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3 INTRODUCCIÓN El aprendizaje de la Química cnstituye un ret al que se enfrentan cada añ ls, cada vez más escass, estudiantes de 2 de bachillerat que eligen las pcines de Ciencias, Ciencias de la Salud e Ingeniería y Arquitectura. Est también cnstituye un ret para ls prfesres que, n sl deben ser capaces de buscar la frma más eficaz para explicar esta disciplina, sin además, inculcar el interés que nace del recncimient del papel que juega la Química en la vida y en el desarrll de las sciedades humanas. En este cntext, las Olimpiadas de Química supnen una herramienta muy imprtante ya que frecen un estímul, al fmentar la cmpetición entre estudiantes prcedentes de diferentes centrs y cn distints prfesres y estils estrategias didácticas. Esta clección de cuestines y prblemas surgió del interés pr parte de ls autres de realizar una recpilación de ls exámenes prpuests en diferentes pruebas de Olimpiadas de Química, cn el fin de utilizarls cm material de apy en sus clases de Química. Una vez inmerss en esta labr, y a la vista del vlumen de cuestines y prblemas reunids, la Cmisión de Olimpiadas de Química de la Asciación de Químics de la Cmunidad Valenciana cnsideró que pdía resultar interesante su publicación para pnerl a dispsición de tds ls prfesres y estudiantes de Química a ls que les pudiera resultar de utilidad. De esta manera, el presente trabaj se prpus cm un psible material de apy para la enseñanza de la Química en ls curss de bachillerat, así cm en ls primers curss de grads del área de Ciencia e Ingeniería. Desgraciadamente, n ha sid psible pr cuestines que n vienen al cas la publicación del material. N bstante, la puesta en cmún de la clección de cuestines y prblemas resuelts puede servir de germen para el desarrll de un pryect más ampli, en el que el diálg, el intercambi de ideas y la cmpartición de material entre prfesres de Química cn distinta frmación, rigen y metdlgía, per cn bjetivs e intereses cmunes, cntribuya a impulsar el estudi de la Química.

4 En el material riginal se presentan ls exámenes crrespndientes a las últimas Olimpiadas Nacinales de Química ( ) así cm trs exámenes crrespndientes a fases lcales de diferentes Cmunidades Autónmas. En este últim cas, se han incluid sól las cuestines y prblemas que respndiern al mism frmat que las pruebas de la Fase Nacinal. Se pretende ampliar el material cn las cntribucines que realicen ls prfesres interesads en impulsar este pryect, en cuy cas se hará mención explícita de la persna que haya realizad la aprtación. Las cuestines sn de respuestas múltiples y se han clasificad pr materias, de frma que al final de cada blque de cuestines se indican las slucines crrectas. Ls prblemas se presentan cmpletamente resuelts. En la mayr parte de ls cass cnstan de varis apartads, que en muchas casines se pdrían cnsiderar cm prblemas independientes. Es pr ell que en el cas de las Olimpiadas Nacinales se ha ptad pr presentar la reslución de ls misms planteand el enunciad de cada apartad y, a cntinuación, la reslución del mism, en lugar de presentar el enunciad cmplet y después la reslución de td el prblema. En las cuestines y en ls prblemas se ha indicad la prcedencia y el añ. Ls prblemas y cuestines recgids en este trabaj han sid enviads pr: Juan A. Dmínguez (Canarias), Juan Rubi (Murcia), Luis F. R. Vázquez y Cristina Pastriza (Galicia), Jsé A. Cruz, Nieves Gnzález, Gnzal Isabel (Castilla y León), Ana Tejer (Castilla La Mancha), Pedr Márquez (Extremadura), Pilar Gnzález (Cádiz), Ángel F. Sáenz de la Trre (La Rija), Jsé Luis Rdríguez (Asturias), Matilde Fernández (Baleares), Fernand Ngales (Málaga). Finalmente, ls autres agradecen a Humbert Buen su ayuda en la realización de algunas de las figuras incluidas en este trabaj. Ls autres

5 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 1 8. ÁCIDOS Y BASES 8.1. Una dislución de sulfat de amni tiene ph = 4. Calcula la cncentración de la especies presentes en la dislución sabiend que la cnstante de inización del amníac es 1,7 10. (Dat. = 1,0 10 ) (Canarias 1992) El NH SO es una sustancia que en dislución acusa se encuentra disciada según la ecuación: NH SO (aq) 2 NH (aq) + SO (aq) Haciend la aprximación de que el in sulfat es la base cnjugada del in hidrógensulfat (ácid fuerte) y que pr tant n se hidrliza, el ph de la dislución se debe al in amni, que es el ácid cnjugad de la base débil NH, y se hidrliza de acuerd cn la ecuación: NH (aq) + H O (l) NH (aq) + H O (aq) La tabla de cncentracines crrespndiente a este equilibri es: NH NH H O c inicial c c transfrmad x c frmad x x c equilibri c x x x La cnstante de acidez del amni es: K = [NH ] [H O ] [NH ] x2 c x Si el ph de la dislución es 4,0: x = [ ] = 10 = 10 M [ ] = [H O ] = 10 M El valr de la cnstante de acidez (hidrólisis) del amni se calcula mediante la siguiente expresión: K = K K K = 1,0 10 = 5,9 10 1,7 10 Sustituyend 5,9 10 = 10 c = 16,95 M c 10 La cncentración de amni sin hidrlizar en equilibri es: [ ] = c x 16,95 M

6 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) De acuerd cn la tería ácid base de Brönsted, cmpleta ls siguientes equilibris, de tal frma que el primer miembr de la ecuación sea siempre un ácid: a) + + b) + + c) + + d) + + (Canarias 1995) (Canarias 2002) (Canarias 2011) De acuerd cn la tería ácid base prpuesta pr Brönsted, ácid es tda especie química capaz de ceder prtnes. Aplicad a las ecuacines dadas: a) Para el in amni: NH + H O + b) Para el in hidrógensulfat: HSO + H O + c) Para el agua: H O + CN OH + HCN d) Para el ácid carbónic: H CO + H O + (En Canarias 2011 se reemplaza HCO y se añade H CO ) Una btella de reactiv cntiene una dislución acusa de tetraxsulfat (VI) de dihidrógen, diluid al 49% en pes, que presenta una densidad de 1,15 g/. Cuál es la mlaridad del ácid? Cuál es el ph de la dislución? (Dat: 2ª cnstante de acidez ( ) del in hidrógentetraxsulfat (VI) = 1,2 10 ) (Galicia 1999) Tmand una base de cálcul de 100 g de dislución de H SO la cncentración mlar de la misma es: 49 g H SO 1 ml H SO 1,15 g H SO 49% 10 3 cm H SO 49% 100 g H SO 49% 98 g H SO 1 cm H SO 49% 1 L H SO 49% = 5,75 M El H SO, es un ácid fuerte, que en dislución acusa se discia ttalmente de la siguiente frma: H SO (aq) + H O (l) HSO (aq) + H O (aq) El HSO 4, es un ácid débil, que en dislución acusa se discia parcialmente de la siguiente frma: HSO (aq) + H O (l) SO + H O La tabla de cncentracines crrespndiente a esta segunda inización es:

7 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 3 HSO SO H O c inicial 5,75 5,75 c transfrmad x c frmad x x c equilibri 5,75 x x 5,75 + x La cnstante de acidez del HSO es: K = [SO ] [H O ] [HSO ] Sustituyend ls valres de la tabla: 1,2 10 = x 5,75+x 5,75 x x = 0,012 M El valr de H O en el equilibri es: [H O ] = 5,75 + 0,012 M = 5,762 M ph = lg 5,762 = 0, Calcula el ph del agua de una piscina de 75 de vlumen a la que se han añadid 150 g de mnxclrat (I) de sdi (hipclrit sódic). La cnstante de disciación del mnxclrat (I) de hidrógen es 3,0 10. (Dat. Prduct iónic del agua, = 1,0 10 ) El hipclrit de sdi (NaClO) se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: NaClO (aq) ClO (aq) + Na (aq) La cncentración de esta dislución es: c = 150 g NaClO 75 m 3 disluci n 1 ml NaClO 74,5 g NaClO 1 m 3 disluci n 10 3 L disluci n = 2,7 10 M El in Na n se hidrliza ya que prcede del NaOH (base fuerte). El in ClO se hidrliza prduciend ines OH según la reacción: ClO (aq) + H O (l) HClO (aq) + OH (aq) Aplicand ls crrespndientes balances y aprximacines se puede escribir: [HClO] = [OH ] = x [ClO ] = c [OH ] = c x siend c la cncentración inicial de NaClO. La expresión de la cnstante queda cm: (Galicia 2000) K = [HClO] [OH ] [ClO ] = x c x

8 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 4 El valr de la cnstante de basicidad (hidrólisis) del hipclrit se calcula mediante la siguiente expresión: K = K K K = 1,0 10 = 3,3 10 3,0 10 Sustituyend 3,3 10 = x 2 2,7 10 x x = [OH ] = 2,8 10 M poh = lg 2,8 10 = 5,55 ph = 14 poh = 14 5,55 = 8, Una dislución de un ácid débil tiene el mism ph que una dislución de HCl 5,49 10 M. Calcula: a) El ph de la dislución. b) La cnstante de inización del ácid débil. c) El grad de disciación del ácid débil. (Canarias 2001) a) Si [H O ] = 5,49 10 M ph = lg 5,49 10 = 2,26 b) Sea el ácid débil HA que se discia de acuerd cn la siguiente ecuación: HA (aq) + H O (l) A (aq) + H O (aq) La tabla de cncentracines crrespndiente a este equilibri es: HA A H O c inicial c c transfrmad x c frmad x x c equilibri c x x x Supniend que para el ácid HA su cncentración inicial, c = 0,1 M, la cnstante de acidez es: K = [A ] [H O ] [HA] = x c x K = 5, ,1 5,49 10 = 3,2 10 c) El grad de disciación del ácid HA es: α = [A ] [HA] = x c = 5,49 10 = 0,055 5,5% 0,1

9 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) Calcula el ph de 800 ml de dislución acusa 0,1 M de etanic (ácid acétic). La cnstante de disciación de este ácid rgánic a 25 C es de 1, (Galicia 2001) El ácid acétic (CH COOH), abreviadamente AcH, es un ácid débil que se discia parcialmente según el equilibri: HAc (aq) + H O (l) Ac (aq) + H O (aq) cuya cnstante de acidez es: K = [Ac ] [H O ] [HAc] Aplicand ls crrespndientes balances y aprximacines se btiene: [Ac ] = [H O ] y [HAc] = c [H O ] siend c la cncentración inicial de AcH. Sustituyend ests valres en la expresión de la cnstante queda: K = [H O c [H O ] Cuand se dé la circunstancia de que: c K > 100 se puede realizar la aprximaci n c [H O ] c cn l que la ecuación anterir queda cm: K = [H O c [H O ] = K a c = 1, ,1 = 1, M [H O ] = 1, ,1 = 1,33 10 M ph = lg 1,33 10 = 2, Si el ph de una dislución de clrur de amni es 5,2; calcula la cncentración de clrur de amni y el grad de hidrólisis. (Dat. (amníac) = 1,75 10 ) El clrur de amni (NH Cl) se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: NH Cl (aq) NH (aq) + Cl (aq) El in Cl n se hidrliza ya que prcede del HCl (ácid fuerte). El in NH se hidrliza prduciend ines H O según la reacción: NH (aq) + H O (l) NH (aq) + H O (aq) Aplicand ls crrespndientes balances y aprximacines se puede escribir: [NH ] = [H 3 O ] = x (Asturias 2001)

10 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 6 [NH ] = c [H 3 O ] = c x siend c la cncentración inicial de NH Cl. La cnstante de acidez del amni es: K = [NH 3] [H 3 O ] [NH ] = x 2 c x Si el ph de la dislución es 5,2: [H O ] = 10 = 6,3 10 M [NH ] = [H O ] = 6,3 10 M El valr de la cnstante de acidez (hidrólisis) del amni se calcula mediante la siguiente expresión: K = K K K = 1,0 10 = 5,7 10 1,75 10 Sustituyend 5,7 10 = 6, c 6,3 10 c = 7,0 10 M La cncentración de la dislución de NH 4 Cl es: [ ] = c = 7,0 10 M El grad de hidrólisis del in NH 4 + es: α = [NH ] [NH = x c α = 6,3 10 7,0 10 = 9,0 10 0,009% 8.8. Indica el carácter ácid, básic neutr resultante de las dislucines acusas de las siguientes sales:,,. (Canarias 2002) El perclrat de ptasi,, se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: KClO (aq) K (aq) + ClO (aq) El in K n se hidrliza ya que prcede del KOH (base fuerte). El in ClO n se hidrliza ya que prcede del HClO (ácid fuerte). Ls únics H O y OH del medi ls suministra el H O, pr tant, la dislución tiene carácter NEUTRO. El cianur de bari, BaCN, se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: BaCN (aq) Ba (aq) + 2 CN (aq) El in Ba n se hidrliza ya que prcede del BaOH (base fuerte).

11 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 7 El in CN se hidrliza prduciend ines OH según la reacción: CN (aq) + H O (l) HCN (aq) + OH (aq) El medi cntiene ines OH, pr tant, la dislución tiene carácter BÁSICO. El brmur de amni,, se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: NH Br (aq) NH (aq) + Br (aq) El in Br n se hidrliza ya que prcede del HBr (ácid fuerte). El in NH se hidrliza prduciend ines H O según la reacción: NH (aq) + H O (l) NH (aq) + H O (aq) El medi cntiene ines H O, pr tant, la dislución tiene carácter ÁCIDO Qué variación de ph se prducirá al añadir 10 ml de NaOH 0,15 M a medi litr de agua pura? (Dat. = 1,0 10 ) El H O es neutra, pr tant su ph = 7. (Canarias 2002) Si se añaden 10 ml de NaOH 0,15 M a 500 ml de H O la cncentración de la dislución resultante, cnsiderand vlúmenes aditivs, es: 10 ml NaOH 0,15 M mL disluci n 0,15 mml NaOH 1 ml NaOH 0,15 M = 2,94 10 M El hidróxid de sdi, NaOH, es una base fuerte que se encuentra cmpletamente disciada en ines de acuerd cn la ecuación: NaOH (aq) Na (aq) + OH (aq) poh = lg 2,94 10 = 2,53 ph = 14 poh ph = 11,47 La variación de ph que experimenta el H O al añadir el NaOH es: Δ(pH) = 11,47 7,00 = 4, Se prepara una dislución dislviend 4 g de NaOH en 250 ml de agua. a) Calcula el ph de la dislución. b) Si ahra se diluye la dislución anterir hasta 2000 ml, cuál será el nuev ph? c) Si ahra se le añade 500 ml de dislución 0,5 M de ácid sulfúric, cuál es el ph de la dislución resultante? d) Calcula el vlumen de dislución 0,1 M de ácid sulfúric necesari para neutralizar 50 ml de la dislución inicial. (Canarias 2003) a) Si se disuelven 4 g de NaOH en 250 ml de H O la cncentración de la dislución resultante, cnsiderand que n existe variación apreciable de vlumen, es:

12 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 8 4 g NaOH 1 ml NaOH 0,250 L disluci n 40 g NaOH 0,4 M El hidróxid de sdi, NaOH, es una base fuerte que se encuentra cmpletamente disciada en ines de acuerd cn la ecuación: NaOH (aq) Na (aq) + OH (aq) poh = lg 0,4 = 0,398 ph = 14 poh ph = 13,601 b) Si se diluye la dislución anterir hasta un vlumen final de 2000 ml la nueva cncentración de la dislución resultante es: 4 g NaOH 1 ml NaOH 2 L disluci n 40 g NaOH 0,05 M El poh y ph de la dislución es: poh = lg 0,05 = 1,30 ph = 14 poh ph = 12,70 c) La ecuación química ajustada crrespndiente a la reacción entre NaOH y H SO es: 2 NaOH (aq) + H SO (aq) Na SO (aq) + 2 H O (l) El númer de mmles de cada una de las sustancias es: 1 ml NaOH 4 g NaOH 40 g NaOH 10 3 mml NaOH 1 ml NaOH = 100 mml NaOH 500 ml H SO 0,5 M 0,5 mml H SO 1 ml H SO 0,5 M = 250 mml H SO 100 mml NaOH = 0,4 250 ml H SO Cm la relación mlar es < 2 quiere decir que sbra H SO, pr l que NaOH es el reactiv limitante. Relacinand NaOH cn H SO : 100 mml NaOH 1 mml H SO 2 mml NaOH = 50 mml H SO 250 mml H SO (inicial) 50 mml H SO (gastad) = 200 mml H SO (sbrante) La cncentración de la dislución resultante, cnsiderand vlúmenes aditivs, es: 200 mml H SO ml disluci n = 0,08 M El sulfat de sdi frmad, Na SO, se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: Na SO (aq) 2 Na (aq) + SO (aq)

13 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 9 El in Na n se hidrliza ya que prcede del NaOH (base fuerte). El in SO n se hidrliza ya que prcede del H SO (ácid fuerte). El ph del medi se debe a la dislución de H SO sbrante. El H SO, es un ácid fuerte, que en dislución acusa se puede cnsiderar que discia ttalmente de la siguiente frma: H SO (aq) 2 H O (aq) + SO (aq) De acuerd cn la ecuación anterir, la cncentración de H O de la dislución resultante es: [H O 0,08 ml H SO L disluci n ph = lg 0,16 = 0,80 2 ml H O 1 ml H 2 SO 4 = 0,16 M d) Relacinand la dislución inicial de NaOH 0,4 M cn H SO : 0,4 mml NaOH 1 mml H SO 50 ml NaOH 0,4 M 1 ml NaOH 0,4 M 2 mml NaOH = 10 mml H SO Cm se neutraliza cn dislución de H SO 0,1 M: 1 ml H SO 0,1 M 10 mml H SO = 100 ml 0,1 mml H SO 0,1 M Qué vlumen de una dislución de de ph = 14 será necesari para preparar un litr de tra de ph = 12 y cuánts mg de pr litr tendrá esta última? (Galicia 2003) El BaOH en dislución se discia según la ecuación: BaOH (aq) Ba (aq) + 2 OH (aq) Una dislución de BaOH de ph = 12 tiene una [OH ]: ph = 12 poh = 2 [OH ] = 10 = 10 M Según la estequimetría, la cncentración de la dislución de BaOH será la mitad que la de OH : ml OH 1 ml BaOH 10 L 2 ml OH = 5 10 ml BaOH L Análgamente, una dislución de BaOH de ph = 14 tiene una [OH ]: ph = 12 poh = 0 [OH ] = 10 = 10 = 1 M y la cncentración de la dislución de BaOH : 1 ml OH L 1 ml BaOH 2 ml OH = 0,5 ml BaOH L La masa de BaOH que cntiene 1 L de dislución de BaOH de ph = 12, es decir, 5 10 M:

14 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 10 1 L BaOH 5 10 M ml BaOH 171, mg BaOH 1 L BaOH = 857 mg M 1 ml BaOH Para preparar dicha dislución a partir de tra de ph = 14 se necesita: 1 L BaOH 5 10 M 5 10 ml BaOH 10 3 ml BaOH 0,5 M 1 L BaOH = 10 ml M 0,5 ml BaOH 0,5 M Calcula el ph y el grad de disciación del ácid acétic en una dislución que es simultáneamente 0,1 M en ácid ácetic y 0,05 M en ácid clrhídric. (Dat. (ácid acétic) = 1,8 10 ) (Asturias 2003) El ácid clrhídric (HCl) es un ácid fuerte que se encuentra cmpletamente disciad en ines de acuerd cn la ecuación: HCl (aq) + H O (l) Cl (aq) + H O (aq) El ácid acétic (CH COOH), abreviadamente HAc, es un ácid débil que se discia parcialmente según el equilibri: HAc (aq) + H O (l) Ac (aq) + H O (aq) Cm se trata de una dislución que cntiene una mezcla de ambs ácids cn una cncentración similar, se puede realizar la siguiente aprximación: [H O >> [H O [H O [H O ph = lg 0,05 = 1,30 Para calcular el grad de disciación del HAc se escribe la tabla de cncentracines crrespndiente al equilibri es: HAc Ac H O c inicial 0,1 0,05 c transfrmad x c frmad x x c equilibri 0,1 x x 0,05 + x Sustituyend en la expresión de K : K = [Ac ] [H O ] [HAc] 1,8 10 = x 0,05+x 0,1 x x = 3,6 10 M El grad de disciación del ácid HA es: α = [Ac ] [HAc] = x c α = 3,6 10 = 3,6 10 0,036% 0,1

15 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) Escribe ls prcess ácid base resultantes al dislver en agua las siguientes especies:,,, HCOOH y. (Canarias 2004) El in CN se hidrliza prduciend ines OH según la reacción: CN (aq) + H O (l) HCN (aq) + OH (aq) El in ClO se hidrliza prduciend ines OH según la reacción: ClO (aq) + H O (l) HClO (aq) + OH (aq) El in NH se hidrliza prduciend ines H O según la reacción: NH (aq) + H O (l) NH (aq) + H O (aq) El HCOOH se discia parcialmente en agua prduciend ines H O según la reacción: HCOOH (aq) + H O (l) HCOO (aq) + H O (aq) El NH se discia parcialmente en agua prduciend ines OH según la reacción: NH (aq) + H O (l) NH (aq) + OH (aq) Cuál cuáles de las siguientes sales disueltas en agua pura riginan una dislución ácida? Justifica la respuesta. 1) NaCl 2) KCN 3) 4) (Canarias 2004) 1) El clrur de sdi, NaCl, se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: NaCl (aq) Na (aq) + Cl (aq) El in Na n se hidrliza ya que prcede del NaOH (base fuerte). El incl n se hidrliza ya que prcede del HCl (ácid fuerte). Ls únics H O y OH del medi ls suministra el H O, pr tant, la dislución tiene carácter NEUTRO. 2) El cianur de ptasi, KCN, se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: KCN (aq) K (aq) + CN (aq) El in K n se hidrliza ya que prcede del KOH (base fuerte). El in CN se hidrliza prduciend ines OH según la reacción: CN (aq) + H O (l) HCN (aq) + OH (aq) El medi cntiene ines OH, pr tant, la dislución tiene carácter BÁSICO. 3) El nitrat de amni,, se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: NH NO (aq) NH (aq) + NO (aq) El in NO n se hidrliza ya que prcede del HNO (ácid fuerte).

16 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 12 El in NH se hidrliza prduciend ines H O según la reacción: NH (aq) + H O (l) NH (aq) + H O (aq) El medi cntiene ines H O, pr tant, la dislución tiene carácter ÁCIDO. 4) El nitrat de ptasi,, se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: KNO (aq) K (aq) + NO (aq) El in K n se hidrliza ya que prcede del KOH (base fuerte). El in NO n se hidrliza ya que prcede del HNO (ácid fuerte). Ls únics H O y OH del medi ls suministra el H O, pr tant, la dislución tiene carácter NEUTRO La aspirina se frma a partir del ácid salicílic,. Si la cnstante de inización de dich ácid es = 1,1 10, calcula el ph y el grad de disciación de una dislución de ácid salicílic que se btiene al dislver una tableta de aspirina que cntiene 0,5 g de dich ácid en 100 ml de agua. (Canarias 2004) Supniend que la dislver el sólid n hay variación apreciable de vlumen, la cncentración de la dislución es: c = 0,5 g C H OHCOOH 100 ml disluci n 1 ml C H OHCOOH 10 3 ml disluci n = 0,036 M 138 g C H OHCOOH 1 L disluci n El ácid salicílic, abreviadamente HSal, es un ácid débil que se discia parcialmente según el equilibri: HSal (aq) + H O (l) Sal (aq) + H O (aq) cuya cnstante de acidez es: K = [Sal ] [H O ] [HSal] Aplicand ls crrespndientes balances y aprximacines se btiene: [Sal ] = [H O ] y [SalH] = c [H O ] siend c la cncentración inicial de AcH. Sustituyend ests valres en la expresión de la cnstante queda: K = sustituyend [H O c [H O ] 1,1 10 = [H O 0,036 [H O ] ph = lg 5,8 10 = 2,24 [H O ] = 5,8 10 M

17 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 13 El grad de disciación del ácid SalH es: α = [Sal ] [SalH] = [H O ] c α = 5,8 10 = 0,16 16% 0, Calcular el ph que se btiene al mezclar un litr de una dislución, exactamente 0,25 M de acetat sódic ( ) cn un litr de dislución 0,1 M de ácid clrhídric. Se cnsidera que ls vlúmenes de ambas dislucines sn aditivs. (Dat. La cnstante de disciación del ácid acétic es = 1,7 10 ) (Galicia 2004) La ecuación química ajustada crrespndiente a la reacción entre HCl (ácid) y NaOOCCH (base) es: HCl (aq) + NaOOCCH (aq) NaCl (aq) + CH COOH (aq) Pr cmdidad se representa el ácid acétic CH COOH, pr HAc, y el acetat de sdi NaOOCCH, pr NaAc. El númer de mles de cada un de ls reactivs es: 0,1 ml HCl 1 L HCl 0,1 M 1 L HCl 0,1 M = 0,1 ml HCl 0,25 ml NaAc 1 L NaAc 0,25 M 1 L NaAc 0,25 M = 0,25 ml NaAc Cm la reacción es ml a ml y la cantidad de HCl es menr, éste el reactiv limitante que determina la cantidad de NaAc cnsumida y la de HAc frmada: 1 ml NaAc 0,1 ml HCl = 0,1 ml NaAc 1 ml HCl 0,25 ml NaAc inicial 0,10 ml NaAc gastad = 025 ml NaAc exces 1 ml HAc 0,1 ml HCl = 0,1 ml HAc 1 ml HCl Se btiene una mezcla de 2 L frmada pr 0,15 ml de NaAc (base) y 0,10 ml de HAc (ácid) que cnstituye una dislución reguladra ácida en la que las cncentracines de ambas especies sn: HAc] = 0,1 ml HAc 2 L disluci n = 0,050 M 0,15 ml NaAc NaAc] = 2 L disluci n = 0,075 M Las ecuacines crrespndientes a las reaccines de las sustancias en la dislución sn: HAc (aq) + H O (l) Ac (aq) + H O (aq) NaAc (aq) Na (aq) + Ac (aq)

18 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 14 Llamand C a la cncentración inicial de la dislución de AcH y C a la cncentración inicial de la dislución de NaAc, la tabla de cncentracines en el equilibri es: AcH Ac H O c inicial C C c transfrmad x c frmad x x c equilibri C x C + x x El HAc es un ácid débil que está pc disciad: x C C x C x C C x C Teniend en cuenta ambas aprximacines, la expresión de la cnstante de equilibri queda cm: K = [Ac ] [H O ] [AcH] sustituyend K = C C [H O ] 1,7 10 = 0,075 0,050 [H O ] [H O ] = 1,13 10 M ph = lg 1,13 10 = 4, La mrfina, un pders analgésic, es una base débil cn un pk b = 5,79. Representand la mrfina pr Mr y su ácid cnjugad cm H Mr y sabiend que la mrfina es pc sluble en agua, per el nitrat de mrfina ( ) es una sal muy sluble, calcula: a) El ph de una dislución 2 M de nitrat de mrfina. b) La cncentración de mrfina del dislución anterir. (Asturias 2004) El nitrat de mrfina se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: HMrNO (aq) HMr (aq) + NO (aq) El in NO n se hidrliza ya que prcede del HNO (ácid fuerte). El in HMr se hidrliza prduciend ines H 3O + según la reacción: HMr (aq) + H O (l) Mr (aq) + H O (aq) Aplicand ls crrespndientes balances y aprximacines se puede escribir: [Mr] = [H O ] [HMr ] = c [H O ] siend c la cncentración inicial de HMrNO. La expresión de la cnstante queda cm:

19 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 15 K a = [Mr] [H O ] [HMr ] [H O c [H O ] El valr de la cnstante de acidez (hidrólisis) del catión se calcula mediante la siguiente expresión: K = K K lgarıtms pk + pk = 14 pk = 14 5,79 = 8,21 K = 6,2 10 Cm se cumple que: c K > 100 se puede realizar la aprximaci n c [H 3 O + ] c cn l que la ecuación anterir queda cm: K = [H O c [H O ] = K a c [H O ] = 6, = 1,11 10 M ph = lg 1,11 10 = 3,95 b) El valr de [Mr] de acuerd cn el equilibri anterir es: [Mr] = [H O ] = 1,11 10 M Cmpleta las siguientes reaccines entre pares ácid base cnjugads de Brönsted Lwry: (Canarias 2005) El in NH (ácid) reaccina cn el H O (base) según la reacción: NH (aq) + H O (l) NH (aq) + H O (aq) ácid 1 base 2 base 1 ácid 2 El in NH (ácid) reaccina cn el in OH según la reacción: NH (aq) + OH (aq) NH (aq) + H O (l) ácid 1 base 2 base 1 ácid 2 El in CO (base) reaccina cn el H O (ácid) según la reacción: CO (aq) + H O (aq) HCO (aq) + OH (l) base 1 ácid 2 ácid 1 base 2

20 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 16 El in CH COO (base) reaccina cn el H O (ácid) según la reacción: CH COO (aq) + H O (aq) CH COOH (aq) + H O (l) base 1 ácid 2 ácid 1 base Indica, raznand la respuesta, el carácter ácid, básic neutr de las dislucines acusas de las siguientes sales: 1) 2) 3) KBr 4) 1) El clrur de amni, NH 4 Cl, se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: NH Cl (aq) NH (aq) + Cl (aq) El in Cl n se hidrliza ya que prcede del HCl (ácid fuerte). El in NH se hidrliza prduciend ines H O según la reacción: NH (aq) + H O (l) NH (aq) + H O (aq) El medi cntiene ines H O, pr tant, la dislución tiene carácter ÁCIDO. 2) El nitrat de sdi,, se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: NaNO (aq) Na (aq) + NO (aq) El in Na n se hidrliza ya que prcede del NaOH (base fuerte). El in NO n se hidrliza ya que prcede del HNO (ácid fuerte). (Canarias 2005) Ls únics H O y OH del medi ls suministra el H O, pr tant, la dislución tiene carácter NEUTRO. 3) El brmur de ptasi, KBr, se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: KBr (aq) K (aq) + Br (aq) El in K n se hidrliza ya que prcede del KOH (base fuerte). El in Br n se hidrliza ya que prcede del HBr (ácid fuerte). Ls únics H O y OH del medi ls suministra el H O, pr tant, la dislución tiene carácter NEUTRO. 4) El acetat de ptasi,, se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: CH COOK (aq) K (aq) + CH COO (aq) El in K n se hidrliza ya que prcede del KOH (base fuerte). El in CH COO se hidrliza prduciend ines OH según la reacción: CH COO (aq) + H O (l) CH COOH (aq) + OH (aq) El medi cntiene ines OH, pr tant, la dislución tiene carácter BÁSICO.

21 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) La cdeína (COD) es un cmpuest que se btiene del pi y que se emplea para cmbatir la ts. Sabiend que su = 1,0 10, se pide: a) Es la cdeína una base débil? b) Calcula el ph y el grad de disciación de una dislución acusa de una tableta de cdeína cuya cncentración es 0,02 M. COD + + (Canarias 2005) a) La cdeína es una base débil ya que de acuerd cn la ecuación prpuesta n se encuentra cmpletamente disciada en ines. Pr ese mtiv presenta una cnstante de equilibri (basicidad) menr que la unidad: K = [HCOD ] [OH ] [COD] = 1,0 10 Est que quiere decir, que en el equilibri se encuentran presentes mléculas de cdeína sin disciar (COD) en equilibri cn mléculas prtnadas (HCOD ). b) Aplicand ls crrespndientes balances y aprximacines se btiene: [HCOD ] = [OH ] y [COD] = c [OH ] siend c la cncentración inicial de COD. Sustituyend ests valres en la expresión de la cnstante queda: Cm se cumple que: c K > 100 se puede realizar la aprximaci n c [OH ] c cn l que la ecuación anterir queda cm: K = [OH c [OH ] = K c [OH ] = 1,0 10 0,02 = 1,4 10 M poh = lg 1,4 10 = 3,85 ph = 14 poh ph = 10,15 El grad de disciación de la base es: α = [HCOD ] [COD] = [OH ] c α = 1,4 10 = 0,007 0,7% 0, Una central térmica de prducción de energía eléctrica libera 5 t de dióxid de azufre pr hra a la atmósfera. En días húmeds, el liberad reaccina cn el xígen atmsféric y cn el agua prduciend ácid sulfúric. A cierta distancia de la central térmica existe una laguna cn un vlumen de 5. Un 1% de td el prducid durante un día precipita en frma de ácid sulfúric sbre la laguna. Hallar el ph de la laguna después de prducirse la lluvia ácida. Debe supnerse el ácid sulfúric está cmpletamente disciad en el agua. (Galicia 2005)

22 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 18 La ecuación de química crrespndiente al prces de frmación de lluvia ácida es: SO (g) O (g) + H O (l) H SO (aq) La cantidad de SO liberad en la cmbustión es: 24 h 5 t SO h 10 6 g SO 1 t SO 1 ml SO 64 g SO = 1, ml SO Relacinand SO cn H SO (teniend en cuenta la cnversión del 1%): 1, ml SO 1 ml SO cnvertid 100 ml SO ttal 1 ml H SO 1 ml SO = 1, ml H SO Al ser el vlumen de agua cntenida en la laguna much mayr que el vlumen de ácid que cae en la misma, se supne que n se prduce variación apreciable de vlumen. Pr l tant, la cncentración mlar de la dislución de H SO frmada es: 1, ml H SO 1 hm 5 hm 10 9 L = 3,75 10 M Teniend encuenta que el ácid sulfúric es un ácid fuerte que en la dislución se encuentra cmpletamente disciad: H SO (aq) 2 H O (aq) + SO (aq) 3,75 10 ml H SO L El ph de la dislución es: ph = lg 7,5 10 = 5,125 2 ml H O 1 ml H SO = 7,5 10 M Se prepara una dislución de ácid acétic añadiend agua hasta que el ph = 3,0. El vlumen final de la dislución es 0,400 L. Calcula: a) La cncentración mlar del ácid en la dislución y la cantidad de ácid que cntenía la misma. b) El grad de disciación. Escriba el equilibri que tiene lugar. c) El vlumen de dislución 1,00 M de hidróxid de sdi necesari para neutralizar ttalmente la dislución. (Dat. (ácid acétic) = 1,8 10 ) (Asturias 2005) a b) El ácid acétic (CH COOH), abreviadamente HAc, es un ácid débil que se discia parcialmente según el equilibri: Si ph = 3,0: HAc (aq) + H O (l) Ac (aq) + H O (aq) [H O ]= 10 = 10 M

23 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 19 La tabla de cncentracines crrespndiente al equilibri es: AcH Ac H O c inicial c c transfrmad x c frmad x x c equilibri c x x x Sustituyend en la expresión de K : K = [Ac ] [H O ] [AcH] = x c x 1,8 10 = 10 c 10 c = 5,66 10 M La masa de HAc disuelt es: 0,4 L disluci n 5,66 10 ml HAc 1 L disluci n El grad de disciación del ácid HA es: 60 g HAc = 1,36 g HAc 1 ml HAc α = [Ac ] [HAc] = x c α = 10 5,66 10 = 1, ,77% c) La ecuación química ajustada crrespndiente a la reacción entre NaOH y CH 3COOH es: NaOH (aq) + HAc (aq) NaAc (aq) + H O (l) Relacinand HAc cn NaOH: 0,4 L HAc 5,66 10 M 5,66 10 ml HAc 1 L HAc 5,66 10 M = 2,26 10 ml HAc 2, ml NaOH 10 3 ml NaOH 1 M ml HAc = 22,6 ml NaOH 1 M 1 ml HAc 1 ml NaOH Escribe una reacción química que explique pr qué las siguientes especies en dislución acusa dan lugar a una dislución básica. a) b) c) a) El in NO se hidrliza prduciend ines OH según la reacción: NO (aq) + H O (l) HNO (aq) + OH (aq) b) El in CO se hidrliza prduciend ines OH según la reacción: CO (aq) + H O (l) HCO (aq) + OH (aq) (Canarias 2006) c) El in HCO es una especie anfótera que en medi ácid reaccina prduciend ines OH según la reacción:

24 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 20 HCO (aq) + H O (l) H CO (aq) + OH (aq) Ls tres ines al hidrlizarse prducen ines OH, pr tant, la dislución tiene carácter BÁSICO Ordena, de menr a mayr, el ph de las dislucines acusas de las siguientes sales: 1) 2) NaCl 3) NaClO 1) El flurur de amni,, se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: NH F (aq) NH (aq) + F (aq) El in F se hidrliza prduciend ines OH según la reacción: F (aq) + H O (l) HF (aq) + OH (aq) El in NH se hidrliza prduciend ines H O según la reacción: NH (aq) + H O (l) NH (aq) + H O (aq) (Canarias 2006) Para determinar el carácter ácid básic de la dislución es necesari cncer el valr de las cnstantes de acidez y basicidad del HF y NH respectivamente. Éstas sn: K = 7,0 10 K = 1,8 10 El valr de las cnstantes de basicidad y acidez (hidrólisis) de ls respectivs cnjugads, F y NH, sn: K = K K K = 1,0 10 = 1,4 10 7,0 10 K = K K K = 1,0 10 = 5,8 10 1,8 10 Cm las cncentracines iniciales de ambas especies sn idénticas, y K > K, la dislución resultante tiene carácter ácid y su ph < 7. 2) El clrur de sdi, NaCl, se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: NaCl (aq) Na (aq) + Cl (aq) El in Na n se hidrliza ya que prcede del NaOH (base fuerte). El in Cl n se hidrliza ya que prcede del HCl (ácid fuerte). Ls únics H O y OH del medi ls suministra el H O, pr tant, la dislución tiene carácter NEUTRO. 3) El hipclrit de sdi, NaClO, se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: NaClO (aq) Na (aq) + ClO (aq) El in Na n se hidrliza ya que prcede del NaOH (base fuerte).

