Science and Technology Department QUÍMICA UNITAT 7. 2n Batxillerat EQUILIBRIS IÒNICS HETEROGENIS 1. La solubilitat de l’hidròxid de ferro (II) en aigua pura a 298 K és 7,37·10 -4 g·dm-3. a) Calculeu el producte de solubilitat de l’hidròxid de ferro (II). b) Indiqueu si aquest hidròxid precipitarà en afegir 10-3 g de clorur de ferro (II) a 1 dm3 d’una solució de pH 6. Dades: Masses atòmiques: H=1; O=16; Cl=35,5; Fe=56. 2. L’anàlisi química d’una determinada mostra d’aigua diu que cada litre conté, entre altres espècies, 384 mg d’ió calci i 76,8 mg d’ió sulfat. a) Trobeu la concentració molar de calci i de sulfat en l’aigua esmentada. b) Justifiqueu per què no s’hi observa precipitat de sulfat de calci. c) Si a 1 L de l’aigua anterior afegim 200 cm 3 de dissolució 0,02 M de sulfat de sodi s’observa precipitat? Justifiqueu-ho. Dades: masses atòmiques: O=16; Na=23; S=32; Ca=40. Kps(sulfat de calci)=3·10-5 3. El iodur de plom (II) és una sal de color groc, força insoluble en aigua freda, que es pot obtenir barrejant dissolucions de nitrat de plom (II) i iodur de potassi. a) Escriviu la reacció de precipitació que té lloc. b) Si barregem 1 L de dissolució 0,1 M de nitrat de plom (II) amb 1 L de dissolució 0,1 M de iodur de potassi, calculeu la quantitat en grams de iodur de plom (II) que s’obtindrà (suposant que és totalment insoluble). c) Expliqueu quin procediment seguiríeu al laboratori per preparar les dissolucions anteriors a partir dels productes sòlids i per separar el precipitat format. Dades: masses atòmiques: N=14; O=16; K=39; I=127; Pb=207. 4. Les constants del producte de solubilitat (Kps) del carbonat de plata i del iodat de plata són respectivament, 8,2·10-12 i 3,1·10-8. a) Determineu la solubilitat (en g/L) de cadascun dels dos compostos en aigua. b) Justifiqueu en quina de les dues dissolucions saturades hi ha més ions plata per litre. Dades: masses atòmiques: C=12; O=16; Ag=108; I=127. 5. La constant del producte de solubilitat (Kps) del carbonat de plom (II) és 1,6·10-13. a) Escriviu l’expressió del producte de solubilitat del carbonat de plom (II). b) Determineu la solubilitat (en g/L) del carbonat de plom (II) en aigua. c) Determineu la solubilitat (en g/L) d’aquesta sal en una solució 0,1 M de Pb(NO3)2. Dades: masses atòmiques: C=12; O=16; Pb=207,2 6. A temperatura ambient, una dissolució saturada de clorur de plom (II) conté 1,004 g de la sal en 250 cm3 de dissolució. Science and Technology Department a)Trobeu el producte de solubilitat del clorur de plom (II). b) Determineu si es produirà precipitat en barrejar 10 cm 3 de dissolució de clorur de sodi 0,1 M amb 30 cm3 de dissolució de nitrat de plom (II) 0,01 M. Dades: masses atòmiques: Cl= 35,5; Pb=207,2 7. S’evaporen 250 cm3 de dissolució saturada de sulfat de calci, i se n’obté un residu sòlid de 207 mg. a) calculeu la solubilitat de la sal en mol·dm-3. b) Calculeu la constant del producte de solubilitat del sulfat de calci. c) Determineu si precipitarà o no sulfat de calci en barrejar 50 cm 3 de nitrat de calci 0,001 M i 50 cm3 de sulfat de sodi 0,01 M. Dades: masses atòmiques: O=16; S=32; Ca=40 8. En evaporar 100 ml d’una solució de clorur de plom (II) saturada a 25 ºC, s’obtenen 439 mg de sòlid. Calculeu: a) La solubilitat de la sal en mg/l i mol/dm3. b) El producte de solubilitat del clorur de plom a 25 ºC.. Dades:Masses atòmiques: Pb=207; Cl=35,5. 