EJERCICIOS DE QUÍMICA
POR : JUAN GUILLERMO ZAPATA MELISSA ANDREA ROMÁN P.
A: JORGE CANO
ESPECIALIZACIÓN TECNOLÓGICA TECNOLÓGICA EN CALIDAD DE AGUAS SENA- RECURSOS RENOBABLES LA SALADA
2011-04-28
Un agua coagula apropiadamente con sulfato ferroso y cal apagada. La dosis de sulfato ferroso heptahidratado, es de 25 mg/L. Diariamente se tratan 4500 m3 de agua. Calcular: 1.
a. La alcalinidad requerida para dicha coagulación. b. La cantidad de cal apagada requerida expresa como mg por litro de agua. c. La cantidad de oxígeno disuelto requerida para el proceso d. La cantidad de lodo producido si el lodo tiene 2% de sólidos. Si la misma cantidad de agua se trata con alumbre, determinar la cantidad requerida de este coagulante para obtener un lodo en cantidad igual a la obtenida en el literal d. e.
Las reacciones que se presentan son las siguientes: 1-
Con la alcalinidad del agua:
FeSO4 + Ca(HCO3)2 2Con cal apagada
Fe(OH)2 + CaSO4 + 2CO2
FeSO4 +
Fe(OH)2 + CaSO4
Ca(OH)2
3En aguas aireadas, el hidróxido ferroso se oxida a hidróxido férrico 2 Fe(OH)2 + ½ O2 + H2O
2 Fe(OH)3 ↓
Para completar de balancear correctamente la reacción con números enteros se multiplica por 2 toda la reacción, y se obtiene:
4 Fe(OH)2 +
O2 + 2 H2O
4 Fe(OH)3 ↓
La dosis de sulfato ferroso heptahidratado, es de 25 mg/L. El agua tratada por día en litros es: 4500 m3 x (1000 L/1 m3) = 4,5 x 10 6 L
x 4,5 x 106 L = 112,5 x 10-6 mg de sulfato ferroso heptahidratado--- FeSO4.7H2O 25 mg/L
112,5 x 106 mg FeSO4.7H2O x FeSO4.7H2O
(1 g/1000 mg) = 112,5 x 103 g
Pesos moleculares de los compuestos FeSO4.7H2O = 278 g/mol FeSO4 = 152 g/mol Ca(HCO3)2 = 162,1 g/mol
Fe(OH)2 = 90 g/mol Ca(OH)2 = 74,1 g/mol Fe(OH)3 = 107 g/mol
a) Ahora la alcalinidad se halla en función del carbonato ácido de calcio, ecuación 1
112,5 x 103 g FeSO4.7H2O x (152g FeSO4/278g FeSO4.7H2O) = 61,5 x 103 g FeSO4 61,5 x 10 3 g FeSO4 x (162,1g Ca(HCO3)2 /152g FeSO4 ) = 65,6 x 103 g Ca(HCO3 )2
b) cantidad de cal apagada requerida expresa como mg/ L
61,5 x 103 g FeSO4 x (74,1g Ca(OH)2 /152g FeSO4 ) =
29,9x 103 g
Ca(OH)2 29,9x 103 g Ca(OH)2 x (1000 mg/1g) = 29,9x 106 mg Ca(OH)2 / 4,5 x 106 L = 6.66 mg/L Ca(OH)2
c) Para saber la cantidad de oxígeno disuelto requerido para el proceso, es necesario saber cuanto de Fe(OH)2 se produce. FeSO4 +
Ca(OH)2
Fe(OH)2 + CaSO4
61,5 x 103 g FeSO4 x (90 g Fe(OH)2 /152g FeSO4 ) = 36,41 x 103 g Fe(OH)2 4 Fe(OH)2 +
O2 + 2 H2O
4 Fe(OH)3 ↓
Como se puede observar en la última parte del proceso se necesita 1 molécula de O2 para oxidar 4 moléculas de Fe(OH) 2 a Fe(OH)3 entonces,
