TP 3 Azufre con inf.. - Departamento de Química Inorgánica ...

Química Inorgánica IITrabajo Práctico N° 3AZUFREObjetivosObservar distintas variedades alotrópicas de azufre. Obtener sulfuro de hidrógeno yestudiar sus propiedades. Obtener dióxido de azufre y estudiar sus propiedadesredox. Acido sulfúrico: Propiedades. Sintetizar y caracterizar tiosulfato de sodio.1. Variedades Alotrópicas del AzufreEl azufre se encuentra ubicado inmediatamente después del oxígeno en el Grupo 16ó VI A de la Tabla Periódica y a diferencia de aquel tiene capacidad de formarenlaces sencillos elemento-elemento. Se conocen distintas variedades alotrópicasdel azufre de las cuales el azufre rómbico, sólido amarillo traslúcido, es la másestable a temperatura y presión ambiente. Tanto el azufre rómbico como el azufremonoclínico (sólido amarillo opaco) estan compuestos por moléculas tipo corona S 8(cicloctazufre). El azufre plástico se obtiene por enfiamiento rápido de azufre líquido,tiene aspeco fibroso y esta formado por largas cadenas helicoidales de átomos deazufre concatenados.1.1 Azufre MonoclínicoColocar en un tubo de ensayos de vidrio borosilicato azufre hasta la mitadde su capacidad y calentar a fuego directo muy lentamente, sosteniéndo eltubo con una pinza de madera a 10 cm de la llama del mechero. Agitar yrotar con suavidad a medida que el azufre funde, cuidando que el color de lamasa en fusión sea levemente ambarina y no negruzca. Plegar un trozo depapel de filtro como si fuera a utilizarse en un embudo. Llenar hasta la mitadun cristalizador con agua. Sosteniendo el papel de filtro por el borde, verterdentro del cono el azufre fundido y tan pronto como se observen cristalesdesde el borde hacia el centro, deshechar en el agua del cristalizador elazufre que aún permanece fundido. Desplegar enseguida el papel yobservar los cristales formados.1.2 Azufre RómbicoColocar en un tubo de ensayos 5 mL de kerosene, agregar una pequeñacantidad de azufre y agitar. Calentar suavemente hasta disolución (bajocampana) y verter el líquido límpido sobre un vidrio de reloj. Evaporar bajocampana y observar los cristales obtenidos.1.3 Azufre PlásticoCalentar cuidadosamente, en un crisol chico, algunos gramos de azufrehasta que la masa comience a fundir. Observar la viscosidad de la misma13

Química Inorgánica IIimprimiendo al crisol un ligero movimiento rotatorio con ayuda de una pinzade hierro previamente calentada. Seguir calentando hasta que comience ahervir (la masa puede tomar color oscuro), en ese momento verter el líquidoen un recipiente que contenga agua fría. Describir lo observado. Observarlas características físicas del azufre volcado sobre agua.Comparar las distintas formas alotrópicas del azufre obtenidas..2. Preparación y propiedades de sulfuro de hidrógeno, H 2 SEl sulfuro de hidrógeno, H 2 S, es una molécula angular y covalente como el aguapero se le parece muy poco. En esta parte del Trabajo Práctico obtendremos H 2 S yestudiaremos sus propiedades más importantes.2.1 Obtención de H 2 SNota: El sulfuro de hidrógeno es tóxico, por lo tanto se deberá trabajar BAJOCAMPANA durante todas las experiencias. Aún así, no deje escapar los gasesal aire y realice con rapidez los ensayos.El H 2 S se obtendrá por acción de HCl sobre la pirita, FeS 2 . Se empleará un únicoequipo para todo el turno de trabajos prácticos siguiendo las indicaciones que sedetallan a continuación:• Se preparará un generador de gases, intercalando un frasco lavador quecontenga unos 20 mL de agua, entre el frasco de generación y el tubo dedesprendimiento. Se tendrá especial cuidado de que el tubo dedesprendimiento de gases que entra al frasco lavador no quedesumergido en el agua (el gas no debe burbujear en el agua del frascolavador).• Por cada grupo se agregará en el generador no más de 5 g de pirita.• Tomando en cuenta los datos de la concentración y densidad del HCl (c)(c = 36-38%, δ = 1,15 g/ml), los alumnos deberán calcular el volumennecesario para atacar la pirita suponiendo una pureza del 100%. Antes deagregar el ácido, se diluirá al medio.• Por otro lado, se deberá preparar una solución de NaOH 20% tal queabsorba una vez y medio la cantidad de H 2 S producida. Hasta desarmarel aparato y mientras no se esté recogiendo gas, introducir el tubo dedesprendimiento en un erlenmeyer que contenga dicha solución.• Colocar en el kitasato un tercio del HCl preparado, desalojar el aire delaparato e ir llenando con H 2 S tubos de ensayo limpios y secos (1 tubo deensayos por grupo). Tapar y reservar para el item 2.3.Nota: Antes de burbujear H 2 S según se indica en el ensayo siguiente tomar laprecaución de lavar el tubo de desprendimiento del generador de H 2 S con aguadestilada y luego secarlo con papel absorbente, para evitar la contaminación de lasmuestras con solución de NaOH 20 % usada como trampa .14