9. Es mesclen 20 ml de clorur d’estronci 0,1 M amb 5 ml de sulfat de sodi 0,5 M i es filtra el precipitat format: a) Justifiqueu que es formi un precipitat. b) Calculeu la concentració dels ions presents a la solució final i la massa de precipitat obtinguda. Dades: Ks(sulfat d’estronci) 2,8·10-7; Masses atòmiques: O=16; Sr=87,6; S=32. 10. El producte de solubilitat a 25 ºC del clorur de plata és 1,7·10 -10. a) Calculeu la solubilitat en aigua, en mol/L i g/L, aquesta temperatura. b) Calculeu la solubilitat d’aquesta sal, en mol/L, en una solució 0,02 mol·dm-3 de clorur de potassi. Dades: masses atòmiques: Cl=35,5; Ag=108. 11. A una solució aquosa que conté ions I-1 i Cl-1, ambdós a la mateixa concentració, 0,1 M, s’hi afegeix una solució aquosa de nitrat de plata. a) Precipitarà primer el clorur o el iodur de plata? Justifiqueu la resposta. b) Determineu la concentració del primer ió quan comença a precipitar el segon. c) Calculeu la solubilitat del iodur de plata, en g·L-1, a 25 ºC. Dades: Productes de solubilitat a 25 ºC: Ks(clorur de plata)=1,8·10-10; Ks(iodur de -17 plata)=8,3·10 ; Masses atòmiques: Ag=107,9; I=126,9. 12. Una dissolució té una concentració 1,0·10-5 mol·dm-3 en ions bari i 2,0·10-3 mol·dm-3 en ions calci. Si hi anem afegint sulfat de sodi, indiqueu: a) Quina concentració de sulfat hi haurà en el moment en què comenci la precipitació del primer ió i quin serà aquest. Science and Technology Department b) Quina serà la concentració de l’ió que ha precipitat en primer lloc quan comenci a precipitar el segon ió. Dades: Kps (BaSO4)=1,1·10-10; Kps(CaSO4)=2,4·10-5 13. Es prepara una solució saturada d’hidròxid de cadmi. a) Calculeu el pH de la solució. b) Indiqueu com es podria dissoldre un precipitat d’hidròxid de cadmi. Justifiqueu la resposta. c) Afegim gota a gota una solució d’hidròxid de sodi a dos tubs d’assaig amb volums iguals de dues solucions que contenen respectivament ions cadmi i ions magnesi a la mateixa concentració. Justifiqueu quin dels dos hidròxids precipitarà primer. Dades: Ks(hidròxid de cadmi)=1,2·10-14; Ks(hidròxid de magnesi)= 1,1·10-11 14. A 1 L de dissolució de nitrat de plata de concentració 1,0·10 -4 mol·dm-3 anem afegint, gota a gota, una dissolució 0,001 M de clorur de sodi. Quan hi hem afegit 1,8 cm3 d’aquesta dissolució, apareix un precipitat. a) Escriviu la reacció que té lloc i especifiqueu el compost que precipita. b) Calculeu la constant del producte de solubilitat del precipitat que s’ha format. c) Expliqueu què s’observarà si afegim amoníac a la dissolució que conté el precipitat. 15. Una dissolució saturada d’hidròxid de zinc té pH=8,5. a) Quines són les concentracions dels ions hidròxid i zinc en aquesta dissolució? b) Trobeu el producte de solubilitat de l’hidròxid de zinc. c) Quina quantitat (en grams) d’hidròxid de zinc dissolt hi ha en 200 cm 3 de dissolució saturada? d) De quina manera es podria incrementar la solubilitat d’aquest hidròxid? 16. El clorur de magnesi és una sal soluble en aigua. Això no obstant, si l’aigua emprada té caràcter bàsic es pot observar l’aparició d’un precipitat. a) Justifiqueu aquest fet, i indiqueu quina és l’espècie que precipita. b) Calculeu el producte de solubilitat de l’espècie anterior, sabent que el precipitat apareix quan es dissolen 1,35 g de clorur de magnesi en 250 cm3 d’aigua de pH=9. c) Indiqueu com es podria redissoldre el precipitat format. Dades: masses atòmiques: H=1; O=16; Mg=24,3; Cl=35,5. 