye ligeramente y se divide en tres porciones.

La solución contiene al complejo de plata:

Disociación del complejo:[Ag(NH3)2]Cl(ac) → [Ag(NH3)2]+ + Cl- → Ag+ + 2NH3 + Cl-

1ra porción: Añadir gota a gota KI(ac).¿Qué características posee el precipitado obtenido?El precipitado obtenido indica la presencia del catión Ag+.

[Ag(NH3)2]Cl(ac) + KI(ac) → AgI(s)↓ + K+ + 2NH3 + Cl-

Se observa la formación de un precipitado de color crema. Se identifica la presencia del Ag+.

2da porción: Añadir gota a gota K2CrO4(ac).¿Qué características posee el precipitado obtenido?El precipitado obtenido indica la presencia del catión Ag+.

[Ag(NH3)2]Cl(ac) + K2CrO4(ac) → 2Ag CrO4(s)↓ + 2K+ + 4NH3 + 2Cl-

Se observa la formación de un precipitado de color verdoso. Se identifica la presencia del Ag+.

3ra porción: Añadir gota a gota HNO3(ac).¿Qué características posee el precipitado obtenido?El precipitado obtenido indica la presencia del catión Ag+.

[Ag(NH3)2]Cl(ac) + 2HNO3 → AgCl(s)↓ + 2NH4+ + 2NO3

-

Se observa la formación de un precipitado de color blanco. Se identifica la presencia del Ag+.

3. Conclusiones

El agente precipitante del primer grupo de cationes es el HCl(ac), hace precipitar a los cationes bajo la forma de cloruros, poco solubles en agua y ácidos diluidos.

El cloruro de plomo (PbCl2(s)) es bien soluble en agua caliente, a pesar de esto su solubilidad es 10g por litro a 20°C por lo que no se separa completamente por acción de HCl(ac).

El NH4OH(ac) disuelve al cloruro de plata (AgCl(s)), formando un complejo amoniacal, a la vez reduce al Hg2

2+ a Hg°.

4. Recomendaciones

Al usar el agente precipitante HCl tener cuidado de no agregar demasiado para evitar la precipitación incompleta del Ag+.

AgCl(s) + Cl-(ac) → [AgCl2]-(ac)

Al momento de disolver el PbCl2(s) con el agua caliente, proceder de manera conveniente aprovechando la temperatura de la solución para llevar a cabo de manera eficaz la identificación del Pb2+.



5. Cuestionario

1. Haga un diagrama esquemático, indicando la separación e identificación de cada catión.

Solución recibida conteniendo los cationes del primer grupo de cationes: Ag+, Hg2

2+, Pb2+, solución incolora.Separación del primer grupo de cationes por acción de su agente precipitante HCl(ac), en frio.Precipitado: AgCl, PbCl2, Hg2Cl2Se trata con agua calientePrecipitado: AgCl y Hg2Cl2Tratamiento con NH4OH(ac)

Solución: PbCl2. Identicación del Pb2+.

Precipitado: (NH2Hg)Cl + Hg°. Identificación del Hg2

2+.

Solución: [Ag(NH3)2]Cl(ac). Identificación del Ag+.

2. Escriba las ecuaciones balanceadas de las reacciones efectuadas.

Uso del agente precipitante HCl(ac):

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

Lavado con agua caliente:

AgCl(s) + Hg2Cl2(s) + PbCl2(s) + H2O(ac) → AgCl(s) + Hg2Cl2(s) + PbCl2(ac) + H2O(ac)

Solución de PbCl2(ac), identificación del Pb2+:

Por acción de K2CrO4(ac):

PbCl2(ac) + K2CrO4(ac) → PbCrO4(s)↓ + 2K+ + 2Cl-

Por acción de K2Cr2O7(ac):

2PbCl2(ac) + K2Cr2O7(ac) → 2PbCrO4(s)↓ + 2K+ + 4Cl-

Por acción de KI:

PbCl2(ac) + 2KI → PbI2(s)↓ + 2K+ + 2Cl-

Por acción de Na2S:

PbCl2(ac) + 2Na2S → PbS(s)↓ + 2Na+ + 2Cl-



Precipitado de AgCl(s) y Hg2Cl2(s), acción de NH4OH:

AgCl(s) + Hg2Cl2(s) + 4NH4OH(ac) → [Ag(NH3)2]Cl(ac) + NH2HgCl(s)↓ + Hg°(s)↓ + NH4Cl(ac) + 4H2O

Solución del complejo amoniacal de Plata, identificación del Ag+:

Disociación del complejo:

[Ag(NH3)2]Cl(ac) → [Ag(NH3)2]+ + Cl- → Ag+ + 2NH3 + Cl-

Por acción del KI:

[Ag(NH3)2]Cl(ac) + KI(ac) → AgI(s)↓ + K+ + 2NH3 + Cl-

Por acción de K2CrO4(ac):

[Ag(NH3)2]Cl(ac) + K2CrO4(ac) → 2Ag CrO4(s)↓ + 2K+ + 4NH3 + 2Cl-

Por acción de HNO3:

[Ag(NH3)2]Cl(ac) + 2HNO3 → AgCl(s)↓ + 2NH4+ + 2NO3

-

a) Es recomendable usar el HCl(ac), a una mayor concentración de 6N, para precipitar el 1er Grupo? ¿Por qué?

