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Análisis Volumétrico por precipitación 1 UNIVERSIDAD LIBRE DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS QUÍMICA ANALÍTICA GUIA DE CLASE N° 4 NOMBRE DE LA ASIGNATURA: QUÍMICA ANALÍTICA TÍTULO: Análisis Volumétrico por precipitación DURACIÓN: 3 horas BIBLIOGRAFÍA SUGERIDA: Ayres Gilbert. Análisis Químico Cuantitativo. Edit. Harla: Madrid, 740 p. Harvey David. Química Analítica Moderna. Edit. McGraw Hill: Madrid, 2002. 570 p. Underwood A, Day R. Química Analítica Cuantitativa. Edit. Prentice-Hall: México, 1989. 840p AUTOR: MSc. IQ. Martha Alix Novoa G. COMPETENCIAS Identificar los conceptos básicos relacionados con el análisis volumétrico por precipitación. Realizar cálculos sobre volumetrías por precipitación. Participar activamente en su autoformación, reconociendo fortalezas y debilidades. CONCEPTUALIZACIÓN VOLUMETRÍA DE PRECIPITACIÓN Este método se fundamenta en reacciones en las cuales se forma un precipitado, de manera que se presenta un equilibrio heterogéneo entre un electrolito poco soluble y los iones que emite. En este tipo de volumetría es necesario abordar inicialmente el equilibrio de producto de solubilidad. 1. Equilibrio de producto de solubilidad En este equilibrio participan sólidos poco solubles en agua, la constante de equilibrio es la constante de producto de solubilidad: Kps y sus valores, de acuerdo al sólido, se encuentran tabulados. Por ejemplo para una solución saturada de fluoruro de calcio CaF2, en contacto con el sólido se plantea la siguiente ecuación de reacción de equilibrio: CaF2 (s) Ca2+ (ac) + 2F 1- (ac) En la expresión de la constante de equilibrio no se incluye el sólido, por lo que el Kps se expresa: [ ] [ ] Suponiendo condiciones ideales y sin tener en cuenta el efecto de fuerza iónica. Análisis Volumétrico por precipitación 2 1.1. Cálculo de solubilidad Cuando se conoce la Kps de un compuesto, se puede calcular la solubilidad de dicho compuesto en agua como se muestra a continuación: Ejemplo 1. Calcular la solubilidad molar, la solubilidad en g/L para el cromato de plata: Ag2CrO4, cuyo Kps es 1,3x10-12 Para la resolución se plantea lo siguiente: Ecuación de reacción Ag2CrO4 (s) 2Ag1+ (ac) + CrO4 2- (ac) Expresión de Kps [ ] [ ] Estado de equilibrio Ag2CrO4 (s) 2Ag1+ (ac) + CrO4 2- (ac) 2 El valor de representa la solubilidad molar, teniendo en cuenta los coeficientes estequiométricos. Reemplazando en la expresión de Kps se tiene: ( ) ( ) Despejando el valor de se obtiene: = 6,9*10-5 mol Ag2CrO4/L Solubilidad molar Para hallar la solubilidad en g/L se requiere la masa molar del Ag2CrO4, la cual es de 331,74 g/mol Calcular la solubilidad en g/L del BaSO4. Kps: 1,1*10-10 R. 2,4*10 -3 g/L 1.2. Predicción de precipitación Para determinar si se formará un precipitado en una solución dada se deben tener en cuenta los siguientes criterios: El producto iónico (PI) se define como el producto de la concentración de los iones elevado al respectivo coeficiente estequiométrico, de manera que es una expresión similar al Kps y depende de las condiciones de concentración de la solución. Si PI < Kps No hay precipitación. El sólido se disuelve. Si PI = Kps No hay precipitación. La solución está saturada, el sólido y la solución se encuentran en equilibrio. Si PI > Kps Hay precipitación para formar más sólido. Analizar detalladamente