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UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA Profesora: Lisveth Flores del Pino, Ph.D. Semestre: 20018-II PROBLEMAS DE QUÍMICA AMBIENTAL

1.  Los gases de una cocina a leña se encontró que-3 contenía 1.8% de monóxido de carbono a 65 C. Exprese la concentración en gm . 2.  La concentración de oro en el Lago Junín es 20 pM (picomolar).Estimar la masa total en kg de oro presente en el lago. El volumen del lago es 23600 km3  3.  El período de vida media para una reacción dada se hace la mitad cuando la concentración de un reactivo se duplica. ¿Cuál es el orden de reacción para este componente? ¿Qué información se obtiene para una reacción dada a partir de medidas de tiempo de vida media a diferentes temperaturas? 4.  Se ha estudiado la cinética de la siguiente la reacción en fase líquida: A+B→ Productos, siendo equimolar la mezcla inicial de partida, con C A0=CB0=1 mol/litro. El análisis de la mezcla de reacción a diferentes tiempos permitió determinar las correspondientes conversiones de A, obteniéndose los resultados siguientes: T, min XA(%)

0 0

2 0

5 22

15 46

28 61

50 74

80 82

100 160 85 90

Determinar la ecuación cinética correspondiente a esta reacción, utilizando los métodos integral y diferencial.  5.  El insecticida dibromuro de etileno (DBE), 1,1dibromo etano se puede hidrolizar (reacción con el agua) para formar sus alcoholes correspondientes. La constante especifica de velocidad de la reacción de hidrólisis es 6x10 -9  s-1  a pH=7 y 25 C. ¿Cuál es el tiempo de vida media del DBE? El uso y venta del DBE fue prohibido en 1994; si la concentración de DBE en el agua era de 2 g/L en 1994 ¿Cuándo la concentración de BDE estará debajo el máximo permitido (0.05 g/L)? 6.  Dos volúmenes iguales de dos disoluciones equimolares A y B se mezclan y ocurre la reacción A + B   C. Un 75% de A ha reaccionado al cabo de una hora. Calcule que  proporción de A qued  proporción quedará ará sin sin reaccionar reaccionar después de dos horas si: si: a)  La reacción es de primer orden en A y orden cero en B.  b)  La reacción es de primer orden en ambos reactivos. c)  La reacción es de orden cero en ambos reactivos d)  La reacción es de segundo orden en B y cero orden en A e)  Discuta sus resultados 7.  En un experimento se estudió la variación de la constante específica de velocidad de una reacción con la temperatura. Los resultados se muestran en siguiente tabla: Temperatura, C 15.0 20.5 25.5

k(L/mol-s) 0.53 0.99 1.37

 

 31.5 39.5

2.80 5.40

a)  Determine la energía de activación y el factor de frecuencia de la reacción  b) Calcular el valor de k a 18 C. 8.  La Wairakita es un mineral que se encuentra en los depósitos volcánicos. Este mineral es un ejemplo de las zeolitas que son usadas en procesos químicos porque poseen una estructura única. La formula química de la Wairakita es CaAl2Si4O122H2O. La wairikita se disuelve en medio ácido y forma Ca2+, Al3+ y H4SiO4(ac). En medio neutro los productos son Ca2+, H4SiO4(ac)  y kaolinita [Al2Si2O5(OH)4(s)]. a) Escriba la reacción química balanceada para la disolución de la wairikita en medio ácido y neutro, b) en ambiente tropical la wairikita forma el mineral gibsita: CaAl2Si4O122H2O(s)+ 2H++ 8H2O   Al(OH)3(s)  + Ca2+ + 4H4SiO4(ac), K=10-0,03 

 

Determinar la concentración de Ca2+ en el agua de suelo húmedo del trópico (pH =5) y condiciones áridas (pH=9). En ambos caso la {H 4SiO4} = 10-3,1  M. Ignore las correcciones de la actividad, c) Si usted es seleccionado por una empresa para buscar wairikita ¿dónde buscaría usted?

2+ 9. En la Bahía de Paracas la concentración puede disolviendo la hidróxiapatita. Sí la [Ca ] = 0,002 Mdeyfosfato [H 2POse4-]=5 nM.determinar La   = 1,60 mM y  pH=7,36.

