Tema 3.Revisado

Tema 3. Equilibrio Heterogéneo Ejemplos resueltos

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UNIVERSIDAD DE COSTA RICA ESCUELA DE QUÍMICA

SECCION DE QUÍMICA ANALÍTICA

EJERCICIOS DE QUÍMICA ANALÍTICA

TEMA 3

EQUILIBRIO HETEROGÉNEO (Kps) AUTORES: PROFESORES CÁTEDRA DE QUÍMICA ANALÍTICA QU-200

2012


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TEMA 3. EQUILIBRIO HETEROGÉNEO (K PS)

EJEMPLOS RESUELTOS

EJEMPLO 1 . ¿Cuál es la masa (mg) de Ag2CrO4 ( molgM CrOAg /73,33142

= ) que se disuelve en

500 mL de agua? Kps = 2,0 x 10 -12 RESOLUCIÓN: La ecuación para la disociación parcial del precipitado es:

Ag2CrO4(s) ⇔ 2Ag+ + CrO4−2

Si se representa la solubilidad en mol/L del Ag2CrO4 como “s”, se tiene: [Ag+] = 2s y [CrO4-

2] = s Entonces:

Kps = [Ag+]2 [CrO42-]

Kps = (2s)2 (s)

Kps = 4 s3

L

molx

xKpss 53

12

3 109,74

100,2

4−

−

===

La masa en mg que se disuelve en 500 mL es:

mLxmL

Lx

g

mgx

mol

gx

L

molxm 500

10

11073,331109,7

335−=

R/ m= 13 mg

EJEMPLO 2. Una disolución saturada de Ba(IO3)2 )0,487(mol

gM = contiene 385 mg/L. Calcule la

Kps para este precipitado. RESOLUCIÓN: La ecuación para la disociación parcial del precipitado es:

Ba(IO3)2(s) ⇔ Ba+2 + 2IO3−

Kps=[Ba2+] [IO3

-]2 Si “s” es solubilidad en mol/L, se tiene: Kps= (s) (2s)2 = 4s3


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Calculando “s” a partir de la disolución saturada:

L

molX

g

molX

mg

gX

L

mgLmols 4

3

109,70,487

10385)|( −

−

==

por lo tanto: Kps = 4 (7,9 X 10-4)3 R/ Kps= 2,0 X 10-9

EJEMPLO 3 . Se formará precipitado de CuC2O4 cuando se mezclan 100mL de CuSO4 0,025 L

mol

con 200mL de Na2C2O4 0,050 mol|L (Kps=3,0X10-8) RESOLUCIÓN: La ecuación para la formación del precipitado es:

CuSO4 + Na2C2O4 → CuC2O4(s) + Na2SO4 Entonces: Kps=3,0X10-8 = [Cu2+][C2O4

2-]

El CuC2O4 precipita cuando el producto iónico es mayor que el valor de la Kps (3,0X10-8)

La concentración de sustancia de cada ión en la mezcla es:

LmolXL

L

molLX

CnCu

|1033,8300,0

025,0100,03

)2(−==+

L

molX

LL

molLX

CnOC

21033,3300,0

050,0200,0

)242(

−==−

El producto iónico es: 2,77X10-4

Puesto que el producto iónico es mayor que la Kps, si precipitará el CuC2O4

EJEMPLO 4 Calcular la solubilidad (mol/L) del Pb(OH)2 en una disolución en la cual hay una

concentración de ión OH- igual a 0,020 mol|L.

Kps =3,0X10-16


4

RESOLUCION: La ecuación para la disociación parcial del precipitado es:

Pb(OH)2(s) ⇔ Pb+2 + 2OH −

s 2s Kps = [Pb2+] [OH-]2 = 3,0X10-16 Para el ión Pb2+, la única fuente que se tiene es la que proviene de la disociación del precipitado(s), entonces: [Pb2+] = s

Para el ión OH-, se tienen 2 fuentes: una es la concentración original de la disolución )020,0(L

mol y

la otra es la que proviene de la disociación del precipitado (2s), entonces: [OH-] = (2s + 0,020) Puesto que la kps es muy pequeña, se puede suponer que el término “2s” es mucho más pequeño

que 0,020, entonces es cierto que:

[OH-]=0,020 (aproximadamente) Por lo tanto, la expresión para la kps es: Kps = (s) (0,020)2

L

molx

x

xs 13

4

16

105,7100,4

100,3 −−

−

==

R/ L

mol13-2 10 x es7,5 Pb(OH) del dsolubilida La


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EJEMPLO 5 . Al mezclar 200 mL de AgNO3 L

mol0,025 con 200 mL de NaCl

L

mol050,0 se precipitó

el AgCl (M=143,3 g/mol)

a. Calcular la masa (mg) de AgCl que se pierde por solubilidad en las aguas madres.

b. Si después de filtrar, el precipitado es lavado con 150 mL de agua destilada levemente

acidificada con HNO3 para minimizar la peptización; calcule las pérdidas de precipitado (mg) en las

aguas de lavado.

