UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE QUÍMICA.

Ejemplo de cálculo de la práctica de extracción. Profesor. Q. Everardo Tapia Mendoza

En la práctica se normalizó una disolución de tiosulfato de sodio, teniendo como título 4.48 x 10-3 M. Y mediante una yodimetría se obtuvo la concentración de I2 en hexano en una disolución diluida, esta se preparó tomando 10.0 mL de la disolución saturada de yodo en hexano y llevando a la marca de aforo en un matraz volumétrico de 100.0 mL, el valor obtenido mediante la titulación fue de 5.325 x 10-3 M. Después se realizaron las extracciones de 10.0 mL de la disolución de yodo, con cierto volumen de una disolución de KI 0.1 M en medio ácido, se agitaron los embudos y se separó la fase acuosa, desechando al fase orgánica. La fase acuosa se tituló con la disolución de tiosulfato de sodio normalizado, en medio ácido, con exceso de ioduro (yodometría), llegando al final de la titulación cuando el almidón pierde su coloración azul. Para ejemplificar el cálculo que se explicó en la sesión, se tomará un caso HIPOTÉTICO para un embudo. Para este se tienen los siguientes datos. EJEMPLO. Para el número de embudo 4 se colocaron 2.0 mL de KI 0.1 M, 50 mL de H2SO4 0.1 M y 10.0 mL de la disolución de I2 en hexano. El volumen gastado de tiosulfato de sodio normalizado fue 5.2 mL Embudo Volumen

de KI 0.1 M (mL)

Volumen de H2SO2

0.1 M (mL)

Volumen de I2 en hexano diluido (mL)

Gasto de S2O3

2- _______ M en mL

Mol de S2O3

2- Mol de I3

- en fase ac.

(después del reparto)

Mol inicial de I2 en fase orgánica *

Mol de I2 en fase orgánica (después

del reparto)

4 2.0 50 10.0 5.2

2.3296 x 10-5

1.1648 x 10-5 5.325 x 10-5 4.1602 x 10-5

5.2  𝑚𝐿  𝑆!𝑂!!!  𝑥

!.!"  !  !"!!  !"#  !!!!!!

!"""  !"  !!!!!! = 2.3296 x 10-5 mol S2O3

2- La ecuación química balanceada de la titulación es: 6H+ + 2 S2O3

2- + I3- → 3I- + S4O6

2- + 3 H2O Para obtener los moles de I3

- a partir de los moles de S2O32-, se usa la estequiometría de la reacción, cada dos

moles de tiosulfato reaccionan con una mol de I3-.

*Los moles iniciales de I2 en fase orgánica se calculan con la concentración que se obtuvo en la yodimetría. 10.0  𝑚𝐿  𝐼!  𝑥

!.!"#  !  !"!!  !"#  !!!"""  !"  !!

= 5.325 x 10-5 mol I2 EN FASE ORGÁNICA Para obtener los moles de I2 en fase orgánica después del reparto, es realizar la diferencia de lo que teníamos al inicio, y lo que pasó a la fase acuosa que ya no está en el hexano. (5.325 x 10-5 - 1.1648 x 10-5). Finalmente si ya tengo los moles del analito en estudio en ambas fases, puedo obtener las concentraciones del mismo.

Embudo [KI] en la fase acuosa

[I3-]ac (después del

reparto) [I2]org (después del

reparto) Cálculo de D Cálculo 1/D

4 3.8461  𝑥  10!!  𝑀 2.24 x 10-4 M 4.1602 x 10-3 M 18.5723 0.05384 Para obtener [KI] en la fase acuosa, hay que considerar el efecto de dilución, ya que el volumen de la fase acuosa está cambiando.

2.0  𝑚𝐿  𝐾𝐼  𝑋0.1  𝑚𝑜𝑙  𝐾𝐼1000  𝑚𝐿  𝐾𝐼 = 2  𝑋  10!!  𝑚𝑜𝑙  𝐾𝐼      ;  

2  𝑋  10!!  𝑚𝑜𝑙  𝐾𝐼  50+ 2 = 52  𝑚𝐿 = 0.052  𝐿   = 3.8461  𝑥  10!!  𝑀

Finalmente debo calcular la concentración de I3

- en la fase acuosa después del reparto y del I2 en la fase orgánica después del reparto. Para calcular la concentración de triyoduro en la fase acuosa, es muy simple ya conoces los moles de I3

- después del reparto, sólo hay que dividirlo entre el volumen de la fase acuosa. Y los moles de I2 en la fase orgánica después del reparto también ya los conoces, para conocer la concentración basta con dividir entre el volumen de la fase orgánica (10 mL = 0.01 L). Para calcular D, sabemos que el cociente de reparto

𝐷 =[𝐼!]!"#[𝐼!!]!"

=  4.1602  x  10−3M

2.24  x  10−4    M= 18.5724

Esto se realizará para el número de embudos realizados, teniendo al final diferentes [KI] e inversos de D. Por lo que se graficará 1/D = f([I-]), para el número de embudos realizados.

