Cinquena prova de Química. Part recuperable. 17/5/2013. NOM i COGNOMS... GG... GM... DNI...

Transcripción

1 Poseu a totes les fulles el nom, el grup gran i mitjà i el vostre DNI. Utilitzeu només el full assignat a cada pregunta per tal de respondre-la (podeu també emprar la part de darrera). Disposeu del formulari de consulta adjunt que cal retornar en acabar la prova. Cal raonar breument totes les respostes. Només es corregirà el que estigui escrit en bolígraf. Les preguntes d'aquesta part recuperable compten un 70 / 3 % de la nota global de l'assignatura. R-1) (10 punts) En l etiqueta d un envàs d àcid clorhídric comercial s especifiquen les dades següents: Riquesa: 3 % en pes Densitat: 1.18 g/ml (a 20ºC) Calcula: (a) La molaritat i la molalitat de la dissolució de l envàs comercial. (b) El volum d aquesta dissolució comercial necessari per preparar 20 ml d una dissolució d àcid clorhídric a ph=1. (c) Es podria preparar una dissolució d àcid clorhídric 1N a partir d aquesta dissolució comercial? Raona la resposta. Dades: P at (H)=1 g/mol, P at (Cl)=3. g/mol Resolució: (a) 3gHCl 100g dissolució 1.18g dissolució x 1mL 1000mL 1mol x x 36. HCl g HCl = 11.32M 3gHCl 6g dissolvent 1000g dissolvent x 1Kg 1mol x 36. HCl g HCl = 14.8m (b) ph=1 [HCl]=0.1M 0.1mol HCl 1000mL 20 mlx x x x = 2. 2 ml HCl comercial 1000mL 11.63mol (c) En el cas de l àcid clorhídric (1mol=1equivalent). Per tant, la normalitat de la dissolució comercial és de Tenint en compte aquest fet veiem que no podem preparar una dissolució 1N a partir d aquesta dissolució comercial. 1

2 R-2) (10 punts) En el laboratori disposem d àcid nítric, hidròxid sòdic i els següents àcids febles: Àcid pk a Acètic 4.7 Cianhídric 9.2 Clorós 1.96 Fòrmic 3.74 Hipoclorós 7. Nitrós 3.29 Oxàlic a) Indica quin àcid utilitzaries per preparar un tampó a ph=7.3. Explica com prepararies un litre d aquesta dissolució reguladora o tampó a partir de 0.1 mols de l àcid que has triat i els reactius de què disposes. b) Calcula com variarà el ph d aquesta dissolució quan a 200 ml d aquesta s hi afegeixin 8 ml d HCl 0.1M. a) L únic àcid d aquesta llista que serveix per preparar un tampó a ph= 7.3 és l hipoclorós. És l'àcid que té el pk a més proper al ph que es vol per al tampó. Si es vol fer un tampó i es disposa de 0.1 mols d aquest àcid, caldrà afegir base forta per generar la base conjugada: HClO + NaOH ClO - + H 2 O + Na + mols: 0.1-x x-x x Si es vol que el ph sigui 7.3 podem obtenir el valor de x: ph = pk a + log (C b /C a ) 7.3 = 7. + log [x mols/ / (0.1-x) mols/] x = mols de base forta. Per tant, per preparar un litre d aquesta dissolució amortidora, cal afegir mols d hidròxid sòdic als 0.1 mols d àcid hipoclorós i afegir aigua fins a un litre. b) En 200 ml del tampó hi ha: -mols HClO = 0.2 L M = mols HClO -mols ClO - = 0.2 L M = mols ClO - I en 8mL d HCl 0.01M hi ha L 0.1 M = mols HCl ClO - + HCl HClO + Cl - mols: ph = pk a + log (C b /C a ) ph = 7. + log ( mols/yl / mols/yl) ph = 7.22 Si es vol, no cal considerar volums (y) perquè tant l àcid com la base es troben en el mateix volum de dissolució. 2

3 R-3) (10 punts) Es vol determinar la concentració exacta d una dissolució d àcid propanoic (CH 3 CH 2 COOH; pk a =4.87) mitjançant una valoració àcid-base. Per això es prepara una dissolució de concentració aproximada 0.1 M i se'n prenen 0 ml per a la seva valoració. a) Si al laboratori disposes de les següents dissolucions: HCl 0.1M, NaOH 0.2M i NH 3 0.1M, digues quina o quines escolliries com agent valorant i justifica la teva resposta. b) Suposant que la concentració d'àcid propanoic és exactament 0.1 M, omple la taula següent relativa a la valoració: Volum agent valorant afegit (ml) 0 ph Reposta: a) L agent valorant escollit és NaOH 0.2M ja que és l únic que permetrà una reacció quantitativa de l àcid propanoic i, per tant, té utilitat com a reacció de valoració. b) Volum agent valorant afegit (ml) ph V=0 ml (àcid feble) ph = ½ / 2 (log 0.1)= 2.94 V= 1 ml (HA+OH - A - ) Mols inicials de l àcid: L (0.1 mols/l) = 10-3 mols inicials Mols que reaccionen amb la sosa: L (0.2 mols/l) = mols que han reaccionat = mols de base conjugada formats (=C b ) 3

