Ácido-base, precipitación y electroquímica

Transcripción

INTRODUCCIÓN
ElaprendizajedelaQuímicaconstituyeunretoalqueseenfrentancadaañolos,cadavezmás
escasos, estudiantes de 2° de bachillerato que eligen las opciones de “Ciencias”, “Ciencias de la
Salud”e“IngenieríayArquitectura”.Estotambiénconstituyeunretoparalosprofesoresque,no
solodebensercapacesdebuscarlaformamáseficazparaexplicarestadisciplina,sinoademás,
inculcarelinterésquenacedelreconocimientodelpapelquejuegalaQuímicaenlavidayenel
desarrollodelassociedadeshumanas.
Enestecontexto,lasOlimpiadasdeQuímicasuponenunaherramientamuyimportanteyaque
ofrecen un estímulo, al fomentar la competición entre estudiantes procedentes de diferentes
centrosycondistintosprofesoresyestilosoestrategiasdidácticas.
Estacoleccióndecuestionesyproblemassurgiódelinterésporpartedelosautoresderealizar
una recopilación de los exámenes propuestos en diferentes pruebas de Olimpiadas de Química,
conelfindeutilizarloscomomaterialdeapoyoensusclasesdeQuímica.Unavezinmersosen
esta labor, y a la vista del volumen de cuestiones y problemas reunidos, la Comisión de
OlimpiadasdeQuímicadelaAsociacióndeQuímicosdelaComunidadValencianaconsideróque
podía resultar interesante su publicación para ponerlo a disposición de todos los profesores y
estudiantes de Química a los que les pudiera resultar de utilidad. De esta manera, el presente
trabajosepropusocomounposiblematerialdeapoyoparalaenseñanzadelaQuímicaenlos
cursos de bachillerato, así como en los primeros cursos de grados del área de Ciencia e
Ingeniería. Desgraciadamente, no ha sido posible ‐por cuestiones que no vienen al caso‐ la
publicación del material. No obstante, la puesta en común de la colección de cuestiones y
problemasresueltospuedeservirdegermenparaeldesarrollodeunproyectomásamplio,enel
queeldiálogo,elintercambiodeideasylacomparticióndematerialentreprofesoresdeQuímica
condistintaformación,origenymetodología,peroconobjetivoseinteresescomunes,contribuya
aimpulsarelestudiodelaQuímica.
En el material original se presentan los exámenes correspondientes a las últimas Olimpiadas
NacionalesdeQuímica(1996‐2011)asícomootrosexámenescorrespondientesafaseslocalesde
diferentes Comunidades Autónomas. En este último caso, se han incluido sólo las cuestiones y
problemasquerespondieronalmismoformatoquelaspruebasdelaFaseNacional.Sepretende
ampliar el material con las contribuciones que realicen los profesores interesados en impulsar
este proyecto, en cuyo caso se hará mención explícita de la persona que haya realizado la
aportación.
Las cuestiones son de respuestas múltiples y se han clasificado por materias, de forma que al
final de cada bloque de cuestiones se indican las soluciones correctas. Los problemas se
presentancompletamenteresueltos.Enlamayorpartedeloscasosconstandevariosapartados,
queenmuchasocasionessepodríanconsiderarcomoproblemasindependientes.Esporelloque
enelcasodelasOlimpiadasNacionalessehaoptadoporpresentarlaresolucióndelosmismos
planteandoelenunciadodecadaapartadoy,acontinuación,laresolucióndelmismo,enlugar
de presentar el enunciado completo y después la resolución de todo el problema. En las
cuestionesyenlosproblemassehaindicadolaprocedenciayelaño.
Losproblemasycuestionesrecogidosenestetrabajohansidoenviadospor:
Juan A. Domínguez (Canarias), Juan Rubio (Murcia), Luis F. R. Vázquez y Cristina Pastoriza
(Galicia), José A. Cruz, Nieves González, Gonzalo Isabel (Castilla y León), Ana Tejero (Castilla‐
LaMancha),PedroMárquez(Extremadura),PilarGonzález(Cádiz),ÁngelF.SáenzdelaTorre
(La Rioja), José Luis Rodríguez (Asturias), Matilde Fernández (Baleares), Fernando Nogales
(Málaga).
Finalmente,losautoresagradecenaHumbertoBuenosuayudaenlarealizacióndealgunasde
lasfigurasincluidasenestetrabajo.
Losautores
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen9.(S.Menargues&F.Latre)
1
8.ÁCIDOSYBASES
8.1. Una disolución de sulfato de amonio tiene pH = 4. Calcula la concentración de la especies
presentesenladisoluciónsabiendoquelaconstantedeionizacióndelamoníacoes1,7·10 .
(Dato.
=1,0·10
)
(Canarias1992)
El NH SO es una sustancia que en disolución acuosa se encuentra disociada según la
ecuación:
NH
SO (aq)2NH (aq)+SO (aq)
Haciendolaaproximacióndequeelionsulfatoeslabaseconjugadadelionhidrógenosulfato
(ácidofuerte)yqueportantonosehidroliza,elpHdeladisoluciónsedebealionamonio,que
eselácidoconjugadodelabasedébilNH ,ysehidrolizadeacuerdoconlaecuación:
NH (aq)+H O(l)NH (aq)+H O (aq)
Latabladeconcentracionescorrespondienteaesteequilibrioes:
cinicial
ctransformado
cformado
cequilibrio
NH c
x
—
c–x
H O

—
x
x
NH —

x
x
Laconstantedeacidezdelamonioes:
K =
[NH ][H O ]
[NH ]
x2
c– x
SielpHdeladisoluciónes4,0:
x=[
[
]=10
=10
]=[H O ]=10
M
M
El valor de la constante de acidez (hidrólisis) del amonio se calcula mediante la siguiente
expresión:
K
=
K
K
K
=
1,0·10
1,7·10
=5,9·10
Sustituyendo
5,9·10
=
10
c–10
c=16,95M
Laconcentracióndeamoniosinhidrolizarenequilibrioes:
[
]= c– x 16,95M
2
8.2.Deacuerdoconlateoríaácido‐basedeBrönsted,completalossiguientesequilibrios,detal
formaqueelprimermiembrodelaecuaciónseasiempreunácido:
a)
c)
+……
+

+……
+……
b)
d)
+……
+
+……
+
(Canarias1995)(Canarias2002)(Canarias2011)
De acuerdo con la teoría ácido‐base propuesta por Brönsted, “ácido es toda especie química
capazdecederprotones”.Aplicadoalasecuacionesdadas:
a)Paraelionamonio:
NH +
H O+
b)Paraelionhidrógenosulfato:
HSO +
H O +
c)Paraelagua:
H O+CN OH +HCN
d)Paraelácidocarbónico:
H CO +H O
+
(EnCanarias2011sereemplazaHCO yseañadeH CO ).
8.3. Una botella de reactivo contiene una disolución acuosa de tetraoxosulfato (VI) de
dihidrógeno,diluidoal49%enpeso,quepresentaunadensidadde1,15g/
.
¿Cuáleslamolaridaddelácido?¿CuáleselpHdeladisolución?
(Dato:2ªconstantedeacidez(
)delionhidrógenotetraoxosulfato(VI)=1,2·10 )
(Galicia1999)
Tomandounabasedecálculode100gdedisolucióndeH SO laconcentraciónmolardela
mismaes:
1molH SO 1,15gH SO 49% 103 cm H SO 49%
49gH SO
=5,75M
100gH SO 49% 98gH SO 1cm H SO 49%
1LH SO 49%
El H SO , es un ácido fuerte, que en disolución acuosa se disocia totalmente de la siguiente
forma:
H SO (aq)+H O(l)HSO (aq)+H O (aq)
–
El HSO4 , es un ácido débil, que en disolución acuosa se disocia parcialmente de la siguiente
forma:
HSO (aq)+H O(l)SO +H O Latabladeconcentracionescorrespondienteaestasegundaionizaciónes:
cinicial
ctransformado
cformado
cequilibrio
HSO 5,75
x
—
5,75–x
3
H O 5,75
—
x
5,75+x
SO —

x
x
LaconstantedeacidezdelHSO es:
K =
[SO
][H O ]
[HSO ]
Sustituyendolosvaloresdelatabla:
1,2·10 =
x 5,75+x
x=0,012M
5,75– x
Elvalorde H O enelequilibrioes:
[H O ]= 5,75+0,012 M=5,762M
pH=‐log 5,762 =‐0,76
8.4.CalculaelpHdelaguadeunapiscinade75 devolumenalaquesehanañadido150gde
monoxoclorato(I)desodio(hipocloritosódico).Laconstantededisociacióndelmonoxoclorato
(I)dehidrógenoes3,0·10 .
(Dato.Productoiónicodelagua,
=1,0·10
)
(Galicia2000)
Elhipocloritodesodio(NaClO)sedisuelveenaguadeacuerdoconlaecuación:
NaClO(aq)ClO (aq)+Na (aq)
Laconcentracióndeestadisoluciónes:
c=
150gNaClO 1molNaClO 1m3 disolució n
=2,7·10 M
75m3 disolució n 74,5gNaClO 103 Ldisolució n
ElionNa nosehidrolizayaqueprocededelNaOH(basefuerte).
ElionClO sehidrolizaproduciendoionesOH segúnlareacción:
ClO (aq)+H O(l)HClO(aq)+OH (aq)
Aplicandoloscorrespondientesbalancesyaproximacionessepuedeescribir:
[HClO]=[OH ]=x
[ClO ]=c[OH ]=c–x
siendoclaconcentracióninicialdeNaClO.
Laexpresióndelaconstantequedacomo:
K =
[HClO][OH ]
x
=
c– x
[ClO ]
4
El valor de la constante de basicidad (hidrólisis) del hipoclorito se calcula mediante la
siguienteexpresión:
K
=
K
K
K
=
1,0·10
3,0·10
=3,3·10 Sustituyendo
3,3·10 =
x2
2,7·10 – x
pOH=‐log 2,8·10
x=[OH ]=2,8·10 M
=5,55
pH=14pOH=145,55=8,45
8.5.UnadisolucióndeunácidodébiltieneelmismopHqueunadisolucióndeHCl5,49·10 M.
Calcula:
a)ElpHdeladisolución.
b)Laconstantedeionizacióndelácidodébil.
c)Elgradodedisociacióndelácidodébil.
(Canarias2001)
a)Si[H O ]=5,49·10 M
pH=‐log 5,49·10
=2,26
b)SeaelácidodébilHAquesedisociadeacuerdoconlasiguienteecuación:
HA(aq)+H O(l)A (aq)+H O (aq)
Latabladeconcentracionescorrespondienteaesteequilibrioes:
cinicial
ctransformado
cformado
cequilibrio
HA
c
x
—
c–x
A —

x
x
H O 
—
x
x
SuponiendoqueparaelácidoHAsuconcentracióninicial,c=0,1M,laconstantedeacidezes:
K =
[A ][H O ]
x
5,49·10
=
K =
c–x
[HA]
0,1–5,49·10
c)ElgradodedisociacióndelácidoHAes:
α=
[A ] x 5,49·10
= =
0,1
[HA] c
=0,0555,5%
=3,2·10
5
8.6.CalculaelpHde800mLdedisoluciónacuosa0,1Mdeetanoico(ácidoacético).Laconstante
dedisociacióndeesteácidoorgánicoa25°Cesde1,76·10 .
(Galicia2001)
El ácido acético (CH COOH), abreviadamente AcH, es un ácido débil que se disocia
parcialmentesegúnelequilibrio:
HAc(aq)+H O(l)Ac (aq)+H O (aq)
cuyaconstantedeacidezes:
K =
[Ac ][H O ]
[HAc]
Aplicandoloscorrespondientesbalancesyaproximacionesseobtiene:
[Ac ]=[H O ] y
[HAc]=c[H O ]
siendo c la concentración inicial de AcH. Sustituyendo estos valores en la expresión de la
constantequeda:
K =
[H O
c–[H O ]
Cuandosedélacircunstanciadeque:
c
>100sepuederealizarlaaproximació nc–[H O ]≈c
K
conloquelaecuaciónanteriorquedacomo:
K =
[H O
c
[H O ]= Ka ·c= 1,76·10–5 ·0,1=1,33·10–3 M
[H O ]= 1,76·10
0,1=1,33·10 MpH=‐log 1,33·10
=2,88
8.7.SielpHdeunadisolucióndeclorurodeamonioes5,2;calculalaconcentracióndeclorurode
amonioyelgradodehidrólisis.
(Dato.
(amoníaco)=1,75·10 )
(Asturias2001)
Elclorurodeamonio(NH Cl)sedisuelveenaguadeacuerdoconlaecuación:
NH Cl(aq)NH (aq)+Cl (aq)
ElionCl nosehidrolizayaqueprocededelHCl(ácidofuerte).
ElionNH sehidrolizaproduciendoionesH O segúnlareacción:
[NH ]=[H3 O ]=x
6
[NH ]=c[H3 O ]=c–x
siendoclaconcentracióninicialdeNH Cl.
K =
[NH3 ][H3 O ]
x2
=
c– x
[NH ]
SielpHdeladisoluciónes5,2:
[H O ]=10
=6,3·10 M
[NH ]=[H O ]=6,3·10 M
expresión:
K
=
K
K
K
=
1,0·10
1,75·10
=5,7·10
Sustituyendo
5,7·10
=
6,3·10 c–6,3·10
2
c=7,0·10 M
LaconcentracióndeladisolucióndeNH4Cles:
[
]=c=7,0·10
M
ElgradodehidrólisisdelionNH+4 es:
α=
[NH ]
x
6,3·10
= α=
c
[NH
7,0·10
=9,0·10 0,009%
8.8. Indica el carácter ácido, básico o neutro resultante de las disoluciones acuosas de las
siguientessales:
,
,
.
(Canarias2002)
Elpercloratodepotasio,
,sedisuelveenaguadeacuerdoconlaecuación:
KClO (aq)K (aq)+ClO (aq)
ElionK nosehidrolizayaqueprocededelKOH(basefuerte).
ElionClO nosehidrolizayaqueprocededelHClO (ácidofuerte).
LosúnicosH O yOH delmediolossuministraelH O,portanto,ladisolucióntienecarácter
NEUTRO.
Elcianurodebario,Ba CN ,sedisuelveenaguadeacuerdoconlaecuación:
Ba CN (aq)Ba (aq)+2CN (aq)
ElionBa nosehidrolizayaqueprocededelBa OH (basefuerte).
7
ElionCN sehidrolizaproduciendoionesOH segúnlareacción:
CN (aq)+H O(l)HCN(aq)+OH (aq)
ElmediocontieneionesOH ,portanto,ladisolucióntienecarácterBÁSICO.
Elbromurodeamonio,
NH Br(aq)NH (aq)+Br (aq)
ElionBr nosehidrolizayaqueprocededelHBr(ácidofuerte).
ElmediocontieneionesH O ,portanto,ladisolucióntienecarácterÁCIDO.
8.9.¿QuévariacióndepHseproduciráalañadir10mLdeNaOH0,15Mamediolitrodeagua
pura?
(Dato.
=1,0·10
)
(Canarias2002)
ElH Oesneutra,portantosupH=7.
Si se añaden 10 mL de NaOH 0,15 M a 500 mL de H O la concentración de la disolución
resultante,considerandovolúmenesaditivos,es:
0,15mmolNaOH
10mLNaOH0,15M
=2,94·10 M
1mLNaOH0,15M
500+10 mLdisolució n
Elhidróxidodesodio,NaOH,esunabasefuertequeseencuentracompletamentedisociadaen
ionesdeacuerdoconlaecuación:
NaOH(aq)Na (aq)+OH (aq)
pOH=‐log 2,94·10
=2,53
pH=14–pOHpH=11,47
LavariacióndepHqueexperimentaelH OalañadirelNaOHes:
Δ(pH)=11,47–7,00=4,47
8.10.Sepreparaunadisolucióndisolviendo4gdeNaOHen250mLdeagua.
a)CalculaelpHdeladisolución.
b)Siahorasediluyeladisoluciónanteriorhasta2000mL,¿cuálseráelnuevopH?
c) Si ahora se le añade 500 mL de disolución 0,5 M de ácido sulfúrico, ¿cuál es el pH de la
disoluciónresultante?
d)Calculaelvolumendedisolución0,1Mdeácidosulfúriconecesarioparaneutralizar50mLde
ladisolucióninicial.
(Canarias2003)
a)Sisedisuelven4gdeNaOHen250mLdeH Olaconcentracióndeladisoluciónresultante,
considerandoquenoexistevariaciónapreciabledevolumen,es:
1molNaOH
4gNaOH
0,250Ldisolució n 40gNaOH
8
0,4M
Elhidróxidodesodio,NaOH,esunabasefuertequeseencuentracompletamentedisociadaen
pOH=‐log 0,4 =0,398
pH=14–pOHpH=13,601
b) Si se diluye la disolución anterior hasta un volumen final de 2000 mL la nueva
concentracióndeladisoluciónresultantees:
4gNaOH 1molNaOH
2Ldisolució n 40gNaOH
0,05M
ElpOHypHdeladisoluciónes:
pOH=‐log 0,05 =1,30
pH=14–pOHpH=12,70
c)LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealareacciónentreNaOHyH SO es:
2NaOH(aq)+H SO (aq)Na SO (aq)+2H O(l)
Elnúmerodemmolesdecadaunadelassustanciases:
4gNaOH
1molNaOH 103 mmolNaOH
=100mmolNaOH
40gNaOH
1molNaOH
500mLH SO 0,5M
0,5mmolH SO
=250mmolH SO
1mLH SO 0,5M

100mmolNaOH
=0,4
250molH SO
Comolarelaciónmolares<2quieredecirquesobraH SO ,porloqueNaOHeselreactivo
limitante.
RelacionandoNaOHconH SO :
100mmolNaOH
1mmolH SO
=50mmolH SO 2mmolNaOH
250mmolH SO (inicial)–50mmolH SO (gastado)=200mmolH SO (sobrante)
Laconcentracióndeladisoluciónresultante,considerandovolúmenesaditivos,es:
200mmolH SO =0,08M
Elsulfatodesodioformado,Na SO ,sedisuelveenaguadeacuerdoconlaecuación:
Na SO (aq)2Na (aq)+SO (aq)
9
ElionSO nosehidrolizayaqueprocededelH SO (ácidofuerte).
ElpHdelmediosedebealadisolucióndeH SO sobrante.ElH SO ,esunácidofuerte,que
endisoluciónacuosasepuedeconsiderarquedisociatotalmentedelasiguienteforma:
H SO (aq)2H O (aq)+SO (aq)
Deacuerdoconlaecuaciónanterior,laconcentracióndeH O deladisoluciónresultantees:
[H O
0,08molH SO 2molH O =0,16M
Ldisolució n 1molH2SO4
pH=‐log 0,16 =0,80
d)RelacionandoladisolucióninicialdeNaOH0,4MconH SO :
50mLNaOH0,4M
0,4mmolNaOH 1mmolH SO
=10mmolH SO 1mLNaOH0,4M 2mmolNaOH
ComoseneutralizacondisolucióndeH SO 0,1M:
10mmolH SO
1mLH SO 0,1M
=100mL
0,1mmolH SO
8.11.¿Quévolumendeunadisoluciónde
litrodeotradepH=12ycuántosmgde
0,1M
depH=14seránecesarioparaprepararun
porlitrotendráestaúltima?
(Galicia2003)
ElBa OH endisoluciónsedisociasegúnlaecuación:
Ba OH (aq)Ba (aq)+2OH (aq)
UnadisolucióndeBa OH depH=12tieneuna[OH ]:
pH=12pOH=2[OH ]=10
=10 M
Segúnlaestequiometría,laconcentracióndeladisolucióndeBa OH serálamitadquelade
OH :
molBa OH
molOH 1molBa OH
10
=5·10 L
2molOH
L
Análogamente,unadisolucióndeBa OH depH=14tieneuna[OH ]:
pH=12pOH=0[OH ]=10
=10 =1M
ylaconcentracióndeladisolucióndeBa OH :
1
molOH 1molBa OH
L
2molOH
=0,5
molBa OH
L
LamasadeBa OH quecontiene1LdedisolucióndeBa OH depH=12,esdecir,5·10 M:
5·10–3 molBa OH
171,3·103 mgBa OH
1LBa OH 5·10 M
1molBa OH
1LBa OH 5·10–3 M
=857mg
10
ParapreparardichadisoluciónapartirdeotradepH=14senecesita:
1LBa OH 5·10
103 mLBa OH 0,5M
M
=10mL
0,5molBa OH
1LBa OH 5·10–3 M
5·10 molBa OH
0,5M
8.12. Calcula el pH y el grado de disociación del ácido acético en una disolución que es
simultáneamente0,1Menácidoáceticoy0,05Menácidoclorhídrico.
(Dato.
(ácidoacético)=1,8·10 )
(Asturias2003)
El ácido clorhídrico (HCl) es un ácido fuerte que se encuentra completamente disociado en
HCl(aq)+H O(l)Cl (aq)+H O (aq)
El ácido acético (CH COOH), abreviadamente HAc, es un ácido débil que se disocia
Como se trata de una disolución que contiene una mezcla de ambos ácidos con una
concentraciónsimilar,sepuederealizarlasiguienteaproximación:
[H O
>>[H O
[H O
≈[H O
pH=‐log 0,05 =1,30
Para calcular el grado de disociación del HAc se escribe la tabla de concentraciones
correspondientealequilibrioes:
cinicial
ctransformado
cformado
cequilibrio
HAc
0,1
x
—
0,1–x
Ac —

