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RELACIÓN DE PROBLEMAS DE QUÍMICA GENERAL
 
1. Volumetría ácido-base.Cálculo de la acidez de un vinagre.
Fundamento: el ácido acético del vinagre reacciona con el hidróxido de sodio para dar acetato sódico y agua.
El punto final de la valoración se detecta al cambiar de color el indicador fenoftaleína de incoloro a rosa tenue.
En el punto de equivalencia el  nº de equivalentes de ácido es igual al de base
Ejemplo:
masa de vinagre comercial = 10,00 g
volumen de base 0,4000N = 25,30 ml
Cálculos:
masa de ácido acético puro = 0,0253L x 0,4 eq/L x 60 g/eq = 0,6072 g
 
% peso = (0,6072/10,00) x 100 = 6,1 %
 
 
2. Volumetría re-dox.
Se valoran 0,460 g de una muestra que contiene nitrito de potasio con permanganato potásico 0,250 N, gastándose 40,0 mL. Hallar la riqueza de la muestra y la masa de ácido sulfúrico necesaria.
Solución:
La reacción es :5 NO2(-)  +2 MnO4(-) + 6H(+) == 2Mn(+2) + 5NO3(-) + 3H2O
Las semirreacciones:
 
NO2(-)  + H2O    ==== NO3(-)  + 2H(+)  + 2 e-
 
MnO4(-) + 8 H(+) + 5e-  =====   Mn(+2)  + 4H2O
 
 
 
En el punto de equivalencia:
nº eq ox = nº eq red= 0,04Lx0,25 eq/L  = 0,01 eq
nº de eq nitrito = 0,01 eq
Peso equivalente nitrito = 85/2 = 42,5 g
 
masa pura de nitrito de potasio = 0,01 eq x ( 85/2)g/eq = 0,425 g
 
% peso = 0,425/0,46  x 100  = 92,4% de riqueza
 
La masa de sulfúrico se halla viendo la relación molar entre el ácido sulfúrico y el nitrito de potasio:
la relación es de 5 moles de nitrito por 3 moles de ácido( seis protones):
0,425 g de nitrito x ( 3x98 g sulfurico/(5x85)g nitrito)) =
 0,29 g ácido sulfúrico
 
 
3. Complexometría. Determinación de magnesio en agua.
Fundamento: El magnesio reacciona con el edta para dar el complejo estable en la proporción 1:1.
El magnesio forma con el indicador NET un complejo estable de color rojizo; al valorar la disolución con edta se forma el complejo estable magnesio-edta.
En el punto de equivalencia el NET liberado produce el color azul(ver lámina de la página inicio).
Ejemplo:
masa de disolución problema = 0,150 g
volumen gastado de edta 0,100M = 5,40 ml
masa molar del cloruro de magnesio = 95,23 g
masa pura de cloruro de magnesio = 0,0054 L x 0,1mol/L x 95,23 g /mol = 0,05142 g
% peso = 0,05142/0,15  x 100  =  34,28 % peso de cloruro de magnesio
 
4. Hallar el tiempo necesario para depositar 0,60 gramos de cobre en una disolución de sulfato de cobre(II) con una corriente de 1,2 A.
Solución:
Cu(+2) + 2e- ===  Cu
Peq = Patómico/2
nº de eq. de cobre = 0,6 g x 1eq/(63,6/2)eq = 0,01888 eq
nº de culombios = 0,01888 eq x 96500 C/eq = 1822,3 C
nº de segundos = 1822,3C/1,2A  = 1518,5 segundos.
 
5. Una disolución de pH=3, contiene Mn(II) 0,0001M y Cu(II) 0,0001M.
Se burbujea H2S sobre ella hasta saturación,( H2S) =0,1M. Indicar si se podrán separar y cúál precipita primero.
Solución:
 
a.
La concentración de sulfuro necesaria para que comience a precipitar el sulfuro de Mn es:
              (S-2) = Ks/(Mn+2) = 3E-14/0,0001 = 3E-10 M
para entonces, el ion cobre (II) que resta en disolución será:
 
              (Cu+2) = Ks/(S-2) = 3E-37 / 3E-10 = 1E-27 M,
lo que indica que la precipitación del cobre fue "total".
Por lo tanto si que se pueden separar por precipitación fraccionada.
b.
Para este caso:
                           K1 x K2 = (S-2) x (H+)^2 / (H2S)
 
