Tercera prova parcial de Química. 1/6/2015. NOM i COGNOMS... GG... GM... DNI...

Transcripción

1 Aquest examen consta de 4 preguntes. 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. En cada full podeu escriure per davant i per darrera. Només es corregirà el que estigui escrit en bolígraf. Si no s'indica el contrari, cal raonar breument totes les respostes. La part no recuperable d'aquesta prova contribueix en un 10 % a la nota final de l'assignatura. La part recuperable d'aquesta prova contribueix en 70 / 3 % a la nota final de l'assignatura. Nota important: La còpia, trànsit d'informació, la tinença d'un mòbil o aparell similar (smartphone, tauleta, audífon,...), etc. durant la prova comportarà suspendre l'examen amb una nota de zero, sense perjudici d'estendre la penalització més enllà, d'acord amb els articles de la Normativa sobre Organització, Desenvolupament i Avaluació dels Estudis de Grau de la Facultat de Ciències i de la Normativa Reguladora dels Processos d Avaluació i Qualificació dels Estudiants de la Universitat de Girona. Part No Recuperable NR) (10 punts) Una dissolució aquosa d àcid sulfúric te una densitat d 1.86 g/ml i una riquesa del 96%. Calcular la fracció molar de sulfúric i d aigua a la dissolució. 1

2 Part Recuperable R1) (10 punts) 25 ml d una solució aquosa que conté un àcid monopròtic desconegut es valoren amb una solució d hidròxid sòdic 0.12 M. Per arribar al punt d equivalència es gasten 15.5 ml de la solució de base forta. a) Quina és la concentració de l àcid a la solució inicial? b) Quina és la constant d acidesa de l àcid si el ph del punt d equivalència és de 9.15? c) Com prepararies un tampó a partir d aquest àcid i en quin interval de ph et serviria? 2

3 R2) (10 punts) Una mostra aquosa conté anions I M i CN M. Volem separar aquests dos anions mitjançant la precipitació d un d ells addicionant lentament ions Ag +, mantenint l altre anió en solució. Responeu a les següents qüestions: a) Quin anió precipitarà primer? b) Indiqueu quina és la concentració mínima d ions Ag + (en mols/l) que ha de tenir la solució perquè comenci a precipitar el primer anió. c) En el moment en que comenci a precipitar el segon anió, quina serà la concentració del primer anió que encara resta a la solució sense precipitar? d) Considerem que la precipitació és quantitativa quan s ha precipitat un mínim del 99% (és a dir, resta menys de l'1% en solució). Podeu considerar que el primer anió s ha precipitat quantitativament? (indiqueu el percentatge que queda en solució). Dades: Kps(AgI) = , Kps(AgCN) = Considereu al llarg de tot el problema que l addició d ions Ag + no modifica el volum de la solució. 3

4 R3) (10 punts) Considereu la següent reacció: Sr (s) + Mg 2+ (aq) Sr 2+ (aq) + Mg (s) Quan la reacció té lloc a 25ºC i amb tots els reactius i productes en els seus estats estàndard, el valor de la constant d equilibri per a la reacció és de a) Determina el valor del potencial estàndard de cel la, ε 0 per a una cel la basada en aquesta reacció. b) Identifica l agent oxidant per a la reacció espontània. c) Com canviaria el potencial si la reacció es realitzés amb una solució de Mg(NO 3 ) M i alhora amb una solució de Sr(NO 3 ) M? d) Quan la cel la de l apartat c) assolís l equilibri, quin seria el potencial de cel la? e) Indica per a cadascun dels següents canvis realitzats sobre el sistema quin efecte tindrien sobre el valor de ε: e.1) Addició de Mg (s) e.2) Doblar el volum de les dues solucions afegint aigua. 4

