GUÍA DE LABORATORIO DQUI 1022 LABORATORIO DE QUÍMICA INORGANICA 2019 NOMBRE ALUMNO: _________________________________________________ NOMBRE DOCENTE: _________________________________________________ SECCIÓN: _________________________________________________________ NDICE GENERAL Página Introducción 2 I. Resultados de Aprendizaje 2 II. Normas generales 2 III. Normas de seguridad 3 IV. Identificación de sustancias en el laboratorio. 4 Anexo 1. Material de laboratorio: figuras 7 Anexo 2. 10 Material de laboratorio: función Práctico Nº 1: Determinación de la constante de disociación Ka de un ácido débil. Neutralización ácido débil - base fuerte 12 Práctico Nº 2: Determinación Experimental del Kps, Kps y Solubilidad 18 Práctico Nº 3: Reacciones de Óxido Reducción 23 Práctico Nº 4: Preparación de Complejos de Cobalto (III) Parte I 27 Práctico Nº 5: Preparación de Complejos de Cobalto (III) Parte II 31 Práctico Nº 6: Caracterización de Complejos de Cobalto (III) 33 1 INTRODUCCIÓN Asignatura práctica donde se aplican todos los conocimientos teóricos de Química Inorgánica. Abarca los conceptos fundamentales en química, mediante el trabajo de seminarios y actividades experimentales basadas en: ácidos y bases débiles, equilibrios heterogéneos y sus respectivas constantes de equilibrio, reacciones óxido – reducción, síntesis y estudio de compuestos de coordinación. Métodos de caracterización aplicados a compuestos de coordinación. I. RESULTADOS DE APRENDIZAJE  Aplica los fundamentos teóricos de la Química Inorgánica en la identificación de propiedades redox de diferentes sustancias y en la evaluación de constantes de equilibrio de diferentes sistemas en disolución acuosa  Realiza tratamiento de datos experimentales, interpretando adecuadamente los resultados obtenidos.  Sintetiza y caracteriza compuestos de coordinación II. NORMAS GENERALES 1. PUNTUALIDAD Los alumnos deben cumplir con el horario de laboratorio, no se admitirán alumnos atrasados 2. MATERIAL El alumno debe estar provisto, una vez comenzado el laboratorio de los siguientes elementos: - Delantal Blanco - Cuaderno de Laboratorio - Guía de Laboratorio - Marcador permanente de punta fina 2 3. ORGANIZACIÓN Para el buen desarrollo de cada laboratorio debe mantenerse una actitud de: - Disciplina - Hábitos de orden y limpieza - Manejo responsable de instrumentos y soluciones de reactivos. - Respeto ante el profesor, el alumno ayudante y sus compañeros. III. NORMAS DE SEGURIDAD El trabajo en el Laboratorio requiere de la observación de una serie de NORMAS DE SEGURIDAD que eviten posibles accidentes y nos permitan efectuar un trabajo experimental seguro. 1. Normas de utilización de productos químicos  Antes de utilizar un compuesto, asegurarse bien que es el indicado, fijarse bien el rótulo.  No tocar los productos químicos con las manos y menos con la boca.  No devolver nunca a los frascos de origen los sobrantes de los productos utilizados sin consultar con el profesor.  Es muy importante que cuando los productos químicos de desecho se viertan en la pila de desagüe, aunque estén debidamente neutralizados, debe dejarse que circule por la misma, abundante agua.  Los ácidos requieren un cuidado especial. Cuando se requiera diluirlos, nunca se debe agregar agua sobre ellos, al contrario, se debe agregar ácido sobre agua.  Los productos inflamables (gases, solventes orgánicos como alcohol, éter, etc.) no deben estar cerca de fuentes de calor. Si hay que calentar tubos con estos productos, nunca hacerlo directamente a la llama. Se recomienda usar placas o mantos calefactores. 3 2. Normas de utilización de material de vidrio  Se debe tener cuidado con los bordes y puntas cortantes de los tubos u objetos de vidrio.  El vidrio caliente no se diferencia a simple vista del vidrio frío. Para evitar quemaduras, dejarlo enfriar antes de tocarlo.  Las manos se protegerán con guantes o trapos cuando se introduzca un tapón o manguera en un tubo de vidrio. Normalmente es conveniente humedecer un poco el vidrio o la goma.  Si se tiene que calentar a la llama el contenido de un tubo de ensayo, tener en cuenta que la boca del tubo de ensayo no apunte a ningún compañero. Puede hervir el líquido y salpicar, por lo que se podría ocasionar un accidente. IV. IDENTIFICACIÓN DE SUSTANCIAS EN EL LABORATORIO Los frascos de reactivos contienen una etiqueta que nos proporciona su identificación e información sobre el producto, por ejemplo el símbolo, que indica su posible peligrosidad. SUSTANCIAS COMBURENTES Peligro: Los productos comburentes favorecen la inflamación de las materias combustibles y mantienen los incendios impidiendo su extinción. Precauciones: Evitar todo contacto con las materias combustibles. Ejemplos: Peróxido sódico, permanganato potásico. SUSTANCIAS CORROSIVAS Peligro: El contacto con estos productos destruye tejidos vivos y ciertos materiales. Precauciones: No respirar los vapores, evitar el contacto con la piel, ojos y vestidos, usar protección adecuada. Ejemplos: Bromo, ácido sulfúrico concentrado, hidróxido de sodio concentrado. 