36,41 x 103 g Fe(OH)2 x 4 = 145 x 103 g Fe(OH)2 Fe(OH)2 ) = 51,8 x 103 g O2
x (32g O2/90g
d) Si el 2% del lodo es sólido este seria Fe(OH) 3 que ha precipitado, entonces: 145 x 103 g Fe(OH)2
x ( 107 g Fe(OH)3 /90g Fe(OH)2 ) = 172,4 x 103 g Fe(OH)3, esto sería el 2% de lodo que se produjo, ahora :
100% x (172,4 x 103 / 2%) = 8,62 x 10 6 g de lodo e) Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2
2Al(OH)3 + 6CO2 + 3CaSO4
Al2(SO4)3 = 342 g/mol
Al(OH)3 = 156 g/mol
172,4 x 103 g Al(OH)3 x (342 g Al2(SO4)3 / 2 x156 g Al(OH)3 ) = 189,4x 103 g Al2(SO4)3, esto es el 2% de Al2(SO4)3 que hay que utilizar para producir la misma cantidad de lodo, ahora el 100% es:
100% x (189,4 x 103 / 2%) = 9,47 g de Al 2(SO 4 )3
2. 4r - La dosis óptima de flúor para agua es de 1.2 mg/l.Se dispone de silicofluoruro, Na2SiF6, comercial,con una pureza del 98%,para dosificar a 5000 m3/dia de agua en una planta municipal. Calcular el consumo diario de silicofluoruro de sodio en Kg. Na2SiF6 = 98%
1,2 mg/L F x 500.000 L = 600.000 mg F x (1g/ 1000 mg) x (1Kg / 1000 g) = 0,6 Kg F 0,6 Kg F x (188 Kg Na2SiF6 / 19 Kg F ) = 5,9 Kg de Na2SiF6 100% x
(5,9 Kg de Na2SiF6 / 98% ) = 6,02 Kg de Na2SiF6
3. 3c - La cantidad de sustancia del boro atómico que se contiene en
40.4 g de
tetraborato de sodio Na 2B4O7.
R/
Peso molecular (PM) del boro= 43,24 ; PM de NaB4O7 = 178,24 g/mol 40,4 g NaB4O7 x ( 43,24 g B / 178 g NaB4O7 ) = 9,8 g B x ( 1mol B / 10,81 g B) = 0,906 mol de B 4f - En el laboratorio se pesan 3.1600 g de AgNO 3 sólido en la balanza analítica para preparar 200 ml de solución acuosa. Determinar la normalidad y la molaridad de la solución obtenida
3,16 g AgNO3---------200 mL de sln N = ? y M = ? 3,16 g AgNO3- x (1 mol AgNO3-/169,67 g AgNO3-) = 0,0186 moles de AgNO3 M = moles (n) / L sln
M = 0,0186 moles AgNO3 / 0,2 mL = 0,093
COMO LA NORMALIDAD = MOLARIDAD x Z, PERO COMO Z = 1, ENTONCES M=N
4s- En un acueducto se dosifican, en forma continua, 2.2 k de NaF por cada 1000 m3 de agua tratada. Calcular la dosis de flúor y de sodio agregada en mg/L.
2,2 Kg NaF x (1000g / 1 Kg) x ( 1000 mg / 1 g) = 2.2 x 106 mg NaF 1000 m3 = 1 X 106 L NaF
2.2 x 10 6 mg NaF / 1 X 10 6 L = 2.2 mg / L NaF DOSIS DE
2200 g NaF X (23 g Na / 42 g NaF) = 1204,8 g Na x (1000 mg / 1 g) = 1,2048 x 10 6 mg Na 1,2 x 106 mg Na / 1 X 10 6 L = 1,2048 mg Na/ L 2200 g NaF x (19 g F / 42 g NaF) = 995,23 g F x (1000 mg / 1 g) = 9,95x 105 mg F 9.95x 105 mg F / 1 X 106 L = 0,995 mg F/ L
4o-i- Cuál es la normalidad de: i.
