Determinación de concentraciones y las diversas maneras de expresarlas Segunda parte_ titulaciones rédox

Práctica 4:Determinación de concentraciones y las diversas maneras de expresarlas Segunda parte: titulaciones rédox Problemas 1. Preparar una disolución de KMnO 4 aproximadamente 0.02M y determinar su concentración exacta. 2. Determinar el porcentaje de Fe 2+ en una sal ferrosa usando permanganato de potasio como titulante. 3. Determinar la concentración de una disolución de peróxido de hidrógeno.

INTRODUCCIÓN: Una reacción redox es una reacción química en la cual uno o más reactivos se oxidan y uno o más productos se reducen, esto es posible gracias a que en este tipo de reacciones existe una transferencia de electrones, recordemos que la oxidación es el proceso en que un átomo, ión o molécula pierde uno o más electrones y que la reducción implica ganancia de uno o más electrones por parte de un átomo, ión o molécula. Al momento de realizar una titulación éste es un aspecto importante que debemos de tomar en cuenta, una reacción redox necesita un procedimiento diferente a una reacción ácido-base porque el comportamiento de las partículas al momento de hacer la reacción es diferente. Para poder determinar la concentración de una solución redox es necesario entender que existe una reacción reacción de transferencia de electrones entre el analíto y el titulante, durante el proceso de titulación para las reacciones reacciones redox existen principalmente dos tipos de titulantes el I 2 y KMnO4, en la práctica nosotros utilizamos el segundo titulante. Un inconveniente que presente en el Permanganato de potasio es que, al ser un oxidante muy fuerte no puede usarse como patrón primario por lo que utilizaremos otra sustancia como patrón primario, esta sustancia será el Oxalato de sodio. Algo a resaltar y que se puede deducir además de que marca una diferencia con respecto a las titulaciones ácido base es que, en las titulaciones redox la normalidad de la disolución no depende de los iones H +, si no del número de electrones que participan en la reacción, así entendemos la normalidad en una reacción redox como: N=y el Número de equvalentes es: Eq= Otra forma de entender la normalidad es: N=No. de e- que participanXMolaridad Por último podemos decir que en las titulaciones Redox no es necesario agregar un indicador ya que las propiedades del permanganato de potasio nos muestran cuando la titulación se ha realizado ya que al completarse la

reacción la disolución pasa de un color incoloro a un color rosa intenso. CUESTIONARIO PREVIO 1. ¿Qué es un patrón primario? En quimica analitica, una disolución estandar es una disolucion que contiene una concentracion conocida de un elemento o sustancia especifica, llamada patron primario que, por su especial estabilidad se emplea para valorar la concentracion de otras. 2. Clasifica los siguientes enunciados como verdadero o falso. (F) Un reductor, gana electrones. (V) La oxidación es una pérdida de electrones. (V) Si un elemento se reduce, aumenta su número de oxidación. (F) Durante una reacción de oxidoreducción, el oxidante se oxida. (V) Una reduccion es una ganancia de electrones. (F) Un elemento en su forma oxidada, es reductor. (V) Un aceptor de electrones es un oxidante. (V) Un donador de electrones se oxida. (V) El sodio metálico es un reductor muy fuerte. (F) El F- es un muy buen oxidante. 3. Considerando que el número de oxidación de los carbonos en el oxalato es de 3+ y en el dióxido de carbono 4 +, balancear la reaccion entre el ión oxalato y el ión permanganato en medio ácido, por el metodo del ión electrón. Na2C2O4 + KMnO4 → Mn2+ + CO2 + H2O (C2O4)2- → 2CO2 + 2e5e- + 8H+ + (MnO4)- → Mn2+ + 4H2O 5[(C2O4)2- → 2CO2 + 2e-)] 2[5e- + 8H+ + (MnO4)- → Mn2+ + 4H2O] 5(C2O4)2- → 10CO2 + 10e10e- + 16H+ + 2(MnO4)- → 2Mn2+ + 8H2O 5(C2O4)2- + 16H+ + 2(MnO4)- → 10CO2 + 2Mn2+ + 8H2O ⇒ 5 Na2C2O4 + 16H+ + 2KMnO4 → 10CO2 + 2Mn + 8H2O

4. ¿Cuántos electrones (acepta o cede) cada ión de permanganato durante la

reaccion con oxalato? Acepta 5mol de electrones.

