Guia Ejercicios N 2

Pontificia Universidad Católica de Valparaíso Instituto de Química.

Guía de Ayudantía Fundamentos de Química QUI-123 Profesoras: Adriana Toro R. Alejandra Vásquez G.

2º Semestre 2010

Pontificia Universidad Católica de Valparaíso Instituto de Química Fundamentos de Química - QUI 123

SOLUBILIDAD Y SOLUCIONES 1.- Si la solubilidad del AgNO3 a 0 ºC es 122 g / 100 g de agua ¿Es posible disolver 140 gramos en 100 gramos de agua a 0 ºC? 2.- La solubilidad del MgCl2 en agua es 54 g por cada 100 g de agua a 20 ºC ¿Qué tipo de solución se forma cuando se agregan 6 moles de esta sal a 1000 g de agua a 20 ºC? 3.- La solubilidad del clorato de amonio a 0 ºC es de 29 g /100 g de agua y a 75 ºC es de 115 g /100 g de agua, si se tienen 10 moles de esta sal en 1 kg de agua a 75 ºC ¿Qué ocurre si esta solución es enfriada a 0 ºC? 4.- En 81 g de solución de HNO3 están contenidos 16 g de HNO 3. ¿Cuál es el %p/p de la solución? (R: 19,75% p/p) 5.- Con 40 g de solvente se preparan 50 g de solución ¿Cuál es el % p/p? (R: 20% p/p) 6.- Si se disuelven 20 g de alcohol en 30 g de agua? Calcule el % p/p (R: 40% p/p) 7.- Una solución de HCl tiene una concentración de 37 % p/p. ¿Cuántos gramos de esta solución contendrán 5 g de HCl puro? (R: 13,5 g de solución) 8.- En 12,5 mL de solución existen 2 gramos de soluto. Calcule % p/v (R: 16% p/v) 9.- ¿Qué cantidad de yodo se necesita para preparar 50 mL de solución al 30 % p/v? (R: 15 g) 10.- Se quiere prepara 200 mL de una solución al 25 % p/v ¿Cuántos gramos de soluto se necesitan? (R: 50 g) 11.- Se disuelven 30 g de azúcar en 100 mL de H 2O obteniéndose 115 mL. Calcule: % p/p y % p/v (R: 23 % p/p y 26,1 % p/v) 12.- Se disuelven 20 mL de alcohol (densidad = 0,8 g/mL) en 60 g de agua, determine el % p/p (R: 21 % p/p) 13.- ¿Cuántos moles de soluto se necesitan para preparar 100 mL de solución 0,1 M? (R: 0,01 moles) 14.- ¿Cuántos gramos de HCl hay en 200 mL de una solución 0,15 M? (R: 1,095 g) 15.- Calcule la molaridad de una solución que en 10 mL contiene 0,0425 g de amoníaco (NH 3) (R: 0,25 M)

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16.- El ácido sulfúrico comercial (H 2SO4) tiene una densidad de 1,81 g/mL y una concentración del 88,6 % p/p. Calcule: % p/v, M, N y m (R: 160 % p/v; 16,3 M; 48,9 N y 79,3 m) 17.- Calcule el volumen de HCl 3 M que necesita para preparar 500 mL de solución 0,1 M (R: 16.6 mL) 18.- ¿Qué volumen de solución 0,1 M se puede preparar partiendo de 60 mL de HCl 6 M? ¿Cuánta agua se debe agregar? (R: 3,6 litros de solución 0,1 M y 3,54 litros de agua) 19.- ¿Cómo prepararía 250 mL de solución de NaOH 2 M a partir de una solución de NaOH 2,5 M? (R: con 200 mL de NaOH 2,5 M y 50 mL de agua)

“Equilibrio Químico, Acido- Base y Soluciones Buffer” A.- Equilibrio Químico 1.- Escriba las expresiones para las constantes de equilibrio Kc, para cada una de las siguientes reacciones: a) b) c) d)

2CO(g) + O2 (g) -- 2CO2 (g) 3H2 (g) + N2 (g) -- 2NH3 (g) 2NaHCO3 (s)  Na2CO3 (s) + H2O(g) + CO2(g) HNO2 (ac) -- H+ (ac) + NO2- (ac)

2.- Señale los factores que alteran la posición del equilibrio químico y cuál de ellos además modifica el valor de la constante de equilibrio. 3.- En un recipiente cerrado a 25 ºC y 760 mmHg de presión, se tiene el siguiente sistema de equilibrio: CO2 (g) + H2O (g) -- H2CO3 (ac)

∆

H = -30 Kcal/mol

Se obtuvieron las siguientes concentraciones de las especies en el equilibrio: [CO2] = [H2O] = 0,548 M [H2CO3] = 1,26 x 10-7 M a) b) c) d)

El valor de la constante de equilibrio Kc. El efecto de la posición del equilibrio ante una disminución de temperatura. El efecto de la posición del equilibrio ante un aumento de la presión del sistema. El efecto de la posición del equilibrio ante una disminución de la concentración de H 2O.