17. A 1000 cm3 d’una dissolució de carbonat de sodi 0,001 mol·dm -3 s’hi afegeix gota a gota dissolució de clorur de bari de concentració 0,001 mol·dm-3. Quan se n’hi ha afegit 8,2 cm3, s’observa l’aparició d’un precipitat. a) Escriviu la reacció de precipitació que té lloc i indiqueu el producte que precipita. b) Calculeu el producte de solubilitat del precipitat format. c) Justifiqueu per què el precipitat format es redissol si s’afegeix àcid clorhídric a la dissolució. Science and Technology Department 18. Escolliu la resposta correcta: El producte de solubilitat d’una sal en aigua: a) és una constant que només depèn de la temperatura. b)és una constant que depèn de la temperatura i el volum de la dissolució emprada. c) no és constant, ja que canvia si hi afegim una altra sal amb un ió comú. d) no és constant, ja que la solubilitat de la sal augmenta si hi posem més dissolvent. 19. Escolliu la resposta correcta: Els productes de solubilitat del sulfat de plom (II) i del iodur de plom (II) són força semblants; això vol dir que la solubilitat del iodur de plom (II) és: a) molt semblant a la del sulfat de plom (II). b) més gran que la del sulfat, perquè el iodur de plom (II) es dissocia en tres ions. c) més petita que la del sulfat de plom (II) perquè aquest es dissocia en dos ions. d) més gran que la del sulfat de plom (II) perquè el sulfats són molt insolubles. 20. La gràfica següent mostra la variació amb la temperatura de la solubilitat del Pb(NO3)2 en aigua, expressada en grams de solut per 100 g d’aigua. a) Feu una estimació de la massa de Pb(NO3)2 que es pot dissoldre en 1 kg d’aigua a 25 ºC. b) És saturada a 70 ºC una dissolució de Pb(NO3)2 del 50% en massa? c) Es barregen 150 g de Pb(NO3)2 i 200 g d’aigua a 25 ºC. Justifiqueu si la dissolució serà o no saturada i quina serà la massa de solut no dissolta (si n’hi ha). d) Justifiqueu si el procés de dissolució d’aquesta sal és exotèrmic o endotèrmic. 21. A 25 °C, es prepara una solució saturada d’hidròxid de zinc en aigua i el seu pH és 8,5. Science and Technology Department a) Calculeu el valor de la constant producte de solubilitat, Kps, de l’hidròxid de zinc a 25 °C i la massa d’hidròxid de zinc que hi ha dissolta en 5 L d’una solució saturada d’hidròxid de zinc en aigua. b) Calculeu la solubilitat de l’hidròxid de zinc en una solució de clorur de zinc 1,5 · 10–2 M. DADES: Masses atòmiques relatives: H = 1,0; O = 16,0; Zn = 65,4. 22. El carbonat de calci i el carbonat de magnesi són dues sals molt poc solubles en aigua, amb unes constants producte de solubilitat, Kps, a 25 °C, que són 5,0 · 10–9 i 1,0 · 10–5, respectivament. a) Escriviu els equilibris de solubilitat d’ambdós carbonats i raoneu quin dels dos és més soluble en aigua. Calculeu la solubilitat d’aquest carbonat a 25 °C. Expresseu el resultat en mg · L–1. b) Si es mesclen 100 mL d’una solució de clorur de magnesi 0,012 M amb 50 mL d’una solució de carbonat de sodi 0,060 M, precipitarà carbonat de magnesi? Raoneu la resposta. Podeu considerar que els volums de les solucions són additius. c) Expliqueu com prepararíeu al laboratori els 100 mL de la solució de clorur de magnesi 0,012 M a partir d’una solució de clorur de magnesi 0,120 M. Quin material necessitaríeu? DADES: Masses atòmiques relatives: C = 12,0; O = 16,0; Mg = 24,3; Ca = 40,1. 