el siguiente ejemplo: Análisis Volumétrico por precipitación 3 Ejemplo 2. Determinar si precipitará Cu(OH)2 (Kps= 4,8*10-20) cuando se mezclan 500mL de CuCl2 0,01M con 100mL de NaOH 0,03M. Plantear la ecuación de reacción balanceada en el recuadro El volumen total de la solución es de 600mL, la concentración molar (M) al momento de hacer la mezcla será: Para CuCl2 Para NaOH Los compuestos CuCl2 y NaOH son solubles, es decir que no tienen un equilibrio y se descomponen 100% en sus iones en solución acuosa, por ejemplo para el NaOH se tiene: Ecuación de reacción Para 1 Litro NaOH(ac) Na1+ (ac )+ OH- (ac) 5,0*10 -3 mol 5,0*10 -3 mol 5,0*10 -3 mol Es decir: M NaOH= M Na 1+ = M OH 1- = 5,0*10-3mol/L Para el Cu(OH)2 : M CuCl2= M Cu 2+ = 2*M Cl 1- M Cu 2+ = 8,3*10-3mol/L Por su parte el Cu(OH)2 no es completamente soluble, por lo que presenta un equilibrio de Kps. Completar la siguiente tabla: Ecuación de reacción Expresión de Kps Calculando el PI se tiene: [ ] [ ] ( ) ( ) Comparando el PI y el Kps se observa que PI > Kps, es decir que si hay precipitación. 2. Titulaciones por precipitación En esta volumetría el analito, que generalmente se coloca en el erlenmeyer, y el agente titulante que va en la bureta producen una reacción que permite la formación de un precipitado insoluble. (Harvey, 2002). Las siguientes son algunas aplicaciones cuantitativas, en las que principalmente se determinan haluros (cloruros, bromuros, yoduros). Análisis Volumétrico por precipitación 4 Ejemplo 3. 0,5 g de una muestra de KCl y KBr se disuelven en agua y se titulan consumiendo 58,03mL de AgNO3 0,1N para precipitar en forma de haluros. Calcular la masa en gramos de cada sal en la muestra. La ecuación de reacción entre KCl y AgNO3 es: La ecuación de reacción entre KBr y AgNO3 es: Para la resolución se parte de 2 incógnitas: Masa de KCl ( ) y masa de KBr ( ), como la masa total de la muestra es 0,5 g se tiene: (1) El AgCl y el AgBr formados se encuentran en el erlenmeyer, para esta titulación se cumple lo siguiente: Eq-g de AgNO3 = Eq-g de KCl + Eq-g de KBr (2) Hallando los equivalentes gramo planteados en (2) se tiene: 0,05803L* 0,1N= 5,8*10-3 eq-g AgNO3 = Simplificando: 5,8*10-3 = (3) Resolviendo las ecuaciones (1) y (3) se hallan los valores de y de : ( ) ( ) EJERCICIOS 1. El Kps del yodato cúprico: Cu(IO3)2 es 7,4*10-8. Hallar la solubilidad molar y en g/L. 2. Determinar si se forma o no precipitado de Ba(IO3)2 (Kps= 1,5*10-9) al mezclar 100mL de BaCl2 0,001M con 10mL de KIO3 0,002M. Plantear las ecuaciones de reacción y los equilibrios presentes. 3. Una solución contiene 14,77 g por Litro de AgNO3. Qué volumen de solución se necesita para reaccionar con 0,2631 g de NaCl? Análisis Volumétrico por precipitación 5 4. Calcular el Kps del Pb(IO3)2 sabiendo que la solubilidad es de 2,34g/L 5. Se mezclan 60mL de nitrato de plata 0,10M con 40mL de cromato de potasio 0,10M. a. Plantear la ecuación de reacción balanceada b. Hallar la solubilidad molar del cromato de plata formado. Kps= 2x10-12 c. Determinar la molaridad de Ag+, CrO4 2-, K+ y NO3 - 6. 0,3521g de una mezcla de NaBr y NaCl se disuelven en 100mL de agua. Se realiza una titulación con AgNO3 0,1005M gastando 43,4mL. Hallar los g/L de NaBr y NaCl en la muestra. Respuestas a los ejercicios: 1. 2.6*10 -3 M, 1,07g/L 2. No precipita 3. 51,72 mL 4. 3x10 -13 6. NaBr: 2,249g/L NaCl: 1,272g/L