25 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 21 El in ClO se hidrliza prduciend ines OH según la reacción: ClO (aq) + H O (l) HClO (aq) + OH (aq) El medi cntiene ines OH, pr tant, la dislución tiene carácter básic y su ph > 7. El rden creciente de acidez de las dislucines es: NaClO < NaCl < Otr nmbre de la niacina es el ácid nictínic,, ( = 1,4 10 ), un miembr imprtante del grup de la vitamina B. Calcula: a) El grad de disciación de dich ácid en una dislución que se prepara dislviend 0,10 mles de ácid nictínic, HNic, en agua hasta btener medi litr de dislución. b) El ph de la dislución. (Canarias 2006) a b) El ácid nictínic (HC H O N), abreviadamente HNic, es un ácid débil que se discia parcialmente según el equilibri: HNic (aq) + H O (l) Nic (aq) + H O (aq) La cncentración de la dislución es: c = 0,10 ml HNic 0,5 L disluci n = 0,2 M Aplicand ls crrespndientes balances y aprximacines se btiene: [H O ] = [Nic ] y [HNic] = c [H O ] siend c la cncentración inicial de HNic. Sustituyend ests valres en la expresión de la cnstante queda: K = [Nic ] [H O ] [HNic] = x c x Cm se cumple que: c K > 100 se puede realizar la aprximaci n c [H O ] c cn l que la ecuación anterir queda cm: K = [H O c [H O ] = K c [H O ] = 1,4 10 0,2 = 1,7 10 M ph = lg 1,7 10 = 2,78 El grad de disciación del ácid HNic es: α = [Nic ] [HNic] = x c α = 1,7 10 0,2 = 8,5 10 0,85%

26 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) Para defenderse, las hrmigas utilizan ds medis; sus mandíbulas y la pryección de ácid fórmic (ácid metanic). Cuand una hrmiga se siente amenazada puede pryectar sbre su enemig ácid fórmic a más de 30 cm. a) En un matraz afrad de 100 ml se intrduce una masa m de ácid fórmic, se añade agua destilada, se agita, se disuelve y se cmpleta hasta el enrase. Se dispne entnces de una dislución cuya cncentración mlar vale 0,010 M. Cuánt vale m? b) Escribe la fórmula de la base cnjugada del ácid fórmic. c) Calcula el valr de su cnstante de acidez sabiend que el ph de la dislución preparada vale 2,92. d) Explica si la mlécula de ácid fórmic tiene un carbn quiral asimétric. e) Si haces reaccinar 10 ml de la dislución acusa preparada de ácid fórmic cn 10 ml de dislución de hidróxid sódic 0,010 M Cuánt vale la cncentración mlar de la sal sódica que se frma? Cuánt vale el ph de la dislución resultante? (Galicia 2006) a b) El ácid fórmic metanic (HCOOH), es un ácid débil que se discia parcialmente según el equilibri: HCOOH (aq) + H O (l) HCOO (aq) + H O (aq) ácid 1 base 2 base 1 ácid 2 La base cnjugada del HCOOH es. La masa de HCOOH disuelt es: 100 ml disluci n 0,010 ml HCOOH 10 3 ml disluci n 46 g HCOOH = 0,046 g HCOOH 1 ml HCOOH c) Si ph = 2,92: [H O ]= 10 = 10, M Aplicand ls crrespndientes balances y aprximacines se btiene: [H O ] = [HCOO ] y [HCOOH] = c [H O ] siend c la cncentración inicial de HCOOH. Sustituyend ests valres en la expresión de la cnstante se btiene: K = [HCOO ] [H O ] [HCOOH] K = 10, 0,010 10, = 1,6 10 d) La estructura del Lewis del HCOOH es: Según el mdel RPECV es una especie cuya distribución de ligands y pares de electrnes slitaris alrededr del átm central se ajusta a la fórmula AX a la que crrespnde un númer estéric (m+n) = 3 pr l que su dispsición y frma gemétrica es TRIANGULAR PLANA.

27 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 23 Para que una sustancia sea quiral es precis que psea cuatr sustituyentes diferentes unids a un átm de carbn, y en este cas sól hay tres pr l que el HCOOH n es quiral. e) La ecuación química ajustada crrespndiente a la reacción entre NaOH y HCOOH es: NaOH (aq) + HCOOH (aq) NaHCOO (aq) + H O (l) El númer de mmles de cada un de ls reactivs es: 0,010 mml HCOOH 10 ml HCOOH 0,010 M 1 ml HCOOH 0,010 M = 0,1 mml HCOOH 0,010 mml NaOH 10 ml NaOH 0,010 M 1 ml NaOH 0,010 M = 0,1 mml NaOH Cm la reacción es ml a ml, se tienen cantidades estequimétricas, es decir, ambs reactivs se cnsumen cmpletamente y la cantidad de NaHCOO frmada es: 1 ml NaHCOO 0,1 mml HCOOH = 0,1 ml NaHCOO 1 ml HCOOH Cnsiderand vlúmenes aditivs, la cncentración de la dislución de NaHCOO es: c = 0,1 mml NaHCOO ml disluci n = 0,005 M El frmiat de sdi (NaHCOO) se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: NaHCOO (aq) Na (aq) + HCOO (aq) El in Na n se hidrliza ya que prcede del NaOH (base fuerte). El in HCOO se hidrliza prduciend ines OH según la reacción: HCOO (aq) + H O (l) HCOOH (aq) + OH (aq) Aplicand ls crrespndientes balances y aprximacines se puede escribir: [HCOOH] = [OH ] = x [HCOO ] = c [OH ] = c x siend c la cncentración inicial de NaHCOO. La expresión de la cnstante queda cm: K = [HCOOH] [OH ] [HCOO ] = x c x

28 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 24 El valr de la cnstante de basicidad (hidrólisis) del frmiat se calcula mediante la siguiente expresión: K = K K K = 1,0 10 = 6,3 10 1,6 10 Cm se cumple que: c K > 100 se puede realizar la aprximaci n c [OH ] c cn l que la ecuación anterir queda cm: K = [OH c [OH ] = K c [OH ] = 6,3 10 0,005 = 5,6 10 M poh = lg 5,6 10 = 6,25 ph = 14 poh = 14 6,25 = 7, Se disuelven 3 g de ácid acétic en 500 ml de agua bteniéndse una dislución cuy ph = 2,87. Calcula: a) La cncentración de cada especie en el equilibri. b) La cnstante de disciación del ácid acétic. c) El prcentaje de ácid acétic inizad. d) El vlumen de dislución de hidróxid de sdi 10 M necesari para neutralizar 20 ml de la dislución anterir. (Asturias 2006) a) El ácid acétic (CH COOH), abreviadamente HAc, es un ácid débil que se discia parcialmente según el equilibri: HAc (aq) + H O (l) Ac (aq) + H O (aq) Supniend que la adición de HAc al agua n prduce variación de vlumen, la cncentración de la dislución es: c = Si ph = 2,87: 3 g AcH 1 ml HAc 0,5 L disluci n 60 g HAc = 0,1 M [H O ]= 10 = 10, M [H O ]= 1,35 10 M Aplicand ls crrespndientes balances y aprximacines se btiene: [ ] = [ ] = 1,35 10 M [HAc] = c [H O ] [HAc] = 0,1 1,35 10 M = 9,87 10 M siend c la cncentración inicial de HAc.

29 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 25 b) Sustituyend ests valres en la expresión de la cnstante queda: K = [Ac ] [H O ] [AcH] K = 1, ,87 10 = 1,84 10 c) El grad de disciación del ácid AcH es: α = [Ac ] [AcH] = x c α = 1,35 10 = 1, ,35% 0,1 d) La ecuación química ajustada crrespndiente a la reacción entre NaOH y HAc es: NaOH (aq) + HAc (aq) NaAc (aq) + H O (l) Relacinand HAc cn NaOH: 0,1 mml HAc 20 ml HAc 0,1 M 1 ml HAc 0,1 M = 2 mml HAc 1 mml NaOH 1 ml NaOH 10 M 2 mml HAc 1 mml HAc 10 mml NaOH = 2000 ml NaOH 10 M Respnde, raznand la respuesta, a las siguientes cuestines: a) El in bicarbnat,, puede tener cmprtamient anfóter. b) Un zum de naranja tiene ph = 3,2. Cuál es la cncentración de ines H 3 O +? Y la de ines OH? c) Al dislver una sal en agua se puede tener un ph básic? (Canarias 2007) a) Una sustancia es anfótera cuand es capaz de actuar tant cm ácid cm base. El in bicarbnat, HCO, es un ejempl típic de anfóter. Frente a una base cede prtnes y el se cmprta cm ácid: (aq) + (aq) (aq) + (l) Frente a un ácid capta prtnes y el se cmprta cm base: (aq) + (aq) (aq) + (l) b) Si ph = 3,2: [H O ]= 10 = 10, M [H O ]= 6,3 10 M El prduct iónic del agua prprcina la relación entre [H O ] y [OH ] en cualquier dislución acusa: [H O ] [OH ] = De aquí se puede calcular el valr de [OH ] de la dislución: [OH ] = K w [H O ] OH = 1,0 10 6,3 10 = 1,6 10 M

30 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 26 c) Para que la dislución de una sal en agua tenga un ph básic es necesari que la sal prceda de una base fuerte y de un ácid débil, cm pr ejempl, NaF. La dislución del NaF en agua prduce la inización de la sal: NaF (aq) Na (aq) + F (aq) El in Na n se hidrliza ya que prcede del NaOH (base fuerte). El in se hidrliza prduciend ines OH según la reacción: F (aq) + H O (l) HF (aq) + OH (aq) El medi cntiene ines OH, pr tant, la dislución tiene carácter básic y su ph > La realización de un ejercici físic da lugar a la frmación de ácid láctic (HLac) en ls músculs Cuál sería el ph del fluid muscular cuand la cncentración de ácid láctic es de 1,0 10 M? (Dat. (HLac) = 8,4 10 ) El ácid láctic (HLac) se encuentra parcialmente inizad de acuerd cn la ecuación: HLac (aq) + H O (l) Lac (aq) + H O (aq) Aplicand ls crrespndientes balances y aprximacines se btiene: [H O ] = [Lac ] y [HLac] = c [H 3 O + ] (Canarias 2007) siend c la cncentración inicial de HLac. Sustituyend ests valres en la expresión de la cnstante queda: K = [Lac ] [H O ] [HLac] = x c x sustituyend: 8,4 10 = x 1,0 10 x x = [H O ] = 5,9 10 M ph = lg 5,9 10 = 3, A partir de ls valres de que se indican, razna en qué sentid se desplazaría el equilibri siguiente: HCN + + HF (Dats. (HF) = 6,8 10 y (HCN) = 4,9 10 ) (Canarias 2007) Para pder determinar en qué sentid se desplaza la reacción se ha de tener en cuenta ls valres de las cnstantes ácidas de cada un de ls ácids implicads en el equilibri. Cmparand dichas cnstantes:

31 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 27 K = 6,8 10 K = 1,4 10 4,9 10 Est quiere decir que el ácid flurhídric, HF, es un ácid much más fuerte que el ácid cianhídric, HCN. El HF tiene mayr tendencia que el HCN para ceder un prtón. Pr tant, el equilibri prpuest se encuentra desplazad hacia la izquierda Se tiene una dislución que cntiene 2,45 g de la sal NaCN en 500 ml de agua. Calcula: a) El ph de la dislución. b) El prcentaje de sal hidrlizada. (Dat. ( ) = 2,04 10 ) (Canarias 2007) a) Supniend que la adición de NaCN al agua n prduce variación de vlumen, la cncentración de la dislución es: c = 2,45 g NaCN 1 ml NaCN 0,5 L disluci n 49 g NaCN = 0,1 M El cianur de sdi (NaCN) se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: NaCN (aq) Na (aq) + CN (aq) El in Na n se hidrliza ya que prcede del NaOH (base fuerte). El in CN se hidrliza prduciend ines OH según la reacción: CN (aq) + H O (l) HCN (aq) + OH (aq) Aplicand ls crrespndientes balances y aprximacines se puede escribir: [HCN] = [OH ] = x [CN ] = c [OH ] = c x siend c la cncentración inicial de NaCN. La expresión de la cnstante queda cm: K = [HCN] [OH ] [CN ] El valr de la cnstante de basicidad (hidrólisis) del cianur se calcula mediante la siguiente expresión: K = K K K = 1,0 10 = 4,9 10 2,04 10 Cm se cumple que: c K > 100 se puede realizar la aprximaci n c [OH ] c cn l que la ecuación anterir queda cm:

32 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 28 K = [OH c [OH ] = K c [OH ] = 4,9 10 0,1 = 7,0 10 M poh = lg 7,0 10 = 5,15 ph = 14 poh = 14 5,15 = 8,85 b) El grad de hidrólisis del cianur es: α = [HCN] [CN ] = x c α = 7,0 10 = 7,0 10 7,0 10 % 0, El azul de brmtiml es un indicadr ácid base. Cuand en la dislución hay un 90,9%, más, de la frma mlecular n inizada, la dislución es claramente de clr amarill. En cambi, es suficiente la presencia de un 80,0% de la frma inizada para que la dislución sea claramente de clr azul. a) Determine el interval de ph para el viraje del clr del indicadr. b) Si se mezclan 20 ml de ácid clrhídric 0,03 M cn 50 ml de hidróxid sódic 0,01 M y se le añaden unas gtas del indicadr azul de brmtiml, indique raznadamente cuál será el clr de la dislución. (Dat. La cnstante de acidez del azul de brmtiml es, a 25 C, = 1,0 10 ) (Galicia 2007) a) El azul de brmtiml es un ácid débil. Sea HAzB su frma n inizada y AB su base cnjugada. Al dislver azul de brmtiml en agua se prduce el siguiente equilibri químic de disciación del ácid: HAzB (aq) + H O (l) AzB (aq) + H O (aq) amarill En el equilibri se cumple: azul K a = [AzB ] [H O ] [HAzB] [H O ] = K a [HAzB] [AzB ] Cuand en la dislución hay un 90,9% de frma mlecular, ABH, naturalmente habrá un 9,1% de frma inizada, AzB, y la dislución presentará un clr amarill. La cncentración de H O en esta situación será: [H O 90,9 ] = 1,0 10 9,1 = 9,99 10 M ph = lg 9,99 10 = 6,0 Pr el cntrari, cuand en la dislución hay un 80,0% de frma inizada del indicadr, AzB, habrá un 20,0% de frma n inizada, ABH, predminand el clr azul en la dislución. La cncentración de H O será: [H O 20,0 ] = 1, ,0 = 2,50 10 M y el ph: será:

33 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 29 ph = lg 2,50 10 = 6,0 El indicadr azul de brmtiml cambia de clr en el interval de ph cmprendid entre ls valres 6,0 y 7,6: 6,0 ph 7,6 b) Est se crrespnde cn una reacción de neutralización de un ácid fuerte (HCl) cn una base fuerte (NaOH), pr l que si la dislución presenta clr, en las cndicines de mezcla del enunciad, será debid a la especie que se encuentra en exces en el medi, de acuerd cn el equilibri escrit en el apartad a). Así pues, el númer de mles de HCl y de NaOH que se mezclan será: 0,03 mml HCl 20 ml HCl 0,03 M 1 ml HCl 0,03 M = 0,6 mml HCl 0,01 mml NaOH 50 ml NaOH 0,01 M 1 ml NaOH 0,01 M = 0,5 mml NaOH Teniend en cuenta que la reacción es 1:1, habrá 0,1 mml de HCl en exces; pr cnsiguiente hay un exces de ácid y la dislución presentará un clr azul Se tiene amniac del 25% de riqueza y densidad 0,91 g/ml. Calcula: a) El vlumen del mism para preparar 1 L de dislución 0,2 M. b) El ph de esta nueva dislución. c) El ph de una dislución preparada cn 0,5 g de clrur de amni y 250 ml de una dislución de amniac 0,01 M. (Dat. ( ) = 1,8 10 ) (Asturias 2007) a) Para preparar 1 L de NH 0,2 M: 1 L NH 0,2 M 0,2 ml NH 1 L NH 0,2 M 17 g NH 1 ml NH = 3,4 g NH Cm se dispne de dislución cmercial de riqueza 25%: 3,4 g NH 100 g NH 25% 25 g NH 1mL NH 25% 0,91 g NH 25% = 15 ml b) La ecuación química crrespndiente a la inización del NH en dislución acusa es: NH (aq) + H O (l) NH (aq) + OH (aq) Aplicand ls crrespndientes balances y aprximacines se puede escribir: [NH ] = [OH ] = x [NH ] = c [OH ] = c x siend c la cncentración inicial de NH. La expresión de la cnstante queda cm: K = [NH ] [OH ] [NH ]