                           (S-2) = K1 x K2 x (H2S) /(H+)^2
 
                           (S-2) = 1E-7 x 1E-14 x 0,1 / (0,001)^2 = 1E-16 M
 
                            (S-2) = 1E-16M
 
            Como (1E-16) x (1E-4) > 3E-37  significa que precipita el sulfuro de cobre.
en cambio,    (1E-16) x (1E-4) < 3E-14, indica que no se alcanza el producto de solubilidad y no precipita el sulfuro de manganeso
 
7. Halla el pH de una disolución de ácido clorhídrico 2E-8 molar.
Solución:
Al ser tan diluida debemos tener considerar el equilibrio iónico del agua:
                     Kw = (H+)x(OH-)
y un balance de cargas:             (Cl-) + (OH-) = (H+)
 
resolviendo el sistema:    1E-14 = (H+) x (OH-)
                                           2E-8  +  (OH-) = (H+)
aparece una ecuación de segundo grado:
 
               (H+)^2   - 2E-8(H+)  - 1E-14 = 0
(H+) = 1,1E-7M       ,    pH = 6,96
8. Una disolución es 0,01M en hidróxido de amonio y 0,0005M en catión Mg(II). Hallar la cantidad de cloruro amónico para que el hidróxido no precipite y el pH necesario.
Solución:
                      Ks = (Mg+2)x(OH-)^2
 
                      7,0E-12  = 0,0005 x (OH-)^2
 
                         (OH-) = 0,000118 M   ;   pOH = 3,9 ;  pH = 10,1
 
La cantidad de catión amonio en equilibrio con este pH se calcula de su equilibrio:
 
                     Kb = (NH4+)(OH-)/(NH4OH)
 
                  1,8E-5 = (NH4+) x 10^(-3,9) / 0,01
 
                     (NH4+) = 1,5E-3 M
 
                     (NH4Cl) = 1,5E-3 M
 
         
 
9. Hallar la solubilidad del sulfato de bario en una disolución 0,20M de ácido sulfúrico.
 
                 BaSO4(s)  ====   Ba(+2)   +   SO4(-2)
 
                   Kps = (Ba+2)(SO4-2)
 
                   1E-12 = (Ba+2) x 0,2
 
                       (Ba+2) = 5E-12 M
 
La solubilidad, s, es 5E-12 mol/L, valor muy pequeño debido al efecto de ion común que ejerce el sulfúrico.
 
La solubilidad en gramos/litro será : 
 
             s = 5E-12 mol/L  x 233 g /mol = 1,16E-9 g/L
significa que se disolverían 1,16E-9 gramos de sulfato en vario en un litro.
 
10.Una disolución está formada por ácido acético 0,5 M y acetato sódico 0,5M, ¿ cuál será su pH ?
 
   Equilibrio:      HA   =====   A(-)   +   H(+) 
 
 
                      Ka = (A-)(H+)/(HA)
 
                     1,8E-5 = 0,5 x (H+) / 0,5
 
                        (H+) = Ka = 1,8E-5 M;            pH = 4,74
 
Se trata de una disolución reguladora, amortiguadora o tampón, formada por cantidades apreciables de ácido y base conjugada; frente a adiciones de pequeñas cantidades de ácidos o de base, mantiene el pH muy cercano al valor inicial.
 
11. Una disolución de un ácido HA tiene un pH = 2,56 y una concentración de 0,1035M. Hallar la constante de acidez  y la concentración que debería tener para que su pH fuese 2.
 
(H+) = 10^(-pH)    ;   Ka = (A-)(H+)/(HA)
 
                                  HA    ====   A-    +     H+
Equilibrio:            Co - x                 x             x
 
                         Ka = ( 10^-2,56)^2)  / ( 0,1035 - 10^-2,56) = 7,53E-5
 
El grado de disociación alfa, a = x/Co = 10^-2,56 / 0,1035  x100 =2,66%
 
b. Para que la disolución tenga pH=2 :
 
 
                7,53E-5 = (1E-2)^2 / ( Co -1E-2 )
 
                      Co = 1,34 M
 
el grado de disociación, a= 1E-2/1,34  x 100 = 0,75%
 
12. Para hallar el cobre de una muestra de 2,000 g mineral de cuprita, se disolvió adecuadamente, dando ion cobre(II) que con yoduro en exceso liberó yodo que se valoró con tiosulfato  sódico 0,200N gastándose 15,7 ml. Hallar la riqueza del mineral.
 
