1. Calcula la
solubilidad del Ag2CO3 a partir de su producto de
solubilidad 8’46·10-12. Supón que partes de la sal pura y que la
quieres disolver en agua.
Se trata de un equilibrio heterogéneo de la sal entre sus
iones disueltos:
Ag2CO3
(s) ßà 2Ag+ (aq)+
CO32- (aq)
INICIO
0 0
EQUILIBRIO 2X X
Las sustancias sólidas no tienen concentración, por eso no
se incluye en el cuadro del equilibrio. X sería lo máximo que puedo disolver de
Ag2CO3, por cada mol de Ag2CO3 obtengo 2 moles de plata y uno de carbonato. Por
tanto X=S, siendo S la solubilidad en mol por litro.
Ks=[Ag+]2·[CO32-]=(2S)2·S=4S3
Despejamos y calculamos la solubilidad:
S=RAÍZCÚBICA(Ks/4)=0’13·10-3 mol/l
2. De las siguientes
sales, indica cuáles son de elevada solubilidad, y cuáles no.
a. Sales de alcalinos.
b. Cloruros de
alcalinotérreos.
c. Cloruros de plata,
mercurio y plomo.
d. Sulfuros de metales
de transición.
e. Sulfato de amonio.
Todas las sales de alcalinos son solubles,
por lo que (a) tienen alta solubilidad. Los cloruros son solubles excepto los
de Plata, Mercurio y plomo, por tanto (b) alta solubilidad y (c) baja. Los sulfuros
de metales generalmente son de muy baja solubilidad, y las sales de amonio
suelen tener alta solubilidad. Por tanto (d) baja solubilidad y (e) alta
solubilidad.
3. El dihidróxido de
magnesio tiene una solubilidad de 12 mg/l en agua. Sin embargo, cuando añadimos
hidróxido de sodio su solubilidad disminuye drásticamente. ¿Por qué?
Planteamos el equilibrio
heterogéneo del dihidróxido de magnesio: Mg(OH)2 (s) ßà Mg2+ (aq) + 2OH-
(aq)
Cuando el anterior equilibrio
está acompañado de hidróxido sódico, que es un electrolito fuerte completamente
disociado: NaOH à
Na+ (aq) + OH- (aq) , este lo que hace es aportar un ion
común al equilibrio anterior, el hidróxido en concreto, por lo que el
equilibrio se desplaza hacia la izquierda haciendo que se disuelva menos Mg(OH)2,
y por tanto disminuyendo su solubilidad.
4. Define el concepto
de ácido-base según Arrenius, y según Bröndsted-Lowry. Compáralos entre sí para
ver la diferencia.
Para Arrhenius, un ácido es toda sustancia
capaz de perder un catión H+ al disociarse en disolución acuosa. Y
una base es toda sustancia capaz de perder un anión hidroxilo en disolución acuosa:
OH-
Para Bröndsted-Lowry un ácido es aquella
sustancia que es capaz de ceder un H+, y una base aquella sustancia
capaz de aceptar iones H+.
La Teoría de Arrhenius es limitada a
disoluciones acuosas y bases tales como el NH3 no tienen cabida. El
concepto de Brondsted-Lowry es más amplio, engloba a todo tipo de disoluciones
ya que el disolvente participa de la reacción ácido-base, ya que estas se
transforman en una reacción de intercambio de cationes H+
5. Define el concepto
de ácido-base según Lewis, haz una crítica de sus puntos fuertes y sus puntos
débiles.
Un ácido de Lewis es una sustancia que es
capaz de aceptar un par de electrones, mientras que una base es la sustancia
capaz de ceder un par de electrones. Las reacciones ácido base se convierten en
reacciones de intercambio de un par de electrones, entre dos moléculas.
La definición es más amplia que las dos
anteriores, recoge reacciones y comportamientos químicos que muchas veces no se
describen como reacciones ácido-base.
6. El ácido benzoico
es un ácido débil, ¿Cuáles son los ácidos y bases fuertes? ¿Por qué?