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B.- Acido- Base 1.- Calcule la concentración de iones [H+] en una solución cuyo pH es 6,6. 2.- Cuál de las siguientes concentraciones originará mayor acidez: a) [OH-] = 1 x 10-7 b) [H+] = 1 x 10-4 c) [OH-] = 1 x 10-12 d) [H+] = 1 x 10-3 e) [OH-] = 1 x 10-1 3.- Calcule la concentración molar de hidroxilos [OH -] en una solución acuosa de HCl 0,01 M. 4.- En una solución de un ácido débil monoprótico (HA) se encuentra que en el equilibrio la concentración de iones [H +] es 0,0017 mol/L y la concentración del ácido no disociado es 0,0983 mol/L, de acuerdo a esto, ¿cuál es el valor de la constante de acidez? 5.- Al disolver un ácido débil (HB) en agua, el 40% de sus moléculas se disocian en iones [H +] y [B-]. Si se disuelve 1 mol de ácido en 1 litro de solución, ¿cuál es la concentración de iones [H +] en la solución? 6.- Si el pH de una muestra de orina es 6,06, ¿cuál es la concentración de [H +] y la de [OH-] en la muestra? 7.- Si e pH de una disolución de un ácido débil 0,049M es 4,46, calcule el valor de la constante de acidez de este ácido. 8.- ¿Cuál es el pH de una solución si la concentración de iones [H+] es 5,6 x 10-4 ? 9.- ¿Cuál es el pH de un jugo de naranja recién extraído si la concentración molar de protones [H+] es de 1,74x10 -4 Molar? 10.- ¿Cuál es el pH de una solución si la concentración de iones hidroxilos [OH -] es de 5,6 x10-4 Molar? 11.- El pH normal de la sangre es 7,42. Considerando este dato ¿cuál es la concentración de protones [H+] y de iones hidroxilos [OH-] en la sangre? 12.- ¿Cuál es el pH de una solución 0,025 M de hidróxido de sodio (NaOH)? (MM = 40,01 g/mol)

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13.- Dados los siguientes ácidos débiles monopróticos todos de concentración 0,55 M ¿Cuál presenta una menor concentración de protones [H +]? y ¿Cuál es la más acida? a) b) c) d) e)

Ácido Nítrico Ka = ∞ Ácido acético Ka = 1,78x10 -5 Ácido Cianhídrico Ka = 4,80x10 -10 Ácido cloroacético Ka = 1,36x10 -3 Ácido hipocloroso Ka = 2,95x10 -8

14.- Se tienen soluciones acuosas 0,1 M de los siguientes electrolitos: HX; HZ; HR; HA: HT, (Constante de acidez: HX = 2 x10 -6; HZ = 4 x10-4; HR = 3 x10-8; HA = 5 x10-10; HT = 1 x10-2). ¿Cuál es la base conjugada más fuerte? 15.- Una solución de ácido nitroso (HNO 2) 0,1 M tiene un pH = 2,15 a 25ºC. ¿Cuál es el valor de la constante de acidez?: 16.- ¿Cuál es el pH de una solución 0,025 M de hidróxido de amonio (NH4OH)? (Kb = 1,8 x 10-5) 17.- ¿Cuántos gramos de hidróxido de sodio (NaOH) se necesitan para preparar 500 mL de una solución cuyo pH sea 10,00 ? (Masa Molar de NaOH = 40 g/mol) 18.- Si 12 mL de una solución de NaOH 0,1 M son neutralizados completamente con 15 mL de solución de HCl, entonces, ¿cuál es la concentración molar del ácido? 19.- Si se mezclan 250 mL de una base fuerte de concentración 0,04 M con 100 mL de un ácido fuerte de concentración 0,05 M, entonces: a) ¿La neutralización es completa o incompleta? Justifique b) ¿Cuál es la concentración de la sal que se forma? Considere volúmenes aditivos. c) ¿Cuál es el pH de la solución final? Considere volúmenes aditivos. 20.- Si se mezclan 50 mL de una base fuerte de concentración 0,25 M con 100 mL de un ácido débil de concentración 0,20 M (Ka = 1,36x10 –3), entonces: a) ¿La neutralización es completa o incompleta? Justifique b) ¿Cuál es la concentración de la sal que se forma? Considere volúmenes aditivos. c) ¿Cuál es el pH de la solución final? Considere volúmenes aditivos.

