Determinaciones potenciométricas y amperométricas

1. Objetivo

El objetivo de esta práctica es la determinación de las concentraciones de Fe (II) sólo o junto con V (IV) ,utilizando como reactivo valorante Ce (IV) ,mediante volumetrías de óxido-reducción, empleando técnicas electroanalíticas para detección del punto final : la potenciometría y la amperometría.

2. Material y aparatos

-Valorador automático Metrohm modelo 716 DMS Titrino, con electrodos (combinado Pt-Ag/AgCl y Pt-Pt) y dotado de placa de agitación y calefacción.

-Placa calefactora con agitación magnética.

-Barrita agitadora.

-Matraces aforados de 25, 50,100 y 1000 ml

-Probeta de 10 ml

-Balanza analítica.

-Vasos de precipitados de 100, 250 y 1000 ml.

-Pipetas automáticas.

-Pipeta Pasteur.

3. Reactivos

-Disolución patrón de Ce (IV) 0.0620.

-Disolución de Fe (II) 0.25 M.

-Disolución de V (IV) 0.05M.

-H2S04 concentrado.

- H2S04 3M.

-Na2S03 sólido.

-Agua destilada.

1

4. Procedimiento experimental

4.1 Preparación de las disoluciones de reactivos

-Disolución de Fe (II) (nosotras preparamos esta disolución)

Preparación de 100 ml de una disolución de Fe (II) en concentración aproximada entre 0.20 y 0.25 M, a partir de (NH4)2Fe (S04)2. 6 H2O (sal de Mohr) en medio H2S04 0.5 M.

Cálculos:

Mw (sal de Mohr)=392.14 g/mol

0.25M =Xg

392.14 g /mol100 x 10−3

Xg= 9.80035 g de sal de Mohr

H2O + H2SO4 3M 100 ml disolución [H2SO4] =0.5M

3M x V = 0.5 M x 100 ml V= 16.67 ml de H2SO4 3M hay que añadir para tenerlo en la disolución en 0.5M

Pesamos en la balanza analítica ≈ 9.8 g de sal de Mohr trasvasándolos a un vaso de precipitados de 100 ml, disolvimos con agua destilada, añadimos unos 17 ml de H2SO4 3M y una vez bien disuelta la sal de Mohr lo trasvasamos a un matraz aforado de 1000 ml y enrasamos con agua.

4.2 Técnicas electroanalíticas

4.2.1 Valoración de Fe (II) con Ce (IV) mediante potenciometría a i=0

ELECTRODO INDICADOR DE PLATA

La reacción de valoración será:

Fe2+ + Ce4+ Fe3+ + Ce3+

Lavamos el electrodo de plata con agua destilada y lo secamos suavemente, programamos el valorador automático para i=0 y la impresora y rellenamos la bureta que contiene el reactivo valorante, Ce (IV).

Pipeteamos 1 ml de la disolución de Fe (II) con una pipeta automática (enjuagándola con esta disolución previamente), lo llevamos a un vaso de precipitados, le añadimos una barrita de agitación, agua destilada (la suficiente para que el electrodo no toque la barrita) y 10 ml de H2SO4 3M medidos en una probeta.

Por último pulsamos la tecla “start”.

Observamos como que el potencial va subiendo y cuando esté en 1200 mv o cercano pulsamos la tecla “stop” y automáticamente nos imprime la gráfica.

2

GRÁFICA Nº1:

Obtenemos dos puntos de equivalencia y claramente se ve que es el segundo, por lo que anotamos el volumen gastado V (Ce)= 4.126 ml.

Calculamos la concentración de Fe (II):

4.126 ml x 0.0620 M = 1 ml x [Fe]

[Fe] = 0.2558 M

Error de la pipeta: 1.000 x 0.25100

= 0.0025

E = ± √( 0.00010.0620 )

2

+( 0.014.12 )

2

+( 0.00201.000 )

2

= ± 0.0034990

ε = ± E x 0.2558 = ±0.000895062≈0.0009

[Fe] = (0.2558 ± 0.0009) M

Realizamos una segunda valoración.

GRÁFICA Nº2:

Obtenemos también dos puntos de equivalencia, pero está vez son unos puntos más próximos entre sí, elegimos el primer punto ya que en el segundo ya se ha pasado.

V (Ce) =4.159 ml

4.159 ml x 0.0620 M = 1 ml x [Fe]

[Fe] = 0.257858M

E = ± √( 0.00010.0620 )

2

+( 0.014.15 )

2

+( 0.00201.000 )

2

= ± 0.0035224

ε =± E x 0.257858= ± 0.00090829 ≈0.0009

[Fe] = (0.2579 ± 0.0009) M

[Fe]FINAL=0.25785+0.2558

2 = 0.2568 M

ε = ± 12√0.00092+0.00092

= ± 0.0006363≈0.0006

[Fe]FINAL = (0.2568 ± 0.0006) M

3

4.2.2 Valoración de Fe (II) y V (IV) con Ce (IV) mediante potenciometría a i=0

Las reacciones de valoración son:

Fe2+ + Ce4+ Fe3+ + Ce3+

V4+ + Ce4+ V5+ + Ce3+

La oxidación de Fe2+ no da problemas en frio, pero la de V4+ es de cinética lenta y debemos acelerarla calentando la disolución.

