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Química

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RELACIÓN DE PROBLEMAS DE QUÍMICA GENERAL
 
1. La pila formada por el cinc y la plata es : Zn/Zn(+2)//Ag(+)/Ag , ambos electrodos en concentración 1M. Halla:
a. Eo
b. Si la disolución de cinc es 1 molar y la pila mide un potencial de 1,21 voltios,¿cuál será la concentración de ion plata?
 
solución:
a.
La reacción es :    Zn  + 2 Ag(+)  ===   Zn(+2)   +   2Ag
 
Eo = Ecátodo - Eánodo = 0,80V - (-0,76V) = 1,56V
 
b. Se aplica la ecuación de Nernst:
 
E = Eo(total) - 0,06/n log ((Zn(+2))/(Ag(+))^2)
 
1,21 = 1,56 - (0,06/2)log( 1 / x^2)
 
x =(Ag(+)) = 10^(-6) M , una millonésima molar
 
2. Dada la reacción: 3Ag  + NO3(-) + 4 H(+) == 3Ag(+1) + NO + 2H2O
hallar:
a. Eo
b. Kc
 
solución:
a.
Eo = Ecátodo - Eánodo = 0,96 - 0,80 = 0,16 V
b.
nº de electrones intercambiados, n = 3
 
3 Ag(+1)  +  3 e-  ==   3 Ag
NO3(-) + 4 H(+) + 3 e-  ==  NO + 2H2O
 
Alcanzado el equilibrio el potencial de pila vale cero:
 
0 = 0,16 - 0,06/3 log Kc
log Kc = 3x0,16/0,06 = 8      ,                Kc = 10^8
 
3.En un recipiente de 4 L y a T=400 ºK se introducen 3 moles de CO y 2 moles de oxígeno: Alcanzado el equilibrio aparecen  2  moles de CO2. Hallar Kc y Kp;
Reacción:           2CO  +  O2   ===   2CO2
 
Solución:
 
                                    2 CO        +          O2          =====         2CO2
nº mol inicial                 3                          2                                    0
nº de mol gastado        2x                         x                                    -
nº mol formado               -                          -                                   2x
nº mol equilibrio        3-2x                        2-x          =====           2x
valores numéricos      1 mol                      1mol                             1 mol
 
Ya que,  2x = 2 ; 
  x = 1 mol
       
                   Kc = ( 1/4)^2 / (1/4)^2(1/4)  ;          Kc = 4
 
4. Ajustar la siguiente reacción re-dox:
 
       3ZnS  + 8 HNO3  ====  3 ZnSO4  +  8 NO + 4 H2O
 
Semirreacciones: 
8 x ( NO3(-) + 4 H(+) + 3e-   ===  NO  + 2 H2O )
3x  ( S(-2) + 4H2O                  === SO4(-2) + 8H(+) +8 e- )
 
E. iónica: 3S(-2) + 8 NO3(-) + 8H(+)  === 8 NO  +  3SO4(-2) + 4H2O
 
Peq(ZnS) = PM/8
Peq(HNO3) = PM/3
 
El potencial de pila será :  Eo = Ecátodo - Eánodo = 0,96 - 0,90= 0,06V
Luego la reacción es espontánea.
La constante de la reacción se halla:
E = Eo - 0,06/n  log Kc
0 =  0,06 - 0,06/24  log Kc      ;            Kc = 2E24
 
5. Hallar la masa de MnO2  y el volumen de HCl ( d= 1,3 g/ml , 35%peso) necesario para obtener 22,4 L de cloro en c.n.
Reacción:
MnO2 + 4 HCl  ===   MnCl2  +   Cl2  +  2 H2O
 
Semirreacciones:    MnO2 +4H(+) + 2 e-   ====   Mn(+2) + 2H20
                                                          2 Cl(-)  ====   Cl2  + 2 e-
 
 
 
a. Masa de MnO2 :
22,4L x 1mol Cl2/22,4L = 1 mol de Cl2
1mol Cl2 x 1 mol MnO2/1molCl2 = 1 mol MnO2
1mol MnO2 x 86,9 g/mol MnO2  = 86,9 g MnO2
 
b.
1 mol Cl2 x 4 mol HCl/mol Cl2 = 4 mol HCl
Molaridad HCl :
1,3 g dn/ml dn x 35 g soluto/100 g dn = 0,455 g soluto/ml dn
0,455 g /ml dn  x 1 mol/ 36,5 g soluto = 0,0125 mol/ml dn
0,0125 mol /ml dn x 1000 ml/L = 12,5 mol/L
 
volumen de HCl =  4 mol x 1L/12,5 mol = 0,32 L = 320 ml HCl.
 