C.- Soluciones Buffer 1.- Señale cuáles de las siguientes mezclas se comportan como Buffer:

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a) b) c) d) e)

H3PO4 y KH2PO4 C6H5COOH y C6H5COONa HNO3 y Ba(NO3)2 NH4OH y NH4NO3 NH4OH y KCN

2.- Calcule el pH de un buffer formado por HBO 2 0,5M y NaBO2 0,3M (Ka = 5 x 10 -10) 3.- Indique los factores que determinan: a) El pH de un buffer b) Su capacidad de amortiguación 4.- En una solución de buffer acetato la concentración de ácido acético es 2,0 x 10 -3 M (pKa = 4,74) y de acetato de sodio de 2,0 x 10-3 M, entonces: a) Este es un buffer ácido, básico o neutro b) ¿Cuál es el pH de esta solución buffer? 5.- Un buffer formado por concentraciones iguales de de sal y ácido tiene un pH = 7,8, determine la Ka del ácido. 6.- Cuál es el pH de una solución formada por adición de 0,5 moles de cloruro de amonio y 0,03 moles de amoniaco (Kb = 1,8 x 10 -5) a agua suficiente para formar 2,5 litros de solución. 7.- Si usted requiere preparar un buffer pH = 4 cual de las siguientes combinaciones sería la más recomendable: a) b) c) d) e)

Acido cloroacético pKa = 2,85 + Cloroacetato de sodio Acido benzoico pKa = 4,19 + Acido láctico Acido benzoico pKa = 4,19 + Benzoato de sodio Amoniaco pKb = 4,17 + Cloruro de amonio Acido láctico pKa = 3,86 + Lactato de sodio

D.- Electroquímica 1.- Para la siguiente reacción establecer SRO y SRR HClO + I2 + H+ Cl- + IO32.- Igualar en medio ácido la siguiente ecuación I- + H3AsO4 I2 + HAsO4 3.- Igualar en medio ácido la siguiente ecuación en forma iónica y molecular FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4

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4.- Dados los siguientes potenciales estandar a pH = 0 Cu2+/Cu = 0,34 V ; Zn2+/Zn = -0,76 V ; Ni2+/ Ni = -0,25 V a) Cuál es el oxidante más fuerte b) Cuál es el reductor más fuerte 5.- para la siguiente celda: Fe (s) + Cd2+(ac) Fe2+ + Cd(s) Fe2+/Fe = - 0,44 V ; Cd2+/Cd = - 0,40 V Calcular: a) Eo b) E cuando [Fe2+] = 1 M y [Cd 2+} = 0,01 M c) El valor de Keq ( condición: ∆E = 0 y Q = K eq) 6.- Calcular K para la siguiente reacción: 5 Fe2+ + MnO4- + 8 H+ Mn2+ + 4 H2O + 5b Fe3+

Respuestas: A.- Equilibrio Químico

3.a) Kc = 4,196 x 10-7 b) Hacia los productos c) Hacia los productos d) Hacia los reactantes B.- Acido – Base

1. 2,51 x 10-7 2. Letra c 3. 1 x 10-12 4. 2,99 x 10-5 5. 0,4 M 6. [H+] = 8,71 x 10-7 y [OH-] = 1,15 x 10-8 7. 3,7 x 10-4 8. 3,25 9. 3,76 10. 10,75 11.[H+] = 3,8 x 10-8 y [OH-] = 2,63 x 10-7

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12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.

12,4 Letra c y letra a HA 5,01 x 10-4 10,83 0,002 gramos 0,08 M a) Neutralización incompleta b) [sal] = 0,014 M c) pH = 1,85 a) Neutralización incompleta b) [sal] = 0,083 M c) pH = 2,41

C.- Soluciones Buffer

1. b y d 2. pH = 9,08 3. a) Ka, [sal], [ácido] b) [Buffer] 4. 4,74 5. 1,58 x 10-8 6. 8,04 7. b y e D.- Electroquímica

5.a) 0,04 V b) – 0,02 V c) Keq = 22 6.- K = 3,16 x 1063