Laboratorio de Analisis

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINERA Y METALURGICA

ANALISIS QUIMICO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIRIA

Facultad de Ingeniería Geológica, Minera y Metalúrgica

INFORME 4º DE LABORATORIO DE ANALISIS QUIMICO

Análisis del tercer grupo de cationes

ALUMNOS: Escobar Calderón Carlos Colla Izaguirre Yhadin

PROFESOR: Vizarreta Escudero Tomas

2010

INTRODUCCION

Este puede llamarse el grupo del acero. Todos los elementos excepto

el Zn son importantes en la fabricación del acero. El vanadio que



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procede inmediatamente al cromo en el arreglo periódico de los

elementos, es igualmente importante en la fabricación del acero. Cr,

Mn, Co y Ni son los elementos de transición del cuarto período (K al

Kr) en los grupos VI, VII y VIII. Estos elementos de transición son

caracterizados por sus cambios de valencias y por los colores

intensos en muchos de sus iones.

Todos los miembros de este tercer grupo analítico tienen sulfuros (o

hidrosulfuros) demasiado solubles para poder ser precipitados por el

H2S en medio ácido, por lo cual ellos no precipitan en el II grupo

1.- OBJETIVOS

El objetivo de esta práctica es observar e identificar las reacciones

características de los cationes pertenecientes al grupo III, para su

posterior separación e identificación.

2.- FUNDAMENTO TEORICO



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Subgrupo IIIA: Hierro, cromo, titanio, uranio, circonio, torio, lantánido, cerio, aluminio, vanadio y berilio.

Subgrupo IIIB: Níquel, cobalto, manganeso y cinc.

Los elementos subrayados serán los que obtengamos en el laboratorio.

HIERRO (Fe)

El hierro puro es un metal blanco plateado, susceptible a adquirir un bello

pulimento, tenaz y dúctil, buen conductor de calor y atraíble por un imán. Es

estable al aire seco, pero el húmedo le ataca formando una capa pardo

rojiza de oxido hidratado. El metal comercial raramente es puro y contiene

pequeñas cantidades de carburos, siliciuros, fosfuros y sulfuros de hierro y

un poco de grafito.

- Reacción con acido sulfurico (H2S):

Únicamente en medio de pH superior a 4 – 5 se logra la precipitación del sulfuro ferroso, negro:

Fe+2 + H2S FeS(precipitado) + 2H+

Si el medio no está regulado, la precipitación es incompleta por la acidez que se libera durante la precipitación. Se puede obtener una buena precipitación total con H2S a un pH de 5.4 obtenido con mezcla reguladora de exametilentetramina (II), o con sulfuro amónico en medio alcalino.

- Reacción con carbonato sódico (NaCO3):

Aunque la alcalinidad que produce una solución de CO3-2 seria

suficiente para alcanzar el producto de solubilidad del Fe(OH)2, precipita el FeCO3 que es más estable que el hidróxido. El FeCO3 es un sólido blanco o blanco verdoso que se oxida al aire perdiendo CO2 y transformándose en Fe(OH)3, pardo:

Fe+2 + CO32- FeCO3(precipitado)

4FeCO3(precipitado) + O2 + 6H2O 4CO2 + 4Fe(OH)3(precipitado)

En ocaciones, particularmente si se calienta, puede aparecer un color negro transitorio, originado por un compuesto ferroso ferrico.

El carbonato ferroso se disuelve en ácidos, incluso en uno tan débil como el CO2:



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FeCO3(precipitado) + CO2 + 6H2O Fe+2 + HCO3-

CROMO (Cr)

El cromo puro es de color blanco brillante, quebradizo y tan duro que raya al vidrio, también es muy resistente a la acción de los agentes atmosféricos debido al carácter fuertemente reductor de este metal, sin embargo ese comportamiento también se puede explicar por el fenómeno de pasivación que tiene lugar, donde se forma una capa de oxido extraordinariamente estable.