5 RESPOSTES NR) Es tracta de la pregunta del llibret de problemes. La resposta és X(H 2 SO 4 )=0.815, X(H 2 O)= R1) a) Primer calculem els mols totals de l àcid: 15,5 ml Aquests mols es troben en 25 ml, per tant: [HA] = = 0,0744 M b) Un cop s arriba al punt d equivalència tots els mols d àcid han estat neutralitzats i tenim una dissolució de la base conjugada de concentració: [A - ] = = 0,0459 M Aquesta base hidrolitza en aigua per donar una certa quantitat de l àcid feble: A - + H 2 O HA + OH - De manera que això dona un ph de 9,15, per tant el poh = 4,85 i [OH - ] = 1, M. Per calcular la K a es pot aplicar l equilibri: A - + H 2 O HA + OH - 0,0459-x x x on x= 1, M On K b = x 2 / (0,0459-x) i així K b = 4, i llavors K a = / K b = 2, (pk a = 5,63) També es pot aplicar la fórmula de la base feble: ph = / 2 pk a + 1 / 2 log C b = 5,63 on C b = 0,0459 K a = 2, c) Afegint aproximadament la meitat de mols de base forta que de l àcid (HA) a una solució d àcid feble; per tal de produir una barreja de l àcid i la seva base conjugada: HA + OH - A - + H 2 O En qualsevol cas les concentracions d aquestes dues espècies (HA i A - ) no poden ser mai una deu vegades més gran que l altre. D'aquesta manera el ph estarà una unitat al voltant del pk a, és a dir serà de 5,63±1. R2) a) Calculem quina serà la concentració d ions Ag + que cal per precipitar cadascun dels anions en les situacions que s indiquen: Kps(AgI) = = [Ag + ] [I - ] = [Ag + ] (0.01); llavors [Ag + ] = M Kps(AgCN) = = [Ag + ][CN - ] = [Ag + ] (0.01); llavors [Ag + ] = M Fa falta menys quantitat d ions plata per a precipitar el iodur, per tant el primer anió a precipitar serà el I -. També es pot respondre qualitativament gràcies al fet que les dues sals tenen la mateixa estequiometria 1:1 i que les concentracions dels anions són iguals. En aquest cas precipita primer l'anió de la sal que té un producte de solubilitat menor, és a dir el I -. 5

6 b) Si tenim en compte que la concentració inicial de I - és de 0.01 M, perquè comenci a precipitar aquest anió: Kps(AgI) = = [Ag + ] [I - ] = [Ag + ] (0.01); llavors cal [Ag + ] = M c) Perquè comenci a precipitat el segon anió (CN - ) (que també es troba a 0.01 M): Kps(AgCN) = = [Ag + ] [CN - ] = [Ag + ] (0.01); llavors [Ag + ] = M Per a aquesta concentració de Ag +, la quantitat de I - que resta a la solució és: Kps(AgI) = = [Ag + ] [I - ] = ( ) [I - ]; llavors [I - ] = M Tenint en compte que inicialment hi havia 0.01 M de I -, la quantitat (%) de I - que resten en solució (sense precipitar) abans que comenci la precipitació del CN - és: 100 ( / 0.01) = 69 % Aquest percentatge supera l'1% i, per tant, la separació no serà quantitativa. R3) a) b) ε 0 > 0 per tant la reacció és espontània en el sentit escrit. Així la reacció es pot descompondre en les següents semireaccions: semireacció d oxidació: Sr (s) Sr 2+ (aq) + 2 e - semireacció de reducció: Mg 2+ (aq) + 2 e - Mg (s) I així l agent oxidant és el Mg 2+. c) Les condicions no són estàndard i cal aplicar doncs l equació de Nernst: d) Quan una pila assoleix l equilibri, ε=0 i aquesta s ha esgotat. e) Cal mirar l efecte que tindrien aquests canvis sobre el quocient de reacció Q. Cap d aquestes modificacions fa variar el valor de Q: no afecta el sòlid perquè la seva activitat continua essent la unitat, i no afecta la dilució perquè el quocient no queda alterat (atesa l'estequiometria). Així doncs cap de les accions modificaran ε. 6