Materia Certamen 3

7/25/2019 Materia Certamen 3

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Materia Certamen 3Qumica Bsica

Pascual Soto U.

Captulo 8: Equilibrio inico

Solubilidad: mxima cantidad de una sustancia que se puede disolver en una cantidad dada desolvente o solucin. Se expresa en [mol/L]o[g/L], etc.

Sustancia insoluble Sustancia soluble

0,01 M 0,1 M

Reglas de solubilidad:

1. Todas las sales de sodio, potasio y amonio son solubles.

2. Todos los nitratos, acetatos y percloratos son solubles.

3. Todas las sales de plata, mercurio y plomo son solubles.

4. Todos los bromuros, cloruros y yoduros son solubles.

5. Todos los carbonatos, slfuros, xidos e hidrxidos son insolubles.

6. Todos los sulfatos son solubles, excepto elCaSO4y elBaSO4.

Las reglas se aplican en orden y predomina la que se encuentre primero. Por ejemplo:

N a2CO3 soluble 1 K2S soluble 1 BaCO3 insoluble 5AgCl soluble 3 N H4I soluble 1 Cu(CH3COO)2 soluble

La constante del producto de solubilidad Kps

En la situacin de equilibrio, la solucin est saturada con los iones del slido y est en contactocon el slido disuelto (la disolucin y la precipitacin ocurren a la misma velocidad, por ende, nohay cambio neto y estn en equilibrio).

vprecipitacion= vdisolucion

CaSO4(s) Ca+2

(ac)+ SO24 (ac)

Constante de equilibrio: K ps=

Ca+2

eq. SO24 eq.

1
mailto:[email protected]:[email protected]


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Relacin entre solubilidad y Kps

Ejemplo:A 25ClaKpsdelLi3P O4es 2, 37 1011. Determine su solubilidad.

Sean x los [mol/L] de Li3P O4 que se disuelven para alcanzar el equilibrio, es decir, saturar lasolucin.

Li3P O4(s) 3Li+(ac) + P O

34 (ac)

[ ]i 0 0[ ]eq. 3x x

Luego,Kps = [Li+]

3eq.

P O4

3eq.

2, 37 1011 = (3x)3 xx = 9, 68 104[mol/L] solubilidad

Ejemplo:A 25Cla solubilidad delCaSO4es 7, 02 103 [mol/L].

CaSO4(s) Ca+2(ac) + SO24 (ac)[ ]i 0 0[ ]eq. 7, 02 10

3 7, 02 103

Luego, elKps=

7, 02 1032

.

Efecto del ion comn

Ejemplo:Determinar la solubilidad delAgClen agua pura y en una solucin0, 10MenNaCl.Kps(AgCl) = 3, 8 1010

Agua pura:

AgCl(s) Ag+(ac) + Cl

(ac)

[ ]i 0 0[ ]eq. x x

Condicin de equilibrio:

Kps = [Ag+]eq.[Cl]eq.

2, 8 1010 =x2

x = 1, 67 105[mol/L] solubilidad en agua pura

En solucin0, 10MdeNaCl:


(ac)

[ ]i 0 0, 10[ ]eq. y y+ 0, 1


Kps = [Ag+]eq.[Cl]eq.

2, 8 1010 =y(y+ 0, 1)2, 8 1010 =y 0, 1y = 2, 109[mol/L] solubilidad en solucin0, 10M NaCl

Dado que elKpses muy pequeo se desprecia yfrente a0, 1, puesy


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El efecto del ion comn es la disminucin de la solubilidad de una sustancia en presencia de un ioncomn.

Reacciones de precipitacin

Para saber si ocurre precipitacin al mezclar dos soluciones se calcula Q para la solucin resul-tante y se compara conKps.

Q < Kps La solucin no est saturada y no hay precipitacin.Q= K ps La solucin est saturada justo en su punto de saturacin.Q > Kps La solucin est sobresaturada y hay precipitacin.

Ejemplo:La KpsparaAg2M oO4 2Ag+ + M oO24 es2, 6 10

11. Calcular las concentracionesfinales deAg+ yM oO42 en una solucin que se prepara mezclando25, 0[mL]deAgNO30, 1My45[mL]deN a2M oO40, 1M.