4 SUSTANCIAS EXPLOSIVAS Peligro: En ciertas condiciones estos productos presentan un específico peligro de explosión. Precauciones: Evitar los choques, la fricción, las chispas y el fuego. Ejemplos: Dicromato amónico. SUSTANCIAS TÓXICAS Peligro: Estos productos provocan casi siempre lesiones graves o incluso la muerte, sea por inhalación, por ingestión o por contacto con la piel. Precauciones: Evitar absolutamente todo contacto con el cuerpo. Ejemplo: cloruro mercúrico. SUSTANCIAS FÁCILMENTE INFLAMABLES Sustancias auto-inflamables. Precauciones: Evitar todo contacto con el aire. Ejemplos: Fósforo. Gases fácilmente inflamables. Precauciones: Evitar la formación de mezclas inflamables vapor-aire y el contacto con todas las posibles fuentes de calor. Ejemplos: Butano Sustancias sensibles a la humedad. En contacto con el agua algunos de estos productos desprenden gases que son fácilmente inflamables. Precauciones: Evitar el contacto con la humedad o el agua. Ejemplos: Litio, hidruro de sodio. Líquidos inflamables. Líquidos cuyo punto de inflamación se sitúa por debajo de 21ºC. Precauciones: Mantener estos productos separados de llamas, chispas y de cualquier clase de fuente de calor. Ejemplos: Benceno, acetona. 5 SUSTANCIAS IRRITANTES Peligro: Los productos que llevan este símbolo pueden irritar la piel, ojos y vías respiratorias. Precauciones: No respirar vapores de estos productos y evitar el contacto con la piel y los ojos. Ejemplo: Amoníaco. SUSTANCIAS NOCIVAS Peligro: La absorción de estos productos se manifiesta por lesiones de menor gravedad. Precauciones: Evitar el contacto con el cuerpo, incluso la inhalación de vapores. Ejemplos: Piridina, tricloroetileno. Simbología NFPA LA NFPA. de USA., desarrolló un sistema estandarizado, usado básicamente para instalaciones fijas. Utiliza un rombo con cuatro rombos en su interior, con colores y números: 6 ANEXO 1. MATERIAL DE LABORATORIO: FIGURAS 1. PROBETA GRADUADA 5. TERMÓMETRO 8. BALANZA DE PRECISIÓN 2. PIPETA VOLUMÉTRICA 6. REFRIGERANTE DE LIEBIG 9. CÁPSULA DE PORCELANA 3. PIPETA GRADUADA 4.BURETA 7. REFRIGERANTE DE BOLAS 10. BALÓN 7 11. TUBO DE ENSAYO 14. MATRAZ AFORADO 12. VASO DE PRECIPITADO 15. MATRAZ KITASATO 18. EMBUDO DE DECANTACIÓN 16. EMBUDO SIMPLE 13. MATRAZ ERLENMEYER 17. EMBUDO BÜCHNER 19. CRISOL 20. PISETA 21. PROPIPETA 8 22. PINZAS PARA TUBO DE ENSAYO 24. GRADILLA (Para tubos de ensayo) 27. PINZAS 23. ARO O ARGOLLA 25. SOPORTE UNIVERSAL 28. NUEZ DOBLE 29. MECHERO BUNSEN 9 30. REJILLA METÁLICA 31. PINZAS DE MADERA 32. TRIANGULO DE PORCELANA ANEXO 2. MATERIAL DE LABORATORIO: FUNCIÓN Nº NOMBRE FUNCIÓN 1 PROBETA GRADUADA Medir volúmenes de líquidos 2 PIPETA AFORADA O VOLUMÉTRICA 3 PIPETA GRADUADA Medir volúmenes parciales de líquidos. 4 BURETA Medir el volumen exacto de una disolución 5 TERMOMETRO Medir temperaturas 6 REFRIGERANTE LIEBIG Se utiliza para condensar los vapores de uno o más líquidos que intervienen en la destilación. 7 REFRIGERANTE BOLAS Evita evaporación en reacciones con reflujo. 8 BALANZA DE PRECISIÓN Medir masas de sustancias. 9 CÁPSULA DE PORCELANA Calentar o fundir sustancias sólidas o evaporar líquidos. 10 BALÓN Para calentar líquidos 11 TUBOS DE ENSAYO 12 VASOS DE PRECIPITADO 13 MATRAZ ERLENMEYER 14 MATRAZ AFORADO 15 MATRAZ KITASATO Medir un volumen exacto de líquido, con bastante precisión. Disolver, calentar o hacer reaccionar pequeñas cantidades de sustancia. Preparar, disolver o calentar sustancias Para colocar disoluciones que se van a titular, disolver sólidos en líquidos, etc. Para preparar disoluciones de concentración exacta. Para filtrar al vacío, matraz que recibe el líquido y en el que se puede lograr presión reducida 10 16 EMBUDO SIMPLE O DE GRAVITACIÓN Para filtrar por gravedad se utiliza en operaciones de filtración. 17 EMBUDO BÜCHNER Filtrar (a presión) al vacío. 18 EMBUDO DE DECANTACIÓN Para separar 2 líquidos inmiscibles. 19 CRISOL Para calcinar sólidos. 20 PISETA Contenedor de agua destilada, lavar o enrasar PROPIPETA Para succionar líquidos venenosos, corrosivos o que emitan vapores. Se utiliza junto con una pipeta. 22 PINZAS PARA TUBOS Tomar tubos de ensayo. 23 ARO Para soportar embudos o matraces 24 GRADILLA Apoyar tubos de ensayo. 25 SOPORTE UNIVERSAL Se utiliza en el armado de muchos equipos de laboratorio. 26 TRÍPODE Apoyar la rejilla metálica o el triángulo de porcelana (calcinación con crisol). 27 PINZAS PARA BALÓN Para afirmar balón y apoyarlo en la nuez en el armado de equipos 28 DOBLE NUEZ Apoyar aros, pinzas y otros soportes similares. 29 MECHERO BUNSEN Fuente de calor. 30 REJILLA METÁLICA Para apoyar matraces y vasos de precipitado que se deben calentar sobre el trípode y evitar contacto directo con la llama del mechero. Existen como alternativa placas cerámicas. 31 PINZAS DE MADERA Para sostener tubos de ensayo y tubos de fusión 32 TRIÁNGULO DE PORCELANA Sostener un crisol, mientras es sometido a la llama del mechero. 