Para observar lo que ocurre experimentalmente vamos a realizarla primero en frio y después en caliente.

Pipeteamos 1 ml de la disolución de Fe (II) con una pipeta automática (enjuagándola con esta disolución previamente) ,5 ml de la disolución de V (IV) y los llevamos a un vaso de precipitados, le añadimos una barrita de agitación, agua destilada (la suficiente para que el electrodo no toque la barrita) y 10 ml de H2SO4 3M medidos en una probeta.

GRÁFICA Nº 3

Nos dice que tiene 4 puntos de equivalencia, pero en realidad no alcanza el 2º punto de equivalencia, observamos que va subiendo y subiendo muy poco a poco y que se gasta mucho Ce; esta gráfica no valdría por lo que procedemos a realizar la valoración en caliente.

Añadimos los mismos ml de cada disolución y lo llevamos a calentar en la campana; tiene que calentar hasta ≈ 60º, no necesitamos termómetro vamos midiendo la temperatura a través del tacto (hasta que esté bien caliente), pero no puede llegar a ebullición, ya que si esto sucediera perderíamos Fe2+, ya que algo de éste se oxidaría.

Observamos como que el potencial va subiendo y cuando esté en 1200 mv o cercano pulsamos la tecla “stop”.

GRÁFICA Nº 4

Obtenemos 2 puntos de equivalencia:

V (Ce)= EP1 4.234 ml V (v (IV)) = 8.405 – 4.234 = 4.171 ml (en Ce)

EP2 8.405 ml

4.234 ml x 0.0620 M = 1 ml x [Fe] [Fe] = 0.262508 M

E = ± √( 0.00010.0620 )

2

+( 0.014.23 )

2

+( 0.00201.000 )

2

= ± 0.0034914

4

ε =± E x 0.262508= ± 0.0009165 ≈0.0009 [Fe] = (0.2625 ± 0.0009) M

4.171 ml x 0.0620 M = 5 ml x [V] [V] =0.05172 M

Error de la pipeta: 5.000 x 0.20100

= 0.01

E = ± √( 0.00010.0620 )

2

+( 0.014.17 )

2

+( 0.0015.000 )

2

= ± 0.002896

ε =± E x 0.05172= ± 0.00014982 ≈0.0001 [V] = (0.0517 ± 0.0001) M

4.2.3 Valoración de Fe (II) con Ce (IV) mediante potenciometría a i≠0

ELECTRODO DOBLE DE PLATINO

La reacción de valoración será:

Fe2+ + Ce4+ Fe3+ + Ce3+

Lavamos el electrodo doble de platino con agua destilada y lo secamos suavemente, programamos el valorador automático para i≠0, imponiéndole una i=2µA, y la impresora y rellenamos la bureta que contiene el reactivo valorante, Ce (IV).

Pipeteamos 1 ml de la disolución de Fe (II) con una pipeta automática (enjuagándola con esta disolución previamente), lo llevamos a un vaso de precipitados, le añadimos una barrita de agitación, agua destilada (la suficiente para que el electrodo no toque la barrita) y 10 ml de H2SO4 3M medidos en una probeta.

Por último pulsamos la tecla “start”.

Observamos que el potencial sube y baja rápidamente, manteniéndose un tiempo, después llega a un máximo y es aquí cuando tenemos que fijarnos justo cuando después de ese máximo baje para darle a la tecla “stop”

GRÁFICA Nº 5

Observamos donde está el potencial máximo y anotamos el volumen:

V (Ce) = 4.2040 ml

4.2040 ml x 0.0620 M = 1 ml x [Fe] [Fe] = 0.260648 M

E = ± √( 0.00010.0620 )

2

+( 0.014.20 )

2

+( 0.00201.000 )

2

= ± 0.0035029

ε =± E x 0.260648= ± 0.00091302 ≈0.0009

[Fe] = (0.2606 ± 0.0009)

5

4.2.4 Valoración de Fe (II) con Ce (IV) mediante amperometría

ELECTRODO DOBLE DE PLATINO

La reacción de valoración será:

Fe2+ + Ce4+ Fe3+ + Ce3+

Lavamos el electrodo doble de platino con agua destilada y lo secamos suavemente, programamos el valorador automático para amperometría, imponiéndole una ΔE=200mv, y la impresora y rellenamos la bureta que contiene el reactivo valorante, Ce (IV).

Pipeteamos 1 ml de la disolución de Fe (II) con una pipeta automática (enjuagándola con esta disolución previamente), lo llevamos a un vaso de precipitados, le añadimos una barrita de agitación, agua destilada (la suficiente para que el electrodo no toque la barrita) y 10 ml de H2SO4 3M medidos en una probeta.

Por último pulsamos la tecla “start”.

Observamos como la intensidad va subiendo y subiendo al ir adicionándole Ce hasta llegar a un máximo, a partir de aquí va bajando hasta que de repente vuelve a subir, en ese punto mínimo es donde tenemos que fijarnos para justo cuando después de ese mínimo suba darle a la tecla “stop”.