x
x
H O
0,05
—
x
0,05+x
SustituyendoenlaexpresióndeK :
K =
[Ac ][H O ]
[HAc]
1,8·10 =
x 0,05+x
x=3,6·10 M
0,1–x
ElgradodedisociacióndelácidoHAes:
α=
3,6·10
[Ac ] x
= α=
0,1
[HAc] c
=3,6·10
0,036%
11
8.13.Escribelosprocesosácido‐baseresultantesaldisolverenagualassiguientesespecies:
,
,HCOOHy
.
,
(Canarias2004)
ElionCN sehidrolizaproduciendoionesOH segúnlareacción:
ElionClO sehidrolizaproduciendoionesOH segúnlareacción:
ElionNH sehidrolizaproduciendoionesH O segúnlareacción:
ElHCOOHsedisociaparcialmenteenaguaproduciendoionesH O segúnlareacción:
HCOOH(aq)+H O(l)HCOO (aq)+H O (aq)
ElNH sedisociaparcialmenteenaguaproduciendoionesOH segúnlareacción:
NH (aq)+H O(l)NH (aq)+OH (aq)
8.14.¿Cuálocuálesdelassiguientessalesdisueltasenaguapuraoriginanunadisoluciónácida?
Justificalarespuesta.
1)NaCl2)KCN3)
4)
(Canarias2004)
1)Elclorurodesodio,NaCl,sedisuelveenaguadeacuerdoconlaecuación:
NaCl(aq)Na (aq)+Cl (aq)
NEUTRO.
2)Elcianurodepotasio,KCN,sedisuelveenaguadeacuerdoconlaecuación:
KCN(aq)K (aq)+CN (aq)
3)Elnitratodeamonio,
NH NO (aq)NH (aq)+NO (aq)
ElionNO nosehidrolizayaqueprocededelHNO (ácidofuerte).
12
4)Elnitratodepotasio,
KNO (aq)K (aq)+NO (aq)
NEUTRO.
8.15. La aspirina se forma a partir del ácido salicílico,
. Si la constante de
ionización de dicho ácido es = 1,1·10 , calcula el pH y el grado de disociación de una
disolucióndeácidosalicílicoqueseobtienealdisolverunatabletadeaspirinaquecontiene0,5g
dedichoácidoen100mLdeagua.
(Canarias2004)
Suponiendoqueladisolverelsólidonohayvariaciónapreciabledevolumen,laconcentración
deladisoluciónes:
c=
0,5gC H OHCOOH 1molC H OHCOOH 103 mLdisolució n
=0,036M
100mLdisolució n 138gC H OHCOOH 1Ldisolució n
Elácidosalicílico,abreviadamenteHSal,esunácidodébilquesedisociaparcialmentesegúnel
equilibrio:
HSal(aq)+H O(l)Sal (aq)+H O (aq)
cuyaconstantedeacidezes:
K =
[Sal ][H O ]
[HSal]
[Sal ]=[H O ]
y
[SalH]=c[H O ]
siendo c la concentración inicial de AcH. Sustituyendo estos valores en la expresión de la
constantequeda:
K =
[H O
c–[H O ]
sustituyendo
1,1·10 =
[H O
[H O ]=5,8·10 M
0,036–[H O ]
pH=‐log 5,8·10
=2,24
13
ElgradodedisociacióndelácidoSalHes:
α=
5,8·10
[Sal ] [H O ]
=
α=
=0,1616%
0,036
[SalH]
c
8.16.CalcularelpHqueseobtienealmezclarunlitrodeunadisolución,exactamente0,25Mde
acetatosódico(
)conunlitrodedisolución0,1Mdeácidoclorhídrico.Seconsidera
quelosvolúmenesdeambasdisolucionessonaditivos.
(Dato.Laconstantededisociacióndelácidoacéticoes
=1,7·10 )
(Galicia2004)
La ecuación química ajustada correspondiente a la reacción entre HCl (ácido) y NaOOCCH (base)es:
HCl(aq)+NaOOCCH (aq)NaCl(aq)+CH COOH(aq)
Por comodidad se representa el ácido acético CH COOH, por HAc, y el acetato de sodio
NaOOCCH ,porNaAc.
Elnúmerodemolesdecadaunodelosreactivoses:
1LHCl0,1M
0,1molHCl
=0,1molHCl
1LHCl0,1M
1LNaAc0,25M
0,25molNaAc
=0,25molNaAc
1LNaAc0,25M
ComolareacciónesmolamolylacantidaddeHClesmenor,ésteelreactivolimitanteque
determinalacantidaddeNaAcconsumidayladeHAcformada:
0,1molHCl
1molNaAc
=0,1molNaAc
1molHCl
0,25molNaAc inicial –0,10molNaAc gastado =025molNaAc exceso 0,1molHCl
1molHAc
=0,1molHAc
1molHCl
Seobtieneunamezclade2Lformadapor0,15moldeNaAc(base)y0,10moldeHAc(ácido)
que constituye una disolución reguladora ácida en la que las concentraciones de ambas
especiesson:
HAc]=
0,1molHAc
=0,050M
2Ldisolució n
NaAc]=
0,15molNaAc
=0,075M
2Ldisolució n
Lasecuacionescorrespondientesalasreaccionesdelassustanciasenladisoluciónson:
NaAc(aq)Na (aq)+Ac (aq)
14
LlamandoC alaconcentracióninicialdeladisolucióndeAcHyC alaconcentracióninicial
deladisolucióndeNaAc,latabladeconcentracionesenelequilibrioes:
cinicial
ctransformado
cformado
cequilibrio
AcH
C x
—
C –x
Ac C

x
C +x
H O —
—
x
x
ElHAcesunácidodébilqueestápocodisociado:
x≪C
C –x C

x≪C
C –x C
Teniendoencuentaambasaproximaciones,laexpresióndelaconstantedeequilibrioqueda
como:
[Ac ][H O ]
C
K =
K = [H O ]
C
[AcH]
sustituyendo
1,7·10 =
0,075
[H O ][H O ]=1,13·10 M
0,050
pH=‐log 1,13·10
=4,95
8.17.Lamorfina,unpoderosoanalgésico,esunabasedébilconunpKb=5,79.Representandola
morfinapor“Mor”ysuácidoconjugadocomo“H‐Mor”ysabiendoquelamorfinaespocosoluble
enagua,peroelnitratodemorfina(
)esunasalmuysoluble,calcula:
a)ElpHdeunadisolución2Mdenitratodemorfina.
b)Laconcentracióndemorfinadeldisoluciónanterior.
(Asturias2004)
Elnitratodemorfinasedisuelveenaguadeacuerdoconlaecuación:
HMorNO (aq)HMor (aq)+NO (aq)
ElionHMor sehidrolizaproduciendoionesH3O+segúnlareacción:
HMor (aq)+H O(l)Mor(aq)+H O (aq)
[Mor]=[H O ]
[HMor ]=c[H O ]
siendoclaconcentracióninicialdeHMorNO .
[Mor][H O ]
[HMor ]
Ka =
15
[H O
c– [H O ]
El valor de la constante de acidez (hidrólisis) del catión se calcula mediante la siguiente
expresión:
K
=
pK
K
K
logarıtmospK
= 14
+pK
5,79 =8,21K
=14
=6,2·10 Comosecumpleque:
c
>100sepuederealizarlaaproximació nc–[H3 O+ ]≅c
K
K =
[H O
c
[H O ]= Ka ·c
[H O ]= 6,2·10 ·2=1,11·10 M
pH=‐log 1,11·10
=3,95
b)Elvalorde[Mor]deacuerdoconelequilibrioanteriores:
[Mor]=[H O ]=1,11·10
M
8.18.Completalassiguientesreaccionesentreparesácido‐baseconjugadosdeBrönsted‐Lowry:
+

+

+

+

(Canarias2005)
ElionNH (ácido)reaccionaconelH O(base)segúnlareacción:
ácido1base2base1ácido2
ElionNH (ácido)reaccionaconelionOH segúnlareacción:
NH (aq)+OH (aq)NH (aq)+H O(l)
ElionCO (base)reaccionaconelH O(ácido)segúnlareacción:
CO (aq)+H O(aq)HCO (aq)+OH (l)
base1ácido2ácido1base2
16
ElionCH COO (base)reaccionaconelH O (ácido)segúnlareacción:
CH COO (aq)+H O (aq)CH COOH(aq)+H O(l)
base1ácido2ácido1base2
8.19. Indica, razonando la respuesta, el carácter ácido, básico o neutro de las disoluciones
acuosasdelassiguientessales:
1)
2)
3)KBr
4)
(Canarias2005)
1)Elclorurodeamonio,NH4Cl,sedisuelveenaguadeacuerdoconlaecuación:
2)Elnitratodesodio,
NaNO (aq)Na (aq)+NO (aq)
NEUTRO.
3)Elbromurodepotasio,KBr,sedisuelveenaguadeacuerdoconlaecuación:
KBr(aq)K (aq)+Br (aq)
ElionBr nosehidrolizayaqueprocededelHBr(ácidofuerte).
NEUTRO.
4)Elacetatodepotasio,
CH COOK(aq)K (aq)+CH COO (aq)
ElionCH COO sehidrolizaproduciendoionesOH segúnlareacción:
CH COO (aq)+H O(l)CH COOH(aq)+OH (aq)
17
8.20.Lacodeína(COD)esuncompuestoqueseobtienedelopioyqueseempleaparacombatirla
tos.Sabiendoquesu =1,0·10 ,sepide:
a)¿Eslacodeínaunabasedébil?
b) Calcula el pH y el grado de disociación de una disolución acuosa de unatableta de codeína
cuyaconcentraciónes0,02M.
COD+

+
(Canarias2005)
a)Lacodeínaesunabasedébilyaquedeacuerdoconlaecuaciónpropuestanoseencuentra
completamente disociada en iones. Por ese motivo presenta una constante de equilibrio
(basicidad)menorquelaunidad:
K =
[HCOD ][OH ]
=1,0·10 [COD]
Estoquequieredecir,queenelequilibrioseencuentranpresentesmoléculasdecodeínasin
disociar(COD)enequilibrioconmoléculasprotonadas(HCOD ).
b)Aplicandoloscorrespondientesbalancesyaproximacionesseobtiene:
[HCOD ]=[OH ]
y
[COD]=c[OH ]
siendo c la concentración inicial de COD. Sustituyendo estos valores en la expresión de la
constantequeda:
Comosecumpleque:
c
>100sepuederealizarlaaproximació nc–[OH ]≈c
K
K =
[OH
c
[OH ]= K ·c
[OH ]= 1,0·10 ·0,02=1,4·10
pOH=‐log 1,4·10
M
=3,85pH=14–pOHpH=10,15
Elgradodedisociacióndelabasees:
α=
1,4·10
[HCOD ] [OH ]
=
α=
0,02
[COD]
c
=0,0070,7%
8.21.Unacentraltérmicadeproduccióndeenergíaeléctricalibera5tdedióxidodeazufrepor
hora a la atmósfera. En días húmedos, el
liberado reacciona con el oxígeno atmosférico y
conelaguaproduciendoácidosulfúrico.
Aciertadistanciadelacentraltérmicaexisteunalagunaconunvolumende5
.Un1%de
todoel
producidoduranteundíaprecipitaenformadeácidosulfúricosobrelalaguna.
HallarelpHdelalagunadespuésdeproducirselalluviaácida.Debesuponerseelácidosulfúrico
estácompletamentedisociadoenelagua.
(Galicia2005)
18
Laecuacióndequímicacorrespondientealprocesodeformacióndelluviaácidaes:
1
SO (g)+ O (g)+H O(l)H SO (aq)
2
LacantidaddeSO liberadoenlacombustiónes:
24h
5tSO 106 gSO 1molSO
=1,875·10 molSO h
1tSO
64gSO
RelacionandoSO conH SO (teniendoencuentalaconversióndel1%):
1,875·10 molSO
1molSO convertido 1molH SO
=1,875·10 molH SO 100molSO total
1molSO
Alserelvolumendeaguacontenidaenlalagunamuchomayorqueelvolumendeácidoque
caeenlamisma,sesuponequenoseproducevariaciónapreciabledevolumen.Porlotanto,la
concentraciónmolardeladisolucióndeH SO formadaes:
1,875·10 molH SO 1hm
9 =3,75·10
5hm
10 L
M
Teniendoencuentaqueelácidosulfúricoesunácidofuertequeenladisoluciónseencuentra
completamentedisociado:
H SO (aq)2H O (aq)+SO (aq)
3,75·10 molH SO 2molH O
=7,5·10
L
1molH SO
M
ElpHdeladisoluciónes:
pH=‐log 7,5·10
=5,125
8.22. Se prepara una disolución de ácido acético añadiendo agua hasta que el pH = 3,0. El
volumenfinaldeladisoluciónes0,400L.Calcula:
a) La concentración molar del ácido en la disolución y la cantidad de ácido que contenía la
misma.
b)Elgradodedisociación.Escribaelequilibrioquetienelugar.
c)Elvolumendedisolución1,00Mdehidróxidodesodionecesarioparaneutralizartotalmente
ladisolución.
(Dato.
(ácidoacético)=1,8·10 )
(Asturias2005)
a‐b) El ácido acético (CH COOH), abreviadamente HAc, es un ácido débil que se disocia
SipH=3,0:
[H O ]=10
=10 M
19
Latabladeconcentracionescorrespondientealequilibrioes:
cinicial
ctransformado
cformado
cequilibrio
AcH
c
x
—
c–x
Ac —

x
x
H O —
—
x
x
K =
[Ac ][H O ]
x
=
[AcH]
c–x
1,8·10 =
10
c–10
c=5,66·10
M
LamasadeHAcdisueltoes:
0,4Ldisolució n
5,66·10 molHAc 60gHAc
=1,36gHAc
1Ldisolució n 1molHAc
ElgradodedisociacióndelácidoHAes:
α=
10
[Ac ] x
= α=
[HAc] c
5,66·10
=1,77·10 1,77%
c)LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealareacciónentreNaOHyCH3COOHes:
NaOH(aq)+HAc(aq)NaAc(aq)+H O(l)
RelacionandoHAcconNaOH:
0,4LHAc5,66·10 M
2,26·10 molHAc
5,66·10 molHAc
1LHAc5,66·10 M
=2,26·10 molHAc
1molNaOH 103 mLNaOH1M
=22,6mLNaOH1M
1molHAc
1molNaOH
8.23. Escribe una reacción química que explique por qué las siguientes especies en disolución
acuosadanlugaraunadisoluciónbásica.
a)
b)
c)
(Canarias2006)
a)ElionNO sehidrolizaproduciendoionesOH segúnlareacción:
NO (aq)+H O(l)HNO (aq)+OH (aq)
b)ElionCO
sehidrolizaproduciendoionesOH segúnlareacción:
CO (aq)+H O(l)HCO (aq)+OH (aq)
c)ElionHCO esunaespecieanfóteraqueenmedioácidoreaccionaproduciendoionesOH– segúnlareacción:
20
HCO (aq)+H O(l)H CO (aq)+OH (aq)
Los tres iones al hidrolizarse producen iones OH , por tanto, la disolución tiene carácter
BÁSICO.
8.24.Ordena,demenoramayor,elpHdelasdisolucionesacuosasdelassiguientessales:
1)
2)NaCl
3)NaClO
(Canarias2006)
1)Elfluorurodeamonio,
NH F(aq)NH (aq)+F (aq)
ElionF sehidrolizaproduciendoionesOH segúnlareacción:
F (aq)+H O(l)HF(aq)+OH (aq)
Paradeterminarelcarácterácidoobásicodeladisoluciónesnecesarioconocerelvalordelas
constantesdeacidezybasicidaddelHFyNH respectivamente.Éstasson:
K
=7,0·10 K
=1,8·10
Elvalordelasconstantesdebasicidadyacidez(hidrólisis)delosrespectivosconjugados,F y
NH ,son:
K
K
=
K
K
=
K
K
K
=
K
1,0·10
7,0·10
=
=1,4·10
1,0·10
1,8·10
=5,8·10
Como las concentraciones iniciales de ambas especies son idénticas, y K
disoluciónresultantetienecarácterácidoysupH<7.
> K
, la
2)Elclorurodesodio,NaCl,sedisuelveenaguadeacuerdoconlaecuación:
NEUTRO.
3)Elhipocloritodesodio,NaClO,sedisuelveenaguadeacuerdoconlaecuación:
NaClO(aq)Na (aq)+ClO (aq)
21
ElmediocontieneionesOH ,portanto,ladisolucióntienecarácterbásicoysupH>7.
Elordencrecientedeacidezdelasdisolucioneses:
NaClO<NaCl<
8.25.Otronombredelaniacinaeselácidonicotínico,
,( =1,4·10 ),unmiembro
importantedelgrupodelavitaminaB.Calcula:
a) El grado de disociación de dicho ácido en una disolución que se prepara disolviendo 0,10
molesdeácidonicotínico,HNic,enaguahastaobtenermediolitrodedisolución.
b)ElpHdeladisolución.
(Canarias2006)
a‐b) El ácido nicotínico (HC H O N), abreviadamente HNic, es un ácido débil que se disocia
HNic(aq)+H O(l)Nic (aq)+H O (aq)
Laconcentracióndeladisoluciónes:
c=
0,10molHNic
=0,2M
0,5Ldisolució n
[H O ]=[Nic ]
y
[HNic]=c[H O ]
siendo c la concentración inicial de HNic. Sustituyendo estos valores en la expresión de la
constantequeda:
K =
[Nic ][H O ]
x
=
c–x
[HNic]
Comosecumpleque:
c
K
K =
[H O
c
[H O ]= K ·c
[H O ]= 1,4·10 ·0,2=1,7·10 MpH=‐log 1,7·10
ElgradodedisociacióndelácidoHNices:
α=
[Nic ] x
1,7·10
= α=
0,2
[HNic] c
=8,5·10 0,85%
=2,78
22
8.26.Paradefenderse,lashormigasutilizandosmedios;susmandíbulasylaproyeccióndeácido
fórmico(ácidometanoico).Cuandounahormigasesienteamenazadapuedeproyectarsobresu
enemigoácidofórmicoamásde30cm.
a)Enunmatrazaforadode100mLseintroduceunamasamdeácidofórmico,seañadeagua
destilada, se agita, se disuelve y se completa hasta el enrase. Se dispone entonces de una
disolucióncuyaconcentraciónmolarvale0,010M.¿Cuántovalem?
b)Escribelafórmuladelabaseconjugadadelácidofórmico.
c)CalculaelvalordesuconstantedeacidezsabiendoqueelpHdeladisoluciónpreparadavale
2,92.
d)Explicasilamoléculadeácidofórmicotieneuncarbonoquiraloasimétrico.
e)Sihacesreaccionar10mLdeladisoluciónacuosapreparadadeácidofórmicocon10mLde
disolucióndehidróxidosódico0,010M¿Cuántovalelaconcentraciónmolardelasalsódicaque
seforma?¿CuántovaleelpHdeladisoluciónresultante?
(Galicia2006)
a‐b) El ácido fórmico o metanoico (HCOOH), es un ácido débil que se disocia parcialmente
segúnelequilibrio:
HCOOH(aq)+H O(l)HCOO (aq)+H O (aq)
LabaseconjugadadelHCOOHes
.
LamasadeHCOOHdisueltoes:
100mLdisolució n
0,010molHCOOH 46gHCOOH
=0,046gHCOOH
103 mLdisolució n 1molHCOOH
c)SipH=2,92:
[H O ]=10
=10
,
M
[H O ]=[HCOO ]
y
[HCOOH]=c[H O ]
siendoclaconcentracióninicialdeHCOOH.Sustituyendoestosvaloresenlaexpresióndela
constanteseobtiene:
K =
[HCOO ][H O ]
10 ,
K =
[HCOOH]
0,010–10
,
=1,6·10
d)LaestructuradelLewisdelHCOOHes:
Según el modelo RPECV es una especie cuya distribución de ligandos y pares de electrones
solitarios alrededor del átomo central se ajusta a la fórmula AX a la que corresponde un
número estérico (m+n) = 3 por lo que su disposición y forma geométrica es TRIANGULAR
PLANA.
23
Paraqueunasustanciaseaquiralesprecisoqueposeacuatrosustituyentesdiferentesunidos
aunátomodecarbono,yenestecasosólohaytresporloqueelHCOOHnoesquiral.
e)LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealareacciónentreNaOHyHCOOHes:
NaOH(aq)+HCOOH(aq)NaHCOO(aq)+H O(l)
Elnúmerodemmolesdecadaunodelosreactivoses:
10mLHCOOH0,010M
10mLNaOH0,010M
0,010mmolHCOOH
=0,1mmolHCOOH
1mLHCOOH0,010M
0,010mmolNaOH
=0,1mmolNaOH
1mLNaOH0,010M
Como la reacción es mol a mol, se tienen cantidades estequiométricas, es decir, ambos
reactivosseconsumencompletamenteylacantidaddeNaHCOOformadaes:
0,1mmolHCOOH
1molNaHCOO
=0,1molNaHCOO
1molHCOOH
Considerandovolúmenesaditivos,laconcentracióndeladisolucióndeNaHCOOes:
c=
0,1mmolNaHCOO
=0,005M
Elformiatodesodio(NaHCOO)sedisuelveenaguadeacuerdoconlaecuación:
NaHCOO(aq)Na (aq)+HCOO (aq)
ElionHCOO sehidrolizaproduciendoionesOH segúnlareacción:
HCOO (aq)+H O(l)HCOOH(aq)+OH (aq)
[HCOOH]=[OH ]=x
[HCOO ]=c[OH ]=c–x
siendoclaconcentracióninicialdeNaHCOO.
K =
[HCOOH][OH ]
x
=
c– x
[HCOO ]
24
Elvalordelaconstantedebasicidad(hidrólisis)delformiatosecalculamediantelasiguiente
expresión:
K
=
K
K
K
=
1,0·10
1,6·10
=6,3·10
Comosecumpleque:
c
K
K =
[OH
c
[OH ]= K ·c
[OH ]= 6,3·10
·0,005=5,6·10
pOH=‐log 5,6·10
M
=6,25pH=14pOH=146,25=7,75
8.27.Sedisuelven3gdeácidoacéticoen500mLdeaguaobteniéndoseunadisolucióncuyopH=
2,87.Calcula:
a)Laconcentracióndecadaespecieenelequilibrio.
b)Laconstantededisociacióndelácidoacético.
c)Elporcentajedeácidoacéticoionizado.
d)Elvolumendedisolucióndehidróxidodesodio10 Mnecesarioparaneutralizar20mLdela
disoluciónanterior.
(Asturias2006)
a) El ácido acético (CH COOH), abreviadamente HAc, es un ácido débil que se disocia
SuponiendoquelaadicióndeHAcalaguanoproducevariacióndevolumen,laconcentración
deladisoluciónes:
c=
1molHAc
3gAcH
=0,1M
0,5Ldisolució n 60gHAc
SipH=2,87:
[H O ]=10
=10
,
M[H O ]=1,35·10 M
[
]=[
]=1,35·10
M
[HAc]=c[H O ][HAc]= 0,1–1,35·10
siendoclaconcentracióninicialdeHAc.
M=9,87·10
M
25
b)Sustituyendoestosvaloresenlaexpresióndelaconstantequeda:
K =
[Ac ][H O ]
1,35·10
K =
[AcH]
9,87·10
=1,84·10
c)ElgradodedisociacióndelácidoAcHes:
α=
1,35·10
[Ac ] x
= α=
[AcH] c
0,1
=1,35·10 1,35%
d)LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealareacciónentreNaOHyHAces:
NaOH(aq)+HAc(aq)NaAc(aq)+H O(l)
RelacionandoHAcconNaOH:
20mLHAc0,1M
2mmolHAc
0,1mmolHAc
=2mmolHAc
1mLHAc0,1M
1mmolNaOH 1mLNaOH10 M
=2000mLNaOH10
1mmolHAc 10 mmolNaOH
M
8.28.Responde,razonandolarespuesta,alassiguientescuestiones:
a)Elionbicarbonato,
,puedetenercomportamientoanfótero.
b)Unzumo de naranjatienepH =3,2. ¿Cuál es laconcentración de iones H3O+?¿Y ladeiones
OH?
c)Aldisolverunasalenagua¿sepuedetenerunpHbásico?
(Canarias2007)
a)Unasustanciaesanfóteracuandoescapazdeactuartantocomoácidoocomobase.Elion
bicarbonato,HCO ,esunejemplotípicodeanfótero.
Frenteaunabasecedeprotonesyel
(aq)+
(aq)
Frenteaunácidocaptaprotonesyel
(aq)+
(aq)
secomportacomoácido:
(aq)+
(l)
secomportacomobase:
(aq)+
(l)
b)SipH=3,2:
[H O ]=10
=10
,
M[H O ]=6,3·10 M
El producto iónico del agua proporciona la relación entre [H O ] y [OH ] en cualquier
disoluciónacuosa:
[H O ][OH ]=10–14 Deaquísepuedecalcularelvalorde[OH ]deladisolución:
[OH ]=
Kw
1,0·10
 OH =
[H O ]
6,3·10
=1,6·10
M
26
c)ParaqueladisolucióndeunasalenaguatengaunpHbásicoesnecesarioquelasalproceda
deunabasefuerteydeunácidodébil,comoporejemplo,NaF.
LadisolucióndelNaFenaguaproducelaionizacióndelasal:
NaF(aq)Na (aq)+F (aq)
Elion
sehidrolizaproduciendoionesOH segúnlareacción:
F (aq)+H O(l)HF(aq)+OH (aq)
ElmediocontieneionesOH ,portanto,ladisolucióntienecarácterbásicoysupH>7.
8.29.Larealizacióndeunejerciciofísicodalugaralaformacióndeácidoláctico(HLac)enlos
músculos ¿Cuál sería el pH del fluido muscular cuando la concentración de ácido láctico es de
1,0·10 M?
(Dato.
(HLac)=8,4·10
)
(Canarias2007)
Elácidoláctico(HLac)seencuentraparcialmenteionizadodeacuerdoconlaecuación:
HLac(aq)+H O(l)Lac (aq)+H O (aq)
[H O ]=[Lac ]
y
[HLac]=c[H3O+]
siendo c la concentración inicial de HLac. Sustituyendo estos valores en la expresión de la
constantequeda:
K =
[Lac ][H O ]
x
=
c–x
[HLac]
sustituyendo:
8,4·10 =
x
1,0·10 –x
pH=‐log 5,9·10
x=[H O ]=5,9·10 M
=3,23
8.30. A partir de los valores de
equilibriosiguiente:
HCN+
(Datos.

