Soluciones

Modelo Examen de Quı́mica
Soluciones
1 de enero de 2010
1. Formule o nombre los compuestos siguientes:
a) Hipobromito de sodio NaBrO
b) Ácido fosfórico H3 PO4
c) Nitrato de paladio (II) Pd(NO3 )2
d ) FeO Óxido de hierro (II)
e) SiI4 Yoduro de silicio (IV)
f ) (NH4 )2 CO3 Carbonato de amonio
2. Sea el sistema en equilibrio
CaCO3 (s) ⇀
↽ CaO (s) + CO2 (g)
Indique, razonadamente, si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:
a) La presión total del reactor será igual a la presión parcial del CO2 .
La presión total en una mezcla de gases es la suma de las presiones parciales.
Como en el sistema en equilibrio sólo existe un gas (CO2 ), la presión total
será la de este gas. Por tanto esta afirmación es verdadera: la presión total del
reactor es igual a la presión parcial del (CO2 ).
b) Kp es igual a la presión parcial del CO2 .
Kp es la constante del equilibrio expresada en función de las presiones parciales.
En este caso la única sustancia en estado gaseoso es el CO2 , por tanto Kp =
pCO2 , y la afirmación es verdadera.
c) Kp y Kc son iguales.
La relación entre Kp y Kc viene dada por la expresión: Kp = Kc · (RT )∆n ,
donde R es la constante de los gases, T la temperatura y ∆n es la variación
en el número de moles, según la estequiometrı́a, entre productos y reactivos de
sustancias gaseosas. En este caso ∆n = 1 ya que en productos existe 1 mol de
gases y en reactivos ninguno. Por tanto, en este caso la afirmación es falsa, ya
que Kp = Kc · R T .
3. Dadas las siguientes especies quı́micas: H3 O+ , OH− , HCl, HCO−
3 , NH3 , y HNO3 ,
justifique, según la teorı́a de Brönsted-Lowry:
a) Cuáles pueden actuar sólo como ácidos. H3 O+ , HCl, HNO3
b) Cuáles pueden actuar sólo como bases. OH− , NH3
c) Cuáles pueden actuar como ácidos y como bases. HCO−
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La clasificación que he hecho ha sido tomando como referencia el agua, ya que
según la teorı́a de Brönsted-Lowry un ácido es toda especie quı́mica capaz de ceder
un protón (a una base); y, por tanto, una base es todas especie quı́mica capaz de
aceptar un protón (de un ácido). De aquı́ se desprende la relatividad del carácter
ácido o básico de las distintas especies enfrentadas. Ası́, los que sólo actúan como
ácidos ceden un protón (al agua que actúa como base):
H3 O+ + H2 O ⇀
↽ H2 O + H3 O+
HCl + H2 O ⇀
↽ Cl− + H3 O+
+
HNO3 + H2 O ⇀
↽ NO−
3 + H3 O
Los que actúan sólo como bases, aceptan un protón del agua:
OH− + H2 O ⇀
↽ H2 O + OH−
−
NH3 + H2 O ⇀
↽ NH+
4 + OH
El hidrogenocarbonato, que puede actuar como ácido y como base:
−
⇀
HCO−
3 + HCl ↽ H2 CO3 + Cl
2−
+
⇀
HCO−
3 + NH3 ↽ CO3 + NH4
Pero esa relatividad se pone de manifiesto, por ejemplo, con el amoniaco, una base
tı́pica en agua pero que frente a bases más fuertes que él se comportarı́a como ácido,
cediendo un protón:
NH3 + OH− ⇀
↽ NH−
2 + H2 O
Al igual que todas las especies señaladas, ya que todas poseen protones que podrı́an
ceder; y todas, teóricamente también, podrı́an comportarse como bases aceptando
un protón, si frente a ellas colocamos una especie con mayor carácter ácido.
4. La especie quı́mica AB es una sal poco soluble en agua. Cuando en una disolución
acuosa el producto [A+ ][B− ] se hace igual al valor de Kps de esta sal se puede decir
que:
a) La disolución presenta una alta concentración de la especie AB en agua.
b) La disolución se encuentra saturada de la especie AB.
c) La disolución se encuentra sobresaturada en esa especie por lo que parte de
ella se retira de la disolución en forma de precipitado.
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Indique cuál o cuáles de las anteriores afirmaciones le parecen correctas, razonando
adecuadamente sus respuestas.