Los nacidos fuertes son ácidos que son
electrolitos fuertes, se encuentran completamente disociados. Lo mismo cabe
decir de las bases.
Son ácidos fuertes: El ácido clorhídrico,
el ácido bromhídrico, el ácido yodhídrico, el ácido sulfúrico, el ácido nítrico
y el ácido perclórico.
Son bases fuertes: los hidróxidos de
alcalinos y alcalinotérreos, excepto los del Be y Mg.
7. El ácido benzoico
tiene un pKa de 4,20, calcula el pH, el grado de disociación del ácido presente
en una disolución formada por 4 gramos de sustancia en 200 ml de agua. Ácido
Benzoico: C6H5-COOH.
Calculamos la concentración del ácido benzoico. Su masa
molar es 122 g/mol. por tanto:
Co=n/V=(4g/122g/mol)/0’2 litros=0’164 mol/l
El ácido benzoico lo amos a representar en
las reacciones como HBz, la reacción de ionización del ácido como equilibrio
es:
HBz + H2O ßà Bz- + H3O+ Ka=[Bz-][H3O+]/[HBz]
Inicio
Co - 10-7
EQL Co-x x x+10-7
El valor de Ka lo obtenemos tomando
antilogaritmos: Ka=6’3·10-5. Sustituimos las concentraciones por sus
valores en el equilibrio, sabiendo que el valor de Ka lo tenemos calculado
encima de esta línea.
Ka=[Bz-][H3O+]/[HBz]=x·(
x+10-7)/(Co-x)
Si resolvemos la ecuación anterior estamos
abocados a una ecuación de segundo grado, pero podemos hacer una serie de
aproximaciones, la primera es suponer que la concentración x es muy superior a
10-7M, y por tanto x+10-7≈x. La segunda aproximación
sería asumir que Co es mucho mayor que x y por tanto Co-x≈Co.
Esto podemos hacerlo porque el valor de Ka es muy bajo, lo que indica que la
reacción no avanzará mucho, y como Co es un valor elevado podremos hacerlo. De
todas formas intentaremos comprobar si e¡la aproximación está bien hecha.
Ka≈x2/Co x=RAIZ(Ka·Co)=RAIZ(6’3·10-5·0’164)=0’003
mol/l
Si comparamos 0’003 con 10-7, o
con 0’164, podemos ver que ambas aproximaciones estaban bien hechas, porque el
resultado x obtenido respeta tales suposiciones.
[H3O+]=x pH=-log(x)=2’49
El grado de disociación definido como: α=x/Co=0’018,
que en porcentaje es 1’8%.
8. Señala el hidrógeno
que se pierde en el ácido benzoico, y explica por qué es ese.
C6H5-COOH sólo el H de rojo es ácido, porque está unido a
un elemento electronegativo como el oxígeno que hace del enlace O-H un enlace
polar, con los electrones de enlace próximos al H y susceptible de rotura. Los demás
son hidrógenos en un enlace con el carbono poco polarizado que no es proclive a
la ruptura.
9. Señala el cambio de
pH que se originaría al añadir al agua …
a. NaCl b. NaCN c. NH4Cl d. Ca(OH)2 e. Una sal de Fe2+.
Todas las especies químicas, son fórmulas de electrolitos
que se disolverán en agua al disociarse en un anión y un catión. Estos dos
pueden reaccionar con el agua rompiendo a este, y generando OH- o H+,
según el caso.
NaCl (s) à Na+ (aq)+
Cl-(aq)
El Sodio no puede reaccionar on el agua porque formaría NaOH que no
tiene existencia al ser un electrolito fuerte que se descompone inmediatamente
en los reactivos de partida:
Na+ + H2O à
NaOH + H+
Lo mismo cabe decir del Cloruro: Cl-(aq)
+ H2O à
HCl (aq) + OH-
Por
tanto como estas dos reacciones no tienen lugar, no se generan ni H+
ni OH- y por tanto no se modifica el pH.