(HF)=6,8·10
que se indican, razona en qué sentido se desplazaría el
+HF
y
(HCN)=4,9·10
)
(Canarias2007)
Para poder determinar en qué sentido se desplaza la reacción se ha de tener en cuenta los
valores de las constantes ácidas de cada uno de los ácidos implicados en el equilibrio.
Comparandodichasconstantes:
K K =
6,8·10
4,9·10
27
=1,4·10 Esto quiere decir que el ácido fluorhídrico, HF, es un ácido mucho más fuerte que el ácido
cianhídrico,HCN.ElHFtienemayortendenciaqueelHCNparacederunprotón.Portanto,el
equilibriopropuestoseencuentradesplazadohacialaizquierda.
8.31.Setieneunadisoluciónquecontiene2,45gdelasalNaCNen500mLdeagua.Calcula:
b)Elporcentajedesalhidrolizada.
(Dato.
(
)=2,04·10 )
(Canarias2007)
a) Suponiendo que la adición de NaCN al agua no produce variación de volumen, la
concentracióndeladisoluciónes:
c=
2,45gNaCN 1molNaCN
=0,1M
0,5Ldisolució n 49gNaCN
Elcianurodesodio(NaCN)sedisuelveenaguadeacuerdoconlaecuación:
NaCN(aq)Na (aq)+CN (aq)
[HCN]=[OH ]=x
[CN ]=c[OH ]=c–x
siendoclaconcentracióninicialdeNaCN.
K =
[HCN][OH ]
[CN ]
Elvalordelaconstantedebasicidad(hidrólisis)delcianurosecalculamediantelasiguiente
expresión:
K
=
K
K
K
=
1,0·10
2,04·10
=4,9·10
Comosecumpleque:
c
K
K =
[OH
c
28
[OH ]= K ·c
[OH ]= 4,9·10
·0,1=7,0·10 M
pOH=‐log 7,0·10
=5,15pH=14pOH=145,15=8,85
b)Elgradodehidrólisisdelcianuroes:
α=
7,0·10
[HCN] x
– = α=
0,1
[CN ] c
=7,0·10
7,0·10 %
8.32.Elazuldebromotimolesunindicadorácido‐base.Cuandoenladisoluciónhayun90,9%,o
más, de la forma molecular no ionizada, la disolución es claramente de color amarillo. En
cambio,essuficientelapresenciadeun80,0%delaformaionizadaparaqueladisoluciónsea
claramentedecolorazul.
a)DetermineelintervalodepHparaelvirajedelcolordelindicador.
b)Sisemezclan20mLdeácidoclorhídrico0,03Mcon50mLdehidróxidosódico0,01Mysele
añadenunasgotasdelindicadorazuldebromotimol,indiquerazonadamentecuálseráelcolor
deladisolución.
(Dato.Laconstantedeacidezdelazuldebromotimoles,a25°C,
=1,0·10 )
(Galicia2007)
a) El azul de bromotimol es un ácido débil. Sea HAzB su forma no ionizada y AB su base
conjugada.Aldisolverazuldebromotimolenaguaseproduceelsiguienteequilibrioquímico
dedisociacióndelácido:
HAzB(aq)+H O(l)AzB (aq)+H O (aq)
amarilloazul
Enelequilibriosecumple:
Ka =
[AzB ][H O ]
[HAzB]
[H O ]=Ka
[HAzB]
[AzB ]
Cuandoenladisoluciónhayun90,9%deformamolecular,ABH,naturalmentehabráun9,1%
de forma ionizada, AzB , y la disolución presentará un color amarillo. La concentración de
H O enestasituaciónserá:
[H O ]=1,0·10
90,9
=9,99·10 M
9,1
pH=‐log 9,99·10
=6,0
Porelcontrario,cuandoenladisoluciónhayun80,0%deformaionizadadelindicador,AzB ,
habráun20,0%deformanoionizada,ABH,predominandoelcolorazulenladisolución.La
concentracióndeH O será:
[H O ]=1,0·10
yelpH:será:
20,0
=2,50·10 M
80,0
pH=‐log 2,50·10
29
=6,0
ElindicadorazuldebromotimolcambiadecolorenelintervalodepHcomprendidoentrelos
valores6,0y7,6:
6,0≤pH≤7,6
b)Esto se corresponde conunareaccióndeneutralizacióndeunácidofuerte(HCl) conuna
basefuerte(NaOH),porloquesiladisoluciónpresentacolor,enlascondicionesdemezcladel
enunciado,serádebidoalaespeciequeseencuentraenexcesoenelmedio,deacuerdoconel
equilibrio escrito en el apartado a). Así pues, el número de moles de HCl y de NaOH que se
mezclanserá:
20mLHCl0,03M
0,03mmolHCl
=0,6mmolHCl
1mLHCl0,03M
50mLNaOH0,01M
0,01mmolNaOH
=0,5mmolNaOH
1mLNaOH0,01M
Teniendoencuentaquelareacciónes1:1,habrá0,1mmoldeHClenexceso;porconsiguiente
hayunexcesodeácidoyladisoluciónpresentaráuncolorazul.
8.33.Setieneamoniacodel25%deriquezaydensidad0,91g/mL.Calcula:
a)Elvolumendelmismoparapreparar1Ldedisolución0,2M.
b)ElpHdeestanuevadisolución.
c)ElpHdeunadisoluciónpreparadacon0,5gdeclorurodeamonioy250mLdeunadisolución
deamoniaco0,01M.
(Dato.
(
)=1,8·10 )
(Asturias2007)
a)Parapreparar1LdeNH 0,2M:
1LNH 0,2M
0,2molNH
17gNH
=3,4gNH 1LNH 0,2M 1molNH
Comosedisponededisolucióncomercialderiqueza25%:
3,4gNH
100gNH 25% 1mLNH 25%
=15mL
25gNH
0,91gNH 25%
b)LaecuaciónquímicacorrespondientealaionizacióndelNH endisoluciónacuosaes:
[NH ]=[OH ]=x
siendoclaconcentracióninicialdeNH .
K =
[NH ][OH ]
[NH ]
[NH ]=c[OH ]=c–x
30
Comosecumpleque:
c
K
K =
[OH
c
[OH ]= K ·c
[OH ]= 1,8·10 ·0,2=1,9·10 MpOH=‐log 1,9·10
=2,72
pH=14pOH=142,72=11,28
c)ElequilibriocorrespondienteaunadisoluciónreguladoraformadaporNH yNH Cles:
Laexpresióndelaconstantedebasicidades:
K =
[NH ][OH ]
[NH ]
[OH ]=K
[NH ]
[NH ]
Tomando logaritmosymultiplicandopor‐1seobtienela ecuacióndeHenderson‐Hasselbach
quepermitecalcularelpHdeunadisoluciónreguladora:
pOH=pK +log
K
NH
NH
pH=14pK log
=1,8·10 pK
NH
NH
=4,74
La concentración de NH Cl suponiendo que al disolverlo en la disolución de NH no hay
variacióndevolumenes:
NH =
1molNH Cl
0,5gNH Cl
=0,037M
0,25Ldisolució n 53,5gNH Cl
SustituyendoenlaexpresióndeHenderson:
pH=144,74log
0,037
=8,69
0,01
8.34.Cuando3,10gdeunamuestradenitritodesodiosecalientanconunexcesodeclorurode
amonio, el volumen de nitrógeno recogido sobre agua a 22°C es de 567,3
medidos a 741
Torr.Sepide:
a)Ajustarlareacciónquetienelugar.
b) Determinar el volumen que ocuparía el nitrógeno recogido, una vez seco, en condiciones
normales.
c)Calcularlariquezadelamuestradenitritodesodiocalentada.
d)Sielexcesodeclorurodeamonioquefuede4,7gsellevaa250mLdeaguapura,indicarel
pHdeladisoluciónresultante.
(Datos.Presióndevapordelaguaa22°C=20,5Torr;
(hidróxidodeamonio)=1,8·10
)
(Asturias2007)
31
a)LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealareacciónentreNaNO yNH Cles:
(s)+
(s)
(g)+NaCl(s)+2
(g)
b)ElvolumenqueocupaelN (g)secoencondicionesnormaleses:
760Torr·V
74120,5 Torr·567,3cm
=
V=497,7
22+273 K
273K
c)RelacionandoN conNaNO :
567,3cm N
1molNaNO 69gNaNO
1molN
=1,53gNaNO 22400cm N
1molN
1molNaNO
Lariquezadelamuestraes:
1,53gNaNO
100=49,5%
3,10gmuestra
d)LaconcentraciónmolardeladisolucióndeNH Clobtenidaes:
4,7gNH Cl
1molNH Cl
103 mLdisolució n
c=
=0,35M
250mLdisolució n 53,5gNH ClNH Cl 1Ldisolució n
Elclorurodeamonio(NH Cl)sedisuelveenaguadeacuerdoconlaecuación:
[NH ]=[H3 O ]=x
[NH ]=c[H3 O ]=c–x
siendoclaconcentracióninicialdeNH Cl.
K =
[NH ][H3 O ]
x
=
c– x
[NH ]
expresión:
K
=
K
K
K
=
1,0·10
1,8·10
=5,8·10
Comosecumpleque:
c
>100sepuederealizarlaaproximació nc–[H O ]≅c
K
32
K =
[H O
c
[H O ]= K ·c
[H O ]= 5,8·10
pH=‐log 1,4·10
·0,35=1,4·10 M
=4,86
8.35.Discute,razonadamente,lassiguientesafirmaciones:
a)SiseañadeaguadestiladaaunadisolucióndepH=4,aumentalaconcentracióndeprotones.
b)Siseañadeclorurodeamonio(
)aunadisolucióndepH=7,disminuyeelpH.
(Canarias2008)(Canarias2011)
a) Falso. Al añadir agua a la disolución disminuye su concentración y, por tanto, también
disminuye[H O ].
b)Verdadero.Elclorurodeamonio(NH Cl)sedisuelveenaguadeacuerdoconlaecuación:
Comoseobserva,aumenta[H O ]porloqueelpHdisminuye.
8.36.Señalasisonverdaderasofalsaslassiguientesafirmacionesjustificandolasrespuestas
Cuandoaunadisolucióndeamoníaco(NH3)seleañadeclorurodeamonio(NH4Cl):
a)Aumentaelgradodedisociacióndelamoníaco.
b)ElpHdisminuye.
(Canarias2008)
LaecuaciónquímicacorrespondientealaionizacióndelNH es:
Laexpresióndelaconstantedebasicidades:
K =
[NH ][OH ]
[NH ]
Si a la disolución de NH se le añade cloruro de amonio (NH Cl) se disuelve en agua de
acuerdoconlaecuación:
deacuerdoconelprincipiodeLeChâtelier,elequilibriosedesplazaenelsentidoenelquese
consumaelNH añadido,esdecir,queestereaccioneconlosionesOH yqueseformeNH ,
portanto,alalcanzarsedenuevoelequilibrioseobservaque:
33
disminuye OH
equilibriodesplazadohacialaizquierda
aumenta NH
a) Falso. El equilibrio se ha desplazado hacia la formación de NH por lo que el grado de
disociacióndeestedisminuye.
b)Verdadero.Elvalorde[OH ]disminuyeysegúnlarelación,K =[H O ][OH ],elvalor
de[H O ]aumenta,ycomopH=‐log[H O ],elpHdeladisolucióndisminuye.
8.37.Sedisuelven6,8gdeamoníacoenlacantidaddeaguanecesariaparaobtener500mLde
disolución.Calcula:
b) El volumen de ácido sulfúrico 0,10 M que se necesitará para neutralizar 20 mL de la
disoluciónanterior.
(Dato.
(amoníaco)=1,8·10 )
(Canarias2008)
a)Laconcentracióninicialdeladisoluciónes:
6,8gNH 1molNH 103 mLdisolució n
c=
=0,8M
500mLdisolució n 17gNH
1Ldisolució n
LaecuaciónquímicacorrespondientealaionizacióndelNH3endisoluciónacuosaes:
[NH ]=[OH ]=x
K =
[NH ][OH ]
[NH ]
Comosecumpleque:
c
K
K =
[OH
c
[OH ]= K ·c
[OH ]= 1,8·10 ·0,8
pOH=‐log 3,8·10
3,8·10 M
=2,42pH=14pOH=142,42=11,58
34
b)LaecuaciónquímicacorrespondientealareaccióndeneutralizaciónentreNH yH SO es:
2NH (aq)+H SO (aq) NH
SO (aq)+2H O(l)
ElnúmerodemmolesdeNH aneutralizares:
20mLNH 0,8M
0,8mmolNH
=16mmolNH 1mLNH 0,8M
RelacionandoNH conH SO :
16mmolNH
1mLH SO 0,10M
1mmolH SO
=80mL
2mmolNH 0,10mmolH SO 0,8M
0,10M
8.38. Sea un aminoácido,
‐CHR‐
, cuyos valores de
, para las funciones ácida y
básicason
=5y
=8,respectivamente.Teniendoencuentaquelaexpresiónmatemática,
querelacionaelpHdeunadisoluciónacuosadeunaminoácidoenaguaconlosvaloresde
delasfuncionesácidaybásica,es:
pH=½(
+
)
a) En una disolución acuosa de este aminoácido, de concentración 10 M, ¿cuáles son los
diversosionespresentes?Escribirlosequilibrios(1)e(2),cuyasconstantesdeequilibrioson y
.Calcúleselaconcentracióndedichosiones.
b) Si a la disolución precedente se le añade una disolución de ácido clorhídrico, HCl de
concentraciónC,¿quéocurriráconlosequilibrios(1)y(2)?¿Cuálseráeliondelaminoácidoque
seencontraráenmenorconcentración?
(Galicia2008)
a)Lascaracterísticasdelosaminoácidosestándeterminadasporlapresenciaensuestructura
deungrupoaminoydeungrupocarboxilolibres,loquelesconfierecarácteranfótero.
Este carácter anfótero hace que al disolverse la molécula de aminoácido se establezca un
procesotautoméricocuyaconstanteesdelordende10 –10 ,loqueindicaqueendisolución
estéfavorecidouniondipolarfrentealaespecieneutra.
NH2 ‐CHR‐COOH⁺NH3 ‐CHR‐COO– Debidoalosgruposfuncionalespresentesenlamoléculaseestablecendosequilibriosácido‐
baseconsecutivos:
+H N-CHR-COOH
3
K1
+H N-CHR-COO3
+ H+
K2
H2N-CHR-COO- + H+
(esquema1)
Unesquemamáscompletosería:
35
H2N-CHR-COOH
K1
´´
K2´´
+H N-CHR-COOH
3
H2N-CHR-COO-
KT
K1´
K2´
K1
+H N-CHR-COO3
K2
(esquema2)
Porconsiguiente,losionespresentesenelmedioserían:
H+,+H3N‐CHR‐COO–,+H3N‐CHR‐COOH,OH–
Ademásdelosdosequilibriosanteriorescorrespondientesalaminoácido,esnecesariotener
encuentaelequilibriodedisociacióndelagua:
2H OH O +OH K =10
Paracalcular[H O ]y[OH ],bastarácontenerencuentalaexpresiónparaelpHdadaenel
enunciado,losvaloresdepK1ypK2,yademásseránecesariotenerencuentalaconstantedel
equilibriodedisociacióndelagua:
pH=½(pK +pK )pH=½(5+8)=6,5
dedondeseobtieneque
[H O ]=10
[OH– ]=
[H O ]=10
,
=3,16·10
10–14
10
[OH– ]=
[H O ]
3,16·10
M
=3,16·10 M
Para calcular la concentración de cada uno de los dos iones presentes es necesario utilizar
cadaunadelasexpresionescorrespondientesalosequilibriosanteriores(esquema1):
K1 =
[⁺NH3 ‐CHR‐COO– ][H ]
K1
[⁺NH3 ‐CHR‐COO– ]
seobtiene
=
I [⁺NH3 ‐CHR‐COOH]
[H ] [⁺NH3 ‐CHR‐COOH]
K2 =
[NH2 ‐CHR‐COO– ][H ]
K2
[NH2 ‐CHR‐COO– ]
seobtiene
=
– II [⁺NH3 ‐CHR‐COO– ]
[H ] [⁺NH3 ‐CHR‐COO ]
De esta forma se llega a una relación entre las especies iónicas de los aminoácidos, para
obtenerlaconcentracióndecadaunadeellasseránecesariorealizarunbalancedemateriade
losaminoácidos,teniendoencuentalosequilibriosanteriores:
[NH2 ‐CHR‐COOH t =[NH2 ‐CHR‐COO– ]+[⁺NH3 ‐CHR‐COO– ]+[⁺NH3 ‐CHR‐COOH] III La concentración de las especies H2N‐CHR‐COO y +H3N‐CHR‐COOH se despeja de las
expresionesdeK2eK1respectivamenteysesustituyenenlaecuación(III),obteniendodeesta
forma:
[NH2 ‐CHR‐COOH t =
36
K2
H
[⁺NH3 ‐CHR‐COO– ]+[⁺NH3 ‐CHR‐COO– ]+
[⁺NH3 ‐CHR‐COO– ]
K1
[H ]
seobtiene
K2
H
NH2 ‐CHR‐COOH t ⁺NH3 ‐CHR‐COO– 1 H
K1
dedonde
⁺NH3 ‐CHR‐COO– NH2 ‐CHR‐COOH t K1 H
K1 H H
K 1 K 2
sustituyendo
[⁺NH3 ‐CHR‐COO– ]=0,1
10
10
10
,
10
+ 10
,
10
+ 10
,
2
=0,094M
Delaecuación(I)seobtiene:
[⁺NH3 ‐CHR‐COOH]=
[H+ ]
10
[⁺NH3 ‐CHR‐COO– ]=
K1
10
,
0,094=2,97·10 M
Delaecuación(II)seobtiene:
[NH2 ‐CHR‐COO– ]=
K2
10
–
+ [⁺NH3 ‐CHR‐COO ]=
[H ]
10
,
0,094=2,97·10 M
b) Tal como se indica en el apartado a), en el esquema 1, la adición de HCl hace que el
equilibriosedesplacehacialaformacióndelaespecieiónica: +H3N‐CHR‐COOHy,portantoel
iondelaminoácidoqueseencontraráenmenorconcentraciónserálaespecieH2N‐CHR‐COO.
100
90
80
70
%[ ]
60
%[AH+]
50
%[A]
40
%[ A-]
30
20
10
0
0
2
4
6
8
pH
10
12
14
16
8.39. En un laboratorio se tienen dos matraces, uno conteniendo 15 mL de HCl cuya
concentraciónes0,05Myelotro15mLdeácidoetanoico(
)deconcentración0,05M.
Calcula:
a)ElpHdecadaunadelasdosdisoluciones.
b)ElvolumendeaguaquedebeañadirsealadisoluciónmásácidaparaqueelpHdelasdossea
elmismo.
(Dato.
(
)=1,8·10 )
37
a)Setratadedosdisolucionesácidas:
HCl(ácidofuerte)completamenteionizado,y
CH COOH(ácidodébil)parcialmenteionizado.
Como se dispone del mismo volumen de ambas disoluciones y las concentraciones iniciales
] lo que hace sea más
respectivas son iguales, la disolución de HCl tiene mayor [
ácida.
ElHClesunácidofuertecompletamenteionizado:
HCl(aq)+H O(l)Cl (aq)+H O (aq)
Haciendounbalancedemateriasetieneque:
[HCl]0=[H O ]=0,05M
ElpHdeladisoluciónes:
pH=‐log 0,05 =1,30
LaecuaciónquímicacorrespondientealaionizacióndelCH COOHendisoluciónacuosaes:
CH COOH(aq)+H O(l)CH COO (aq)+H O (aq)
[H O ]=[CH COO ] y
[CH COOH]=c[H O ]
siendoclaconcentracióninicialdeCH COOH.Sustituyendoestosvaloresenlaexpresióndela
constantequeda:
K =
[CH COO ][H O ]
[CH COOH]
Comosecumpleque:
c
K
K =
[H O
c
[H O ]= K ·c
[H O ]= 1,8·10 ·0,05=9,4·10 MpH=‐log 9,4·10
=3,03
b)ComoladisolucióndeHCl,esmásácida,esdecirtienemayor[H O ],esalaquehayque
añadiraguahastaqueelvalorde[H O ]seigualealdeladisolucióndeCH COOH.
LosmmolesdeH O contenidosenladisolucióndeHClson:
15mLHCl0,05M
0,05mmolHCl
=0,75mmolHCl
1mLHCl0,05M
Considerandovolúmenesaditivosyaplicandoelconceptodemolaridad:
38
1mmolH O
0,75mmolHCl
=9,4·10 MV=783mL
15+V mLdisolució n 1mmolHCl
8.40. a) Indica cómo será el pH de una disolución 1 M de NaCl;
.
;
y
b)EnelcasodeañadirgotasdeNaOH10 Macadaunadeellas,señalarcómovariaráelpH.
Justificalasrespuestas.
(Datos.
(
)=
(
)=1,8·10 )
(Canarias2009)
a)Elclorurodesodio,NaCl,sedisuelveenaguadeacuerdoconlaecuación:
NEUTROyelpH=7.
Elacetatodesodio,
CH COONa(aq)Na (aq)+CH COO (aq)
ElmediocontieneionesOH ,portanto,ladisolucióntienecarácterBÁSICOyelpH>7.
Elclorurodeamonio,
ElmediocontieneionesH O ,portanto,ladisolucióntienecarácterÁCIDOyelpH<7.
Endisoluciónacuosael
seencuentradisociadocomo:
CH COONH (aq)NH (aq)+CH COO (aq)
39
se producen tanto iones OH como iones H O . Las
En la hidrólisis del
concentracionesdelosmismosenladisoluciónsonidénticas,yaquelaconcentracióninicial
eslamismaparaambos.
Elvalordelasconstantesdeacidezybasicidaddeambosioneses:
K
K
=
K
K
K
=
K
K
=
K
1,0·10
1,8·10
=5,6·10
=
1,0·10
1,8·10
=5,6·10
Setratadeunahidrólisisdoble,ladisoluciónesNEUTRAyelpH=7.
b)EndisoluciónacuosaelNaOH,basefuerte,seencuentradisociadocomo:
NaOH(aq)OH (aq)+Na (aq)
 Al añadir unas gotas de NaOH 10 M a la disolución de neutra de NaCl, aumenta la
concentracióndeionesOH enladisoluciónresultante,quesevuelvebásicayelpH>7.
, aumenta la
 Al añadir unas gotas de NaOH 10 M a la disolución básica de
concentracióndeionesOH enladisoluciónresultante,quesiguesiendobásicayelpH>7.
 Al añadir unas gotas de NaOH 10 M a la disolución ácida de
, disminuye la
concentracióndeionesH3O+enladisoluciónresultante,quesiguesiendoácidayelpH<7.
,aumentala
AlañadirunasgotasdeNaOH10 Maladisolucióndeneutrade
concentracióndeionesOH enladisoluciónresultante,quesevuelvebásicayelpH>7.
8.41.A25°C,unadisolución0,1MdeamoníacotieneunpHde11,12.Determinalaconstantede
basicidaddelamoníacoyladeacidezdelionamonio.
(Canarias2009)
LaecuaciónquímicacorrespondientealaionizacióndelNH endisoluciónacuosaes:
[NH ]=[OH ]=x
K =
[NH ][OH ]
[NH ]
Elvalorde[H O ]paraunadisoluciónquetieneunpH=11,12es:
[H O ]=10
[H O ]=10
,
M=7,59·10
M
40
Elvalorde[OH ]dedichadisoluciónes:
[OH ]=
1,0·10
=1,32·10 M
7,59·10
Sustituyendo:
K =
1,32·10
0,1–1,32·10
=1,76·10
LaconstantedeacidezdelNH secalculamediantelaexpresión:
K
=
K
K
K
=
1,0·10
1,76·10
=5,68·10
8.42.a)Aunestudiantedequímicalepidenlaconcentracióndeácidoláctico,
,enun
vasodeleche.Paraellodeterminalaconcentracióndeioneshidronioobteniendocomoresultado
3,09·10 M.¿Quévalordeberíadar?
b)LedicenqueelpHdeunatazadecafé(a25°C)es5,12.¿Cuálserálaconcentracióndeiones
hidronioenelcafé?
c)Sisemezclan125mLdelcaféanteriorconunvolumenigualdeleche,¿cuálseráelpHdelcafé
conlecheobtenido?
Datos. Considera que la leche es una disolución acuosa y que toda su acidez se debe al ácido
lácticoyqueésteesunácidomonoprótico. (25°Cácidoláctico)=1,40·10 .
Suponervolúmenesaditivos.
(Canarias2009)
a) La ecuación química correspondiente a la ionización del ácido láctico (HC H O ),
abreviadamenteHLac,endisoluciónacuosaes:
HLac(aq)+H O(l)Lac (aq)+H O (aq)
[H O ]=[Lac ]
y
[HLac]=c[H3O+]
siendo c la concentración inicial de HLac. Sustituyendo estos valores en la expresión de la
constantequeda:
K =
[Lac ][H O ]
x
=
c–x
[HLac]
sustituyendo:
8,4·10 =
3,09·10
c–3,09·10 c=7,13·10
M
b)Elvalorde[H O ]parauncafécuyopH=5,12es:
[H O ]=10
[H O ]=10
,
M=7,59·10
M
41
c) Si a la leche (disolución de ácido láctico) se le añade café (ácido). De acuerdo con el
principio de Le Châtelier, el equilibrio se desplaza en el sentido en el que se consuman los
H O añadidos, es decir hacia la formación de ácido láctico sin disociar. No obstante, como
>> [H O
[H O
é se puede considerar que el pH de la disolución resultante apenas
disminuyeyeseldelalecheinicial.
8.43.Elnitratodeamonioesunsólidoblancocristalino,obtenidoporreacciónentreel
(aq)
yel
(aq)atemperaturaambiente,queseutilizacomofertilizantenitrogenadoyexplosivo.
Enladescomposicióntérmicadelnitratodeamoniofundido,a250‐260°C,seobtieneaguayun
gas incoloro, óxido de nitrógeno (I) (también llamado óxido de dinitrógeno u óxido nitroso),
caracterizadoporsuslevespropiedadesanestésicas.
a)CalculaelpHdeladisolucióndeamoníaco,utilizadaparalaformacióndelnitratodeamonio,
sabiendoque2gdeamoníaco,sedisuelvenenaguaenrasandoenunmatrazaforadode500mL.
b)Escribeyajustalareaccióndeladescomposicióntérmicadelnitratodeamoniofundido.
c)Calculalacantidaddenitratodeamoniodel90%depurezanecesarioparaproducir200mL
deaguaa20°Cy1atmósferadepresión.
(Datos.Constantedebasicidad:
(
)=1,8·10
;constanteR=0,082atm·L·
)
(Asturias2009)
2gNH 1molNH 103 mLdisolució n
c=
=0,235M
500mLdisolució n 17gNH
1Ldisolució n
LaecuaciónquímicacorrespondientealaionizacióndelNH endisoluciónacuosaes:
[NH ]=[OH ]=x
K =
[NH ][OH ]
[NH ]
Comosecumpleque:
c
>100sepuederealizarlaaproximació nc–[OH ]≅c
K
K =
[OH
c
[OH ]= K ·c
[OH ]= 1,8·10 ·0,235=2,1·10 MpOH=‐log 2,1·10
pH=14pOH=142,69=11,31
=2,69
42
b)LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealadescomposicióntérmicadelNH NO es:
(l)
(g)+2
(g)
c)ConsiderandocomportamientoidealelnúmerodemolesdeH Oaproducires:
n=
1atm·200mL
1L
3
=8,3·10 molH O
0,082atm·L·mol K 20+273 K 10 mL
RelacionandoH OyNH NO :
8,3·10 molH O
1molNH NO 80gNH NO =0,33gNH NO 2molH O 1mmolNH NO
ComosedisponedeNH NO del90%deriqueza:
0,33gNH NO
100gNH NO 90%
=0,37g
90gNH NO
90%
8.44.Sedisponeenellaboratoriodeunadisolucióndeácidonítrico,
,del36%deriquezay
densidad1,18kg· .Teniendoencuentaqueleácidonítricoesunácidofuerte,calcula:
a)Lamolaridaddeladisoluciónde
inicial.
b)ElpHdeladisoluciónresultantedeañadir5mLdeladisoluciónde
iniciala600mLde
agua.
c)ElpHdeladisoluciónresultantedemezclar125mLdeladisoluciónde
delapartado
anteriorcon175mLdeunadisolucióndeNaOHdeconcentración0,075M.
(Canarias2010)
c=
36gHNO
1molHNO 103 gdisolució n 1,18kgdisolució n
=6,74M
1Ldisolució n
1kgdisolució n
100gdisolució n 63gHNO
b)Considerandovolúmenesaditivos,laconcentracióndelanuevadisoluciónes:
c=
6,74mmolHNO
5mLHNO 6,74M
=0,056M
600+5 mLdisolució n 1mLHNO 6,74M
LaecuaciónquímicacorrespondientealaionizacióndelHNO endisoluciónacuosaes:
HNO (aq)+H O(l)NO (aq)+H O (aq)
Portratarsedeunácidofuerte:
[H O ]=[HNO ]=c=0,056M
pH=‐log 0,056 =1,25
c) La ecuación química correspondiente a la reacción de neutralización entre NaOH y HNO es:
HNO (aq)+NaOH(aq)NaNO (aq)+H O(l)
Elnúmerodemmolesdecadaunadelassustanciases:
125mLHNO 0,056M
175mLNaOH0,075M
0,056mmolHNO
=7mmolHNO
1mLHNO 0,056M
0,075mLNaOH
=13,1mmolNaOH
1mLNaOH0,075M

