UNIVERSIDAD AUTONOMA GABRIEL RENE MORENO
FCFB
CARRERA DE FARMACIA
QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA Y
CUANTITATIVA
Apuntes teóricos
Abel González Galán, PhD.
Santa Cruz de la Sierra, Bolivia
Marzo 2020
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Reacciones de oxidación-reducción en química - Prof. Choque, Guías, Proyectos, Investigaciones de Contabilidad Analítica
Este documento aborda conceptos fundamentales de la electroquímica, como las reacciones de oxidación-reducción, los potenciales de electrodo, la formación de precipitados y complejos, y la aplicación de estos principios a la resolución de ejercicios prácticos. Se explican en detalle las semirreacciones y las reacciones globales de procesos redox, incluyendo la reducción del permanganato, la oxidación de metales por ácidos y agentes oxidantes, y la formación de compuestos poco solubles. Además, se presentan tablas con los potenciales estándar de reducción de diversos pares redox, lo que permite calcular el potencial de celda y la espontaneidad de las reacciones. En general, este documento proporciona una sólida base teórica y práctica sobre la electroquímica y sus aplicaciones en la química general.
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
2022/2023
1 / 94
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UNIVERSIDAD AUTONOMA GABRIEL RENE MORENO
FCFB
CARRERA DE FARMACIA
QUIMICA ANALITICA CUALITATIVA Y
CUANTITATIVA
Apuntes teóricos
Abel González Galán, PhD.
Santa Cruz de la Sierra, Bolivia
Marzo 2020
Sobre el autor
Abel González Galán
Químico por la Universidad Autónoma de Santo Domingo (1986), posee Maestría en Ciencia de los alimentos (1990) y Doctorado en Ciencia de los Alimentos (2009) por la Universidad Federal de Lavras – Brasil. Docente Titular de la Cátedra de Química Analítica Cualitativa y Cuantitativa de la Carrera de Farmacia-UAGRM desde
PROLOGO
La Química Analítica tiene una importancia fundamental en el desarrollo de las habilidades de los futuros profesionales Farmacéuticos. Mediante los temas que se abordan en este texto los alumnos podrán conocer y aplicar las diferentes técnicas propias de un laboratorio de análisis químico: Precipitación, disolución, preparación de muestra, titulación y otras.
Espero que con este material que fue preparado por mi persona a partir de los ejercicios resueltos en las clases teóricas los estudiantes puedan tener una herramienta de estudios que le permita apropiarse del conocimiento necesario para enfrentar los desafíos que se les presentaran en el futuro profesional ya sea en la preparación de medicamentos en farmacias artesanales, así como en una moderna planta farmacéutica.
El autor
AvABvB ↔ (^) vAAm+^ + (^) vBBn-
𝐾𝑝𝑠 = [𝐴𝑚+]𝑉𝐴[𝐵𝑛−]𝑉𝐵^ = (𝑚𝑜𝑙/𝐿)𝑉𝐴+𝑉𝐵
Efecto Ion Común : El efecto del ion común se basa en el producto de solubilidad (Kps) según el cual, para disminuir la solubilidad de una sal se agrega uno de los iones. Al aumentar la concentración de uno de los iones que forman el precipitado, la concentración del otro debe disminuir para que el Kps permanezca constante, a una temperatura determinada. Este efecto es el que permite reducir la solubilidad de muchos precipitados, o para precipitar cuantitativamente un ion, usando exceso de agente precipitante.
Producto de Solubilidad
Ag Cl = Ag+^ + Cl-
Ks ó Kps = [Ag+^ ][Cl-^ ] = Constante.(tiene unidad)
AvABvB ↔ (^) vAAm+^ + (^) vBBn-
𝐾𝑝𝑠 = [𝐴𝑚+]𝑉𝐴[𝐵𝑛−]𝑉𝐵^ = (𝑚𝑜𝑙/𝐿)𝑉𝐴+𝑉𝐵
Ejercicio 1. Calcular el valor de Kps para una solución de Na Cl que es 1,5 x 10-3^ M en ion Cloruro.