Las reacciones son:  Cu(+2)  + I(-)  ==   CuI  + I2
 
                                   I2  +  S2O3(-2) === S4O6(-2)  + I(-)
     
                    semirreacción:  Cu(+2) + 1 e-  ===   Cu(+)
 
En el punto de equivalencia: nº eq oxidante = nº eq de reductor
 
   nº de eq tiosulfato = nº eq de yodo = nº de eq de cobre
 
  0,0157 L x 0,2 eq/L = 0,00314 eq de cobre
 
masa de cobre =  0,00314 eq x ( 63,5/1)g/eq  = 0,199 g cobre
 
% peso = 0,199/2  x 100  = 9,97 %
 
13. Se disolvieron 0,200 g de un ácido HA puro en 100 ml de agua, y se valoró con hidróxido de sodio 0,200N gastándose 11,3 ml. Hallar el peso molecular del ácido.
 
En el punto de equivalencia:  nº de eq ácido = nº de eq base
 
nº de eq de ácido = masa / peso equivalente
 
nº de eq de base = V x N
 
          0,0113 L x 0,2 eq/ L  =  0,2 / Peq
 
          Peq = Pm/1  
 
                      Pm = 88,5
 
14. Hallar la masa de cloruro de plata que precipita al añadir 25 gramos de cloruro de sodio a un litro de disolución saturada de AgCl.
 
La masa de plata que precipita será la diferencia entre la inicial y la final.
La plata inicial es la que corresponde a su equilibrio :
 
    (Ag)o = (Kps)^1/2 = (1,56E-10)^1/2 = 1,24E-5 mol/L
 
La plata final será la que corresponda al equilibrio con (NaCl)=25/58,5;
(Cl-) = 0,43M
 
  ( Ag ) final = kps/(Cl-) = 1,56E-10 / 0,43 = 3,6E-10 M
 
(Ag)precipitada = (Ag)o  -  (Ag)final  = 1,24E-5 - 3,6E-10 = 1,24E-5 M
 
masa de AgCl = 1,24E-5 mol/L x 143,5g/mol x 1L = 0,00178 g AgCl
 
15. Hallar la solubilidad del hidróxido de magnesio, en una disolución 0,100N de hidróxido sódico.
 
     Equilibrio:     Mg(OH)2 ====  Mg(+2)   + 2 OH(-)
 
Se han supuesto despreciables los hidróxidos que provienen del precipitado.
 
                     Kps = (Mg+2)(OH-)^2
 
                     3,2E-11 = (Mg+2)x 0,1^2
 
                   s  =  (Mg+2) = 3,2E-9 M
Expresada en g/L:
    solubilidad de Mg(OH)2 = 3,2E-9 mol/L x 58,3 g/mol =1,86E-7 g/L 
 
16. Se disuelven 41 g de acetato sódico, NaOOC-CH3, en medio litro de agua. ¿ Qué cantidad de sulfato de magnesio habrá que añadir para que comience a precipitar el hidróxido de magnesio?
 
Equilibrio:    A(-)  +  H2O  ====   HA  +  OH(-)
                   Co-x                              x            x
    
Co = (41/82)mol/0,5L = 1,0M                 
 
     Kw/Ka = x^2/Co-x
 
     1E-14/1,8E-5  = x^2 / 1- x  ;         x= (OH-) = 2,4E-5 M
 
pOH = 4,6  ;  pH =9,4
 
(Mg+2) = Kps/(OH-)^2 = 7E-12/(2,4E-5)^2 = 1,2E-2M
 
Habrá que añadir:
 1,2E-2 mol MgSO4/L  x 120 g/mol x 0,5 L = 0,72 g de MgSO4
 
17. Indica cómo interesa lavar un precipitado de sulfato de bario, con 100 ml de agua destilada o con 100 ml de disolución de sulfúrico 0,01M.
 
a. En agua destilada:    BaSO4  ===  Ba(+2)  + SO4(-2)
 
                    Kps = (Ba+2)(SO4-2)
                    1,0E-10 = s^2
                       s = 1E-5 M
 
gramos de sulfato de bario= 1E-5mol/L x 233 g/mol x 0,1L = 2,33E-4 g
 
b. Con 100 ml de disolución H2SO4 0,01M:
 
                (Ba+2) = 1E-10 / 0,01 = 1E-8 M
gramos de sulfato de bario = 1E-8 mol/L x 233 g/mol x 0,1L=2,33E-7 g
 
Con la disolución ácida se pierden menos masa en las aguas de lavado.
 