21 11 Práctico N°1 Determinación de la constante de disociación Ka de un ácido débil. Neutralización ácido débil - base fuerte Introducción Los ácidos débiles se disocian parcialmente de acuerdo a HA + H2O  H3O+ + A- o simplemente HA  H+ + A- Donde HA representa al acido débil y A a su base conjugada. La constante de disociación de un ácido débil Ka está dada por: Ka = [H+] [A-] / [HA] o bien Ka = X2 / [HA]i – X donde X corresponde a la [H+] o también a la [HA] disociado Por lo tanto, para la determinación de la Ka de un ácido débil solo se requiere conocer la concentración inicial del ácido en una disolución y el pH de la disolución. Si no se conoce la concentración inicial del ácido, esta se puede determinar por valoración ácido base, titulando una alícuota de la disolución con una disolución de una base estandarizada, usando un indicador ácido-base. Los indicadores ácido-base son generalmente moléculas orgánicas, las cuales cambian de color según el pH del medio en el cual se encuentran. La adición del titulante transcurre hasta que se detecta un cambio de color del indicador ácido-base, señalando que la reacción de neutralización se ha completado, siendo éste el punto final de la valoración. La reacción de neutralización se completa cuando la cantidad de titulante agregada es estequiométricamente equivalente a la cantidad presente de la sustancia a analizar, siendo este el punto de equivalencia. El éxito de la valoración radica en que coincida el punto de equivalencia con el punto final de la valoración. La proximidad entre el punto de equivalencia y el punto final de la valoración depende de que: - El indicador elegido tenga un intervalo de viraje que contenga el punto de equivalencia de la valoración. - La cantidad de indicador sea muy pequeña, para no introducir errores en el consumo de reactivos. - El punto final de la valoración debe corresponderse con el primer cambio neto de color detectable que permanezca durante unos 30 segundos. 12 Cabe recordar que si se titula un ácido débil con una base fuerte, el pH del punto de equivalencia no es 7 ya que al producirse la neutralización total del ácido, se obtiene una disolución de una sal de ácido débil que produce disoluciones básicas (hidrólisis). Pre-Laboratorio Para la buena realización de su práctica de laboratorio, se recomienda realizar los siguientes ejercicios: 1. El pH de un ácido monoprótico débil (HA) 0,060 M es 3,44. Calcule Ka del ácido. 2. Calcule la molaridad inicial de una disolución de ácido fórmico (HCOOH) cuyo pH es 3,26 en equilibrio. (Ka del ácido = 1,7 · 10-4) 3. Calcule el porcentaje de ionización del ácido benzoico (Ka =6,5·10-5 ) para las siguientes disoluciones: a) 0,20 M 4. b) 0,00020 M Una muestra de 0,128 g de un ácido monoprótico (HA) desconocido se disolvió en agua hasta un volumen total de 25,0 mL. Se midió el pH que resultó ser 3,00 y luego se tituló con disolución 0,0633 M de NaOH. El volumen de base requerido para alcanzar el punto de equivalencia fue de 18,4 mL. a) Calcule la masa molar del ácido b) Calcule la Ka a partir del pH inicial c) Calcule el pH en el punto de equivalencia 5. Calcular el pH de 50 mL de una solución de CH3COOH 0,10M (Ka =1,80x10-5 ) a) Inicialmente b) después de haber agregado los siguientes volúmenes de NaOH 0,10 M: i) 25 mL ii) 50 mL iii) 75 mL 6. Averigüe el intervalo de viraje de algunos indicadores e indique el más apropiado para realizar la titulación de cloruro de amonio con hidróxido de sodio 13 Procedimiento experimental Materiales 1 pipeta total de 10mL 1 matraz Erlenmeyer de 100mL 1 probeta de 50 mL 1 piseta con agua destilada 1 matraz aforado de 100 mL 1 propipeta 1 1 1 1 1 1 Reactivos disolución de ácido oxálico 0,100M Equipos pHmetro fenolftaleína Vinagre comercial bureta de 50mL soporte universal pinza para bureta vaso pp de 50 mL vaso pp de 100 mL bagueta disolución de NaOH 0,10M Parte experimental A. Estandarización de la disolución de NaOH por titulación con ácido oxálico  Con pipeta volumétrica mida una alícuota de 10 mL de disolución de ácido oxálico 0,100M (patrón primario) y póngala en un matraz Erlenmeyer de 100mL  Agregue aproximadamente 20 mL de agua destilada, medidos con probeta y 2 gotas del indicador fenolftaleína.  Ambiente la bureta y llénela con la disolución de NaOH aproximadamente 0,1M  Agregue la disolución de NaOH por goteo sobre la disolución de ácido oxálico, agitando constantemente hasta observar la aparición del color rosado pálido que indica el punto final de la titulación. Detenga la adición de NaOH y registre el volumen de disolución de NaOH agregado. (Vb1)  Repita el procedimiento anterior con otra alícuota de 10 mL de disolución de ácido oxálico y registre el nuevo volumen de disolución de NaOH agregado. (Vb2)  Si los volúmenes en ambos procedimientos difieren en más de 0,5 mL, repita hasta que estos sean más coincidentes. 14 B. Determinación de la concentración de ácido acético en vinagre comercial  Mida 10 mL de la solución de vinagre comercial y vacíelos a un matraz aforado de 100 mL, agregue agua destilada hasta completar el volumen. Agite la solución para homogeneizarla. Esta será la solución de vinagre diluida.  Mida una alícuota de 10 mL de la solución diluida de vinagre y vacíela a un matraz Erlenmeyer, agregue 20 mL de agua destilada medidos con probeta y dos gotas de fenolftaleína.  Proceda a titular con la solución de NaOH estandarizada, agitando constantemente el matraz Erlenmeyer hasta observar la aparición del viraje del indicador. Registre el volumen de disolución de NaOH agregado. (Vb3)  Repita nuevamente la titulación con otros 10 mL de la disolución de vinagra diluida y registre el nuevo volumen de disolución de NaOH agregado. (Vb4)  Utilizando un pH metro, mida el pH (pHN) de la solución neutralizada en el matraz Erlenmeyer. C. Determinación de Ka del ácido acético  Vacíe la disolución restante de vinagre diluido en un vaso pp de 100mL y mida el pH (pHC). 