SOLUCIÓN EXAMEN 2º BACH EQUILIBRIOS + ÁCIDOS 1920

1. El fosgeno se disocia siguiendo el siguiente equilibrio: COCl₂ (g) ßà CO (g) + Cl₂ (g), con una cte de equilibrio Kp= 3.03 atm.

a) Justifica haciendo uso de la magnitud química adecuada, hacia donde se desplazará la reacción cuando tengamos la siguiente composición en el equilibrio de cada uno: 0’75 atm; 0’50 atm y 0’34 atm.

b) Calcula el grado de disociación en el equilibrio de la reacción anterior si la presión total de la mezcla es 2 atm.

c) Calcula el valor de Kc si la temperatura es de 127ºC.

a) Planteamos el equilibrio químico, y señalamos las cantidades que nos indican que hay de partida, luego planteamos el cociente de reacción Q, lo calculamos y comparamos con Kp.

                               COCl₂ (g) ßà CO (g)        +      Cl₂(g)

                 Inicio      0’75 atm        0’50 atm           0’34 atm

Q=P_CO·P_Cl2/P_COCl2=0’50atm·0’34atm/0’75atm=0’23 atm

Como Q<Kp, eso quiere decir que hay menos cantidad de productos de lo que debiera, por tanto la reacción se desviará hacia la derecha, hacia la formación de productos.

b) En este apartado de nuevo planteamos el cuadro de resolución de equilibrio, pero con otras condiciones de inicio:

	COCl2 (g)	ßà	CO(g)	Cl2 (g)
INICIO	P0		-	-
EQUILIBRIO	P0(1-		P0·α	P0·α

El valor de Kp es el mismo que antes, planteamos la ecuación y tendremos dos incógnitas P₀, (un dato que puede ser real o ficticio, pero que nos ayudará a resolver el ejercicio), y el grado de disociación α.

Kp= P_CO·P_Cl2/P_COCl2=P₀²·α²/{P₀·(1-α)}=P₀·α/(1-α)

La segunda ecuación que necesitamos viene de la presión total, que vale 2atm. Resulta ser la suma de las presiones parciales de todos los componentes: P_total=P_COCl2+P_CO+P_Cl2

P_total=P₀(1-α) + P₀α+ P₀α=P₀(1+ α)

Y ahora tenemos un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas que resolveremos por sustitución, de la última ecuación despejamos P₀=P_total/(1+α), y sustituimos en la primera:

Kp={P_total/(1+α)}·{α/1-α)}=P_total · α/1-α²

Sustituimos los valores y obtenemos una ecuación de segundo grado para alfa:

3’03·α² + 2·α -3’03=0      Dos soluciones, la que tiene sentido físico es 0’72, por tanto hay un 72% de disociación.

c) Para calcular Kc, disponemos de la relación que une Kc y Kp, donde Δn= 2-1=1, es el incremento de moles gaseosos al pasar de reactivos a productos.

Kp=Kc·(RT)^Δn

Kc=Kp/(RT)=3’03atm/(0’082atm·l·mol^-1K^-1·400K)=0.092mol/l





2. Para el sistema: 2H₂S (g) + 3O₂(g)  ßà 2H₂O(g) + 2SO₂(g)    ΔH=-1036 KJ

a) ¿Qué ocurrirá si aumentamos el tamaño del recipiente sin que cambie la temperatura?

b) ¿Qué ocurrirá si sólo modificamos la temperatura, asciendo esta?

c) ¿Qué pasará si extraemos el SO₂ parcialmente?

Al aumentar la presión el sistema evolucionará intentando contrarrestar la acción exterior, es decir disminuyendo la presión. Si aumentamos el volumen del recipiente, la presión disminuirá, y como en la reacción hay un mol en reactivos por dos en productos, el equilibrio se desplazará hacia los producto. Recordemos que según la Ley de los Gases Ideales P·V=n·R·T, la presión es directamente proporcional al número de moles, y por tanto una disminución de los moles gaseosos trae consigo una disminución de la presión.



Cuando modificamos la temperatura, se producirán cambios en la composición de las sustancias en el equilibrio, y además se modificará el valor de la constante de equilibrio Kp. Si la reacción directa es exotérmica, al aumentar la temperatura el sistema intentará contrarrestarlo absorbiendo calor, favoreciendo pues la reacción endotérmica. En el supuesto del ejercicio, el equilibrio se desplazaría hacia los reactivos.

Y finalmente si extraemos uno de los productos, el resultado será que el equilibrio reaccionará contrarrestando la acción exterior, es decir generando más productos.

3. La sal siguiente se disuelve en agua parcialmente, siguiendo un equilibrio de solubilidad: Sr(CO₃). Conocemos el Ks=5’6·10^-10

a) Calcula la solubilidad de la sal en agua pura, en g/l.

b) ¿Se formará precipitado si hay en disolución [Sr²⁺]=3·10^-6M y [CO₃^2-]=4·10^-5M.

c) ¿Cómo podemos nosotros hacer que la solubilidad de la sal disminuya por adición de una sustancia? Propón una.

Reacción de solubilidad: SrCO₃ (s) ßà Sr²⁺ (aq) + CO₃^2- (aq)

Planteamos el equilibrio de solubilidad del carbonato de estroncio, y suponemos que tenemos una disolución saturada en sus electrolitos para poder calcular la solubilidad.