22 g de Sr(OH) 2 en 800 ml de solución
PM Sr = 87,62 g / mol ; PM Sr(OH)2 = 121,62 g / mol
22 g de Sr(OH) 2 x (1 mol / 121,62 g Sr(OH) 2 ) = 0,181 moles de Sr(OH) 2
N = Eq-g sto/ L sln = (Z x N)/ L Z= # DE OH- PRESENTES
N = (2 x 0,181 moles de Sr(OH)2) / 0,8 L = 0,452 N
4. 20- ¿Cuántos moles de ácido hipocloroso se deben utilizar para preparar 1 litro de solución con pH de 2.60? Ka = 3x108 pH= -log [H+] entonces, 10-2,6= [H+]= 2,51x10-3M M= moles(n)/ litros(L), entonces, n= 2,51x10-3 En el equilibrio
HClO
X-2,51x10-3
↔
H+
2,51x10-3
+
ClO-
2,51x10-3
Ka = [H+].[ ClO-]/[ HClO ] = [H+].[ ClO-]/ X-2,51x10-3 ENTONCES, como la [H +] = [ ClO -] en el equilibrio, tenemos X = ([H+]2/Ka) + 2,51x10 -3 = (2,51x10-3M)2 / 3x108 = 6,31 x 10-6/3x108 = 210,3 M
Como el volumen es 1 litro entonces la molaridad es igual a las moles 210,3 moles de HClO son las necesarias para preparar 1 litro de solución con un pH=2,6
5. 44- El residuo de una placa metálica contiene 20 mg/l de Cu +2.Se desea añadir Ca(OH)2 para precipitar la mayor parte del cobre, dejando 0.5 mg/L.¿A qué concentración en moles/L se debe elevar el hidróxido con este fin? Ca(OH)2 + Cu+2 Cu (OH)2 + Ca+2 Como se puede observar la reacción es 1 – 1, es decir por cada molécula de Ca(OH)2 se producirá 1 molécula de Cu (OH-)2 , ENTONCES PARA PRECIPITAR 15 mg /L de Cu+2 se necesitan: PM DE Ca (OH)2 = 74 g/mol PM DE Cu2+ = 63,5 g/mol 15 mg /L x (1 g/ 1000mg) = 0,015 g /L Cu 2+ 0,0 15 g /L Cu+2 x (74 g Ca (OH)2 / 63,5 g Cu 2+ ) = 0,017 g/L de Ca (OH)2
0,017 g /L Ca (OH)2 x (OH)2
(1mol/ 74 g
Ca (OH)2) = 2,32 x 10
-4
mol/ L de Ca
47- Se desea fluorizar un deposito para suministro de agua adicionando suficiente fluoruro de sodio para aumentar su concentración a 1 mg/l.¿Esta concentración de fluoruro será soluble en un depósito de agua que contiene 200 mg/l de calcio? Realizar los cálculos necesarios para argumentar su respuesta. PM Ca = 41 g/mol; PM F= 19g/ L: PM CaF= 42g/ mol 2 NaF + Ca+2
CaF2 + 2 Na
+
0,2g de Ca 2+ x (84g NaF/41g Ca 2+ ) = 0,409 g de NaF x (1000mg/1g) = 409,75 mg NaF
-
409,75 mg de NaF se necesitan para precipitar 200mg Ca +2 y luego así poder fluorizar el agua, ahora bien, si este método resulta muy costoso y complicado, entonces, se podría averiguar sobre otra técnica más factible para realizar dicha fluoración. Si se realiza esta técnica, luego de haber adicionado los 409,75 mg de NaF se necesita adicionar 1mg/ L de NaF ya que la reacción es 1 -1
68- A una solución 0,1 M en Ca2+ y 0,1 M en Ba2+ se añade lentamente sulfato de sodio (electrólito fuerte). Determinar: a. Cuál catión precipitará primero b. Hallar la concentración de SO 42− cuando aparece el primer precipitado. c. Hallar las concentraciones de Ca 2+ y Ba2+ cuando comienza a aparecer el segundo precipitado
El sulfato de sodio es una sal soluble, luego a medida que llegue a la disolución se disolverá y se disociará completamente: Na2SO4(s) → 2 Na+(aq) + SO 4=(aq) Kps = [ Na+]. [SO4=] El CaSO4(s) comenzará a precipitar cuando: 2,4·10 −5 = 0,1·[SO4=] ⇒[SO4=] = 2,4·10−4 M El BaSO4(s) comenzará a precipitar cuando: 1,1·10 −10= 0,1·[SO 4=] ⇒[SO4=] = 1,1·10−9 M Es evidente que precipitará primero el BaSO 4(s), pues precisa de una menor concentración de anión sulfato, esta concentración es: [SO 4=] = 1,1·10 −9 M, es decir que para que el sulfato de bario precipite de primero, va a requerir menores concentraciones de sulfato que el que reaccione de segundo. Para que empiece a precipitar el CaSO 4(s): [SO4=] = 2,4·10-4 M, y [Ca2+] = 0,1 M.
Como la disolución sigue estando saturada en BaSO 4, tenemos ahora una disolución en la que hay dos equilibrios de solubilidad simultáneos. Por tanto deberá seguir cumpliéndose: 1,1·10−10 = [Ba2+] [SO4=] = [Ba2+]·2,4·10−4 ⇒ [Ba2+]·= 4,58·10 −7 M