43
13,1mmolNaOH
=1,9
7mmolHNO
Comolarelaciónmolares>1quieredecirquesobraNaOH,porloque
limitante.
eselreactivo
RelacionandoHNO conNaOH:
7mmolHNO
1mmolNaOH
=7mmolNaOH
1mmolHNO
13,1mmolNaOH inicial –7mmolNaOH gastado =6,1mmolNaOH exceso Laconcentracióndeladisoluciónresultante,considerandovolúmenesaditivos,es:
6,1mmolNaOH
=0,02M
Elnitratodesodioformado,NaNO ,sedisuelveenaguadeacuerdoconlaecuación:
2)Elnitratodesodio,
NaNO (aq)Na (aq)+NO (aq)
ElpHdelmediosedebealadisolucióndeNaOHsobrante.ElNaOH,esunabasefuerte,queen
disoluciónacuosasepuedeconsiderarquedisociatotalmentedelasiguienteforma:
Portratarsedeunabasefuerte:
[OH ]=[NaOH]=c=0,02M
pOH=‐log 0,02 =1,69pH=14pOH=141,69=12,31
8.45.Unadisolucióndeácidonitroso,
,tieneunpH=2,5.Calcula:
a)Laconcentracióndeácidonitrosoinicial.
b)Laconcentracióndeácidonitrosoenelequilibrio.
c)Elgradodedisociacióndelácidonitrosoenestascondiciones,expresadoenporcentaje.
(Dato.Constantedeacidezdelácidonitroso,
=4,5·10
)
(Canarias2010)
a‐b)Elácidonitroso(HNO ),esunácidodébilquesedisociaparcialmentesegúnelequilibrio:
HNO (aq)+H O(l)NO (aq)+H O (aq)
Elvalorde[H O ]paraunadisolucióncuyopH=2,5es:
[H O ]=10
[H O ]=10
,
44
M=3,2·10 M
Latabladeconcentracionescorrespondientealequilibrioes:
cinicial
ctransformado
cformado
cequilibrio
HNO c
x
—
c–x
NO —

x
x
H O
—
—
X
X
K =
[NO ][H O ]
x
=
[HNO ]
c–x
4,5·10 =
3,2·10
c–3,2·10
c=2,5·10
[HNO ]= 2,5·10 –3,2·10 =2,3·10
M
M
c)ElgradodedisociacióndelácidoHNO es:
α=
[NO ]
x
3,2·10
= α=
[HNO ] c
2,5·10
=0,1313%
8.46.Sequiereprepararunadisolucióndeácidoclorhídrico0,10Mapartirdeunadisoluciónde
ácido clorhídrico comercial contenido en un frasco en cuya etiqueta se lee que la densidad es
aproximadamente1,19g/mLyderiquezaaproximada37%enmasa.
a)Hallarlacantidadnecesariadelácidocomercialparapreparar500mLdedisolución0,1M.
Al ser aproximados los datos recogidos en la etiqueta del frasco de ácido clorhídrico, hay que
asegurarsedequelaconcentraciónescorrecta,paraloquesetomaunamuestrade0,150gde
carbonatodesodioanhidro,sedisuelveenaguaysevaloraconladisoluciónácida.Enelpunto
finalsehanconsumido25,9mLdedisolucióndeácidoclorhídrico0,1M.
b)Describecondetalleelprocedimientoexperimentalpararealizarlavaloración.
c)¿Quéerrorsehacometidoalahoradeprepararladisolución?
A la hora de realizar la valoración se ha dudado en la elección del indicador entre la
fenolftaleínaqueviradeincoloroarojoenelintervalodepHde8a10oelverdedebromocresol
queviradeamarilloaazulenelintervalodepHde4a6.
d)¿Quéindicadoreseladecuadoparadetectarcorrectamenteelpuntofinaldelavaloración?
(Asturias2011)
a)Aplicandoelconceptodemolaridad:
0,5LHCl0,1M
0,1molHCl 36,5gHCl 100gHCl37% 1mLHCl37%
=4,1mLHCl37%
1LHCl0,1M 1molHCl
37gHCl
1,19gHCl37%
b)Pararealizarlavaloración,sepesalamuestraenunmatrazErlenmeyerde100mL,sele
añadeunpocodeaguadestiladayseagitahastasudisolución.Acontinuación,seañadendos
gotasdelindicadoradecuado.
Sellenalaburetaconladisolucióndeácidoclorhídrico0,1M,sequitaelaireyseenrasa.
45
SecolocaelmatrazErlenmeyerconladisoluciónbásicabajolabureta,seabrelallaveydeja
caer, gota a gota, la disolución ácida, a la vez que se imprime un movimiento giratorio al
matraz,hastaqueelindicadorcambiedecolor.Eneseinstanteseleeelvolumendedisolución
ácidaconsumido.
c)LaecuaciónquímicacorrespondientealareaccióndeneutralizaciónentreNa CO yHCles:
Na CO (aq)+2HCl(aq)2NaCl(aq)+H CO (aq)
RelacionandoNa CO yHClseobtienelaconcentraciónexactadeladisoluciónácida:
2molHCl 10 mLHCl0,1M
0,150gNa CO 1molNa CO
=0,109M
1LHCl0,1M
25,9mLHCl0,1M 106gNa CO 1molNa CO
Elerrorcometidoalprepararladisoluciónhasido:
0,109–0,100 M
100=8,3%
0,109M
d) Como se observa, los productosde lareacciónson NaCl,sal procedente de ácido fuertey
basefuertequenosufrehidrólisisyporellonoafectaalpHdeladisolución;yH CO (aq),por
tanto,ladisoluciónresultantetendráunpHácido(<7).
ElindicadoradecuadoparaestavaloracióntendráquetenerunpK ácido,esdecir,suzona
devirajedeberáincluirelpHdelpuntofinaldelavaloración.Deacuerdoconestecriterio,de
losdosindicadoresdadoselmásadecuadoelverdedebromocresolqueviraentrepH4y6.
8.47.Algunaslejíasdeusodomésticosondisolucionesacuosasal5%enpesodehipocloritode
sodioqueestátotalmentedisociadoendisolución.Elácidohipoclorosotieneun
de7,5.
a)¿Cuáleslamolaridaddelhipocloritodesodioenlalejía?
b) Formula la reacción del anión hipoclorito,
(aq), en agua. Escribe la expresión de la
constantedequilibriodeesareacción.¿Quésímbolosesueleemplearparadesignarlaconstante
de equilibrio de una reacción como esta? ¿Cuál es el valor númérico de la constante de
equilibrio?Explicalasrespuestas.
d) Si se desea cambiar el pH de la lejía a 6,5 ¿habría que añadir hidróxido de sodio o ácido
clorhídrico?Explicalarespuesta.
e)EnunalejíacuyopHsehaajustadoa6,5¿cuáleselcocienteentrebaseyácidoconjugado?
(Datos.Sesuponequelalejíatieneladensidaddelagua;
=14)
(Galicia2011)
a)Laconcentracióndeestadisoluciónes:
c=
5gNaClO 1molNaClO 1glejı́a 103 mLlejı́a
=0,67M
100glejı́a 74,5gNaClO 100mLlejı́a 1Llejı́a
b)Elhipocloritodesodio(NaClO)sedisuelveenaguadeacuerdoconlaecuación:
NaClO(aq)Na (aq)+ClO (aq)
46
[HClO]=[OH ]=x
[ClO ]=c[OH ]=c–x
siendoclaconcentracióninicialdeNaClO.
K
=
[HClO][OH ]
x
=
c– x
[ClO ]
El valor de la constante de basicidad (hidrólisis) del hipoclorito se calcula mediante la
siguienteexpresión:
K
=
pK
K
K
= 14
logarıtmospK
7,5 =6,5K
+pK
=10
=14
,
c)ParacalcularelpHdelalejía:
10
,
=
x
x=[OH ]=4,6·10 M
0,67– x
pOH=‐log 4,6·10
=3,34pH=14pOH=143,34=10,67
d)SisedeseaqueelpHbajehasta6,5sedebeañadirácidoclorhídrico,HCl,yaquelosH O liberadosporelácidoreaccionanconlosOH producidosenlahidrólisisdelClO :
ClO +HClHClO+Cl e)SielpHdelalejíaes6,5:
pOH=7,5[OH ]=10
,
M
sustituyendoenlaexpresióndelaconstantedeequilibrio:
[OH ]
[HClO] 10
[HClO]
=

=
[ClO ]
[ClO ] K 10
,
,
=
1
10
47
9.REACCIONESDEPRECIPITACIÓN
9.1. La solubilidad del hidróxido de magnesio en agua pura es 0,6 mg en 50 mL. Calcula su
solubilidadenunadisolucióndehidróxidodesodiodepH=12.
Comentalosresultadosobtenidosconargumentaciónteórica.
(Canarias1992)
ElequilibriocorrespondientealadisolucióndelMg OH es:
Mg OH (s)Mg
(aq)+2OH (aq)
ysuproductodesolubilidad:
K =[Mg
][OH
SilasolubilidadmolardelMg OH enaguapuraess:
s=
0,6mgMg OH 1mmolMg OH
50mL
58,3mgMg OH
=2,1·
M
lassolubilidadesdelosionesson:
[Mg
]=s
[OH =2s
K =s 2s =4s K =4 2,1·10
=3,7·10
SiunadisolucióntienepH=12:
pOH=14–pOH=2[OH ]=10
[OH ]=10 M
SustituyendoenlaexpresióndeK seobtienelasolubilidaddelMg(OH)2endichadisolución:
[Mg
]=
K
OH
[Mg
]=
3,7·10
10
=3,7·
M
Comoseobserva,lasolubilidadhadisminuidoporlapresenciadeunioncomún,OH ,locual
es coherente con lo que propone el principio de Le Châtelier, que si se aumenta la
concentracióndealgunadelassustanciaspresentesenelequilibrio,enestecasounproducto,
elsistemasedesplazaenelsentidoenelquedesciendadichaconcentración,enestecasose
formamásprecipitado,loquequieredecirquedisminuyelasolubilidaddelasustancia.
9.2. Si se mezclan 25,0 mL de disolución de NaCl 1,20·10 M, con 50,0 mL de disolución de
1,00·10 M, ¿precipitará AgCl? ¿Cuáles serán las concentraciones de
y
en
disolución?
(Dato.
(AgCl)=1,70·10
)
(Canarias1995)
LaecuaciónquímicacorrespondientealareacciónentreAg SO yNaCles:
Ag SO (aq)+2NaCl(aq)2AgCl(s)+Na SO (aq)
ElequilibriocorrespondientealadisolucióndelAgCles:
48
AgCl(s)Ag (aq)+Cl (aq)
K =[Ag ][Cl Paraqueseformeprecipitado,esprecisoqueelproductoiónico:
[Ag ][Cl >K Considerando volúmenes aditivos, las concentraciones [Ag ] y [Cl ] una vez efectuada la
mezcla:
2,00·10 mmolAg 1mLAg 1,00·10 M
=1,33·10 M
50mLAg 1,00·10 M
[Ag ]=
1,20·10 mmolCl 1mLCl 1,20·10 M
=4,00·10 M
25mLCl 1,20·10
[Cl ]=
M
Sustituyendoenelproductoiónicoseobtiene:
1,33·10
4,00·10
=5,33·10 Comoseobserva,elproductoiónicoesmayorqueK ,portanto,síseformaprecipitadode
AgCl.
Para determinar las concentraciones de los iones en disolución es preciso saber antes la
cantidaddeprecipitadodeAgClformado.Paraelloesnecesariosaberpreviamentecuálesel
reactivolimitante:
50mLAg SO
1,00·10 mmolAg SO =0,5mmolAg SO
1mLAg SO
25mLNaCl
1,20·10 mmolNaCl
=0,3mmolNaCl
1mLNaCl