	Sr(CO3) (s)	ßà	Sr2+(aq)	CO32-(aq)
INICIO			-	-
EQUILIBRIO			X	X

                Los X moles que se generan, como es una disolución saturada en un equilibrio heterogéneo, coinciden con la solubilidad:

                                               Ks=[Sr²⁺]·[CO₃^2-]=X²

                                               X=RAÍZ(Ks)=RAÍZ(5’6·10^-10)=2’4·10^-5 mol/l

                Conociendo la masa molar de los elementos químicos calculamos la masa molar de la sal, y podemos dar el valor de la solubilidad en g/l.

                Masa Molar =12 + 16·3 + 87’6=147’6 g/mol

                Solubilidad= X·Masa Molar=2’4·10^-5 mol/l ·147’6 g/mol=3’54·10^-3 g/l



b) Para saber si hay precipitado, debemos proceder como en el ejercicio 1 a de este examen. Calculamos el valor de Q, y comparamos con Ks.

                Q=[Sr²⁺]·[CO₃^2-]=3·10^-6·4·10^-5=1’2·10^-10

Como Q<Ks, no se formará precipitado.

c) La solubilidad de una sal disminuye por el efecto del ion común. Debemos añadir una sal muy soluble que aporte uno de los dos iones, bien el catión o bien el anión. En este caso lo más fácil es añadir el anión, por medio de Na₂CO₃, por ejemplo.

4. ¿Cuáles de las siguientes sales será muy soluble en agua: NaCl, AgBr, KNO₃, CaSO₄, HgS, NH₄Cl?

Dibuja para una sal formada por un catión X y un anión Y, como están dispuestos dentro de la disolución acuosa, indicando el nombre de la estructura molecular formada.

Todas las sales de alcalinos son solubles, por tanto NaCl, y KNO₃, lo son. Además el amonio se comporta en solubilidad como si fuera un metal alcalino, así que el NH₄Cl también es soluble.

Los bromuros son todos solubles excepto el de plata, plomo y mercurio. Entonces el AgBr no lo es. Y los sulfatos y sulfuros, son insolubles excepto los de alcalinos. Las dos sales que restan entonces son insolubles.

Solvatación de los iones en disolución:

5.  Identifica en las reacciones a los ácidos y bases presentes, asociándolos con sus conjugados. Si hubiera sustancias anfóteras, indícalas.
HCl + H₂O à Cl^- + H3O+                   H2O + H2O à H3O+ + OH-
HAcO + H2O à AcO- + H₃O⁺           CN- + H2O à HCN + OH-
NH3 + H2O à NH4+ + OH-                 H2PO4- + H2O à HPO42- + H3O+

He marcado de violeta las bases, y de verde los ácidos. El agua se puede comportar como ácido y como base, es una sustancia anfótera. Los ácidos son sustancias que ceden cationes H+, y las bases las que los aceptan.

6. Un ácido monobásico HA, tiene una concentración de 0,02 M, y se encuentra disociado en un 3% en esas condiciones. Calcula el pH, el pOH, EL Ka y el Kb de las especies HA.
La reacción es HA + H₂O à A^- + H₃O⁺

Planteamos de nuevo nuestro cuadro para el equilibrio

	HA	H2O	ßà	A-	H3O+
INICIO	0.02=C0			-	-
EQUILIBRIO	C0(1-α)			C0α	C0α

               Como dato sabemos que α=0’03, es el tanto por uno del porcentaje. Podemos ya directamente calcular la concentración de hidronio, y calcular el pH.
[H₃O⁺]= C₀α=0.02*0.03=6·10^-4M
pH=-log(6·10^-4)=3.22
pOH=14-pH=10.78

E igualmente de forma directa el valor de Ka=[A^-]·[H₃O⁺]/[HA]= (6·10^-4M)²/0.0194=1.85·10^-5
Kb=Kw/Ka=10^-14/1.85·10^-5=5.4·10^-10

7. Indica razonadamente, cuáles de las siguientes sales altera el pH de una disolución acuosa, y en qué sentido: KCl, NH₄Br, KNO₃, K₂CO₃, Na₂S, NaCl.

Lo primero es disociar a cada sal en sus iones, y luego analizar de qué forma cada ion interacciona con el agua desde el punto de vista ácido – base.

A) Caso 1:
                KCl (s) à K⁺ (aq) + Cl^- (aq)
                KNO₃ à K⁺ (aq) + NO₃^- (aq)
             NaCl (s) à Na⁺ (aq) + Cl^- (aq)

Estas sales generan cationes y aniones que no reaccionan con el agua, y por tanto no producen cambios en el pH porque si capturan el OH^- del agua, o el H⁺ según cada caso, generarían una base o un ácido fuerte. Que inmediatamente se disociaría, y globalmente no tendría lugar la reacción, por ejemplo K⁺ + H₂O à KOH + H⁺, no se puede producir porque el KOH es una base fuerte que inmediatamente se disocia en K⁺ y OH^-

               
B) Caso 2:
                NH₄Br à NH₄⁺ (aq) + Br^- (aq)
                El Br^- no reaccionaría con el agua por la misma razón que en A), pero el amonio es otra cosa:
                               NH₄⁺ + H₂O ßà NH₃ + H₃O⁺
                Produciendo hidronios, y por tanto haciendo descender el Ph hacia valores ácidos.

C) Caso 3:
                K₂CO₃ à 2K⁺ + CO₃^2-                          Na₂S à 2Na⁺ + S^2-
                En este caso los cationes no pueden reaccionar con el agua, pero sí los aniones, por ejemplo en el caso del sulfuro:
                                               S^2- + H₂O ßà HS^- + OH^-
                En esta ocasión producimos hidroxilos, y el Ph ascendería a valores básicos.