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.

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.

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



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 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 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.

 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.

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

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

V = 6.2ml 2.4 x 6.2 = 1.2 x V2

 Añadimos 12.4ml de agua destilada a la solución y luego gotas de Na2S hasta observar la formación de un precipitado.

CUESTIONARIO

1.Haga un diagrama esquemático indicando la separación e identificación de los cationes del 2do _grupo.

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)₂S_X, 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: As₂S₅ Solución: SbCl₃ y SnCl₄

Diluir solución asta la concentración HCl 1.2N Precipitado: Sb₂S₅ Solución: SbCl₃ y SnCl₄ Precipitado: SnS Añadir: Na₂S Solución: Conteniendo Tiosales

Reacciones del PRECIPITADO con el Polisulfuro de Amonio (NH4)2 Sx SnS _{+ (NH4)2 S2  (NH4)2 SnS3} SnS2 _{+ (NH4)2 S  (NH4)2 SnS3} As2S3 _{+ 2(NH4)2 S} 2 + (NH4)2 S  2(NH4)3 AsS4 Sb2S3 _{+ 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 + 3S}0 3CuS _{+ 8HNO3  3Cu (NO3)2 + 2 NO + 4H2O + 3S}0

Bi2S3 _{+ 6HNO3  2Bi(NO3)3 + 3H2S}

3CdS _{+ 8HNO3  3Cd (NO3)2 + 2 NO + 4H2O + 3S}0

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}

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

N * _,  2, M=18

se desea preparar una solución 9N

M

* 2 9

M=4.5

Entonces nos damos cuenta q tenemos q disminuir la concentración de esta solución de H2SO4 agregando agua destilada.

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

N * _,  1, M=12

se desea preparar una solución 1.2N

M * 1 2 . 1  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

X -- X X

X=222mg/dl = 0.014mol/l=0.014M C(ION PLATA)=0.014mol/l

C(ION NITRITO)=0.014mol/l





2

1 _ 2_{ } 2 _





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 PbCl} 2)

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=

2 1

logfi=-0.5Z2i u μ<0.02 ; logfi=-0.5Z2i u u  1 _0.02<μ<0.2 Para el Pb+2 _: LogfPb+2=-0.5(2)21 0.18 18 . 0  _{=0.596 fPb+2=0.254} Para el Cl- _: LogfCl-=-0.5(1)21 0.18 18 . 0  _{=0.149 fCl-=0.709} Kps=

a

a

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

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