Objetivos Operacionales para Examen I Por: Rolando Oyola

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1 ROLANDO OYOLA MARTINEZ, Ph.D. Universidad de Puerto Rico Humacao Departamento de Química Call Box 860 Humacao PR Objetivos Operacionales para Examen I Por: Rolando Oyola 1 INTRODUCCIÓN DEL CURSO 1.1 Definir química analítica. (Cap. 1) 1.2 Distinguir entre análisis cualitativo y análisis cuantitativo. (Sec.1A) 1.3 Describir los pasos generales de un método analítico y las consideraciones generales que se deben tener en cada paso. (Conferencia) 1.4 Conocer los distintos métodos analíticos mediante la naturaleza de la medida final en el análisis. (Sec. 1B) 1.5 Describir los pasos en un análisis cuantitativo. (Sec. 1C) 1.6 Distinguir entre analizar, determinar, muestra, blanco y analito. (Conferencia) 1.7 Distinguir entre un reactivo que reacciona de manera específica vs. selectiva. (Conferencia) 1.8 Describir y hacer uso de curvas de calibración para determinar concentración de analito en muestra desconocida. (8D, 8D2, 8E1 y 8E2) 1.9 Conocer términos básicos en la industria química relacionados a validación y control de calidad. (Conferencia) 2 PREPARACIÓN DE SOLUCIONES Y ESTEQUIOMETRIA (CAP. 4 Y CONFERENCIA) 2.1 Definir lo que es concentración. 2.2 Saber identificar las substancias más comunes correspondientes a sales, ácidos y bases. 2.3 Distinguir entre un electrolito fuerte y uno débil 2.4 Distinguir entre las expresiones de concentración sobre las bases peso/peso, peso/volumen y volumen/volumen. 2.5 Expresar ppm y ppb sobre la base peso/peso, peso/volumen y volumen/volumen. 2.6 Calcular peso y porciento de analito a partir de molaridades, volúmenes y relaciones de reacción 2.7 Expresar concentración de una solución en diferentes unidades mediante factores de conversión. 2.8 Distinguir y aplicar en cálculos de concentración la diferencia entre concentración analítica o formal y concentración en equilibrio. 2.9 Definir lo que es una solución estándar Conocer las propiedades de un estándar primario Determinar los gramos de substancia a pesar para preparar solución por pesada directa y luego calcular la concentración real de la substancia a partir de datos de pesada Determinar la concentración de una solución que se prepara por dilución Determinar el volumen a transferir para preparar una solución de cierto volumen y concentración por dilución Determinar cantidad de soluto si conoce densidad o gravedad específica para preparar una solución de cierta concentración Determinar densidad de solución con datos de concentración Saber calcular reactivo limitante, reactivo en exceso y las cantidades de producto que se forma a partir de una mezcla de reactivos Saber calcular cantidades que se requieren de los reactivos para llevar a cabo una reacción química.

2 Quim 3025/Objetivos Operacionales y Ejercicios/ Ex. I/ago-dic ÁCIDO/BASE (CAP.9) 3.1 Definir ácidos/bases fuertes/débiles y concepto de par conjugado en términos de la teoría de Brönsted-Lowry (Sec. 9A2 y Sec 9A5) 3.2 Definir especies anfotéricas y zwitterion (Sec. 9A3) 3.3 Definir y/o explicar la escala de ph (Sec. 9B4) 3.4 Identificar propiedades de las soluciones estándares de ácidos y bases. 3.5 Dada una reacción ácido-base, identificar el ácido, la base, el ácido conjugado y la base conjugada. 3.6 Conocer y entender las implicaciones de las aproximaciones en las derivaciones matemáticas y químicas para determinar concentraciones en equilibrio para sistemas acuosos de ácido/base. (Sec. 9B6) 3.7 Establecer las ecuaciones de balance de carga y masa para los sistemas de ácido/base. (Sec. 9B6) 3.8 Calcular el ph de soluciones de: a) ácidos fuertes, b) ácidos débiles, c) sales, d) bases fuertes, e) bases débiles, f) especies anfotéricas y g) amortiguadores. 