FACULTAD DE FARMACIA PROBLEMAS QUIMICA INORGANICA
CURSO 2007-08
I II. III. IV. V. VI.
Fórmu Fórmulas las Químic Químicas. as. Estequ Estequiom iometr etría ía Disoluciones. Unidades de concentración Gases. Equilibrio gaseoso Equilibrios Equilibrios ácido-base ácido-base Equili Equilibri brios os de solubi solubilid lidad ad Ecuaciones redox: igualación. Oxidación - reducción: reducción: pilas voltaicas. Diagramas Diagramas de Frost
I.
Fórmu Fórmulas las Qu Quími ímicas cas.. Esteq Estequio uiomet metría ría
1. Al analizar cromato potásico se encuentra que contiene 40,25% de potasio (PA = 39,0), 26,79% de cromo (PA = 50,0) y 32,95% de oxígeno (PA = 16,0) Averiguar la fórmula empírica del compuesto. Rta:: K 2CrO4 Rta
2.
La urea, CO(NH2)2, se utiliza como fertilizante y se obtiene mediante la reacción: 2NH3 + CO2 CO(NH2)2 + H2O La mezcla habitualmente empleada para iniciar la reacción presente una proporción molar NH3:CO2 = (3:1). Si se obtienen 47,7 g de urea por mol de CO2 que reacciona, ¿cuáles son: (a) el rendimiento teórico (b) el rendimiento real (c) el rendimiento porcentual de esta reacción? Pesos atómicos: atómicos: N = 14; H = 1,0; C = 12; O = 16. Rta:: (a) 60 g de urea; (b) 47,7 g; (c) 79,5% Rta
3. Hallar la cantidad en peso de nitrato de cobalto(II) cristalizado con 6 moléculas de agua que debe añadirse a 600 g de agua para formar una disolución al 5,00% en sal anhidra. Pesos atómicos: N = 14,0; Co = 58,94; H = 1,00, O = 16.0). Rta:: 51,82 g Rta
4. Una muestra de yoduro potásico (PM = 166) y cloruro potásico (PM = 74,6) que pesa 5,00 g se disuelve en agua hasta hacer una disolución de 0,500 L. Calcular la cantidad de cada uno de los compuestos iniciales si 50,0 mL de la disolución anterior han necesitado 52,3 mL de AgNO3 (PM = 169,9) 0,100 M para su completa precipitación. Rta:: 3,00 g de KCl; 2,00 g de KI Rta
5. Se calienta con hidrógeno una muestra de 1,000 g mezcla de SnO y SnO2. El estaño formado pesa 0,850 g. Calcular el porcentaje de SnO en la mezcla. Pesos atómicos: Sn = 118,7; O = 16,0. Rta:: % SnO = 66,6% Rta
6. Un compuesto orgánico que contiene C, H, O y S se sometió a dos procedimientos analíticos. Primero se quemó una muestra de 9,33 mg y se obtuvieron 19,50 mg de CO2 y 3,99 mg de H2O. A continuación, una muestra de 11,05 mg se fundió con Na2O2 y el sulfato sódico obtenido se precipitó con ión Ba2+ para dar BaSO4 del que se obtuvieron, tras ser lavado y secado, 20,4 mg. La cantidad de oxígeno de la muestra se obtiene por diferencia. Determinar la fórmula empírica de este compuesto. Pesos atómicos: H = 1; C = 12; O = 16; S = 32; Ba = 137,3 Rta: C6H6SO
7. ¿Qué volumen de HCl al 28% en peso (d = 1,14 g/mL) se necesita para reaccionar completamente con 1,87 g de Al según la reacción: 2Al(s) + 6HCl(aq) 2AlCl3(aq) + 3H2(g)?. Pesos atómicos: Al = 26,98; H = 1,00; Cl = 35,45. Rta: 23,75 mL
II.
