Ordenar, de menor a mayor solubilidad, los siguientes compuestos de cobre: Cu(OH) 2, CuCO 3, CuSO 4, CuS y Cu 2 [Fe(CN) 6 ].

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1 13. Equilibrios de Solubilidad Elaborada por: Dr. Ruy Cervantes Díaz de Guzmán Pregunta a responder al final de la sesión Ordenar, de menor a mayor solubilidad, los siguientes compuestos de cobre: Cu(OH) 2, CuCO 3, CuSO 4, CuS y Cu 2 [Fe(CN) 6 ]. Cómo afectan la temperatura, un ion común y el ph a la solubilidad de sales poco solubles? Introducción La solubilidad de un compuesto químico se puede definir como la máxima cantidad, expresada en gramos, que pueda disolverse de éste en 100g de agua a una temperatura constante. En general, a mayor temperatura, la solubilidad aumenta. Los datos reportados en libros y tablas se encuentran a 25 C. En el caso de los compuestos iónicos, el proceso de disolución involucra la disociación de los iones. Una gran cantidad de compuestos iónicos son muy poco solubles en agua y su solubilidad suele cuantificarse mediante el estudio del siguiente equilibrio: MX(s) M + (ac) + X - (ac) La concentración del sólido se considera constante, lo que da como resultado la siguiente expresión de la constante de solubilidad (también conocida como producto de solubilidad): K ps = [M + ][X ] A la concentración de cada uno de los iones presentes en disolución al momento de la precipitación del sólido se le llama solubilidad molar. Los factores que afectan la solubilidad son la temperatura, el ion común y el ph. Tarea Previa 1. Escribir el equilibrio de solubilidad para el PbI 2 (pk ps = 7.5) y calcula su solubilidad molar (mol/l). QG II Equilibrios de solubilidad Página 1

2 2. Completa la siguiente tabla. Compuesto Nombre Masa molar TlBr 2.62 La 2 (C 2 O 4 ) FeCrO Ni 3 (AsO 4 ) Zn(IO 3 ) pk ps S (mol/l) s (g/l) 3. Ordenar los compuestos de la pregunta anterior del más soluble al menos soluble. 4. Considerar una disolución saturada de fluoruro de calcio en la cual se ha establecido el equilibrio: CaF 2 (s) Ca 2+ (ac) + 2F - (ac) K ps = 4 x a) Cuál es la concentración molar de calcio (II) presente en la disolución? b) Calcular la concentración molar de calcio (II) si a esta disolución saturada le agregas NaF de modo que la concentración total de fluoruros sea 0.1 M. c) Comparar las dos concentraciones molares y explica la marcada diferencia. QG II Equilibrios de solubilidad Página 2

3 Reactivos Parte A Parte B CuSO 4 0.1M Pb(NO 3 ) 2 0.1M Na 2 CO 3 sólido KI 0.1M K 4 [Fe(CN) 6 ] 0.1 M H 2 SO 4 6 M NaOH 1 M NaCl sólido Na 2 S sólido CuSO 4 0.1M Procedimiento Parte A. Solubilidad de distintos compuestos de Cu(II) 1. En un vaso de precipitados de 50 ml colocar aproximadamente 15 ml de una disolución 0.1 M de CuSO Añadir, poco a poco y con agitación constante, Na 2 CO 3 sólido con la ayuda de una espátula hasta que la disolución pierda su color azul. Anotar los cambios observados. 3. A la mezcla de reacción agregarle, gota a gota y con agitación, K 4 [Fe(CN) 6 ] 0.1 M hasta que se observe un cambio permanente en el sólido formado. 4. Repetir el procedimiento del punto anterior ahora añadiendo NaOH 1 M a la mezcla de reacción. No olvidar ir anotando todos los cambios de color y estado físico. 5. Por último, repetir el mismo procedimiento agregando Na 2 S sólido. 6. Anotar todas las observaciones en la tabla 1. Tabla 1. Solubilidad de distintos compuestos de Cu(II) Reacción de precipitación Observaciones CuSO 4 (ac) + Na 2 CO 3 (ac) 1 + Na 2 SO 4 (ac) 1 + K 4 [Fe(CN) 6 ] (ac) 2 + K 2 CO 3 (ac) 2 + NaOH (ac) 3 + Na 4 [Fe(CN 6 )] (ac) 3 + Na 2 S (ac) 4 + NaOH (ac) QG II Equilibrios de solubilidad Página 3

4 Cuestionario 1. Considerando que todas las reacciones son de doble sustitución, escribir las fórmulas y los nombres de 1, 2, 3 y Escribir los equilibrios de solubilidad para cada uno de los precipitados (pp) de cobre observados, así como la correspondiente expresión matemática de la constante de solubilidad en cada caso, en la segunda y tercera columnas de la Tabla 2. Antes de llenar la última columna, responde la pregunta 3. Tabla 2 pp Equilibrio de solubilidad Expresión de la K ps Valor de la K ps Solubilidad molar [Cu 2+ ] x x x x QG II Equilibrios de solubilidad Página 4