3.9 Explicar la preparación de soluciones amortiguadoras. (Sec. 9C) 3.10 Hacer cálculos de ph cuando se añade ácido o base fuerte a solución amortiguadora. (Sec. 9C) 3.11 Definir y/o explicar efecto de la capacidad amortiguadora (β). (Sec. 9C2) 3.12 Composición de la solución usando valores alfa (α). (Sec. 9C2) 3.13 Identificar aplicaciones de amortiguadores en sistemas biológicos. (Conferencia) EJERCICIOS DE PRÁCTICA: Introducción y curva de calibración 1) Defina los siguientes términos: a) Química Analítica, b) Analísis cualitativo, c) Analísis cuantitativo, d) analito, e) muestra, f) matriz, g) blanco, h) reacción o prueba específica y i) reacción o prueba selectiva 2) Enumerar los pasos generales del método analítico. Conocer los factores a considerar en cada paso del método. 3) Conocer cómo se puede cuantificar mediante una curva de calibración. 4) Definir los siguientes términos: a) rango lineal, b) rango dinámico, c) límite de detección y d) sensitividad de calibración. 5) Definir los siguientes términos: a) ISO y OECD, b) GLP, c) SOP, d) QAU y QC, e) Validación 6) Un método para determinar el compuesto atrazine en agua resulta en una curva de calibración lineal: y=0.207(±0.001)(x) (±0.006) donde y es la señal de respuesta, X, concentración de atrazine en µg/l y los valores en paréntesis son las incertidumbres absolutas de la pendiente y el intercepto, respectivamente. Calcule el límite de detección (DL) y el límite de cuantificación (LOQ). Resultado: DL = 0. 06μg/L (k=2), DL= 0.09 μg/l (k=3), LOQ = 0.3 μg/l 7) Considere la siguiente información de señal como función de concentración para el análisis de hierro presente en la leche y fórmulas para bebes. Fe (mg/l) Señal a. Construya una gráfica de Señal como función de concentración de hierro. b. Conteste lo siguiente: a) identifique la región lineal, b) identifique el rango dinámico, c) determine la sensitividad de calibración, el límite de detección (LD) y el límite de cuantificación (LOQ) y la sensitividad analítica para una concentración de hierro de 7.50 ± 0.08 mg/l. Soluciones: unidades de concentración y preparación de soluciones 8) 15.0 gramos de sulfato de sodio (Na 2SO 4) se disuelven en 400 gramos agua. La solución resultante tiene una densidad de g/ml a 25 C. Calcule las siguientes concentraciones: a) porciento peso/peso (w/w%) de Na 2SO 4, b) molaridad (M) de Na 2SO 4, c) molalidad (m) de Na 2SO 4, d) ppt de Na 2SO 4, e) ppm de Na 2SO 4 y f) fracción molar (χ) de Na 2SO 4. Resultado: a) 3.61% Na 2SO 4, b) M, c) m, d) 36.1 ppt, e) 3.61 x 10 4 ppm y f) ) Una solución 12.0 M HCl tiene una densidad de g/ml a 25 C. Calcule: a) w/w% de HCl, b) molalidad (m) de HCl y c) fracción molar (χ) HCl. Resultado: a) 39.5%, b) 17.9 m, c) 0.24

3 Quim 3025/Objetivos Operacionales y Ejercicios/ Ex. I/ago-dic ) Considere una solución m de nitrato de calcio cuya densidad es g/ml a 25 C. Calcule: a) w/w% de nitrato de calcio, b) w/w% del ión nitrato, c) w/w% del ión de calcio, d) molaridad de nitrato de calcio, e) molaridad del ión nitrato, f) fracción molar del ión de calcio y g) fracción molar del ión nitrato. Resultado: a) 4.69%, b) 3.55%, c) 1.14%, d) M, e) M, f) y g) ) Considere una solución de cloruro de magnesio (MgCl 2) donde la concentración del ión de magnesio (Mg 2+ ) es 25.0 ppm y la densidad de la solución es 1.00 g/ml a 25 C. Calcule: a) w/w% del ión de magnesio, b) w/w% del ión cloruro, c) w/w% de MgCl 2, d) molaridad de MgCl 2, e) molaridad del ión de Mg 2+, f) molaridad del ión de Cl -1 y g) molalidad de MgCl 