- Reacción con sulfuro de sodio (H2S):

El H2S no reacciona con Cr3+ en medio acido; en medio básico tampoco es posible la obtención del Cr2S3 debido a que es más estable el hidróxido Cr(OH)3. Por consiguiente, el sulfuro de cromo solo puede obtenerse en ausencia de agua, es decir, por vía seca.

- Reacción con hidróxidos alcalinos fuertes:

Precipitado gris verdoso, o violáceo, gelatinoso, de Cr(OH)3, soluble en frio de reactivo, dando uno solución verdosa que contiene el anión cromito CrO2

-.

Cr3+ + 3OH- Cr(OH)3 ; Cr(OH)3 + OH- CrO2- +

2H2O

Si la disolución alcalina que contiene el cromito se diluye y se hierve, ocurre un proceso hidrolitico con reprecipitación cuantitativa del hidróxido.

Si a una suspensión de Cr(OH)3 se añade hidróxido sódico y un peróxido se obtiene ua solución amarilla de cromato (procedimiento utilizado para separar cromo en el grupo 3A de la marcha analítica del sulfhídrico).

2Cr(OH)3 + 3H2O2 +OH- 2CrO42- + 8H2O

- Reacción con carbonatos alcalinos:

La alcalinidad proporcionada por la hidrólisis es suficiente para que precipite el hidróxido de cromo, más estable que el carbonato:

Cr3+ + 3CO32- + 3H2O Cr(OH)3 + HCO3

-



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El mismo comportamiento, y por idéntica razón tiene el carbonato de bario, el tiosulfato sódico, el sulfuro amónico y el cianuro potásico.

ALUMINIO (Al)

El aluminio es el elemento más abundante (7%) y difundido en los 19 km exteriores de la corteza terrestre. Aunque jamás se encuentra nativo, sus minerales se cuentan por centenares, desde los numerosos silicatos naturales (feldespatos y micas) y sus productos de descomposición geológica (caolines y arcillas) hasta loso minerales considerados como menas para la obtención del metal (bauxita y criolita fundamentalmente). Esta abundancia de materias primas unidas al avance tecnológico para la obtención del elemento en buenas condiciones económicas, ha aumentado notablemente las aplicaciones del aluminio metálico, hasta el punto de que ha desplazado a otros elementos, de materias primas menos abundantes, o más caros, como el estaño. Tiene un alto poder de reflexión, por lo que se utiliza en pinturas de instalaciones fabriles, depósitos diversos, globos, etc.

- Reacción con carbonato sódico:

No precipita carbonato, sino hidróxido, debido a la alta estabilidad de esta especie; es suficiente la alcalinidad suministrada por la hidrólisis del carbonato para que se consiga la precipitación total del Al(OH)3.

Al+3 + 3CO32- + 3H2O Al(OH)3 + 3HCO3

-

Un exceso d carbonato, o una disolución muy concentrada del mismo, disuelve parcialmente el hidróxido, formando ion aluminato

- Reacción con hidróxidos alcalinos fuertes:

Precipitan inicialmente hidróxido blanco gelatinoso. Un exceso de hidróxido disuelve el precipitado por formación del aluminato. El aluminato puede transformarse de nuevo en Al3+ (pasando por el hidróxido) por adición de ácidos; un acido débil como el catión amonio ya se capaz de precipitar el hidróxido.

AlO2- + NH4

+ + H2O Al(OH)3 + NH3

Téngase en cuenta que en una disolución reguladora NH4+/NH3

tiene un pH próximo a 9, en el cual la especie estable es el hidróxido.

- Reacción con amoniaco:

El AL3+ no forma complejos aminados: por consiguiente, el NH3 se comporta únicamente como reactivo básico. La



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alcalinidad que proporciona una solución de NH3 o reguladora de NH4

+/NH3 entra dentro de la zona de estabilidad del Al(OH)3, por lo que precipita esta especie. En exceso de NH3 el pH puede ser tan elevado que ya existen cantidades apreciables de AlO2

- aumentando notablemente la solubilidad del hidróxido, solubilidad que disminuye por adicción de sales amónicas.