𝑁𝑎 𝐶𝑙 = 𝑁𝑎+^ + 𝐶𝑙− 𝐾𝑝𝑠 = [𝑁𝑎+][𝐶𝑙−] 𝐾𝑝𝑠 = [1,5 x10−3]^2 𝐾𝑝𝑠 = 2,25 x 10−6^ (𝑚𝑜𝑙/𝐿)^2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0,02 0,04 0,06 0,08 0,
K 2 SO 4
KNO 3
Ti NO 3
Ba Cl 2
K Cl
Calculable (KPS)
Mg (NO 3 ) 2
Ag +()
Ag NO 3
S O 4 =^ (Calcio)
KN O 3
Mg SO 4
K 2 SO 4
Solubilidad
Ag
2
SO
4
10
20
30
40
50
60
70
80
0,02 0,04 0,06 0,08 0,
Cu(IO 3 ) 2 Co(OH) 2
Cd 3 (PO 4 ) 2 CaC 4 H 406
Ag 2 CrO 4 ZnC 2 O 4
Ag 2 Cr 207 Hg 2 Cl 2
Ejercicio 2. Una solución saturada de Ag Cl contiene 0,015 gr de sustancia disuelto en un litro del sol. Calcular Kps.
[𝑠] = 0,015 𝑔𝑟𝐿𝑡 ∙ 143,3 𝑔𝑟1 𝑚𝑜𝑙 = 1,045𝑥10−4𝑚𝑜𝑙/𝐿
𝐴𝑔 𝐶𝑙 = 𝐴𝑔+^ + 𝐶𝑙−
𝐾𝑝𝑠 = [𝐴𝑔][𝐶𝑙−]
𝐾𝑝𝑠 = 𝑆^2
𝐾𝑝𝑠 = (1,04x10−4)^2 𝐾𝑝𝑠 = 1,1x10−8(𝑚𝑜𝑙/𝐿)^2
Ejercicio 3. Una solución de Ag 2 Cr O 4 se prepara con 3,57x10-2^ g en 1Lt calcular el Kps.
𝑃𝑀 = 𝐴𝑔 2 𝐶𝑟 𝑂 4 = 331,7𝑔/𝑚𝑜𝑙
𝐾𝑝𝑠 = ( 2 𝑆)^2 x S
[𝑠] = 3 ,^57 x^10
− 2 1 𝐿
⁄𝐿 (^) 𝐾𝑝𝑠 = 4 𝑆 (^2) 𝑥 𝑆 = 4 (1,076 x 10- (^4) ) 3
𝐾𝑝𝑠 = 4 , 304 x 10 −^12 (𝑚𝑜𝑙/𝐿)^3
[𝑀] =
3 , 57 x 10 −^2 𝑔𝑟/ 1 𝐿 331 , 7 𝑔/𝑚𝑜𝑙 = 1 , 076 x 10 −^4 𝑚𝑜𝑙/𝐿
Ejercicio 7. Se agregan 100 ml de H 2 SO 4 10 -3^ M a 100 ml de una solución que contiene 8,29x10-3^ de iones plomo. ¿Cuánto plomo permanece en solución sin precipitar?
*Cuando se mezclan los reactivos precipita PbSO 4
𝐾𝑝𝑠 = 2,2x10−8^ 𝐻 2 𝑆𝑂 4 = 2𝐻+^ + 𝑆𝑂 4 − 𝑃𝑏 𝑆𝑂 4 𝑃𝑏^2 + 𝑆𝑂 4 −^ = 𝑃𝑏 𝑆𝑂 4 [10−3] [10−3] 𝑃𝑏 𝑆𝑂 4 = 207,2𝑔/𝑚𝑜𝑙 [𝑃𝑏 ] = 8,29x
−3𝑔 207,2𝑔. 0,1 𝐿 = 4x
−4𝑚𝑜𝑙/𝐿 Conc. original
Del sulfato
En el instante de la mezcla estas condiciones se transforman a la mitad, debido cada solución es diluida a 2 veces su volumen original y al mismo tiempo ocurre la precipitación.