34 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 30 Cm se cumple que: c K > 100 se puede realizar la aprximaci n c [OH ] c cn l que la ecuación anterir queda cm: K = [OH c [OH ] = K c [OH ] = 1,8 10 0,2 = 1,9 10 M poh = lg 1,9 10 = 2,72 ph = 14 poh = 14 2,72 = 11,28 c) El equilibri crrespndiente a una dislución reguladra frmada pr NH y NH Cl es: NH (aq) + H O (l) NH (aq) + OH (aq) La expresión de la cnstante de basicidad es: K = [NH ] [OH ] [NH ] [OH ] = K [NH ] [NH ] Tmand lgaritms y multiplicand pr 1 se btiene la ecuación de Hendersn Hasselbach que permite calcular el ph de una dislución reguladra: poh = pk + lg NH NH ph = 14 pk lg NH NH K = 1,8 10 pk = 4,74 La cncentración de NH Cl supniend que al dislverl en la dislución de NH n hay variación de vlumen es: NH = 0,5 g NH Cl 0,25 L disluci n Sustituyend en la expresión de Hendersn: ph = 14 4,74 lg 0,037 0,01 = 8,69 1 ml NH Cl 53,5 g NH Cl = 0,037 M Cuand 3,10 g de una muestra de nitrit de sdi se calientan cn un exces de clrur de amni, el vlumen de nitrógen recgid sbre agua a 22 C es de 567,3 medids a 741 Trr. Se pide: a) Ajustar la reacción que tiene lugar. b) Determinar el vlumen que cuparía el nitrógen recgid, una vez sec, en cndicines nrmales. c) Calcular la riqueza de la muestra de nitrit de sdi calentada. d) Si el exces de clrur de amni que fue de 4,7 g se lleva a 250 ml de agua pura, indicar el ph de la dislución resultante. (Dats. Presión de vapr del agua a 22 C = 20,5 Trr; (hidróxid de amni) = 1,8 10 ) (Asturias 2007)

35 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 31 a) La ecuación química ajustada crrespndiente a la reacción entre NaNO y NH Cl es: (s) + (s) (g) + NaCl (s) + 2 (g) b) El vlumen que cupa el N (g) sec en cndicines nrmales es: 74120,5 Trr 567,3 cm K = 760 Trr V 273 K V = 497,7 c) Relacinand N cn NaNO : 567,3 cm N 1 ml N cm N 1 ml NaNO 1 ml N 69 g NaNO 1 ml NaNO = 1,53 g NaNO La riqueza de la muestra es: 1,53 g NaNO 3,10 g muestra 100 = 49,5% d) La cncentración mlar de la dislución de NH Cl btenida es: c = 4,7 g NH Cl 250 ml disluci n 1 ml NH Cl 10 3 ml disluci n = 0,35 M 53,5 g NH ClNH Cl 1 L disluci n El clrur de amni (NH Cl) se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: NH Cl (aq) NH (aq) + Cl (aq) El in Cl n se hidrliza ya que prcede del HCl (ácid fuerte). El in NH se hidrliza prduciend ines H O según la reacción: NH (aq) + H O (l) NH (aq) + H O (aq) Aplicand ls crrespndientes balances y aprximacines se puede escribir: [NH ] = [H 3 O ] = x [NH ] = c [H 3 O ] = c x siend c la cncentración inicial de NH Cl. La cnstante de acidez del amni es: K = [NH ] [H 3 O ] [NH ] = x c x El valr de la cnstante de acidez (hidrólisis) del amni se calcula mediante la siguiente expresión: K = K K K = 1,0 10 = 5,8 10 1,8 10 Cm se cumple que: c > 100 se puede realizar la aprximaci n c [H K O ] c

36 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 32 cn l que la ecuación anterir queda cm: K = [H O c [H O ] = K c [H O ] = 5,8 10 0,35 = 1,4 10 M ph = lg 1,4 10 = 4, Discute, raznadamente, las siguientes afirmacines: a) Si se añade agua destilada a una dislución de ph = 4, aumenta la cncentración de prtnes. b) Si se añade clrur de amni ( ) a una dislución de ph = 7, disminuye el ph. (Canarias 2008) (Canarias 2011) a) Fals. Al añadir agua a la dislución disminuye su cncentración y, pr tant, también disminuye [H O ]. b) Verdader. El clrur de amni (NH Cl) se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: NH Cl (aq) NH (aq) + Cl (aq) El in Cl n se hidrliza ya que prcede del HCl (ácid fuerte). El in NH se hidrliza prduciend ines H O según la reacción: NH (aq) + H O (l) NH (aq) + H O (aq) Cm se bserva, aumenta [H O ] pr l que el ph disminuye Señala si sn verdaderas falsas las siguientes afirmacines justificand las respuestas Cuand a una dislución de amníac (NH 3 ) se le añade clrur de amni (NH 4 Cl): a) Aumenta el grad de disciación del amníac. b) El ph disminuye. (Canarias 2008) La ecuación química crrespndiente a la inización del NH es: NH (aq) + H O (l) NH (aq) + OH (aq) La expresión de la cnstante de basicidad es: K = [NH ] [OH ] [NH ] Si a la dislución de NH se le añade clrur de amni (NH Cl) se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: NH Cl (aq) NH (aq) + Cl (aq) de acuerd cn el principi de Le Châtelier, el equilibri se desplaza en el sentid en el que se cnsuma el NH añadid, es decir, que este reaccine cn ls ines OH y que se frme NH, pr tant, al alcanzarse de nuev el equilibri se bserva que:

37 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 33 disminuye OH equilibri desplazad hacia la izquierda aumenta NH a) Fals. El equilibri se ha desplazad hacia la frmación de NH pr l que el grad de disciación de este disminuye. b) Verdader. El valr de [OH ] disminuye y según la relación, K = [H O ] [OH ], el valr de [H O ] aumenta, y cm ph = lg [H O ], el ph de la dislución disminuye Se disuelven 6,8 g de amníac en la cantidad de agua necesaria para btener 500 ml de dislución. Calcula: a) El ph de la dislución. b) El vlumen de ácid sulfúric 0,10 M que se necesitará para neutralizar 20 ml de la dislución anterir. (Dat. (amníac) = 1,8 10 ) a) La cncentración inicial de la dislución es: c = 6,8 g NH 1 ml NH 10 3 ml disluci n = 0,8 M 500 ml disluci n 17 g NH 1 L disluci n La ecuación química crrespndiente a la inización del NH 3 en dislución acusa es: NH (aq) + H O (l) NH (aq) + OH (aq) Aplicand ls crrespndientes balances y aprximacines se puede escribir: (Canarias 2008) [NH ] = [OH ] = x [NH ] = c [OH ] = c x siend c la cncentración inicial de NH. La expresión de la cnstante queda cm: K = [NH ] [OH ] [NH ] Cm se cumple que: c K > 100 se puede realizar la aprximaci n c [OH ] c cn l que la ecuación anterir queda cm: K = [OH c [OH ] = K c [OH ] = 1,8 10 0,8 3,8 10 M poh = lg 3,8 10 = 2,42 ph = 14 poh = 14 2,42 = 11,58

38 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 34 b) La ecuación química crrespndiente a la reacción de neutralización entre NH y H SO es: 2 NH (aq) + H SO (aq) NH SO (aq) + 2 H O (l) El númer de mmles de NH a neutralizar es: 20 ml NH 0,8 M 0,8 mml NH 1 ml NH 0,8 M = 16 mml NH Relacinand NH cn H SO : 16 mml NH 1 mml H SO 2 mml NH 1 ml H SO 0,10 M 0,10 mml H SO 0,8 M = 80 ml 0,10 M Sea un aminácid, CHR, cuys valres de, para las funcines ácida y básica sn = 5 y = 8, respectivamente. Teniend en cuenta que la expresión matemática, que relacina el ph de una dislución acusa de un aminácid en agua cn ls valres de de las funcines ácida y básica, es: ph = ½ ( + ) a) En una dislución acusa de este aminácid, de cncentración 10 M, cuáles sn ls diverss ines presentes? Escribir ls equilibris (1) e (2), cuyas cnstantes de equilibri sn y. Calcúlese la cncentración de dichs ines. b) Si a la dislución precedente se le añade una dislución de ácid clrhídric, HCl de cncentración C, qué currirá cn ls equilibris (1) y (2)? Cuál será el in del aminácid que se encntrará en menr cncentración? (Galicia 2008) a) Las características de ls aminácids están determinadas pr la presencia en su estructura de un grup amin y de un grup carbxil libres, l que les cnfiere carácter anfóter. Este carácter anfóter hace que al dislverse la mlécula de aminácid se establezca un prces tautméric cuya cnstante es del rden de 10 10, l que indica que en dislución esté favrecid un in diplar frente a la especie neutra. NH 2 CHR COOH +NH 3 CHR COO Debid a ls grups funcinales presentes en la mlécula se establecen ds equilibris ácidbase cnsecutivs: K + 1 H 3 N-CHR-COOH + H 3 N-CHR-COO - + H+ K 2 H 2 N-CHR-COO - + H + Un esquema más cmplet sería: (esquema 1)

39 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 35 K 1 H 2 N-CHR-COOH K 2 + H 3 N-CHR-COOH K H 2 N-CHR-COO - T (esquema 2) Pr cnsiguiente, ls ines presentes en el medi serían: H +, + H 3N CHR COO, + H 3N CHR COOH, OH Además de ls ds equilibris anterires crrespndientes al aminácid, es necesari tener en cuenta el equilibri de disciación del agua: 2 H O H O + OH K = 10 Para calcular [H O ] y [OH ], bastará cn tener en cuenta la expresión para el ph dada en el enunciad, ls valres de pk 1 y pk 2, y además será necesari tener en cuenta la cnstante del equilibri de disciación del agua: ph = ½ (pk + pk ) ph = ½ (5 + 8) = 6,5 de dnde se btiene que [H O ]= 10 [H O ]= 10, = 3,16 10 M [OH ] = K 1 K 2 + H 3 N-CHR-COO K - 1 K [H O ] 10 [OH ] = 3,16 10 = 3,16 10 M Para calcular la cncentración de cada un de ls ds ines presentes es necesari utilizar cada una de las expresines crrespndientes a ls equilibris anterires (esquema 1): K 1 = [+NH 3 CHR COO ] [H ] [+NH 3 CHR COOH] se btiene K 1 [H ] = [+NH 3 CHR COO ] [+NH 3 CHR COOH] I K 2 = [NH 2 CHR COO ] [H ] [+NH 3 CHR COO ] se btiene K 2 [H ] = [NH 2 CHR COO ] [+NH 3 CHR COO ] II De esta frma se llega a una relación entre las especies iónicas de ls aminácids, para btener la cncentración de cada una de ellas será necesari realizar un balance de materia de ls aminácids, teniend en cuenta ls equilibris anterires: [NH 2 CHR COOH t = [NH 2 CHR COO ] + [+NH 3 CHR COO ] + [+NH 3 CHR COOH] III La cncentración de las especies H 2 N CHR COO y + H 3 N CHR COOH se despeja de las expresines de K 2 e K 1 respectivamente y se sustituyen en la ecuación (III), bteniend de esta frma:

40 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 36 [NH 2 CHR COOH t = se btiene K 2 [H ] [+NH 3 CHR COO ] + [+NH 3 CHR COO ] + H K 1 [+NH 3 CHR COO ] NH 2 CHR COOH t +NH 3 CHR COO K 2 H 1 H K 1 de dnde +NH 3 CHR COO K 1 H NH 2 CHR COOH t K 1 K 2 K 1 H H sustituyend [+NH 3 CHR COO ] = 0,1 De la ecuación (I) se btiene: 10 10, , +10, 2 = 0,094 M [+NH 3 CHR COOH] = [H+ ] [+NH K 3 CHR COO ] = 10, ,094 = 2,97 10 M De la ecuación (II) se btiene: [NH 2 CHR COO ] = K 2 [H + ] [+NH 3 CHR COO ] = 10 10, 0,094 = 2,97 10 M b) Tal cm se indica en el apartad a), en el esquema 1, la adición de HCl hace que el equilibri se desplace hacia la frmación de la especie iónica: + H 3 N CHR COOH y, pr tant el in del aminácid que se encntrará en menr cncentración será la especie H 2 N CHR COO % [ ] ph %[AH+] %[A] %[ A-] En un labratri se tienen ds matraces, un cnteniend 15 ml de HCl cuya cncentración es 0,05 M y el tr 15 ml de ácid etanic ( ) de cncentración 0,05 M. Calcula: a) El ph de cada una de las ds dislucines. b) El vlumen de agua que debe añadirse a la dislución más ácida para que el ph de las ds sea el mism. (Dat. ( ) = 1,8 10 ) (Canarias 2008) (Canarias 2011)

41 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 37 a) Se trata de ds dislucines ácidas: HCl (ácid fuerte) cmpletamente inizad, y CH COOH (ácid débil) parcialmente inizad. Cm se dispne del mism vlumen de ambas dislucines y las cncentracines iniciales respectivas sn iguales, la dislución de HCl tiene mayr [ ] l que hace sea más ácida. El HCl es un ácid fuerte cmpletamente inizad: HCl (aq) + H O (l) Cl (aq) + H O (aq) Haciend un balance de materia se tiene que: [HCl] 0 = [H O ] = 0,05 M El ph de la dislución es: ph = lg 0,05 = 1,30 La ecuación química crrespndiente a la inización del CH COOH en dislución acusa es: CH COOH (aq) + H O (l) CH COO (aq) + H O (aq) Aplicand ls crrespndientes balances y aprximacines se btiene: [H O ] = [CH COO ] y [CH COOH] = c [H O ] siend c la cncentración inicial de CH COOH. Sustituyend ests valres en la expresión de la cnstante queda: K = [CH COO ] [H O ] [CH COOH] Cm se cumple que: c K > 100 se puede realizar la aprximaci n c [H O ] c cn l que la ecuación anterir queda cm: K = [H O c [H O ] = K c [H O ] = 1,8 10 0,05 = 9,4 10 M ph = lg 9,4 10 = 3,03 b) Cm la dislución de HCl, es más ácida, es decir tiene mayr [H O ], es a la que hay que añadir agua hasta que el valr de [H O ] se iguale al de la dislución de CH COOH. Ls mmles de H O cntenids en la dislución de HCl sn: 0,05 mml HCl 15 ml HCl 0,05 M 1 ml HCl 0,05 M = 0,75 mml HCl Cnsiderand vlúmenes aditivs y aplicand el cncept de mlaridad:

42 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 38 0,75 mml HCl 15+V ml disluci n 1 mml H O 1 mml HCl = 9,4 10 M V = 783 ml a) Indica cóm será el ph de una dislución 1 M de NaCl; ; y. b) En el cas de añadir gtas de NaOH 10 M a cada una de ellas, señalar cóm variará el ph. Justifica las respuestas. (Dats. ( ) = ( ) = 1,8 10 ) (Canarias 2009) a) El clrur de sdi, NaCl, se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: NaCl (aq) Na (aq) + Cl (aq) El in Na n se hidrliza ya que prcede del NaOH (base fuerte). El in Cl n se hidrliza ya que prcede del HCl (ácid fuerte). Ls únics H O y OH del medi ls suministra el H O, pr tant, la dislución tiene carácter NEUTRO y el ph = 7. El acetat de sdi,, se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: CH COONa (aq) Na (aq) + CH COO (aq) El in Na n se hidrliza ya que prcede del NaOH (base fuerte). El in CH COO se hidrliza prduciend ines OH según la reacción: CH COO (aq) + H O (l) CH COOH (aq) + OH (aq) El medi cntiene ines OH, pr tant, la dislución tiene carácter BÁSICO y el ph > 7. El clrur de amni,, se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: NH Cl (aq) NH (aq) + Cl (aq) El in Cl n se hidrliza ya que prcede del HCl (ácid fuerte). El in NH se hidrliza prduciend ines H O según la reacción: NH (aq) + H O (l) NH (aq) + H O (aq) El medi cntiene ines H O, pr tant, la dislución tiene carácter ÁCIDO y el ph < 7. En dislución acusa el se encuentra disciad cm: CH COONH (aq) NH (aq) + CH COO (aq) El in NH se hidrliza prduciend ines H O según la reacción: NH (aq) + H O (l) NH (aq) + H O (aq) El in CH COO se hidrliza prduciend ines OH según la reacción:

43 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 39 CH COO (aq) + H O (l) CH COOH (aq) + OH (aq) En la hidrólisis del se prducen tant ines OH cm ines H O. Las cncentracines de ls misms en la dislución sn idénticas, ya que la cncentración inicial es la misma para ambs. El valr de las cnstantes de acidez y basicidad de ambs ines es: K = K K K = 1,0 10 = 5,6 10 1,8 10 K = K K K = 1,0 10 = 5,6 10 1,8 10 Se trata de una hidrólisis dble, la dislución es NEUTRA y el ph = 7. b) En dislución acusa el NaOH, base fuerte, se encuentra disciad cm: NaOH (aq) OH (aq) + Na (aq) Al añadir unas gtas de NaOH 10 M a la dislución de neutra de NaCl, aumenta la cncentración de ines OH en la dislución resultante, que se vuelve básica y el ph > 7. Al añadir unas gtas de NaOH 10 M a la dislución básica de, aumenta la cncentración de ines OH en la dislución resultante, que sigue siend básica y el ph > 7. Al añadir unas gtas de NaOH 10 M a la dislución ácida de, disminuye la cncentración de ines H 3 O + en la dislución resultante, que sigue siend ácida y el ph < 7. Al añadir unas gtas de NaOH 10 M a la dislución de neutra de, aumenta la cncentración de ines OH en la dislución resultante, que se vuelve básica y el ph > A 25 C, una dislución 0,1 M de amníac tiene un ph de 11,12. Determina la cnstante de basicidad del amníac y la de acidez del in amni. (Canarias 2009) La ecuación química crrespndiente a la inización del NH en dislución acusa es: NH (aq) + H O (l) NH (aq) + OH (aq) Aplicand ls crrespndientes balances y aprximacines se puede escribir: [NH ] = [OH ] = x [NH ] = c [OH ] = c x siend c la cncentración inicial de NH. La expresión de la cnstante queda cm: K = [NH ] [OH ] [NH ] El valr de [H O ] para una dislución que tiene un ph = 11,12 es: [H O ] = 10 [H O ] = 10, M = 7,59 10 M