Química Inorgánica II• Colocar en un tubo de ensayos una solución muy diluída (apenascoloreada) de I 2 en 5 mL de agua y burbujear H 2 S (g). Hacer pasar unacorriente intensa de gas hasta decoloración, teniendo en cuenta que noquede I 2 ocluído. Terminada la reacción, hervir hasta eliminar el H 2 S(¡BAJO CAMPANA!), en baño de agua. Seguir el ensayo como se indicaen 2.2.• Repetir el procedimiento con tubos de ensayos que contenganaproximadamente 10 mL de agua, durante unos minutos (1 tubo deensayos por grupo). Tapar y reservar para los ensayos siguientes (2.2.,2.4. y 3.2).Una vez que todos los grupos recogieron H 2 S, desarmar y lavar el aparato bajocampana teniendo cuidado de no arrojar residuos sólidos al desagüe. Lavar elexceso de pirita con abundante agua y entregarlo al docente.2.2. Propiedades reductoras del H 2 SInterpretar el cambio observado al burbujear H 2 S (g) en la solución de I 2 .Luego de eliminar H 2 S completamente, calentando a ebullición, filtrar lasolución y recoger el filtrado en un tubo de ensayos. Lavar con poca agua (1 a2 mL). Dividir la solución en tres tubos de ensayos y agregar a cada uno deellos los reactivos que se indican a continuación:a) H 2 O 2 10 volúmenes y gotas de H 2 SO 4 6 N.b) AgNO 3 10 -2 M.c) Acetato de Pb 2%.Observar los precipitados obtenidos en cada caso.Repetir las reacciones utilizando parte del agua sulfhídrica obtenida en 2.1.Comparar.2.3. Combustión del sulfuro de hidrógenoCon el tubo de ensayos lleno de H 2 S (g) obtenido en 2.1. ensayar lacombustión acercando con cuidado la boca del tubo a un mecheroencendido. Observar el color de la llama, el olor de los vapores y el depósitosobre las paredes del tubo. Escribir la ecuación correspondiente a lacombustión del H 2 S, indicando las ecuaciones parciales de oxidación yreducción.2.4. Precipitación de sulfuros insolublesColocar en diferentes tubos de ensayos 10 gotas de solución 0,1 M de lossiguientes cationes:a) Cu +2b) Zn +2c) Mn +2Diluír con agua hasta 5 mL aproximadamente y agregar algunas gotas deagua sulfhídrica preparada previamente. Reservar el resto.15

Química Inorgánica II4. Acido Sulfúrico: propiedades.El ácido sulfúrico, H 2 SO 4 , se obtiene a partir de SO 3 (g) y agua. El ácido sulfúricoconcentrado (aproximadamente 18 M) es un líquido incoloro, viscoso, muy corrosivoy un buen agente oxidante.Nota: el ácido sulfúrico, por las mismas propiedades que se estudiarán acontinuación, produce quemaduras severísimas. Lea atentamente lasinstrucciones de seguridad ANTES de comenzar a utilizarlo. Manipúlelo consumo cuidado.4.1 Poder deshidratante del H 2 SO 4Llenar hasta la cuarta parte de un vaso de 50 mL con azúcar finamentedividida. Bajo campana, agregar 3 gotas de agua y 10 mL de H 2 SO 4 (c).Observar y explicar los resultados.4.2 Poder oxidante del H 2 SO 4a) Poner virutas de Cu en un tubo kitasato con tapón y tubo dedesprendimiento. Agregar 1 mL de H 2 SO 4 (c). Calentar suavemente.Tomar la reacción al tornasol del gas liberado. Burbujear en 2 mL de unasolución 0,1 M de KMnO 4 . Interpretar.b) En dos tubos de ensayos colocar aproximadamente 0,2 g de KBr y 0,2 gde KI, respectivamente. Añadir a cada tubo, BAJO CAMPANA, 1 mL deácido sulfúrico concentrado. Observar el aspecto de los gases que sedesprenden. Enfriar ambos tubos bajo el chorro de agua y añadiraproximadamente 3 mL de CCl 4 a cada uno. Agitar fuertemente, tapandoel tubo con un corcho.5. Preparación y caracterización de Na 2 S 2 O 3El tiosulfato de sodio, Na 2 S 2 O 3 , es la sal disódica del anión tiosulfato,S 2 O 3 2- . Esteanión es tetraédrico igual que el sulfato, SO 4 2- , con uno de los oxígenos de éstereemplazado por azufre. Prepararemos tiosulfato de sodio y caracterizaremos elproducto obtenido.5.1 Preparación de Na 2 S 2 O 3Pesar 15 g de sulfito de sodio y 10 g de azufre (finamente dividido) en unvaso de precipitados de 500 mL. Agregar aproximadamente 75 mL de H 2 O y5 gotas de detergente concentrado de laboratorio (no utilice detergentedoméstico). Agitar hasta disolver el Na 2 SO 3 , medir el pH de la solución ycubrir el vaso de precipitados con un vidrio de reloj . Calentar a ebullición 30minutos aproximadamente. La presencia del detergente puede provocar laformación de burbujas y espuma. Mantener el calentamiento lo más17