4x10− 2 − 𝑥 = 2x10−4^ − 𝑥 𝑚𝑜𝑙/𝐿
− 𝑥 = 5x10−4^ − 𝑥
𝐾𝑝𝑠 𝑃𝑏 𝑆𝑂 4 = 2,2x10−8^ 𝑃𝑏 + 𝑆𝑂 4 −
(2x10−4^ − 𝑥)(5𝑥10−4^ − 𝑥)
2,2x10−8^ = (2x10−4^ − 𝑥)(5x10−4^ − 𝑥)
[SO 4 ]
100ml
[Pb+2]
100ml
200 ml
En el equilibrio
𝑥^2 − 7x10−4^ + 7,8x10−8^ = 0
−𝑏 ± √𝑏^2 − 4𝑎𝑐
(7𝑥10−4^ ± √4.9𝑥10−7^ − 3.12𝑥10−7)
𝑥 = 5,60 x10−4^ → 𝑛𝑜 𝑡𝑖𝑒𝑛𝑒 𝑠𝑒𝑛𝑡𝑖𝑑𝑜
𝑥 = 1,4 x10−4^ → 𝑠𝑒 𝑡𝑜𝑚𝑎 𝑒𝑛 𝑐𝑢𝑒𝑛𝑡𝑎
[𝑃𝑏] = 2x10−4^ − 1,4 x10−4^ = 6𝑥10−5𝑚𝑜𝑙/𝐿
= 6x10−5 𝑚𝑜𝑙𝐿 ∙ (^) 1000𝑚𝑙200𝑚𝑙 = 1,2x10−5𝑚𝑜𝑙
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑒𝑛 (𝑔)1,2x10−5^ ∙ 207,
= 2,48x10−3^ → 𝑁𝑜 𝑝𝑝𝑡𝑎.
Ejercicio 8. ¿Cuántos miligramos de Ba (IO 3 ) 2 pueden ser disueltos en 150 ml de H 2 O a 25 ºC?
𝐾𝑝𝑠 = 1,57x10−9^ 𝑚 = 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎𝑠 𝑑𝑖𝑠𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝐿𝑖𝑡𝑟𝑜 𝑃𝑀 = 487 𝑔𝑟/𝑚𝑜𝑙 𝐵𝑎 (𝐼𝑂 3 ) 2 = 𝐵𝑎+2^ + 2 𝐼𝑂 3 −^ 𝑀 = (^) 𝑃𝑀.𝐿𝑚 𝑚 = 𝑀. 𝑃𝑀. 𝐿
𝐾𝑝𝑠 𝑆 (2𝑆)^2 𝑚 = 7,3x10−4 𝑚𝑜𝑙𝐿 ∙ 487 (^) 𝑚𝑜𝑙𝑔 ∙ 0,15𝐿 𝐾𝑝𝑠 = 4𝑥^3
𝑆 = √𝐾𝑝𝑠 4 3 𝑚 = 0,053𝑔 ∙ 1000𝑚𝑔𝑔
𝑆 = √1,57x
− 4
3 𝑚 = 53𝑚𝑔 𝑆 = 7,3x10−4𝑚𝑜𝑙/𝐿
Ejercicio 9. Calcular Kps de sol. Pb 3 (PO 4 ) 2 que se prepara con 2,03 x10-3^ g en 500 ml
𝑃𝑀 = 811,5 𝑔/𝑚𝑜𝑙
Ejercicio 11. Determinar si es posible que se forme el precipitado de Floruro de Calcio en una solución que es 1x10-3^ de ion calcio y 0,1 de ion fluor. Kps = 1 x 10-10^ (mol/L)^3
𝑘𝑝𝑠 = [𝐶𝑎+1][𝐹]^2
1x10−10^ = [1x10−3][1x10−1]^2
1x10−10^ < 1x10−5^ 𝐻𝑎𝑦 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑛𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑝𝑝𝑑𝑜
Cuando se agrega una cierta cantidad de NaF a una solución saturada de CaF 2 , la [F-] se incrementa grandemente y el producto de las concentraciones iónicas [Ca+2][F-]^2 pueden exceder temporalmente el valor de Kps.