44 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 40 El valr de [OH ] de dicha dislución es: [OH ] = Sustituyend: 1,0 10 7,59 10 = 1,32 10 M K = 1,32 10 = 1, ,1 1,32 10 La cnstante de acidez del NH se calcula mediante la expresión: K = K K K = 1,0 10 = 5, , a) A un estudiante de química le piden la cncentración de ácid láctic,, en un vas de leche. Para ell determina la cncentración de ines hidrni bteniend cm resultad 3,09 10 M. Qué valr debería dar? b) Le dicen que el ph de una taza de café (a 25 C) es 5,12. Cuál será la cncentración de ines hidrni en el café? c) Si se mezclan 125 ml del café anterir cn un vlumen igual de leche, cuál será el ph del café cn leche btenid? Dats. Cnsidera que la leche es una dislución acusa y que tda su acidez se debe al ácid láctic y que éste es un ácid mnprótic. (25 C ácid láctic) = 1, Supner vlúmenes aditivs. (Canarias 2009) a) La ecuación química crrespndiente a la inización del ácid láctic (HC H O ), abreviadamente HLac, en dislución acusa es: HLac (aq) + H O (l) Lac (aq) + H O (aq) Aplicand ls crrespndientes balances y aprximacines se btiene: [H O ] = [Lac ] y [HLac] = c [H 3 O + ] siend c la cncentración inicial de HLac. Sustituyend ests valres en la expresión de la cnstante queda: K = [Lac ] [H O ] [HLac] = x c x sustituyend: 8,4 10 = 3,09 10 c 3,09 10 c = 7,13 10 M b) El valr de [H O ] para un café cuy ph = 5,12 es: [H O ] = 10 [H O ] = 10, M = 7,59 10 M

45 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 41 c) Si a la leche (dislución de ácid láctic) se le añade café (ácid). De acuerd cn el principi de Le Châtelier, el equilibri se desplaza en el sentid en el que se cnsuman ls H O añadids, es decir hacia la frmación de ácid láctic sin disciar. N bstante, cm [H O >> [H O é se puede cnsiderar que el ph de la dislución resultante apenas disminuye y es el de la leche inicial El nitrat de amni es un sólid blanc cristalin, btenid pr reacción entre el (aq) y el (aq) a temperatura ambiente, que se utiliza cm fertilizante nitrgenad y explsiv. En la descmpsición térmica del nitrat de amni fundid, a C, se btiene agua y un gas inclr, óxid de nitrógen (I) (también llamad óxid de dinitrógen u óxid nitrs), caracterizad pr sus leves prpiedades anestésicas. a) Calcula el ph de la dislución de amníac, utilizada para la frmación del nitrat de amni, sabiend que 2 g de amníac, se disuelven en agua enrasand en un matraz afrad de 500 ml. b) Escribe y ajusta la reacción de la descmpsición térmica del nitrat de amni fundid. c) Calcula la cantidad de nitrat de amni del 90% de pureza necesari para prducir 200 ml de agua a 20 C y 1 atmósfera de presión. (Dats. Cnstante de basicidad: ( ) = 1,8 10 ; cnstante R = 0,082 atm L ) a) La cncentración inicial de la dislución es: c = 2 g NH 1 ml NH 10 3 ml disluci n = 0,235 M 500 ml disluci n 17 g NH 1 L disluci n La ecuación química crrespndiente a la inización del NH en dislución acusa es: NH (aq) + H O (l) NH (aq) + OH (aq) Aplicand ls crrespndientes balances y aprximacines se puede escribir: (Asturias 2009) [NH ] = [OH ] = x [NH ] = c [OH ] = c x siend c la cncentración inicial de NH. La expresión de la cnstante queda cm: K = [NH ] [OH ] [NH ] Cm se cumple que: c K > 100 se puede realizar la aprximaci n c [OH ] c cn l que la ecuación anterir queda cm: K = [OH c [OH ] = K c [OH ] = 1,8 10 0,235 = 2,1 10 M poh = lg 2,1 10 = 2,69 ph = 14 poh = 14 2,69 = 11,31

46 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 42 b) La ecuación química ajustada crrespndiente a la descmpsición térmica del NH NO es: (l) (g) + 2 (g) c) Cnsiderand cmprtamient ideal el númer de mles de H O a prducir es: n = 1 atm 200 ml 0,082 atm L ml K K Relacinand H O y NH NO : 8,3 10 ml H O 1 ml NH NO 2 ml H O Cm se dispne de NH NO del 90% de riqueza: 1 L 10 3 ml = 8,3 10 ml H O 80 g NH NO 1 mml NH NO = 0,33 g NH NO 0,33 g NH NO 100 g NH NO 90% 90 g NH NO = 0,37 g 90% Se dispne en el labratri de una dislución de ácid nítric,, del 36% de riqueza y densidad 1,18 kg. Teniend en cuenta que le ácid nítric es un ácid fuerte, calcula: a) La mlaridad de la dislución de inicial. b) El ph de la dislución resultante de añadir 5mL de la dislución de inicial a 600 ml de agua. c) El ph de la dislución resultante de mezclar 125 ml de la dislución de del apartad anterir cn 175 ml de una dislución de NaOH de cncentración 0,075 M. (Canarias 2010) a) La cncentración inicial de la dislución es: c = 36 g HNO 1 ml HNO 10 3 g disluci n 100 g disluci n 63 g HNO 1 kg disluci n 1,18 kg disluci n 1 L disluci n = 6,74 M b) Cnsiderand vlúmenes aditivs, la cncentración de la nueva dislución es: c = 5 ml HNO 6,74 M ml disluci n 6,74 mml HNO 1 ml HNO 6,74 M = 0,056 M La ecuación química crrespndiente a la inización del HNO en dislución acusa es: HNO (aq) + H O (l) NO (aq) + H O (aq) Pr tratarse de un ácid fuerte: [H O ] = [HNO ] = c = 0,056 M ph = lg 0,056 = 1,25 c) La ecuación química crrespndiente a la reacción de neutralización entre NaOH y HNO es: HNO (aq) + NaOH (aq) NaNO (aq) + H O (l) El númer de mmles de cada una de las sustancias es:

47 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) ml HNO 0,056 M 0,056 mml HNO 1 ml HNO 0,056 M = 7 mml HNO 0,075 ml NaOH 175 ml NaOH 0,075 M 1 ml NaOH 0,075 M = 13,1 mml NaOH 13,1 mml NaOH 7 mml HNO = 1,9 Cm la relación mlar es > 1 quiere decir que sbra NaOH, pr l que es el reactiv limitante. Relacinand HNO cn NaOH: 7 mml HNO 1 mml NaOH 1 mml HNO = 7 mml NaOH 13,1 mml NaOH inicial 7 mml NaOH gastad = 6,1 mml NaOH exces La cncentración de la dislución resultante, cnsiderand vlúmenes aditivs, es: 6,1 mml NaOH ml disluci n = 0,02 M El nitrat de sdi frmad, NaNO, se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: 2) El nitrat de sdi,, se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: NaNO (aq) Na (aq) + NO (aq) El in Na n se hidrliza ya que prcede del NaOH (base fuerte). El in NO n se hidrliza ya que prcede del HNO (ácid fuerte). El ph del medi se debe a la dislución de NaOH sbrante. El NaOH, es una base fuerte, que en dislución acusa se puede cnsiderar que discia ttalmente de la siguiente frma: NaOH (aq) Na (aq) + OH (aq) Pr tratarse de una base fuerte: [OH ] = [NaOH] = c = 0,02 M poh = lg 0,02 = 1,69 ph = 14 poh = 14 1,69 = 12, Una dislución de ácid nitrs,, tiene un ph = 2,5. Calcula: a) La cncentración de ácid nitrs inicial. b) La cncentración de ácid nitrs en el equilibri. c) El grad de disciación del ácid nitrs en estas cndicines, expresad en prcentaje. (Dat. Cnstante de acidez del ácid nitrs, = 4,5 10 ) (Canarias 2010) a b) El ácid nitrs (HNO ), es un ácid débil que se discia parcialmente según el equilibri: HNO (aq) + H O (l) NO (aq) + H O (aq) El valr de [H O ] para una dislución cuy ph = 2,5 es:

48 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 44 [H O ] = 10 [H O ] = 10, M = 3,2 10 M La tabla de cncentracines crrespndiente al equilibri es: HNO NO H O c inicial c c transfrmad x c frmad x X c equilibri c x x X Sustituyend en la expresión de K : K = [NO ] [H O ] [HNO ] = x c x 4,5 10 = 3,2 10 c 3,2 10 c = 2,5 10 M [HNO ] = 2,5 10 3,2 10 = 2,3 10 M c) El grad de disciación del ácid HNO es: α = [NO ] [HNO ] = x c α = 3,2 10 = 0,13 13% 2, Se quiere preparar una dislución de ácid clrhídric 0,10 M a partir de una dislución de ácid clrhídric cmercial cntenid en un frasc en cuya etiqueta se lee que la densidad es aprximadamente 1,19 g/ml y de riqueza aprximada 37% en masa. a) Hallar la cantidad necesaria del ácid cmercial para preparar 500 ml de dislución 0,1 M. Al ser aprximads ls dats recgids en la etiqueta del frasc de ácid clrhídric, hay que asegurarse de que la cncentración es crrecta, para l que se tma una muestra de 0,150 g de carbnat de sdi anhidr, se disuelve en agua y se valra cn la dislución ácida. En el punt final se han cnsumid 25,9 ml de dislución de ácid clrhídric 0,1 M. b) Describe cn detalle el prcedimient experimental para realizar la valración. c) Qué errr se ha cmetid a la hra de preparar la dislución? A la hra de realizar la valración se ha dudad en la elección del indicadr entre la fenlftaleína que vira de inclr a rj en el interval de ph de 8 a 10 el verde de brmcresl que vira de amarill a azul en el interval de ph de 4 a 6. d) Qué indicadr es el adecuad para detectar crrectamente el punt final de la valración? a) Aplicand el cncept de mlaridad: (Asturias 2011) 0,1 ml HCl 0,5 L HCl 0,1 M 1 L HCl 0,1 M 36,5 g HCl 1 ml HCl 100 g HCl 37% 37 g HCl 1 ml HCl 37% = 4,1 ml HCl 37% 1,19 g HCl 37% b) Para realizar la valración, se pesa la muestra en un matraz Erlenmeyer de 100 ml, se le añade un pc de agua destilada y se agita hasta su dislución. A cntinuación, se añaden ds gtas del indicadr adecuad. Se llena la bureta cn la dislución de ácid clrhídric 0,1 M, se quita el aire y se enrasa.

49 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 45 Se clca el matraz Erlenmeyer cn la dislución básica baj la bureta, se abre la llave y deja caer, gta a gta, la dislución ácida, a la vez que se imprime un mvimient giratri al matraz, hasta que el indicadr cambie de clr. En ese instante se lee el vlumen de dislución ácida cnsumid. c) La ecuación química crrespndiente a la reacción de neutralización entre Na CO y HCl es: Na CO (aq) + 2 HCl (aq) 2 NaCl (aq) + H CO (aq) Relacinand Na CO y HCl se btiene la cncentración exacta de la dislución ácida: 0,150 g Na CO 1 ml Na CO 2 ml HCl 10 ml HCl 0,1 M 25,9 ml HCl 0,1 M 106 g Na CO 1 ml Na CO 1 L HCl 0,1 M = 0,109 M El errr cmetid al preparar la dislución ha sid: 0,109 0,100 M 100 = 8,3% 0,109 M d) Cm se bserva, ls prducts de la reacción sn NaCl, sal prcedente de ácid fuerte y base fuerte que n sufre hidrólisis y pr ell n afecta al ph de la dislución; y H CO (aq), pr tant, la dislución resultante tendrá un ph ácid (< 7). El indicadr adecuad para esta valración tendrá que tener un pk ácid, es decir, su zna de viraje deberá incluir el ph del punt final de la valración. De acuerd cn este criteri, de ls ds indicadres dads el más adecuad el verde de brmcresl que vira entre ph 4 y Algunas lejías de us dméstic sn dislucines acusas al 5% en pes de hipclrit de sdi que está ttalmente disciad en dislución. El ácid hipclrs tiene un de 7,5. a) Cuál es la mlaridad del hipclrit de sdi en la lejía? b) Frmula la reacción del anión hipclrit, (aq), en agua. Escribe la expresión de la cnstante de quilibri de esa reacción. Qué símbl se suele emplear para designar la cnstante de equilibri de una reacción cm esta? Cuál es el valr núméric de la cnstante de equilibri? Explica las respuestas. d) Si se desea cambiar el ph de la lejía a 6,5 habría que añadir hidróxid de sdi ácid clrhídric? Explica la respuesta. e) En una lejía cuy ph se ha ajustad a 6,5 cuál es el cciente entre base y ácid cnjugad? (Dats. Se supne que la lejía tiene la densidad del agua; = 14) a) La cncentración de esta dislución es: c = 5 g NaClO 100 g lejıá 1 ml NaClO 74,5 g NaClO 1 g lejıá 10 3 ml lejıá = 0,67 M 100 ml lejıá 1 L lejıá b) El hipclrit de sdi (NaClO) se disuelve en agua de acuerd cn la ecuación: NaClO (aq) Na (aq) + ClO (aq) El in Na n se hidrliza ya que prcede del NaOH (base fuerte). El in ClO se hidrliza prduciend ines OH según la reacción: ClO (aq) + H O (l) HClO (aq) + OH (aq) (Galicia 2011)

50 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 46 Aplicand ls crrespndientes balances y aprximacines se puede escribir: [HClO] = [OH ] = x [ClO ] = c [OH ] = c x siend c la cncentración inicial de NaClO. La expresión de la cnstante queda cm: K = [HClO] [OH ] [ClO ] = x c x El valr de la cnstante de basicidad (hidrólisis) del hipclrit se calcula mediante la siguiente expresión: K = K K lgarıtms pk + pk = 14 pk = 14 7,5 = 6,5 K = 10, c) Para calcular el ph de la lejía: 10, = x 0,67 x x = [OH ] = 4,6 10 M poh = lg 4,6 10 = 3,34 ph = 14 poh = 14 3,34 = 10,67 d) Si se desea que el ph baje hasta 6,5 se debe añadir ácid clrhídric, HCl, ya que ls H O liberads pr el ácid reaccinan cn ls OH prducids en la hidrólisis del ClO : ClO + HCl HClO + Cl e) Si el ph de la lejía es 6,5: poh = 7,5 [OH ] = 10, M sustituyend en la expresión de la cnstante de equilibri: [HClO] [ClO ] = [OH ] K [HClO] [ClO ] = 10, 10, = 1 10

51 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) REACCIONES DE PRECIPITACIÓN 9.1. La slubilidad del hidróxid de magnesi en agua pura es 0,6 mg en 50 ml. Calcula su slubilidad en una dislución de hidróxid de sdi de ph = 12. Cmenta ls resultads btenids cn argumentación teórica. (Canarias 1992) El equilibri crrespndiente a la dislución del MgOH es: MgOH (s) Mg (aq) + 2 OH (aq) y su prduct de slubilidad: K = [Mg ] [OH Si la slubilidad mlar del MgOH en agua pura es s: s = 0,6 mg MgOH 50 ml las slubilidades de ls ines sn: 1 mml MgOH 58,3 mg MgOH = 2,1 M [Mg ] = s [OH = 2s Sustituyend en la expresión de K : K = s 2s = 4s K = 4 2,1 10 = 3,7 10 Si una dislución tiene ph = 12: poh = 14 poh = 2 [OH ] = 10 [OH ] = 10 M Sustituyend en la expresión de K se btiene la slubilidad del Mg(OH) 2 en dicha dislución: [Mg ] = K OH [Mg ] = 3, = 3,7 M Cm se bserva, la slubilidad ha disminuid pr la presencia de un in cmún, OH, l cual es cherente cn l que prpne el principi de Le Châtelier, que si se aumenta la cncentración de alguna de las sustancias presentes en el equilibri, en este cas un prduct, el sistema se desplaza en el sentid en el que descienda dicha cncentración, en este cas se frma más precipitad, l que quiere decir que disminuye la slubilidad de la sustancia Si se mezclan 25,0 ml de dislución de NaCl 1,20 10 M, cn 50,0 ml de dislución de 1,00 10 M, precipitará AgCl? Cuáles serán las cncentracines de y en dislución? (Dat. (AgCl) = 1,70 10 ) La ecuación química crrespndiente a la reacción entre Ag SO y NaCl es: Ag SO (aq) + 2 NaCl (aq) 2 AgCl (s) + Na SO (aq) El equilibri crrespndiente a la dislución del AgCl es: (Canarias 1995)

52 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 48 AgCl (s) Ag (aq) + Cl (aq) y su prduct de slubilidad: K = [Ag ] [Cl Para que se frme precipitad, es precis que el prduct iónic: [Ag ] [Cl > K Cnsiderand vlúmenes aditivs, las cncentracines [Ag ] y [Cl ] una vez efectuada la mezcla: [Ag ] = 50 ml Ag 1,00 10 M 2,00 10 mml Ag 1 ml Ag 1,00 10 M = 1,33 10 M ml disluci n [Cl ] = 25 ml Cl 1,20 10 M 1,20 10 mml Cl 1 ml Cl 1,20 10 M = 4,00 10 M ml disluci n Sustituyend en el prduct iónic se btiene: 1, ,00 10 = 5,33 10 Cm se bserva, el prduct iónic es mayr que K, pr tant, sí se frma precipitad de AgCl. Para determinar las cncentracines de ls ines en dislución es precis saber antes la cantidad de precipitad de AgCl frmad. Para ell es necesari saber previamente cuál es el reactiv limitante: 1,00 10 mml Ag SO 50 ml Ag SO = 0,5 mml Ag 1 ml Ag SO SO 25 ml NaCl 1,20 10 mml NaCl = 0,3 mml NaCl 1 ml NaCl 0,3 mml NaCl 0,5 mml Ag SO = 0,6 La relación mlar es menr que 2, l que quiere decir que sbra Ag SO y que se gasta cmpletamente el NaCl que actúa cm reactiv limitante que determina la cantidad de precipitad frmad: 1 mml AgCl 0,3 mml NaCl = 0,3 mml AgCl 1 mml NaCl Teniend en cuenta las cantidades de sustancias iniciales: Ag SO (aq) 2 Ag (aq) + SO (aq) 0,5 mml 1,0 mml NaCl (aq) Na (aq) + Cl (aq) 0,3 mml 0,3 mml