0,3mmolNaCl
=0,6
0,5mmolAg SO
La relación molar es menor que 2, lo que quiere decir que sobra Ag SO y que se gasta
completamente el NaCl que actúa como reactivo limitante que determina la cantidad de
precipitadoformado:
0,3mmolNaCl
1mmolAgCl
=0,3mmolAgCl
1mmolNaCl
Teniendoencuentalascantidadesdesustanciasiniciales:
Ag SO (aq)2Ag (aq)+SO (aq)
0,5mmol1,0mmol
0,3mmol0,3mmol
49
LaconcentracióndeAg endisoluciónes:
Ag
[Ag ]=
Ag precipitado
V total
inicial
ElAg precipitadoes:
0,3mmolCl
1mmolAg
=0,3mmolAg 1mmolCl
Sustituyendo:
[Ag ]=
1,0mmolAg
0,3mmolAg
50+25 mL
inicial
precipitado
=9,33·10
M
A partir del producto de solubilidad del AgCl se puede obtener la cantidad de Cl en
disolución:
[Cl ]=
K
1,70·10
=
[Ag ]
9,33·10
=1,82·10
M
9.3. El producto de solubilidad del cloruro de plomo (II) en agua pura a 25°C es 1,7·10 .
Calcula:
a)Lasolubilidad,eng· ,delclorurodeplomo(II)enaguapuraa25°C.
b)Losgramosdeclorurodesodioquehayqueañadira100mLdedisolución0,01Mdeacetato
deplomo(II)parainiciarlaprecipitacióndeclorurodeplomo(II).
(Canarias1996)
a)ElequilibriocorrespondientealadisolucióndelPbCl es:
PbCl (s)Pb (aq)+2Cl (aq)
K =[Pb ][Cl
SilasolubilidadmolardelPbCl ess,lassolubilidadesdelosionesson:
[Pb ]=s
[Cl =2s
K =s 2s =4s Lasolubilidadenaguaes:
s=
3
3
K
1,7·10
s=
4
4
=1,6·10
M
Habitualmente,lasolubilidadsesueleexpresareng·L :
1,6·10
molPbCl 278,2gPbCl
=4,5g·L L
molPbCl
50
b)LaecuaciónquímicacorrespondientealareacciónentrePb CH COO yNaCles:
Pb CH COO (aq)+2NaCl(aq)2NaCH COO(aq)+PbCl (s)
Paraqueseformeprecipitado,esprecisoqueelproductoiónico:
[Pb ][Cl
>K ConsiderandoquelaadicióndeNaClaladisolucióndePb CH COO noproducevariaciónde
volumen,elvalorde[Pb eselmismoqueeldeladisolucióndePb CH COO ,asíquedel
productodesolubilidadseobtieneelvalorde[Cl ]:
Cl =
K
[Pb
]
 Cl =
1,7·10
0,01
=4,1·10
M
LamasamínimadeNaClaañadiraladisoluciónparaquecomienceaprecipitarPbCl es:
0,1Ldisolució n
4,1·10 molNaCl 58,5gNaCl
=0,24gNaCl
1molNaCl
1Ldisolució n
9.4. Encuentra la máxima concentración de ion Ni2+ en agua saturada con
siguientescasos:
a)ApH=0
b)ApH=3.
, a 25°C, en los
(Datos.ProductodesolubilidaddelNiS=3,2·10 ;constantesdeacidezdel
: =9,1·10 ,
=1,2·10 .Ladisoluciónsaturadade
es0,1Myenmedioácido,casitodoélestácomo
)
(Galicia2003)
ElequilibriocorrespondientealadisolucióndelNiSes:
NiS(s)Ni (aq)+S
(aq)
Elproductodesolubilidadcorrespondientees:
K =[Ni ][S
LosequilibrioscorrespondientesaladisociacióndelH2Sson:
H S(aq)HS (aq)+H O (aq)
HS (aq)S
(aq)+H O (aq)
ylasexpresionesdelasrespectivasconstantesdeacidez:
K =
HS [H O ]
S
K =
[H S]
[H O ]
HS
Combinandoambasexpresionesseelimina[HS ]yseobtiene:
S
=K1 K2
[H S]
[H O
Sustituyendo[S
[Ni
=
51
]enelproductodesolubilidadsepuedeobtener[Ni ]:
K
[H O
K K [H S]
a)SipH=0
[H O ]=10
[Ni ]=
[H O ]=10 =1M
3,2·10
9,1·10
1,2·10
0,1
1 =0,293M
b)SipH=3
[H O ]=10
[Ni ]=
[H O ]=10 M
3,2·10
9,1·10
1,2·10
0,1
10
=2,93·10
M
9.5.Elaguafluorada,utilizadaparaprevenirlacariesdental,sueleconteneralrededorde1ppm
deion ,esdecir,1gde porcada10 gdeagua.
a)¿Cuálserálaconcentraciónmolardelionfluoruro?
b)Sisetieneunaguaduraenlaqueexisteunaconcentracióndeiones
10 M,¿seformará
precipitadoenelprocesodefluoración?
c)Siseañade unaconcentración 10 Mdeácido fluorhídrico.¿Quéocurrirá? ¿Cuántovaldrá
ahoralasolubilidad?
(Dato.
(
)=4,0·10
)
(Asturias2004)
a)Elvalorde F enelaguaes:
1molF 103 gagua
=5,3·10
1Lagua
106 gagua 19gF
1gF
M
b)ElequilibriocorrespondientealadisolucióndelCaF es:
CaF (s)Ca (aq)+2F (aq)
Elproductodesolubilidadcorrespondientees:
K =[Ca ][F
[Ca ][F
10
>K 5,3·10
=2,8·10
Comoseobserva,elproductoiónicoesmenorqueK ,portanto,noseformaprecipitado
de
.
52
c)Setratadelcasodelasolubilidaddeunasustanciaenunadisoluciónquepresentaunion
común.Enestecasoelvalorde[F ]enelequilibrioes:
[F ]= 2s+10
M
Como2s<<10 ;sepuedeaproximarsincometergranerrorque, 2s+10
M≈10 M
SiendoslanuevasolubilidadmolardelCaF ,laexpresióndeK quedacomo:
K =s 10
s=
4,0·10
10
=4,0·10
M
Al añadir un ion común el equilibrio se desplaza hacia la formación del sólido con lo que la
solubilidaddisminuye.
9.6.a)Deducerazonadamentesiseformaunprecipitadodesulfatodebario(
)almezclar
100mLdesulfatodesodio(
)7,5·10 My50mLdeclorurodebario(
)0,015M.
estasdossales(
y
)seencuentrantotalmentedisociadas.
b)Indicacómoevolucionaráelequilibrioanteriorencadaunodelostressupuestossiguientes:
b1)Seañade
enformade
.
b2)Seañade
enformade
.
b3)Seaumentaelvolumenañadiendoaguahasta1L.
(Dato.
(
)=1,1·10
)
(Canarias2010)
a)LaecuaciónquímicacorrespondientealareacciónentreNa SO yBaCl es:
Na SO (aq)+BaCl (aq)BaSO (s)+2NaCl(aq)
ElequilibriocorrespondientealadisolucióndelBaSO es:
BaSO (s)Ba (aq)+SO (aq)
K =[Ba ][SO
[Ba ][SO
>K Tanto Na SO y BaCl se encuentran totalmente disociados de acuerdo con las siguientes
ecuaciones:
Na SO (aq)2Na (aq)+SO (aq)
BaCl (aq)Ba (aq)+2Cl(aq)
Considerando volúmenes aditivos, las concentraciones [Ba ]y[SO
mezcla:
] una vez efectuada la
[Ba ]=
53
0,015mmolBa 1mLBa 0,015M
=5,0·10 M
50mLBa 0,015M
100mLSO
[SO ]=
7,5·10 mmolSO 1mLSO 7,5·10 M
=5,0·10 M
7,5·10 M
Sustituyendoenelproductoiónicoseobtiene:
5,0·10
5,0·10
=2,5·10 Comoseobserva,elproductoiónicoesmayorqueK ,portanto,síseformaprecipitadode
.
b1‐b2) Tanto Ba NO y K SO se encuentran totalmente disociados de acuerdo con las
siguientesecuaciones:
Ba NO
(aq)Ba (aq)+2NO (aq)
K SO 2K (aq)+SO (aq)
y
, sustancias que tienen algún ion común
La adición de estas dos sales,
con los presentes en el equilibrio del apartado anterior producen un aumento de las
concentraciones iónicas. De acuerdo con el principio de Le Châtelier, el equilibrio se
desplazaenelsentidoenelqueseconsumanlosionesBa oSO añadidos,esdecirhacia
laizquierda.
b3) Si se aumenta el volumen de la disolución, las concentraciones iónicas se hacen
menores. De acuerdo con el principio de Le Châtelier, para que se recupere el equilibrio es
preciso que se disuelva más cantidad de precipitado y el equilibrio se desplaza hacia la
derecha.
9.7. ¿Cuántos gramos de
se pueden disolver en 0,25 L de agua? ¿Y en 1 L de disolución
acuosaquecontieneNaF0,01M?
(Dato.
(
)=8,0·10 )
(Córdoba2010)
ElequilibriocorrespondientealadisolucióndelHgF es:
HgF (s)Hg
(aq)+2F (aq)
Laconstantedeequilibriodelprocesodesolubilidades:
K =[Hg
][F
SilasolubilidadmolardelHgF ess,lassolubilidadesdelosionesson:
[Hg
]=s
[F =2s
K =s 2s =4s ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen9.(S.Menargues&F.Latre)
54
Lasolubilidadenaguaes:
s=
3
3
K
8,0·10
s=
4
4
=2,7·10
M
Habitualmente,lasolubilidadsesueleexpresareng·L :
molHgF 238,6gHgF
=0,648g·L L
molHgF
2,7·10
Lamasadeestasustanciaquesepuededisolveren0,25Ldeaguaes:
0,648
gHgF
0,25L=0,162g
L
Se trata del caso de la solubilidad de una sustancia en una disolución que presenta un ion
común.Enestecasoelvalorde[F ]enelequilibrioes:
[F ]= 2s+10
M
Como2s<<10 ;sepuedeaproximarsincometergranerrorque, 2s+10
M≈10 M
SiendoslanuevasolubilidadmolardelHgF ,laexpresióndeK quedacomo:
K =s 10
s=
8,0·10
10
=8,0·10 M
Lamasadeestasustanciaquesepuededisolveren1Ldeestadisoluciónes:
8,0·10
molHgF 238,6gHgF
1L=0,19g
L
molHgF
9.8.Seañaden0,2827gdeiodatodeplataaunlitrodeagua,seagitaduranteunratoysefiltra.
Lamasadesólidonodisuelto,retenidoenelfiltro,es0,2338g.Calcularlaconstanteproductode
solubilidaddeliodatodeplata.
(Murcia2011)
ElequilibriocorrespondientealadisolucióndelAgIO3 es:
AgIO (s)Ag (aq)+IO (aq)
K =[Ag ][IO SilasolubilidadmolardelAgIO ess,lassolubilidadesdelosionesson:
[Ag ]=s
[IO =s
Lasolubilidadenaguaes:
s=
(0,28270,2338)gAgIO 1molAgIO
=1,73·10 M
L
282,9gAgIO
K = 1,73·10
=3,0·10
55
56
10.ELECTROQUÍMICA
10.1.Dadalareacción:
+KBr+

+
+ Apartirde250mLdeunadisolucióndeKBr0,100M,de0,850gde
yexcesode
¿quémasade seobtendríasielrendimientodelareacciónesdel38,0%?
,
(Canarias1995)
Laecuacióniónicaes:
K MnO +K Br +2H SO Mn
SO +2K SO +Br Lassemirreacionesquetienenlugarson:
Reducción:2 MnO +8H +5e Mn +4H O Oxidación:5 2Br Br +2e Laecuaciónglobales:
2MnO +16H +10Br 5Br +8H O+2Mn Añadiendolosionesquefaltan(12K y8SO )seobtienelaecuaciónmolecularfinal:
2KMnO +10KBr+8H SO 2MnSO +5Br +8H O+6K SO Como inicialmente existen las dos especies que intervienen en la reacción es preciso
determinarcuáldeellaseselreactivolimitante.Elnúmerodemolesdecadaunaes:
250mLKBr0,100M
0,1molKBr
10 mLKBr0,1M
=2,5·10 molKBr
1molKMnO
0,850gKMnO
=5,4·10 molKMnO
158gKMnO

2,5·10 molKBr
5,4·10 molKMnO
=4,6
Comolarelaciónmolaresmenorque5quieredecirquequedaKMnO sinreaccionar,porlo
tanto,ellimitanteesKBrquedeterminalacantidaddeBr queseforma.
RelacionandoKBryBr yteniendoencuentaunrendimientodel38,0%:
2,5·10 molKBr
5molBr 160gBr
38gBr real
=0,76g
10molKBr 1molBr 100gBr teó rico
10.2.Sabiendoqueelpotencialdereducciónestándar,E°,delpar
/Nies‐0,250Vyqueel
delpar
/Znes‐0,763V,indica,justificandolarespuesta:
a)Cuálseríalareacciónespontáneaenunapilaformadaporamboselectrodos.
b)Elsentidoenelquecirculanloselectrones.
c)Cuáleselpolopositivo.
d)Laespeciequeseoxidaylaquesereduce.
(Canarias1995)
a) Para que una reacción sea espontánea debe cumplirse que a presión y temperatura
constantes,ΔG°<0.
57
La relación entre ΔG° y el potencial de la reacción, E°, viene dado por la expresión,
ΔG°=‐nFE°,dedondesededucequeunareaccióndeoxidación‐reducciónseráespontánea
siemprequesecumplaqueE°>0.
Unacélulavoltaicaesaquellaenlaquetienelugarunareacciónespontánea,enella,elparque
presenta mayor potencial actúa como cátodo y el de menor como ánodo de forma que se
obtienequeEocé lula >0.
Elpotencialnormaldelacélulasecalculamediantelasiguienteexpresión:
Eocé lula =Eocá todo Eoá nodo Eocé lula =Eo
o
/Ni E
/Zn =
‐0,250V  ‐0,763V =0,513V
Cátodoeselelectrodoenelquetienelugarlasemirreaccióndereducción:
Ni (aq)+2e Ni(s)
Ánodoeselelectrodoenelquetienelugarlasemirreaccióndeoxidación:
Zn(s)Zn (aq)+2e Sumandoambas,seobtienelareacciónglobal:
Ni (aq)+Zn(s)Ni(s)+Zn (aq)
b‐c‐d)Unesquemadelacélulavoltaicaes:
Loselectronesdelacélulase
dirigendeformaespontánea
hacia potenciales crecientes,
portanto:
/Ni
Polopositivo:
Polonegativo:
/Zn
eseloxidante,la
especiequesereduce.
Zneselreductor,la
especiequeseoxida.
58
10.3.Sesometeaelectrólisis
fundidohaciendopasarunacorrientede3Adurantecierto
tiempo,hastaquesedepositan24,5gdeZnmetálico.
a)Indicalasreaccionesquetienenlugarenelcátodoyenelánodo.
b)Calculaeltiemponecesariopararealizarelproceso.
c)Determinaelvolumendegasliberadodurantelaelectrólisis,medidoencondicionesnormales.
(Dato.ConstantedeFaraday,F=96500C·
;ConstanteR=0,082atm·L·
·
)
(Canarias1995)
a)Elclorurodecincenfundidoseencuentradisociadodeacuerdoconlaecuación:
ZnCl (l)Zn (l)+2Cl (l)
Lassemirreaccionesquetienenlugarenloselectrodosson:
Cátodo(reducción):
(l)+2
Ánodo(oxidación):2
(l)
Zn(l)
(g)+2
b)RelacionandomolesdeZnydeelectrones:
25,4gZn
1F
96500C
1molZn 2mole
=74957C
1F
65,4gZn 1molZn 1mole
Eltiemponecesarioparaesacantidaddecorrienteconunaintensidadde2A:
t=
74957C 1h
=6,9h
3600s
3A
c)RelacionandomolesdeZnydeCl :
25,4gZn
1molZn 1molCl
=0,388molCl 65,4gZn 1molZn
Considerandocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelgases:
V=
0,388molCl 0,082atm·L·mol ·K
1atm
273K
=8,7L
10.4.¿Quéocurrirásiaunadisoluciónacuosadetetraoxosulfato(VI)decobre(II)seleañaden
unaslimadurasdecincmetálico?
(Datos.Potencialesnormalesdeelectrodo:
/Cu=0,34V;
/Cu=0,52V;
/Zn=‐0,76
V)
(Galicia1999)
El Zn posee un potencial de reducción menor que el Cu , por tanto, el Zn se comporta
comoreductordelCu deacuerdoconlassiguientessemirreacciones:
Reducción:Cu (aq)+2e Cu(s)
E°=0,34V
E°=‐ ‐0,76V Oxidación:Zn(s)Zn (aq)+2e 
Reacciónglobal:Cu (aq)+Zn(s)Cu(s)+Zn (aq) E°=1,10V
LavariacióndeenergíalibredeGibbs,ΔG°,delprocesoes:
ΔG°=‐2mol
59
96485C
1kJ
1,10V
=‐212,3kJ
mol
10 J
LaespontaneidaddelprocesoquedaconfirmadaporlosvaloresdeE°>0ydeΔG°<0.
10.5. El ácido nítrico concentrado reacciona con el cobre para formar nitrato de cobre (II),
dióxidodenitrógenoyagua.
a)Escribalareacciónajustada.
b) ¿Cuántos mL de
del 95% de pureza y densidad 1,5 g/
se necesitan para hacer
reaccionartotalmente3,4gdecobre?
c)¿Quévolumende
seformarámedidoa29°Cy748mmHgdepresión?
(Dato:ConstanteR=0,082atm·L·
·
)
(Extremadura1999)
a)Laecuaciónaajustares:
HNO +CuCu NO
+NO +H O
H NO +CuCu 2NO +NO Lassemirreacionesquetienenlugarson:
Reducción:2 NO +2H +e NO +H O Oxidación:CuCu +2e Laecuaciónglobales:
2NO +4H +Cu2NO +2H O+Cu Añadiendolosionesquefaltan(2NO )seobtienelaecuaciónmolecularfinal:
+Cu
4
+2
+2
b)RelacionandoCuyHNO :
3,4gCu
1molCu 4molHNO 63gHNO
=13,5gHNO 63,5gCu 1molCu 1molHNO
ComosedisponedeHNO deriqueza95%:
13,5gHNO
100gHNO 95% 1mLHNO 95%
=9,5mL
95gHNO
1,5gHNO 95%
95%
c)RelacionandomolesdeCuydeNO :
3,4gCu
1molCu 2molNO
=0,107molNO 63,5gCu 1molCu
V=
0,107molNO 0,082atm·L·mol ·K
748mmHg
29+273 K 760mmHg
=2,7L
1atm
60
10.6.Eltetraoxomanganato(VII)depotasio(permanganatopotásico)sereduceenmedioácido
contetraoxosulfato(VI)dehidrógeno(ácidosulfúrico)mediantebromurodepotasioparadar
tetraoxosulfato(VI)demanganeso(II)(sulfatomanganoso)ybromomolecular.
Formula y ajusta completamente la ecuación química correspondiente por el método del ion‐
electrón.
(Galicia2000)
ResueltoenlaprimerapartedelproblemapropuestoenCanarias1995.
10.7.¿Cuántashorassonnecesariasparaproducir30,0gdeorometálico,haciendopasaruna
corrienteeléctricacontinuade4,00Aatravésdeunadisolucióndeuncompuestoiónicodeoro
(III)?
(Datos:1Faraday=96500C;NúmerodeAvogadro=6,023·10 )
(Galicia2000)
Lasemirreaccióncorrespondientealareduccióndeloroenelcátodoes:
Au (aq)+3e Au(s)
RelacionandomolesdeAuydeelectrones:
30,0gAu
1F
96500C
1molAu 3mole
=44086C
1F
197gAu 1molAu 1mole
Eltiemponecesarioparaesacantidaddecorrienteconunaintensidadde4A:
t=
44086C 1h
=3,1h
4,00A 3600s
10.8.Suponiendocondicionesestándar,¿reaccionaránelionnitratoyelcincmetálicoenmedio
ácido, para dar ion amonio e iones cinc? Razona la respuesta. En caso afirmativo, ajusta la
reacciónquetienelugarentreellos.
(Datos.Potencialesnormalesdereducción:ionnitrato/ionamonio=0,89V;ioncinc/cinc=‐0,76
V)
(Canarias2001)
ElNO poseeunpotencialdereducciónmenorqueelZn,portanto,elZnsecomportacomo
reductordelNO deacuerdoconlassiguientessemirreacciones:
Reducción:NO +10H +8e NH +3H O
E°=0,89V
E°=‐ ‐0,76V Oxidación:4 ZnZn +2e 
E°=1,65V
Reacciónglobal:NO +10H +4ZnNH +3H O+4Zn Para que una reacción sea espontánea debe cumplirse que a presión y temperatura
constantes,ΔG°<0.
61
Añadiendolosionesquefaltan(9NO )seobtienelaecuaciónmolecularfinal:
10
+4Zn4
+
+3
10.9. Un mineral de hierro está constituido por óxido de hierro (III) e impurezas inertes. Para
realizarsuanálisissedisuelven446,0mgdelmineralenácidoclorhídrico.Posteriormente,para
mayorgarantíasereducetodoelhierroaionhierro(II)quesevaloraenmedioácidocon38,60
mLdepermanganatodepotasio0,0210M.
a) Escriba y ajuste iónicamente la ecuación química correspondiente a la oxidación del hierro
(II)conpermanganatoenmedioácido.
b)Calculeelporcentajedehierroenlamuestrademineral,expresandoelresultadocomohierro
yóxidodehierro(III).
(CastillayLeón2001)
a)Laecuacióniónicaes:
K MnO +Fe +H Mn +Fe Lassemirreacionesquetienenlugarson:
Reducción:MnO +8H +5e Mn +4H O
Oxidación:5 Fe Fe +e Laecuaciónglobales:
+8
+5