1𝐷 =  

𝐾!𝐾!   𝐼! +  

1𝐾!

Donde KD es la constante de reparto del yodo en hexano-agua, y Kf la constante de formación del ion triyoduro. Con la ordenada al origen se puede encontrar KD, b = 1/KD y con el valor de la pendiente m= Kf/KD , ya una vez definido KD se puede encontrar Kf. Como algo extra se puede calcular el % de I2 que queda sin extraer, es decir lo que queda en la fase orgánica y el % extraído a la fase acuosa. Esto se realiza con las siguientes expresiones. % org (lo que queda en la fase orgánica) = !

!!!"𝑋  100

% acuosa (lo que hay en fase acuosa)= (1 - %org) x 100 Donde φ = Vorg/Vac (Cociente de volúmenes) Para el embudo que se tomó como ejemplo se calculara el % extraído a la fase acuosa y el % remanente en la fase orgánica. % org = !

!!(!".!"#$)(!.!"#$)𝑋  100 ; donde φ = Vorg/Vac = 10 mL /52 = 0.1923

% org = 21.874 % (Es lo que quedó en la fase orgánica) % acuosa= 100-21.874 % = 78.125 % (lo que está presente en la fase acuosa, o lo que se extrajo, aún así decimos que bajo las condiciones experimentales con las que se calculó D y φ la extracción NO es cuantitativa, ya que sólo se extrajo el 78.125 %) EN LA SIGUIENTE PÁGINA SE ENCUENTRA EL PROTOCOLO QUE LES DI EN CLASE, ESTE DEBE ESTAR CONTESTADO EN SU TOTALIDAD Y PEGADO EN LA BITÁCORA, EN LAS TABLAS YA SE ENCUENTRAN LOS RESULTADOS QUE UTILIZARÁN PARA COMPLETAR LA PRÁCTICA. OJO EN LA NORMLIZACIÓN SI REPORTAN SUS CÁLCULOS, Y YA DESPUÉS UTILIZAN LOS QUE YO LES PROPORCIONO. LA SERIE LA SUBIRÉ EL DÍA DE MAÑANA JUEVES 14-MAYO-15.

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO Facultad de Química. Laboratorio de Química Analítica I

Profesor. Q. Everardo Tapia Mendoza EQUILIBRIOS HETEROGÉNEOS. Extracción Líquido-líquido

PREPARACIÓN DE DISOLUCIONES a) Preparación de una disolución de tiosulfato de sodio (Na2S2O3 PM: 158.11 g/mol) 0.005 M. Calcule la cantidad que debe pesar, para preparar 100 mL.

b) Anota la cantidad que pesaste del KIO3 ___________ (La cantidad a pesar debe ser cercana a 0.080 g) y con dicho valor calcular la molaridad, si dicha masa la traspasaste a un matraz volumétrico de 25.0 mL, llevando a la marca de aforo con agua destilada.

NORMALIZACIÓN DE LA DISOLUCIÓN TIOSULFATO DE SODIO c) De la disolución de iodato de potasio tomar 1.0 mL y verterla en una matraz Erlenmeyer de 125 mL, adicionar aproximadamente 50 mL de agua destilada y previamente hervida, finalmente pesar aproximadamente 0.1 g de KI y homogenizar bien la mezcla. Una vez homogenizado adicionar 5 mL de ácido sulfúrico 1:10. Y titular con el tiosulfato de sodio. Al observar un color amarillo pálido adicionar unas gotas de almidón soluble. Registra tus resultados en la siguiente tabla. Realizar esto por DUPLICADO. Escriba la ecuación balanceada de generación del yodo y a partir de esta la del ion triyoduro. Escriba la ecuación balanceada que ejemplifique la reacción de normalización ____________________________________________________________________________________________________________   Tabla 1. Normalización de tiosulfato de sodio con iodato de potasio de concentración: __________________________

Parámetro experimental Normalización 1 Normalización 2 Concentración IO3

- (M)

Volumen de IO3- (mL) 1.0 1.0

Moles de IO3-

Moles de I2

Moles de I3-

Moles de tiosulfato

Volumen de tiosulfato gastado en al titulación (en

Litros)

Concentración del tiosulfato (mol/L)

Cálculo:

Cálculo:

Anote el ejemplo de un cálculo realizado para completa la tabla anterior.

DETERMINACIÓN DE LA SOLUBILIDAD DEL YODO EN HEXANO De una disolución SATURADA de yodo en hexano, trasferir 10.0 mL a un matraz volumétrico de 100.0 mL y llevar a la marca de aforo con HEXANO PURO. TAPAR BIEN EL MATRAZ. Trasferir 10.0 mL de la disolución diluida de yodo en hexano a un matraz Erlenmeyer de 125 mL. Añadir enseguida 30 mL de agua y 0.5 g de KI. Valorar la mezcla con el tiosulfato de sodio valorado hasta que desaparezca la coloración de la fase orgánica. LA AGITACIÓN ES MUY IMPORTANTE. Registra tus resultados en la siguiente tabla Escriba la ecuación balanceada que ejemplifica el fenómeno de la titulación. Y diga si la reacción efectuada se trata de una yodometría o yodomería.