NaCN (s) à
Na+ (aq) + CN-(aq)
Del
sodio ya está todo dicho en el ejemplo anterior, pero el anión cianuro puede
reaccionar con el agua para dar HCN por medio del siguiente equilibrio: CN-
(aq) + H2Oß
àHCN(aq) + OH-
(aq) y por tanto aportando pocos o mucho
OH-, que harán que el pH suba.
NH4Cl à
NH4+ + Cl-
LO
dicho del cloruro vale aquí ahora, pero el ion amonio sí que puede mantener un
equilibrio ácido base, aportando H+: NH4+ + H2O à NH3 + H3O+
y al generar los hidronios, el pH disminuye.
Ca(OH)2 à
Ca2+ + 2OH-
Está
claro que aumenta el pH al generarse en la disociación iones hidroxilo.
Sal de Fe2+, aumentará el pH porque el hierro reaccionará
con el agua de la siguiente forma:
Fe2+
+ 2H2O ßà Fe(OH)2 + 2H+
10.
Explica por qué la primera ionización de H2SO4
es fuerte, pero la segunda es débil.
Cuando tenemos un ácido poliprótico, como
el ácido sulfúrico, las sucesivas ionizaciones tienen uncarácter cada vez más
débil. La razón, entre otras, la podemos achacar a que la sustancia de partida
en la segunda o tercera ionización ya posee una carga negativa, que se vería
incrementada con la segunda o tercera ionización. Esta carga para aumentar la
estabilidad del nuevo ion debería estar deslocalizada por toda la molécula a
ser posible, y así favorecer la nueva ionización. Pero en todo caso siempre va
a ser más complicado “recolocar” esa nueva carga negativa cuando ya era un
anión:
HSO4- + H2O ßà SO42-
+ H3O+
11. Dibuja la curva de
valoración para un ácido fuerte con una base fuerte. Marca en ella la zona de
viraje de la heliantina y de la Fenolftaleína. ¿Qué indicador eliges? ¿Y si
valoras el ácido fuerte con una base débil?
En el blog http://zizurquimica2.blogspot.com/2015/02/valoraciones-acido-base.html
podemos ver esta imagen de una curva de valoración, con la señal del viraje de
la fenolftaleína y de la heliantina. Yo he superpuesto unos rectángulos para
remarcar el viraje de ambos indicadores. Los dos son válidos para este tipo de
valoraciones porque su punto de viraje está próximo al punto de equivalencia de
la valoración.
En cambio en una valoración ácido fuerte
base débil, la fenolftaleína se aleja su viraje del punto de equivalencia. La
nueva curva la he dibujado superpuesta de color negro.
Deberíamos elegir el naranja de metilo.
12. Aplicación
numérica, queremos saber la riqueza en hidróxido sódico de un producto
comercial. Para ello disolvemos 5 gramos de muestra en 100 ml de agua destilada
y valoramos con ácido clorhídrico 0’25M. Sabiendo que gastamos 18 ml de ácido,
¿qué porcentaje de riqueza tenía la muestra?
La reacción volumétrica entre un ácido fuerte HCl, y una
base fuerte NaOH es la siguiente:
HCl +
NaOH à H2O
+ NaCl
Ya ajustada, por tanto el número de moles de HCl y de NaOH
que reaccionan son los mismos. Calculamos los primeros a partir de la
definición de molaridad.
[HCl]=n/V à nHCl=[HCl
]·V=0’25M·0’018=0’0045 moles de HCl=0’0045 moles de NaOH
Calculamos los gramos de NaOH que hay en esos moles, como la
masa molar del NaOH es 40g/mol:
mnaOH=MNaOH*nnaOH=40g/mol·0’0045
mol=0’18 gramos de NaOH puro.
Como la muestra es de 5 gramos, por una simple regla de tres
calculamos el porcentaje de riqueza:
%=mNaOH*100/mmuestra=0’18g*100/5g=3’6%
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