5. ¿Cuantos electrones (acepta o cede) cada ión oxalato durante la reacción con permanganato? Cede 2 mol de electrones. 6. Balancear la reacción completa entre el oxalato de sodio Na 2C2O4 y el permanganato de potasio en presencia de ácido sulfúrico, para dar como preductos principales, dioxido de carbono y sulfato de manganeso (II). 5 Na2(C2O4) + 8H2SO4 + 2KMnO4 → 10CO2 + 2MnSO4 + 8H2O + K 2SO4 + 5Na2SO4 7. La reaccion de óxido-reduccion entre los iones Fe 2+ y MnO4- en medio ácido, produce Mn2+ y Fe3+. Escribir la reaccion ionica y balancéarla mediante el metodo del i on electron. Fe2+ + MnO - → Mn2+ + Fe3+ 4 1[5e- + 8H+ + (MnO - → Mn2+ + 4H 4) 2O] 2+ → Fe3+ + 1e-) 5(Fe 5e- + 8H+ + (MnO - → Mn2+ + 4H 4) 2O 2+ → 5Fe3+ + 5e5Fe 8H+ + (MnO - + 5Fe2+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H 4) 2O

8. Escribir completa y balanceada la reaccion entre el permanganato de potasio con el sulfato ferroso, en presencia de ácido sulfúrico. 10FeSO4 + 8H2SO4 + 2KMnO4 → 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + 8H2O + K2SO4

9. Escribir completa y balanceada la reaccion entre el permanganato de potasio con el agua oxigenada, en presencia de ácido sulfúrico. 2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 → 2MnSO4 + 8H2O + K2SO4 2+, MnO 10. Investigar los posibles efectos dañinos a la salud o al medio ambiente, de las siguientes especies de manganeso: Mn 2(s) y -. MnO4 Mn2+ : hoja de seguridad del manganeso MnO 2 : hoja de seguridad del dióxido de manganeso

- : Puede tener efectos dañinos en caso de exposicion prolongada por inhalacion e ingestion. Es una sustancia nociva. hoja de MnO4 seguridad del permanganato de potasio Procedimiento:

Valoración del KMnO

4

Pesar en una balanza analítica aproximadamente 0.1g de oxalato de sodio y disolverlo en aproximadamente 10mL de agua d estilada caliente (casi hirviendo), en un matraz Erlenmeyer. Añadir unos 5mL del H2SO4 1:8. Es necesario utilizar agua caliente porque la reacción es muy lenta, especialmente al principio. Valorar con la solución de permanganato contenida en una bureta, agitando continuamente y colocando un papel blanco debajo del matraz Erlenmeyer, para apreciar bien los cambios de coloración. Al principio, con cada g ota de permanganato que cae, la solución de oxalato se torna rosa, pero el color desaparece rápidamente la agitación, el punto de equivalencia llega cuando el color permanece por unos 20 segundos.  Tomar nota del volumen de KMnO4 gastado. Repetir dos veces más, adicionando volúmenes más pequeños al acercarse el punto de equivalencia esperado. Con los valores de masa de oxalato pesado y volumen de permanganato gastado y tomando en cuenta los coeficientes estequiométricos para la reacción balanceada, realizar los cálculos necesarios para llenar la tabla 1.

 Tabla 1. + + 5Na 2- + 2k MnO2++ 8 H 16 H 2C2O4 4 → 10 CO2 + 2 Mn 2O

Núm.

Masa de oxalato

Cantidad de

Volumen d e

Cantidad de

Molaridad de la

(g)

oxalato de sodio

KMnO4 gastado

KMnO4 Consumido

solución de KMnO4

(mol)

(mL) 12.2 ml

(mol) 2.44 x 10-4 mol

0.02 M

11.9 ml

2.38 x 10-4 mol

0.02 M

10.5 ml

2.1 x 10-4 mol

0.02 M

1 2

0.1 g. 0.1 g.