Mtodo 1:

AgNO3 0, 1M

Ag+ N O3

25, 0 [mL]

1+

N a2M oO4 0, 1M

N a+ N a+

M oO42

45, 0 [mL]

2=

Sol. resultante

Ag+ N a+

N O32 M oO4

2

70, 0 [mL]

3

Posible precipitado: Ag2M oO4

Solucin 1: nAgNO3 = 0, 1[mol/L] 0, 025[L] = 0, 0025[mol] nAg+ = 0, 0025[mol]

Solucin 2: nNa2MoO4 = 0, 1[mol/L] 0, 045[L] = 0, 0045[mol] nMoO4

2 = 0, 0045[mol]

Solucin 3:

[Ag+] =0, 0025[mol]

0, 07[L] = 0, 0357M

[M oO42] =

0, 0045[mol]

0, 07[L] = 0, 0643M

Q = [Ag+]2[M oO42]

= (0, 0357)2(0, 0643)

= 8, 2 105 >2, 6 1011 Kps

hay precipitacin

Ag2M oO4 2Ag+ + M oO42

[ ]i 0, 0357 0, 0643[ ]eq. 0, 0357 2y 0, 0643 y


Kps = [Ag+

]2eq.[M oO4

2

]eq.

2, 6 1011 = (0, 0357 2y)2(0, 0643 y)

3


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Mtodo 2:

2Ag+ + M oO42 100% Ag2M oO4

ni 0, 0025 0, 0045 0neq. 0, 0025 0, 0025 0, 5 0, 0025 0, 5

nf 0 0, 00325 0, 00125

0, 00325

0, 07 = 0, 0464M [ ]i

Ag2M oO4 2Ag+ + M oO42

[ ]i 0 0, 0464[ ]eq. 2x x + 0, 0464


2, 6 1011 = (2x)2(0, 0464 + x) Suponiendox


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Cul es la[Ag+]que se requiere para que el Ag2CrO4est a punto de precipitar?

1, 9 1012 = [Ag+]2[CrO42]

1, 2 1012 = [Ag+]2 0, 01

1, 2 1010 = [Ag+][Ag+] = 1, 4 105M

Precipita primero el que necesita menos plata.Precipita primeroAgCl.

Cul es la[Cl]que permanece en solucin cuando elAg2CrO4est a punto de precipitar?

CrO42

Ag+ + Cl

AgCl

La[Ag+]debe ser1, 4 105Mpara que elAg2CrO4est a punto de precipitar. En este momentoelAgClest en equilibrio con sus iones.

2, 8 1010 = [Ag+][Cl]2, 8 1010 = 1, 2 105[Cl]eq.[Cl] = 2, 0 105M

Ejemplo:Se tienen26[mL]de una solucin 0, 1MenNaCly 0, 01MenN a2CrO4. Calcular lasconcentraciones de todas las especies inicas en el equilibrio que se alcanzan luego de agregar:

1. 10, 0[mL]deAgNO3 0, 1M

2. 25, 0[mL]deAgNO3 0, 1M

3. 25, 5[mL]deAgNO3 0, 1M

Solucin:

Posibles precipitados: AgCl, Ag2CrO4 NaCl 100% N a+ + Cl (0, 1M)

N a2CrO4100% 2N a+ + CrO4

2 (0, 01M)

1.

nAg+ = 0, 1[mol/L] 0, 01[L] = 0, 001[mol]

nAg+ =nNO3 = 1, 0 103

nNaCl = 0, 1[mol/L] 0, 025[L] = 0, 0025[mol]

nNa+ =nCl = 2, 5 103[mol]

nNa2CrO4 = 0, 01[mol/L] 0, 025[L] = 2, 5 104[mol]

nNa+ = 5, 0 104[mol]

nCrO42 = 2, 5 104[mol]

5


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Ag+(ac) + Cl(ac)100% AgCl(s)

ni 1, 0 103 2, 5 103 0

nr/p 1, 0 103 1, 0 103 1, 0 103

nf 0 1, 5 103 1, 0 103

[ ]f 0 1,5103

0,035 = 0, 043M


(ac)

[ ]i 0 0, 043[ ]eq. x 0, 043 + x


2, 8 1010 =x(0, 043 + x) Suponiendox


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(ac)

[ ]i 0 0[ ]eq. x x

Condicin de equilibrio:2, 8 1010 =x x

2, 8 1010 =x2x = 1, 7 195M

Clculo deQiparaAg2CrO4:

Qi = (1, 7 195)2

2, 5 104

0, 05

= 1, 45 1012 1, 9 1012

Kps

precipita

2Ag+(ac) + CrO42(ac)100% Ag2CrO4

ni 0, 5 104 2, 5 104 0

nr/p 0, 5 104 0, 25 104 0, 25 104

nf 0 2, 55 104 0, 25 104

[ ]f2,25104[mol]

0,0505[L] = 0, 0045M


(ac)

[ ]i 0 0

[ ]eq. x + 2y x

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Ag2CrO4(s) 2Ag+(ac) + CrO4

2(ac)

[ ]i 0 0, 0045[ ]eq. 2y+ x 0, 0045 + y

Seax los [mol/L]de Ag2CrO4tal que con la contribucin del otro equilibrio las concentraciones

totales son concentraciones de equilibrio.Seay los [mol/L]de Ag2CrO4que se disuelven tal que con la contribucin del otro equilibrio lasconcentraciones totales son concentraciones de equilibrio.