Disoluciones. Unidades de concentración
8. Determinar el número de gramos de soluto en 0,200 litros de cada una de las siguientes disoluciones: a) b) c)
HCl (PM = 36,5) 0,514 M Ca(OH)2 (PM = 74) 0,010 N H2SO4 (PM = 98) 0,300 N
d) e)
MgSO4.7H2O (PM = 246,5) 3,00 M H3PO4 (PM = 98,0) 2,25 N
Rta: a) 3,75 g; b) 0,074 g; c) 2,94 g; d) 148 g; e) 14,7 g
9. ¿Qué volumen de HCl 40% (PM = 36,5) (d = 1,20 g.cm-3) se requieren para preparar las siguientes disoluciones?: a) 0.100 l de disolución 2,5 M b) 0,100 Kg de disolución 2,50 molal c) 0,100 Kg de disolucion al 20 % Rta: a) 19,0 mL; b) 17,4 mL; c) 5,21 mL
10. ¿Cuáles son la normalidad y la molaridad de una disolución que contiene 12,25 g de H2SO4 (PM = 98,00) en 1,000 litro de disolución?. Rta: M = 0,125; N = 0,250
11. ¿Cuál es la fracción molar de NaCl (PM = 58,5) en una disolución que contiene 1,00 mol de soluto en 1,00 kg de H2O (PM = 18,0) Rta:
χ
NaCl = 0,0177
12. La densidad de una disolución acuosa de ZnSO4 (PM= 161,4) 1,245 M es 1,193 g.cm-3 a 15°C. a) ¿cuál es el porcentaje de ZnSO4 en disolución? b¿cuál es la fracción molar de ZnSO4?. Rta: a) 16,84%; b)
χ
ZnSO4 = 0,221
13. Se disuelven en 35,0 g de agua, 5,00 g de H2SO4 (PM = 98,0). La densidad de la disolución es . 1,06 g mL-1. Hallar la concentración en: a) % en peso; b) g.L-1; c) molaridad; d) normalidad; e) molalidad. Rta: a) 12,5%; b) 132,5 g·L -1; c) 1,35 M; d) 2,70 N; e) 1,45 m
14. Un trozo de alambre de hierro (PA = 55,85) que pesa 0,1568 g se convierte en Fe2+(aq) que necesita para su valoración en medio ácido 26,24 mL de una disolución de KMnO 4(aq). ¿Cuál es la molaridad y la normalidad (en medio ácido) de ese permanganato? Rta: M = 0,0214; N = 0,107
15. Hallar la cantidad de KMnO4 (PM = 158,0) que se necesita para preparar 2,00 L de disolución 0,100 N al actuar como oxidante en medio ácido. Idem en medio básico. Rta: 6,32 g; 10,5 g
16.
Determinar la densidad de una disolución de HBr (PM = 80,9) que es 2,86 molar y 3,09 molal.
Rta: d = 1,1565 g·mL -1
17. (a) ¿Qué volumen de disolución de K 2CrO4 0,250 M debemos tomar para que, al diluir, se obtengan 250 mL de K 2CrO4 0,0100 M? (b) ¿Y para preparar 250 mL de K 2CrO4 0,0100 N como oxidante en medio ácido? Rta: (a) 10,0 mL; (b) 3,33 mL
18. La concentración de una disolución de peróxido de hidrógeno viene expresada en la forma “agua oxigenada de 10 volúmenes”, lo que significa que el volumen de oxígeno en CN que se forma en la descomposición del H2O2 contenido en un volumen cualquiera de la disolución es 10 veces el volumen de éste. Calcular la concentración del agua oxigenada en moles/L, en equivalentes/L y en g/100mL. La reacción de descomposición del agua oxigenada es 2H2O2 2H2O + O2. Pesos moleculares: H2O2 = 34; H2O = 18; O2 = 32. Rta: (a) 0,894 M; (b) 1,79 N; (c) 3,04 g H 2O2 /100 mL
III. Gases. Equilibrio gaseoso 19. La densidad de un gas a 25ºC y 1,25 atm. es 1,436 g.L-1. ¿Cuál será su densidad en CN? Rta: 1,25 g·L-1
