Memoria práctica 7. Análisis cualitativo de cationes y aniones. Formación de precipitados y disolución de los mismos por formación de complejos.

QUÍMICA EN LA INGENIERÍA

LABORATORIO

MEMORIA PRÁCTICA 7 – ANÁLISIS CUALITATIVO DE CATIONES Y ANIONES. FORMACIÓN DE PRECIPITADOS Y DISOLUCIÓN DE LOS MISMOS POR FORMACIÓN DE COMPLEJOS.

COMPONENTES:

· Silvia Estébanez Ruiz.

· Diego Fernández Cheliz.

· Clara Fernández Perrote.

ÍNDICE DE LA PRÁCTICA

1. Fundamento de la práctica.

2. Material y reactivos.

3. Fundamento teórico.

4. Método experimental.

5. Cálculos, gráficas de la práctica y posibles observaciones.

6. Posibles errores.

7. Conclusiones.

1. FUNDAMENTO DE LA PRÁCTICA

Esta práctica consistía en llevar a cabo la identificación de una serie de aniones y cationes llevando a cabo diversas reacciones químicas ante las cuales, se comportan de forma diferente.

Las propiedades químicas que nos van a permitir separar e identificar los iones son:

• Color.
• Capacidad para formar precipitados.
• Capacidad para formar complejos insolubles en disolución acuosa.

2. MATERIAL Y REACTIVOS

MATERIAL	REACTIVOS (12 disoluciones acuosas)
9 tubos de ensayo 2 cuentagotas 2 varillas para agitar 1 vaso de precipitados 250 mL 1 gradilla 1 pinza 1 placa calefactora	Cr(NO3)3 0,1M Pb(NO3)2 0,1M Zn(NO3)2 0,1M Mg(NO3)2 0,1M Ni(NO3)2 0,1M AgNO3 0,1M	NaNO3 0,1M Na2SO4 0,1M NaI 0,1M NaCl 0,5M NaOH 6,0M NH3 6,0M

3. FUNDAMENTO TEÓRICO

Lo primero que hay que tener en cuenta, es que hay algunas diferencias entre la identificación de aniones y la de cationes.

Para llevar a cabo la identificación de un catión, se debe añadir un anión con el que forme un precipitado. Esto, nos servirá para poder afirmar que existe un catión en disolución. En el caso de llevar a cabo la identificación de un anión, es evidente que será necesario añadir un catión y no un anión.

En la práctica vamos a identificar una serie de cationes, que serán: Mg⁺²,Ni⁺²,Cr⁺³,Zn⁺²,Ag⁺,Pb⁺².

Debemos conocer el concepto de hidróxidos anfóteros, que son aquellos que se disuelven con exceso de NaOH.

Hidróxidos anfóteros sólidos	Especies en disolución acuosa
Cr(OH)3 Zn(OH)2 Pb(OH)2	Cr(OH4)- Zn(OH4)2- Pb(OH4)2-

Se denominan hidróxidos básicos a aquellos que no se disuelven con exceso de NaOH. En nuestro caso, serán: Mh(OH)₂, Ni(OH)₂ y AgOH.

A continuación, se estudia la reacción de estos cationes con el amoniaco. En este caso los cationes reaccionarán formando complejos solubles en agua, en dicho caso no se observará la aparición de ningún precipitado ( Ni⁺²,Zn⁺²,Ag⁺ ), o dando lugar a complejos insolubles, pudiendo observar la aparición de un precipitado ( Mg⁺²,Cr⁺³,Pb⁺² ).

Después, llevaremos a cabo la identificación de los aniones, que serán: Cl^-,I^-,SO₄^2-

Las características que nos permitirán identificar estos iones son:

• Mientras que el AgCl es soluble el amoniaco, formando el complejo Ag(NH₃)₂⁺; el AgI, más insoluble, no se disolverá en amoniaco.
• El PbSO₄ es insoluble en agua caliente, mientas que el PbCl₂ y el PbI₂ si son solubles en agua caliente.
• El PbSO₄ se disuelve en exceso de NaOH.