No es recomendable ya que si usa este reactivo de grupo ácido clorhídrico concentrado se forma una solución que disuelve considerablemente al AgCl. Veamos que sucede cuando se adiciona un exceso de iones Cl-:

AgCl(s) + HCl → [AgCl2]-(ac) + H+

La precipitación del AgCl puede resultar incompleta.

b) ¿Qué cuidado se debe tener al precipitar el 1er Grupo de cationes? y ¿Por qué?

Se debe cuidar que no se adicione mucho ácido clorhídrico (HCl(ac)), ya que puede originar la precipitación incompleta del Ag+.

3. a) Qué volumen de H2SO4(ac) (Ácido Sulfúrico) al 56% y de una densidad de 1.46 g/cm3, se necesita para preparar 5 L de solución 3,5 N (Normal).

ρsol = 1.46 g/cm3

% Pureza = 56%M(H2SO4) = 2(1,00794) + 32.065 + 4(15.9994) = 98.07848 g/molV = 5 LN = 3.5 Nθ(H2SO4) = 2



M = 7 M, n=V.M, n = 5 L x 7 mol/L = 35 mol, m(H2SO4) = n x M(H2SO4)→ m(H2SO4) = 3432.7468 g.ρ = m/V, 0.8176 g/cm3 = 3432.7468 g / V, V = 4198.565068 cm3

V = 4.198 L

b) ¿Cuántos mg de iones CO32- (Carbonatos), están contenidos en 350 mL

de solución, si su concentración es de 0.45 ion-g/L (ion-gramo/litro).

M(CO32-) = 12.0107 + 3(15.9994) = 60.0089 g/ion-g

V = 350 mL = 0.350 LC = 0.45 ion-g/L→ n = V.C, n = 0.350 L x 0.45 ion-g/L = 0.1575 ion-g, n x M(CO3

2-) = m(CO32-)

→ m(CO32-) = 0.1575 ion-g x 60.0089 g/ion-g

m(CO32-) = 9451.90 mg

4. El Kps, producto de solubilidad del Pb3(PO4)2, Fosfato de Plomo es 7,9x10-43. Calcule la solubilidad de la Sal en g/L y las concentraciones de sus iones mg/L en una solución acuosa saturada.

KpsPb3(PO4)2 = 7.9x10-43

M(Pb3(PO4)2) = 3(207.19) + 2(30.9737 + 4(15.9994)) = 811.5126 g/molM(PO4

3-) = 94.9713 g/ion-gM(Pb2+) = 207.19 g/ion.g

Pb3(PO4)2 → 3Pb2+ + 2PO43-

C 3C 2C

Kps = [3C]3[2C]2 = 27C3 x 4C2 = 7.9x10-43

C = 1.4888x10-9 M

Solubilidad de Pb3(PO4)2 = C x M(Pb3(PO4)2) = 1.208x10-6 g/LConcentración de Pb2+ = 4.4664x10-9 MConcentración de PO4

3- = 2.416x10-9 M

5. a) ¿En qué momento corroboramos, que hemos eliminado totalmente el PbCl2 por lavado? ¿Qué debe suceder?

Al tener el precipitado formado por las sales AgCl(s), Hg2Cl2(s), PbCl2(s) y luego lavarlo con agua destilada caliente, se obtiene una solución de Cloruro de plomo (PbCl2(ac)) el cual puede ser identificado por los reactivos: K2CrO4(ac), K2Cr2O7(ac), KI(ac), Na2S(ac); este lavado es necesario hacerlo varias veces y seguidamente verificando la presencia del Pb2+ en la solución pasante; hasta que ya no se pueda verificar su presencia.

b) Escriba la ecuación química, en forma iónica, correspondiente, a la formación del complejo amoniacal de plata.

Ag+ + Cl- + 2NH4OH → [Ag(NH3)2]+ + Cl- + 2H2OAg+ + 2NH4

+ → [Ag(NH3)2]+ + 2H+



c) Con la expresión de arriba, escriba la expresión de la constante de formación del complejo antes mencionado.

6. 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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