2. Resultado: a) %, b) %, c) %, d) M, e) M, f) M y g) ) Una solución comercial es 98.0% w/w (18.0 M) en H 2SO 4. Calcule la densidad de la solución comercial. Resultado: densidad = 1.80 g/ml 13) Describa como preparar una solución con volumen de 1.0 L con concentración de M en cloruro a partir de una solución que es 250 ppm en KCl. Resultado: Se transfiere una alícuota de 299 ml de la solución de 250 ppm de KCl y se diluye hasta 1.0 L. 14) Calcule los gramos de HClO 4 y de agua en 37.6 gramos de una solución que es 70.5 % w/w en HClO 4. Resultado: gramos HClO 4=26.508, gramos H 2O= ) Se recomienda que el agua potable contenga 1.6 ppm de fluoruro (F -, PA=18.998) como aditivo para prevenir las caries. Considere un envase con un diámetro de 20 metros y una profundidad de 10.0 metros. El volumen del envase es πr 2 h donde r es el radio y h es la altura del envase. Calcule la masa de fluoruro de sodio (NaF, PM=41.987) que se requiere para que al llenar el tanque su concentración sea de 1.6 ppm. Puede asumir que la densidad de la solución es 1.0 g/ml. Resultado: masa NaF=11.1 kg. 16) Calcule la concentración, en función p, de los iones de sodio, cloruro e hidróxido presentes en una solución que es M en NaCl y M en NaOH. Resultado: pna=1.077, pcl=1.475, poh= ) Calcule la concentración, en función p, de los iones de cobre, zinc y nitrato presentes en una solución que es 4.78 x 10-2 M en Cu(NO 3) 2 y M en Zn(NO 3) 2. Resultado: pcu=1.320, pzn=0.983, pno 3= ) Una solución acuosa que es 6.42% w/w en Fe(NO 3) 2 (PM=241.86) tiene una densidad de g/ml. Calcule: a) concentración molar analítica de la sal, b) concentración molar del ión nitrato y c) masa en gramos de la sal por litro de solución. Resultado: a) M=0.281, b) M=0.562 y c) gramos. 19) Describa la preparación de una solución acuosa con volumen total de 750 ml y que sea 6.0 M en H 3PO 4 a partir de una solución comercial que es 86% w/w en H 3PO 4 y cuya gravedad específica es de Resultado: Diluir 300 ml de la solución comercial hasta un volumen de 750 ml usando agua como disolvente. 20) Describa la preparación de una solución acuosa con volumen total de 600 ml y que sea 3.00% w/v en BaCl 2 a partir de una solución que es M BaCl 2. Resultado: Transferir 216 ml de M BaCl2 y diluir hasta un volumen de 600 ml usando agua. 21) Un científico disuelve gramos de cierto sólido (PM=60.0) en un envase de forma irregular. El científico añade agua de tal forma que el envase se llena hasta el tope. Luego se transfiere una alícuota de ml de la solución a un matraz volumétrico de ml y se lleva a volumen. La concentración de la solución resultante se determina por cierto método instrumental obteniéndose un valor de 25 μm. Cuál es el volumen del envase con forma irregular? Resultado: 30 L 22) Calcule el volumen de una solución que es 0.50 M en H 2SO 4 que se tienen que mezclar con 65 ml de 0.20 M H 2SO 4 de tal forma que la solución resultante posea una concentración de 0.35 M en H 2SO 4. Resultado: Volumen = 65 ml 23) Calcule el volumen en mililitros de 3.00 M H 2SO 4 que se requieren para reaccionar por completo con 4.35 gramos de sólido que es 23.2% w/w en Ba(NO 3) 2. La reacción es: Ba 2+ + SO 4 2- BaSO 4(s) Resultado: Volumen = 1.29 ml 24) Calcule la masa del sólido La(IO 3) 3 (PM=663.6) que se produce al mezclar 50.0 ml de M La 3+ con 75.0 ml de M IO 3-. Resultado: gramos de La(IO 3) 3. 25) Considere la siguiente reacción: Th F - ThF 4(s). Se tienen 25.0 ml de M en Th 4+. Calcule los gramos de una solución que es 0.491% w/w en HF que se deben añadir de tal forma que se obtenga un 50% en exceso de F - al reaccionar con Th 4+. Resultado: 14.4 gramos de HF 0.491% w/w 26) Se disuelven exactamente gramos de Na 2CO 3 puros en ml de M HCl. Calcule: a) la masa en gramos que se produce de CO 2 y b) la molaridad del reactivo en exceso luego de la reacción. Resultado: a) g CO 2 y b) M HCl