+4
+5
b)ElnúmerodemmolesdeMnO quereaccionanes:
38,60mLMnO 0,0210M
0,0210mmolMnO
=0,8106mmolMnO 1mLMnO 0,0210M
RelacionandoMnO conFe ymineralseobtienelariquezadeeste:
55,85mgFe
0,8106mmolMnO 5mmolFe
–
446,0mgmineral 1mmolMnO4 1mmolFe
100=50,75%
10.10. El heptaoxodicromato (VI) de potasio (en disolución acuosa) (dicromato potásico)
reacciona con cloruro de hidrógeno (ácido clorhídrico) en disolución acuosa) para dar cloro
molecularquesedesprendeytriclorurodecromoendisoluciónacuosa.
Formula y ajusta completamente la ecuación química correspondiente por el método del ion‐
electrón.
(Galicia2001)
Laecuaciónaajustares:
K Cr O +HClCrCl +Cl Laecuacióniónicaes:
2K Cr O +H Cl Cr
Cl +Cl Lassemirreacionesquetienenlugarson:
Reducción:Cr O +14H +6e 2Cr
62
+7H O
Oxidación:3 2Cl Cl +2e Laecuaciónglobales:
Cr O +14H +6Cl 2Cr
+7H O+3Cl Añadiendolosionesquefaltan(8Cl y2K )seobtienelaecuaciónmolecularfinal:
+14HCl2
+3
+7
+2KCl
10.11. El yoduro de cobre (I) puede prepararse de un modo cuantitativo según la siguiente
reacción:
+KI+
CuI+
+
+
Calcule cuántos gramos de CuI se pueden obetenr a partir de 250 g de sulfato de cobre (II)
pentahidrato.
Laecuacióniónicainiciales:
Cu SO +K I +2Na S O Cu I +2K SO +2Na SO +2Na S O Lassemirreacionesquetienenlugarson:
Reducción:2 Cu +e Cu Oxidación:2S O S O +2e Laecuaciónglobales:
2Cu +2S O 2Cu +S O Añadiendolosionesquefaltan(2SO ,2I ,2K y4Na )seobtienelaecuaciónmolecular
final:
+2KI+2
2CuI+
+
+
2
RelacionandoCuSO conCuI:
250gCuSO ·5H O
1molCuSO ·5H O
2molCuI
190,5gCuI
=190,9gCuI
249,5gCuSO ·5H O 2molCuSO ·5H O 1molCuI
10.12. Elpermanganatode potasio se reduceenmedio sulfúricomediante bromuro depotasio
paradarsulfatodemanganeso(II)ybromo.Si0,79gdepermanganatodepotasiosereducen
con250
deunadisolucióndebromurodepotasio,determinalamasadebromurodepotasio
ylamolaridaddeladisolución.
(Galicia2003)
La ecuación química ajustada aparece en la primera parte del problema propuesto en
Canarias1995.
2KMnO +10KBr+8H SO 2MnSO +5Br +8H O+6K SO RelacionandoKMnO conKBr:
0,79gKMnO
63
1molKMnO 10molKBr
=0,025molKBr
158gKMnO 2molKMnO
LamasadeKBrcontenidaenladisoluciónes:
0,025molKBr
119gKBr
=2,975gKBr
1molKBr
La molaridad de la disolución de KBr, suponiendo que la adición de KMnO no produce un
aumentodelvolumen,es:
10 mLdisolució nKBr
0,025molKBr
=0,1M
250mLdisolució nKBr 1Ldisolució nKBr
10.13. Al hacer reaccionar el dicromato de potasio con ácido clorhídrico se forma la
correspondientesaldecromotrivalentealavezquesedesprendeungasamarilloverdosoyse
formanotroscompuestossolublesenagua.
a)Escribalaecuaciónajustadaporelmétododelion‐electrón.
b) ¿Cuántos mL de ácido clorhídrico del 37% y densidad 1,19 g·
se necesitarán para
reaccionarcon7gdedicromatodepotasio?
c)¿Quévolumendegas,medidoa20°Cy750mmHg,seformaráenelprocesoanterior?
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L·
·
)
a)LaecuaciónquímicaajustadaapareceenelproblemapropuestoenGalicia2001.
+14HCl2
+3
+7
+2KCl
b)RelacionandoK Cr O conHCl:
7gK Cr O
14molHCl
1molK Cr O
=0,389molHCl
252gK Cr O 1molK Cr O
ComosedisponedeHClderiqueza37%:
0,389molHCl
36,5gHCl 100gHCl37% 1mLHCl37%
=32,2mLHCl37%
1molHCl
37gHCl
1,19gHCl37%
c)RelacionandoK Cr O conCl :
7gK Cr O
1molK Cr O
3molCl
=0,083molCl 252gK Cr O 1molK Cr O
V=
750mmHg
20+273 K 760mmHg
=2,0L
1atm
64
10.14.Alreaccionarestañoconácidonítrico,elestañosetransformaendióxidodeestañoyse
desprendeóxidodenitrógeno(II),siendo
=‐50kJ.
a)Escribeyajustalareacción.
b)Sielestañoformapartedeunaaleaciónyde1kgdelamismaseobtiene0,382kgdedióxido
deestañocalculaelporcentajedeestañoenlaaleación.
c)Calculaelcalorquesedesprendesireaccionan20gdeestañocon40gdeácidonítrico.
(Asturias2003)
HNO +SnSnO +NO
H NO +SnSnO +NO
Lassemirreacionesquetienenlugarson:
Reducción:4 NO +4H +3e NO+2H O Oxidación:3 Sn+2H OSnO +4H +4e Laecuaciónglobales:
4NO +4H +3Sn3SnO +2H O+4NO
Laecuaciónmolecularfinales:
4
+3Sn3
+4
+2
b)RelacionandoSnO conSnyaleaciónseobtienelariquezadeesta:
382gSnO
1molSnO
1molSn 118,7gSn
100=50%Sn
1000galeación 150,7gSnO 1molSnO 1molSn
c) Como inicialmente existen las dos especies que intervienen en la reacción es preciso
determinarcuáldeellaseselreactivolimitante.Elnúmerodemolesdecadaunaes:
20gSn
40gHNO
1molSn
=0,168molSn
118,7gSn
1molHNO
=0,635molHNO
63gHNO

0,635molHNO
=3,8
0,168molSn
Larelaciónmolaresmayorque4/3,loquequieredecirquequedaHNO sinreaccionar,por
tanto,ellimitanteesSn.
RelacionandoSnylaentalpíadelareacciónseobtieneelcalordesprendido:
0,168molSn
‐50kJ
=‐2,8kJ
3molSn
65
10.15.Ajustaporelmétododelion‐electrónyseñalaencadacasolaespecieoxidante:
a)MnO+

+
+HCl
b)
+
+
+
+KCl+
(Canarias2004)
a)Laecuacióniónicainiciales:
MnO+PbO +H NO H MnO +Pb 2NO +H O
Reducción:5 PbO +4H +2e Pb +2H O
Oxidación:2 MnO+3H O+3e MnO +6H +5e Laecuaciónglobales:
5PbO +8H +2MnO5Pb +2MnO +4H O
Añadiendolosionesquefaltan(10NO y2H )seobtienelaecuaciónmolecularfinal:
5
+2MnO+10
5
+2
+4
eseloxidante,laespeciequeganaelectronesysereduce.
b) La ecuación química ajustada aparece en el problema propuesto en Galicia 2001 y la
.
especieoxidantees
10.16.Dadaslassiguientesreacciones,sinajustar,justificasinsononoprocesosredox.Encaso
afirmativoidentifiquelaespeciequeseoxidaylaquesereduce,asícomolaespecieoxidanteyla
reductora:
a)Cu+
b)HCl+


+
+
+
c)2Na+ 2NaF
d)
+NaClAgCl+
(Canarias2004)
Seránprocesosredoxsienelloslasespeciesimplicadasintercambianelectrones.
a)Cu+H SO CuSO +SO +H O
Laecuaciónenformaiónicaes:
Cu+2H SO Cu SO +SO +H O
Reducción:SO +4H +2e SO +2H O
Oxidación:CuCu +2e eseloxidante,laespeciequeganaelectronesysereduce.
Cueselreductor,laespeciequecedeelectronesyseoxida.
66
b)HCl+Ca OH CaCl +H O
H Cl +Ca 2OH Ca 2Cl +H O
Ninguna de la especies presentes intercambia electrones, por tanto, no se trata de un
procesoredox.
c)Na+F NaF
Na+F Na F Lassemirreacionesquetienenlugarson:
Reducción:F +2e 2F Oxidación:NaNa +e eseloxidante,laespeciequeganaelectronesysereduce.
Naeselreductor,laespeciequecedeelectronesyseoxida.
d)HCl+Ca OH CaCl +H O
Ag NO +Na Cl Ag Cl +Na NO Ninguna de la especies presentes intercambia electrones, por tanto, no se trata de un
procesoredox.
10.17. Dados los potenciales estándar de los siguientes pares, E° (
/Sn) = ‐0,13 V y
E°(
/Ag)=0,79V.Indicacómoconstruirconellosunapila,cuálserásunomenclatura,así
comosupotencialencondicionesnormales.
(Canarias2004)
Para construir una pila voltaica es preciso que la reacción que tenga lugar en ella sea
espontánea,esdecir,debecumplirsequeapresiónytemperaturaconstantes,ΔG<0.
Unapilavoltaicaesaquellaenlaquetienelugarunareacciónespontánea,enella,elparque
o
/Ag E
/Sn =
‐0,79V  ‐0,13V =0,92V
Elcátodoeselelectrodoenelquetienelugarlasemirreaccióndereducción:
Ag (aq)+e Ag(s)
67
Elánodoeselelectrodoenelquetienelugarlasemirreaccióndeoxidación:
Sn(s)Sn (aq)+2e Sumandoambas,seobtienelareacciónglobal:
2Ag (aq)+Sn(s)2Ag(s)+Sn
(aq)
Unesquemadelapilavoltaicaes:
Los electrones de la pila se
portanto:
/Ag
Polopositivo:
Polonegativo:
/Sn
eseloxidante,la
especiequesereduce.
Sneselreductor,la
especiequeseoxida.
Lanotacióndelapilaes:
Sn/
//
/Ag
10.18. Una corriente de 10 A está circulando durante 120 min sobre cloruro de sodio fundido.
Calculaelvolumendecloro,medidoa720mmHgy300K,quesedesprendeenelánodo.
(Datos.ConstanteR=0,082atm·L·
·
;1F=96485C·
)
(Canarias2004)
Elclorurodesodiofundidoseencuentradisociadodeacuerdoconlaecuación:
NaCl(l)Na (l)+Cl (l)
Cátodo(reducción):Na (l)+e Na(l)
Ánodo(oxidación):2Cl (l)Cl (g)+2e Lacantidaddecorrientequecirculaporelsistemaes:
Q=10A·120min
1F
1mole
60s
=0,746mole 1min 96485C
1F
RelacionandomolesdeCl ydeelectrones:
0,746mole
1molCl
=0,373molCl 2mole
68
V=
720mmHg
300K 760mmHg
=9,7L
1atm
10.19.Alañadirvirutasdecobresobreunadisolucióndenitratodemercurio(II),
,se
observa que, al cabo de poco tiempo, el cobre se recubre de una capa grisácea. Interpreta el
fenómeno mediante una reacción química y ordena de mayor a menor los potenciales de los
semisistemas
/Cuy
/Hg.
(Canarias2004)
Sielcobrealintroducirloenunadisolucióndenitratodemercurio(II)serecubredeunacapa
gris,quieredecirquetienelugarunareacciónespontánea.Enella,elparquepresentamayor
potencialactúacomocátodo(oxidante)yeldemenorcomoánodo(reductor)deformaquese
Para que una reacción sea espontánea debe cumplirse que a presión y temperatura
constantes,ΔG°<0.
Oxidantelaespeciequesufrelasemirreaccióndereducción:
Hg
+2e Hg
Reductorlaespeciequesufrelasemirreaccióndeoxidación:
CuCu +2e Sumandoambas,seobtienelareacciónglobal:
+CuHg+
Elpotencialnormaldelareacciónsecalculamediantelasiguienteexpresión:
Eocé lula =Eooxidante Eoreductor Eocé lula =Eo
/Hg E
o
/Cu >0E
o
/Hg >E
o
/Cu Consultandolabibliografía:
Eo
/Hg =0,85VE
o
/Cu =0,34V
10.20.EnSanCibrao(Lugo)seobtieneelaluminioen512cubaselectrolíticaspuestasenserie,la
intensidades1,45·10 Ayelvoltajees4,2Vporcubaelectrolítica.Elrendimientoesdel86%.
a)¿Cuántoaluminioseproduceencadacubacadadía?
b)¿Cuántaenergíaseconsumepordíasolamenteenelprocesoquímicodelaelectrólisis?
(Dato.1F=96485C·
)
(Galicia2004)
a)Silascubasestánmontadasenserie,lacantidaddecorrientequecirculaportodasellases
lamismaysecumpleque:
69
ΣVi =Σ(I·Ri )
Lasemirreacciónparaelaluminioes:
Cátodo(reducción):Al (l)+3e Al(l)
Lacantidaddecorrientequecirculaporunacubadiariamentees:
Q=1,45·10 A·24h
3600s
1F
1mole
=1,30·10 mole 1F
1h 96485C
RelacionandomolesdeAlydeelectronesteniendoencuentaunrendimientodel86%:
1,30·10 mole
1tAl
86tAl(real)
1molAl 27gAl
=1,01tAl
3mole 1molAl 1,17·106 gAl 100tAl(teó rico)
b)Lapotenciadiariaconsumidaenlascubases:
P=Σ(I·V)=512cubas
4,2V 1,45·10 A
=3,12·10 W
cuba
Laenergíadiariaconsumidaenlascubases:
3,12·10 W·1dı́a
86400s
=2,69·
1dı́a
J
ExpresandoelvalorenkWh:
2,69·10 J
1kWh
=7,46·
3,6·10 J
kW·h
10.21. La pila inventada por John Frederic Daniell (1790‐1845), profesor del King’s College de
Londres,seconstruyemedianteunelectrododecincsumergidoenunadisolucióndesulfatode
cinc y otro electrodo de cobre sumergido en una disolución de sulfato de cobre (II). Los
electrodos se unen mediante un hilo conductor y las disoluciones mediante un puente salino.
Supongaquelasconcentracionesdelasdisolucionesson0,08Mparaladesulfatodecincy0,1M
paraladesulfatodecobre(II).Indique:
a)Cuáleselelementoquehacedecátodoycuáldeánodo.
b)Cuáleslareaccióndeoxidaciónycuálladereducción(semipilas).
c)Lanotacióncorrectadelapila.
d)Cuáleslafunciónespecíficadelpuentesalinoqueconectalasdisoluciones
(Datos.Potencialesestándar
/CuE°=0,34V;
/ZnE°=‐0,76V)
(Galicia2004)
a‐b) Para que una reacción sea espontánea debe cumplirse que a presión y temperatura
constantes,ΔG°<0.
obtienequeEocé lula >0.Lafemopotencialdelapilaesiguala:
70
o
/Cu E
/Zn =
0,34V  ‐0,76V =1,10V
Elcátodoeselelectrodoenelquetienelugarlasemirreaccióndereducción:
Cu (aq)+2e Cu(s)
Elánodoeselelectrodoenelquetienelugarlasemirreaccióndeoxidación:
Zn(s)Zn (aq)+2e Sumandoambas,seobtienelareacciónglobal:
(aq)+Zn(s)Cu(s)+
(aq)
c)Unesquemadelapilavoltaicaes:
portanto:
/Cu
Polopositivo:
Polonegativo:
/Zn
eseloxidante,la
especiequesereduce.
Zneselreductor,la
especiequeseoxida.
Zn/
//
/Cu
d)Lafuncióndelpuentesalinoesconectarambassemipilasdeformaquesecierreelcircuito
yloselectronescirculenlibrementedentrodelmismo.
10.22.Unamuestrade3,00gdeunaaleacióndecromosedisolvióenácido,demodoquetodoel
cromoseoxidóa
.Esteionseredujoa
enmediobásico,paralocualsenecesitaron
3,09gde
.Elion
,queactuócomoreductor,seoxidóa
.
a)Escribelaecuacióniónicaajustadacorrespondientealareduccióndel
.
b)¿Cuántosmolesde
reaccionaronconel
.
c)¿Quériquezaencromoteníalaaleacióninicial?
(Asturias2004)
SO +CrO SO +Cr
71
Lassemirreaccionesson:
Reducción:2 CrO +2H O+3e Cr
+8OH +2OH SO +H O+2e Oxidación:3 SO
Laecuaciónglobales:
+3
2
+5
b)RelacionandoSO
3,09gSO
5
+3
+10
conCrO :
1molSO
80gSO
2molCrO
3molSO
=0,026mol
c)RelacionandoCrO conaleación:
0,026molCrO
3galeació n
1molCr
52gCr
100=45%Cr
1molCrO 1molCr
10.23. Dados los potenciales estándar de los siguientes pares, E° (
/Zn) = ‐0,76 V y
E°(
/Cu)=0,34V:
a)Hazunesquemadelapilaquesepodríaformarindicandotodossuscomponentesyelsentido
enelquecirculanloselectrones.
b)CalculaelvalordeEopila yrepresentalanotacióndelapila.
(Canarias2005)
EsteproblemaestáresueltoenelpropuestoenGalicia2004.
10.24.Ajustalassiguientesreaccionesporelmétododelion‐electróneindicaencadacasocuál
eseloxidanteycuálelreductor:
+HClKCl+
a)
b)
+
+
+HCl
+
+
+KCl+
(Canarias2005)
K MnO +H Cl K Cl +Cl +Mn
2Cl +H O
Reducción:2 MnO +8H +5e Mn +4H O Oxidación:5 2Cl Cl +2e Laecuaciónglobales:
2MnO +16H +10Cl 2Mn +8H O+5Cl Añadiendolosionesquefaltan(6Cl y2K )seobtienelaecuaciónmolecularfinal:
2
+10HCl2
+
+8
+2KCl
72
eselreductor,laespeciequecedeelectronesyseoxida.
b)Laecuacióniónicaes:
2K Cr O +Fe Cl +H Cl Cr
Cl +Fe Cl +K Cl +H O
+7H O
Oxidación:6 Fe Fe +e Laecuaciónglobales:
Cr O +14H +6Fe 2Cr
+6Fe +7H O
Añadiendolosionesquefaltan(26Cl y2K )seobtienelaecuaciónmolecularfinal:
+14HCl+6
2
+6
+7
+2KCl
10.25. Se quiere hacerunrecubrimiento deunasuperficie concromo(cromado)yparaello se
disponedeunadisoluciónácidaquecontiene
.Sepide:
a)Escribelasemirreaccióndereducciónde
aCr(s)enmedioácido.
b)¿Cuántosgramosdecromosedepositaríanalpasarunacargade1,0·10 C?
c)¿Cuántotiempotardaráendepositarseungramodecromoutilizandounacorrientede6A?
(Dato.1F=96485C·
)
(Canarias2005)
a)Lasemirreaccióndereducciónes:
+6
+6
Cr+3
b)RelacionandomolesdeelectronesyCr:
1,0·10 C
1F
1mole 1molCr 52gCr
=0,9gCr
1F
96485C
6mole 1molCr
c)RelacionandoCrycantidaddecorriente:
1gCr
1molCr 6mole 96485C
=11133C
52gCr 1molCr 1mole
Eltiemponecesarioconunacorrientede6Aes:
t=
11133C 1min
=30,9min
6A
60s
73
10.26.a)Justificasiloselementosquímicos:plata,cobre,cadmio,cincymagnesio,sedisuelven
enunadisolución0,1Mdeácidoclorhídrico,apartirdelossiguientespotencialesnormalesde
reducciónE°:
+/Mg)
(
/Ag)=0,80V;(
/Cu)=0,34V;(
/Cd)=‐0,40V;(
/Zn)=‐0,76V;(
=‐2,37V.
b)Ordena,justificandolarespuesta,losionesanterioresdemásamenosoxidante.
(Canarias2006)
constantes,ΔG°<0.
a)ParalareacciónentreHClyAglassemirreaccionesquetienenlugarson:
Reducción:2H +2e H E°=0,00V
E°=‐ 0,80V Oxidación:2Ag2Ag +2e 
Reacciónglobal:2H +2AgH +2Ag E°=‐0,80V
LanoespontaneidaddelprocesoquedaconfirmadaporlosvaloresdeE°<0ydeΔG°>0,por
tanto,elAgnosedisuelveenHCl.
Delamismaforma,conelCu(E°=0,34V)tambiénseobtienequeE°<0ydeΔG°>0,por
tanto,elCunosedisuelveenHCl.
ParalareacciónentreHClyZnlassemirreaccionesquetienenlugarson:
Reducción:2H +2e H E°=0,00V
E°=‐ ‐0,76V Oxidación:ZnZn +2e 
E°=0,76V
Reacciónglobal:2H +ZnH +Zn Laespontaneidad del procesoquedaconfirmada por losvalores de E°> 0ydeΔG°< 0,por
tanto,elZnsedisuelveenHCl.
Delamismaforma,conelMg(E°=‐2,37V)tambiénseobtienequeE°>0ydeΔG°<0,por
tanto,elMgsedisuelveenHCl.
b) Los iones son tanto más oxidantes cuanto mayor es su potencial de reducción. Los iones
dadosordenadosporpoderoxidantedecrecienteson:
E°=+0,80V >
E°=+0,34V >
E°=‐0,76V >
E°=‐2,37V ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen9.(S.Menargues&F.Latre)
74
10.27.Apartirdesiguientespotencialesnormalesdereducción:
E°(
/Zn)=‐0,76V;E°(
/Ag)=0,80V;E°( / )=2,87VyE°( /
)=1,36V.Indica
justificandolasrespuestasconlasreaccionesquetienenlugar,lassiguientescuestiones:
a)¿Puedereducirelcincaloscationesplata?
b)¿Puedeoxidarelcloroalosionesfluoruro?
(Canarias2006)
constantes,ΔG°<0.
a)ParalareacciónentreZnyAg lassemirreaccionesquetienenlugarson:
Reducción:2Ag +2e 2Ag
E°=0,80V
E°=‐ ‐0,76V Oxidación:ZnZn +2e 
Reacciónglobal:2Ag +Zn2Ag+Zn E°=1,56V
LavariacióndeenergíalibredeGibbs,ΔG°,delprocesoes:
ΔG°=‐2mol
1kJ
96485C
1,56V
=‐301kJ
mol
10 J
LaespontaneidaddelprocesoquedaconfirmadaporlosvaloresdeE°>0ydeΔG°<0.
b)ParalareacciónentreCl yF lassemirreaccionesquetienenlugarson:
Reducción:Cl +2e 2Cl E°=1,36V
Oxidación:2F F +2e E°=‐ ‐2,87V 
E°=‐1,51V
Reacciónglobal:Cl +2F 2Cl +F LavariacióndeenergíalibredeGibbs,ΔG°,delprocesoes:
ΔG°=‐2mol
1kJ
96485C
‐1,51V =291,3kJ
mol
10 J
LanoespontaneidaddelprocesoquedaconfirmadaporlosvaloresdeE°<0ydeΔG°>
0.
10.28.Dadoslospotencialesestándardelossiguientespares:
a)E°(
/Zn)=‐0,76VyE°(
/Cu)=0,34V.
b)E°(
/Zn)=‐0,76VyE°(
/Ag)=0,80V.
c)E°(
/Zn)=‐0,76VyE°( /Li)=‐3,05V.
Indica, en caso, las reacciones que tienen lugar en el ánodo y en el cátodo, así como la fuerza
electromotrizdelascélulasgalvánicas.
(Canarias2006)
75
constantes,ΔG°<0.
Unacélulagalvánicaesaquellaenlaquetienelugarunareacciónespontánea,enella,elpar
quepresentamayorpotencialactúacomocátodoyeldemenorcomoánododeformaquese
obtienequeEocé lula >0.Lafemopotencialdelacélulasecalculamediantelaexpresión:
Eocé lula =Eocá todo Eoá nodo Cátodoeselelectrodoenelquetienelugarlasemirreaccióndereducción.
Ánodoeselelectrodoenelquetienelugarlasemirreaccióndeoxidación.
a)ReacciónentreCu /CuyZn /Zn
Cátodo:
(aq)+2
Cu(s)
Ánodo:Zn(s)
(aq)+2 
Reacciónglobal:Cu (aq)+Zn(s)Cu(s)+Zn (aq)
Lafemdelacélulaes:
Eocé lula =Eo
o
/Cu E
/Zn =
0,34V  ‐0,76V =1,10V
b)ReacciónentreAg /AgyZn /Zn
Cátodo:2
(aq)+2
2Ag(s)
(aq)+2 Ánodo:Zn(s)

Reacciónglobal:2Ag (aq)+Zn(s)2Ag(s)+Zn (aq)
Lafemdelacélulaes:
Eocé lula =Eo
o
/Ag E
/Zn =
0,80V  ‐0,76V =1,56V
c)ReacciónentreZn /ZnyLi /Li
Cátodo:
(aq)+2
Zn(s)
Ánodo:2Li(s)2 (aq)+2 
Reacciónglobal:Zn (aq)+2Li(s)Zn(s)+2Li (aq)
Lafemdelacélulaes:
Eocé lula =Eo
o
/Zn E
/Li =
‐0,76V  ‐3,05V =2,29V
76
10.29.Ajustalassiguientesreaccionesporelmétododelion‐electróneindicaencadacasocuál
eseloxidanteycuálelreductor:
a)
b)
+NaI+HClNaCl+ +
+
+

