Determinación del oxido de calcio

DETERMINACIÓN DEL ÓXIDO DE CALCIO

1. OBJETIVOS

• Determinar la masa de CaO empleando una solución de KMnO4 como agente indicador y titulante a la vez.

1. FUNDAMENTO TEÓRICO

El método consiste en precipitar el calcio existente en una solución, bajo la forma de oxalato de calcio, luego de la adición de oxalato de amonio o ácido oxálico a la solución ácida; ésta es cuidadosamente neutralizada mediante la adición de amoníaco diluido, con la ayuda de anaranjado de metilo como indicador.

El agente oxidante empleado en las disoluciones es el permanganato de potasio, el cual puede reaccionar según dos semirreacciones del medio en el cual pueda ocurrir:

1. En disoluciones fuertemente ácidas:

MnO4- + 8H+ + 5e-   →  Mn2+ + 4H2O

1. En disoluciones menos ácidas o alcalinas:

  MnO4- + 4 H+ + 3e- →  MnO2 + 2H2O

Las soluciones 0.1N de KMnO4 son estables cuando no se encuentran expuestas a la luz, y no contienen bióxido de manganeso. Si en la solución se produce algo de MnO2; éste acelera la descomposición del permanganato de potasio según:

4MnO4- + 2H2O → 4MnO2 + 4OH- + 3O2

Luego de haber precipitado todo el oxalato de calcio, éste es lavado con agua destilada para poder eliminar completamente todo exceso de oxalato de amonio. Luego se disuelve en ácido sulfúrico diluido y caliente, valorando finalmente con KMnO4 el ácido oxálico liberado.

La precipitación del oxalato cálcico en disoluciones que contienen ion magnesio implica varios equilibrios:

HC2O4-    ====   H+    +     C2O42-    {   + Ca2+    →   CaC2O4  + Mg2+  →  MgC2O4  }

Durante la titulación de ácido carbónico, su neutralización opera por las ecuaciones:

[pic 1]

[pic 2]

De acuerdo con esto, en la curva de titulación deberían existir dos puntos de equivalencia: uno correspondiente a la formación de NaHCO3 y el otro a la de Na2CO3.

El proceso inverso al examinado anteriormente, o sea, a la titulación de una solución de Na2CO3 con una solución de HCl tiene una gran importancia práctica. En este caso se producen las reacciones siguientes:

[pic 3]

 [pic 4]

Como se ve de las ecuaciones, Na2CO3  se transforma primero en NaHCO3.En este caso el pH de la solución  varia de 11,6 a 8,34.

[pic 5]

                         Curva de titulación  de la solución de Na2CO3  con HCl

Si antes de empezar la titulación, a la solución de Na2CO3 se agrega la fenolftaleína, aquella adquiere un color rojo vivo. Al pasar por el punto de equivalencia, que corresponde al punto final  de la formación de NaHCO3, la solución se decolora (a pH[pic 6]8).

Si a esta solución  se agrega el anaranjado de metilo, ella se torna amarilla  .Al seguir agregando HCl , la solución permanecerá amarilla  hasta el momento en que la totalidad de NaHCO3 se transformara  en H2CO3 libre; el pH de su solución saturada  es igual a [pic 7]4,0 ,o sea , coincide  con el índice de titulación  del indicador dado.

Si Na2CO3 desde el principio se titulará con el anaranjado de metilo, se emplearía, evidentemente, 2 moles  de HCl por 1 mol de Na2CO3:

[pic 8]

En la titulación  con la fenolftaleína, se gastar una cantidad de ácido dos veces menor, es decir, un mol:

[pic 9]

Por eso se puede decir que con la fenolftaleína  se titula solo la mitad de Na2CO3, mientras que con anaranjado de metilo  esta sal se titula por completo.

La diferencia en la titulación  del Na2CO3 con el anaranjado de metilo  y con la fenolftaleína  se puede utilizar para determinar  los álcalis cáusticos  y los carbonatos de metales alcalinos (por ejemplo, NaOH y Na2CO3  en el caso de su existencia en la solución.

Titulación de una mezcla de NaCO3 y NaOH

Como se sabe los álcalis solidos absorben del aire CO2 (y el vapor de agua), transformándose en carbonatos correspondientes, por ejemplo:

[pic 10]

Debido a ello, la solución de sosa caustica contiene siempre impurezas de Na2CO3.A veces es necesario conocer el contenido de NaOH y de Na2CO3 en la solución. Para resolver este problema existen se pueden emplear dos métodos. Uno de ellos se basa en la  fijación  de ambos puntos de equivalencia en la curva de titulación de Na2CO3.

La sal de Na2CO3 se titula de un modo diferente con la fenolftaleína y con el anaranjado de metilo. Utilizando la primera, la titulación finaliza en el momento que todo Na2CO3 se transforma en NaHCO3:

[pic 11]

En cambio, en la titulación  de Na2CO3 con el anaranjado de metilo, el indicador adquiere un matiz rosa cuando toda la sal tomada se transforme en H2CO3

[pic 12]

[pic 13]

Ilustración 1.Esquema de titulación  de la mezcla de NaOH y Na2CO3 con la solución de HCl en presencia de fenolftaleína y anaranjado de metilo

Comparando las dos ecuaciones mencionadas, se ve que en la titulación de Na2CO3  con la fenolftaleína  se utiliza dos veces menos  de HCl (1 molécula) que con el anaranjado de metilo (2 moléculas).Por eso se puede decir que con la primera  se titula solamente la mitad de Na2CO3, mientras que con el segundo, todo Na2CO3. Y, por cuanto, independientemente de cuál de estos indicadores se utiliza, NaOH se titula íntegramente, esta circunstancia  se aprovecha  en la determinación de la mezcla  de NaOH con Na2CO3.Con la fenolftaleína se titulara todo el álcali y todo el carbonato sódico. Los resultados obtenidos en la titulación  de la solución estudiada con estos dos indicadores, permiten calcular el contenido de NaOH y de

Na2CO3.

1. CÁLCULOS

I. Estandarización

    Los resultados obtenidos experimentalmente se presentan en la siguiente tabla:

Se sabe que en el punto de equivalencia de las titulaciones con KMnO4:

#Equivalente KMnO4 = # Equivalente Na2C2O4

Entonces:

                               N KMnO4 .VKMnO4   =    [pic 14]

  N KMnO4     =         [pic 15]

Donde:

ρNa2C2O4 = 12.014 g/lt

θ Na2C2O4 = 2

M Na2C2O4 = 134 g/mol

A continuación mostraremos con un ejemplo los cálculos realizados, para el primer volumen experimental, el cual corresponde al grupo que trabajó con la muestra, reemplazando tenemos:

...