Si la precipitación del Al(OH)3 se realiza en frio, se pueden formar coloides difícilmente filtrables. La ebullición y la presencia del catión amonio destruyen el coloide y se consigue una precipitación completa del hidróxido.

NIQUEL (Ni)

El metal es de color blanco amarillento susceptible de adquirir brillo por pulimento. Es dúctil, maleable, muy tenaz y ligeramente ferromagnetico. Funde a 1 454ºC. El aire y el agua no ejercen reacción corrosiva sobre el níquel. El níquel tiene la propiedad de absorber diversos gases, entre ellos el hidrogeno y el monóxido de carbono.

- Ni (III):

La especie Ni3+ no es estable por su alto poder oxidante; este grado de oxidación se presenta estable como hidróxidos, Ni(OH)3 u oxidos Ni2O3, Ni3O4 (Ni(II) y Ni(III)), todos de color negro o negro pardusco; se forman en la oxidación del Ni2+ en medio alcalino por alguno de los oxidantes antes citados.

- Reacción con Dimetilglioxima:

Este reactivo (I) es uno de los primeros reactivos orgánicos conocidos. Produce con el Ni2+, en medio neutro o ligeramente amoniacal, un precipitado rojo rosado de un quelato de coordinación 1:2 (II). En medio acido es soluble el precipitado.

(I) (II)

La reacción es sensible y bastante selectiva. Con cantidades grandes de Ni+2 no perturba ningún ion. El cobalto produce un complejo semejante, pero debido al mayor tamaño del ion



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Co2+ no se produce el puente de hidrogeno entre los oxígenos de las dos moléculas de dimetilglioxima; el puente de hidrogeno se forma con el disolvente (H2O) lo que condiciona que el Co2+ forme un quelato pardo rojizo soluble. Sin embargo, el compuesto de Co2+ es más estable que el Ni2+, por lo que consume el reactivo en primer lugar pudiendo originar interferencia. Perturban el Fe2+ que produce color rojo y el Cu2+ que forma un complejo soluble de color pardo que puede obstaculizar la percepción del precipitado rojo. Deben estar ausentes aquellos iones que precipitan hidróxidos en medio amoniacal; se puede evitar su precipitación adicionando tartratos o citratos. La presencia conjunta de Fe3+ y Co2+

produce interferencia por dar lugar a un precipitado de formula empírica CoFeC12H19O6N6.

COBALTO (Co)

Posee unas propiedades físicas similares a las del níquel; color gris brillante, un punto de fusión elevado y es ferromagnético.No se altera al aire ni al agua; sin embargo, esta resistencia a la acción de los agentes físicos y químicos es menor que la del níquel.

- Reacción en via seca:

El color azul que los compuestos de cobalto producen con las perlas de bórax o de sal de fosforo, tanto en la llama de oxidación como en la reducción, es tan sensible y característico que constituye uno de los ensayos mas prácticos para la identificación de cobalto en minerales y productos sólidos. El ensayo es prácticamente específico y únicamente pueden interferir grandes cantidades de cobre, y esto solo en la llama de oxidación y no en la de reducción.

MANGANESO (Mn)

Después del aluminio y del hierro es el metal más abundante en la naturaleza, aunque no se encuentra nativo. Sus minerales están muy repartidos y frecuentemente acompañan a los del hierro. El elemento es de color gris que recuerda a la fundición de hierro, con reflejos rojizos como el bismuto. Es paramagnético y presenta el fenómeno de la triboluminiscencia. Tiene aproximadamente, la dureza del feldespato y es tan quebradizo que se puede pulverizar en un mortero.

- Reacción con amoniaco:

En ausencia de sales amónicas precipita el hidróxido blanco. Si existen sales amónicas abundantes no se forma precipitado por la disminución que experimenta la concentración OH- en



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presencia de catión NH4+ (efecto de ion común) y no rebasarse

el producto de solubilidad del Mn(OH)2.

No olvidar que el Mn2+ no es estable en medio alcalino y que las disoluciones amoniacales que contienen el catión lentamente originan turbidez parda por formación de compuestos de Mn (III).