53 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 49 La cncentración de Ag en dislución es: [Ag ] = Ag inicial Ag precipitad V ttal El Ag precipitad es: 1 mml Ag 0,3 mml Cl = 0,3 mml Ag 1 mml Cl Sustituyend: [Ag ] = 1,0 mml Ag inicial 0,3 mml Ag precipitad ml = 9,33 10 M A partir del prduct de slubilidad del AgCl se puede btener la cantidad de Cl en dislución: [ Cl ] = K [Ag ] = 1, ,33 10 = 1,82 10 M 9.3. El prduct de slubilidad del clrur de plm (II) en agua pura a 25 C es 1,7 10. Calcula: a) La slubilidad, en g, del clrur de plm (II) en agua pura a 25 C. b) Ls grams de clrur de sdi que hay que añadir a 100 ml de dislución 0,01 M de acetat de plm (II) para iniciar la precipitación de clrur de plm (II). (Canarias 1996) a) El equilibri crrespndiente a la dislución del PbCl es: PbCl (s) Pb (aq) + 2 Cl (aq) y su prduct de slubilidad: K = [Pb ] [Cl Si la slubilidad mlar del PbCl es s, las slubilidades de ls ines sn: [Pb ] = s [Cl = 2s Sustituyend en la expresión de K : K = s 2s = 4s La slubilidad en agua es: 3 s = K 4 3 s = 1, = 1,6 10 M Habitualmente, la slubilidad se suele expresar en g L : 1,6 10 ml PbCl L 278,2 g PbCl ml PbCl = 4,5 g L

54 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 50 b) La ecuación química crrespndiente a la reacción entre PbCH COO y NaCl es: PbCH COO (aq) + 2 NaCl (aq) 2 NaCH COO (aq) + PbCl (s) Para que se frme precipitad, es precis que el prduct iónic: [Pb ] [Cl > K Cnsiderand que la adición de NaCl a la dislución de PbCH COO n prduce variación de vlumen, el valr de [Pb es el mism que el de la dislución de PbCH COO, así que del prduct de slubilidad se btiene el valr de [Cl ]: Cl = K [Pb ] Cl = 1,7 10 0,01 = 4,1 10 M La masa mínima de NaCl a añadir a la dislución para que cmience a precipitar PbCl es: 0,1 L disluci n 4,1 10 ml NaCl 1 L disluci n 58,5 g NaCl 1 ml NaCl = 0,24 g NaCl 9.4. Encuentra la máxima cncentración de in Ni 2+ en agua saturada cn, a 25 C, en ls siguientes cass: a) A ph = 0 b) A ph = 3. (Dats. Prduct de slubilidad del NiS = 3,2 10 ; cnstantes de acidez del : = 9,1 10, = 1,2 10. La dislución saturada de es 0,1 M y en medi ácid, casi td él está cm ) (Galicia 2003) El equilibri crrespndiente a la dislución del NiS es: NiS (s) Ni (aq) + S (aq) El prduct de slubilidad crrespndiente es: K = [Ni ] [S Ls equilibris crrespndientes a la disciación del H 2S sn: H S (aq) HS (aq) + H O (aq) HS (aq) S (aq) + H O (aq) y las expresines de las respectivas cnstantes de acidez: K = HS [H O ] [H S] K = S [H O ] HS Cmbinand ambas expresines se elimina [HS ] y se btiene: S = K 1 K 2 [H S] [H O

55 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 51 Sustituyend [S ] en el prduct de slubilidad se puede btener [Ni ]: [Ni = a) Si ph = 0 K K K [H S] [H O [H O ] = 10 [H O ] = 10 = 1 M [Ni ] = b) Si ph = 3 3,2 10 9,1 10 1,2 10 0,1 1 = 0,293 M [H O ] = 10 [H O ] = 10 M [Ni ] = 3,2 10 9,1 10 1,2 10 0,1 10 = 2,93 10 M 9.5. El agua flurada, utilizada para prevenir la caries dental, suele cntener alrededr de 1 ppm de in, es decir, 1 g de pr cada 10 g de agua. a) Cuál será la cncentración mlar del in flurur? b) Si se tiene un agua dura en la que existe una cncentración de ines 10 M, se frmará precipitad en el prces de fluración? c) Si se añade una cncentración 10 M de ácid flurhídric. Qué currirá? Cuánt valdrá ahra la slubilidad? (Dat. ( ) = 4,0 10 ) a) El valr de F en el agua es: (Asturias 2004) 1 g F 10 6 g agua 1 ml F 19 g F 103 g agua 1 L agua = 5,3 10 M b) El equilibri crrespndiente a la dislución del CaF es: CaF (s) Ca (aq) + 2 F (aq) El prduct de slubilidad crrespndiente es: K = [Ca ] [F Para que se frme precipitad, es precis que el prduct iónic: [Ca ] [F > K 10 5,3 10 = 2,8 10 Cm se bserva, el prduct iónic es menr que K, pr tant, n se frma precipitad de.

56 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 52 c) Se trata del cas de la slubilidad de una sustancia en una dislución que presenta un in cmún. En este cas el valr de [F ] en el equilibri es: [F ] = 2s+10 M Cm 2s << 10 ; se puede aprximar sin cmeter gran errr que, 2s+10 M 10 M Siend s la nueva slubilidad mlar del CaF, la expresión de K queda cm: K = s 10 s = 4, = 4,0 10 M Al añadir un in cmún el equilibri se desplaza hacia la frmación del sólid cn l que la slubilidad disminuye a) Deduce raznadamente si se frma un precipitad de sulfat de bari ( ) al mezclar 100 ml de sulfat de sdi ( ) 7,5 10 M y 50 ml de clrur de bari ( ) 0,015 M. estas ds sales ( y ) se encuentran ttalmente disciadas. b) Indica cóm evlucinará el equilibri anterir en cada un de ls tres supuests siguientes: b1) Se añade en frma de. b2) Se añade en frma de. b3) Se aumenta el vlumen añadiend agua hasta 1 L. (Dat. ( ) = 1,1 10 ) a) La ecuación química crrespndiente a la reacción entre Na SO y BaCl es: Na SO (aq) + BaCl (aq) BaSO (s) + 2 NaCl (aq) El equilibri crrespndiente a la dislución del BaSO es: BaSO (s) Ba (aq) + SO (aq) y su prduct de slubilidad: K = [Ba ] [SO Para que se frme precipitad, es precis que el prduct iónic: [Ba ] [SO > K (Canarias 2010) Tant Na SO y BaCl se encuentran ttalmente disciads de acuerd cn las siguientes ecuacines: Na SO (aq) 2 Na (aq) + SO (aq) BaCl (aq) Ba (aq) + 2 Cl (aq) Cnsiderand vlúmenes aditivs, las cncentracines [Ba ] y [SO ] una vez efectuada la mezcla:

57 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 53 [Ba ] = 50 ml Ba 0,015 mml Ba 0,015 M 1 ml Ba 0,015 M ml disluci n = 5,0 10 M [SO ] = 100 ml SO 7,5 10 M 7,5 10 mml SO 1 ml SO 7,5 10 M = 5,0 10 M ml disluci n Sustituyend en el prduct iónic se btiene: 5,0 10 5,0 10 = 2,5 10 Cm se bserva, el prduct iónic es mayr que K, pr tant, sí se frma precipitad de. b1 b2) Tant BaNO y K SO se encuentran ttalmente disciads de acuerd cn las siguientes ecuacines: BaNO (aq) Ba (aq) + 2 NO (aq) K SO 2 K (aq) + SO (aq) La adición de estas ds sales, y, sustancias que tienen algún in cmún cn ls presentes en el equilibri del apartad anterir prducen un aument de las cncentracines iónicas. De acuerd cn el principi de Le Châtelier, el equilibri se desplaza en el sentid en el que se cnsuman ls ines Ba SO añadids, es decir hacia la izquierda. b3) Si se aumenta el vlumen de la dislución, las cncentracines iónicas se hacen menres. De acuerd cn el principi de Le Châtelier, para que se recupere el equilibri es precis que se disuelva más cantidad de precipitad y el equilibri se desplaza hacia la derecha Cuánts grams de se pueden dislver en 0,25 L de agua? Y en 1 L de dislución acusa que cntiene NaF 0,01 M? (Dat. ( ) = 8,0 10 ) El equilibri crrespndiente a la dislución del HgF es: HgF (s) Hg (aq) + 2 F (aq) La cnstante de equilibri del prces de slubilidad es: K = [Hg ] [F Si la slubilidad mlar del HgF es s, las slubilidades de ls ines sn: (Córdba 2010) [Hg ] = s [F = 2s Sustituyend en la expresión de K : K = s 2s = 4s

58 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 54 La slubilidad en agua es: 3 s = K 4 3 s = 8, = 2,7 10 M Habitualmente, la slubilidad se suele expresar en g L : 2,7 10 ml HgF L 238,6 g HgF ml HgF = 0,648 g L La masa de esta sustancia que se puede dislver en 0,25 L de agua es: 0,648 g HgF L 0,25 L = 0,162 g Se trata del cas de la slubilidad de una sustancia en una dislución que presenta un in cmún. En este cas el valr de [F ] en el equilibri es: [F ] = 2s+10 M Cm 2s << 10 ; se puede aprximar sin cmeter gran errr que, 2s+10 M 10 M Siend s la nueva slubilidad mlar del HgF, la expresión de K queda cm: K = s 10 s = 8, = 8,0 10 M La masa de esta sustancia que se puede dislver en 1 L de esta dislución es: 8,0 10 ml HgF L 238,6 g HgF ml HgF 1 L = 0,19 g 9.8. Se añaden 0,2827 g de idat de plata a un litr de agua, se agita durante un rat y se filtra. La masa de sólid n disuelt, retenid en el filtr, es 0,2338 g. Calcular la cnstante prduct de slubilidad del idat de plata. (Murcia 2011) El equilibri crrespndiente a la dislución del AgIO 3 es: AgIO (s) Ag (aq) + IO (aq) y su prduct de slubilidad: K = [Ag ] [IO Si la slubilidad mlar del AgIO es s, las slubilidades de ls ines sn: [Ag ] = s [IO = s La slubilidad en agua es:

59 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 55 s = (0,2827 0,2338) g AgIO L 1 ml AgIO 282,9 g AgIO = 1,73 10 M Sustituyend en la expresión de K : K = 1,73 10 = 3,0 10

60 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) ELECTROQUÍMICA Dada la reacción: + KBr A partir de 250 ml de una dislución de KBr 0,100 M, de 0,850 g de y exces de, qué masa de se btendría si el rendimient de la reacción es del 38,0%? (Canarias 1995) La ecuación iónica es: K MnO + K Br + 2 H SO Mn SO + 2 K SO + Br Las semirreacines que tienen lugar sn: Reducción: 2 MnO + 8 H + 5 e Mn + 4 H O Oxidación: 5 2 Br Br + 2 e La ecuación glbal es: 2 MnO + 16 H + 10 Br 5 Br + 8 H O + 2 Mn Añadiend ls ines que faltan (12 K y 8 SO ) se btiene la ecuación mlecular final: 2 KMnO + 10 KBr + 8 H SO 2 MnSO + 5 Br + 8 H O + 6 K SO Cm inicialmente existen las ds especies que intervienen en la reacción es precis determinar cuál de ellas es el reactiv limitante. El númer de mles de cada una es: 0,1 ml KBr 250 ml KBr 0,100 M 10 ml KBr 0,1 M = 2,5 10 ml KBr 0,850 g KMnO 1 ml KMnO 158 g KMnO = 5,4 10 ml KMnO 2,5 10 ml KBr 5,4 10 ml KMnO = 4,6 Cm la relación mlar es menr que 5 quiere decir que queda KMnO sin reaccinar, pr l tant, el limitante es KBr que determina la cantidad de Br que se frma. Relacinand KBr y Br y teniend en cuenta un rendimient del 38,0%: 2,5 10 ml KBr 5 ml Br 160 g Br 38 g Br real 10 ml KBr 1 ml Br 100 g Br = 0,76 g te ric Sabiend que el ptencial de reducción estándar, E, del par /Ni es 0,250 V y que el del par /Zn es 0,763 V, indica, justificand la respuesta: a) Cuál sería la reacción espntánea en una pila frmada pr ambs electrds. b) El sentid en el que circulan ls electrnes. c) Cuál es el pl psitiv. d) La especie que se xida y la que se reduce. (Canarias 1995) a) Para que una reacción sea espntánea debe cumplirse que a presión y temperatura cnstantes, ΔG < 0.

61 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 57 La relación entre ΔG y el ptencial de la reacción, E, viene dad pr la expresión, ΔG = n F E, de dnde se deduce que una reacción de xidación reducción será espntánea siempre que se cumpla que E > 0. Una célula vltaica es aquella en la que tiene lugar una reacción espntánea, en ella, el par que presenta mayr ptencial actúa cm cátd y el de menr cm ánd de frma que se btiene que E ce lula > 0. El ptencial nrmal de la célula se calcula mediante la siguiente expresión: E ce lula E ce lula = E ca td = E /Ni E a nd E /Zn = 0,250 V 0,763 V = 0,513 V Cátd es el electrd en el que tiene lugar la semirreacción de reducción: Ni (aq) + 2 e Ni (s) Ánd es el electrd en el que tiene lugar la semirreacción de xidación: Zn (s) Zn (aq) + 2 e Sumand ambas, se btiene la reacción glbal: Ni (aq) + Zn (s) Ni (s) + Zn (aq) b c d) Un esquema de la célula vltaica es: Ls electrnes de la célula se dirigen de frma espntánea hacia ptenciales crecientes, pr tant: Pl psitiv: /Ni Pl negativ: /Zn es el xidante, la especie que se reduce. Zn es el reductr, la especie que se xida.

62 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) Se smete a electrólisis fundid haciend pasar una crriente de 3 A durante ciert tiemp, hasta que se depsitan 24,5 g de Zn metálic. a) Indica las reaccines que tienen lugar en el cátd y en el ánd. b) Calcula el tiemp necesari para realizar el prces. c) Determina el vlumen de gas liberad durante la electrólisis, medid en cndicines nrmales. (Dat. Cnstante de Faraday, F = C ; Cnstante R = 0,082 atm L ) a) El clrur de cinc en fundid se encuentra disciad de acuerd cn la ecuación: ZnCl (l) Zn (l) + 2 Cl (l) Las semirreaccines que tienen lugar en ls electrds sn: Cátd (reducción): (l) + 2 Zn (l) Ánd (xidación): 2 (l) (g) + 2 b) Relacinand mles de Zn y de electrnes: 1 ml Zn 2 ml e 1 F 25,4 g Zn C 65,4 g Zn 1 ml Zn 1 ml e = C 1 F El tiemp necesari para esa cantidad de crriente cn una intensidad de 2 A: t = C 3 A 1 h 3600 s = 6,9 h c) Relacinand mles de Zn y de Cl : 1 ml Zn 1 ml Cl 25,4 g Zn 65,4 g Zn 1 ml Zn = 0,388 ml Cl Cnsiderand cmprtamient ideal, el vlumen cupad pr el gas es: (Canarias 1995) V = 0,388 ml Cl 0,082 atm L ml K 273 K 1 atm = 8,7 L Qué currirá si a una dislución acusa de tetraxsulfat (VI) de cbre (II) se le añaden unas limaduras de cinc metálic? (Dats. Ptenciales nrmales de electrd: /Cu = 0,34 V; /Cu = 0,52 V; /Zn = 0,76 V) (Galicia 1999) El Zn psee un ptencial de reducción menr que el Cu, pr tant, el Zn se cmprta cm reductr del Cu de acuerd cn las siguientes semirreaccines: Reducción: Cu (aq) + 2 e Cu (s) E = 0,34 V Oxidación: Zn (s) Zn (aq) + 2 e E = 0,76 V Reacción glbal: Cu (aq) + Zn (s) Cu (s) + Zn (aq) E = 1,10 V La variación de energía libre de Gibbs, ΔG, del prces es:

63 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 59 ΔG = 2 ml C 1,10 V 1 kj ml 10 = 212,3 kj J La espntaneidad del prces queda cnfirmada pr ls valres de E > 0 y de ΔG < El ácid nítric cncentrad reaccina cn el cbre para frmar nitrat de cbre (II), dióxid de nitrógen y agua. a) Escriba la reacción ajustada. b) Cuánts ml de del 95% de pureza y densidad 1,5 g/ se necesitan para hacer reaccinar ttalmente 3,4 g de cbre? c) Qué vlumen de se frmará medid a 29 C y 748 mmhg de presión? (Dat: Cnstante R = 0,082 atm L ) a) La ecuación a ajustar es: HNO + Cu CuNO + NO + H O La ecuación iónica es: (Extremadura 1999) H NO + Cu Cu 2 NO + NO Las semirreacines que tienen lugar sn: Reducción: 2 NO + 2 H + e NO + H O Oxidación: Cu Cu + 2 e La ecuación glbal es: 2 NO + 4 H + Cu 2 NO + 2 H O + Cu Añadiend ls ines que faltan (2 NO ) se btiene la ecuación mlecular final: 4 + Cu b) Relacinand Cu y HNO : 1 ml Cu 3,4 g Cu 63,5 g Cu 4 ml HNO 1 ml Cu 63 g HNO 1 ml HNO = 13,5 g HNO Cm se dispne de HNO de riqueza 95%: 13,5 g HNO 100 g HNO 95% 95 g HNO 1 ml HNO 95% 1,5 g HNO 95% = 9,5 ml 95% c) Relacinand mles de Cu y de NO : 1 ml Cu 3,4 g Cu 63,5 g Cu 2 ml NO 1 ml Cu = 0,107 ml NO Cnsiderand cmprtamient ideal, el vlumen cupad pr el gas es: V = 0,107 ml NO 0,082 atm L ml K K 748 mmhg 760 mmhg 1 atm = 2,7 L

64 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) El tetraxmanganat (VII) de ptasi (permanganat ptásic) se reduce en medi ácid cn tetraxsulfat (VI) de hidrógen (ácid sulfúric) mediante brmur de ptasi para dar tetraxsulfat (VI) de manganes (II) (sulfat mangans) y brm mlecular. Frmula y ajusta cmpletamente la ecuación química crrespndiente pr el métd del inelectrón. (Galicia 2000) Resuelt en la primera parte del prblema prpuest en Canarias Cuántas hras sn necesarias para prducir 30,0 g de r metálic, haciend pasar una crriente eléctrica cntinua de 4,00 A a través de una dislución de un cmpuest iónic de r (III)? (Dats: 1 Faraday = C; Númer de Avgadr = 6, ) La semirreacción crrespndiente a la reducción del r en el cátd es: Au (aq) + 3 e Au (s) Relacinand mles de Au y de electrnes: 1 ml Au 30,0 g Au 197 g Au 3 ml e 1 ml Au 1 F C 1 ml e = C 1 F El tiemp necesari para esa cantidad de crriente cn una intensidad de 4 A: (Galicia 2000) t = C 4,00 A 1 h 3600 s = 3,1 h Supniend cndicines estándar, reaccinarán el in nitrat y el cinc metálic en medi ácid, para dar in amni e ines cinc? Razna la respuesta. En cas afirmativ, ajusta la reacción que tiene lugar entre ells. (Dats. Ptenciales nrmales de reducción: in nitrat/in amni = 0,89 V; in cinc/cinc = 0,76 V) (Canarias 2001) El NO psee un ptencial de reducción menr que el Zn, pr tant, el Zn se cmprta cm reductr del NO de acuerd cn las siguientes semirreaccines: Reducción: NO + 10 H + 8 e NH + 3 H O E = 0,89 V Oxidación: 4 Zn Zn + 2 e E = 0,76 V Reacción glbal: NO + 10 H + 4 Zn NH + 3 H O + 4 Zn E = 1,65 V Para que una reacción sea espntánea debe cumplirse que a presión y temperatura cnstantes, ΔG < 0. La relación entre ΔG y el ptencial de la reacción, E, viene dad pr la expresión, ΔG = n F E, de dnde se deduce que una reacción de xidación reducción será espntánea siempre que se cumpla que E > 0.