15 CALCULOS Y RESULTADOS PARA EL INFORME PARTE A  A parir de los volúmenes Vb1 y Vb2 calcule el volumen promedio (VbA)  A partir del volumen y concentración de ácido oxálico y el volumen de disolución de NaOH gastado en la titulación, determine, la concentración exacta de la disolución de NaOH. (Mb) Volumen disolución de ácido oxálico (mL) Concentración disolución de ácido oxálico Ma (mol/L) Vb1 (mL) Vb2 (mL) Volumen promedio VbA (mL) Concentración disolución de NaOH, Mb (mol/L ) PARTE B  A parir de los volúmenes Vb3 y Vb4 calcule el volumen promedio (VbB)  A partir del volumen promedio VbB y la concentración exacta de la disolución de NaOH, calcule la concentración (mol/L ) de la solución de vinagre diluido (Ma) Considerando la dilución, calcule la concentración de ácido acético en el vinagre  comercial, en mol/L (Mv) y en %m/V  Registre el valor de la concentración de ácido indicada en la etiqueta del vinagre y compare con el valor obtenido experimentalmente Vb3 (mL) Vb4 (mL) VbB (mL) Mb (mol/L ) Volumen vinagre diluido (mL) Concentración vinagre diluido Ma (mol/L ) Concentración vinagre comercial Mv (mol/L ) Concentración vinagre comercial Mv (%m/v) 16  A partir de la concentración real del ácido acético en el vinagre comercial, calcule la concentración real del ácido acético en el vinagre diluido y luego considerando el volumen de disolución de NaOH utilizado en la neutralización (VbB), calcule el pH teórico del punto de equivalencia de la neutralización. Recuerde que al neutralizar un ácido débil con una base fuerte se forma una sal básica que sufre hidrólisis por lo que el pH de neutralización es distinto de 7,0 (Debe utilizar el valor de Ka obtenido de tablas)  Compare el pH teórico de neutralización con el pHN medido en la solución neutralizada.  Comente sobre la pertinencia del indicador utilizado. (%m/v) real vinagre comercial (mol/L ) real vinagre comercial (mol/L ) real vinagre diluido Volumen vinagre diluido (mL) Volumen disolución NaOH promedio VbB (mL) (mol/L ) disolución de acetato de sodio formada (mol/L ) Ka=……………………….. pH teórico de neutr. pH de neutr. medido pHN PARTE C  Con los datos de concentración del ácido acético en el vinagre diluido (Ma) y del pHC de la disolución de vinagre diluido, determine mediante cálculos el valor de Ka para el ácido acético.  Compare el valor obtenido de Ka con el valor que se reporta en tablas de valores de Ka. Concentración vinagre diluido Ma (mol/L) pHC Ka calculado Ka real de tablas 17 Práctico Nº 2 Determinación Experimental de Solubilidad y Kps Introducción Un precipitado es el sólido que se produce en una disolución por efecto de una reacción química o bioquímica. A este proceso se le llama precipitación. Dicha precipitación puede ocurrir cuando una sustancia insoluble se forma en la disolución debido a una reacción química o a que la disolución ha sido sobresaturada es decir, no acepta más soluto y el exceso de dicho soluto forma el precipitado. En la mayoría de los casos, el sólido formado cae o precipita al fondo de la disolución, aunque esto depende de la densidad del precipitado: si el precipitado es más denso que el resto de la disolución, cae. Si es menos denso, flota, y si tiene una densidad similar, se queda en suspensión. Algunos precipitados muy finos quedan en suspensión durante un tiempo, independiente de la densidad. El efecto de la precipitación es muy útil en muchas aplicaciones, tanto industriales como científicas, en las que una reacción química produce sólidos que después puedan ser recogidos por diversos métodos, como la filtración, la decantación o por un proceso de centrifugado. Pre-Laboratorio Para la buena realización de su práctica de laboratorio, se recomienda realizar los siguientes ejercicios: 1. ¿Cuántos gramos de carbonato de calcio, CaCO3, serían necesarios disolver para tener 200 mL una disolución saturada de esta sal, si su Kps es 3,34 x 10-9? 2. El producto de solubilidad del hidróxido de níquel, Ni(OH)2, a 25 °C es 5,48 x 10-16. a) Calcule la solubilidad en agua de este hidróxido. b) Calcule el pH de una disolución saturada de este hidróxido a 25 °C. 3. Se mezclan 70 mL de una disolución de ion Ca2+ de concentración 10-4 (mol/L) con 15mL de una disolución de carbonato de potasio, K2CO3, de concentración 2,0x10-6 (mol/L). ¿Se formará un precipitado de carbonato de calcio, CaCO3 si su Kps es 3,34x10-9? 18 4. Calcular la solubilidad del sulfuro de plata, Ag2S, si su Kps es 8,0x10-51. 5. La solubilidad del sulfato de plomo (II), PbSO4, en agua es 0,038 g/L. Calcule el producto de solubilidad de esta sal. 6. Al titular 20,0 mL de una disolución saturada de Ba(OH)2 , se gastaron 21,6mL de disolución de ácido oxálico (H2C2O4) 0,10 mol/L. Calcule el Kps del Ba(OH)2 7. ¿Se pueden verter los residuos del cromato de potasio al desagüe? Busque la hoja de datos de seguridad (MSDS) Procedimiento experimental Materiales 4 vasos de precipitados de 100 ó 150 mL Papel de filtro corriente Papel de filtro analítico (ref. Whatman 3) 1 embudo analítico 1 soporte universal 1 argolla para embudo analítico 4 matraz erlenmeyer de 100 mL 1 bureta de 50 mL 1 pipeta volumétrica de 5 mL 1 pipeta volumétrica de 10 mL 1 pinza para bureta 10 tubos de ensayo 1 gradilla 1 lápiz para marcar vidrio 1 piseta o frasco lavador 1 baqueta 1 termómetro Reactivos Hidróxido de calcio (p.a.) Disolución de ácido clorhídrico 0,01 mol/L estandarizado Disolución de nitrato cúprico 0,1 mol/L Disolución de nitrato de calcio 0,1 mol/L Disolución de cromato de potasio 0,1 mol/L Disolución de carbonato de sodio 0,1 mol/L Fenolftaleína como indicador 19 Parte experimental A.