- Oxidación a manganato:

Todos los compuestos de Mn, incluso aquellos difícilmente solubles (pirolusita, oxidos naturales), fundidos con carbonato sódico y un oxidante, como nitrato o clorato potásico, originan manganato alcalino, de color verde azulado:

MnO + Na2CO3 + 2KNO3 Na2MnO4 + 2KNO2 + CO2

Cinc (Zn)

En la naturaleza se la ha encontrado nativo en Australia. Sus minerales, particularmente la blenda, tienen gran importancia técnica como materia prima para la obtención del elemento. El cinc es indispensable para la vida, así como para el crecimiento de los vegetales. Elemento es de color blanco o gris azulado susceptible de tomar un bello pulimento.

- Compuestos solubles e insolubles:

Las sales de cinc más solubles en el agua son el acetato, bromuro, cloruro, yoduro, nitrato, sulfato y tiocianato.

Las mas insolubles por orden de insolubilidad, son: el sulfuro, el ferrocianuro de cinc y potasio (K2Zn3[Fe(CN)6]2); el hidróxido, el carbonato, todos de color blanco.

3.- PARTE EXPERIMENTAL

MATERIALES

1 Embudo Papel de filtro Papel de tornasol Pinzas Alambre de micrón Tubos de ensayo Gradilla Mechero

Vaso de Precipitado 1 piseta con agua

destilada 1 estufa 1 bagueta

REACTIVOS



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NH4Cl 5N NH4OH 15N Na2S Agua Regia Dimetilglioxima Bórax solido Na2CO3 solido

Na2O2 solido HCl 12N K4Fe(CN)6

HNO3 6N CH3COOH 17N (NH4)CH3COO BaCl2 en solución



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PROCEDIMIENTO

1. La solución entregada contiene los cloruros de los metales del grupo III,

añadimos gotas (3-4) de NH4Cl 5N, no hay cambio alguno. Luego

alcalinizamos la solución con NH4OH (usamos papel tornasol como

indicador);

En este momento tendrá una sustancia gelatinosa pardo-verdusca y

cambiará a un color oscuro ante la adición de gotas de Na2S

Complete la precipitación. Filtre y deseche la solución pasante.



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2. El precipitado obtenido contiene: CoS, NiS, FeS, MnS, Al(OH)3,

Cr(OH)3,ZnS será pasado a un vaso con ayuda de 10 ml de HCl 12N

agitamos el contenido del vaso y filtramos. Conserve la solución filtrada.

3. El precipitado obtenido en 2) esta formado por : CoS, NiS, se divide en

dos partes:

Reconocimiento del cobalto:

Con ayuda de un alambre de platino (o micrón) y bórax sólido se

prepara una perla y se adhiere a la parte del precipitado.

La cual adquiere un color azul tanto en llama reductora como en

llama oxidante.

Reconocimiento del Níquel:

Perla azul

Borax



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Disuelva la parte restante de precipitado con unos 8 ml de agua

regia,

Alcalinice la solución con NH4OH 15N, si observa formaciones de

azufre filtre, en caso contrario agregue gotas de dimetilglioxima hasta

la formación de un precipitado rojo-cereza.

4. La solución filtrada de 2) es recibida en un vaso y contiene FeCl2, AlCl3,

CrCl3, ZnCl2, y alcalinícela con Na2CO3 (sólido).

Agua regia

Precipitado rojo cereza

Na2CO3

(sólido)



ANALISIS QUIMICO

Luego agregue una pequeña cantidad de Na2O2 (sólido), agitamos

suavemente el contenido del vaso, observe la formación de un

precipitado. Caliente unos segundos, enfriamos y filtramos. Conserve la

solución filtrada.

5. El precipitado obtenido en 4) esta formado por Fe(OH)2, MnO2

(probablemente con algo de CoC(OH)3 Ni(OH)3 se divide en dos partes:

Reconocimiento del fierro:

Disuelva el precipitado el vaso con gotas de HCl 12N, caliente unos

segundos.

Espere, enfriamos. Diluimos la solución y la pasamos a un tubo de

ensayo y agregue gotas de K4Fe(OH)6 observe el precipitado obtenido

de color azul conocido como azul de prusia.