Para restablecer el equilibrio, parte del Ca+2^ se une con una cantidad equivalente del F- para formar CaF 2 sólido, hasta que [Ca+2][F-]^2 para los iones que quedan en solución alcance nuevamente el valor del producto de solubilidad.
Ejercicio 12.
𝐾𝑝𝑠 = [𝐴𝑔][𝐶𝑙] = 1,5x10−
𝑆𝑜𝑙 [𝐴𝑔] = 0,1 𝑀
[𝐴𝑔+] [𝐶𝑙−] = 0,01 = 1x10−3^ 𝑄
1x10−3^ > 1,5x10−
𝐻𝑎𝑦 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑛𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑝𝑝𝑑𝑜
[Ca+2][F-]
Ca F 2
K Cl 0,01 M
Ag-
0,1M
Para recordar:
Formación de precipitado
𝑄 > 𝐾𝑝𝑠 => 𝐻𝑎𝑦 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑝𝑝𝑑𝑜
𝑄 < 𝐾𝑝𝑠 => 𝑁𝑜 𝑠𝑒 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑝𝑝𝑑𝑜
𝑄 = 𝐾𝑝𝑠 => 𝐿𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑠𝑡𝑎 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑎
Ejercicio 13. Tenemos una solución Ag NO 3 1,2x10-5^ M se le adiciona NaI (5,1x10^2 M) verificar si se forma AgI de Kps: 8,5x10-17^ (asumir que no hay cambio en el volumen).
𝐴𝑔𝐼 = 𝐴𝑔+^ + 𝐼−
𝐾𝑝𝑠 = [𝐴𝑔+][𝐼−] = 8,5x10−
𝑄𝑐𝑎𝑙 = 1,2x10−5^ ∙ 5,1x10−2^ = 6,12x10−
𝑄𝑐𝑎𝑙 𝐾𝑝𝑠.
6,12x10−7^ 8,5x10−
𝑅𝑒𝑠𝑝: 𝑠𝑖 𝑠𝑒 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑝𝑝𝑑𝑜.
Ejercicio 14. Se tienen 40 mL de solución de Na 3 PO 4 cuya concentración es 0,76 mg/L; se agrega AgNO 3. Calcular la concentración mínima de AgNO 3 para que empiece a precipitar el Ag 3 PO 4.
Kps = 1 x 10-
PM Na 3 PO 4 = 164 g/mol
Transformar mg en g = 0,76 mg x 1g/1000 mg = 7,6 x 10-4^ g
Na J
5,1x10-^2
2da parte
APLICACIONES DE LA RELACION PRODUCTO DE SOLUBILIDAD
En resumen el KPS explica y predice las reacciones de precipitación:
- FORMACION
- DISOLUCION
- PREVENCION
DISOLUCION DE PRECIPITADOS
Siempre que el producto de las concentraciones de dos iones en una solución sea menor que el Kps correspondiente, la solución no está saturada
HCl
El H+^ reacciona con los OH-^ disminuyendo [OH-] y puede disolver las Mg(OH) 2 hasta que el KPS alcanza nuevamente su valor.
PREVENCION DE PRECIPITACION
Para prevenir la precipitación de una sal poco soluble debe agregarse alguna sustancia que mantenga la concentración de uno de los iones tan baja que no alcance el Kps de la sal, ejemplo:
H 2 S
En una solución fuertemente ácida el H 2 S no se puede disociar y por lo tanto el FeS no puede formarse ya que no se alcanza el valor mayor al KPS.
Mg(OH)₂ OH⁻
[H+][H+] Fe+
EFECTO DEL ION COMUN
Ejercicio 15. El Kps del AgCl es 10-10. Calcular en cuanto disminuye su solubilidad en g/L cuando se añade HCl hasta obtener una solución 0,01 M.