20. En la reacción 2Ag2O(s) 4Ag(s) + O2(g) se recogieron 81,2 mL de O 2(g) sobre agua a 23ºC (pvH2O a 23ºC = 21,0 mmHg) y una presión de 751 mmHg. ¿Cuál será la masa en gramos de Ag2O (PM = 231,7) descompuesta? Rta: 1,49 g
21. Un globo lleno de H 2(g) en CN (1 atm y 0ºC) tiene un volumen de 2,24 L. Se añaden al globo 0,100 moles de He(g) y se aumenta la temperatura hasta 100ºC manteniendo constantes la presión y la cantidad de gas, ¿cuál será el volumen final de gas? Rta: 6,11 L
22. Se llevan a un eudiómetro (recipiente donde reaccionan gases), 50,0 cm3 de una mezcla de hidrógeno, metano y acetileno y, después, 75,0 cm3 de oxígeno. Después de la combustión, queda un volumen gaseoso de 44,0 cm3 que, tras hacerlo pasar a través de una disolución de potasa cáustica, se reduce a 16,0 cm3 que son de oxígeno. Hallar la composición de esta mezcla gaseosa. (Suponer que el agua formada, ha condensado). Rta: 60% H2; 24% CH 4; 16% C2H2
23. La constante k c de la reacción SO2(g) + ½O2(g) SO3(g) es 25 a 600°C. Predecir la dirección en que irá la reacción para alcanzar el equilibrio de los siguientes sistemas que se han llevado a 600°C en un recipiente de 5 litros: (a) 2,00 moles de SO2 y 2,00 moles de SO3 (b) 1,00 mol de SO2, 0,50 moles de O2 y 1,00 mol de SO3 (c) una mezcla en la que el número de moles de O2 sea 0,010 y el número de moles de SO3 sea doble que el número de moles de SO2. Rta: (a)
←
; (b)
→
; (c)
←
24. Se añade plata sólida a una disolución con las siguientes concentraciones iniciales: [Ag+] = 0,200 M, [Fe2+] = 0,100 M y [Fe3+] = 0,300 M. Tiene lugar la siguiente reacción reversible: Ag+(aq) + Fe2+
Ag(s) + Fe3+(aq)
kc = 2,98
¿Cuáles serán las concentraciones finales de los iones cuando se establezca el equilibrio? Rta: [Ag+] = 0,308 M; [Fe 2+] = 0,208 M; [Fe 3+] = 0,192 M
3
25. Una muestra de aleación Al-Zn que pesa 0,100 g desprende 100 cm de hidrógeno (a 25°C y 1 atm.) cuando se hace reaccionar con HCl. Calcular el porcentaje de aluminio en la muestra sabiendo que 1 mol Al 3/2 mol H2 y 1 mol Zn 1 mol H2. Pesos atómicos: Al = 27,0; Zn = 65,3. Rta: 65% Al; 35% Zn
26. Se introducen en un matraz de 2 litros, a 0°C, 2,5 moles de COBr2 y se calienta el matraz y su contenido a 73°C. En el equilibrio k c vale 0,190. Calcular: (a) ¿cuál es la concentración de cada especie en el equilibrio?. (b) ¿cuál es el porcentaje de disociación? La reacción que tiene lugar es: COBr2(g) CO(g) + Br2(g) Rta: (a) [COBr2] = 1,08 M; [CO] = 1,17 m; [Br 2] = 0,17 M
27. Si se añaden 2 moles de monóxido de carbono al sistema en equilibrio del problema anterior, ¿cuál será la concentración de cada especie cuando se restablezca el equilibrio?. Rta: (a) [COBr2] = 0,85 M; [CO] = [Br 2] = 0,40 M, (b) 32%
28. Se establece el equilibrio N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) a 650K. Se observa que al introducir una mezcla estequiométrica de 3,83 moles de N2 y 11,49 moles de H2 en un matraz de 1 litro y calentar a 650 K, se alcanza el equilibrio cuando la reacción se completa en un 74%. Calcular: (a) la concentración en el equilibrio de todas las especies. (b) la constante de equilibrio k c?