2, 8 1010 = (x + 2y)x (1)1, 9 1012 = (x + 2y)2(0, 0045 + y) (2)1, 9 1012 = (x + 2y)2(0, 0045) (3) Suponiendo quey


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Autoionizacin del agua

H2O(l)+ H2O(l) H3O+(ac)+ OH

(ac)

Kw = [H3O+]eq.[OH

]eq.

Kw = 1, 0 1014

a25

C

Escala de pH y pOH

pH= log[H3O+] pOH= log[OH]

[H3O+]

>[OH] pH


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HN O3(ac) + H2O(l)100% H3O

+(ac) + Cl

(ac)

1, 0 107M 1, 0 107M

H2O(l) + H2O(l)100% H3O

+(ac) + OH

(ac)

[ ]eq.

1, 0 107 + x x


1, 0 1014 =

no se puede despreciar esta x (1, 0 107 + x) x

Si la concentracin de cido es106 o menor, no se puede despreciar.

Bases fuertes

Ejemplo:Calcular elpHde una solucin 0, 1MenK OH.

KOH(ac)H2O(l) K+(ac) + OH

(ac)

0, 1M 0, 1M

H2O(l) + H2O(l)100% H3O

+(ac) + OH

(ac)

[ ]eq. x 0, 1 + x


x(0, 1 + x) = 1, 0 1014 Suponiendo quex


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Se puede despreciar una variable frente a otra si hay al menos 4 rdenes de magnitud de diferencia.

1, 8 105 =x x

0, 1 (3)

1, 0 1014 =x y (4)

De(3) : x= 1, 34 103M Buena suposicin

De(4) : y= 1, 0 1014

1, 34 103 = 7, 46 1012M Buena suposicin

pH = log x= log(1, 34 103)= 2, 87

Curvas de titulacin

Es una grfica depHversus el volumen de titulante agregado.

cido Fuerte+Base Fuerte

Ejercicio:a100[mL]de H Cl 0, 1Mse agrega desde bureta NaOH0, 1M. Calcular elpHparacada uno de los siguientes volmenes agregados de base:

1. 0[mL]

HCl(ac) + H2O(l)100% H3O

+(ac) + Cl

(ac)

0, 1 0, 1

pH= log(0, 1) = 1, 0

2. 75[mL]Vtotal = 175[mL]

HCl + NaOH NaCl + H2Oni 0, 01 0, 0075nr/p 0, 0075 0, 0075 0, 0075

nf 0, 0025 0 0, 0075

[ ]f0,00250,175 = 1, 43 10

2M

Hidrlisis:tipo de reaccin en la cual un ion reacciona con el agua para producir H+ u OH.

En este casoN a+ yCl no hidrolizan.

Cualquier ion que venga de algo fuerte (cido fuerte, base fuerte) no hidroliza.

Luego,pH= log(1, 43 102) = 1, 84

3. 100[mL]Vtotal = 200[mL]

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HCl + NaOH 100% NaCl + H2O

ni 0, 01 0, 01nr/p 0, 01 0, 01 0, 01

nf 0 0 0, 01[ ]f 0 0

H2O + H2O 100% H3O

+ + OH

[ ]eq. x x


Kw = [H3O+]eq.[OH

]eq. 1, 0 1014 =x2

x = 1, 0 107M

pH = 7, 0

Cuando hay titulacin cido fuerte - base fuerte pH= 7

4. 101[mL]Vtotal = 201[mL]

HCl + NaOH 100%

NaCl + H2Oni 0, 01 0, 0101 0nr/p 0, 01 0, 01 0, 01

nf 0 0, 0001 0, 01[ ]f 0 0,0001

0,201 = 4, 98 104M

[OH] = 4, 98 104M

pOH = log(4, 98 104)pH = 10, 7

Indicadores colorimtricos

Colorantes que se comportan como cido dbil o base dbil.

Agregados en pequeas cantidades a una solucin no alteran el pHde sta.

Cambian de color al cambiar el pHde la solucin.

Ejemplo:p-nitrofenolOH

N O2

incoloro

5, 6

amarillo

7, 6

Supongamos un indicador colorimtrico genrico que se comporta como cido dbil:

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HIn(ac) + H2O(l) H3O+(ac) + In

(ac)

Forma cida Forma bsica(rojo) (amarillo)

[In]

[HIn]

color

0, 1 Rojo1 Naranja

10 Amarillo

KIn =[H3O

+]eq.[In]eq.