4. MÉTODO EXPERIMENTAL

1. Identificación de cationes metálicos
   • Formación de una sal insoluble por adicción de una disolución de NaOH.
     Tomar 6 tubos de ensayo limpios y añadir 10 gotas, en cada uno, con una disolución que contenga un catión diferente. Añadir una gota de NaOH a cada tubo.
   • Disolución de hidróxidos por adicción de exceso NaOH.
     Sobre los seis tubos anteriores, añadir 5 gotas más de NaOH. Los hidróxidos anfóteros se disolverán.
   • Reacciones con amoniaco.
     Tomar 6 tubos de ensayo limpios y añadir, de nuevo, 10 gotas, a cada uno, con una disolución que contenga un catión diferente. Añadir 10 gotas de NH₃.
2. Identificación de aniones
   • Identificación de aniones cloruro y yoduro.
     Tomar cuatro tubos de ensayo limpios:

1	2	3	4
NaCl 10 gotas AgNO3 10 gotas	NaCl 10 gotas Pb(NO3)2 10 gotas	NaI 10 gotas AgNO3 10 gotas	NaI 5 gotas 5mL agua Pb(NO3)2 5 gotas

• Identificación del anión sulfato.
  Tomar dos tubos de ensayo limpios:

1	2
Na2SO4 10 gotas AgNO3 10 gotas	Na2SO4 10 gotas Pb(NO3)2 10 gotas

1. Muestra problema
   No realizar nunca los ensayos sobre la muestra original. Tomar tubos de ensayo limpios y añadir en ellos pequeñas cantidades de la muestra problema para llevar a cabo los ensayos que se consideren oportunos para identificar los iones disueltos.

5. CÁLCULOS

En este apartado se contestará a las cuestiones propuestas en la práctica y se presentarán las tablas propuestas.

 

Tabla 1. Identificación de cationes metálicos añadiendo NaOH.

Al llevar a cabo la adición de NaOH a cada tubo de ensayo que contenía uno de los seis cationes, podremos observar como en todos ellos aparece un precipitado.

 

Catión	¿Precipita?	Reacción iónica neta y color del sólido
Mg+2	Si	Mg+2 + OH- ⥨ Mg(OH)2 (blanco)
Ni+2	Si	Ni+2 + OH- ⥨ Ni(OH)2 (blanco)
Cr+3	Si	Cr+3 + OH- ⥨ Cr(OH)3 (verde)
Zn+2	Si	Zn+2+ OH- ⥨ Zn(OH)2 (blanco)
Ag+	Si	Ag++ OH- ⥨ AgOH (pardo)
Pb+2	Si	Pb+2 +OH- ⥨ Pb(OH)2 (blanco)

Tabla 2. Adicción de exceso de NaOH.

Al adicionar NaOH solo los hidróxidos anfóteros se disolverán, desapareciendo el precipitado. Los que se disuelven son los siguientes:

Precipitado que se disuelve	Reacción iónica neta y color de la disolución
Cr(OH)3	Cr(OH)3 + OH- -⥨ Cr(OH)4- (verde)
Zn(OH)2	Zn(OH)2+ OH- -⥨ Zn(OH)3- (blanco)
Pb(OH)2	Pb(OH)2 +OH- ⥨ Pb(OH)3- (blanco)

Tabla 3. Adicción de NH₃.

Al añadir amoniaco a las disoluciones que poseen cationes, tan solo precipitarán aquellos que formen complejos insolubles.

Catión	¿Precipita?	Reacción iónica neta y color de la disolución
Mg+2	Si	Mg+2 +NH3 ⥨ Mg(OH)2(blanco)
Cr+3	Si	Cr+3+NH3 ⥨ Cr(OH)3 (Verde)
Pb+2	Si	Pb+2+NH3 ⥨ Pb(OH)2 (blanco)

Tabla 4. Identificación de Cl^- y I^-.

Primero llevamos a cabo la identificación de los iones cloruro y yoduro.