Reconocimiento del manganeso:

Na2O2

(sólido)

Azul de Prusia



ANALISIS QUIMICO

Preparamos una perla de NaCO3 y algo de precipitado.

Calentamos directamente en la llama oxidante luego retiramos la

perla e incorporamos cristales de KClO3 y seguimos calentando unos

segundos, una perla de color verde nos indicará la presencia del

manganeso.

6. La solución filtrada de 4) contiene NaAlO2, Na2CrO4, Na2ZnO2.

Acidificamos la solución con HNO3 6N.

Luego agregamos gotas de NH4Cl 5N., finalmente alcalinizamos la

solución con NH4OH 15N. Calentamos por unos segundos y observamos

la formación de un precipitado blanco gelatinosa de Al(OH)3, filtramos.

7. La solución restante contiene (NH4)2CrO4, Zn(NH3)6(NO3)2. Pasamos la

solución a un vaso, acidificamos con CH3COOH 17N. Luego añadimos

Perla verde



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gotas (10-15) de NH4CH3COO.

Calentamos hasta hervir la solución, en este momento le añadimos gota

a gota de BaCl2 y observamos la formación de un precipitado. Filtramos.

8. La solución pasante contendrá Zn(CH3COO)2. Luego le añadimos gotas de

Na2S(ac) y observamos precipitado blanquecino que corresponde a ZnS.

4.- OBSERVACIONES



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5.- CONCLUSION

Los sulfuros de cationes del grupo III se disuelven el ácidos diluidos

Al añadir las gotas de NH4Cl, luego alcalinizar con NH4OH y añadir Na2S

se forma el NH4S que es quien precipita como sulfuros a: Co, Ni, Fe, Mn,

Zn; asimismo se precipitan los hidróxidos: Al (OH)3, Cr (OH)3.

Para disolver los sulfuros de níquel y cobalto se utiliza agua regia esta

disolución se realiza en caliente.

El hierro (Fe2+ ) es obtenido en un precipitado azul oscuro (azul de Prusia)

al añadir el K4Fe(CN)6 , ocurriendo primero la oxidación del Fe (II) a Fe (III)

a la vez que se forma el ferrocianuro.

6.- CUESTIONARIO

1.- Explique brevemente y con toda claridad ¿Cómo se separa cuantitativamente el 4to grupo de cationes?

2.- Indique ¿Bajo qué forma y que compuestos precipita cada catión? Y ¿En qué medio?

3.- Los 2 cationes se pueden determinar por separado, por la prueba de la flama o de la llama.

a) ¿Bajo qué forma química, se deben encontrar para hacer esa prueba?

b) ¿Qué colores características se obtiene?

PERLA DE COBALTO:

En el precipitado el cobalto debe estar como sulfuro

(CoS) para luego agregar un poco de bórax.

Bórax: A un alambre de platino se le dobla en redondo

un extremo libre, para formar un pequeño anillo a través

del cual pueda pasar una cerilla común. El bórax

pulverizado tiene formula Na2B4O7.10H2O el polvo

adherido se mantiene en la parte más caliente de la

llama, la sal se hincha al perder su agua de cristalización

y luego se contrae dentro del anillo, formando una perla

vítrea, incolora, transparente que se compone de una

mezcla de metaborato de sodio y anhidrido bórico.

Na2B4O7 = 2NaBO2 + B2O3



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Esta perla al exponerla a la llama reductora o a la llama

oxidante presenta una coloración azul lo cual nos indica

la presencia de cobalto.

PERLA DE MANGANESO:

En el precipitado se encuentra manganeso en forma de

oxido MnO2, se agrega NaCO3 mas este oxido y algunos

cristales de KClO3 y al calentar directamente a la llama

oxidante se observa un color verde que nos indicara la

presencia de el manganeso.