(c) la constante de equilibrio k p?. (d) ¿cuántos moles de NH3 hay que añadir a este equilibrio para lograr que la concentración de H2(g) en un nuevo equilibrio sea 3,50 M ? Rta: (a) [N2] = 1,00 M; [H 2] = 2,99 M; [NH 3] = 5,67 M, (b) k c = 1,20; (c) k p = 0,000424; (d) 2,43 moles
29. Se deja que una muestra de 0,0240 moles de N2O4(g) alcance el equilibrio con NO2(g) en un matraz de 0,372 L a 25ºC. Calcular la cantidad de N2O4(g) presente en el equilibrio: N2O4(g) 2NO2(g) kc a 25ºC = 0,00461 Rta: 0,021 moles/0,372 L
30. Un reactor contiene oxígeno molecular, O 2, a una temperatura dada y 770 mm Hg. Se hace pasar a través del mismo una radiación UV de 240 nm con lo que se produce ozono,O3. Si, después del paso de la radiación, la presión resulta ser 730 mm Hg, ¿cuál es el % en volumen (a) y en peso (b) del ozono formado? Rta: (a) [O2] = 89%(v/v); [O 3] = 11% (v/v); (b) [O 2] = 84,4%(w/w); [O 3] = 15,6% (w/w)
IV. 31.
Equilibrios ácido-base Calcular el pH de una disolución de ácido clorhídrico 0,02 M.
Rta: pH = 1,70
32. El Ca(OH)2 ), cal apagada, (PM = 74,1) es la base más barata y se emplea en las operaciones industriales que no necesitan concentraciones altas de OH -. El Ca(OH)2(s) es poco soluble en agua, sólo 0,16 g/100 mL a 25ºC. ¿Cuál será el pH de una disolución saturada de Ca(OH)2(aq) a 25ºC? Rta: pH = 12,64
33. Calcular el grado de disociación del ácido acético a las concentraciones 0,010 M, 0,0010 M y 0,00010 M. k a = 1,80.10-5. Rta: 4,24%; 13,42%; 34,4%
34.
Calcular el pH de una disolución de metil amina CH3.NH2(aq) 0,00250 M. k b = 4,2.10-4.
Rta: 10,93
35. Calcular las concentraciones de (a) [H+], (b) [H2PO4-], (c) [HPO42-] y (d) [PO43-] en una disolución de H3PO4 3,0 M. k 1 = 7,1.10-3; k 2 = 6,3.10-8; k 3 = 4,2.10-13
Rta: (a) [H+] = 0,146 M; (b) [H 2PO4-] = 0,146 M; (c) [HPO 42-] = 6,3x10 -8 M, (d) [PO43-] = 1,89x10 -19 M
36. Determinar el pH y el grado disociación de una solución 0,010 M de NaAc. k a del HAc = . -5 1,8 10 Rta: pH = 8,37; 0,24%
37.
¿Cuál es el pH de una disolución que se forma mezclando 1,0 litro de NH 3 0,50 M y 1,0 litro de HCl 0,10 M?. k NH = 1,85.10-5 b
Rta: pH = 9,87
3
38. ¿Cuál es el pH de una disolución que se preparó mezclando 1,0 litro de ácido acético 0,40 M -5 y 1,0 litro de hidróxido sódico 0,020 M?. k a HAc = 1,71.10 Rta: pH = 3,46
39. Se desea preparar una disolución de ácido sulfúrico de pH exacto e igual a 1,00 unidades. Si suponemos que la primera ionización es total y que la segunda tiene un valor de la constante k 2 = 1,26.10-2, ¿qué molaridad deberá tener el ácido sulfúrico?. Rta: 0,0899 M