GRÁFICA Nº 6

Buscamos el valor de intensidad más bajo:

V (Ce) = 4.5930 ml

Vemos que el valor anterior de volumen gastado es de 4.2590 ml, salta de este valor a 4.5930 ml; por lo que estaría entre estos dos, es un problema se esta técnica, que es muy rápida, y al ser tan rápida perdemos precisión.

4.5930 ml x 0.0620 M = 1 ml x [Fe] [Fe] = 0.284766 M

E = ± √( 0.00010.0620 )

2

+( 0.0014.590 )

2

+( 0.00201.000 )

2

= ± 0.0025785

ε =± E x 0.284766= ± 0.0007342 ≈0.0007

[Fe] = (0.2947 ± 0.0007) M

4.2.5 Valoración de Fe (II) y V (IV) con Ce (IV) mediante potenciometría a i=0

6

GRÁFICA Nº 7 (Realizamos otra más de este caso para practicar)

V (Ce)= EP2 4.082 ml V (v (IV)) = 8.293 – 4.082 = 4.211 ml (en Ce)

EP3 8.293 ml

4.082 ml x 0.0620 M = 1 ml x [Fe] [Fe] = 0.253084 M

E = ± √( 0.00010.0620 )

2

+( 0.014.08 )

2

+( 0.00201.000 )

2

= ± 0.00355088

ε =± E x 0.253084= ± 0.00089867≈0.0009

[Fe] = (0.2531 ± 0.0009) M

4.211 ml x 0.0620 M = 5 ml x [V] [V] =0.0522164 M

Error de la pipeta: 5.000 x 0.20100

= 0.01

E = ± √( 0.00010.0620 )

2

+( 0.014.21 )

2

+( 0.0015.000 )

2

= ± 0.0028781

ε=± E x 0.0522164= ± 0.000150284 ≈0.0002

[V] = (0.0522 ± 0.0002) M

4.2.6 Determinación del contenido de Fe y o V en muestras desconocidas

Muestra nº 4 Fer-In-Sol

Suplemento nutricional de Fe en gotas

125.1 mg /ml FeSO4

Ingredientes: FeSO4 y excipientes como la sacarosa

4.2.6.1 Cálculos previos:

MW(FeSO4)=151.9066 g/mol

125.1/151.9066=0.8235 mmol de FeSO4 por ml

M=0.8235/25=0.0329 M en 25 ml añadiendo 1 ml de Fer-In-Sol

0.0620 M x 3 ml =0.186 mmol

ml x 0.0329 = 0.186 ml=5.47 no tengo pipetas de 5, es mucho volumen

.Supongo que gasto 2 ml:

0.0620 M x 2 ml = 0.124 mmol

7

0.124=ml x 0.0329 ml (Fe)=4

H2O + H2SO4 3M 25 ml disolución [H2SO4] =0.5M

3 M x ml = 0.5 M x 25 ml ml=4.16≈4 ml de H2SO4 3M

4.2.6.2 Procedimiento

Pipeteamos con la pipeta automática 1 ml de Fer-In-Sol llevándolo a un matraz aforado de 25 ml, añadimos un poco de agua destilada, 4 ml de H2SO4 3M medidos con la probeta y enrasamos con agua destilada.

Valoración de Fe (II) con Ce (IV) mediante potenciometría a i=3µA

Pipeteamos 4 ml de la disolución de la disolución con una pipeta automática (enjuagándola con esta disolución previamente), lo llevamos a un vaso de precipitados, le añadimos una barrita de agitación, agua destilada (la suficiente para que el electrodo no toque la barrita) y 10 ml de H2SO4 3M medidos en una probeta.

Este procedimiento lo realizamos 3 veces ya que haremos 3 valoraciones.

GRÁFICA Nº 8 V (Ce)=1.1450 ml

GRÁFICA Nº 9 V (Ce)=1.0250 ml V=1.0873 ml (media)

GRÁFICA Nº 10 V (Ce)=1.0920 ml

Podríamos haber puesto mayor volumen de medicamento porque calculamos que gastaría unos 2ml de Ce y gasta mucho menos.

4.2.6.3Resultados

1.0873 ml x 0.0620 M = 4 ml x [Fe] [Fe] = 0.015852 M en 25 ml

Contenido real mg /ml:

0.016854 M = mol

25x 10−3 l mol= 4.2135 x 10-4

4.2135 x 10-4 mol = g

151.9066gmol

gFeSO4 =0.06401 =64 mg/ml

Error de la pipeta: 4.000 x 0.20100

= 0.008

E = ± √( 0.00010.0620 )

2

+( 0.014.08 )

2

+( 0.00201.000 )

2

+( 0.0084.000 )

2

+( 0.0325.00 )

2

= ± 0.0042483

8

ε=± E x 0.0522164= ± 0.000221835 ≈0.0002

[FeSO4] = (64±0.0002) mg/ml

Obtenemos un valor más bajo de lo que esperamos, debido a que el FeSO4 es oxidable, y al tener el medicamento mucho tiempo se ha ido oxidando.

9