Disoluciones	¿Precipita?	Ecuación iónica neta	¿Se disuelve con calor?
Clˉ(ac) + AgNO3	Si	Ag+ + Cl- ⥨ AgCl (blanco)	No
Clˉ(ac) + Pb(NO3 )2	Si	Pb2+ + Cl- ⥨ PbCl2 (blanco)	Si
Iˉ(ac) + AgNO3	Si	Ag+ + I- ⥨ AgI (anaranjado)	No
Iˉ(ac) + Pb(NO3 )2	Si	Pb2+ + I- ⥨ PbI2 (anaranjado)	Si

Al añadir amoniaco sobre los aluros, tan solo el AgCl se disuelve, y el AgI no. La ecuación iónica de la disolución del AgCl en amoniaco es:
AgCl(s) +2NH₃ (ac) → Ag(NH₃)₂⁺ (ac) + Cl^- (ac)

Tabla 5. Identificación de SO₄^2-.

Por último, identificamos el anión sulfuro. En dos tubos de ensayo añadimos una disolución del anión, y después añadimos 10 gotas de nitrato de plata a uno y 10 gotas de nitrato de plomo al segundo. En ambos casos se forma precipitado:

Disoluciones	¿Precipita?	Ecuación iónica neta	¿Se disuelve con calor?
SO42-+ AgNO3	Si	SO42- + AgNO3→ AgSO4 + NO32-	Si
SO42-+ Pb(NO3 )2	Si	SO42- + Pb(NO3 )2 → Pb(SO4)2 + NO32-	No

La última parte de esta experimentación, consiste en separar el sólido insoluble en agua caliente y añadirle NaOH. Con lo que se disolverá. La reacción que tendrá lugar es:
PbSO₄ (s) + OH^- (ac) → Pb(OH)₄^2- (ac)
Disolución problema:
Lo primero que hay que tener en cuenta es que hay que conservar siempre una muestra de la disolución original, sin contaminar. Por lo tanto, los ensayos se realizarán en tubos de ensayo que contengan una muestra de esa disolución original.
En primer lugar, llevamos a cabo la identificación de los cationes. En mi caso, tomé dos tubos de ensayo, en los que añadí 10 gotas de la disolución original. Sobre uno de ellos añadí NaOH y sobre el otro amonico. En ambos casos obtuve un precipitado, con lo que se demuestra la preencia de un catión en disolución. También, en ambos casos, obtuve una disolución de color verde.Sobre la primera disolución, añadí un exceso de NaOH, y el precipitado se disolvía, dando lugar a una disolución, también de color verde. Por todo ello, el catión debía ser Cr⁺³.
Para identificar los aniones, tomé tubos de ensayo limpios y añadí en ellos unas 10 gotas de la disolución original. En uno de ellos añadí nitrato de plata y observé la precipitación de un sólido, con lo que debía haber un anión en disolución. Después añadí amoniaco y el sólido se disolvió. Por lo tanto, debía ser un anión soluble en amoniaco. Puesto que el AgI es insoluble en NH₃, podemos descartarle.
Tomamos un nuevo tubo de ensayo con unas 10 gotas de la disolución problema y añadimos nitrato de plomo. Se observa la precipitación de un sólido. Calentamos al baño maría y observamos que no se disuelve. A continuación, separamos el sólido y le añadimos una disolución de NaOH. Puesto que el sólido no se disuelve no puede tratarse de SO^2-.
Por lo tanto, teníamos una disolución formada por un catión, Cr⁺³ y un anión, Cl^-.

6. POSIBLES ERRORES

En este caso, los errores pueden haberse cometido en la identificación de los iones presentes en la muestra problema; pues en los ensayos iniciales conocíamos previamente cuáles debían ser los resultados de la observación, sabiendo así si habiamos cometido algún error al preparar las disoluciones pedidas.

También puede que los ensayos realizados sobre la muestra problema hayan sido insufientes o no hayan sido los correctos, conduciéndonos a conclusiones erróneas.

7. CONCLUSIONES

La principal conclusión a la que se llega tras realizar la práctica es que es posible conocer la presencia de iones en disolución por la aparición de precipitados al adicionar iones de signo contrario. También es posible, en algunos casos, identificar esas especies en disolución debido a una serie de carácteríasticas propias de dichos iones.