[HIn]eq.(1)

Se desea detectar unpunto equivalenteque ocurre cuando el pHde la solucin espH. CuandoelpHde la solucin espH, el indicador debe virar (cambiar de color).Se tiene que cumplir

[In

]eq.[HIn]eq.

= 1 (2)

De(1)y(2):

KIn = [H3O+]eq. (3)

pH = log[H3O+]eq. [H3O

+]eq. = 10pH (4)

De(3)y(4):KIn = 10

pH

Bases dbiles

Ejercicio:calcular elpHde una solucin 0, 1MenN H3.Kb(N H3) = 1, 8 10

5

N H3(ac) + H2O(l) N H+4 (ac) + OH

(ac)

[ ]eq. 0, 1 x x x + y

H2O(l) + H2O(l) H3O+(ac) + OH

(ac)

[ ]eq. y y+ x

x(x + y)0, 1 x

= 1, 8 105 (1)

y(x + y) = 1, 0 1014 (2) siempre es asetc... pH= 11, 1

Relacin entre Kay Kb

N H3(ac) + H2O(l)

N H+4 (ac) + OH

(ac) Kb

N H+4 (ac) + H2O(l) H3O

+(ac) +

N H3(ac) Ka


(ac) Kw

Kw = Ka Kb, Kw = 1, 0 1014

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cido Ka Base KbHF 7, 2 104 F 1, 4 1011

CH3COOH 1, 8 105 CH3COO

5, 6 1010

HCN 4, 0 1010 CN 2, 5 105

Ejercicio:A0, 1[L]de N H30, 1Mse agrega desde bureta H Cl0, 1M. Calcular elpHpara cadauno de los siguientes volmenes de cido agregados.Kb = 1, 8 10

5

1. 0, 05[L]

2. 0, 1[L]

3. 0, 101[L]

Solucin:

1. N H3+ HCl N H4+

hidroliza+ Cl

no hidroliza

Vtotal = 0, 15[L]

N H3 + HCl 100% N H4

+ + Cl

ni 1, 0 102 5 103 0 0

nr/p 5 103 5 103 5 103 5 103

nf 5 103 0 5 103 5 103

[ ]f 0, 0333 0, 0333 0, 0333

(a) N H3(ac)+ H2O(l) N H4+(ac)+ OH

(ac)

Kb= 1, 8 105

(b) N H4+(ac)+ H2O(l) H3O+(ac)+ N H3(ac)

Kh= Kw

Kb(N H3)=

1, 0 1014

1, 8 105 = 5, 56 1010

(c) H2O(l)+ H2O(l) H3O+(ac)+ OH

(ac)

Kw = 1, 0 1014

Kh=[H3O

+]eq.[N H3]eq.

[N H+4 ]eq.=

[H3O+]eq.[OH

]eq.[N H3]eq.

[N H+4 ]eq.[OH]eq.

= [H3O

+]eq.[OH]eq.

[N H+4 ]eq.[OH]eq.

[N H3]eq.

= Kw

Kb(N H3)

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N H3(ac) + H2O(l) N H4+(ac) + OH

(ac) Kb[ ]eq. 0, 0333 x 0, 0333 + x x + y


(ac) Kw[ ]eq. y x + y


(0, 0333 + x)(x + y)

0, 0333 x = 1, 8 105 (1)

y(x + y) = 1, 0 1014 (2) Supongamos que x


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De(1) : x2

0, 05 = 5, 56 1010M

x = 5, 27 106M Buena suposicin

De(2) : xy = 1, 0 1014

y = 1, 0 1014

5, 26 106

= 1, 9 109 Buena suposicin

pH = log(5, 27 106)

= 5, 28

3. Vtotal = 0, 201[L]

N H3 + HCl 100% N H4

+ + Cl

ni 1, 0 102 1, 01 102 0 0

nr/p 1, 0 102 1, 0 102 1, 0 102 1, 0 102

nf 0 0, 01 102 1, 0 102 1, 0 102

[ ]f 0 4, 98 104 4, 98 102 4, 98 102

HCl(ac) + H2O(l)100% H3O

+ + Cl

4, 98 10

4

M

N H4+(l) + H2O(l) H3O

+(ac) + N H3(ac) Kh

[ ]eq. 4, 98 104 x 4, 98 104 + x + y x


(ac) Kw[ ]eq. 4, 98 10

4 + y+ x y


4, 98 104 + x + y)x

4, 98 102 x = 5, 56 1010 (1)

y(4, 98 104 + x + y) = 1, 0 1014 (2)

Supongamos quexeyson despreciables frente a los nmeros

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De(1) : (4, 98 104)x

4, 98 102 = 5, 56 1010M

x = 5, 56 108M Buena suposicin

De(2) : (4, 98 104)y = 1, 0 1014

y = 2, 1 1011M Buena suposicin

pH = log(4, 98 104)

= 3, 3

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