-4 mol 5.4 x 10 5.4 x 10-4 mol

3

0.1 g.

5.4 x 10-4 mol Promedio:

Titulacion del Oxalato de Sodio. Valoración de FeSO

4

0.02 M

Pesar cuidadosamente 0.1g de la sal ferrosa y disolverla en 10mL de H2SO4 1:8. Se va agregando la solución de KMnO4 de la bureta con agitación constante. La reacción se da por completa cuando la solución, que en un inicio es incolora, se torna rosa pálido y esta coloración se mantiene por aproximadamente 20 segundos.  Tomar nota del volumen de KMnO4 gastado. Repetir dos veces más, adicionando volúmenes más pequeños al acercarse el punto de equivalencia esperado. Con los valores de masa de sal ferrosa pesada y volumen de permanganato gastado y tomando en cuenta los coeficientes estequiométricos para la reacción balanceada, realizar los cálculos necesarios para llenar la tabla 2.

 Tabla 2. Concentración del KMnO4 usado como titulante: 0.02 M ++ 5 Fe2+ + MnO - → 5 Fe3+ + Mn2++ 4 H 8H 4 2O

Núm.

1

Masa de la

Volumen de

Cantidad de

muestra de sal

KMnO4 consumido

KMnO4 consumido

ferrosa(g.) 0.1 g.

(ml) 2.8 ml

(mol) 5.6 x 10-5 mol

2

0.1 g.

2.8 ml

-5 mol 5.6 x 10

3

0.1 g.

2.8 ml

-5 mol 5.6 x 10

Promedio:

2+ Cantidad de Fe presente en la

% m/m de Fe2+ en la muestra sólida

muestra (mol) 2.8 x 10-4 mol Fe2+ 2.8 x 10-4 mol Fe2+ 2.8 x 10-4 mol Fe2+

15. 62 % m/m

15. 62 % m/m

15. 62 % m/m

15. 62 % m/m

Valoración del H2O2  Transferir con una pipeta 10mL de la disolución de agua oxigenada a un matraz Erlenmeyer limpio, no necesariamente seco y añadir 5mL de H2SO4 (1:8) Con la disolución valorada de KMnO4 titular la disolución de peróxido. El punto de equivalencia se alcanza cuando la solución valorada adquiere una coloración rosa pálido que no desaparece con la agitación. Tomar nota del volumen de titulante gastado. Repetir la titulación dos veces más, adicionando volúmenes más pequeños al acercarse el punto de equivalencia esperado. Conociendo el volumen de permanganato gastado y tomando en cuenta los coeficientes estequiométricos para la reacción balanceada, realizar los cálculos necesarios para llenar la tabla 3.

 Tabla 3. Concentración del KMnO4 usado como titulante: 0.02 M 2 KMnO4 + 3 H2O2 → 2KOH + 2MnO2+ 3O2 + 2 H2O

Núm.

Volumen de

Volumen de

Cantidad de

Cantidad de

Molaridad del

% m/v del

H2O2 (ml)

KMnO4

KMnO4

H2O2 presente

H2O2 en la

H2O2 en la

consumido (ml)

Consumidos

en la muestra

muestra

muestra

(mol) 1

10 ml

1.9 ml

-5 mol 3.8 x 10

2

10 ml

2.3 ml

4.6 x 10-5 mol

(mol) 2.53 x 10-5

2.53x10-3mol

8.6%

3.06x10-3mol

10.4%

mol 3.06 x 10-5 mol

3

10 ml

2.2 ml

4.4 x 10-5 mol

2.93 x 10-5

2.93x10-3mol

9.9%

mol Promedio:

2.84 x 10-3 mol

9.63%

Cuestionario final: 1. Para la valoración de la solución de permanganato de potasio: a) ¿Qué tan semejante resultó la molaridad obtenida con la esperada? Calcular el % de error

%E= (Vt - Ve/ Vt) (100) como en el valor experimental y teorico nos salio la misma molaridad el % de error fue 0 porque tenemos una multiplicacion por 0.

b) ¿Qué tan semejantes son entre sí los tres valores de molaridad obtenidos para cada alícuota? ¿Cuál es l a desviación estándar?