6. Hacemos reaccionar 80,0 ml de cloruro ferroso 0,01M con 20,0 ml de KCN 1,00M. Hallar las concentraciones de las especies en equilibrio.
Dato: Kinestabilidad = 1E-24
 
Reacción:   ( Fe(CN)6(-4))  ====   6CN(-)  + Fe(+2)
 
(Fe+2) = 0,08 L x 0,01 mol/L / 0,1 L = 0,008M
(CN-)  = 0,02L x 1mol/L  / 0,1L  = 0,20M
 
1.  Constante de equilibrio: 1E-24 = (CN-)^6 x( Fe+2) / (complejo)
2. Balance de hierro:  (Fe+2)  +  ( complejo)   = 0,008M
3. Balance de cianuro:  (CN-)  +  6 (complejo)   = 0,2M
 
Resolviendo las tres ecuaciones con tres incognitas:
 
(Fe+2) = 6,7E-22M
(complejo ) = 0,008 M
(CN-) = 0,152 M
 
7. 
50 ml de un ácido débil monoprótico , HA, se titulan con NaOH 0,100M, gastándose 50,0 ml para el punto final.
La adición posterior de 20,00 ml de HCl 0,100M acidifica la disolución hasta pH=5. Halla la Ka.
Solución:
Va x Na = Vb x Nb
50 x Na = 50 x 0,1 
Na =Ma = 0,100 M
 
En el punto de equivalencia:   A(-)  +   H2O  === HA  +  OH(-)
 
Csal = 50ml x 0,100 mol/L  / 0,1 L  = 0,05 M
 
al añadir (H+) , los (OH-) neutralizan los protones, desplazando el equilibrio hacia la derecha:
 
(A-) = Csal -(H+) =( 0,005 mol A(-)  - 0,002 mol H(+)) /0,12L = 0,025M
(HA) = (H+) = 0,002mol/0,12L = 0,0167M
 
pH = pKa + log (A-)/(HA)
 
pKa = 5 - log (0,025/ 0,0166) = 4,82   ;       Ka = 1,51E-5
 
 
8.  Se burbujea H2S por una disolución acuosa de Co(II) 0,05M   que tiene un pH= 0, hasta saturación en H2S(0,1M). ¿Precipitará el sulfuro de cobalto? , ¿ a que pH no precipitaría?
 
solución:
 
Kps= 3E-26 = (S-2)(Co+2)
 
K1xK2 = (S-2)(H+)^2 / (H2S)   ;   1E-7 x 1E-14 = (S-2) x 1 / 0,1
 
(S-2) = 1E-22 M
 
Luego sí precipita :  (1E-22)x(0,05)= 5E-24 > 3E-26
 
Para que no precipite:
 
(S-2) = 3E-26/0,05 = 6E-25 M
 
(H+) = ( 1E-21 x 0,1 / 6E-25)^(1/2) = 12,9 M
 
pH = -1.11
 
 
9. Hallar el pH de una disolución  0,01 M  de carbonato de sodio, si la Ka2 del ácido carbónico es 4,8E-11.
 
HCO3(-)  +  H2O  ===   CO3(-2)  +  H3O(+) ,  Ka2 = 4,8E-11
CO3(-2)  +  H3O(+) == HCO3(-)  +  H2O   ;   pKa2 = -10,32
                        H2O == H3O(+)  +  OH(-)    ;   pKw  =  14 
sumando ambas ecuaciones:
 
