Purificación de sulfato de cobre industrial

Trabajo Práctico N°6: Purificación de Sulfato de Cobre Industrial
Materia: Química inorgánica
Docentes:
Magi, Nicolás
Ponce, Belén
Estudiantes:
Acevedo Rodríguez, Marta
Rojas, Fernando
Semirozun, Evelin
Fecha: 21/10/2014
Objetivo
El propósito de este informe es la purificación del sulfato de cobre industrial, CuSO4●5H2O, a través de la eliminación de impurezas. Es posibledeterminar la eficiencia de este proceso por medio de ensayos cualitativos. El trabajo se divide en dos partes, la primera corresponde a las investigaciones cualitativas y la segunda parte a la purificación del sulfato de cobre.
Parte A:
Las impurezas del CuSO4●5H2O comercial son principalmente sales de hierro II (solubles) y sustancias insolubles en agua (arena, polvo atmosférico, etc.). La fraccióninsoluble es eliminada por filtración, mientras los iones Fe (II) por conversión a Fe (III). Los iones Fe2+ poseen un tamaño similar al de Cu2+, por lo cual en una solución saturada de sulfato de cobre que contenga Fe2+, los iones Cu2+ y Fe2+ entrarán indistintamente en la red cristalina. Para poder diferenciar a Cu2+ de Fe2+, es necesario llevar a Fe2+ a Fe3+, para lo cual es necesaria la siguienteoxidación:
Fe2+ Fe3+ + e- E°= 0,77 V
La sustancia que aceptará los electrones cedidos en la oxidación del catión Fe (II) será el agua oxigenada:
Reacción de reducción: 2e- + 2H2O2 + 2H+ 2H2O E°= 1,78
∆E° rx = 1,78 V – 0,77 V = 1,01 V ∆G<0 = reacción espontánea
Para verificar la oxidación del Hierro (II) se puede aprovechar la siguiente reacción de formación de compuesto de coordinación:Fe3+ + 6 SCN- [Fe(SCN)6]3- Kf: 1,1 x 103
Ác. Lewis Base Lewis Hexatiociano ferrato
Sc amarilla Sc Rojo intenso
Esquema de trabajo:

Las investigaciones permiten determinar la presencia de impurezas insolubles y de hierro en la muestra de CuSO4.
Investigación cualitativa 1:
Procedimiento:
La primera investigación cualitativa consiste en disolver una pequeña muestra de sulfato decobre industrial en agua dentro de un tubo de ensayos. Se agregan a la disolución 2 gotas de HCl 6 M. Utilizando papel de filtro, se filtra la solución, y el filtrado se recoge en un tubo de ensayos.
Comentario:
En esta investigación es posible dar cuenta de la presencia de impurezas insolubles, la mayoría de las mismas quedan en el papel de filtro. El agregado de HCl favorece la solubilidad delcobre y el Hierro y proporciona un medio ácido que facilita la oxidación del Fe2+.
Investigación cualitativa 2:
Luego de filtrar son agregadas 5 gotas de agua oxigenada 10%, se calienta el líquido a ebullición tras lo cual se deja enfriar. El Fe(III) precipita como Fe(OH)3 y es separado de Cu(II) por filtración.
Una vez realizada la filtración se adicionan gotas de NH3 (6 M) hasta que la solucióncambia de color. El color de la solución es producto de la reacción entre el cobre y el amoniaco. La solución es filtrada y el papel de filtro se lava utilizando NH3 llegando al punto de hacer desaparecer el color azul del papel de filtro. Al filtrado que se encuentra en el papel de filtro se agregan 4 ó 5 gotas de HCl y se recoge el filtrado en un tubo de ensayos. Por último se agregan gotas deKSCN 0,1 M.
Comentarios:
El agua oxigenada es adicionada como agente de oxidación, ya que su reducción permite la oxidación del hierro. Al calentar la muestra se asegura que todo este disuelto. El enfriar de forma lenta permite la formación de cristales de mayor tamaño. Al agregar NH3 se suceden las siguientes reacciones:
NH3(ac) + H2O NH4+ + OH-
Cu +2 (ac) + NH3 [Cu(NH3)4]+2 Kf= 1,1x1013
Tetraamincobre (II)=(azul intenso)
Fe+3 (ac)+ 3OH- Fe(OH)3 (s) Kps= 6 x 10 -38
Es posible que acontezca también la siguiente reacción de precipitación:
Cu+2 + 2OH- Cu(OH)2 Kps= 2,0 x 10-19
Se espera que el agregado de amoniaco proporcione oxidrilos para hacer precipitar el Fe+3 y forme un complejo con el Cobre. Sin embargo entre las reacciones que involucran el cobre se sucede...