KpsAgCl=1,8x10-10

RESOLUCIÓN: Parte a: La cantidad de sustancia de cada reactante se calcula a continuación:

molxL

molLxM AgNO

3100,5025,0200,03

−==

molxL

molLxM NaCl

2100,1050,0200,0 −==

La ecuación de la reacción que tiene lugar al efectuar la mezcla y las condiciones dadas antes de

la reacción (AR) y después de la reacción (DR), son las siguientes:

AgNO3 + NaCl → AgCl(s) + NaNO3 AR: 5,0x10-3 1,0x10-2 __ __

DR: __ 5,0x10-3 5,0x10-3 5,0x10-3 La concentración de sustancia del NaCl sobrante es:

L

mol

L

molxC

NaCln 0125,0400,0

100,5 3

==−

Según lo anterior, el AgCl precipitado está en las aguas madres (líquido supernadante) que

contienen una concentración de NaCl de 5,0x10-3, por lo tanto el exceso de ión cloruro está

actuando como ión común.


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La ecuación para la disolución parcial del precipitado es:

AgCl(s) ⇔ Ag+ + Cl−

s s Kps = [Ag+][Cl-] Para el ión plata, la única fuente que se tiene es la que proviene de la disociación del precipitado

(s), entonces: [Ag+] = s

Para el ión cloruro se tienen 2 fuentes: una es la concentración del NaCl sobrante (0,0125 mol|L) y

la otra es la que proviene de la disociación del precipitado (s), entonces:

[Cl-] = (s+0,0125) Puesto que kps es muy pequeña, se puede suponer que el término “s” es mucho más pequeño que 0,0125; por lo tanto: [Cl-] = 0,0125 mol|L (aproximadamente) La expresión para la kps es: Kps=[Ag+] [Cl-] Kps = (s) (0,0050)

L

molx

xs 8

10

104,10125,0

108,1 −−

==

La masa (mg) que se pierde por solubilidad en las aguas madres es:

Lxg

mgx

mol

gx

L

molxm 400,010

3,143104,1 38−=

R/ m = 8x10-4 mg


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Parte b: Al filtrar el precipitado, se están eliminando las aguas madres y con ellas los iones remanentes,

incluido el ión común (Cl-). Entonces, se debe calcular la solubilidad del AgCl en sólo agua.

Kps = [Ag+] [Cl-] = s2

L

molxkpss 5103,1 −==

La masa (mg) de precipitado que se pierde en el lavado es:

Lxg

mgx

mol

gx

L

molxm 150,010

3,143103,1 35−=

R/ m= 0,28mg EJEMPLO 6. ¿Cuál es la concentración de sustancia de una disolución de AgNO3 si 15,50 mL

reaccionan con 19,10 mL de disolución de CeCl3 0,0350 mol L-1

RESOLUCIÓN: Reacción de valoración: (((( ))))sAgClClAg ↔↔↔↔++++ −−−−++++

En el punto de equivalencia n Ag+ = n −−−−Cl

mmol00,23mLmmol0350,0mL10,19Cln 1 ====××××××××==== −−−−−−−−

11Ag

Lmol1290,0mLmmol1290,0mL50,15

mmol00,2Cn −−−−−−−−========++++


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EJEMPLO 7 . Calcule el ++++2

2pHg de la disolución que resulta de mezclar: 40,00 mL de NaCl 0,100

mol L-1 con 40,00 mL de ++++22Hg 0,0500 mol L-1.

Kps 22ClHg = 2,0 ×××× 10-18

RESOLUCIÓN: n −−−−Cl = 40,00 mL ×××× 0,100 mmol mL-1 = 4,00 mmol n ++++2

2Hg = 40,00 mL ×××× 0,0500 mmol mL-1 = 2,00 mmol ++++2

2Hg + 2 22ClHgCl ↔↔↔↔−−−− (s) AR: 2,00 4,00 DR: - 2,00 - 4,00 ___ ___ 2,00 Se tiene una disolución saturada de

22ClHg [ ++++2

2Hg ] = S y [ −−−−Cl ] = 2S Kps = [ ++++2

2Hg ] [ −−−−Cl ]2 = 4S3

173 19318

Lmol109,7100,54100,2

S −−−−−−−−−−−−−−−−

××××====××××====××××====

R/ [ ] 10,6109,7loglog 722

22 =×−=−= −++ HgpHg


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EJERCICIOS

EJERCICIO 1. La solubilidad del Pb(IO3)2 ( M = 557,0g /mol ) es de 2,34 mg/100mL.