23. L’hidròxid de magnesi és una substància que es fa servir en petites quantitats com a antiàcid i també com a laxant. a) Calculeu-ne la solubilitat en aigua a 25 °C, i expresseu-la en mgL–1. b) Sense canviar la temperatura, expliqueu raonadament com variarà la solubilitat de l’hidròxid de magnesi si, en comptes de dissoldre’l en aigua, el dissolem en una solució de nitrat de magnesi. I si el dissolem en una solució d’àcid clorhídric? DADES: Producte de solubilitat de hidròxid de magnesi a 25 °C:Kps=1,2×10–11. Masses atòmiques relatives: Mg=24,3; O=16,0; H=1,0. 24. En l’anàlisi química, les solucions aquoses de nitrat de plata, AgNO 3, se solen utilitzar per a detectar la presència d’ions clorur en solucions problema, a causa de la precipitació del clorur de plata de color blanc. a) Tenim una solució problema d’ions clorur molt diluïda (3,0×10–7 M). Si agafem 20 mL d’aquesta solució i hi afegim 10 mL d’una solució 9,0×10 –4 M de nitrat de plata, hi detectaríem la presència de clorur? b) En els flascons de nitrat de plata podem trobar aquests pictogrames de seguretat:Què signifiquen aquests pictogrames? Quines precaucions s’haurien de prendre en la manipulació de les solucions de nitrat de plata? DADES: Producte de solubilitat (Kps) del clorur de plata a 298K=2,8×10–10. Considereu additius els volums de solucions líquides. 25.A l’aigua hi ha ions calci i ions sulfat, que en combinar-se, poden formar una sal insoluble com és el sulfat de calci, CaSO4, amb un Ks=2,4·10-5. Si a 1 L d’una dissolució saturada de CaSO4, hi afegim 100 mL d’una dissolució 1 M de Science and Technology Department Na2SO4, totalment dissociada, quina serà la concentració de calci? Calcula la quantitat de precipitat que s’ha format. 26. El producte de solubilitat del iodur de plom (II) és 6,5·10-9. Si a la dissolució hi ha KI amb una concentració 0,1 M, quina és la solubilitat de l’ió plom? 27.Tenim una dissolució aquosa de cromat de potassi i de clorur de sodi de concentracions 0,1 M i 0,05 M, respectivament, i hi addicionem una dissolució de nitrat de plata. Suposa que el volum no varia. a) Determina, per mitjà dels càlculs pertinents, quina de les dues sals de plata precipitarà en primer lloc. b) Calcula la concentració de l’anió de la sal més insoluble en començar a precipitar la sal que precipita en segon lloc. Dades: Ks (cromat de plata) = 2·10-12; Ks (clorur de plata) = 1,8·10-10. 28. La solubilitat de Be(OH)2 és de 8·10-7 M. a) Quin pH ha de tenir una dissolució de nitrat de beril·li (sal soluble) de concentració 2·10-6 M perquè comenci la precipitació de l’hidròxid? b) Quina és la concentració d’ions Be2+ en dissolució, si tenim un pH=10? 29. Les aigües dures són un problema en les llars ja que es formen compostos insolubles que provoquen avaries en conduccions i aparells electrodomèstics. Si l’aigua analitzada conté 50 mg/L de Ca2+, quina és la concentració de CO32necessària per precipitar CaCO3? Dades: Kps(CaCO3) = 4,8·10-9; massa atòmica del Ca=40,08 g/mol 30. En el segle XXI i en la societat occidental s’ha produït un gran augment en el consum d’aigües comercialitzades. Una de les anàlisis que es fan abans de comercialitzar una nova aigua és la determinació del contingut de SO 42-: es mesuren 100 g d’aigua i s’analitzen afegint-hi una dissolució 5·10-4 M de clorur de bari. si en un cas concret, en el moment que comença a