4 Quim 3025/Objetivos Operacionales y Ejercicios/ Ex. I/ago-dic ) Calcule la masa en gramos de MgNH 4PO 4 que se produce al preparar la siguiente mezcla: ml de 1.000% w/v en MgCl ml de M Na 3PO 4 + exceso de NH 4+. Calcule la molaridad del reactivo en exceso (MgCl 2 o Na 3PO 4). + + MgCl ( ac) + Na PO (ac) + NH (ac) Mg( NH PO ) ( s) + 3 Na ( ac) + 2 Cl ( ac) Resultado: g MgNH 4PO 4 y M MgCl 2. 28) Calcule el volumen de M AgNO 3 que se requieren para precipitar completamente el I - contenidos en ml de una solución que es ppt en KI. Resultado: 2930 ml de M AgNO 3 se requieren para precipitar todo el I - como AgI. 29) Asuma que g de KHC 8H 4O 4 (KHP, PM= g/mol) se requieren para valorar cierta solución de Mg(OH) 2 de acuerdo a la siguiente reacción: Mg(OH) 2 (ac) + 2(KHC 8H 4O 4) Mg(KC 8H 4O 4) 2 + 2H 2O Sí se consumen ml de Mg(OH) 2 para consumir todo el KHP, calcule la molaridad de Mg(OH) 2. Resultado: M Mg(OH) 2 30) Una solución de NaOH se valora usando H 3PO 4 basado en la siguiente reacción: H 3PO 4 + 3NaOH Na 3PO 4 + 3H 2O Calcule la molaridad de NaOH sí ml de M H 3PO 4 requieren ml de NaOH. Resultado: M NaOH 31) Calcule el %w/w de Al(OH) 3 (PM = 77.98) sí una muestra de gramos requiere exactamente ml de M H 3PO 4 para su neutralización. La razón estequiométrica es 3:1 H 3PO 4/Al(OH) 3. Resultado: 21.2% w/w 32) Determine la masa de nitrato de plata (AgNO 3, PM=169.87) que es 99.5% puro que se requiere para precipitar el cloruro en una muestra que pesa g y que es 30.0% w/w NaCl (PM=58.44) y 70.0% w/w BaCl 2.2H 2O (PM=244.27). Resultado: 1.73 g Equilibrio Ácido/Base 33) Determine si una solución acuosa de cada compuesto es ácida, básica o neutral. Explique su razonamiento. a. NH 4OAc b. KNO 3 c. K 2C 2O 4 d. NaCl 34) Calcule el ph de las siguientes soluciones a M HOCl Respuesta: ph = 4.52 b M etilamina Respuesta: ph = c M NaOCl Respuesta: ph = d M HONH 3Cl Respuesta: ph = ) Identifique el par conjugado con mayor capacidad amortiguadora entre las siguientes dos opciones: a. mezcla de mol NH 3 y mol NH 4Cl b. mezcla de mol NH 3 con mol NH 4Cl 36) Consulte una Tabla de valores de K a e identifique un par conjugado que pueda usarse para preparar un amortiguador con los siguientes valores de ph: a b c ) Calcule el ph de la solución que resulta al mezclar 4.60 gramos de ácido láctico (PM=90.08, pka = 3.86) con 5.75 gramos de lactato de sodio (PM = ). Respuesta: ph = ) Calcule el volumen de M HCl que se deben añadir a ml M mandalato de sodio (C 6H 5CHOHCOONa, pk b = 10.60) para preparar un amortiguador con ph de Respuesta: V = 194 ml HCl 39) Calcule el volumen de 2.00 M NaOH que se deben añadir a ml 1.00 M ácido glicólico (HOCH 2COOH, pka = 3.83) para preparar un amortiguador con ph de Además, calcule la composición del amortiguador usando valores alfa (α). Respuesta: V = 89.3 ml NaOH 40) Calcule el ph de una solución que resulta al mezclar 3.0 gramos de ácido salicílico (PM , pka = 2.97) con 50.0 ml de M NaOH y diluir hasta ml. Respuesta: ph = 2.63

5 Quim 3025/Objetivos Operacionales y Ejercicios/ Ex. I/ago-dic ) Calcule el ph de la solución que resulta al mezclar 3.30 gramos de (NH 4) 2SO 4 y 125 ml M NaOH y luego diluir a ml. Respuesta: ph = ) Calcule lo gramos de formato de sodio (NaHCO 2) que se deben añadir a 400 ml de 1.00 M ácido fórmico (HCOOH, pka = 3.74) para preparar un amortiguador con ph de Respuesta: 15.5 gramos

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