UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN

Ingeniería Química

Laboratorio de Química Analítica I

Informe N°10: “REACCIONES OXIDO REDUCCIÓN”

Equipo: 1

Integrantes:

Cruz Castillo José Alberto

González Luz Adriana

Lozano Carpio Verónica Arianna

Del Ángel Cruz Luis Enrique

Grupo: 2401 C

Profesoras:

Claudia Briones Jurado

Alejandra Ángeles Viveros

Fecha de entrega:

15/noviembre/2013

OBJETIVOS

Familiarizarse con las reacciones de óxido-reducción y los equilibrios redox.

Se analizara la estabilidad relativa de algunos metales a partir de mezclas donde

ocurrirán reacciones oxido-reducción.

Se propondrá escalas de potencial (diferencia de potencial eléctrico, E) que

permitan la predicción de las reacciones químicas balanceadas que ocurran en

cada sistema.

Observar la formación de anfolitos redox.

Se calculara la constante de equilibrio a partir de los potenciales estándar.

INTRODUCCION

Las reacciones oxido reducción son procesos en los cuales ocurre una

transferencia o intercambio de electrones entre los reactivos involucrados. En este

intercambio existe una especie que cede los electrones (donador de electrones)

denominada agente reductor o simplemente reductor (Red), y una especie que acepta

los electrones (receptor de electrones) denominada agente oxidante (Ox).

Para establecer la ecuación química balanceada de una reacción redox, así como el valor de la constante de equilibrio, es conveniente establecer los pares conjugados redox y sus equilibrios electroquímicos asociados (o semirreacciones redox).

El sistema formado por una especie oxidante y su forma reducida se conoce con el

nombre de par conjugado redox, representado por: “Ox/Red”. Este sistema está

caracterizado por el número de electrones: n, intercambiados en el equilibrio

electroquímico entre ambas especies y su potencial eléctrico estándar (en Volts),

parámetro que se encuentra involucrado en la Ley de Nernst asociada al equilibrio

electroquímico correspondiente. Los valores del potencial eléctrico estándar de diferentes

pares redox se encuentran reportados en la literatura química y estos valores están

referidos al electrodo estándar de hidrógeno (EEH).

En esta práctica experimental se pretende analizar algunas de las reacciones

oxido reducción a partir de la elaboración de diferentes mezclas y en base a las

observaciones obtenidas se comprende de una mejor manera este tipo de reacciones

analizando los diferentes oxidantes y reductores así como los anfolitos.

METODOLOGÍA EXPERIMENTAL

Reacciones oxido reducción

Reacciones redox de

formación de anfolitos

Reacciones redox con metales

Mezcla de cobre

(granalla) + ácido

nítrico en solución 5M

Mezcla de zinc

(solido) + sulfato

de cobre en

solución 0.2M

Mezcla de zinc

(solido en polvo) +

ácido clorhídrico

Mezcla de cobre

(granalla) + ácido

clorhídrico en solución

5M

Solución de

metavanadato de

amonio

(Testigo)

Se agregó un poco de

Polvo de zinc

Se agregó un poco de

Polvo de zinc

Se agregó un poco de

Polvo de zinc

Presencia de

la especie:

(VO2+)

Presencia de

la especie:

(VO2+/V3+)

Presencia de

la especie:

(VO2+/VO2+)

Presencia de

la especie:

(V3+/V2+)

Cambio de color y

desprendimiento

de gas

Sin cambios

Corrosión y

desintegración

completa

Desintegración

completa

a) Reacciones Redox con Metales

1. Se colocaron aproximadamente entre 0.3 y 0.5 g de cinc en polvo en un tubo de

ensaye y se le agregaron lentamente 5 ml de ácido clorhídrico 5 M. A continuación se

observó si hay algún desprendimiento de gas (y el color del mismo).

2. Se pesó una laminilla de cinc, introduciendola en un tubo de ensaye y agregandole 2

ml de una solución de sulfato de cobre 0.2 M; dejando reposar durante 20 minutos. Se

saca la laminilla se limpia y se pesa nuevamente.

3. Se colocaron entre 0.1 y 0.3 gramos de polvo (o granalla) de cobre en un tubo de

ensaye y se adicionaron 2 ml de una solución de ácido nítrico 5 M. El sistema (se tapó

con un tapón de algodón) se dejando en reposo durante 15 minutos.