La desviacion estandar al igual que el % de error es 0 porque tenemos una multiplicacion por 0.

c) ¿A qué pueden atribuirse las diferencias?

No hubo diferencias debido a que todos los calculos de las alicuotas, aunque con pequeñas variaciones de volumen, nos dieron la misma molaridad al final.

d) ¿Si tuviera que repetirse la determinación, qué modificaciones deberían hacerse?

De acuerdo a los resultados que se obtuvieron, podemos suponer que las determinaciones estuvieron bien realizadas, y que en todo caso no tendriamos que hacerle modificacion alguna, de otra maner, nuestra concentracion cambiaria, por algun error o algun mal proceso.

2. La sal ferrosa puede tratarse de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado (NH

4)2Fe(SO4)2 6H2O o de cloruro ferroso hexahidratado 2+ determinado en la muestra, decir de qué sal se trató. (FeCl2 6H2O). Con base en el porcentaje de Fe Se trato de Cloruro ferroso hexahidratado

3. Para el agua oxigenada: a) ¿Cuál era la molaridad esperada para la solución de agua oxigenada que se analizó?

Esperamos una moralidad más baja a 1 M, porque el Peroxido de Hidrogeno estaba diluido en más agua y esto hace que su concentración baje mucho ademas de que era una alicuota pequeña y creemos que pudo haber absorbido humedad del medio ambiente y eso tambien influyo en ello.

b) ¿Qué tan semejante resultó la molaridad obtenida con la esperada? Calcular el % de error.

%E= (1-2.84 x 10-3/1)*100%= 0.284%

c) ¿A qué pueden atribuirse la diferencia? A que el peróxido está más diluido de los deseado, lo que tal ves involucre que el existan cambios en la reaccion.

OBSERVACIONES Molotla Vaca Yesica Anamile En la practica pudimos observar como surge un cambio de coloracion al titular una sustancia, en este caso pudimos observar tres sustancias de oxido reduccion y notamos que sus cambios de tonalidad, fueron muy diferentes en cuanto a volumen de permanganato que utilizaron, apesar de que las tres sustancias eran redox (tal ves eso se deba a la diferencia de H+ y/o equivalentes que pueda tener cada una de las sustancias tituladas); por ejemplo, cuando se titulo el oxalato sin agregarle acido, el cambio de coloracion fue demasiado rapido (casi instantaneamente), tambien en esta misma titulacion, notmos que apesar de utilizar agua caliente como nos dice la practica, la reaccion del cambio de coloracion fue muy lenta, y de las tres sustancias que se ocuparon, fue la que ocupo mayor volumen de permanganato.

Resendiz Salgado Fernando

Como era de esperarse las disoluciones tuvieron el cambio de color cuando las titulamos, y el color violeta del KMnO 4 iba a influir mucho en la coloración de las disoluciones, sucede que en la primera disolución de Oxalato de Sodio la cual tuvimos que calentar para que se disolviera bien el soluto fue la más difícil de titular, nos tardamos más tiempo porque las instrucciones de la práctica era titular gota por gota y fue la sustancia en la que se utilizó más volumen de KMnO4 a d iferencia de las otras dos disoluciones que su volumen + utilizado fue más bajo y casi el mismo, pero, ¿Porque? Yo supongo que fue por. su concentración molar ó la cantidad de iones H presentes en la reacción y por la densidad del Oxalato de Sodio y que por esa misma razón es que lo tuvimos que calentar. Las otras 2 disoluciones fueron más fáciles por sus niveles más bajos de densidad y concentración molar.