40. ¿Qué masa en gramos de NaAc (NaCH3COO, PM = 82,0) debe disolverse en 0,300 L de HAc 0,25 M para obtener una disolución de pH = 5,09. Suponer que no hay cambios de volumen al disolver la sal. k a HAc = 1,8.10-5 Rta: 13,7 g
41. Calcular los gramos de NaOH (PM = 40) que hay que añadir a 350 g de agua pura para obtener una disolución de pH = 10. Suponer que no hay cambio de volumen. Rta: 1,4·10-3 g
42. Se tiene una disolución de H-COOH 0,200 M disociada un 3,20%. Hallar la k c del HAc y el grado de disociación de una disolución 0,050 M del mismo ácido. Rta: k a = 2,1·10-4; 6,5%
43. Cuáles serán las concentraciones de las especies H+, SO42-, HSO4- en una disolución de ácido sulfúrico 0,15 M. k 1 del ácido sulfúrico >>>1; k 2 del ácido sulfúrico = 1,26.10-2 Rta: [SO42-] = 0,0109; [HSO 4-] = 0,139; [H+] = 0,161
44. Calcular el pH de una disolución acuosa de cloruro de amonio 0,100 M. k b del NH4OH = 1,8.10-5. Rta: 5,13
45. Se valora una disolución acuosa de ácido acético con hidróxido de sodio. a) calcular la concentración del ácido sabiendo que 25 mL han necesitado 20 mL de hidróxido 0,10 M para alcanzar el punto de equilibrio b) calcular el pH de la disolución resultante en ese momento k a HAc = 1,85.10-5 Rta: a) 0,08 M; b) 8,70
46. A 250 mL de de una disolución 0,10 M de amoníaco se le adicionan 6,69 g de cloruro amónico (PM = 53,5). Sabiendo que k b del NH4OH = 1,8.10-5 y que no hay cambios de volumen, calcular el pH de la disolución. Rta: 8,56
V.
Equilibrios de solubilidad
47. La solubilidad en disolución acuosa del CaSO4 (PM = 136), a 25ºC, es 0,20 g CaSO4 /100 mL. ¿Cuál es el valor del k Ps del CaSO4 a 25ºC? Rta: 2,16x10 -4
48.
El k Ps del CaF2 (PM = 78,1), a 25ºC, es 4,0.10-11. ¿Cuál es su solubilidad en moles/L y en g/L?
Rta: 2,2x10-4 M; 0,017 g·L -1
49. ¿Precipitará Mg(OH)2(s) en una disolución que es 0,010 M en MgCl2 y, además, 0,10 M en NH3? K Ps Mg(OH)2 = 1,8.10-11; k b NH4OH = 1,8.10-5 Rta: sí
50. Se tiene una disolución que es 0,10 M en iones Cl- y 0,010 M en iones CrO42-. Si se añade ión Ag+: (a) ¿qué precipitado se forma primero?. (b) ¿cuál es la concentración del primer ión cuando empieza a precipitar el segundo?. (c) ¿por qué sirve el ión CrO42- como indicador para la valoración del Cl- con Ag+?. (d) ¿qué porcentaje de la sal de plata que precipita primero queda sin precipitar cuando empieza a precipitar la segunda?. k Ps AgCl = 1,6.10-10
k Ps Ag2CrO4 = 1,0.10-12
Rta: (a) AgCl; (b) [Cl -] = 1,6x10 -5 M; (c) el AgCrO 4 es rojo, (d) 0,016%
Calcular la concentración de CO 32-, Sr2+ y Ca2+ en una disolución acuosa saturada de SrCO3 y CaCO3 si sus productos de solubilidad son, respectivamente, 1,0.10-9 y 4,8.10-9. 51.