+
+
+
(Canarias2006)
Na IO +I +H Cl H Cl +I +H O
Lassemirreaccionesson:
Reducción:IO +6H +5e ½I +3H O
Oxidación:5 I ½I +e Laecuaciónglobales:
IO +6H +5I 3I +3H O
Añadiendolosionesquefaltan(6Cl y6Na+ )seobtienelaecuaciónmolecularfinal:
+5NaI+6HCl6NaCl+3 +3
2K Cr O +Fe SO +2H SO 2Cr
3SO
+2Fe +2K +H O
+7H O
Oxidación:3 2Fe 2Fe +2e Laecuaciónglobales:
Cr O +14H +6Fe 2Cr
+6Fe +7H O
Añadiendolosionesquefaltan(13SO y2K )seobtienelaecuaciónmolecularfinal:
+7
+6

+3
+7
+
77
10.30.Siseañadecobreenpolvosobreunadisoluciónacuosadenitratodeplata1Mseobserva
unligerodepósitodecolorgrisyunaprogresivaintensificacióndelcolorazul.
a)¿Quéreacciónseproduce?
b)Calculalavariacióndelaenergíalibreyexplicasielprocesoesespontáneo.
c) Explica como construirías una pila cobre‐plata si dispones de: hilo de plata, hilo de cobre
disolución1Mdesulfatodecobre(II)ydisolución1Mdenitratodeplata.Laexplicacióndebe
incluir:lareacciónqueseproduceelsentidoenquecirculanloselectrones,elánodo,elcátodoy
lafuerzaelectromotrizopotencialdelapila.
Datos.E°(
/Cu)=0,34V;E°(
/Ag)=0,80V.
(Galicia2006)
a)EnlareacciónentreCu(s)yAg (aq)lassemirreaccionesquetienenlugarson:
Reducción:2Ag (aq)+2e 2Ag(s)
E°=0,80V
Oxidación:Cu(s)Cu (aq)+2e E°= ‐0,34V 
(aq)+Cu(s)2Ag(s)+
(aq)
E°=0,46V
Reacciónglobal:2
b)LavariacióndeenergíalibredeGibbs,ΔG°,delprocesoes:
ΔG°=‐2mol
1kJ
96485C
0,46V
=‐88,8kJ
mol
10 J
constantes,ΔG°<0.
obtienequeEocé lula >0.Lafemopotencialdelapilaesiguala:
c)Unesquemadelapilavoltaicaes:
Los electrones de la célula se
dirigendeformaespontáneahacia
potencialescrecientes,portanto:
/Ag
Polopositivo:
Polonegativo:
/Cu
Ag+eseloxidante,laespecieque
sereduce.
Cueselreductor,laespecieque
seoxida.
Cu/
//
/Ag
78
10.31.Semontanenserietrescubaselectrolíticas.Laprimeracontieneunasolucióndenitrato
de
;lasegunda,unasoluciónde
;ylatercera,unasoluciónde
.Alcabodeun
ciertotiempodecircularunacorrientecontinua,sehandepositado5,40gdeAgenelcátodode
laprimeracubaelectrolítica.
a)CalculeelnúmerodeátomosdeCudepositadosenelcátododelasegundacubaelectrolítica.
b)CalculelamasadeAudepositadaenelcátododelaterceracuba.
c)Dibujeunesquemadelmontaje.
d) En la nutrición parenteral, que se administra en algunos enfermos por vía intravenosa, se
necesitasuministraroligoelementosdeltipodelion
.SabiendoqueelpHdelasangreesde
7,4;ysiendoconscientesdequehayqueevitarlaprecipitacióndel
enformade
enlasangre.¿Cuáldebeserlaconcentraciónmáximade
libreenlasangre?
(Datos.NúmerodeAvogadro=6,022·10 ;
=2,2·10
)
(Galicia2007)
a)Lasecuacionesquímicascorrespondientesalasreaccionesqueseproducenenloscátodos
delascubasson:
Ag (aq)+e Ag(s)Cu (aq)+2e Cu(s)Au
(aq)+3e Au(s)
Como lastres cubas seencuentran conectadas en seriepasa la misma cantidadde corriente
por ellas y, por tanto, a partir de la masa de plata depositada en la primera cuba se puede
calcularloquesedepositaenlassiguientes:
5,40gAg
0,05F
1F
1molAg 1mole
=0,05F
107,9gAg 1molAg 1mole
1mole 1molCu 6,022·10 á tomoCu
=1,51·
1F
2mole
1molCu
átomoCu
b)LamasadeAudepositadoes:
0,05F
1mole 1molAu 197gAu
=3,29gAu
1F
3mole 1molAu
c)Unesquemadelmontajees:
d)LaecuaciónquímicacorrespondientealadisolucióndelCu OH (s)es:
Cu OH (s)Cu (aq)+2OH (aq)
79
Laexpresióndelproductodesolubilidades:
K =[Cu ][OH
TeniendoencuentaqueelpHdelasangrees7,4elvalordelpOHes:
pOH=14pH=147,4=6,6
Apartirdeestevalorseobtieneelde[OH ]:
OH =10
 OH =10
,
M
SustituyendoenlaexpresióndeK sepuedeobtener[Cu ]máximaensangre:
Cu
=
2,2·10
10
,
=3,5·10
M
10.32. Ajusta las siguientes reacciones por el método del ion‐electrón, indicando las
semirreaccionesdeoxidaciónyreducción,asícomo,elagenteoxidanteyreductor:

a)Cu+
b)
+
+NO+
+HCl
+
+KCl+
(Canarias2007)
H NO +CuCu 2NO +NO+H O
Reducción:2 NO +4H +3e NO+2H O Oxidación:3 CuCu +2e Laecuaciónglobales:
2NO +8H +3Cu3Cu +2NO+4H O
Añadiendolosionesquefaltan(6NO )seobtienelaecuaciónmolecularfinal:
8
+3Cu3
+2
+4
Cueselreductor,laespeciequecedeelectronesyseoxida.
b)EsteproblemaseencuentraresueltoenCanarias2005.
80
10.33.Escribeyajustalasreaccionesquetienenlugarenlossiguientescasos:
a)Siseintroduceunabarradehierroenunadisolucióndenitratodeplata.
b)Sisemezclaunadisolucióndepermanganatopotásicoenmedioácidoconotradeclorurode
estaño.
(Datos. E° (
/Ag) = +0,80 V; E° (
/Fe) = ‐0,44 V; E° (
/
) = +1,51 V;
E°(
/
)=+0,15V)
(Canarias2007)
a) Si se introduce una barra de Fe en una disolución de AgNO , como E° (Ag /Ag) > E°
(Fe /Fe), la sustancia que tiene mayor potencial de reducción, Ag , se comporta como
agenteoxidanteysereduceaAg,mientrasqueelFeseoxidaaFe .
Lassemirreaccionesquetienenlugarson:
Reducción:2Ag (aq)+2e 2Ag(s)
E°=0,80V
Oxidación:Fe(s)Fe (aq)+2e E°=‐ ‐0,44V 
E°=1,24V
Reacciónglobal:2Ag (aq)+Fe(s)2Ag(s)+Fe (aq) Añadiendolosionesquefaltan(2NO )seobtienelaecuaciónfinal:
2
+Fe
+2Ag
b)SisemezclaunadisolucióndeKMnO enmedioácidoconotradisolucióndeSnCl ,como
E° (MnO /Mn ) > E° (Sn /Sn ), la sustancia que tiene mayor potencial de reducción,
MnO ,secomportacomoagenteoxidanteysereduceaMn ,mientrasqueelSn seoxidaa
Sn .
Reducción:2 MnO (aq)+8H (aq)+5e Mn (aq)+4H O(l) E°=1,51V
Oxidación:5 Sn (aq)Sn (aq)+2e E°=‐ 0,14V 
Reacciónglobal:2MnO +16H +5Sn 2Mn +5Sn +8H OE°=1,36V
Añadiendolosionesquefaltan(2K y26Cl )seobtienelaecuaciónfinal:
2
+5
+16HCl2
+5
+2KCl+8
10.34.Dadaslassiguientespilascuyasnotacionessonrespectivamente:
Ni(s)/
(aq)//
(aq)/Ag(s)
Zn(s)/
(aq)//
(aq)/Cu(s)
Sepide:
a) Dibuja un esquema de cada una de las pilas indicando, en cada caso, la composición de la
disoluciónqueactúacomopuentesalino.
b)Indicaencadacasolasreaccionesquetienenlugarenelánodoyenelcátodo.
c)Calcularlafem,Eocélula ,delasceldasvoltaicasindicadas.
(Datos.E°(
/Ni)=‐0,25V;E°(
/Ag)=+0,80V;E°(
/Zn)=‐0,76V;E°(
/Cu)=
+0,34V)
(Canarias2007)
81
ParalapilaNi(s)/Ni (aq)//Ag (aq)/Ag(s)
a) Como E° (Ag /Ag) > E° (Ni /Ni), la sustancia que tiene mayor potencial de reducción,
Ag ,secomportacomoagenteoxidanteysereduceaAg,mientrasqueelNiseoxidaaNi .
Los electrones de la célula se
dirigen de forma espontánea
portanto:
/Ag
Polopositivo:
Polonegativo:
/Ni
eseloxidante,laespecie
quesereduce.
Nieselreductor,laespecie
queseoxida.
Ni/
//
/Ag
b)Lassemirreaccionesencadaelectrodoson:
Cátodo(reducción):2Ag (aq)+2e 2Ag(s)
Ánodo(oxidación):Ni(s)Ni (aq)+2e 
(aq)+Ni(s)2Ag(s)+
(aq)
Reacciónglobal:2
c)Lafemdelacélulasecalculamediantelaexpresión:
o
/Ag E
/Ni Eocé lula = 0,80V  ‐0,25V =1,15V
ParalacélulaZn(s)/Zn (aq)//Cu (aq)/Cu(s)(ResueltoenGalicia2004).
10.35.Sehacepasarunacorrientede0,452Adurante1,5hatravésdeunaceldadeelectrólisis
quecontiene
fundido.Sepide:
a)Escribelasreaccionesquetienelugarenelánodoyenelcátodo.
b)¿Quécantidaddecalciosedeposita?
(Dato.ConstanteF=96487C·
)
(Canarias2007)
a) El cloruro de calcio en disolución acuosa se encuentra disociado de acuerdo con la
ecuación:
CaCl (l)Ca (l)+2Cl (l)
82
(l)+2
Ca(l)
Ánodo(oxidación):2
(l)
(g)+2
b)Lacantidaddecorrientequecirculaporlaceldaes:
Q=0,452A·1,5h
3600s
=2441C
1h
Relacionandolacantidaddecorrienteconlasustanciadepositada:
2441C
1mole 1molCa 40gCa
=0,506gCa
96485C 2mole 1molCa
10.36. Ajusta las siguientes reacciones por el método del ion‐electrón, indicando las
semirreaccionesdeoxidaciónyreducción,asícomo,elagenteoxidanteyreductor:
a)
b)
+
+
+HI
+

+
+S+
+ +
+
(Canarias2008)
a)Laecuacióniónicainiciales:
2K Cr O +I +H ClO Cr
3ClO +K +I +H O
+7H O
Oxidación:3 2I I +2e Laecuaciónglobales:
Cr O +14H +6I 2Cr
+3I +7H O
Añadiendolosionesquefaltan(8ClO y2K )seobtienelaecuaciónmolecularfinal:
+8
+6HI2
+3 +2
+7
K MnO +2H S
Mn SO +2K +S+H O
Reducción:2 MnO +8H +5e Mn +4H O Oxidación:5 S
Laecuaciónglobales:
S+2e ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen9.(S.Menargues&F.Latre)
2MnO +16H +5S
83
2Mn +5S+8H O
2
+5
+3
2
+5S+
+8
10.37. De los siguientes metales: Al, Fe, Ag, Au y Ni, justifica cuáles reaccionarán
espontáneamenteconiones
.Escribelasreaccionesqueseproduzcan.
(Datos. E° (
/Al)= ‐1,66 V; E° (
/Fe) = ‐0,44 V; E° (
/Ag) = 0,80 V; E° (
/Au) =
1,50V;E°(
/Ni)=‐0,25V;E°(
/Cu)=0,34V)
(Canarias2008)
constantes,ΔG°<0.
Setratadedeterminarsiesespontánealareacción:
3Cu (aq)+2Al(s)3Cu(s)+2Al (aq)
Reducción:3 Cu (aq)+2e Cu(s) E°=0,34V
E°=‐ ‐1,66V Oxidación:2 Al(s)Al (aq)+3e 
E°=2,00V
Reacciónglobal:3Cu (aq)+2Al(s)3Cu(s)+2Al (aq)
EsunareacciónenlaqueE°>0,entoncesΔG°<0,ylareacciónesespontánea.
Cu (aq)+Fe(s)Cu(s)+Fe (aq)
E°=0,34V
E°=‐ ‐0,44V Oxidación:Fe(s)Fe (aq)+2e 
E°=0,78V
Reacciónglobal:Cu (aq)+Fe(s)Cu(s)+Fe (aq)
Cu (aq)+2Ag(s)Cu(s)+2Ag (aq)
84
E°=0,34V
E°=‐ 0,80V Oxidación:2 Ag(s)Ag (aq)+e 
E°=‐0,46V
Reacciónglobal:Cu (aq)+2Ag(s)Cu(s)+2Ag (aq) EsunareacciónenlaqueE°<0,entoncesΔG°>0,ylareacciónesnoespontánea.
3Cu (aq)+2Au(s)3Cu(s)+2Au (aq)
Reducción:3 Cu (aq)+2e Cu(s) E°=0,34V
E°=‐ 1,50V Oxidación:2 Au(s)Au (aq)+3e 
Reacciónglobal:3Cu (aq)+2Au(s)3Cu(s)+2Au (aq) E°=‐1,16V
EsunareacciónenlaqueE°<0,entoncesΔG°>0,ylareacciónesnoespontánea.
Cu (aq)+Ni(s)Cu(s)+Ni (aq)
E°=0,34V
Oxidación:Ni(s)Ni (aq)+2e E°=‐ ‐0,25V 
E°=0,59V
Reacciónglobal:Cu (aq)+Ni(s)Cu(s)+Ni (aq)
Por tanto, sólo reaccionarán con Cu aquellos metales que tengan un potencial de
reduccióninferiora0,34V,esdecir,Al,FeyNi.
10.38.Consideralareacción:
Cu+

+NO+
a)Ajustalareacciónporelmétododelion‐electrón.
b)¿QuévolumendeNO(medidoa1 atmy273K)sedesprenderásiseoxidan2,50gdecobre
metálico?
(Canarias2008)
a)EsteproblemaseencuentraresueltoenCanarias2007.
8
+3Cu3
+2
+4
b)RelacionandoCuyNO:
2,50gCu
1molCu 2molNO 22,4LNO
=0,59LNO
63,5gCu 3molCu 1molNO
85
10.39.Lareaccióndelperóxidodebarioconácidosulfúricoencondicionesadecuadasconducea
la formación de una disolución acuosa de peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) y un
precipitadodesulfatodebario.
Ladisoluciónacuosadeperóxidodehidrógenosevaloraconpermanganatodepotasioenmedio
sulfúrico.
a)Escribiryajustarlareaccióndeobtencióndel
acuoso.
b) Escribir y ajustar la reacción de oxidación‐reducción que tiene lugar en el proceso de
valoración,sabiendoqueentrelosproductosdelareacciónsedesprendeoxígenomolecular( )
yseformasulfatodemanganeso(II).
c)Calcularelrendimientodelareaccióndeobtencióndelaguaoxigenadasisepartede20gde
yelvolumendeoxígenoproducidodurantelavaloración,medidoencondicionesnormales,
esde1L.
a)LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealaobtencióndelH O es:
(s)+
(aq)
(aq)+
(aq)
b)Laecuaciónmolecularcorrespondientealareaccióndeoxidación‐reducciónentreH O y
KMnO es:
KMnO +H O +H SO O +MnSO Laecuacióniónicaes:
K MnO +H O +2H SO Mn SO +O Lassemirreacionesquetienenlugarson:
Reducción:2 MnO +8H +5e Mn +4H O Oxidación:5 H O O +2H +2e Laecuaciónglobales:
2MnO +6H +5H O 2Mn +5O +8H O
2
+5
+3
2
+5
+
+8
c)RelacionandoBaO yH O :
20gBaO
1molBaO 1molH O 1molO 22,4LO
=2,6LO 169,3gBaO 1molBaO 1molH O 1molO
Elrendimientodelprocesoes:
1,0LO real
100=38,5%
2,6LO teó rico
86
10.40.Cuandoreaccionaelcromatodepotasioconelácidoclorhídricopuedeobtenersecloruro
de cromo (III), a la vez que se forma un gas amarillo‐verdoso y otros compuestos solubles en
agua.
a)Ajustelareacciónporelmétododelion‐electrón.
b)¿CuántosmLdeácidoclorhídricodel37%ydensidadrelativa1,19seránnecesariosparala
reaccióncon7gdecromato?
c)¿Quévolumendegas,medidoa20°Cseformaráenelcasoanterior?
(Dato:ConstanteR=0,082atm·L·
·
)
a)Teniendoencuentaqueelgas amarillo‐verdosoquesedesprendees elCl ,la ecuacióna
ajustares:
K CrO +HClCrCl +Cl Laecuacióniónicainiciales:
2K CrO +Cl H Cr
3Cl +Cl Lassemirreacionesquetienenlugarson:
Reducción:2 CrO +8H +3e Cr
+4H O Oxidación:3 2Cl Cl +2e Laecuaciónglobales:
2CrO +16H +6Cl 2Cr
+3Cl +8H O
Añadiendolosionesquefaltan(10Cl y2K )seobtienelaecuaciónmolecularfinal:
+16HCl2
2
+3
+2KCl+8
b)RelacionandoelcromatoconHCl:
7gCrO
1molCrO
116gCrO
16molHCl
=0,483molHCl
2molCrO
ComosedisponedeHClderiqueza37%:
0,483molHCl
36,5gHCl 100gHCl37% 1mLHCl37%
=83,4mLHCl37%
1molHCl
37gHCl
1,19gHCl37%
c)RelacionandomolesdeHClydeCl :
0,483molHCl
3molCl
=0,09molCl 16molHCl
Considerandocomportamientoidealysuponiendounapresiónde1atm,elvolumenocupado
porelgases:
V=
1atm
20+273 K
=2,2L
87
10.41.Enlavidadiariasonmuydiversoslosprocesosqueimplicanunflujodeelectrones,desde
elfenómenodeunrelámpagohastalaspilasquehacenfuncionarradios,relojesomarcapasos.
Tambiénunflujodecargashaceposibleelfuncionamientodelsistemanerviosoenlosanimales.
Laelectroquímicaeslaramadelaquímicaqueestudialainteracciónentrelaelectricidadyla
materia.
EnbaseasusconocimientosdeelectroquímicayporaplicacióndelaecuacióndeNernstyleyes
deFaraday,contestealassiguientescuestiones:
a)Aconcentracionesequimolecularesde
(aq)y
(aq),¿cuáldebeserlaconcentración
deAg+(aq)paraqueelpotencialdelapilagalvánicaformadaporlospares
(aq)/Ag(s)y
(aq)/
(aq),seaigualacero?
b)Determinelaconstantedeequilibrioa25°Cparalareaccióndelapartadoanterior.
c)Sehace pasarunacorriente de400 mAdurante 20 minutos,a travésde unadisoluciónque
contienenitratodeplataynitratodehierro(II)enconcentraciones1Mdecadasal.¿Quémetal
yenquécantidadsedepositaenelcátodo?Razonalarespuesta.¿Quéreaccióntienelugarenel
ánodo?
(Datos.Potencialesestándardeelectrodo,E°,
(aq)/Ag(s)=0,80V;
(aq)/
(aq)=
0,77V;
(aq)/Fe(s)=‐0,44V.Faraday=96500C·
)
(Asturias2008)
a)EnlapilagalvánicaformadaporloselectrodosAg /AgyFe /Fe ,lasustanciaquetiene
mayor potencial de reducción, Ag , se comporta como agente oxidante y se reduce a Ag,
mientrasqueelFe seoxidaaFe .
Cátodo:Ag (aq)+e Ag(s)
E°=0,80V
E°=‐ 0,77V Ánodo:Fe (aq)Fe (aq)+e 
Reacciónglobal:Ag (aq)+Fe (aq)Ag(s)+Fe (aq) E°=0,03V
Elpotencialdelapilasecalculamediantelasiguienteexpresión:
Epila =Ecá todo Eá nodo Al tratarse de disoluciones que no están en estado tipo o estándar es preciso aplicar la
ecuacióndeNernst:
E=Eo ‒
0,0592
[red]
log
n
[oxd]
Ecá todo =Eocá todo 
Eá nodo =Eoá nodo 
0,0592
[red]
log
Ecá todo =Eo
n
[oxd]
0,0592
[red]
log
Eá nodo =Eo
n
[oxd]
/Ag 
/
0,0592
1
log
1
[Ag ]