CO3(-2)  +   H2O   ===   HCO3(-)  +  OH(-) ;   pKh = 3,68; Kh=2,08E-4
0,01 -x                                   x                 x
 
Kh = x^2 /(0,01-x) = Kw/Ka2 = 1E-14/4,8E-11= 2,08E-4
 
resolviendo,   x = 1,45E-3M = (OH-)
 
El grado de hidrólisis es ,  a = x/Co  = 1,45E-3 / 0,01 = 0,145
 
pOH = 2,8
pH = 11,2
 
 
10. Hallar el pH de una disolución saturada de hidróxido de aluminio y la solubilidad en una disolución de NaOH  1 M.
 
Al(OH)3  ===   Al(+3)  +  3 OH(-)
      
                            s               3s
 
     Kps = 3E-15 = s x (3s)^3 = 27s^4
 
    s = (Kps/27)^(1/4) = 1,02E-4 M
 
(OH-) = 3s = 3,06E-4 M  ;   pOH = 3,5   ;   pH = 10,5
 
La solubilidad en una disolución 1 M de NaOH será:
 
         3E-15 = (Al+3) x 1^3  ;    (Al+3) = 3E-15 M
 
s = 3E-15 mol/L x 78 g/mol = 2,34E-13 g/L
Muy baja debido al efecto de ion común.
 
 
11. Halla el volumen que hay que añadir a medio litro de ácido sulfúrico d= 1,12 g/ml y 26% peso para obtener una disolución  1M.
 
     Vo x Mo  = Vf x Mf
 
Mo =1,12 g dn/ml dn x 26 g soluto/100 g dn x 1mol/98g solutox1000ml/L
 
Mo = 2,97 mol/L
 
     500 ml x 2,97 M = Vf x 1M 
 
 Vf = 1486 ml
Luego habrá que añadir, suponiendo volúmenes aditivos, (1486 - 500 ) = 968 ml agua
 
12. Hallar la molaridad, normalidad, molalidad y fracción molar de una disolución de ácido nítrico de d= 1,4 g/ml y 70% riqueza.
 
M = 1,4 g dn/ml dn x 70 g sol/100 g dn x 1mol/63 g sol x 1000 ml/L
M = 15,6 mol/L
 
N = M x n = 15,6 mol/L x 1 eq/1mol = 15,6 eq/L
 
Molalidad, m= (70/63)mol / 0,03Kg  = 37,0 molal
 
fracción molar, Xs = (70/63) / ( 70/63  + 30/18 )  = 0,40
 
 
13.
0,48 gramos de un soluto (PM=120) se disuelve en 48 g de   un compuesto orgánico, observando un descenso crioscópico de 2,5 ºC, suponiendo que se forman moléculas diatómicas, hallar su tanto por ciento.
 
Reacción:                M  ===  1/2 M2
nº mol inicial       0,004             0
nº mol gastado          x                -
nº mol formado         -                x/2
nº mol eq.           0,004 -x           x/2
nº total de moles =( 0,004 -x/2 )
 
ATfusión = Kc x m
2,5 = 40 ºCxKg/mol  x m
m = 0,0625 mol/Kg
0,0625 mol/Kg = (0,004 -x/2) / 0,048 Kg
 
x = 0,002 mol
 
El grado de disociación , a, a= 0,002/0,004  x100 = 50%.
 
 
14. Se hacen reaccionar 100 g de amoniaco con 200 gramos de cloro. Hallar la masa de hidrazina que se obtendrá si el rendimiento de la reacción es del 95%.
Reacción: 2NH3 + Cl2  + 2 NaOH  === N2H4  + 2 NaCl  + 2 H2O
 
a.
100 g NH3 x (1x71 g Cl2) / (2x17 g NH3) = 208,8 g de cloro
no hay suficiente cloro, sólo hay 200 gramos.
b.
200 g Cl2 x (2x17 g NH3) / ( 1 x 71 g Cl2) = 95,8 g NH3
 
El reactivo limitante es el cloro y sobra amoniaco.
 