Rta: [Sr2+] = 1,31·10-5; [Ca2+] = 6,29·10 -5; [CO32-] = 7,60·10 -5
52. Se agita una mezcla de PbSO4(s) y PbS2O3(s) con agua pura hasta que se forma una disolución saturada. Los dos sólidos se encuentran en exceso. ¿Cuál será el valor de [Pb2+] en la disolución saturada? K Ps PbSO4 = 1,6.10-8; K Ps PbS2O3 = 4,0.10-7 Rta: [SO42-] = 2,48·10-5; [S2O32-] = 6,2·10-4; [Pb2+] = 6,45·10 -4
53. La solubilidad del yoduro de plomo(II) (PM = 461) en agua, a 25ºC, es 0,70 g/L. (a) calcular el producto de solubilidad del yoduro de plomo a esa temperatura; (b) calcular la solubilidad del PbI2, a esa temperatura, en una disolución acuosa de yoduro de potasio 0,500 M. Rta: a) 1,40·10 -8; b) 5,6·10-8
54. Determinar el porcentaje de ión Br- en una mezcla impura, si una muestra que pesa 0,582 g, tras ser disuelta en 15 ml de agua, emplea 32,0 ml de AgNO3 0,154 M en su valoración. Peso atómico Br = 79,9. Rta: 67,65%
55. Cuando se disuelven 0,0039 g de carbonato de plata (PM = 275,8) en 200 mL de agua (se supone que no hay cambio de volumen), se obtiene una disolución saturada. Calcular el producto de solubilidad del carbonato de plata. Rta: 1,41·10-12
VI. Ecuaciones redox: igualación. Oxidación - reducción: pilas voltaicas; cubas electrolíticas. Diagramas de Frost Igualar por inspección: 56.
KNO3
KNO2
+
O2
+
H2
Rta: 2, 2, 1
57.
Al
+
HCl
AlCl3
CO
Fe3O4
+
CO2
HBr
MgBr2
+
H2O
H2O
KOH
+
H2
Ca(NO3)2 + NH3 + H2O
Rta: 2, 6, 2, 3
58.
Fe2O3
+
Rta: 3, 1, 2, 1
59.
MgO
+
Rta: 1, 1, 1, 1
60.
K
+
Rta: 2, 2, 2, 1
61.
NH4NO3
+
Ca(OH)2
Rta: 2, 1, 1, 2, 2
62.
CdS
+
As3+
H2O
H3PO3
H2SO4
Na2SO4 +
H2SO4
Al2(SO4)3 + H2O
H3PO4
Ba3(PO4)2 + HBr
O2
SO2
As2S3
+
Cd2+
+
HBr
Rta: 3, 2, 1, 3
63.
PBr3
+
Rta: 1, 3, 1, 3
64.
NaMnO4
+
Mn2O7 + H2O
Rta: 2, 1, 1, 1, 1
65.
Al(OH)3
+
Rta: 2, 3, 1, 6
66.
BaBr2
+
Rta: 3, 2, 1, 6
67.
FeS2
+
Rta: 4, 11, 8, 2
+
Fe2O3
Igualar por el método del cambio del número de oxidación ó por el método del ión-electrón, las siguientes reacciones: 68. HCl + K 2Cr2O7
CrCl3
+ KCl + Cl2 + H2O
Rta: 6, 1, 3, 2, 2, 7
69. Test de alcoholemia: C2H5OH + K 2Cr2O7 + H2SO4
CH3COOH + Cr2(SO4)3 + K 2SO4 + H2O
rojo
verde
Rta: 3, 2, 8, 3, 2, 2, 11
70. P4
+ KOH + H2O
KH2PO4
+
PH3
MnO2
+
AsO43- + OH-
NaIO4 + Na2CrO4 + NaCl + H2O
K 3 AsO4 + K 2SO4 + K 2MnO4 + NO + CO2
Rta: 2, 3, 9, 3, 5
71. MnO4- + AsO33- + H2O Rta: 2, 3, 1, 2, 3, 2
72. CrI3 + Cl2 + NaOH Rta: 2, 27, 64, 6, 2, 54, 32
73. As2S3 + Mn(NO3)2+ K 2CO3 Rta: 1, 14, 20, 2, 3, 14, 28, 20
En todos los problemas que siguen, emplee los potenciales normales de reducción de los libros de texto y los pesos atómicos de los elementos, cuando los necesite. 74. ¿Desplazará el Al metal a los iones Cu2+ de sus disoluciones acuosas?, es decir, ¿tendrá lugar la reacción: 2Al(s) + 3Cu2+(1 M) 3Cu(s) + 2Al3+(1 M). Potenciales normales de reducción: Al3+ /Al = 1,68 v; Cu2+ /Cu = +0,34 v. Rta: sí
75. El cadmio se encuentra acompañando, en pequeñas cantidades al cinc. El cinc, en trazas, es un elemento esencial pero el cadmio es un veneno para el medio ambiente. Dado que el potencial normal de la pila: Cd(s) / Cd2+(1 M) // Cu2+ (1 M) / Cu(s) es +0,74 voltios y que el potencial normal del cobre es +0,34 voltios, determinar el potencial normal de cadmio Rta: EºCd2+/Cd = -0,40 v
76. ¿Cuál será el valor de la constante de equilibrio de la reacción: Cu(s) + 2Fe3+(aq) Cu2+(aq) + 2Fe2+(aq). Potenciales normales de reducción: Cu2+ /Cu = +0,34 v; Fe3+ /Fe2+ = +0,77 v. Rta: 3,8x1014
77. ¿Cuál será el valor del potencial de la pila: Pt / Fe2+(0,10 M), Fe3+(0,20 M) // Ag+(1 M) / Ag(s)? Potenciales normales de reducción: Fe3+ /Fe = +0,77 v; Ag+ /Ag = +0,80 v. Rta: 0,0122 v
78.