Química Inorgánica IIsuavemente posible mientras continúa la ebullición. Agitar ocasionalmente,observar los cambios de color durante este período.Enfriar a temperatura ambiente y medir el pH nuevamente. Este debe sercasi neutro, si no lo fuera, deberá continuar calentando durante 15 minutosmás.Dejar enfriar, luego filtrar para eliminar los restos de azufre. Recoger elfiltrado en un vaso de precipitados limpio. Medir el volumen de la solución.Transferir el filtrado a un cristalizador, cubrirlo con un vidrio de reloj y calentarcon llama muy suave hasta reducir el volumen a la mitad. Dejar enfriar atemperatura ambiente, raspar las paredes y el fondo del vaso para favorecerla nucleación.Filtrar los cristales a través de embudo Buchner y secarlos dejando lasucción un tiempo. Pesar y calcular el rendimiento.Nota: En caso de tener dificultades en la obtención de los cristales del Na 2 S 2 O 3hidratado, solicitar al personal docente algunos cristales pequeños de hidratopara "sembrar" la solución saturada, o bien, raspar con una varilla de vidrio elfondo del recipiente para favorecer la formación de núcleos de cristalización.5.2. Reacciones de reconocimiento de Na 2 S 2 O 3Con los cristales de Na 2 S 2 O 3 obtenidos preparar unos 20 mL de solución 0,1M y proceder a efectuar las siguientes reacciones (determinar previamente lahidratación de la sal teniendo en cuenta los datos de la pregunta 12 delcuestionario de esta práctica):a) A una solución diluída de AgNO 3 , agregar unas gotas de la solución detiosulfato y luego un exceso de la misma. Interpretar los resultadosobtenidos.b) A unos mL de la solución de Na 2 S 2 O 3 , agregar unas gotas de HCl 6 N.Observar e interpretar los resultados.c) En un tubo de ensayos de vidrio pyrex limpio y seco, calentar un gramode los cristales obtenidos, primero lenta y luego enérgicamente conmechero Mecker (sin llegar a enrojecer el tubo). Dejar enfriar, agregar 10mL de agua y 1 mL de HCl 6 N. Filtrar y dividir el filtrado en dos partes. Auna de ellas agregar gotas de solución de BaCl 2 5 % y a la otra, gotas desolución de acetato de plomo 2 %. Interpretar los resultados obtenidos.Cuestionario1. El gráfico siguiente representa la variación de la viscosidad del azufrelíquido en función de la temperatura. Las viscosidades están expresadas enpoise. Como dato comparativo debe tenerse en cuenta el valor de laviscosidad del agua a 20ºC que corresponde a 0,01 poise. Teniendo encuenta que la viscosidad de un líquido disminuye uniformemente entre lastemperaturas de fusión y ebullición, interpretar el gráfico. Comparar con elcomportamiento observado del azufre durante el calentamiento.18