Ca5(PO4)3OH(s)  + 7H+  5Ca2+  + 3H2PO4-  + H2O a)  Calcular las [Ca2+] y [H2PO4-],  b) Si esta la reacción en equilibrio, considere los efectos de la fuerza iónica. 10. El Pb(II) puede formar Pb(OH)2(S) y PbO2(S). Considere una muestra de agua con pH= 8. ¿Qué forma de sólido de Pb predomina en el equilibrio a condiciones estándar? Muestre su trabajo Especie Pb2+  PbO(S)  Pb(OH)2(S) 

Gf  , kJ/mol

-24.39 -187.90 -452.2

Especies H2O(l)  H+ OH  

Gf  , kJ/mol

-237.8 0 -157.3

11. El análisis de oxigeno disuelto mide la cantidad de oxigeno disuelto en una solución acuosa. La concentración total de gases disueltos en agua no debe exceder el 110%. Concentraciones por encima de este nivel puede ser dañina para la vida acuática. Los  peces que están en agua que contiene excesiva concentración de gases disueltos  pueden sufrir la enfermedad de la burbuja de gas o embolia gaseosa. Sin embargo cuando el nivel de oxigeno es debajo de 5 mg/L la vida acuática también está en  peligro. Niveles de oxigeno debajo de 1-2 mg/L pueden producir en pocas hora la muerte de una gran cantidad de peces. a)  Estimar la concentración de equilibrio del oxígeno disuelto en su acuario. Asuma o

que el aire encima de su acuario esta a 20 C, 1 atm de presión y la concentración

 

 promedio de oxigeno en el aire es 20.7%. La presión de vapor es 0.031 atm y la constante de Henry para el oxígeno es 43.8 mg/(L*atm).  b)  Usted y su familia se van de vacaciones por dos semanas y se olvidan de prender la bomba del acuario antes de su viaje. Si el oxigeno de su acuario se consumió a una velocidad de 0.35 mg/L-día ¿Esperaría que sus peces todavía estén vivos a su retorno? 12. La constante de equilibrio (constante de Henry, K H), para la reacción: O 2(g) O2(ac) es 1,29 x10-3 mol/L-atm y su coeficiente de precipitación (k s) es 0,132. Determinar la actividad del oxígeno disuelto y la concentración a 25 C para a) agua destilada, b) agua del Rio de Andahuaylas, Andahuaylas, = 0,007 y para c) agua del Océano Pacífico,  = 0,7, d) ¿Cómo se encuentra un pez en estos dos tipos de agua respecto al oxígeno disuelto? 13. Un ingeniero ambiental tiene que decidir si añade cloro gaseoso, Cl2(g), o ácido hipocloroso, HClO, como desinfectante a una planta de tratamiento de agua agua de una ciudad de 5000 habitantes. Sabiendo que el HClO es más seguro de manipular que el cloro gaseoso, el ingeniero desea comparar costos, para lo cual debe evaluar cuanto cloro gaseoso debe añadir al agua para que pueda obtener la misma concentración de HClO, si la planta de tratamiento de agua necesita 2.1 mg/L de HClO. +

-

Cl2(g)  + H2O(l)  HClO + H   + Cl   a)  Calcular la energía libre estándar de la reacción  b) ¿Qué presión parcial de cloro gaseoso en el equilibrio se debe mantener sí la [HClO] = 2,1 mg/L, [Cl -] = 1,0 mM, pH = 7,5 y temperatura 25 C?. Asumir que los coeficientes de actividad de las especies es uno. c)  ¿Qué presión parcial de cloro gaseoso debe mantenerse si las condiciones son las mismas que en la parte (b) excepto que la temperatura es 6 C? d) ¿Qué otros factores deben tomarse en consideración para comparar los costos de desinfectar el agua con HClO versus cloro gaseoso? 14. Las energías libres estándar de formación del CaO(s), CaCO 3(s), y CO2(g) son 604.04, -1128.80, y -394.37 kJ mol -1 respectivamente. Hallar la Grx  y  Keq  de la siguiente reacción. CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g) 15. Una mezcla conteniendo 1 g de cada sólido CaCO3(s) y CaO(s) están en un vaso de  precipitados en la mesa de un laboratorio y en contacto con la atmósfera atmós fera que contiene -3.5 una presión parcial de 10   bar de CO2(g). ¿El equilibrio favorece la conversión de uno de los sólidos o los sólidos están en equilibrio? Sugerencia: usar los resultados del problema (14).