HCl Kps = [Ag+][Cl-] = 1 x 10-
0,01 M
Kps = S x S = S^2
S = (^) √𝐾𝑝𝑠 = √ 1 x 10 −^10 = 10-^5 mol/L
gramos /litros = 10-5^ mol/L x 108 g/mol = 1.08 x 10-3^ g/L
Kps = [Ag ⁺ ][CL ⁻ ] = 1X10 ⁻ ¹ ⁰
[Ag ⁺ ] = 1x10⁻¹⁰
= 1x10⁻⁸
g/L = 108gr/mol x 1x10 ⁻⁸ = 1.08x10 ⁻⁶
En condiciones normales : En adición de HCL hasta 0.01 mol/L:
S = 1.08X10⁻³ S = 1.08X10⁻⁶
R: Que la solubilidad disminuye 1000 veces respecto al agua pura
AgCl
Kps PbCrO₄ = 10-^13
¿CUAL PRECIPITA PRIMERO?
El que necesita primero menor concentración del reactivo precipitante.
Tenemos que determinar la concentración mínima requerida de CrO₄² para saber quién precipita primero
Ag₂CrO₄⁼ = 2Ag⁺ + CrO₄⁼ Kps =[Ag⁺]²[CrO₄²]
[CrO₄²] = Kps = 10¯'³ = 10¯⁹M [Ag⁺] ( 10 ¯²)²
PbCrO₄² = Pb⁺² + CrO₄⁼
Kps = [Pb⁺²] [CrO₄⁼] [CrO₄²] = Kps = 10 -^13 = 10-^11 [Pb+2] 10 -^2 Como se ve, no obstante que los Kps son iguales, para precipitar la plata es necesaria una Concentración de cromato mayor que para el plomo por tanto: Respuesta : el Pb₂CrO₄² precipita primero
REDISOLUCION DE PRECIPITADO
Cuando el producto de las concentraciones de los iones es menor que el Kps precipitado se disuelve Para disolver tenemos que disminuir las concentraciones de las especies involucradas. La concentración de los iones puede disminuir por uno de los siguientes motivos: 1er Formación de compuestos poco disociados Ej: Disolución del MnS con HCL
Mn⁺² S¯² + 2HCL ↔ MnCL₂ + H₂S Poco disociado
2do Formación de complejo Ej: Disolución de AgCL en Amoniaco
AgCL + 2NH₃ ↔ [Ag( NH₃)₂]⁺' + CL¯ Pptado blanco exceso Sol. incolora
3er Cambio del grado de oxidación
Ej: Disolución de CuCL (Insoluble) 2Cu⁺' CL¯' + 1/2 O₂ + 2HCL ↔ 2Cu⁺²CL₂ + H₂O Insoluble Soluble
4 to Transformación de un compuesto poco soluble en otro aún menos soluble Ej: AgCL + I¯ ↔ AgI Poco soluble Mucho menos soluble
Ejercicio 18 Si una solución de ion cloruro se encuentra en una concentración 1.5x10¯⁴M y el ion Ag⁺ 2x10¯⁵M. Determinar si es posible la formación del precipitado Kps=1.8x10¯'⁰ Kps = [CL¯] [Ag⁺] = 1.8x10¯'⁰
Qcal = [CL¯] [Ag⁺]
Qcal = [1.5x10¯⁴] [2x10¯⁵]
Qcal = 3x10¯⁹
R.-SI SE FORMA PRECIPITADO
Ejercicio 19. Si una solución de Pb es 15 ppm y la constante de concentración del ion I es de 10ppm.indique si se forma precipitado Kps = 1.3x10¯⁸
15 ppm = 15 mg Pb x 1 g x 1mol = 7.24x10¯⁵
1L 1000mg 207g
10ppm = 10mg I x 1 g x 1mol = 7.93x10¯⁵
1L 1000mg 126g
Kps = [Pb] [I] = 1.3X10¯⁸
Qcal = [7.24x10¯⁵] [7.43x10¯⁵]
Qcal = 5.74x10¯⁹
R.-NO SE FORMA PRECIPITADO
Na₂CO₃ = 50mg x 1mol x 1 g = 4.72x10¯⁴M 2[CO₃⁼]
1L 106 g 1000mg
a) 2KF + CaCL₂ → CaF₂ + 2KCL
CaF₂ ↔ Ca⁺² + 2F¯
Kps = [Ca⁺²] [F-]^2
[Ca⁺²] =
[𝐹−]^2
3 , 9 𝑥 10 −^11
( 5. 17 𝑥 10 −^4 ).^2
= 1.45x10¯⁴ M concentración menor ↓ primero
b) Na₂CO₃ + CaCL₂ → CaCO₃ + 2NaCL
CaCO₃ ↔ Ca⁺² + CO₃⁼
[ Ca⁺²] = Kps = 8.8x10¯⁷ = 1.87x10¯³M
[CO₃²] 4.72X10¯⁴
CaF₂ ↔ Ca⁺² + 2F
b)
Ejercicio 22: Se tiene 100ml de una solución que contiene CL¯ y CrO₄² en concentración de 1.2x10¯² ppm y 150ppm respectivamente se le añade 100ml de una solución de Ag⁺ con una concentración de 15.2 ppm. Determinar si la Ag⁺ precipita con CL¯ y CrO₄² o con los dos?