- Determinación del producto de solubilidad de una sustancia poco soluble: 1) Coloque en un vaso de precipitado de 100 ó 150 mL aproximadamente 50 mL de agua destilada y agregue una pequeña cantidad de hidróxido de calcio 2) Agite la mezcla por 2 minutos aproximadamente. La disolución debe quedar saturada, es decir, debe quedar sólido sin disolver en el fondo del vaso. Si todo el sólido se disuelve, agregue más sustancia. Mida la temperatura de la disolución con el termómetro. Registe este valor. 3) Cuando usted observe que la disolución está saturada, arme un equipo de filtración simple y filtre cuidadosamente la disolución. Recolecte el filtrado en un vaso de precipitados pequeño. Reserve esta disolución. NO lave el precipitado, debe quedar un residuo en el papel de filtro. 4) Llene la bureta con disolución de HCl de concentración 0,010 mol/L y titule exactamente 10 mL de la disolución filtrada en un un matraz erlenmeyer de 100 mL. Agregue dos gotas de indicador fenolftaleína 5) Anote el volumen gastado en la valoración. Repita esta valoración hasta que los volúmenes gastados sean coincidentes con una diferencia no mayor de ± 0,2 mL. B.- Formación de precipitados: 1) Mezcle en tubos de ensayos 5 mL de cada una de las siguientes disoluciones: Tubo Mezcla 1 Cu(NO3)2, 0,10 (mol/L) con K2CrO4, 0,10 (mol/L) 2 Cu(NO3)2, 0,10 (mol/L) con Na2CO3 0,10 (mol/L) 3 Ca(NO3)2, 0,10 (mol/L) con Na2CO3, 0,10 (mol/L) 2) Agitar y observar. Anotar el color de los precipitados. 20 C.- Interconversión de precipitados Parte I: 1) Tome 2 tubos de ensayos y agregue a cada uno 2 mL de disolución de Cu(NO3)2 de concentración 0,10 mol/L. 2) A uno de los tubos agregue 2 mL de disolución de Na2CO3 de concentración 0,10 mol/L. (TUBO 4) Agite y observe. Registre lo observado. 3) Al otro tubo, agregue 2 mL de solución de K2CrO4 de concentración 0,10 mol/L. (TUBO 5) Agite y observe. Registre lo observado. 4) Al tubo 4, agregue lentamente 2 mL de disolución de K2CrO4 de concentración 0,10 mol/L. Agite y observe. Registre lo observado. 5) Al tubo 5, agregue lentamente 2 mL de disolución de Na2CO3 de concentración 0,10 mol/L. Agite y observe. Registre lo observado. Parte II: 1) Tome 2 tubos de ensayos y agregue a cada uno 2 mL de disolución de Na2CO3 de concentración 0,10 mol/L. 2) A uno de los tubos agregue 2 mL de disolución de Cu(NO3)2 de concentración 0,10 mol/L. (TUBO 6) Agite y observe. Registre lo observado. 3) Al otro tubo agregue 2 mL de disolución de Ca(NO3)2 de concentración 0,10 mol/L. (TUBO 7) Agite y observe. Registre lo observado. 4) Al tubo 6 agregue lentamente 2 mL de disolución de Ca(NO3)2 de concentración 0,10 mol/L. Agite y observe. Registre lo observado. 5) Al tubo 7, agregue lentamente 2 mL de Cu(NO3)2 de concentración 0,10 mol/L. Agite y observe. Registre lo observado. 21 CALCULOS PARA EL INFORME PARTE A  Escribir la ecuación balanceada de la neutralización de Ca(OH)2(ac) con HCl(ac)  A partir del volumen promedio de la disolución de HCL 0,010 mol/L gastado en la titulación y el volumen de disolución saturada de Ca(OH)2 titulado, calcule la concentración de la disolución de Ca(OH)2  Escriba la reacción de disolución de Ca(OH)2  Escriba la expresión del Kps en función de la solubilidad  Calcule el Kps  Compare con el valor obtenido de tablas de Kps. Volumen 1 disolución de HCl 0,010m/L (mL) Volumen 2 disolución de HCl 0,010m/L (mL) Volumen promedio VA (mL) Volumen disolución saturada de Ca(OH)2 Vb (mL) Concentración (mol/L) disolución saturada de Ca(OH)2 (solubilidad molar) Kps Ca(OH)2 10,0 PARTE B  Escriba la ecuación balanceada de las reacciones que ocurren en los tubos 1, 2 y 3  Indique en cada reacción, cuál de los productos precipita y el color del precipitado.  Averigüe el Kps de cada uno de las sales poco solubles obtenidas. PARTE C. I.   Explique lo observado en el tubo 4 al agregar disolución de K2CrO4 Explique lo observado en el tubo 5 al agregar disolución de Na2CO3 PARTE C. II   Explique lo observado en el tubo 6 al agregar disolución de Ca(NO3)2 Explique lo observado en el tubo 7 al agregar disolución de Cu(NO3)2 22 Práctico Nº 3 Reacciones de Óxido Reducción Introducción La electroquímica es la rama de la química que estudia la transformación de la energía química en energía eléctrica. Los procesos electroquímicos pueden ser espontáneos, como en celdas galvánicas, o no espontáneos, como en celdas electrolíticas. En todos ellos se transfieren electrones de una sustancia a otra, donde la sustancia que entrega electrones se denomina reductor, y la sustancia que acepta electrones se denomina oxidante. La semi reacción de entrega electrónica se llama oxidación y la semi reacción de aceptación electrónica se denomina reducción. Estas reacciones de transferencia electrónica se denominan reacciones de óxido - reducción o reacciones redox. Pre-Laboratorio Para la buena realización de su práctica de laboratorio, se recomienda: - Escribir las ecuaciones de cada una de las reacciones que se realizarán - Averiguar los colores de los iones : Zn+2, Fe+2, Fe+3, FeSCN+2, Cr2O7-2, Cr+3, Mn2+, MnO4-, (MnO4)-2 y además del MnO2 - Realizar los siguientes ejercicios: 1. ¿Cuál de las siguientes reacciones es de óxido-reducción? a) CuSO4 + BaCl2 → BaSO4 + CuCl2 b) Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2 c) Pb(NO3)2 + 2NaCl → PbCl2 + 2NaNO3 d) AgNO3 + NaCl → AgCl + NaNO3 2. En cada una de las siguientes reacciones redox, indique cual es el agente reductor, el agente oxidante, la semi reacción de oxidación y la semi reacción de reducción. a) Cr3+ + NO2 -  CrO42- + NO b) NO2 + B  NO2- + BO33c) Cr O 2 2- - 3+ + NO  Cr 2 7 + NO3- 3. Balancee las siguientes reacciones redox. 