65 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 61 Añadiend ls ines que faltan (9 NO ) se btiene la ecuación mlecular final: Zn Un mineral de hierr está cnstituid pr óxid de hierr (III) e impurezas inertes. Para realizar su análisis se disuelven 446,0 mg del mineral en ácid clrhídric. Psterirmente, para mayr garantía se reduce td el hierr a in hierr (II) que se valra en medi ácid cn 38,60 ml de permanganat de ptasi 0,0210 M. a) Escriba y ajuste iónicamente la ecuación química crrespndiente a la xidación del hierr (II) cn permanganat en medi ácid. b) Calcule el prcentaje de hierr en la muestra de mineral, expresand el resultad cm hierr y óxid de hierr (III). (Castilla y León 2001) a) La ecuación iónica es: K MnO + Fe + H Mn + Fe Las semirreacines que tienen lugar sn: Reducción: MnO + 8 H + 5 e Mn + 4 H O Oxidación: 5 Fe Fe + e La ecuación glbal es: b) El númer de mmles de MnO que reaccinan es: 38,60 ml MnO 0,0210 M 0,0210 mml MnO 1 ml MnO 0,0210 M = 0,8106 mml MnO Relacinand MnO cn Fe y mineral se btiene la riqueza de este: 0,8106 mml MnO 446,0 mg mineral 5 mml Fe 1 mml MnO 4 55,85 mg Fe 100 = 50,75% 1 mml Fe El heptaxdicrmat (VI) de ptasi (en dislución acusa) (dicrmat ptásic) reaccina cn clrur de hidrógen (ácid clrhídric) en dislución acusa) para dar clr mlecular que se desprende y triclrur de crm en dislución acusa. Frmula y ajusta cmpletamente la ecuación química crrespndiente pr el métd del inelectrón. (Galicia 2001) La ecuación a ajustar es: K Cr O + HCl CrCl + Cl La ecuación iónica es: 2 K Cr O + H Cl Cr Cl + Cl Las semirreacines que tienen lugar sn:

66 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 62 Reducción: Cr O + 14 H + 6 e 2 Cr + 7 H O Oxidación: 3 2 Cl Cl + 2 e La ecuación glbal es: Cr O + 14 H + 6 Cl 2 Cr + 7 H O + 3 Cl Añadiend ls ines que faltan (8 Cl y 2 K ) se btiene la ecuación mlecular final: + 14 HCl KCl El ydur de cbre (I) puede prepararse de un md cuantitativ según la siguiente reacción: + KI + CuI Calcule cuánts grams de CuI se pueden betenr a partir de 250 g de sulfat de cbre (II) pentahidrat. (Castilla y León 2002) La ecuación iónica inicial es: Cu SO + K I + 2 Na S O Cu I + 2 K SO + 2 Na SO + 2 Na S O Las semirreacines que tienen lugar sn: Reducción: 2 Cu + e Cu Oxidación: 2 S O S O + 2 e La ecuación glbal es: 2 Cu + 2 S O 2 Cu + S O Añadiend ls ines que faltan (2 SO, 2 I, 2 K y 4 Na ) se btiene la ecuación mlecular final: KI CuI Relacinand CuSO cn CuI: 250 g CuSO 5 H O 1 ml CuSO 5 H O 249,5 g CuSO 5 H O 2 ml CuI 190,5 g CuI = 190,9 g CuI 2 ml CuSO 5 H O 1 ml CuI El permanganat de ptasi se reduce en medi sulfúric mediante brmur de ptasi para dar sulfat de manganes (II) y brm. Si 0,79 g de permanganat de ptasi se reducen cn 250 de una dislución de brmur de ptasi, determina la masa de brmur de ptasi y la mlaridad de la dislución. (Galicia 2003) La ecuación química ajustada aparece en la primera parte del prblema prpuest en Canarias KMnO + 10 KBr + 8 H SO 2 MnSO + 5 Br + 8 H O + 6 K SO Relacinand KMnO cn KBr:

67 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 63 0,79 g KMnO 1 ml KMnO 158 g KMnO 10 ml KBr 2 ml KMnO = 0,025 ml KBr La masa de KBr cntenida en la dislución es: 119 g KBr 0,025 ml KBr = 2,975 g KBr 1 ml KBr La mlaridad de la dislución de KBr, supniend que la adición de KMnO n prduce un aument del vlumen, es: 0,025 ml KBr 10 ml disluci n KBr = 0,1 M 250 ml disluci n KBr 1 L disluci n KBr Al hacer reaccinar el dicrmat de ptasi cn ácid clrhídric se frma la crrespndiente sal de crm trivalente a la vez que se desprende un gas amarill verds y se frman trs cmpuests slubles en agua. a) Escriba la ecuación ajustada pr el métd del in electrón. b) Cuánts ml de ácid clrhídric del 37% y densidad 1,19 g se necesitarán para reaccinar cn 7 g de dicrmat de ptasi? c) Qué vlumen de gas, medid a 20 C y 750 mmhg, se frmará en el prces anterir? (Dat. Cnstante R = 0,082 atm L ) a) La ecuación química ajustada aparece en el prblema prpuest en Galicia HCl KCl b) Relacinand K Cr O cn HCl: 7 g K Cr O 1 ml K Cr O 252 g K Cr O 14 ml HCl 1 ml K Cr O = 0,389 ml HCl Cm se dispne de HCl de riqueza 37%: 36,5 g HCl 100 g HCl 37% 0,389 ml HCl 1 ml HCl 37 g HCl c) Relacinand K Cr O cn Cl : 1 ml HCl 37% = 32,2 ml HCl 37% 1,19 g HCl 37% 7 g K Cr O 1 ml K Cr O 252 g K Cr O 3 ml Cl 1 ml K Cr O = 0,083 ml Cl Cnsiderand cmprtamient ideal, el vlumen cupad pr el gas es: (Castilla y León 2003) V = 0,083 ml Cl 0,082 atm L ml K K 750 mmhg 760 mmhg 1 atm = 2,0 L

68 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) Al reaccinar estañ cn ácid nítric, el estañ se transfrma en dióxid de estañ y se desprende óxid de nitrógen (II), siend = 50 kj. a) Escribe y ajusta la reacción. b) Si el estañ frma parte de una aleación y de 1 kg de la misma se btiene 0,382 kg de dióxid de estañ calcula el prcentaje de estañ en la aleación. c) Calcula el calr que se desprende si reaccinan 20 g de estañ cn 40 g de ácid nítric. a) La ecuación a ajustar es: HNO + Sn SnO + NO La ecuación iónica es: H NO + Sn SnO + NO Las semirreacines que tienen lugar sn: Reducción: 4 NO + 4 H + 3 e NO + 2 H O Oxidación: 3 Sn + 2 H O SnO + 4 H + 4 e La ecuación glbal es: 4 NO + 4 H + 3 Sn 3 SnO + 2 H O + 4 NO La ecuación mlecular final es: Sn b) Relacinand SnO cn Sn y aleación se btiene la riqueza de esta: 382 g SnO 1000 g aleación 1 ml SnO 1 ml Sn 150,7 g SnO 118,7 g Sn 100 = 50% Sn 1 mlsno 1 ml Sn (Asturias 2003) c) Cm inicialmente existen las ds especies que intervienen en la reacción es precis determinar cuál de ellas es el reactiv limitante. El númer de mles de cada una es: 20 g Sn 1 ml Sn = 0,168 ml Sn 118,7 g Sn 40 g HNO 1 ml HNO 63 g HNO = 0,635 ml HNO 0,635 ml HNO 0,168 ml Sn = 3,8 La relación mlar es mayr que 4/3, l que quiere decir que queda HNO sin reaccinar, pr tant, el limitante es Sn. Relacinand Sn y la entalpía de la reacción se btiene el calr desprendid: 50 kj 0,168 ml Sn = 2,8 kj 3 ml Sn

69 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) Ajusta pr el métd del in electrón y señala en cada cas la especie xidante: a) MnO b) + HCl + + KCl + a) La ecuación iónica inicial es: MnO + PbO + H NO H MnO + Pb 2 NO + H O Las semirreacines que tienen lugar sn: Reducción: 5 PbO + 4 H + 2 e Pb + 2 H O Oxidación: 2 MnO + 3 H O + 3 e MnO + 6 H + 5 e La ecuación glbal es: 5 PbO + 8 H + 2 MnO 5 Pb + 2 MnO + 4 H O Añadiend ls ines que faltan (10 NO y 2 H ) se btiene la ecuación mlecular final: MnO es el xidante, la especie que gana electrnes y se reduce. (Canarias 2004) b) La ecuación química ajustada aparece en el prblema prpuest en Galicia 2001 y la especie xidante es Dadas las siguientes reaccines, sin ajustar, justifica sin sn n prcess redx. En cas afirmativ identifique la especie que se xida y la que se reduce, así cm la especie xidante y la reductra: a) Cu b) HCl + + c) 2 Na + 2 NaF d) + NaCl AgCl + (Canarias 2004) Serán prcess redx si en ells las especies implicadas intercambian electrnes. a) Cu + H SO CuSO + SO + H O La ecuación en frma iónica es: Cu + 2 H SO Cu SO + SO + H O Las semirreacines que tienen lugar sn: Reducción: SO + 4 H + 2 e SO + 2 H O Oxidación: Cu Cu + 2 e es el xidante, la especie que gana electrnes y se reduce. Cu es el reductr, la especie que cede electrnes y se xida.

70 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 66 b) HCl + CaOH CaCl + H O La ecuación en frma iónica es: H Cl + Ca 2 OH Ca 2 Cl + H O Ninguna de la especies presentes intercambia electrnes, pr tant, n se trata de un prces redx. c) Na + F NaF La ecuación en frma iónica es: Na + F Na F Las semirreacines que tienen lugar sn: Reducción: F + 2 e 2 F Oxidación: Na Na + e es el xidante, la especie que gana electrnes y se reduce. Na es el reductr, la especie que cede electrnes y se xida. d) HCl + CaOH CaCl + H O La ecuación en frma iónica es: Ag NO + Na Cl Ag Cl + Na NO Ninguna de la especies presentes intercambia electrnes, pr tant, n se trata de un prces redx Dads ls ptenciales estándar de ls siguientes pares, E ( /Sn) = 0,13 V y E ( /Ag) = 0,79 V. Indica cóm cnstruir cn ells una pila, cuál será su nmenclatura, así cm su ptencial en cndicines nrmales. (Canarias 2004) Para cnstruir una pila vltaica es precis que la reacción que tenga lugar en ella sea espntánea, es decir, debe cumplirse que a presión y temperatura cnstantes, ΔG < 0. Una pila vltaica es aquella en la que tiene lugar una reacción espntánea, en ella, el par que presenta mayr ptencial actúa cm cátd y el de menr cm ánd de frma que se btiene que E ce lula > 0. El ptencial nrmal de la célula se calcula mediante la siguiente expresión: E ce lula E ce lula = E ca td = E /Ag E a nd E /Sn = 0,79 V 0,13 V = 0,92 V El cátd es el electrd en el que tiene lugar la semirreacción de reducción: Ag (aq) + e Ag (s)

71 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 67 El ánd es el electrd en el que tiene lugar la semirreacción de xidación: Sn (s) Sn (aq) + 2 e Sumand ambas, se btiene la reacción glbal: 2 Ag (aq) + Sn (s) 2 Ag (s) + Sn (aq) Un esquema de la pila vltaica es: Ls electrnes de la pila se dirigen de frma espntánea hacia ptenciales crecientes, pr tant: Pl psitiv: /Ag Pl negativ: /Sn es el xidante, la especie que se reduce. Sn es el reductr, la especie que se xida. La ntación de la pila es: Sn / // /Ag Una crriente de 10 A está circuland durante 120 min sbre clrur de sdi fundid. Calcula el vlumen de clr, medid a 720 mmhg y 300 K, que se desprende en el ánd. (Dats. Cnstante R = 0,082 atm L ; 1 F = C ) El clrur de sdi fundid se encuentra disciad de acuerd cn la ecuación: NaCl (l) Na (l) + Cl (l) Las semirreaccines que tienen lugar en ls electrds sn: Cátd (reducción): Na (l) + e Na (l) Ánd (xidación): 2 Cl (l) Cl (g) + 2 e La cantidad de crriente que circula pr el sistema es: Q = 10 A 120 min 60 s 1 min 1 F 1 ml e C 1 F Relacinand mles de Cl y de electrnes: 0,746 ml e 1 ml Cl 2 ml e = 0,373 ml Cl = 0,746 ml e (Canarias 2004)

72 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 68 Cnsiderand cmprtamient ideal, el vlumen cupad pr el gas es: V = 0,373 ml Cl 0,082 atm L ml K 300 K 720 mmhg 760 mmhg 1 atm = 9,7 L Al añadir virutas de cbre sbre una dislución de nitrat de mercuri (II),, se bserva que, al cab de pc tiemp, el cbre se recubre de una capa grisácea. Interpreta el fenómen mediante una reacción química y rdena de mayr a menr ls ptenciales de ls semisistemas /Cu y /Hg. (Canarias 2004) Si el cbre al intrducirl en una dislución de nitrat de mercuri (II) se recubre de una capa gris, quiere decir que tiene lugar una reacción espntánea. En ella, el par que presenta mayr ptencial actúa cm cátd (xidante) y el de menr cm ánd (reductr) de frma que se btiene que E ce lula > 0. Para que una reacción sea espntánea debe cumplirse que a presión y temperatura cnstantes, ΔG < 0. La relación entre ΔG y el ptencial de la reacción, E, viene dad pr la expresión, ΔG = n F E, de dnde se deduce que una reacción de xidación reducción será espntánea siempre que se cumpla que E > 0. Oxidante la especie que sufre la semirreacción de reducción: Hg + 2 e Hg Reductr la especie que sufre la semirreacción de xidación: Cu Cu + 2 e Sumand ambas, se btiene la reacción glbal: + Cu Hg + El ptencial nrmal de la reacción se calcula mediante la siguiente expresión: E ce lula E ce lula = E xidante = E /Hg E reductr E /Cu > 0 E /Hg > E /Cu Cnsultand la bibligrafía: E /Hg = 0,85 V E /Cu = 0,34 V En San Cibra (Lug) se btiene el alumini en 512 cubas electrlíticas puestas en serie, la intensidad es 1,45 10 A y el vltaje es 4,2 V pr cuba electrlítica. El rendimient es del 86%. a) Cuánt alumini se prduce en cada cuba cada día? b) Cuánta energía se cnsume pr día slamente en el prces químic de la electrólisis? (Dat. 1 F = C ) (Galicia 2004) a) Si las cubas están mntadas en serie, la cantidad de crriente que circula pr tdas ellas es la misma y se cumple que:

73 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 69 ΣV i = Σ(I R i ) La semirreacción para el alumini es: Cátd (reducción): Al (l) + 3 e Al (l) La cantidad de crriente que circula pr una cuba diariamente es: Q = 1,45 10 A 24 h 3600 s 1 h 1 F 1 ml e C 1 F = 1,30 10 ml e Relacinand mles de Al y de electrnes teniend en cuenta un rendimient del 86%: 1, ml Al 27 g Al ml e 3 ml e 1 ml Al 1 t Al 1, g Al 86 t Al (real) 100 t Al (te ric) = 1,01 t Al b) La ptencia diaria cnsumida en las cubas es: P = Σ(I V) = 512 cubas 4,2 V 1,45 10 A = 3,12 10 W cuba La energía diaria cnsumida en las cubas es: 3,12 10 W 1 dıá s = 2,69 J 1 dıá Expresand el valr en kwh: 2, kwh J 3,6 10 J = 7,46 kw h La pila inventada pr Jhn Frederic Daniell ( ), prfesr del King s Cllege de Lndres, se cnstruye mediante un electrd de cinc sumergid en una dislución de sulfat de cinc y tr electrd de cbre sumergid en una dislución de sulfat de cbre (II). Ls electrds se unen mediante un hil cnductr y las dislucines mediante un puente salin. Supnga que las cncentracines de las dislucines sn 0,08 M para la de sulfat de cinc y 0,1 M para la de sulfat de cbre (II). Indique: a) Cuál es el element que hace de cátd y cuál de ánd. b) Cuál es la reacción de xidación y cuál la de reducción (semipilas). c) La ntación crrecta de la pila. d) Cuál es la función específica del puente salin que cnecta las dislucines (Dats. Ptenciales estándar /Cu E = 0,34 V; /Zn E = 0,76 V) (Galicia 2004) a b) Para que una reacción sea espntánea debe cumplirse que a presión y temperatura cnstantes, ΔG < 0. La relación entre ΔG y el ptencial de la reacción, E, viene dad pr la expresión, ΔG = n F E, de dnde se deduce que una reacción de xidación reducción será espntánea siempre que se cumpla que E > 0. Una pila vltaica es aquella en la que tiene lugar una reacción espntánea, en ella, el par que presenta mayr ptencial actúa cm cátd y el de menr cm ánd de frma que se btiene que E ce lula > 0. La fem ptencial de la pila es igual a:

74 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 70 El ptencial nrmal de la célula se calcula mediante la siguiente expresión: E ce lula E ce lula = E ca td = E /Cu E a nd E /Zn = 0,34 V 0,76 V = 1,10 V El cátd es el electrd en el que tiene lugar la semirreacción de reducción: Cu (aq) + 2 e Cu (s) El ánd es el electrd en el que tiene lugar la semirreacción de xidación: Zn (s) Zn (aq) + 2 e Sumand ambas, se btiene la reacción glbal: (aq) + Zn (s) Cu (s) + (aq) c) Un esquema de la pila vltaica es: Ls electrnes de la pila se dirigen de frma espntánea hacia ptenciales crecientes, pr tant: Pl psitiv: /Cu Pl negativ: /Zn es el xidante, la especie que se reduce. Zn es el reductr, la especie que se xida. La ntación de la pila es: Zn / // /Cu d) La función del puente salin es cnectar ambas semipilas de frma que se cierre el circuit y ls electrnes circulen libremente dentr del mism Una muestra de 3,00 g de una aleación de crm se dislvió en ácid, de md que td el crm se xidó a. Este in se reduj a en medi básic, para l cual se necesitarn 3,09 g de. El in, que actuó cm reductr, se xidó a. a) Escribe la ecuación iónica ajustada crrespndiente a la reducción del. b) Cuánts mles de reaccinarn cn el. c) Qué riqueza en crm tenía la aleación inicial? (Asturias 2004) a) La ecuación a ajustar es: SO + CrO SO + Cr

75 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 71 Las semirreaccines sn: Reducción: 2 CrO + 2 H O + 3 e Cr + 8 OH Oxidación: 3 SO + 2 OH SO + H O + 2 e La ecuación glbal es: b) Relacinand SO cn CrO : 3,09 g SO 1 ml SO 2 ml CrO 80 g SO 3 ml SO = 0,026 ml c) Relacinand CrO cn aleación: 0,026 ml CrO 3 g aleaci n 1 ml Cr 1 ml CrO 52 g Cr 100 = 45% Cr 1 ml Cr Dads ls ptenciales estándar de ls siguientes pares, E ( /Zn) = 0,76 V y E ( /Cu) = 0,34 V: a) Haz un esquema de la pila que se pdría frmar indicand tds sus cmpnentes y el sentid en el que circulan ls electrnes. b) Calcula el valr de E pila y representa la ntación de la pila. (Canarias 2005) Este prblema está resuelt en el prpuest en Galicia Ajusta las siguientes reaccines pr el métd del in electrón e indica en cada cas cuál es el xidante y cuál el reductr: a) + HCl KCl b) + + HCl + + KCl + a) La ecuación iónica es: K MnO + H Cl K Cl + Cl + Mn 2 Cl + H O Las semirreacines que tienen lugar sn: Reducción: 2 MnO + 8 H + 5 e Mn + 4 H O Oxidación: 5 2 Cl Cl + 2 e La ecuación glbal es: 2 MnO + 16 H + 10 Cl 2 Mn + 8 H O + 5 Cl Añadiend ls ines que faltan (6 Cl y 2 K ) se btiene la ecuación mlecular final: HCl KCl es el xidante, la especie que gana electrnes y se reduce. (Canarias 2005)

76 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 72 es el reductr, la especie que cede electrnes y se xida. b) La ecuación iónica es: 2 K Cr O + Fe Cl + H Cl Cr Cl + Fe Cl + K Cl + H O Las semirreacines que tienen lugar sn: Reducción: Cr O + 14 H + 6 e 2 Cr + 7 H O Oxidación: 6 Fe Fe + e La ecuación glbal es: Cr O + 14 H + 6 Fe 2 Cr + 6 Fe + 7 H O Añadiend ls ines que faltan (26 Cl y 2 K ) se btiene la ecuación mlecular final: + 14 HCl KCl es el xidante, la especie que gana electrnes y se reduce. es el reductr, la especie que cede electrnes y se xida Se quiere hacer un recubrimient de una superficie cn crm (crmad) y para ell se dispne de una dislución ácida que cntiene. Se pide: a) Escribe la semirreacción de reducción de a Cr (s) en medi ácid. b) Cuánts grams de crm se depsitarían al pasar una carga de 1,0 10 C? c) Cuánt tiemp tardará en depsitarse un gram de crm utilizand una crriente de 6 A? (Dat. 1 F = C ) a) La semirreacción de reducción es: Cr + 3 b) Relacinand mles de electrnes y Cr: 1,0 10 C 1 F 1 ml e C 1 F c) Relacinand Cr y cantidad de crriente: 1 ml Cr 52 g Cr = 0,9 g Cr 6 ml e 1 ml Cr (Canarias 2005) 1 g Cr 1 ml Cr 52 g Cr 6 ml e 1 ml Cr C 1 ml e = C El tiemp necesari cn una crriente de 6 A es: t = C 6 A 1 min 60 s = 30,9 min

77 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) a) Justifica si ls elements químics: plata, cbre, cadmi, cinc y magnesi, se disuelven en una dislución 0,1 M de ácid clrhídric, a partir de ls siguientes ptenciales nrmales de reducción E : ( /Ag) = 0,80 V; ( /Cu) = 0,34 V; ( /Cd) = 0,40 V; ( /Zn) = 0,76 V; ( +/Mg) = 2,37 V. b) Ordena, justificand la respuesta, ls ines anterires de más a mens xidante. (Canarias 2006) Para que una reacción sea espntánea debe cumplirse que a presión y temperatura cnstantes, ΔG < 0. La relación entre ΔG y el ptencial de la reacción, E, viene dad pr la expresión, ΔG = n F E, de dnde se deduce que una reacción de xidación reducción será espntánea siempre que se cumpla que E > 0. a) Para la reacción entre HCl y Ag las semirreaccines que tienen lugar sn: Reducción: 2 H + 2 e H E = 0,00 V Oxidación: 2 Ag 2 Ag + 2 e E = 0,80 V Reacción glbal: 2 H + 2 Ag H + 2 Ag E = 0,80 V La n espntaneidad del prces queda cnfirmada pr ls valres de E < 0 y de ΔG > 0, pr tant, el Ag n se disuelve en HCl. De la misma frma, cn el Cu (E = 0,34 V) también se btiene que E < 0 y de ΔG > 0, pr tant, el Cu n se disuelve en HCl. Para la reacción entre HCl y Zn las semirreaccines que tienen lugar sn: Reducción: 2 H + 2 e H E = 0,00 V Oxidación: Zn Zn + 2 e E = 0,76 V Reacción glbal: 2 H + Zn H + Zn E = 0,76 V La espntaneidad del prces queda cnfirmada pr ls valres de E > 0 y de ΔG < 0, pr tant, el Zn se disuelve en HCl. De la misma frma, cn el Mg (E = 2,37 V) también se btiene que E > 0 y de ΔG < 0, pr tant, el Mg se disuelve en HCl. b) Ls ines sn tant más xidantes cuant mayr es su ptencial de reducción. Ls ines dads rdenads pr pder xidante decreciente sn: E = +0,80 V > E = +0,34 V > E = 0,76 V > E = 2,37 V

78 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) A partir de siguientes ptenciales nrmales de reducción: E ( /Zn) = 0,76 V; E ( /Ag) = 0,80 V; E ( / ) = 2,87 V y E ( / ) = 1,36 V. Indica justificand las respuestas cn las reaccines que tienen lugar, las siguientes cuestines: a) Puede reducir el cinc a ls catines plata? b) Puede xidar el clr a ls ines flurur? (Canarias 2006) Para que una reacción sea espntánea debe cumplirse que a presión y temperatura cnstantes, ΔG < 0. La relación entre ΔG y el ptencial de la reacción, E, viene dad pr la expresión, ΔG = n F E, de dnde se deduce que una reacción de xidación reducción será espntánea siempre que se cumpla que E > 0. a) Para la reacción entre Zn y Ag las semirreaccines que tienen lugar sn: Reducción: 2 Ag + 2 e 2 Ag E = 0,80 V Oxidación: Zn Zn + 2 e E = 0,76 V Reacción glbal: 2 Ag + Zn 2 Ag + Zn E = 1,56 V La variación de energía libre de Gibbs, ΔG, del prces es: ΔG = 2 ml C 1,56 V 1 kj ml 10 = 301 kj J La espntaneidad del prces queda cnfirmada pr ls valres de E > 0 y de ΔG < 0. b) Para la reacción entre Cl y F las semirreaccines que tienen lugar sn: Reducción: Cl + 2 e 2 Cl E = 1,36 V Oxidación: 2 F F + 2 e E = 2,87 V Reacción glbal: Cl + 2 F 2 Cl + F E = 1,51 V La variación de energía libre de Gibbs, ΔG, del prces es: ΔG = 2 ml C 1,51 V 1 kj ml 10 = 291,3 kj J La n espntaneidad del prces queda cnfirmada pr ls valres de E < 0 y de ΔG > Dads ls ptenciales estándar de ls siguientes pares: a) E ( /Zn) = 0,76 V y E ( /Cu) = 0,34 V. b) E ( /Zn) = 0,76 V y E ( /Ag) = 0,80 V. c) E ( /Zn) = 0,76 V y E ( /Li) = 3,05 V. Indica, en cas, las reaccines que tienen lugar en el ánd y en el cátd, así cm la fuerza electrmtriz de las células galvánicas. (Canarias 2006)

79 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) 75 Para que una reacción sea espntánea debe cumplirse que a presión y temperatura cnstantes, ΔG < 0. La relación entre ΔG y el ptencial de la reacción, E, viene dad pr la expresión, ΔG = n F E, de dnde se deduce que una reacción de xidación reducción será espntánea siempre que se cumpla que E > 0. Una célula galvánica es aquella en la que tiene lugar una reacción espntánea, en ella, el par que presenta mayr ptencial actúa cm cátd y el de menr cm ánd de frma que se btiene que E ce lula > 0. La fem ptencial de la célula se calcula mediante la expresión: E ce lula = E ca td E a nd Cátd es el electrd en el que tiene lugar la semirreacción de reducción. Ánd es el electrd en el que tiene lugar la semirreacción de xidación. a) Reacción entre Cu /Cu y Zn /Zn Cátd: (aq) + 2 Cu (s) Ánd: Zn (s) (aq) + 2 Reacción glbal: Cu (aq) + Zn (s) Cu (s) + Zn (aq) La fem de la célula es: E ce lula = E /Cu E /Zn b) Reacción entre Ag /Ag y Zn /Zn Cátd:2 (aq) Ag (s) = 0,34 V 0,76 V = 1,10 V Ánd:Zn (s) (aq) + 2 Reacción glbal: 2 Ag (aq) + Zn (s) 2 Ag (s) + Zn (aq) La fem de la célula es: E ce lula = E /Ag E /Zn c) Reacción entre Zn /Zn y Li /Li Cátd: (aq) + 2 Zn (s) = 0,80 V 0,76 V = 1,56 V Ánd:2 Li (s) 2 (aq) + 2 Reacción glbal: Zn (aq) + 2 Li (s) Zn (s) + 2 Li (aq) La fem de la célula es: E ce lula = E /Zn E /Li = 0,76 V 3,05 V = 2,29 V

80 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) Ajusta las siguientes reaccines pr el métd del in electrón e indica en cada cas cuál es el xidante y cuál el reductr: a) + NaI + HCl NaCl + + b) a) La ecuación iónica es: Na IO + I + H Cl H Cl + I + H O Las semirreaccines sn: Reducción: IO + 6 H + 5 e ½ I + 3 H O Oxidación: 5 I ½ I + e La ecuación glbal es: IO + 6 H + 5 I 3 I + 3 H O Añadiend ls ines que faltan (6 Cl y 6 Na + ) se btiene la ecuación mlecular final: + 5 NaI + 6 HCl 6 NaCl es el xidante, la especie que gana electrnes y se reduce. es el reductr, la especie que cede electrnes y se xida. b) La ecuación iónica es: 2 K Cr O + Fe SO + 2 H SO 2 Cr 3 SO + 2 Fe + 2 K + H O Las semirreacines que tienen lugar sn: Reducción: Cr O + 14 H + 6 e 2 Cr + 7 H O Oxidación: 3 2 Fe 2 Fe + 2 e La ecuación glbal es: Cr O + 14 H + 6 Fe 2 Cr + 6 Fe + 7 H O Añadiend ls ines que faltan (13 SO y 2 K ) se btiene la ecuación mlecular final: es el xidante, la especie que gana electrnes y se reduce. es el reductr, la especie que cede electrnes y se xida. (Canarias 2006)

81 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) Si se añade cbre en plv sbre una dislución acusa de nitrat de plata 1 M se bserva un liger depósit de clr gris y una prgresiva intensificación del clr azul. a) Qué reacción se prduce? b) Calcula la variación de la energía libre y explica si el prces es espntáne. c) Explica cm cnstruirías una pila cbre plata si dispnes de: hil de plata, hil de cbre dislución 1 M de sulfat de cbre (II) y dislución 1 M de nitrat de plata. La explicación debe incluir: la reacción que se prduce el sentid en que circulan ls electrnes, el ánd, el cátd y la fuerza electrmtriz ptencial de la pila. Dats. E ( /Cu) = 0,34 V; E ( /Ag) = 0,80 V. a) En la reacción entre Cu (s) y Ag (aq) las semirreaccines que tienen lugar sn: (Galicia 2006) Reducción: 2 Ag (aq) + 2 e 2 Ag (s) E = 0,80 V Oxidación: Cu (s) Cu (aq) + 2 e E = 0,34 V Reacción glbal: 2 (aq) + Cu (s) 2 Ag (s) + (aq) E = 0,46 V b) La variación de energía libre de Gibbs, ΔG, del prces es: ΔG = 2 ml C 0,46 V 1 kj ml 10 = 88,8 kj J Para que una reacción sea espntánea debe cumplirse que a presión y temperatura cnstantes, ΔG < 0. La relación entre ΔG y el ptencial de la reacción, E, viene dad pr la expresión, ΔG = n F E, de dnde se deduce que una reacción de xidación reducción será espntánea siempre que se cumpla que E > 0. Una pila vltaica es aquella en la que tiene lugar una reacción espntánea, en ella, el par que presenta mayr ptencial actúa cm cátd y el de menr cm ánd de frma que se btiene que E ce lula > 0. La fem ptencial de la pila es igual a: c) Un esquema de la pila vltaica es: Ls electrnes de la célula se dirigen de frma espntánea hacia ptenciales crecientes, pr tant: Pl psitiv: /Ag Pl negativ: /Cu Ag + es el xidante, la especie que se reduce. Cu es el reductr, la especie que se xida. La ntación de la pila es: Cu / // / Ag

82 Prblemas y Cuestines de las Olimpiadas de Química. Vlumen 9. (S. Menargues & F. Latre) Se mntan en serie tres cubas electrlíticas. La primera cntiene una slución de nitrat de ; la segunda, una slución de ; y la tercera, una slución de. Al cab de un ciert tiemp de circular una crriente cntinua, se han depsitad 5,40 g de Ag en el cátd de la primera cuba electrlítica. a) Calcule el númer de átms de Cu depsitads en el cátd de la segunda cuba electrlítica. b) Calcule la masa de Au depsitada en el cátd de la tercera cuba. c) Dibuje un esquema del mntaje. d) En la nutrición parenteral, que se administra en alguns enferms pr vía intravensa, se necesita suministrar ligelements del tip del in. Sabiend que el ph de la sangre es de 7,4; y siend cnscientes de que hay que evitar la precipitación del en frma de en la sangre. Cuál debe ser la cncentración máxima de libre en la sangre? (Dats. Númer de Avgadr = 6, ; = 2,2 10 ) (Galicia 2007) a) Las ecuacines químicas crrespndientes a las reaccines que se prducen en ls cátds de las cubas sn: Ag (aq) + e Ag (s) Cu (aq) + 2 e Cu (s) Au (aq) + 3 e Au (s) Cm las tres cubas se encuentran cnectadas en serie pasa la misma cantidad de crriente pr ellas y, pr tant, a partir de la masa de plata depsitada en la primera cuba se puede calcular l que se depsita en las siguientes: 1 ml Ag 5,40 g Ag 107,9 g Ag 1 ml e 0,05 F 1 F 1 ml e 1 ml Ag b) La masa de Au depsitad es: 1 ml e 0,05 F 1 F c) Un esquema del mntaje es: 1 F 1 ml e = 0,05 F 1 ml Cu 6, a tm Cu 2 ml e = 1,51 átm Cu 1 ml Cu 1 ml Au 197 g Au = 3,29 g Au 3 ml e 1 ml Au d) La ecuación química crrespndiente a la dislución del CuOH (s) es: CuOH (s) Cu (aq) + 2 OH (aq)

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