Una sal poco soluble AB en disolución acuosa presenta el siguiente equilibrio de
disociación:
AB (s) ⇀
↽ AB (aq) → A+ (aq) + B− (aq)
En este equilibrio se define la constante de equilibrio del producto de solubilidad
como Kps = [A+ ][B− ] donde [A+ ] = [B− ] = [AB (aq)] = s es la solubilidad de la sal,
es decir, la concentración de la disolución saturada. Por tanto, si [A+ ][B− ] = Kps :
a) es falso, ya que al ser una sal poco soluble la concentración de la sal será pequeña. Aún cuando se alcance [A+ ][B− ] = Kps estará muy diluida.
b) es correcta ya que en este instante se alcanza el producto de solubilidad y la
disolución se hace saturada.
c) es falsa. Para que la disolución se encontrara sobresaturada, [A+ ][B− ] > Kps y
precipitarı́a el exceso de sal hasta alcanzarse el valor de Kps .
5. En una disolución acuosa de HNO2 0,2 M, calcule:
a) El grado de disociación del ácido.
b) El pH de la disolución.
Dato: Ka = 4,5 · 10−4
El ácido nitroso es un ácido relativamente débil, por el valor que presenta su constante de acidez. Establecemos el equilibrio de disociación del ácido según la teorı́a
de Brönsted-Lowry:
c0
cx
ceq
HNO2
0,2
x
0,2 − x
+
H2 O ⇀
↽
NO−
2
0
x
x
+
H3 O+
0
x
x
donde c0 son las concentraciones iniciales, cx las concentraciones que aparecen o
desaparecen según la estequiometrı́a y ceq las concentraciones que encontraremos en
el equilibrio una vez disuelto el ácido. La constante de acidez para este ácido tiene
la expresión:
+
[NO−
2 ][H3 O ]
Ka =
[HNO2 ]
donde las concentraciones que aparecen son las del equilibrio. Por tanto:
Ka =
x2
= 4,5 · 10−4
0,2 − x
Como la diferencia entre los órdenes de magnitud del ácido (0,2) y su Ka (4,5 · 10−4 )
es tres o mayor podemos simplificar el denominador y despreciar la cantidad x frente
a 0,2, con lo que 0,2 − x ≃ 0,2 y:
√
x2
= 4,5 · 10−4 ⇒ x = 9 · 10−5 = 9,5 · 10−3
0,2
3
Como llamamos x a [H3 O+ ]:
[H3 O+ ] = 9,5 · 10−3 M ⇒ pH = −log[H3 O+ ] = 2,02
El grado de disociación, α, del ácido es la relación entre lo que se disocia ([NO−
2 ]) y
lo que inicialmente se tenı́a de dicho ácido ([HNO2 ]i ), es decir, el cociente entre x y
c0 :
9,5 · 10−3
x
= 0,048
=
α=
c0
0,2
6. El producto de solubilidad del AgCl es 1,6 · 10−10 . Calcule la solubilidad de esta sal:
a) En agua pura.
b) En una disolución 0,1 M de cloruro de sodio.
Dado el valor del producto de solubilidad del AgCl podemos decir que el cloruro de
plata es una sal muy insoluble. El equilibrio de solubilidad serı́a:
AgCl (s) ⇀
↽ AgCl (aq) −→ Ag+ (aq) + Cl− (aq)
a) Si llamamos ”s” a la solubilidad de dicha sal, la cantidad que se disuelva estará completamente disociada en sus iones y ası́:
AgCl (s) ⇀
↽
Ag+
s
+
Cl−
s
y el producto de solubilidad es la constante de este equilibrio:
Kps = [Ag+ ][Cl− ] = s · s = s2
s=
q
1,6 · 10−10 = s2
1,6 · 10−10 = 1,26 · 10−5 M
Por tanto la solubilidad del AgCl en agua pura es 1,26 · 10−5 M.
b) Si la disolución del AgCl se realiza en una disolución 0,1 M de NaCl, debido
a la presencia de un ion común (ion Cl− ), y por efecto de él, el equilibrio
de disociación del AgCl se encontrará desplazado hacia la izquierda (por el
principio de Le Chatelier), disminuyendo por tanto la solubilidad del AgCl.
Ası́:
AgCl (s) ⇀
Cl−
↽ Ag+ +
s′
s′ + 0,1
donde ahora s′ es la nueva solubilidad del cloruro de plata. Al ser ya de por
sı́ pequeña la solubilidad en agua pura ahora podemos, para simplificar los
cálculos, despreciar s′ frente a 0,1 y considerar que s′ + 0,1 ≃ 0,1, es decir,
que la concentración de ion cloruro es prácticamente la aportada por el cloruro
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de sodio. El producto de solubilidad, Kps = [Ag+ ][Cl− ] se tiene que seguir
cumpliendo, y: 1,6 · 10−10 = s′ · 0,1, con lo que
s′ =
1,6 · 10−10
= 1,6 · 10−9 M
0,1
Ası́, la solubilidad del AgCl en una disolución 0,1 M de NaCl desciende hasta
un valor de 1,6 · 10−9 M.
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