2+ a) MnO4-+ H2O2  Mn 2- + O2 (medio ácido) 3+ b) Cr2O7 + NO2-  Cr + NO3- (medio básico) 23 4. Dados los siguientes potenciales de reducción estándares, indique cuál especie es el mejor agente oxidante y cuál el mejor agente reductor: (a) F2 + 2 e- → 2 F(b) Ag+ + e- → Ag (c) Br2 + 2 e- → 2 Br(d) Cd2+ + 2 e- → Cd Eº = 2,87 volts Eº = 0,799 volts Eº = 1,06 volts Eº = -0,40 volts 5. Utilizando los potenciales estándar de electrodo dados, determine si la reacción siguiente es espontánea en condiciones estándar: Hg2+(ac) + 2 I-(ac)→ Hg(l) + I2(s) Hg2+(ac) + 2e- → Hg(l) I2(s) + 2 e- → 2 I- (ac) Eº = +0,854 V Eº = +0,536 V Procedimiento experimental Materiales 16 tubos de ensayos 1 gradilla 1 pinza de madera 2 pipeta graduada de 5 mL 1 pipeta graduada de 2 mL Reactivos disolución de KSCN 0,05M disolución de FeSO4 0,05M disolución de KMnO4 0,001M disolución de H2SO4 6M disolución de NaOH 4M disolución de HCl 6M Zn en polvo MnO2 en polvo 1 1 1 2 1 piseta propipeta gotario pipeta graduada de 1 mL espátula disolución de K2Cr2O7 0,01M disolución de KI 0,1M disolución de KIO3 0,1M disolución de almidón Agua oxigenada (H2O2) Cu metálico en láminas Al metálico en láminas Mg metálico en láminas 24 Parte experimental A.- Oxidación de Fe+2 con permanganato - A un tubo de ensayo limpio y seco, agregue 2 mL de disolución de permanganato de potasio (KMnO4) 0,001 mol/L. - A otro tubo de ensayo limpio y seco agregue 2 mL de disolución de sulfato ferroso (FeSO4) 0,05 mol/L y 5 gotas de disolución de ácido sulfúrico, H2SO4 6M - Mezcle cuidadosamente el contenido de ambos tubos y observe. Anote sus observaciones en su cuaderno de laboratorio. Si la disolución de permanganato de potasio es muy coloreada como para apreciar algún un cambio de color, agregue aproximadamente 5 mL de agua destilada. B.- Oxidación de Fe+2 con agua oxigenada - A un tubo de ensayo limpio agregue 1 mL de disolución de FeSO4 0,05 M - A otro tubo de ensayo limpio agregue 1 mL de disolución de FeSO4 0,05 M y 5 gotas de agua oxigenada - Agregue a ambos tubos 1mL de disolución de KSCN 0,05M - Anote sus observaciones C.- Oxidación de Zn - A un tubo de ensayo limpio y seco agregue 2 mL de disolución de HCl 6M - Añada con una espátula una pequeña cantidad de polvo de zinc y observe. - Cuando la disolución esté cristalina agregue 3mL de NaOH 4M. La formación de un precipitado blanco indica la presencia de Zn2+ en la disolución. - Anote sus observaciones D.- Reducción de Cr+6 - A un tubo de ensayo limpio agregue 2 mL de disolución de K2Cr2O7 0,01 M - Añada 10 gotas de ácido sulfúrico 6M. - Añada 2 mL de disolución de FeSO4 0,05 M gota a gota, hasta que se produzca un cambio de color. Anote sus observaciones 25 E.- Influencia del pH en Reacciones Redox 1. Disponga de dos tubos de ensayo, a cada uno agregue 1 mL de KI 0,1 M y 1 mL de KIO3 0,1 M. - A un tubo agregue 1 gota de H2SO4 6M - Al otro tubo agregue 3 gotas de NaOH 4M - Agregue a ambos tubos 3 gotas de almidón. - Anote sus observaciones 2. Coloque en un tubo de ensayo 2 mL de disolución de KMnO4 0,001 M, añada 1mL de NaOH 4M y con una espátula, una pequeña cantidad de MnO2(s). - Agite durante unos minutos para disolver el MnO2 y observe. - Añada lentamente 10 gotas de H2SO4 6M y observe. F.- Oxidación de metales - Coloque en 3 tubos de ensayo aprox. 3 mL de H2SO4 6M, al primer tubo agregue un trozo de Mg, al segundo de Al, al tercero de Cu. Anote sus observaciones. - Repita la experiencia anterior con HCl 6M Anote sus observaciones. INDICACIONES PARA EL INFORME  Escriba las ecuaciones balanceadas de todas las reacciones realizadas y en base a ellas explique sus observaciones (cambios de color, formación de precipitado, desprendimiento de gas etc.)  Analice la influencia del pH en las reacciones de la actividad E  Averigüe los potenciales de oxidación de los metales utilizados en la actividad F y en base a ellos explique las diferencias observadas en la oxidación de esos metales 26 Práctico Nº 4 Preparación de Complejos de Cobalto (III) PARTE I: Preparación de cloruro de cloropentaminocobalto (III) Introducción La mayoría de los iones metálicos pueden formar complejos de coordinación con moléculas o aniones dispuestos a su alrededor. Tales moléculas y aniones se denominan ligandos. Para actuar como ligando, una especie debe donar un par electrónico no enlazante al ion metálico para formar un enlace metal-ligando. Tanto los ligandos neutros como los aniónicos, deben contener al menos un átomo dador que pueda compartir al menos un par electrónico con el ion metálico central. Los ligandos que comparten tan solo un par electrónico, se denominan ligandos monodentados. El número de coordinación de un complejo es el número de átomos donadores alrededor del átomo metálico central y depende, entre otros factores, del tamaño del ion metálico y de los ligandos. El elemento cobalto es