5 3. En las siguientes expresiones, en las que las concentraciones de las especies se expresan entre paréntesis cuadrados, colocar en cada caso el coeficiente necesario para expresar la relación entre la concentración de los aniones y los cationes al disolverse cada uno de los compuestos de cobre formados durante la práctica. [Cu 2+ ] = [OH ] [Cu 2+ ] = [OH ] [Cu 2+ ] = [Fe(CN) 6 4 ] [Cu 2+ ] = [Fe(CN) 6 4 ] [Cu 2+ ] = [CO 3 2 ] [Cu 2+ ] = [S 2 ] 4. Calcular la solubilidad molar para el cobre en cada uno de los compuestos observados para llenar la última columna de la tabla Utilizando los datos de la tabla 2, escribir la expresión de la constante de equilibrio para cada una de las siguientes reacciones y calcular su valor utilizando los datos de K ps de la tabla 2. (Sugerencia: conviene multiplicar el numerador y el denominador en estas expresiones por [Cu 2+ ] o por [Cu 2+ ] 2 ) Predecir hacia qué lado se desplazará el equilibrio en cada caso. CuS(s) + CO 3 2 (ac) CuCO 3 (s) + S 2 (ac) K eq = Cu 2 [Fe(CN) 6 ](s) + OH Cu(OH) 2 (s) + [Fe(CN) 6 ] 4 K eq = QG II Equilibrios de solubilidad Página 5

6 Parte B. Factores que afectan la solubilidad Temperatura 1. En un tubo de ensaye colocar 2 ml de una disolución 0.1 M de nitrato de plomo y añadir, gota a gota, yoduro de potasio 0.1 M hasta precipitación completa. Registrar la temperatura de trabajo. 2. Calentar el tubo en baño María a 90 C y observar lo que ocurre. Retirar el tubo del baño y dejarlo enfriar lentamente en la gradilla. Anotar aquí las observaciones. Ion Común 1. En dos tubos de ensayo colocar 5 ml de una disolución 0.1 M de nitrato de plomo. A cada uno de ellos añadirle 0.06 g de cloruro de sodio, agitar y observar lo ocurrido y tomar nota aquí. 2. A uno de los dos tubos, añadirle otros 0.5g de NaCl. Comparar la cantidad de sólido formado en ambos vasos. ph 1. En un tubo de ensayo colocar 3 ml de una disolución 0.1 M de sulfato de cobre. Añadirle, gota a gota, una disolución 0.1 M de hidróxido de sodio hasta precipitación completa. 2. Agregar, gota a gota y con agitación, ácido sulfúrico 6M hasta obtener una disolución homogénea color azul. Manejo de residuos Recolectar todos los residuos que contengan Plomo, para su tratamiento posterior. Los residuos de Cobre pueden desecharse en la tarja con abundante agua. QG II Equilibrios de solubilidad Página 6

7 Cuestionario Efecto de la temperatura 1. Escribir la reacción que se llevó a cabo entre el nitrato de plomo y el yoduro de potasio. 2. Escribir el equilibrio de solubilidad del producto poco soluble de la reacción anterior, y la correspondiente expresión del producto de solubilidad. 3. Qué pasa con la cantidad de precipitado cuando se calienta el tubo de reacción? 4. Cómo varía [Pb 2+ ]ac al aumentar la temperatura? 5. Cómo varía el valor de la K ps correspondiente al aumentar la temperatura? Ion Común 1. Escribir la reacción que se llevó a cabo entre el nitrato de plomo y el cloruro de sodio. 2. Escribir el equilibrio de solubilidad del producto poco soluble de la reacción anterior. 3. Expresar la concentración de iones Cl en función de la concentración de iones Pb 2+, en una solución saturada de PbCl 2 [Cl ] = [Pb 2+ ] QG II Equilibrios de solubilidad Página 7

8 4. Expresar la concentración de iones Pb 2+ en función de la concentración de iones Cl en una solución saturada de PbCl 2 [Pb 2+ ] = [Cl ] 5. Calcular la solubilidad molar del Pb 2+ en una solución saturada de PbCl 2, sabiendo que su K ps es 2.4 x Cuál es la concentración de Cl en estas mismas condiciones? 7. Calcular la concentración de Pb 2+ en una solución de Pb(NO 3 ) 2 a la que se ha añadido un exceso de NaCl, tal que la concentración final del ion cloruro, [Cl ] = 0.1M ph 1. Escribir la reacción entre el sulfato de cobre y el hidróxido de sodio. 2. Escribir el equilibrio de solubilidad del producto poco soluble de la reacción anterior. 3. Escribir la reacción que se llevó a cabo entre este producto y el ácido sulfúrico. QG II Equilibrios de solubilidad Página 8