Se forma una pila con un electrodo de cinc introducido en una disolución de ZnSO 4 0,10 M y un electrodo de platino introducido en una disolución ácida con un pH = 3, de iones MnO4- y Mn2+ en la proporción MnO4- /Mn2+ = 100/1. Calcular el voltaje de la pila. Potenciales normales de reducción: 2+ MnO4 /Mn = +1,52 v; Zn2+ /Zn = -0,76 v.
Rta: +2,05 v
79. ¿Cuál es el potencial de una pila constituida por un electrodo de plata en una disolución de AgNO3 0,20 M, y un electrodo de cadmio en una disolución de Cd(NO 3)2 2,0 M? Potenciales normales de reducción Ag+ /Ag = +0,80 v.; Cd2+ /Cd = -0,40 v. Rta: +1,15 v
80. Una pila voltaica está constituida por dos semipilas. Una de ellas consiste en un electrodo de Zn introducido en una disolución 1 M de Zn(SO4)2. La otra se hizo introduciendo un electrodo de Pb en una disolución de iones cloruro ([Cl -] = 1 M) y saturándola con cloruro de plomo(II). El voltaje de la pila en estas condiciones fue 0,49 v. Hallar el K PS de cloruro de plomo(II) sabiendo que el electrodo de cinc constituye el ánodo. Potenciales normales de reducción: Zn2+ /Zn = -0,76 v; Pb2+ /Pb = -0,13 v. Rta: +1,8x10-5
81. Se electroliza una disolución 1,00 M en iones Ni 2+ y en iones Cu2+. Calcular la concentración de los iones Cu2+ en el momento en que empiece a depositarse el ión Ni2+. Potenciales normales de reducción: Cu2+ /Cu = +0,34 v; Ni2+ /Ni = -0,25 v. Rta: [Cu2+] = 10-20
82. Calcular el voltaje de la reacción entre el permanganato potásico y el ácido clorhídrico en 2+ medio ácido. Hallar la constante de la reacción. Eo MnO4 /Mn = +1,52 v; Eo Cl2 /Cl- = +1,36 v Rta: k = 1,3x10 27
83 Calcular la f.e.m. de la pila Daniell Zn/Zn2+ //Cu2+ /Cu, formada por dos electrodos de Zn y Cu introducidos en las disoluciones de sus sulfatos, si la concentración del sulfato de cinc es 0,0039M y la del sulfato de cobre es 0,038M. Los potenciales normales de Zn y Cu son, respectivamente, -0,76 y +0,34 voltios. Rta: 1,129 v
84. Calcular la constante de equilibrio correspondiente a la reacción Sn(s) + Pb2+ ⇔ Sn2+ + Pb(s) a partir de los potenciales normales. (Cuando la reacción global que tiene lugar en una pila galvánica alcanza el equilibrio, los dos electrodos adquieren el mismo voltaje pues la f.e.m. de la pila es cero). Potenciales normales de reducción: Sn2+ /Sn = -0,14 v; Pb2+ /Pb = -0,126 v Rta: 2,98
85.