un metal duro, poco reactivo, ferromagnético y que se vuelve pasivo por la acción de agentes oxidantes fuertes. En sus compuestos el cobalto muestra principalmente los estados de oxidación 2+ y 3+. Los complejos de cobalto (III) son extremadamente numerosos. El Co3+ muestra una especial afinidad por los ligandos nitrogenados y la mayoría de sus complejos contienen amoniaco, aminas como la etilendiamina, grupos nitro o grupos tiocianato con enlaces de nitrógeno, así como los iones halogenuro y moléculas de agua. En general, estos compuestos se sintetizan en varias etapas, comenzando con una en la que el ion acuoso Co2+ se oxida en disolución, típicamente por medio de oxígeno o peróxido de hidrógeno, y a menudo un catalizador tenso activo como el carbón activado, en presencia de los ligandos. 27 En ocasiones, la identidad del producto depende del control cuidadoso de las condiciones experimentales o del uso de un catalizador. Por ejemplo, la oxidación atmosférica del CoCl2 acuoso en presencia de amoniaco y cloruro amónico, da [Co[NH3)5Cl]Cl2, pero si se añade carbón se obtiene [Co[NH3)6]Cl3. Se tiene por tanto que las sales cobaltosas, en disolución acuosa y en presencia de amoniaco y de cloruro amónico, se oxidan fácilmente por el oxígeno del aire, pasando el cobalto (II) a cobalto (III). De esta disolución pueden aislarse por cristalización, diferentes sales dependiendo de las condiciones experimentales: SAL LUTEO(amarillo), [Co(NH3)6]Cl3 SAL PÚRPURA, [Co(NH3)5Cl]Cl2 SAL ROSA, [Co(NH3)5H2O]Cl3 La ecuación general de la reacción de obtención del [Co[NH3)5Cl]Cl2 es: 2CoCl2∙6H2O + NH4Cl+ 9NH3 + H2O2 + HCl  2 [Co(NH3)5Cl]Cl2 + 14H2O Pre-Laboratorio Previamente al trabajo práctico, y con el objeto de ampliar sus conocimientos sobre el tema, se recomienda realizar las siguientes actividades: 1. Escribir la ecuación de todas las reacciones que tienen lugar en las diferentes etapas de la preparación realizada. 2. ¿Para qué se añade agua oxigenada en la preparación? Justifique su respuesta utilizando las ecuaciones químicas adecuadas. 3. Busque en bibliografía, las características generales del complejo de cobalto sintetizado en esta práctica. 4. Calcule el porcentaje de rendimiento de la reacción si a partir de 12,0 g de CoCl2∙6H2O se obtuvo 8,60g de [Co(NH3)5Cl]Cl2 28 Procedimiento experimental Materiales 2 Vasos de precipitado de 100 mL 1Vaso de precipitado de 600 mL 1 Pipeta graduada de 5 mL bomba de vacío Matraz kitasato Embudo Buchner piseta espátula bagueta Papel de filtro corriente Papel de filtro de poro fino Balanza granataria Mechero trípode rejilla 1 vidrio de reloj propipeta termómetro Reactivos Cloruro cobaltoso hexahidratado p.a. Amoníaco concentrado p.a. Ácido clorhídrico 3M Agua oxigenada al 30 % Cloruro de amonio p.a. Acetona Parte experimental Preparación de cloruro de cloropentaminocobalto (III) 1. En un vaso de precipitado de 100 mL, disolver 2,0g de CoCl2∙6H2O en 5 mL de agua. 2. En otro vaso de precipitado de 100mL preparar una suspensión de 6g de NH4Cl en 10mL de solución de NH3(conc.), agregar sobre esta suspensión la solución de CoCl2.6H2O agitar bien. 3. Agregar, gota a gota y cuidadosamente, 2 mL de H2O2 al 30 % (PRECAUCION: mantener el agua oxigenada lejos de la piel y de los ojos). 4. Una vez terminado el agregado de H2O2, calentar a baño de maría durante 15 a 30 minutos agitando ocasionalmente hasta consistencia de jarabe 29 5. Dejar enfriar durante algunos minutos y agregar 25 mL de solución de HCl 3 M y calentar en baño maría a unos 60 C, durante 10 minutos. Dejar enfriar. 6. Masar un papel filtro en un vidrio reloj 7. Filtrar a través de embudo Buchner, lavar con tres porciones de 3 mL de agua helada, luego con tres porciones de 3 mL de acetona y secar por succión. 8. Colocar el papel filtro con el precipitado obtenido en el vidrio reloj y secar en estufa a 80C durante una hora, dejar enfriar y masar. 9. Guarde el producto en una bolsa de papel y rotúlelo con su nombre INDICACIONES PARA EL INFORME  Escriba las ecuaciones balanceadas de las reacciones de las diferentes etapas realizadas y en base a ellas explique sus observaciones cambios de color, formación de precipitado, desprendimiento de gas etc.)  En base a la ecuación global de la reacción calcule el rendimiento porcentual 30 Práctico Nº 5 Preparación de Complejos de Cobalto (III) PARTE II: Preparación de oxalato aquopentaminocobalto (III) tetrahidratado Introducción El complejo [Co(NH3)5 H2O]2 (C2O4)3·4H2O se puede preparar a partir de otro complejo de Co(III), el [Co(NH3)5Cl]Cl2 el cual por reacción con amoníaco se convierte en [Co(NH3)5OH](OH)2, el cual a su vez, en una segunda etapa de la preparación, reaccionando con ácido oxálico y oxalato de amonio se transforma en [Co(NH3)5H2O]2(C2O4)3·4H2O La ecuación de la reacción global es: 2[Co(NH3)5Cl]Cl2 + 6NH3 + 8H2O + 2H2C2O4 + (NH4)2C2O4  6NH4Cl + 2 NH4(OH) + [Co(NH3)5 H2O]2 (C2O4)3·4H2O Pre-laboratorio Previamente al trabajo práctico, y con el objeto de ampliar sus conocimientos sobre el tema, se recomienda realizar las siguientes actividades: 1. Escribir todas las reacciones que tienen lugar en la preparación realizada. 