UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA Escuela Profesional de Ingeniería Química PRACTICA N° 2 DETERMINACIÓN GRAVIMÉTRICA DE HIERRO ASIGNATURA : QUÍMICA ANALÍTICA CUANTITATIVA PROFESOR DE TEORÍA : ALCARRAZ ALFARO, Tarcila PROFESOR DE PRÁCTICA : ALCARRAZ ALFARO, Tarcila ALUMNOS : MUNAYLLA ALTAMIRANO, Abraham SOTO PANIAGUA, Lucia GRUPO : miércoles de 10:00am – 1:00pm AYACUCHO - PERÚ 2021 DETERMINACIÓN GRAVIMÉTRICA DE HIERRO I.- OBJETIVOS • • • • II.- Aplicar los principios teóricos específicos para determinar hierro como óxido férrico. Observar la secuencia de procedimientos prácticos. Determinar el porcentaje de hierro en una muestra determinada. Evaluar la precisión de la determinación. MARCO TEÓRICO Los métodos gravimétricos se comparan favorablemente con otras técnicas analíticas en términos de la exactitud que se alcanza. En general, los métodos gravimétricos no son muy específicos. Los reactivos gravimétricos son selectivos en el sentido que forman precipitados sólo con ciertos grupos de iones. Además, la selectividad de los agentes precipitantes se puede incrementar controlando los factores como el pH y la concentración de ciertos agentes enmascarantes. En el análisis gravimétrico, el analito es convertido en una especie insoluble que se separa por filtración y lavado con una solución adecuada, se seca o se calcina (con lo que generalmente se transforma en otra especie) y se pesa una vez frío. A partir de las masas del producto pesado y del conocimiento de su composición química se calcula la concentración del analito en la muestra. La determinación gravimétrica de hierro implica la precipitación del hidróxido de hierro (III) (en realidad Fe O .xH O, llamado óxido hidratado), seguida de la calcinación a Fe O a temperatura elevada. Este método se utiliza para análisis de rocas, donde el hierro se separa de otros elementos como el calcio y el magnesio por medio de la precipitación. El hierro en diferentes muestras, por lo general se disuelven en HCl y para oxidar el hierro al estado de +3 se utiliza el HNO . El óxido hidratado de hierro es un precipitado gelatinoso muy insoluble en agua (Kps = 1 x 10 ). La coagulación del material coloidal se favorece, realizando la precipitación en caliente. El precipitado se lava con solución diluida de nitrato de amonio para evitar la peptización. La filtración se realiza utilizando un papel de filtración rápida. El brócoli es alto en hierro, vitamina C, zinc y en antioxidantes como el betacaroteno y el selenio. Es un agente antienvejecimiento, es indicado para contrarrestar la anemia. 2 3 2 2 3 3 -39 III.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Pesar al 0,1 mg, 0,5 g de muestra problema, pasar a un vaso de precipitación y agregar 50 mL de agua destilada. Si es una muestra orgánica previamente se calcina y se pesa la ceniza como muestra. 2. Utilizando una varilla de vidrio agregar 20 mL de HCl (1:1) y 3 mL de HNO3 ©, tapar con luna de reloj el vaso y hervir suavemente hasta que deje de desprender NO y se obtenga una solución de color amarillo claro. 3. Si aún quedan partículas sólidas, filtrar a un Erlenmeyer y enjuagar el vaso y la base de la luna de reloj con agua destilada hacia el Erlenmeyer. 4. Diluir hasta 150 mL y calentar hasta ebullición suave. 5. Con la ayuda de una varilla de vidrio agregar mientras dure la ebullición, solución pura o filtrada de amoníaco (1:1) hasta percibir un ligero exceso (perceptible por el olor persistente a amoníaco). 6. Hervir suavemente por un minuto y dejar sedimentar el precipitado, el líquido sobrenadante debe ser incoloro. 7. Separar el líquido sobrenadante utilizando un papel de filtro tarado. 