Fundamento: Todos los compuestos de Mn, incluso

aquellos difícilmente solubles (pirolusita, oxidos

naturales), fundidos con carbonato sódico y un oxidante,

como nitrato o clorato potásico, originan manganato

alcalino, de color verde azulado:

MnO + Na2CO3 + 2KNO3 Na2MnO4 + 2KNO2 +

CO2

4.- Haga un diagrama esquemático indicando la separación e identificación de cada catión.

5.- Єfoton = hγ(frecuencia) ; h = 6.63x10-27 ergios x segundo = cte de max planck. Una radiación electromagnética visible tiene λ = 4600Å donde λLongitud de onda; y Å = unidad angstrong = 10-

10m. Calcule la energía en kilocalorías (Kcal), correspondiente a 1.25 moles de fotones de esa radiación.

6.- Calcule ¿En cuántas veces variara la solubilidad del CaC2O4, oxalato de calcio en una solución de NaCl(ac) 0.1M, con respecto al H2O pura?

Producto de solubilidad del CaC2O4: Kps = 2.3x10-9

Solubilidad en agua pura:

CaC2O4 Ca+2 + C2O4-2

Solubilidad S S

Kps = 2.3x10-9 = S2 S = 4.796x10-5

Solubilidad en NaCl(ac) 0.1M:



ANALISIS QUIMICO

CaC2O4 Ca+2 + C2O4-2

Solubilidad S S

Kps = 2.3x10-9 = S2xfNa+1xfCl-1

Entonces hallamos µ para luego hallar fNa+1 y f Cl-1:

µ=1/2. Σ Ci.Zi2 ( Zi= valencia )

-Logfi=[(0.512xZi2√ μ )/(1+√ μ )] – 0.2µ (ampliación de la ley de

Debye – Huckel)

Para la reacción: NaCl(ac) Na+1 + Cl-1

0.1M 0.1M

µ = 0.1 fNa+1= 0.902 fCl-1 = 0.902

Kps = 2.3x10-9 = S2x0.902x0.902 S = 5.317x10-5

Para ver en cuantas veces varia la solubilidad hacemos un cociente:

S(en NaCl)S (enagua pura)

=5.317×10−5

4.796×10−5=1.110vecesmas soluble

7.- Se mezclan volúmenes iguales de las disoluciones de SrCl2 y K2CrO4, cloruro de estroncio y cromato de potasio, 0.02 N cada una. Calcule utilizando los coeficientes de actividad, si se forma precipitado o no de SrCrO4.

Producto de solubilidad de SrCrO4: Kps = 3.6x10-5

Concentraciones:

Como se mezclan volúmenes iguales las concentraciones se reducen a la

mitad:

Para el SrCl2: C0 = 0.02 N = 0.01 M CF = 0.005

M

Para el K2CrO4: C0 = 0.02 N = 0.01 M CF = 0.005 M

Para la reacción SrCl2: SrCl2 Sr+2 + 2Cl-1

0.005M 0.005M 0.01M

Para la reacción K2CrO4: K2CrO4 2K+1 + CrO4-2

0.005M 0.01M 0.005M

Para hallar el producto de solubilidad usamos: Kps(Q) = (a[Sr+2]).(a[CrO4-2])

Donde ai = fi . Ci



ANALISIS QUIMICO

-Logfi=[(0.512xZi2√ μ )/(1+√ μ )] – 0.2µ (ampliación de la ley de Debye –

Huckel)

µ=1/2. Σ Ci.Zi2 ( Zi= valencia )

Para SrCl2: µ = 0.06

Hallando fSr+2 fSr+2 = 0.676 a[Sr+2] = 3.38x10-3

Para K2CrO4: µ = 0.015

Hallando fCrO4-2 fCrO4

-2 = 0.802 a[CrO4-2] = 4.01x10-3

Hallando el producto de solubilidad

Kps(Q) = (a[Sr+2]).(a[CrO4-2]) = 13.554x10-6 Kps(Q) < Kps [SrCrO4]

No existe precipitacion

8.- Se tiene 1.015 gr de carbón de piedra, el cual, después del tratamiento químico respectivo se ha obtenido un precipitado calcinado de BaSO4, sulfato de bario, cuya masa es de 0.2835 gr. Calcule el % de azufre en la muestra.

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