ComoEpila =0y[Fe ]=[Fe ]:
0,800,0592log
1
=0,77[Ag ]=0,311M
[Ag ]
0,0592
[Fe ]
log
1
[Fe ]
88
b)EnelequilibriosecumplequeE=0,portantoteniendoencuentaque:
ΔG°=‐nFE°
lnK=
ΔG°=‐RTlnK
nFE°
RT
ElvalordelaconstanteKes:
lnK=
1 96500C mol
8,314J mol K
0,03V
K=3,21
298K
c)El
,conmenorpotencialdereducción(E°=‐0,44V),sereducemásfácilmenteque
elAg queposeemayorpotencial(E°=0,80V).
LasemirreaccióndereduccióndelFe es:
Cátodo:
(aq)+2
Fe(s)
Losanionesdelasdoscubasnosesufrenreacciónredox,lohacenlosionesOH procedentes
delaguaquesonmásfácilesdeoxidar:
Ánodo:4
(aq)
(g)+2
(g)+4
Lacantidaddecorrientequepasaporelánodoen20mines:
Q=I·t=400mA
60s
1A
20min
=480C
1min
10 mA
Relacionandolacargaeléctricaconlacantidaddehierro:
480C
1mole 1molFe 24,3gFe
=0,14gFe
96485C 2mole 1molFe
10.42. Se montan en serie dos cubas electrolíticas que contienen disoluciones de
y de
,respectivamente.Calculalosgramosdeplataquesedepositaránenlaprimerasienla
segundasedepositan6gdeCu.
(ConstantedeFaraday=96485C·
)
(Canarias2009)
Lasdisoluciones acuosascontienenCuSO yAgNO disociadosenionessegún lassiguientes
ecuaciones:
CuSO (aq)Cu +SO AgNO (aq)Ag +NO Lasecuacionesquímicascorrespondientesalasreaccionesqueseproducenenloscátodosde
lascubasson,respectivamente:
Cu (aq)+2e Cu(s)
Ag (aq)+e Ag(s)
Como las dos cubas se encuentran conectadas en serie pasa la misma cantidad de corriente
por ellas y, por tanto, a partir de la masa de plata depositada en la primera cuba se puede
calcularloquesedepositaenlasiguiente:
6gCu
1molCu 2mole 1molAg 107,9gAg
=20,4gAg
63,5gCu 1molCu 1mole 1molAg
89
Los aniones de las dos cubas no se sufren reacción redox, ya que no pueden oxidarse y lo
hacenlosionesOH procedentesdelagua.
10.43.Dadoslosdatosdepotencialestándardereduccióndelossiguientessistemas:E°( / )=
0,53V;E°( /
)=1,07V;E°( /
)=1,36V.Indicarazonadamente:
a)¿Cuáleslaespeciequímicamásoxidanteentreotraslasmencionadasanteriormente?
b)¿Cuáleslaformareducidaconmayortendenciaaoxidarse?
c)¿Esespontánealareacciónentreelcloromolecularyelionioduro?
d)¿Esespontánealareacciónentreelioncloruroyelbromomolecular?
(Canarias2009)
a)Laespeciemásoxidanteeslaquetieneunmayorpotencialdereducción,enestecaso
setratadel (E°=1,36V).
b)Laformareducidaconmayortendenciaaoxidarseeslaquetieneunmenorpotencial
dereducción,enestecasosetratadel (E°=0,53V).
c) Para que una reacción sea espontánea debe cumplirse que a presión y temperatura
constantes,ΔG°<0.
Cl (g)+2I (aq)2Cl (aq)+I (s)
Reducción:Cl (g)+2e 2Cl (aq)
E°=1,36V
E°=‐ 0,53V Oxidación:2I (aq)I (s)+2e 
E°=0,83V
Reacciónglobal:Cl (g)+2I (aq)2Cl (aq)+I (s)
EsunareacciónenlaqueE°>0,entoncesΔG°<0ylareacciónesespontánea.
Br (l)+2Cl (aq)2Br (aq)+Cl (g)
Reducción:Br (l)+2e 2Br (aq)
E°=1,07V
E°=‐ 1,36V Oxidación:2Cl (aq)Cl (g)+2e 
E°=‐0,29V
Reacciónglobal:Br (l)+2Cl (aq)2Br (aq)+Cl (g) EsunareacciónenlaqueE°<0,entoncesΔG°>0ylareacciónesnoespontánea.
90
10.44. Los potenciales normales de reducción en condiciones estándar de los pares
/Cu,
/Pby
/Znsonrespectivamente,0,34V,‐0,13Vy‐0,76V.
a)Explica,escribiendolasreaccionescorrespondientesquémetal/esproducendesprendimiento
dehidrógenoalsertratadosconunácido.
b)Hazunesquemayescribelasreaccionesdeánodoycátododelapilaformadaporelectrodos
deZnyPb,asícomoelpotencialdelapila.
constantes,ΔG°<0.
Comosehavistoenelproblemaanterior,Cu(E°>0)noreaccionadeformaespontáneacon
losácidosdesprendiendo .
Por el contrario, Zn (E° > 0) sí que es capaz de realizar dicha reacción. Por el mismo
razonamiento,Pb cuyopotencialE°también esnegativocomoeldelZndesprenderá al
reaccionarconunácido.
b) En la pila formada por los electrodos Pb /Pb y Zn /Zn, la sustancia que tiene mayor
potencial de reducción, Pb ,se comporta como agenteoxidante y se reduce aPb, mientras
queelZnseoxidaaZn .
Lassemirreaccionesquetienenlugarencadaelectrodoson:
Cátodo:
(aq)+2
Pb(s) E°=‐0,13V
(aq)+2 E°=‐ 0,76V Ánodo:Zn(s)

E°=0,63V
Reacciónglobal:Pb (aq)+Zn(s)Pb(s)+Zn (aq) Unesquemadelapilavoltaicaes:
dirigen de forma espontánea
portanto:
/Pb
Polopositivo:
Polonegativo:
/Zn
eseloxidante,la
especiequesereduce.
Zneselreductor,laespecie
queseoxida.
91
Zn/
//
/Pb
Lafemopotencialdelapilatambiénsepuedecalcularmediantelaexpresión:
o
/Pb E
/Zn Eocé lula = ‐0,13V  ‐0,76V =0,63V
10.45. Una muestra de 20 g de latón (aleación de cinc y cobre) se trata con ácido clorhídrico,
desprendiéndose2,8litrosdehidrógenogasmedidosa1atmy25°C.
a)Formulayajustalareacciónoreaccionesquetienenlugar.
b)Calculalacomposicióndelaaleación,expresándolacomoporcentajeenpeso.
(Datos.ConstanteR=0,082atm·L·
·
;E°(
/Zn)=‐0,76V;E°(
/Cu)=+0,34V;
E°( / )=0,00V)
(Canarias2009)
constantes,ΔG°<0.
2H (aq)+Cu(s)H (g)+Cu (aq)
Reducción:2H (aq)+2e H (s)
E°=0,00V
E°=‐ 0,34V Oxidación:Cu(s)Cu (aq)+2e 
E°=‐0,34V
Reacciónglobal:2H (aq)+Cu(s)H (g)+Cu (aq) EsunareacciónenlaqueE°<0,entoncesΔG°>0ylareacciónesnoespontánea,portanto,
noseproduceeldesprendimientode (g).
2H (aq)+Zn(s)H (g)+Zn (aq)
Reducción:2H (aq)+2e H (s)
E°=0,00V
E°=‐ ‐0,76V Oxidación:Zn(s)Zn (aq)+2e 
E°=0,76V
Reacciónglobal:2H (aq)+Zn(s)H (g)+Zn (aq) EsunareacciónenlaqueE°>0,entoncesΔG°<0ylareacciónesespontánea,portanto,síse
produceeldesprendimientode (g):
92
Laecuaciónquímicaajustadaes:
Zn(s)+2HCl(aq)ZnCl (aq)+H (g)
b)Considerandocomportamientoideal,elnúmerodemolesdeH obtenidoses:
n=
1atm·2,8L
=0,115molH 0,082atm·L·mol ·K 25+273 K
Como el Cu no reacciona con el ácido, todo el H desprendido se debe al Zn presente en la
muestradelatón:
0,115molH
1molZn 65,4gZn
=7,5gZn
1molH 1molZn
Lacomposicióndellatónes:
7,5gZn
100=37,5%Znelresto62,5%Cu
20glató n
10.46.En elaño2006,algunosdelos tubosdedrenaje,dehierro,situadosen lavíarápidadel
Salnés,sehundieronprovocandodiversossocavones,debidoaqueexperimentaronunprocesode
corrosión. Si los ingenieros que diseñaron esta vía hubieran consultado a un químico éste, les
podría haber recomendado la utilización de un “ánodo de sacrificio” conectando, mediante un
hilodecobre,lostubosdehierroaunabarrademagnesioparaevitarlacorrosión.Suponiendo
queentreambosmetalesfluyeunacorrienteeléctricamediade0,2A,determinar:
a) La masa de Mg que se debe colocar si se quiere que el tubo de hierro no sufra corrosión
catódicadurante10años.
b)Lasreaccionesqueocurriránenelánodoyenelcátodo.
c)¿Cuáleslarazónporlaqueelmagnesioevitalacorrosióndelhierro?
(Datos. E° (
/Fe) = ‐0,44 V; E° (
/Mg) = ‐2,363 V; constante de Faraday = 96485
C·
)
(Galicia2009)
a)Lacantidaddecorrientequepasaporelánodoen10añoses:
Q=I·t=0,2A·10añ os
365dı́as 86400s
=6,307·107 C
1añ o
1dı́a
Lasemirreaccióndeoxidacióndelmagnesioes:
MgMg
+2e Relacionandolacargaeléctricaconlacantidaddemagnesio:
6,307·107 C
1mole 1molMg 24,3gMg
=7942gMg
96485C 2mole 1molMg
b)Lasreaccionesquetienenlugarenloselectrodosson:
Ánodo(oxidación):Mg
+2
+2
+4
4
93
c) La corrosión se define como el deterioro de un material metálico a consecuencia de un
ataque electroquímico por su entorno. Siempre que la corrosión esté originada por una
reacciónelectroquímica,lavelocidada laquetienelugardependeráenalguna medidadela
temperatura, de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de las propiedades de los
metalesencuestión.Enelcasodelhierro,lacorrosiónhacequeéstesetransformeen“orín”,
óxidodehierro(III)hidratado(2Fe O ·xH O).
ElMg,cuyopotencialdereducciónesmenor(E°=‐2,43 V),esmásreductorque elFe
(E° = ‐0,44 V), por este motivo, se oxida más fácilmente en presencia de oxígeno,
evitando que el hierro se oxide y aparezcan los correspondientes óxidos de hierro. Este
procedimientoparaprotegeralhierrodesucorrosiónsedenomina“proteccióncatódica”.
ElMgactúadeánodoyelFedecátodo;loselectronespasanconfacilidaddesdeelmagnesioal
hierro. La oxidación del magnesio mantiene reducido al hierro y, por tanto, protegido de la
corrosión.
10.47.Elhierro,Fe,eselcuartoelementomásabundanteenlacortezaterrestre.Unamuestrade
10gdehierroimpurosedisuelveenácidoenformade
obteniéndose200mLdedisolución.
Se valoraron 20 mL de esta disolución con permanganato de potasio,
, 0,2 M,
consumiéndose 14 mL de este último. En la reacción redox que tiene lugar, el
se oxida a
,yel
sereducea
.CalculeelporcentajedeFeenlamuestraoriginal.
(Galicia2009)
EstaecuaciónquímicaestáajustadaenelproblemapropuestoenCastillayLeón2001:
+8
+5

+5
+4
RelacionandolacantidaddeKMnO consumidoconladelamuestradeFe :
0,014LKMnO 0,2M 0,2molKMnO
5molFe
molFe
=0,7
Ldisolució n
0,020Ldisolució n 1LKMnO 0,2M 1molKMnO
Relacionandolaaliquotacontodaladisolución,lamasadeFe contenidoenéstaes:
0,2Ldisolució n
55,8gFe
0,7molFe
1Ldisolució n 1molFe
=7,812gFe ParacalcularlariquezaserelacionalamasadeFe conlamasademuestra:
7,812gFe
100=7,8%Fe
10gmuestra
10.48.Losionescloruropuedenoxidarsehastacloroporaccióndediversassustanciasoxidantes
comopermanganatodepotasio,dicromatodepotasioydióxidodemanganesoenmedioácido.
Partiendodeionescloruroqueseencuentranenformadeácidoclorhídrico:
a)Establecelasecuacionescorrespondientesalastres reacciones,ajustadasporelmétododel
ion‐electrón.
b)Calculaloslitrosdecloro,recogidosa30°Cy700mmHg,queseobtienencuandoreaccionan,
encondicionesadecuadas,359gde
.
c) Calcula la masa de cristales de sal de cloruro de cromo (III) hexahidrato que se obtendrían
cuandoseutilizan100gde
.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L·
·
)
94
a)Laoxidacióndelosionescloruroacloropormediodelpermanganatodepotasioaparece
explicadaenelproblemapropuestaenCanarias2005.
2
+16HCl2
+5
+8
+2KCl
La oxidación de los iones cloruro a cloro por medio del dicromato de potasio aparece
explicadaenelproblemapropuestoenGalicia2001.
+14HCl2
+3
+7
+2KCl
Laecuación iónicacorrespondiente a laoxidacióndelos ionescloruro a cloropor medio de
dióxidodemanganesoes:
MnO +Cl H Mn
2Cl +Cl Lassemirreacionesquetienenlugarson:
Reducción:MnO +4H +2e Mn +2H O Oxidación:2Cl Cl +2e Laecuacióniónicafinales:
MnO +4H +2Cl Mn +Cl +2H O
Añadiendolosionesquefaltan(2Cl )seobtienelaecuaciónmolecularfinal:
+4HCl
+
+2
b)RelacionandoKMnO yCl :
359gKMnO
5molCl
1molKMnO
=5,68molCl 158gKMnO 2molKMnO
V=
700mmHg
30+273 K 760mmHg
=153,2L
1atm
c)RelacionandoK Cr O yCrCl :
100gK Cr O
2molCrCl
1molK Cr O
=0,794molCrCl 252gK Cr O 1molK Cr O
ComosetratadeCrCl ·6H O:
0,794molCrCl
1molCrCl ·6H O 266,5gCrCl ·6H O
=211,5g
1molCrCl
1molCrCl ·6H O
·6
10.49.Elcincmetálicopuedereaccionarconlosioneshidrógenooxidándoseacinc(II).
a) ¿Qué volumen de hidrógeno, medido a 700 mmHg y 77°C se desprenderá si se disuelven
completamente0,5molesdecinc?
b) Si se realiza la electrólisis de una disolución de cinc (II) aplicando una intensidad de 1,5 A
durante2hysedepositan3,66gdemetal,calculalamasaatómicadelcinc.
(Datos.ConstantedeFaraday,F=96500C·
;ConstanteR=0,082atm·L·
·
)
(Canarias2010)
95
a)LaecuaciónquímicacorrespondientealareacciónentreH yZnes:
Zn(s)+2H (aq)Zn (aq)+H (g)
RelacionandoZnyH :
0,5molZn
1molH
=0,5molH 1molZn
V=
0,5molH 0,082atm·L·mol ·K
700mmHg
77+273 K 760mmHg
=15,6L
1atm
b)EnelcátododelacélulaseproducelareduccióndelZn :
(aq)+2
Zn(s)
Lacantidaddecorrientequepasaporlacubaes:
Q=1,5A·2h
3600s
=10800C
1h
RelacionandolamasadeZnquesedepositaenelcátodoconlacarga:
3,66gZn 96500C 2mole
=65,4g·
10800C 1mole 1molZn
10.50.Conociendolospotencialesdereduccióndeloshalógenos:
a)Escribelassiguientesreaccionesydeterminacuálesseránespontáneas.
a1)Oxidacióndelionbromuroporyodo.
a2)Reduccióndelcloroporionbromuro.
a3)Oxidacióndelionyoduroporcloro.
a4)Justificacuáleslaespeciemásoxidanteycuáleslamásreductora.
(Datos.E°( / )=0,53V;E°( /
)=1,07V;E°( /
)=1,36V;E°( /
)=2,85V)
(Canarias2010)
c) Para que una reacción sea espontánea debe cumplirse que a presión y temperatura
constantes,ΔG°<0.
a1)Setratadedeterminarsiesespontánealareacción:
I (s)+2Br (aq)2I (aq)+Br (l)
Reducción:I (s)+2e 2I (aq) E°=0,53V
E°=‐ 1,07V Oxidación:2Br (aq)Br (l)+2e 
E°=‐0,54V
Reacciónglobal:I (s)+2Br (aq)2I (aq)+Br (l)
96
EsunareacciónenlaqueE°<0,entoncesΔG°>0ylareacciónesnoespontánea.
a2)Setratadedeterminarsiesespontánealareacción:
Cl (g)+2Br (aq)2Cl (aq)+Br (l)
Reducción:Cl (g)+2e 2Cl (aq)
E°=1,36V
E°=‐ 1,07V Oxidación:2Br (aq)Br (l)+2e 
Reacciónglobal:Cl (g)+2Br (aq)2Cl (aq)+Br (l) E°=0,29V
EsunareacciónenlaqueE°>0,entoncesΔG°<0ylareacciónesespontánea.
a3)EsteapartadoapareceresueltoenCanarias2009.
a4)Laespeciemásoxidanteeslaquetieneunmayorpotencialdereducción,enestecaso
setratadel (E°=2,85V).
La especie más reductora (con mayor tendencia a oxidarse) es la que tiene un menor
potencialdereducción,enestecasosetratadel (E°=0,53V).
(ProblemamuysimilaralpropuestoenCanarias2009).
10.51.JustificasiesonoposiblequeelAu(s)seoxideconelaire.
¿Quédebecumplirseparaqueunmetalseoxideconelaire?
(Datos.E°(
/Au)=1,50V;E°( /
)=1,23V)
(Canarias2010)
constantes,ΔG°<0.
Setratadedeterminarsiesespontánealareacción:
Au(s)+O (g)Au (aq)+H O(l)
Reducción:3 O (g)+4H (aq)+4e 2H O(aq) E°=1,23V
E°=‐ 1,50V Oxidación:2 Au(aq)Au (aq)+3e 
Reacciónglobal:3O (g)+4H (aq)+2Au(aq)2Au (aq)+2H O(l)E°=‐0,27V
EsunareacciónenlaqueE°<0,entoncesΔG°>0ylareacciónesnoespontánea.
Paraqueunmetalseaoxidadoporelaire( )esnecesarioquesupotencialdereducción
E°seamenorqueelqueposeeelparO /H O,E°=1,23V.
97
10.52 Elorosepuede extraerapartir demineralesque lo contengan, medianteunprocesode
trituración y tratamiento con NaCN y aireación. De esta forma se obtiene una disolución que
contieneelcomplejo[Au CN
enequilibriocon
.
+2NaCN[Au CN
+2
Como en la naturaleza, el oro está acompañado con plata, en la disolución anterior se forma
tambiénuncomplejodeplatadeacuerdoconlareacción:
+2NaCN[Ag CN
+2
a)¿Quéconcentracióndecianurosódicoserequiereparamantenerel99%delorodisueltoen
forma de complejo [Au CN
, teniendo en cuenta que la constante de equilibrio para la
formacióndelcomplejoes4·10 ?
b) 500 L de una disolución que es 0,01M de [Au CN
y 0,0030M de [Ag CN
, se evapora
hasta un tercio de su volumen original y se trata con 40 g de Zn produciéndose las siguientes
reacciones:
+Zn[Zn CN
2[Au CN
+2Au
2[Ag CN
+Zn[Zn CN
+2Ag
Calcularlasconcentracionesdeloscomplejosdeoroyplatacuandosehaconsumidolatotalidad
delZn.
Datos.E°(
/Ag)=0,7991V;E°(
/Au)=1,68V;E°(
/Zn)=‐0,7628V
(Galicia2010)
a)Elequilibrioaestudiares:
Au (aq)+2CN (aq)[Au CN
(aq)
Llamando a y b a las concentraciones iniciales de Au y NaCN, respectivamente, la tabla de
concentracionescorrespondientealequilibrioes:
ninicial
ntransformado
nformado
nequilibrio
Au a
x
—
a–x
CN
b
2x
—
b–2x
[Au CN
—
—
x
x
Sisedeseaqueel99%delAudisueltoestéenformadecomplejo:
[Au CN
=x=0,99a a–x =0,01a
Sustituyendoenlaexpresióndelaconstantedeequilibrio:
K =
Au CN
Au [CN
4·10 =
4·10 =
0,99a
a–x b–2x
0,99a
0,01a b–2·0,99a
[NaCN]=1,98[
 b–1,98a =4,98·10
]M
≃ 0b=1,98a
98
b)Losmolesinicialesdecadaespecieson:
500Ldisolució n
0,01mol[Au CN
Ldisolució n
500Ldisolució n
0,003mol[Ag CN
Ldisolució n
40gZn
2
=5mol[Au CN
2
2
=1,5mol[Ag CN
2
1molZn
=0,61molZn
65,4gZn
De acuerdo con los potenciales de reducción dados, el mayor valor corresponde al par
Au /Au,E°=1,68V,loquequieredecirqueelionAu eslaespeciemásoxidanteporloque
eslaquemásfácilmentesereduce,hastaqueseconsumatodoelZn,mientrasqueelionAg permaneceinalterado.
LacantidaddeAu quesereducees:
0,61molZn
2mol[Au CN
1molZn
2
=1,22mol[Au CN
2
Lacantidadquequedaendisoluciónes:
5mol[Au CN
2
inic.
–1,22mol[Au CN
2
red. =3,78mol[Au CN
2
disol. Teniendo encuentaque elvolumen sereducehasta laterceraparte, las concentraciones de
loscomplejosdeoroyplataendisoluciónson:
3
3,78mol[Au CN 2
500Ldisolució n
3
1,5mol[Ag CN 2
=0,009M
500Ldisolució n
=0,023M
10.53. Dada la siguiente tabla de potenciales de reducción.
Señalajustificandolarespuesta:
a)Laespecieoxidantemásfuerte.
b)Laespeciemásreductora.
c)Uncatiónquepuedaseroxidanteyreductor.
d)Unaniónquepuedaseroxidanteyreductor.
e) Una oxidación de un catión por un anión que sea
espontánea.
f) Una reducción de un catión por un catión que sea
espontánea.
ParredoxE°(V)
/
+1,35
/
+1,19
/
+1,16
/Cu+0,35
/
+0,23
/
+0,15
/
+0,15
/Sn‐0,14
(Canarias2011)
a)Laespeciemásoxidanteeslaquetieneunmayorpotencialdereducción,enestecaso
setratadel (E°=+1,35V).
b)Laespeciemásreductoraeslaquetieneunmenorpotencialdereducción,enestecaso
setratadelSn(E°=‐0,14V).
c)Uncatiónquepuedaseroxidanteyreductores
semirreacciones:
yaquepuedeexperimentarlasdos
99
Reducción:Sn +2e Sn
Oxidación:Sn Sn +2e d)Unaniónquepuedaseroxidanteyreductores
semirreacciones:
yaquepuedeexperimentarlasdos
Reducción:ClO +2H +2e ClO +H O
Oxidación:ClO +H OClO +2H +2e e) Para que una reacción sea espontánea debe cumplirse que a presión y temperatura
constantes,ΔG°<0.
Unaoxidacióndeuncatiónporunaniónqueseaespontáneaes:
+Cu2
+
Reducción:Cl +2e 2Cl E°=1,35V
Oxidación:CuCu +2e E°=‐ 0,35V 
E°=1,00V
Reacciónglobal:Cl +Cu2Cl +Cu EsunareacciónenlaqueE°>0,entoncesΔG°<0ylareacciónesespontánea.
f)Unareduccióndeuncatiónporuncatiónqueseaespontáneaes:
+
Cu+
Reducción:Cu +2e Cu
E°=0,35V
Oxidación:Sn Sn +2e E°=‐ 0,15V 
E°=0,20V
Reacciónglobal:Cu +Sn Cu+Sn EsunareacciónenlaqueE°>0,entoncesΔG°<0ylareacciónesespontánea.

Ácido-base, precipitación y electroquímica

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