Kps AgCL = 1.8x10¯'⁰
Kps AgCrO₄² = 1.9x10¯'²
F = Kps = 3.9x10¯'' = 1.47x10¯⁴ Ca⁺² 1.87x10¯³
Ag = 108 Cl= 35.5 Cr = 52
1ro Buscar nuevas concentraciones
Ejercicio 23: Si en una solución el ion Mn⁺² se encuentra con una concentración de 100ppm y el ion Zn⁺² en concentración de 80ppm sobre el cual se añade solución de Na₂S. Determinar cuál de los iones precipita primero.
Kps MnS = 1.2 x 10-^15 Kps ZnS = 2.5 x 10 -^23 Mn+2^ = 55 g Zn+2^ = 65 g
[Zn+2] = (^80) 𝐿𝑚𝑔 x 165 𝑚𝑜𝑙 𝑔 x 10001 𝑔 𝑚𝑔 = 1.23 x 10-^3
[Mn+2] = (^100) 𝐿^ 𝑚𝑔 x 155 𝑚𝑜𝑙 𝑔 x 10001 𝑔 𝑚𝑔 = 1.8 x 10-^3
MnS Mn+2^ + S=
Kps = [Mn+2] + [S=]
[S=] = [𝑀𝑛𝐾𝑝𝑠+ 2 ] = 1.^2 𝑥^10
− 15
- 8 𝑥 10 −^3 = 6.66 x 10
- 3 M
ZnS Zn+2^ + S=
[S=] = [𝑍𝑛𝐾𝑝𝑠+ 2 ] = 2.^5 𝑥^10
− 23
- 22 𝑥 10 −^3 = 2.03^ x 10
- 20 M
[ CL¯] = 1.2x10¯² x 100 = 6x10¯³ 200
[ CL¯] = 6x10¯³ mg x 1mol x 1 g = 1.69x10¯⁷ 1L 35.5g 1000mg
[ CrO₄⁼] = 4.09X10¯³M [ Ag⁺] = 7.04x10¯⁵
Q AgCL = [ Ag⁺] [ CL¯] Q Ag₂CrO₄ = [ Ag⁺]² [ CrO₄] Q AgCL = [ 7.04x10¯⁵] [ 1.69x10¯⁷] Q Ag₂CrO₄ = [ 7.04x10¯⁵]² [ Q AgCL = 1.19x¯''(mol/L)² Q Ag₂CrO₄ = 2.02x10¯'' (mo
Kps AgCL > Qcal Kps Ag₂CrO₄^ < Qcal 1.8x10¯'⁰ 1.19x10¯'' 1.9x10¯'² 2.02x10¯''
No se forma precipitado porque Si se forma precipitado porq Kps es mayor que el Qcal mayor que Kps
6.45 x 10-^3
6.45 x 10-^3 3.16 x 10-^12 (mol/L)^3
3.16 x 10-^12