4. Se colocaron entre 0.1 y 0.3 gramos de polvo o granalla de cobre en un tubo de

ensaye y se adicionaron 2 ml de una solución de ácido clorhídrico 5 M. El sistema (se

tapó con un tapón de algodón) se dejó en reposo durante 15 minutos. A continuación

se observó si había algún desprendimiento de gas (y el color del mismo).

b) Reacciones Redox de formación de anfolitos

1. Se colocaron en un tubo de ensaye 2 ml de solución de metavanadato de amonio

(VO2+) y se dejó reposar.

2. Por otra parte, en un matraz erlenmeyer de 150 ml se colocaron 10 ml de la solución

de VO2+, agregando un poco de polvo de cinc, se tapó el matraz con el tapón de

hule, y se agita cuidadosamente hasta la aparición de un color azul (en este momento

ya no se debe seguir agitando); a continuación, se decantaron 2 ml de esta solución

en un segundo tubo de ensaye. Se vuelve a agitar la solución restante del matraz,

hasta la aparición de un color verde, decantándose nuevamente, aproximadamente 2

ml de esta solución en un tercer tubo de ensaye. Se volvió a agitar la solución (del

matraz) hasta obtener un color violeta y se decantaron aproximadamente otros 2 ml de

solución, en un cuarto tubo de ensaye. Considerando que en solución acuosa las

especies de vanadio que pueden existir son: V2+, V3+, VO2+, VO2+. ( polireceptor,

anfolitos y polidonador) Se Asoció el color observado de cada solución con la especie

de vanadio que le correspondía.

MATERIAL, EQUIPO Y REACTIVOS

MATERIAL REACTIVOS

1 Vaso de Precipitados

(150 ml)

Ácido Nítrico 5 M y 0.1 M

1 Vaso de Precipitados

(100 ml)

Ácido Clorhídrico 5 M

1Matraz Erlenmeyer (150 ml)

con tapón

Sulfato de Cobre (II) 0.2 M

pinzas para tubo de ensaye y

algodón

Sol. de Metavanadado de

Amonio 0.1 M

16 Tubos de ensaye Cinc en polvo

1 Piseta

laminilla de Cinc

1 Gradilla Polvo o Granalla de Cobre

RESULTADOS EXPERIMENTALES

a) Tabla 1.Observaciones de la mezcla de Zn con HCl 5 M

Volumen de HCl Observaciones cualitativas

5 mL

Desprendimiento de gas y

color

Se desprende un gas

incoloro

Cambio de color No

Desprendimiento de calor Sí, levemente

Aparición de sólidos No, el zinc se

consume

b) Tabla 2.Observaciones de la mezcla de Zn con CuSO4 0.2 M

Volumen de

CuSO4

Observaciones cualitativas

Desprendimiento de gas y color Se desprende un gas

incoloro levemente

2 mL Cambio de color Si, el Zn cambia de color

gris a negro

Desprendimiento de calor No

Aparición de sólidos Aparece el Cu metálico

en la solución

c) Tabla 3.Observaciones de la mezcla de Cu con HNO3 5 M

Volumen de

HNO3

Observaciones cualitativas

2 mL

Desprendimiento de gas y

color

Se desprende un gas

incoloro

Cambio de color Si, la solución cambia de

incolora a azul

Desprendimiento de calor No

Aparición de sólidos No

d) Tabla 4.Observaciones de la mezcla de Cu con HCl 5 M

Volumen de

HCl

Observaciones cualitativas

2 mL

Desprendimiento de gas y color No

Cambio de color No

Desprendimiento de calor No

Aparición de sólidos No

e) Tabla 5.Observaciones de la mezcla de metavanadato (VO2+) con Zn

Sistema

Color observado

Especie química asociada

al color observado

Tubo de ensaye con cinc al que se

le agrega la solución de

metavanadato

azul

verde

morado

Color de la solución de metavanadato (VO2+): amarillo

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Con base a las observaciones experimentales, se escriben las ecuaciones químicas

balanceadas que ocurren en el sistema y la construcción de escalas de predicción.