Tabla 2. Determinación de la solubilidad del I2 en hexano

Parámetro Titulación Concentración de tiosulfato

(M) No anoté el valor que Zayda me pasó, pero lo anoté en el pizarrón

Volumen gastado de tiosulfato (mL)

11.5 mL

Moles de tiosulfato

Mol de I2 Volumen de alícuota de I2

(mL) 10.0 mL

Concentración del I2 en la disolución diluida

Muestre en el siguiente recuadro el cálculo efectuado para el llenado de la tabla 2.

Considerando el factor de dilución, calcule la concentración del I2 en la disolución SATURADA en hexano: ____________________ ESTUDIO DEL REPARTO DEL YODO ENTRE EL HEXANO Y DISOLUCIONES ACUOSA DE KI DE CONCENTRACIÓN VARIABLE Haciendo uso de la tabla de tu manual prepara los 7 embudos que se proponen. Para la preparación harás usos de la buretas de 10 y 25 mL, en una colocarás la disolución de KI 0.1 M y en la otra I2 en hexano diluido. Es IMPORTANTE el ORDEN DE ADICIÓN, primero el yodo en hexano, luego ácido sulfúrico y por último el KI. Realizar la extracción, recolectar de cada embudo la fracción acuosa y titular.

Cálculo:

 

 

¿De qué color se observa la fase acuosa al inicio y conforme aumenta KI en cada embudo? ____________________________________________________________________________________________________________  ____________________________________________________________________________________________________________   ¿De qué color se observa la fase orgánica al inicio y conforme aumenta KI en cada aumento? ____________________________________________________________________________________________________________  ____________________________________________________________________________________________________________   Escriba la ecuación balanceada de titulación que se efectúa. La reacción efectuada es una yodometría o yodimetría.

Complete la tabla con los resultados obtenidos y muestre el cálculo de un solo embudo, para ejemplificar el llenado de la misma. Tabla 3. Estudio de reparto del yodo en hexano y agua. Datos experimentales Embudo Volumen

de KI 0.1 M (mL)

Volumen de H2SO2

0.1 M (mL)

Volumen de I2 en hexano diluido (mL)

Gasto de S2O3

2- _______ M en mL

Mol de S2O3

2- Mol de I3

- en fase ac.

(después del reparto)

Mol inicial de I2 en fase orgánica *

Mol de I2 en fase orgánica (después

del reparto)

1 0 50 10.0 NA

NA NA NA NA

2 0.5 50 10.0 1.8

3 1.0 50 10.0 NA

NA NA NA NA

4 2.0 50 10.0 2.9

5 3.0 50 10.0 NA

NA NA NA NA

6 4.0 50 10.0 4.3

7 4.8 50 10.0 4.5

*Se obtiene del dato de la titulación de 10 mL de yodo en hexano; NA: No aplica, x que no se determinó. Con los datos de la tabla anterior complete la siguiente.

Tabla 4. Cálculo del cociente de reparto del yodo en hexano y agua Embudo [KI] en la fase

acuosa [I3

-]ac (después del reparto)

[I2]org (después del reparto)

Cálculo de D Cálculo 1/D

1 NA

NA NA NA NA

2

3 NA

NA NA NA NA

4

5 NA

NA NA NA NA

6

7

 

 

¿Cuál es el efecto de la presencia del ion yoduro en la fase acuosa, sobre la distribución de las especies del yodo entre las dos fases al equilibrio? ____________________________________________________________________________________________________________  ____________________________________________________________________________________________________________  ____________________________________________________________________________________________________________  ____________________________________________________________________________________________________________   Para el embudo número 7, calcule el % de I2 que queda sin extraer, es decir, en fase orgánica y el % extraído a la fase acuosa.

La extracción en el embudo siete, bajo esas condiciones. ¿Es cuantitativa? sí o no y ¿Por qué? ____________________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________   Realice un gráfico del 1/D = f([I-]), en Excel y pegue dicha gráfica en el siguiente espacio. Realiza el estudio mediante mínimos cuadrados y anota el valor de la pendiente, la ordenada al origen, así como el coeficiente de correlación (R2).

Datos del análisis de regresión lineal. Pendiente (m): ________________ ordenada al origen (b):_______________ R2: ___________ Haciendo uso de los datos anteriores, obtenga KD[yodo] y Kf[Triyoduro] KD[yodo] : ________________________ y Kf[Triyoduro] : ________________________ Firma del analista: __________________________________ VoBo DEL AUDITOR: ________________________________________________________________________________________  

 

Cálculo