8. Lavar el precipitado en el erlenmeyer con 2 o 3 porciones de NH NO al 1% y luego pasar todo el precipitado al papel de filtro, empleando chorro de agua de la piseta. 9. Recuperar el precipitado adherido al matraz y varilla con agua caliente. 10. Continuar lavando el precipitado con NH NO al 1% hasta eliminar el exceso de cloruro, que se comprueba mediante la reacción con AgNO , en medio nítrico. 11. Pesar un crisol de porcelana y colocar en él el precipitado y calcinar a 1 000°C por 30 minutos 12. Enfriar en un desecador y pesar el producto obtenido. 2 4 4 3 3 3 IV.- CÁLCULOS 1. Realizar los cálculos para la preparación de las soluciones requeridas. • Para 20mL de HCl (1:1): El volumen del HCl y del agua están en la misma proporción, por tanto: + H2O 10mL HCl 10mL Solución de HCl 20mL • Para 30mL de NH4OH (1:2): El volumen del agua es 2 veces mayor a la del NH4OH: VNH4OH = 1X VH2O = 2X X + 2X = 30mL 3X = 30mL X = 10mL Por tanto: VNH4OH = 10mL, VH2O = 20mL + H2O 20mL • Solución de NH4OH 10mL NH4OH 30mL 500mL de NH4NO3 al 1%(P) Solución de NH4NO3 1% 500mL Como el porcentaje en peso es solo 1% ( 1g de soluto en 100 de agua), consideraremos que la densidad de la solución es igual a la del agua, DH20 = 1g/mL Primero: Calculamos la masa de la solución: Sabemos que: D = m/V → m = D.V msolución = 1g/ml . 500mL = 500g segundo: calculamos la masa de nitrato de amonio: %PNH4NO3 = (mNH4NO3/ msolución )x100 mNH4NO3 = 1x500g/100 = 5g por tanto, se tiene que pesar 5g de NH4NO3 para preparar una solución al 1%(P) • Para 50ml de AgNO3 0.1N Sabemos que: N = (m x Ɵ)/PM.V Ɵ = 1eq/mol A partir de esta fórmula calamos la masa de nitrato de plata (PM = 169,87g/mol) 𝑔 0.1𝑒𝑞 ൬0.05𝐿𝑥 𝑥 169.87 ൰ 𝐿 𝑚𝑜𝑙 𝑚= 1𝑒𝑞/𝑚𝑜𝑙 𝑚 = 0.84935𝑔 Por tanto, esta es la masa que se debe pesar para preparar una solución de 50mL de AgNO3 0.1N Solución de AgNO3 0.1N 50mL=0.05L 2. Tabular los resultados de todas las mesas de trabajo Masa Masa Masa N° papel Ceniza papel Masa Masa inicial crisol Mesa filtro filtro (g) final (g) producto (g) (g) (g) (g) 1 0.5007 39.3346 1.4890 1.0423𝑥10−3 39.3385 2.8577𝑥10−3 −3 3 0.5009 35.7985 1.5122 1.0585𝑥10 0.5013 32.6152 1.4935 1.0455𝑥10−3 4 0.5273 26.1818 1.4900 5 0.5025 35.7933 1.3580 2 1.043𝑥10−3 9.506𝑥10−4 −3 35.8024 2.8415𝑥10 32.6191 2.8546𝑥10−3 2.857𝑥10−3 35.7972 2.9494𝑥10−3 26.1857 Masa hierro (g) % (P) Fe 1.9989𝑥10−3 1.9876𝑥10−3 1.9967𝑥10−3 1.9984𝑥10−3 2.063𝑥10−3 0.3992 0.3968 0.3983 0.3789 0.4105 Ceniza del papel de filtro: 0.07% MESA N°2 3. Determinar el porcentaje de hierro en la muestra (ceniza de brócoli). 𝑐𝑒𝑛𝑖𝑧𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑝𝑒𝑙 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜 = 0.07% 𝑥 𝑚𝑝𝑓 = 𝑐𝑒𝑛𝑖𝑧𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑝𝑒𝑙 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜 = 0.07 𝑥𝑚𝑝𝑓 100 0.07 𝑥1.5122𝑔 = 1.05854𝑥10−3 𝑔 100 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 (𝑚𝑝 ) = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙(𝑚𝑓 ) − 𝑚𝑐𝑟𝑖𝑠𝑜𝑙 − 𝑐𝑒𝑛𝑖𝑧𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑝𝑒𝑙 𝑚𝑝 = 35.8024𝑔 − 35.7985𝑔 − 1.05854𝑥10−3 𝑔 = 2.8415𝑥10−3 𝑔 Masa de hierro 𝒎𝑭𝒆 = 𝑭𝑮 𝒙 𝒎𝒑 = 𝑚𝐹𝑒 = 𝟐𝑷𝑴𝑭𝒆 𝒙 𝒎𝒑 𝑷𝑴𝑭𝒆𝟐𝑶𝟑 2𝑥55.85𝑔/𝑚𝑜𝑙 𝑥 2.8415𝑥10−3 𝑔 159.69𝑔/𝑚𝑜𝑙 𝑚𝐹𝑒 = 1.9876𝑥10−3 𝑔 Porcentaje de hierro %𝐹𝑒 = %𝐹𝑒 = 𝑚𝐹𝑒 𝑥100 𝑚𝑖 1.9876𝑥10−3 𝑔 𝑥100 = 0.3968% 0.5009𝑔 4. Evaluar los resultados obtenidos, mediante uno de los contrastes a 90% de confianza. CONTRASTE DE DIXON: %Fe 0.3789 0.3968 0.3983 0.3992 0.4105 Calculando la media: 𝑥̅ = 0.3789 + 0.3968 + 0.3983 + 0.3992 + 0.4105 = 0.39674 5 0.3789– 0.39674 = - 0.01784 0.4105 − 0.39674 = 0.01376 Considerando el valor absoluto, el discrepante es el 0.03789 porque se aleja más de la media. dato discrepante = 0.3789 𝑄= 𝑑𝑒𝑠𝑣𝑖𝑜 0.3789 − 0.3968 = = −0.566 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑒𝑟𝑠𝑖𝑜𝑛 0.4105 − 0.3789 para n = 5, al 95% de confianza Q tabla = 0.710 Qcal < Qtab 0.566 < 0.710, entonces se mantiene el dato discrepante. 