a) Calcular la Kps del Pb(IO3)2

b) Calcular la solubilidad del Pb(IO3)2 en una disolución que es L

mol 0,10

en KIO3

R/ 1a) 2,9x10-13 1b) 2,9 x 10-11 mol/L EJERCICIO 2. ¿Cuál es la concentración de ión fosfato en una disolución que es 0,200 mol/L en

ión plata y está saturada con Ag3PO4

8-

3Ag 2,8x10 Kps ====4PO

R/ 3,50x10-6 mol/L EJERCICIO 3. Cuando se mezclan volúmenes iguales de una disolución de AgNO3 0,0500 mol/L

con otra disolución de Na2CO3 0,0500 mol/L:

¿Cuál es el valor del producto iónico (PI)?

¿Precipitará el Ag2CO3 o no?

12101,832

−= xKps COAg

R/ 1,6 x 10-5> Kps por lo tanto si se forma el precipitado. EJERCICIO 4. Se mezclan 150,00 mL de K2CrO4 0,50 mol|L con 150,00 mL de AgNO3 0,30 mol|L

a) Escriba la ecuación de la reacción que ocurre.

b) Calcule la masa de precipitado (g) que en teoría se espera obtener.

c) ¿Cuál es la concentración de sustancia del ión potasio?

d) Calcule la solubilidad del precipitado en la disolución final

e) Si el precipitado se filtra y lava con 200 mL de agua, ¿Cuáles son las pérdidas (mg) en las

aguas de lavado?

molgCrO |80,331M42Ag = 12101,1

42

−= xKps CrOAg


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R/ 5a) 2 AgNO3 + K2CrO4 Ag2CrO4(s) + 2 KNO3

5b) 7,5 g de Ag2CrO4

5c) [ ]L

molK 50,0=+

5d) 1,25 x 10-6 mol/L

5e) 4,3 mg

EJERCICIO 5. Cuando se mezclan 100,0 mL de Pb(NO3)2 0,030 mol/L con 100,0 mL de Na2SO4

0,050 mol/L se forma un precipitado de PbSO4 (Kps= 1,6 x 10-8)

a) Escriba la ecuación de la reacción que ocurre

b) Calcule la concentración del reactivo en exceso

c) ¿Cuál es la solubilidad del precipitado en las aguas madres?

R/ 6a) Pb (NO3)2 + Na2SO4 PbSO4(S) + 2 NaNO3

6b) 0,010 mol/L

6c) 1,6 x 10-6 mol/L

EJERCICIO 6. ¿Cuántos gramos de CaF2 (M= 78, 08 g|mol) pueden transformarse en CaCO3 (M=

100,09 g/mol) mediante un tratamiento de un exceso de CaF2 con 200,0 mL de disolución de

Na2CO3 0,100mol|L?

R/ 1,56 g EJERCICIO 7. ¿Cuántos gramos de Ni(OH)2 (Kps = 6,0x 10-16) se pueden disolver en 2 litros de

agua? molgM OHNi |71,922)( =

R/ 9,8 x 10-4 g


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EJERCICIO 8. Calcule la solubilidad molar del K2PdCl6 (Kps= 6,0 x 10-6), cuando se mezcla 100,0

mL de KCl 0,300 mol/L con 100,0 mL de :

a. -26PdCl 0,100 mol|L

b. -26PdCl 0,300 mol|L

R/ 9a) 2,4 x 10-3 mol/L

9b) 4,5 x 10-3 mol/L

EJERCICIO 9. Los productos de solubilidad de una serie de hidróxidos son:

BiO OH Kps = 4,0 x 10-10

Zn(OH)2 Kps = 3,0 x 10-16

Cu(OH)2 Kps = 4,8 x 10-20

Fe(OH)3 Kps = 2,0 x 10-39

a. ¿Cuál de los compuestos anteriores tiene mayor solubilidad molar en agua? Demuestre con

cálculos.

b. ¿Cuál tiene mayor solubilidad molar en una disolución de NaOH 0,050 mol/L? Demuestre con

cálculos.

R/ 10a) BiOOH

10b) BiOOH Compuesto BiOOH Zn(OH)2 Cu(OH)2 Fe(OH)3 Solubilidad molar 8,0 x 10-9 1,2 x 10-13 2,0x 10-17 1,6 x 10-35

Compuesto BiOOH Zn(OH)2 Cu(OH)2 Fe(OH)3 Solubilidad molar 2,0 x 10-5 4,2 x 10-6 2,3 x 10-7 9,3 x 10-11

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