Bucio Catañeda Jesús Ramiro: Para titular ésta disolución no necesitamos agragar un indicador, el permanganato de potasio nos indicó cuando la titulación ya estaba hecha; otro aspecto importante en que se diferencía y que quizás sólo notamos bajo un sustento teórico es que los equivalentes ahora no van relacionados con los iones H+ si no con los electrones que interfieren en la reacción. También corroboramos que el Permanganato de potasio es un oxidante muy fuerte, ésto se pudo ver al momento de hacer la reacción sin agregar el oxalato de sódio lo que propició que a la más mínima cantidad de permanganato la solución cambiara de color; a la disolución que agregamos el oxalato la reacción fue mucho más lenta comparada con la otra que tenía ausencia de oxalato, lo que nos permitió tener una valoración más acertada y observable.

ANALISIS DE RESULTADOS: Molotla Vaca Yesica Anamile Cuando hacemos una comparación de nuestros resultados obtenidos experimentalmente, con lo que en realidad se esperaba, podemos decir que se hizo un buen p rocedimiento de practica. Analizando los resultados de cada una de las sustancias, podemos hablar en primer lugar de el oxalato de sodio, como se puede ver el

las tablas de datos, nuestror resultados respecto a la molaridad del permanganato, fueron exactamente iguales a la concentracion que se esperaba, lo cual es a mi parecer algo muy extraño, ya que estamos hablando de obtener un valor experimental, lo cual casi nunca resulta EXACTAMENTE igual que lo que se espera. Cuando hablamos de la valoracion de la sal ferrosa, podemos notar que nuestros resultados obtenidos de concentracion molar, fueron iguales para las tres determinaciones, debido a que el volumen que se ocupo para la titulacion de las tres fue el mismo (se puede decir entonces que el procedimieto se realizo con mucho cuiddo pra cada una), por lo que se puede decir que no hay una desviacion, y que el promedio es el mismo que las tres cantidades. Para la valoracion del agua oxigenada, paso practicamente lo mismo que paso en la primera titulacion, el valor de concentracion que obtuvimos experimentalmente, fue exactamente igual a la concentracion esperada, y en cuanto a la concentracion %m/v, se obtuvo una desviacion, ya que los volumenes en la tres determinaciones fueron distintos.

Bucio Catañeda Jesús Ramiro: Como pudimos ver nuestros resultados tuvieron una exactitud muy marcada, podemos asumir esto a que procuramos usar masas iguales en todas nuestras muestras, es muy poco común que el valor teórico coincida exactamente con el valor p ráctico. En cuanto al segundo problema es importante recalcar que tuvimos sumo cuidado al momento de hacer las mediciones en masa y al momento de titular, ésto nos demoró mucho tiempo pero estuvimos atentos gota a gota en cada titulación por lo que vimos todos nuestros valores en cuanto volumen consumido fue constante y ésto ocasionó que nuestros cálculos en cuanto a concentración no experimentara varianza alguna. El problema tres con respecto al peróxido de hidrógeno si notamos variación esto ocasionado por que utilizamos volúmenes distintos de permanganato de potasio.

Resendiz Salgado Fernando

Para mi los datos de la primera tabla me parecieron un poco raros ya que en ninguna otra práctica de laboratorio que hice anteriormente me habian salido unos resultado tan exactos. Después de analizar los cálculos y procedimientos de margen de error, llegue a la conclusión de que pudo haber salido un porcentaje de error de 0 porque una de dos opciones, 1.- El margen de exactitud era muy grande, que unas cuantas gotas de mas o unas de menos no influirá porque ya estaba dada la molaridad de 0.02 M, solo sería como trabajar con testigos, ó, 2.- Hicimos un excelente trabajo experimental. Fue con la titulación que nos costó más trabajo hacer pero obtuvimos mejores resultados que en las otras dos, en las otras 2 que por creer que serian igual a la primera titulación nos pasamos un poquito de titulante, estas d os titulaciones fueron más rápidas además de que pudimos confirmar que los resultados eran diferentes por la molaridad de cada una de las sustancias tituladas.