Química Inorgánica IIEl gráfico anterior muestra el efecto del pH sobre la disociación del H 2 S.Los datos en ordenadas, corresponden a fracciones del H 2 S inicial, queestán presentes como H 2 S, HS - y S -2 .10. Sobre la base de los datos de Kps de los sulfuros obtenidos durante lapráctica y de las constantes de disociación de sulfuro de hidrógeno enagua, discutir la eventual formación de dichos sulfuros en las condicionesde la experiencia 2.4.11. En el laboratorio se efectuó una experiencia que ilustra la inestabilidadque presenta el ión S 2 O -2 3 en medio ácido. Por otra parte, el Na 2 S 2 O 3 seobtuvo a partir de S y Na 2 SO 3 . Justificar esta aparente contradicción enbase a los potenciales normales.Como los valores que se dan a continuación son los correspondientes enmedio ácido:0,4 V 0,5 V-2H 2 SO 3 → S 2 O 3 → Sa) Escribir las ecuaciones correspondientes en medio alcalino.b) Calcular sus potenciales normales en dicho medio, teniendo encuenta las constantes de equilibrio del ácido débil involucrado.12. Con los datos de la tabla adjunta, construir un gráfico en el que serepresente la solubilidad del tiosulfato de sodio en función de latemperatura. Considerar:Entre -11 y 48,2 °C el hidrato es Na 2 S 2 O 3 x 5 H 2 O.Entre 40,2 y 65 °C el hidrato es Na 2 S 2 O 3 x 2 H 2 O.Temp.(°C) Sol. En g Na 2 S 2 O 3 / 100 g H 2 O-11 42,80 50,1510 59,6620 70,0730 82,4540 103,3748,2 159,7850 165,1160 191,3065 212,9020

Química Inorgánica IIComisión:Integrantes:Fecha:Trabajo Práctico Nº 3INFORMEAZUFRE1. Variedades Alotrópicas del AzufreDescribir brevemente las características de las diferentes variedades alotrópicasobtenidas................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................………………………………………………………...........2. Preparación y propiedades de H 2 S2.1 Obtención de H 2 SEscribir las reacciones balanceadas que tienen lugar tanto en la preparación de H 2 S (g)como en la reacción de éste con NaOH.21

Química Inorgánica II2.2. Propiedades reductoras del H 2 SEcuaciones balanceadas y observaciones (aparición de precipitados, cambios de color,cambios de temperatura apreciables, etc.)Reacción de H 2 S (g) con I 2 :Reacciones del producto obtenido con:a) H 2 O 2 10 vol y gotas de H 2 SO 4 6 N.b) AgNO 3 10 -2 M.c) Acetato de Pb 2%.Idem anterior pero en el caso del agua sulfhídrica obtenida en el punto 2.1:a) H 2 O 2 10 vol y gotas de H 2 SO 4 6 N.b) AgNO 3 10 -2 M.c) Acetato de Pb 2%.22

Química Inorgánica IIComentarios (sea breve y conciso)……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………2.3 Combustión del sulfuro de hidrógenoEscribir la ecuación balanceada y describir lo observado.2.4 Precipitación de sulfuros insolublesEcuaciones balanceadas, descripción de los precipitados formados y observaciones (en elcaso de la precipitación y con el agregado de ácido acético 1M y HCl 6N)a) Cu +2b) Zn +2c) Mn +223

Química Inorgánica II3. Preparación y propiedades de SO 23.1 Preparación de SO 2Ecuación balanceada:3.2. Propiedades redox del SO 2a) Descripción e interpretación de lo observado sobre papel coloreado con tintanegra.b) Reacción con agua sulfhídrica. Descripción de lo observado e interpretación.c) idem b) pero con dicromato de potasio24

Química Inorgánica II4. Propiedades del H 2 SO 44.1. Poder deshidratante del H 2 SO 4Descripción de lo observado4.2 Poder oxidante del H 2 SO 4a) Observaciones. Ecuación de formación del gas. Reacción con KMnO 4b) Observaciones. Ecuaciones balanceadas .1) KBr2) KI5. Preparación y caracterización de Na 2 S 2 O 35.1 Preparación de Na 2 S 2 O 325

Química Inorgánica IIEscribir la reacción química balanceada correspondiente:Masa de Na 2 SO 3 /g. =Masa de S /g. =Masa de Na 2 S 2 O 3 obtenido / g. =Rendimiento/ % =Informar cada magnitud con su incerteza. Adjuntar un apéndice con el cálculo de lasmismas.Comentarios (sea breve y conciso).……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………5.2 Reacciones de reconocimiento de Na 2 S 2 O 3Descripción de lo observado. Reacciones balanceadasa) Con nitrato de plata:b) Con ácido clorhídrico 6N:c) Calentamiento, posterior agregado de HCl, luego agregado de BaCl 2 , o bien deacetato de Pb26

Química Inorgánica IIComentarios y conclusiones (sea breve y conciso)...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................……………………………………...................27