A). Reacciones Redox con Metales

Escalas de potencial para cada sistema trabajado en el laboratorio

Su respectiva reacción Balanceada es la siguiente:

( )

( )

En este sistema podemos observar que la reacción que se lleva a cabo entre el Zinc y

Ácido Clorhídrico, se observa efervescencia y desprendimiento de gas, el Hidrógeno.

ɛ

ɛ

0.0 -0.763

-0.763

.337

Zno

Zn2+ H+

H°2

Zn2+

Zno

Cu2+

Cu0

La reacción que se lleva acabo es la siguiente:

En la reacción que se lleva a cabo entre el Sulfato de Cobre y El Zinc observamos un

cambio de coloración en la laminilla lo cual indica que esta se oxidó.

La reacción química Balanceada que describe el sistema es la siguiente:

( )

En la reacción que ocurre entre la granalla y el ácido nítrico, se puede observar un

cambio de coloración, pasa de incoloro a azul intenso, además de un leve

desprendimiento de gas.

ɛ

ɛ

.337

0.00 .337

Cu2+

Cu0

H+

H°2

Cu2+

Cu0

La reacción química Balanceada que ocurre en el sistema es la siguiente:

( )

( )

En este sistema no se presentó ningún cambio, por lo que podemos decir que solo hubo

una interacción entre el ácido clorhídrico y la granalla de cobre.

Una vez representadas las reacciones, se investigaron los valores de los potenciales

estándar (de los pares redox) reportados en la literatura química, para comprobar si los

resultados obtenidos en la parte experimental coinciden con las predicciones teóricas.

Valores reportados en la literatura:

Reacción del electrodo Potencial estándar Eo/V

-0.76

( ) 0.000

0.34

0.78

Los resultados obtenidos en la parte experimental se confirman con las predicciones

teóricas que planteamos para cada sistema, esto se puede observar debió a las escalas

planteadas, donde pudimos notar todas las reacciones posibles excepto por el tercer

sistema. Como podemos ver en la escala de potencial estándar, no se puede producir una

reacción espontánea y al llevarlo a cabo experimentalmente, pudimos confirmar que el

sistema no tuvo un cambio de color, ni turbidez, ni algún tipo de precipitado, lo que nos

indica que solo existe una interacción a diferencia de los anteriores sistemas.

E

-0.76 0.00 0.34 0.78

Zn2+

Zn0

H+

H2

𝑁𝑂

Cu2+

Cu 𝑁𝑂

Una vez obtenidas las observaciones anteriores se procede a determinar la constante de

equilibrio para cada sistema, la cual se determina con la siguiente formula:

( )

Para el Zinc en polvo con 5 de ( ), la queda de la siguiente manera:

Datos:

[( ( )]

Para la laminilla de zinc con 2 de sulfato de cobre , la a queda de la

siguiente manera:

Datos:

[( ( )]

Para el polvo de cobre con de ácido nítrico ( ), la a queda de la siguiente

manera:

Datos:

( )

[( ) ( )]

Para el Polvo de cobre con de ácido clorhídrico ( ), la a queda de la

siguiente manera:

Datos:

[( ( )]

Reacciones Redox de formación de anfolitos:

Con base a las observaciones experimentales, escribimos las reacciones químicas

balanceadas que ocurrieron durante la experimentación. Dando como resultado lo

siguiente:

→

→

→

→

Una vez obtenidas las semireacciones si procede a escribir las reacciones globales para

observar mejor la reacción que se presenta cuando se añade a cada mezcla de

vanadio. Lo cual queda de la siguiente manera:

Para la especie (VO2+), anfolito que presentaba una coloración Azul

( )

Para la especie (V3+), anfolito que presentaba una coloración Verde

( )

Para la especie (V3+), anfolito que presentaba una coloración Violeta

( )

Con base en la observación de las reacciones podemos decir que los anfolitos del

vanadio son estables ya que al agregar zinc a la solución observamos que esta cambiaba

de color, por lo tanto se produce el primer anfolito el cual no reacciono hasta que se

agregó más zinc. Por lo cual podemos afirmar que los anfolitos son estables.