CONCLUSIONES Molotla Vaca Yesica Anamile Como conclusion de esta practica, podemos decir que se pudieron notar las diferencias entre hacer una titulacion redox y una acidobase, algunas de ellas por ejemplo, el echo de que para una titulacion redox no es necesario agregarse indicador universal para notar el cambio de coloracion en las sustancias. Tambien podemos decir que de una titulacion redox, con respecto a su ecuacion quimica, podemos obtener diferentes datos, como son la molaridad, porcentaje masa masa, porcentaje masa volumen y a partir de una sustancia que se titulara, podemos obtener estos datos de otra involucrada en la titulacion, por ejemplo, la tabla dos que fue con respecto al oxalato de sodio, nos muestra datos del permanganato. En una titulacion que se realiza en un ambiente acido-base, se puede decir que intervienen demaciado la cantidad de H+ que tenga nuestra sustancia; sin embargo en una titulacion de ambiente oxido reduccion, existe la intervencion de e-.

Bucio Catañeda Jesús Ramiro:

La práctica nos mostró como se realiza una titulación en un ambiente redox, anteriormente habíamos estado trabajando con reacciones ácido-base, me parece importante notar las diferencias marcadas entre estos tipos de titulaciones. como vimos aquí no fue necesario agragar un indicador, también al hacer los cálculos nos “olvidamos” de los H+ y los sustituimos por los electrones que intervienen en la reacción. también vimos que fue necesario agragar Oxalato de Sodio, ésto porque el permanganato de potasio es un oxidante fuerte y por ello si no agragabamos el Oxalato l a reacción se llevaba casi inmediatamente de agregar el Permanganato, también fue necesario calentarel agua para acelerar la reacción del oxalato con el agua y el ácido sulfúrico. Para la sal ferrosa las reaccion fue un poco más fácil al igual que su titulación, como vemos requirió menos volumen para titular, me parece importante ver como es que a partir de el titulante y la disolcuión podemos saber la concentración de hierro en una sal mediante procedimientos como éstos, ahora sabemos que ésto es posible por como reacciona el hierro en la disolución.  También se puede observar como es posible mediante titulaciones como ésta calcular la concentración de otras disolucines, lo vimos en el peróxido de hidrógeno que al hacerlo reaccionar con el ácido sulfúrico y titularlo con permanganato encontramos su concentración. Las titulciones Redox nos pueden arrojar muchos datos y son bastante útiles para encontrar datos como concentración, porcentajes de pureza o porcentajes de un elemento en un compuesto que se desarrolle en un ambiente de Óxido-Reducción.

Resendiz Salgado Fernando

En la practica pudimos observar como las titulaciones redox son muy diferentes a las titulaciones acido - base ya que en esta practica no tuvimos que utilizar fenoftaleina para saber cuando se producia la reaccion quimica, aqui fue una accion del titulante sobre la solucion titulada y con los numeros de oxidacion de la reaccion se produjo el cambio de color. Dos de las titulaciones fueron parecidas mientras que una no lo fue para nada debido a su concentracion de iones H+, se debio utilizar un volumen aproximadamente 6 veces mas grande que en las otras disoluciones, esta fue la titulacion de Oxalato de Sodio que ademas hubo que calentarla para que su concentracion bajara y se pudiera diluir bien. Las otras dos titulaciones fueron mas faciles por que sus niveles de concentracion y densidad eran menores a los de la primera titulacion, aunque no eran tan puras las disoluciones con las que trabajamos en esta practica no nos influyeron tanto como en las pasadas.

Aprendimos que mediante estas titulaciones tambien podemos obtener sus componentes mediante problemas de formula minima, y obtener la concentracion de las disoluciones presentes sin siquiera tener idea de cuales pueden ser, esto solo es posible con las titulaciones redox ya que todos esos datos los obtendremos por el numero de oxidacion y peso molecular de los elementos quimicos con los que trabajamos.

BIBLIOGRAFIA - Jerome L. Rosenberg “Quimica General” Ed. Mc Graw Hill España, 1991.

- Raymond Chang

“Quimica”, 9a edicion Ed. Mc Graw Hill Barcelona, 2010

- Skoog A. Douglas Fundamentos de química analítica, 2 a edición Ed. Reverté S.A. Barcelona, 1998

- Brown T.L “Quimica la ciencia central” Ed. Pearson Mexico, 2009.