18. Hallar el peso equivalente del cloruro de cromo(III) en la siguiente reacción:
 
   14HCl + K2Cr2O7  ===  2KCl + 3Cl2  +   2 CrCl3  + 7 H2O
 
            Cr2O7(-2) + 14H(+) + 6 e-   ===   2 Cr(+3)  + 7 H2O
                                    2Cl(-)     ===  Cl2  + 2e-
 
Peq (CrCl3) = 2PM/6 = PM/3
Peq(HCl) = 2PM/2 = PM
Peq(K2Cr2O7) = PM/6
 
18. Ajustar la siguiente reacción :
 
   4 P4  +  12NaOH +12  H2O === 12 NaH2PO2   +  4PH3
 
      P4  + 8 OH(-)   ===  4 H2PO2(-)  + 4e-
 
      P4  + 12H2O + 12e-  ===  4 PH3  + 12OH(-)
 
Ecuación iónica:  4P4  + 12OH(-)  + 12H2O == 12 H2PO2(-) + 4PH3
 
Peq( PH3) = 4PM/12 = PM/3(g/eq)
 
19. Ajusta la siguiente ecuación:
 
  3 KNO3 + 8 Al  + 5KOH  === 3NH3 + 8 KAlO2 + 2 H2O
 
   3x (NO3(-)  + 6H2O + 8e-  == NH3  +  9OH(-)
   8x (Al  + 4 OH(-)  ===  AlO2(-)  + 2 H2O + 3 e-)
 
Ec. iónica: 3 NO3(-) + 2H2O + 8 Al == 3 NH3  + 8 AlO2(-)
Peq(KNO3) = PM/8
 
20. Hallar las concentraciones de todas las especies en una disolución de ácido sulfúrico 0,200M.  Ka2=0,012.
 
Primera disociación:   H2SO4  ------   HSO4(-)  + H(+)
                                        Co  -------         0,2            0,2
 
                                     HSO4(-)  ====  SO4(-2)  +  H(+)
 
                                     0,2 -x                      x             x + 0,2
 
 
                                  Ka2 = x(x + 0,2)/(0,2-x)
 
                              Resolviendo ,  x = 0,01M
 
(H+) = 0,21M   ;    (SO4-2) = 0,01M   ;  (HSO4-) = 0,19 M
 
21. Una muestra de 1,354 g de un ácido monoprótico HA se disolvió en agua hasta 250 ml. Para neutralizar 25 ml de esta disolución se gastó 16,1ml de NaOH 0,0723M. Hallar la masa molar del ácido.
 
nº de eq de ácido = nº de eq de base
 
    masa ácido/Peq  = Vbase x Nbase
 
      1,354 g/(PM/1)g/eq = 0,0161L x 0,0723 eq/L x(250/25)
 
se ha tenido en cuenta el factor de alícuota: (250/25), ya que se tomaron 25 ml de 250 ml totales.
 
         PM = 116,3 g/mol
 
 
22. Durante 15 minutos se pasa una corriente de 10 A por una disolución de sulfato de cobre(II), precipitando 2,960 g de cobre.
Hallar el peso atómico del cobre y el nº de Avogadro.
 
En el ánodo se descarga el oxígeno: 4(OH-) == O2 + 2H2O + 4e-
En el cátodo:  Cu(+2) +2e- ==  Cu
 
Q=Ixt = 10 C/s x 15 x 60 s = 9000C
 
masa = nº eq x Peq
nº eq = 9000C x 1eq/96500C = 0,0933 eq
 
2,96 g = 0,0933 x Pat/2
 
Pat = 63,45
 
El número de Avogadro, Na se halla:
 
 1mol de Cu / (2xNa e- ) = (2,96/63,45)mol Cu / (9000/1,6E-19)e-
 
 Na = 6,022E23
 
23. 50 ml de ácido acido acético 0,100 M se titulan con NaOH 0,100 M. Hallar el pH después de añadir 10,0 ml de NaOH y el pH en el punto de equivalencia.
 
