PRÁCTICA 9 PREPARACIÓN ELECTROLÍTICA DEL PEROXIDISULFATO DE POTASIO (K 2 S 2 O 8 )

Transcripción

1 50 PRÁCTICA 9 PREPARACIÓN ELECTROLÍTICA DEL PEROXIDISULFATO DE POTASIO (K 2 S 2 O 8 ) PROPÓSITO GENERAL Esta práctica tiene como finalidad, la familiarización con técnicas preparativas electroquímicas, la investigación de las propiedades oxidantes y reductoras de una serie de elementos y compuestos. Se trata en general, de establecer en base a reacciones que ocurren con transferencia de electrones, los conceptos de oxidación-reducción y su aplicación en la química preparativa, analítica e industrial. Se intenta familiarizar al estudiante con la utilización de las reacciones redox como fuente de energía eléctrica (pilas) o viceversa, la utilización de la energía eléctrica como medio de producir reacciones de oxidación y reducción (electrólisis). OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Estudiar el fenómeno de sobretensión y establecer la influencia que ejercen, sobre este fenómeno, ciertos factores como: naturaleza de los electrodos, densidad de corriente y temperatura. Observar además, como la concentración del electrolito y la sobretensión afectan el rendimiento del producto de la electrólisis. 2. Preparación del peroxidisulfato de potasio, empleando una técnica de preparación electrolítica (específicamente: una oxidación anódica), para su posterior análisis y estudio. 3. Observar las reacciones de algunos elementos y compuestos que actúan como agentes oxidantes ó reductores.

2 51 4. Estudiar en forma comparativa el comportamiento del peróxido de hidrógeno junto con algunos compuestos que contienen el grupo peroxo. CONCEPTOS QUE DEBE DOMINAR EL ESTUDIANTE 1. Conceptos de oxidación, reducción, agente oxidante, agente reductor. 2. Balance de reacciones redox tanto en medio ácido como en medio alcalino, empleando el método de ion-electrón. 3. Potenciales redox, tabla de potenciales, uso y aplicaciones. 4. Electrolitos fuertes y débiles. 5. Corriente y Potencial. 6. Tipos de celdas electroquímicas. 7. Ánodo, cátodo, puente salino. 8. Electrodos, tipos y características. 9. Ecuación de Nernst y leyes de Faraday. 10. Determinación del potencial E y E de una celda electrolítica. 11. Síntesis electrolítica: ventajas y desventajas. 12. Eficiencia de corriente y de energía. 13. Densidad de corriente. 14. Polarización por concentración. 15. Sobretensión. Sobretensión del oxígeno y del hidrógeno. Factores de los cuales depende la sobretensión. 16. Peróxidos y peroxoácidos.

3 52 PARTE EXPERIMENTAL 1. Estudio del fenómeno de sobretensión Influencia de la naturaleza del electrodo. 1.1.a. A un tubo de ensayo agregue 5,0 ml de ácido sulfúrico 6,0 M y una granalla de cinc. Observe y explique. 1.1.b. A continuación introduzca al tubo anterior una alambre de cobre que quede en contacto con la granalla de cinc. Observe y explique. 1.1.c. Reemplace el alambre de cobre por una lámina de platino (use el electrodo de platino). Observe y explique Influencia de la temperatura y densidad de corriente (síntesis del peroxidisulfato de potasio). Disuelva, calentando 25,60 g de sulfato de potasio en 100,0 ml de agua destilada y añada con precaución 10 ml de H 2 SO 4 (c). Coloque la solución en un vaso de precipitados y monte la celda electrolítica según se indica a continuación:

4 53 NOTA: el cátodo (lámina de platino) debe quedar a unos 2 cm por encima del ánodo (hilo de platino). 1.2.a. A continuación pase la corriente eléctrica cerrando el interruptor y ajustando la resistencia variable hasta que el amperímetro indique 0,5 amp/cm 2 durante 15 minutos. 1.2.b. Transcurridos los 15 minutos, enfríe la disolución a 5 C empleando una mezcla frigorífica hielo-cloruro de sodio; deberán aparecer unos cristales de bisulfato de potasio lo que nos asegura que la disolución ha quedado saturada. 1.2.c. Filtre al disolución y electrolice de nuevo ajustando la resistencia variable hasta que el amperímetro de corriente anódica de aproximadamente de 1,0 a 1,5 amp/cm 2, manteniendo la temperatura constante a 5 C y agitando ocasionalmente la disolución. Mantenga estas condiciones por espacio de unas 2 horas, anote la hora en que comienza y en que termina la electrólisis. 1.2.d. Cuando haya finalizado la electrólisis, filtre el precipitado a través de un embudo Buchner y lávelo con un poco de etanol frío, deje el precipitado por lo menos 10 minutos conectado a la succión, para secarlo. Una vez seco, péselo y calcule la eficiencia de corriente en el proceso en base a la reacción de electrólisis y suponiendo que el producto obtenido es 100 % puro. Guarde el producto para su posterior análisis y caracterización Estudio de las propiedades oxidantes y reductoras de algunos elementos y compuestos. Entre tanto tiene lugar la precipitación del peroxidisulfato de potasio, realice los siguientes ensayos para investigar las propiedades oxidantes y reductoras de algunas sustancias y elementos.