4 Mols restants d àcid propanoic: = (=C a ) Tenim una mescla d àcid feble amb la seva base conjugada a concentracions similars: és un TAMPÓ. Si es vol, no cal considerar volums perquè tant l àcid com la base es troben en el mateix volum de dissolució: ph = log ( / ) =.04 V=2 ml (Volum d'equivalència: només tenim en dissolució A -, base feble) Mols inicials d àcid: 10-3 mols inicials Mols de sosa addicionats: L (0.2 mols/l) = 10-3 Correspon al punt d equivalència Concentració de la base conjugada formada: 10-3 mols / L= M ph = / / 2 log = 8.84 V= 30 ml (mescla base feble+base forta: el ph ve donat per la base forta) 10-3 L excés de base (0.2 mols/) = 10-3 mols de base en excés [NaOH] excés = 10-3 mols/ (0+30) 10-3 L= M poh = -1.9 ph + poh =14 ph =

5 R-4) (10 punts) Es prepara una solució introduint mols de sulfat de plom en 1 litre d aigua. Contesteu de manera breu però raonada a les qüestions que segueixen: a) Determineu quina fracció d aquest compost estarà dissolta a l equilibri. b) Si s addiciona acetat sòdic, quina serà la quantitat mínima que caldrà afegir per obtenir la dissolució total del sulfat de plom? Considereu que no es modifica el volum de la solució. c) Quin efecte tindrà l addició de 10-3 mols de sulfat de plom a la solució de l apartat a) un cop ha assolit l equilibri? Considereu que no es modifica el volum de la solució. Dades: K ps (PbSO 4 ) = ; β([pb(oac) 2 ]) = 10 2 Resposta: a) PbSO 4 (s) Pb SO 4 [ ] i [ ] eq s s s K ps = = s 2 s = M (solubilitat) Fracció dissolta = / = 7.06% b) PbSO 4 (s) Pb SO 4 K ps = Pb OAc [Pb(OAc) 2 ] β = 10 2 PbSO 4 (s) OAc [Pb(OAc) 2 ] + SO 4 K = Si volem que es dissolgui tot el PbSO 4, les concentracions de [Pb(OAc) 2 ] i SO 4 2- al final hauran de ser M. Si substituïm aquestes expressions a la nova constant d equilibri: K OAc d'on [ - OAc] = 1.416M Per tant, si a l equilibri la concentració d acetat lliure és 1.416M, el que haurem hagut d afegir vindrà donat pel balanç d acetat en el sistema. Tenim com a formes d acetat l acetat lliure i l acetat complexat amb el plom: [ - OAc] total = [ - OAc] + 2[Pb(OAc) 2 ] = = 1.42 M

6 En aquest cas també es pot fer el problema considerant dues etapes, una per a cada constant d'equilibri: 1) Respecta al producte de solubilitat del sulfat de plom, la concentració final de l'anió sulfat ha de ser de M (tot el sulfat s'ha dissolt). A partir de l'equació del K ps s'obté que la concentració en equilibri del catió plom ha de ser com a màxim de M. 2) Després, plantejant l'equilibri de formació del complex obtindrem la concentració mínima d'acetat requerida (y): Pb AcO - Pb(OAc) 2 Inicials (M): y 0 Equilibri (M): y-2( ) On, atesa la baixa concentració de Pb 2+ lliure, s'ha suposat que pràcticament tot el Pb 2+ es troba complexat (es considera que és molt més petit que i, per tant, no cal restar-lo). L'equació per a aquest segon equilibri és i s'obté que y=1.42 M / { [y-2( )] 2 } = 10 2 c) L addició de sulfat de plom no modificarà l equilibri. La solució ja està saturada i, per tant, l addició de més sòlid no modificarà la posició de l equilibri (admetent que el volum tampoc canvia). 6

7 R-) (10 punts) Considera la pila Fe 2+ Fe 3+ MnO - 4 Mn 2+ les qüestions que segueixen: i respon de manera raonada a a) Escriviu les reaccions igualades (en medi àcid) per a cada elèctrode així com la reacció total. b) Calculeu el valor de la seva FEM a 2 o C si la concentració de totes les espècies és 1 M. c) Calculeu el valor de la FEM si la concentració de protons és 0.1 M i la dels restants ions és 0.01 M. d) Calculeu el valor de G 0 i el de la constant d equilibri. Dades: ε 0 (MnO 4 - /Mn 2+ ) = 1.1 V ; ε 0 (Fe 3+ /Fe 2+ ) = 0.77 V Respostes: a) Càtode: (Reducció) MnO H + + e Mn H 2 O Ànode: (Oxidació) Fe e x Fe 3+ MnO H + + Fe 2+ Mn H 2 O + Fe 3+ b) ε 0 = ε 0 red + ε 0 oxd = = 0.74 V c) ε = ε 0 - ε = ε =0.646 V 0,09 n 0,09 log Q log 2 3 Mn Fe 2 MnO4 H Fe 8 = ,09 log d) ΔG 0 = - n F ε 0 = J/mol = kj/mol ε 0 = 0,09 n log K 0.74 = 0,09 log K K = =