2. Buscar en bibliografía, las características generales del sintetizado en esta práctica complejo de cobalto 3. Calcule el porcentaje de rendimiento de la reacción si a partir de 14,28 g de [Co(NH3)5Cl]Cl2 se obtuvo 17,05 g de [Co(NH3)5 H2O]2 (C2O4)3·4H2O Procedimiento experimental Materiales Matraces erlenmeyer de 100 y 250 mL bomba de vacío Matraz kitasato Embudo para filtración al vacío Vidrio de reloj Embudo corriente Vaso pp 500 mL Pipetas graduadas de 5 mL Papel pH indicador Papel de filtro corriente Balanza granataria Pipetas graduadas de 10 mL espátula bagueta propipeta Placa calefactora (o mechero) 31 Reactivos Disolución de amoníaco al 20% (v/v) Ácido oxálico al 10 % (m/v) Oxalato de amonio p.a. Etanol Parte experimental Preparación de oxalato aquopentaminocobalto (III) tetrahidratado 1. Pese 0,5 g del producto obtenido en el proceso anterior (cloruro de cloropentamino cobalto (III)) y póngalos en un matraz erlenmeyer de 100 mL, junto con aproximadamente 5 mL. de agua destilada y 5 mL de amoniaco al 20% (v/v). Se calienta al baño maría (60°C aprox.) con agitación constante hasta la total disolución del sólido. Si es necesario, agregar 1 o 2 mL más de disolución de amoníaco, para lograr la total disolución. 2. A continuación se filtra con un filtro de pliegues, se echa el producto filtrado en un matraz erlenmeyer de 100 mL y se añade lentamente 4mL de ácido oxálico (10%m/v). Comprobar con un papel de tornasol que su pH es ácido (aprox.5,0). Si aún no está ácido, agregar más ácido oxálico, (0,5 mL cada vez) hasta lograr el pH deseado 3. Luego, se agregan 0,2 g de oxalato amonio y se agita calentando ligeramente (no más de 50°C), hasta la completa disolución del sólido. 4. Después se añaden 5 a 10 mL de etanol con lo que se forma un precipitado. 5. Masar un papel filtro en un vidrio reloj 6. Filtrar el precipitado al vacío, se lava con tres porciones de 3 mL del etanol (o acetona), dejar secar con la succión por 2 minutos y luego secar al ambiente por 20 minutos. 7. Masar el producto obtenido junto con el papel filtro y vidrio reloj. INDICACIONES PARA EL INFORME  Escriba las ecuaciones balanceadas de las reacciones de las diferentes etapas realizadas y en base a ellas explique sus observaciones cambios de color, formación de precipitado, desprendimiento de gas etc.)  En base a la ecuación global de la reacción calcule el rendimiento porcentual 32 Práctico Nº 6 Caracterización de Complejos de Cobalto (III) Introducción La espectroscopia visible es una de las técnicas más ampliamente y más frecuentemente empleadas en el análisis químico. Para que una substancia sea activa en el visible debe ser coloreada: el que una substancia tenga color, es debido a que absorbe ciertas frecuencias o longitudes de onda del espectro visible y transmite otras más. Por ejemplo: una solución es amarilla debido a que dentro de la región visible absorbe radiación en el rango de 435 a 480 nm. En este rango de longitud de onda se encuentra el color azul del visible, por lo que este compuesto absorbe el color azul y transmite los colores complementarios que dan origen al color amarillo de la solución mencionada. El rango visible se considera longitudes de onda (‫ )ג‬desde los 400 a los 800 nm. Esta técnica puede utilizarse con fines cualitativos (identificar sustancias) o cuantitativos (cuantificar sustancias) Para identificar una sustancia se debe obtener su espectro de absorción, que consiste en un registro de la absorbancia a diferentes longitudes de onda, como se muestra en la imagen y que muestra la ‫ג‬ de absorbancia máxima El espectro de absorción es característico de cada sustancia por lo que permite identificarlas. Pre-laboratorio Previamente al trabajo práctico, y con el objeto de ampliar sus conocimientos sobre el tema, se recomienda realizar la siguiente actividad:  Busque en bibliografía, las características espectrales (p.e.: longitud de onda de absorción) y la geometría que puede esperar para los complejos de cobalto caracterizados en esta práctica para así poder comparar con los resultados que obtendrá. 33 Procedimiento experimental Materiales 4 tubos de ensayo Gradilla Espátula pequeña Vaso de precipitado de 100 mL Agua destilada hervida y fría Celdas para mediciones UV-Vis Espectrofotómetro de barrido UV-visible Parte experimental Medición y registro de espectros de absorción 1. Con la ayuda de una espátula pequeña, coloque en dos tubos de ensayo una pequeña cantidad de cada uno de los compuestos de coordinación de Co(III) previamente preparados por usted: i) cloruro de cloropentaminocobalto (III) ii) oxalato aquopentaminocobalto (III) tetrahidratado 2. Agregue a cada tubo, aproximadamente 5 mL de agua destilada hervida y fría y disuelva los complejos sólidos. Si el producto no se solubiliza en agua fría, caliente cuidadosamente el tubo en un baño María hasta que observe que el producto se ha solubilizado. Evite el sobrecalentamiento y la descomposición del producto. 3. Vierta la disolución de cada complejo en la cubeta para mediciones espectrofotométricas cuidadosamente. Es importante que la disolución sea completamente transparente. Si hay sólido, debe filtrar. 4. Registre el espectro de absorción de cada complejo haciendo un barrido entre 400 y 800 nm. INDICACIONES PARA EL INFORME  Construya el gráfico Abs. versus ‫ ג‬para cada complejo y seleccione la longitud de onda de absorbancia máxima de cada uno.  Compare estas longitudes de onda, además de otras características de los complejos obtenidos, con lo encontrado en bibliografía. 34