5 a. Monte el aparato indicado en la siguiente figura. Puede usar un tubo de ensayo grande (A) y un tubo de desprendimiento (B) que llegue hasta el fondo del tubo de ensayo (C). Coloque en el tubo A unos 20 ml de ácido clorhídrico 6,0 M y añada unas gotas de disolución de yodo en yoduro de potasio hasta que tome color marrón; a continuación añada unas 5 ó 6 granallas de cinc. Observe. 1.3.b. Una vez decolorada la solución contenida en el tubo A coloque en el tubo C 2 ó 3 ml de la disolución de yodo y 2 granallas de cinc; ahora el hidrógeno no es generado in situ sino que pasa a través de la disolución que contiene yodo. Observe Acción reductora de algunos metales. Monte una columna para reducción de soluciones, use para ello una columna de separación, como la mostrada en la siguiente figura:

6 55 Añada unas granallas de cinc hasta una altura entre 15 a 20 cm y a continuación coloque una solución saturada de cloruro de mercúrico hasta cubrir las granallas y después de unos 10 minutos lavar con ácido clorhídrico ó sulfúrico 2.0 N. A continuación, agregue una solución ácida de cloruro o sulfato de vanadilo hasta cubrir totalmente las granallas de cinc amalgamadas. Observe el color de la disolución a medida que progresa la reducción Propiedades oxidantes del permanganato de potasio. 1.5.a. Medio ácido. Tome un tubo de ensayo y añada 3,0 ml de ácido oxálico 0,1 M. Acidule con 2,0 ml de ácido sulfúrico y caliente. Ahora y en caliente añada 1,0 ml de disolución de permanganato de potasio. Observe.

7 b. Medio neutro ó alcalino. Tome un tubo de ensayo y añada 2,0 ml de hidróxido de sodio 2,0 M. Ahora añada 1,0 ml de disolución de permanganato de potasio. Observe. 2. Caracterización del peroxidisulfato de potasio. El material obtenido (sección 1.2.d.) puede ser analizado por el siguiente procedimiento: disuelva en una fiola una muestra de 0,2500 g del peroxidisulfato sintetizado en 30,0 ml de agua destilada, añada 4,00 g de yoduro de potasio, tape la fiola y agite para disolver todo el yoduro de potasio. Permita que la solución repose por 15,0 minutos, añada 1,0 ml de ácido acético y titule el yodo liberado con solución de tiosulfato de sodio estandarizada. Analice por lo menos tres muestras y calcule seguidamente la eficiencia de corriente tomando en cuenta el hecho de que el producto no es 100 % puro. 3. Estudio comparativo del peróxido de hidrógeno y algunos compuestos de azufre que contienen el grupo peroxo. Preparar unos 40,0 ml de disolución saturada de peroxidisulfato de potasio. Disponga además de 40,0 ml de peróxido de hidrógeno al 10 %. Con estas disoluciones de peroxocompuestos realice comparativamente los siguientes ensayos. Tome unos ml de cada una de las disoluciones anteriores y añada gota a gota disolución de yoduro de potasio 0,1 M previamente acidulada con ácido sulfúrico 2 M. Repita el ensayo anterior pero ahora añada disolución de sulfato de manganeso (II) 0,1 M, previamente acidulada con sulfúrico diluido. En caso de no observar ningún cambio, añadir de 2 a 3 gotas de disolución de nitrato de plata 0,1 M.

8 57 De nuevo tome unos ml de cada disolución y agregue disolución de permanganato de potasio 0,1 M previamente acidulada. 4. Descomposición del peróxido de hidrógeno. Coloque unos 5,0 ml de peróxido de hidrógeno al 10 % en un tubo de ensayo. Añada 0,2 g de dióxido de manganeso suspendidos en 1,0 ml de agua destilada. Observe y explique. Identifique el gas desprendido. BIBLIOGRAFÍA 1. E. Hutchinson: Chemistry: The elements and their reactions, 2d ed. W.B. Saunders Company, Filadelfia. 2. H. Nechamkin: The Chemistry of the elements. Editorial McGraw-Hill Book Company, New York (1969). 3. E. Sherwin, G. Weston: Química de los Elementos no Metálicos. Editorial Alambra, Madrid (1969). 4. A.I. Vogel: Química Analítica Cualitativa. Editorial Kapelusz, Buenos Aires (1974). 5. F. J. Welcher and R. Hannn: Semimicro Qualitative Analysis. D. Van Nostrand Company INC (1955). 6. P. West and H. Vick: Qualitative Analysis and Analytical Chemical Separations. The MacMillan Company, 2d. ed. (1966). 7. M. Febrer: Atlas de Química. Ediciones Jover, 4ta Ed. (1970). 8. J. Kleimberg, W. Argensinger and E. Griswol: Química Inorgánica. Editorial Reverté (1961). 9. P. Partinton: Química General Inorgánica. Editorial DOSSAT, S.A., Madrid (1962). 10. C. Mahz: Prácticas de Química Inorgánica. Ediciones Grijalbo (1965). 11. H. F. Walton: Inorganic Preparations. Editorial Prentice-Hall, (1959). 12. B. Mahan: General of Chemistry. Ed. Adinson - Wesley (19). 13. F.A. Cotton, G. Wilkinson: Química INorgánica Avanzada; Tercera Edición. Editorial Limusa-Wiley, Mexico (1975). 14. F. Daniels & R. Alberty: Physical Chemistry. Wiley Inter Ed. (1966).