   Ka = (A-)(H+) / (HA)
 
                     HA       +        NaOH  ====        NaA     +      H2O
                 0,005 mol            0,001 mol
                0,005-0,001          0,001-0,001
                0,004  mol                0,000                     0,001mol
 
HA) = nº moles inicial - nº moles gastados/ volumen total
(HA) = 0,05Lx 0,1 mol/L  - 0,01L x 0,1 mol/L /0,06L = 0,067M
(A-) = 0,01Lx 0,1 mol/L / 0,06 L = 0,0167 M
 
 1,8E-5 = 0,0167 x (H+)  / 0,067
 
(H+) = 7,22E-5 M  ;    pH = 4,14
 
b. En el punto de equivalencia:
 
            A(-)  +  H2O  ===  HA  +   OH(-)
           Co-x                            x            x
 
Co = 0,005mol/0,1L = 0,05M
 
                Kh = Kw/Ka = x^2 / (Co-x)
 
                          1E-14/1,8E-5 = x^2 / 0,05 - x
 
 x=(OH-) = 5,27E-6 M ; pOH = 5,28
pH = 8,72

El indicador rojo congo no podría utilizarse, pues su intervalo  de viraje(3-5)  cae fuera del pH en el punto de equivalencia.

 

24. Hallar el volumen de metano formado a partir de 10 gramos de tricarburo de tetraaluminio del 90 % de riqueza, si el rendimiento de la reacción es del 95%. El metano se recoge sobre agua a 25 ºC y 1 atm de presión. La Pvapor agua a 25ºC = 14,2 mmHg.

La reacción es:  Al4C3  +  12 H2O === 3 CH4   + 4Al(OH)3

Solución:

masa pura de carburo = 90/100 x 10g = 9 g puros

9 g Al4C3 x 1mol Al4C3/144gAl4C3  x 3 mol CH4/1mol Al4C3 =

=0,1875 mol CH4

El rendimiento es del 95 %:   95/100 x 0,1875 mol = 0,178 mol CH4

El volumen se calcula:   PxV = n x R xT

          (760-14,2)/760 x V = 0,178mol x 0,082 atmL/Kmol x 298K

   V= 4,43 L

25.  50 ml de ácido sulfúrico al 25% y densidad 1,25 g/ml se diluyen con agua hasta un volumen de 2 L. Hallar la molaridad final.

50 ml dn x 1,25 g dn / ml dn = 62,5 g dn

62,5 g dn x 25 g soluto / 100 g dn = 15,625 g soluto

15,625 g soluto x 1 mol / 98 g soluto = 0,16 mol H2SO4

M = 0,16 mol / 2 L = 0,08 mol/L

26. Ajustar la siguiente reacción:

 64 HNO3  + 24 CuS  ===   16 NO + 24 Cu(NO3)2 + 3S8 + 32H2O

Semirreacciones:

   3 x    ( 8 S-2    ====  S8  + 16 e-)

 16 x  ( NO3(-) + 4H(+) + 3e- ==== NO  + 2 H2O )

Ec iónica: 16NO3(-) + 64 H(+) + 24S(-2) == 16 NO + 32H2O + 3S8

Peq(HNO3) = PM/3

Peq(CuS) = 8PM/16 = PM/2

 

26. Se hacen reaccionar  100 g de cloruro potásico del 90% de riqueza con 60 g de ácido nítrico.

Hallar la masa de nitrato potásico si el rendimiento es del 80 %.

4KCl  + 4HNO3  + O2 ===  4KNO3  + 2Cl2 + 2H2O

masa pura de KCl = 90/100 x 100 = 90 g puros

a. 90 g KCl x (4 x 63)g nítrico/(4x74,5)KCl = 76,1 g ácido nítrico

luego para gastar los 90 g de KCl harían falta 76,1 gramos de ácido y sólo tenemos 60 gramos de HNO3.

b. 60 g HNO3 x (4x74,5gKCl)/(4x63)g HNO3 = 70,95 g KCl

luego el ácido es el reactivo limitante.

60 g HNO3 x (4x101)gKNO3/(4x63)gHNO3 = 96,19 g KNO3

El rendimiento del 80 %:

masa de nitrato de potasio = 96,19 x 80/100 = 76,95 g KNO3

27.