200 g Cl2 x (1x32 g N2H4) / (1x71 g Cl2) = 90,1 g de N2H4
 
Como el rendimiento es del 95%:
masa hidazina = 95/100 x 90,1 = 85,6 g N2H4.
 
15.
Una muestra de 5 gramos contiene clorato potásico e impurezas; al calentarla desprende 800 ml de oxígeno en c.n.
Hallar el porcentaje de clorato potásico en la muestra.
 
Reacción:   2  KClO3   ==  2 KCl   +  3 O2
 
mol O2 =0, 8 L O2 x 1mol/22,4 L  = 0,03571 mol O2
 
mol KClO3 = 0,03571 mol O2 x 2 mol KClO3 / 3 mol O2 = 0,0238 mol
 
masa KClO3 = 0,0238 mol x 122,6 g /mol = 2,92 gramos
 
% peso = 2,92/5  x100  = 58,4% riqueza
 
 
16. En un recipiente de 1L se introducen 100 gramos de carbonato cálcico a 1000K. Hallar los moles de cada especie en equilibrio.Kp = 1,0
 
                CaCO3         ====       CaO           +            CO2
                1mol - x                          x                                 x
 
Kp = P(CO2) = 1 atm
 
              P xV  =  n xR xT
               1 x 1  =  n(CO2) x 0,082 x 1000
 
nº mol CO2 = 0,0122 mol CO2
nº mol CaCO3 = 1- 0,0122 = 0,988 mol
nº mol CaO = 0,0122 mol
 
 
17. Se mezcla un litro de un ácido(PM=82) de d=1,2 g/ml y 50 % peso con un litro del mismo ácido de d=1,4 g/ml y 60 % peso. Hallar la molaridad de la disolución resultante ( d = 1,3 g /ml).
 
La nueva disolución tendrá un % peso:
% peso = masa soluto / masa disolución x 100
 
masa soluto 1  = 1200 g dn x 50g sol/100 g dn = 600 g soluto
masa soluto 2 = 1400 g dn x 60 g sol/100 g dn  = 840 g soluto
masa total soluto = 600+ 840 = 1440 g soluto
masa total disolución = 1200 + 1400 = 2600 g dn
 
% peso = 1440/2600  x 100 = 55,4 % peso
 
M = 1,3 g dn/ml dn x 55,4 g sol/100 g dn x 1mol/82 g sol x 1000ml/L
M = 8,78mol/L
 
18. En un recipiente de 5L se introducen 2 moles de CO y 2 moles de Cl2. Si Kc=4, hallar las concentraciones de equilibrio.
 
                 CO    +    Cl2     ====   COCl2
 
                2-x            2-x                       x
 
                       4 = (x/5)  /( (2-x)/5)^2
 
                  x = 0,925 mol
(CO) =(Cl2) = 1,075/5 = 0,215M
(COCl2) = 0,925/5 = 0,185M
 
 
19. En un recipiente de dos litros se introducen 0,40 moles de A y 0,8 moles de B, dando una canversión del 50 % en C.
a. hallar Kc
b. ¿Cuántos moles de B se deben añadir para  que la conversión sea del 75% ?
Reacción:                 A         +             2B   ===            C
nº moles iniciales     0,4                      0,8                       0
nº moles gastados    x                         2x                        -
nº moles formados    -                           -                         x
nº moles equilibrio   0,4-x                 0,8-2x ====          x
Solución                    0,2                    0,4                        0,2
ya que,
50/100(0,4) = 0,2 = x
 
                   Kc = (0,2/2) / (0,2/4)(0,4/2)^2 ;            Kc=25
 
                             A               +          2B     ====         C
nº mol inicial      0,4                          No                        0
nº mol gastado    x                            2x                          -
nº mol formado    --                            -                           x
nº mol eq.            0,4 -x                    No-2x ====           x
solución:             0,1                         No-0,6 ===           0,3
 
ya que, 75/100(0,4) = 0,3 =x
 
                                  25 = (0,3/2) / (0,1/2)((No-x)/2)^2
 
           No = 1,3 mol
Luego habrá que añadir (1,3 - 0,8 ) = 0,5  mol de B