precipitar el compost, s’han consumit 8 mL de la dissolució de la sal de bari, compleix aquesta aigua el requisit legal exigit per als sulfats? Dades: El Reial Decret 1423/1982 (BOE 29-6-1982) diu que perquè una aigua de beguda envasada pugui ser comercialitzada com a mineromedicinal, la quantitat de SO42- no pot superar els 250 mg/L. Kps(BaSO4)=1,1·10-10; masses atòmiques: S=32; O=16 31. La presència de ferro és un dels problemes que més sovint han d’afrontar els professionals de tractament d’aigües. Aquest element pot afectar el sabor de l’aigua, produir taques als sanitaris i a la roba blanca o formar dipòsits en les xarxes de distribució. a) Les guies de qualitat de l’Organització Mundial de la Salut recomanen que les aigües destinades al consum humà no sobrepassin els 0,3 mg L –1 de ferro. Si suposem que aquesta concentració és tota de Fe, quin pH tindrà l’aigua quan comenci la precipitació de l’hidròxid de ferro(II)? [1 punt] Science and Technology Department b) En un vas de precipitats tenim una mica d’hidròxid de ferro(II) sòlid en contacte amb una solució aquosa saturada d’aquest hidròxid. Una manera de solubilitzar el sòlid és afegir-hi aigua destiŀlada. Expliqueu dues altres maneres de solubilitzar-lo. [1 punt] Dades: Producte de solubilitat de l’hidròxid de ferro(II), a 25 °C: Ks = 4,1 × 10 –15 Constant d’ionització de l’aigua, a 25 °C: Kw = 1,0 × 10–14 Massa atòmica relativa: Fe = 55,85 32. Un estudiant duu a terme l’experiment següent al laboratori, a una temperatura de 20 °C: transfereix a un vas de precipitats, amb l’ajut d’una proveta, 40 mL d’una solució aquosa de H2SO4 1,0 × 10–3 mol L–1, i 160 mL d’una solució aquosa de BaCl2 5,0 × 10–3 mol L–1. Remena bé la mescla amb una vareta de vidre i observa de seguida l’aparició d’un precipitat de color blanc. a) Expliqueu raonadament, a partir dels càlculs necessaris, la formació del precipitat. [1 punt] b) L’estudiant separa el precipitat blanc de la solució aquosa incolora mitjançant un procés de filtració. Amb la solució aquosa del filtrat omple dos tubs d’assaig fins a la meitat; en un hi afegeix una mica d’una solució aquosa concentrada de Na2SO4 i en l’altre, una mica d’aigua destiŀlada. Expliqueu raonadament què succeirà a cada tub. [1 punt] Dades: Constant de producte de solubilitat del BaSO4 a 20 °C: Ks= 1,1 × 10–10 Considereu additius els volums de les solucions aquoses. Science and Technology Department SOLUCIONS ALS PROBLEMES EQUILIBRIS IÒNICS HETEROGENIS 1. a) Kps= 2,2 ·10-15 b) Q = 7,87·10-22; Q<Kps per tant NO PRECIPITARÀ. 2. a) [Ca2+]=9,6·10-3 mol/l [SO42-]=8·10-4 mol/l b) Q = [Ca2+][SO42-] Q = 7,68·10-6; Q<Kps per tant NO PRECIPITARÀ. c) Na2SO4 2Na+ + SO42CaSO4(S) Ca2+(aq) + SO42-(aq) Noves concentracions de Ca2+ i SO42[Ca2+]=8·10-3 M [SO42-]=4·10-3 M Q=3,2·10-5; Q>Kps comença a precipitar. 3. a) Pb(NO3)2 + 2KI PbI2(s) + 2 KNO3 b) Reactiu limitant KI. Obtenim 23,05 g de PbI2. c) Preparació de 1 l de Pb(NO3)2 0,1 M. Pesem 33,1 g de Pb(NO3)2 en un vas de precipitats. Afegim un volum d’aigua inferior a 1 L i agitem el sòlid fins total dissolució del precipitat. Un cop obtinguda una dissolució homogènia es transvasa el contingut a un matràs aforat amb ajut d’un embut. S’afegeix aigua destil·lada al matràs mitjançant una pipeta Pasteur fins la línia d’enràs. Tapem i agitem la mescla per homogeneïtzar. Es procedeix de manera anàloga amb el KI pesant inicialment 16,6 g de KI. 4. a) s(Ag2CO3) = 1,27·10-4 M = 0,035 g/L. s(AgIO3) = 1,76·10-4 mol/l b) [Ag+]Ag2CO3 = 2,54·10-4 mol/l [Ag+]AgIO3 = 1,76·10-4 mol/l Per tant, hi ha més ions plata a la dissolució de AgCO3. 