5. Evaluar la precisión de la determinación, teniendo en cuenta los resultados de las otras mesas de trabajo. 𝑥̅ = 0.39674 ∑(𝑋𝑖 − 𝑥̅ )2 𝑠=√ 𝑛−1 𝑠 =√ (0.3789 − 0.39674)2 + (0.3968 − 0.39674)2 + (0.3983 − 0.39674)2 + (0.3992 − 0.39674)2 + (0.4105 − 0.39674)2 4 3.182656𝑥10 −4 + 3.610−9 + 2.4336𝑥10−6 + 6.0516𝑥10 −6 + 1.893376𝑥10−4 𝑠=√ 4 𝑠 = 0.01135883 𝐶𝑉 = 𝐶𝑉 = 𝑠 𝑥100 𝑥 0.01135883 𝑥 100 = 2.86304 0.39674 Precisión = 100 – CV 100 − 2.86304 = 97.13696% 6. Escriba las reacciones químicas balanceadas involucradas en la determinación. Disolución con HCl: Fe+2 Oxidación con HNO3: Fe+2(ac) + NO3-(ac) + 2H+(ac) Precipitación con NH4OH: Fe+3(ac) + 3OH-(ac) Fe+2(ac) Fe+3(ac) + NO2(g) + H2O Fe (OH)3(s)↓ Calcinación del precipitado: ΔT Fe (OH)3(s) Fe2O3(s) Reacción de comprobación de presencia de cloruro durante el lavado del precipitado: Ag+1 + ClAgCl(s) (precipitado grumoso) V.- CONCLUSIONES ✓ Para identificar el hierro como oxido férrico, el brócoli (aquí se encuentra el hierro) utilizado paso por varias etapas, como. Pesada, calcinación, disolución (con HCl), oxidación (el Fe+2 pasa a Fe+3 por la acción del oxidante, HNO3), precipitación (el Fe+3 fue precipitado como Fe (OH)3 con el NH4OH en presencia de NH4NO3 (la base y la sal forman una solución reguladora para mantener el pH)), filtración, lavado, calcinación (el Fe (OH)3 se calcina para obtener un producto más estable) por último la pesada del Fe2O3. ✓ El porcentaje de hierro se determinó a partir de su masa con relación a la masa inicial de la muestra, esta masa de hierro se calculó utilizando el factor gravimétrico, en las 5 mesas el %Fe que se obtuvo tubo una pequeña variación. Esto es debido a que en el procedimiento hubo algunos errores, como en la precipitación, calcinación, pesada, etc. ✓ Se evaluó la precisión de la determinación de hierro con el porcentaje teniendo en cuenta los resultados de las otras mesas de trabajo y se obtiene una precisión de 97.13696 % significando que tenemos un buen rango de precisión al realizar el análisis de porcentaje de hierro en el brócoli. VI.- CUESTIONARIO 1. ¿Qué cuidados se debe tener para determinar cuantitativamente hierro, precipitando como óxido hidratado? Tener un previo tratamiento para tener el hierro en su forma trivalente y también se debe eliminar la presencia de otros cationes que también precipitan con el amoníaco, como aluminio, cromo (III), titanio, zirconio y aniones como arseniato, fosfato, vanadato, silicato que dan compuestos escasamente solubles con el hierro. En presencia de ácidos orgánicos, el hierro se acompleja y no precipita. 2. ¿Qué otros elementos pueden interferir en esta determinación? Por lo general lo que interfieren son los elementos poco solubles de los grupos anteriores que pueden pasar al siguiente grupo, los cuales pueden ser: K+, Na+, Mg++, Ca++, Cd++, Sr++, entre otros. 3. ¿Por qué se recomienda filtrar la solución de amoníaco? El Kps del Fe(OH)3 es del orden 10-39 por lo que se puede conseguir una precipitación cuantitativa aún en solución ligeramente ácida y las pérdidas por solubilidad en los lavados son despreciables. Y también para evitar interferencias de precipitación de otras sustancias ajenas al hierro. 4. ¿Cómo comprueba la presencia de cloruro en la superficie del precipitado? Se puede comprobar tomando una pequeña porción del filtrado en un tubo de ensayo, se agrega HNO3 y continuamente el AgNO3, si forma un precipitado blanco de aspecto cuajoso que en este es la reacción de AgCl significaría que aún hay presencia de cloruros. 𝐹𝑒𝐶𝑙3 + 3𝐴𝑔𝑁𝑂3 → 𝐹𝑒(𝑁𝑂3 )3 + 3𝐴𝑔𝐶𝑙