Una vez que obtenemos la reacción se procede a escribir los pares redox del vanadio en

una escala de potencial, la cual queda de la siguiente manera:

Para saber si se acomodaron bien los pares redox es necesario buscar los valores del

potencial en la literatura, dando como resultado:

E1 E2 E3 E4 E

Con base en los valores de E° de los pares redox del esquema V2+/V3+/VO2+/VO2+,

reportados en la literatura, podemos trazar de manera más precisa una escala como se

muestra a continuación:

Con base a la escala mostrada anteriormente podemos decir que los resultados

experimentales coinciden con las predicciones teóricas, de acuerdo a los cambios de

coloración que se presentaron en la solución de meta vanadato de amonio. Por lo que

como las reacciones son sucesivas proseguimos a determinar la reacción global

De acuerdo a la escala de potencial mostrada se pueden escribir las ecuaciones químicas

de las reacciones sucesivas que ocurrieron entre el vanadio y el zinc. Se puede observar

que se llevan a cabo 3 reacciones sucesivas las cuales se muestran a continuación.

→

(

→ )

→

E

-0.76 -0.255

0.337 0.999

Zn2+

Zn0

V3+

V2+

VO2

+ VO

2+

V3+

VO2+

→

→

→

→

→

→

Una vez reordenada la escala de potencial, podemos darnos cuenta que las ecuaciones

planteadas anteriormente son las correctas, ya que nuestras predicciones coinciden con

las teóricas en cuanto al orden de la formación de los anfolitos de vanadio.

En el sistema Vanadio-Zinc podemos observar que ocurren 2 dismutaciones en los

anfolitos que se muestran a continuación así como su constante de equilibrio.

1ª Dismutación: V3+ + VO2+ 2VO 2+

Calculado la constante de equilibrio

K = ( )

( )

( )

Keq =

2ª Dismutación: V2+ + VO2+ 2V3+

Calculado la constante de equilibrio

K = ( )

( )

( )

Keq =

Podemos Indicar si los anfolitos: V3+ y VO2+ son o no estables calculando la fracción

dismutada

Primera dismutación:

)

( ) ( )

( )

( )

( )

Despejando X

X=

El valor es menor a 0.03 por lo tanto es estable

Segunda dismutación:

)

( ) ( ) ( )

( ) ( )

( )

( )

Despejando X

El valor es menor a 0.03 por lo tanto es estable

CONCLUSIONES

Durante la experimentación se pudo observar cómo es que se llevan a cabo las

reacciones de óxido-reducción, ya que en cada una de las etapas del trabajo experimental

se observó de forma cualitativa los resultados de cada reacción, en este caso podemos

decir que la experimentación cumplió sus objetivos planteados al inicio, ya que se logró

analizar y observar las características de cada sistema, en cada sistema se pudo

observar si hubo desprendimiento de gases, cambio de coloración, etc. Debido a la

reacción entre las especies involucradas, así como en uno de los casos se presentó solo

una interacción entre los compuestos del sistema en donde no sucedió ningún cambio ya

que no se trata de una reacción, entonces se puede concluir que solo cuando reaccionan

las especias dentro de un sistema de óxido reducción se presentara algún cambio de

color desprendimiento gases o una presencia de calor en el sistema. Finalmente

podemos decir que la experimentación se llevó a cabo de forma satisfactoria cumpliendo

en todos sus puntos planteados al inicio, cabe mencionar que fue de gran importancia el

saber que las reacciones de óxido-reducción son sucesivas para realizar nuestro análisis.

Es muy importante saber identificar el tipo de reacción que está ocurriendo para poder

identificar, que elemento se puede combinar con cual sin que vaya a ocurrir algún

accidente.

BIBLIOGRAFIA

Harris C.D. Análisis, Químico Cuantitativo. Ed. Reverté S.A, 2da edición, México

1999

Burriel marti fernando, Lucena conde Felipe. Química Analítica Cualitativa Ed.

Thomson Editores 16va edición, España, 1998.

Harvey David Química Analítica Moderna Ed. Mc Graw Hill 1ra edición, España,

2000.

Skoog, West, et al. Fundamentos de Química Analítica Ed. Mc Thomson 8va

edición, México, 2005.

Ayres, Gilbert. Análisis químico cuantitativo. 2da edición. Ediciones del castillo.

México.1970