5. a) PbCO3(s) Pb2+(aq) + CO32-(aq) 2+ Kps= [Pb ][CO32-] b) S(PbCO3) = 1,08·10-4 g/l ; s =4·10-7 M c) Solubilitat PbCO3 en Pb(NO3)2: S(PbCO3) = 1,6·10-12 mol/l 6. a) Kps(PbCl2) = [Pb2+][Cl-]2 = 1,20·10-5 b) [Cl-]=0,025 M [Pb2+]=0,0075 M Q = 4,69·10-6 Q < Kps NO PRECIPITA 7. a) s=6,09·10-3 mol/L Science and Technology Department b) Kps(CaSO4)=3,71·10-5 c) Q=2,5·10-6 [Ca2+]=5·10-4 M [SO42-]=5·10-3 M Q<Kps NO PRECIPITA 8. a) s(PbCl2)=4390 mg/L ó 0,0158 mol/L b) Kps (PbCl2) = 1,58·10-5 9. a) Q = 8·10-3 Q > Kps PRECIPITA b) [Na+] = 0,2 M [Cl-] = 0,16 M [Sr2+] = 1,4·10-5 M [SO42-]=0,02 M 10. a) AgCl Ag+ + Cl- s (AgCl)= 1,3·10-5 M = 1,865·10-3 g/L b) s = 8·10-9 M en dissolució de KCl. 11. a) [Ag+]=1,8·10-9 M: Concentració mínima perquè precipiti AgCl. [Ag+]=8,3·10-16 M: Concentració mínima perquè precipiti AgI. De les concentracions de plata anteriors se’n pot deduir que primer precipita AgI. 12. a) [SO42-] = 1,1·10-5 M perquè comenci a precipitar BaSO4 [SO42-]’ = 0,012 M perquè comenci a precipitar CaSO4 De les concentracions de sulfat anteriors se’n pot deduir que primer precipitarà el BaSO4 b) [Ba2+]=9,16·10-9 M quan comença a precipitar el segon ió. En aquest moment la concentració de sulfat és 0,012 M. 13. a) pH=9,46 b) Afegint una reactiu amb el qual formi un complex soluble. c) Precipitarà abans Cd(OH)2 perquè té un Kps més petit i a més tots dos compostos donen el mateix nombre d’ions. 14. a) AgNO3 + NaCl AgCl(s) + NaNO3 -10 b) Kps = 1,79·10 c) El precipitat es redissol. Es forma un complex soluble en aigua: El diaminplata. Ag+ + 2NH3 [Ag(NH3)2]+ 15. a) [OH-]=3,16·10-6 mol/l [Zn2+]=1,58·10-6 mol/l b) Kps(Zn(OH)2) = [Zn2+][OH-]2 c) Afegint un àcid que neutralitzaria els ions OH-, i per tant consumiria aquests ions i això faria que l’equilibri es desplacés cap a la dreta per contrarestar la disminució d’ions OH-. Science and Technology Department 16. a) Precipita Mg(OH)2 en medi bàsic. b) Kps=5,67·10-12 (éssent [Mg2+] = 0,0567 M; [OH-]=1,0·10-5 M c) Afegint àcid, per reduir la concentració d’ions OH- i desplaçar l’equilibri cap a la dreta. Mg(OH)2(s) Mg2+ + 2 OH-1 17. a) Na2CO3(aq) + BaCl2(aq) BaCO3(s) + 2 NaCl(aq) -9 b) Kps = 8,23·10 c) Perquè CO32- + 2 H3O+ H2CO3 + H2O BaCO3(s) Ba2+(aq) + CO32-(aq) Per tant l’equilibri es desplaça cap a la dreta, amb la consegüent dissolució del precipitat. 18. a) 19. b) 20. a) 600 g Pb(NO3)2 per kg d’aigua: 600 g Pb(NO3)2/Kg H2O. b) És gairebé saturada però no ho és. c) ÉS sobresaturada. La massa de solut no dissolta serà 30 g. d) Pb(NO3)2(s) Pb2+(aq) + 2 NO3-(aq) És ENDOTÈRMICA. Segons el gràfic veiem que quan augmenta la temperatura augmenta la solubilitat, i per tant, la reacció es desplaça cap a la dreta. Així doncs el sentit dreta la reacció és ENDOTÈRMIC. 21. Science and Technology Department 22. Science and Technology Department 23. Science and Technology Department 24. 25. [Ca2+]=4,2·10-3 M; Quantitat de precipitat és 0,628 g de CaSO4 26. solubilitat Pb2+=6,5·10-7 mol·L-1 27. . b) 4·10-5 M 28. a) pH=8; b) [Be2+]=2·10-10 M. 29. [CO32-]=3,85·10-6 mol·L-1 30. Science and Technology Department 31. Science and Technology Department 32. Science and Technology Department