Escribir y calcular la constante de equilibrio, a 25ºC, de la reacción: H2O2 + NO3-(ac) + H+(ac) O2(g) + NO(g) + H2O
Potenciales normales de reducción: NO3 /NO = +0,96 v; O2 /H2O2 = +0,68 v.
Rta: 3x1028
86. ¿Qué masa de cobre (PA = 63,5) se depositaría por electrólisis si se hace pasar una corriente de 1,62 amperios durante 1 hora? Rta: 1,92 g
87. Dados los potenciales de reducción normales, en voltios, para las siguientes reacciones del uranio: Eo(v) b) EO
nE (v)
0 3 4 5 6
0 -5,4 -6,01 -5,39 -5,34
(1)
UO22+
+ e
UO2+
(2)
UO22+ + 4H+ + 2e
U4+ + 2H2O
+0,33
(3)
U4+ +
e
U3+
-0,61
c) x = 0,62 v; y = -0,89 v
(4)
U3+ +
3e
U
-1,80
d) 6,8x109
+0,04
(a) (b) (c)
dibujar el diagrama de Latimer dibujar el diagrama de Frost-Ebsworth indicando en cada caso el valor de la ordenada calcular el potencial de los pares: x: UO2+, H+ / U4+, H2O y: UO22+, H+ / U, H2O
(d)
calcular la constante de equilibrio de la reacción 2UO2+ + 4H+
88.
nE (v)
0 3 4 5 6
0 -5,7 -5,54 -4,8 -3,66
NpO22+ + e
(2)
NpO2+ + 4H+ + e
(3)
Np4+ +
(4)
Np3+ +
(d)
UO22+ + U4+ + 2H2O
A continuación se dan, en voltios, cuatro potenciales redox del neptunio: Eo(v) b) EO
(1)
(a) (b) (c)
NpO2+
+1,14
Np4+ + 2H2O
+0,74
e
Np3+
+0,16
3e
Np
-1,90
c) x=0,94 v; y=-1,385 v; z=-0,61; w=0,45 v d) 1,47x10 -10
construir el diagrama de Latimer representar el diagrama de Frost-Ebsworth indicando la ordenada en cada caso calcular el potencial de los pares: x: NpO2+,H+ / Np4+, H2O y:
Np4+ / Np
z:
NpO22+,H+ / Np, H2O
w:
NpO2+,H+ / Np3+, H2O
calcular la constante de equilibrio de la reacción: 2Np 4+ + 2H2O
NpO2+ + Np3+ + 4H+
89. (1)
Dados los potenciales de reducción, en voltios, para las especies de yodo: Eo(v) c) EO I2 / I-
+0,54 +
(2)
HIO, H / I2, H2O
+1,45
(3)
IO3-, H+ / I2, H2O
+1,19
(4)
H5IO6, H+ / IO3-, H2O
+1,70
nE (v)
-I 0 1 5 7
-0,54 0 +1,45 5,95 9,35
d) El cero y el V e) x=1,125v; y=-1,24 v;
(a) escribir las semirreacciones correspondientes f 9 6x10 38 (b) representar el diagrama de Latimer (c) representar el diagrama de Frost-Ebsworth para las cinco especies de yodo indicando la ordenada en cada caso (d) ¿Hay algún EO claramente estable a la desproporción? (e) calcular el potencial de los pares: x: IO3-,H+ / HIO, H2O y: H5IO6, H+ / I-, H2O 3IO3- + 4H2O + 3H+
(f)
calcular la constante de equilibrio de la reacción: 2H5IO6 + HIO
90.
Dados los potenciales normales de reducción para el selenio en medio básico: Eo(v)
(1)
SeO42- / Se
(2)
2SeO / 3Se
(3)
Se / Se2-
(a) (b) (c) (d)
(e)
-0,23 -0,36 -0,67
escribir las semirreacciones correspondientes representar el diagrama de Latimer representar el diagrama de Frost-Ebsworth indicando la ordenada en cada caso calcular el potencial de los pares: x: SeO42- / SeO32c) EO -2 y: SeO32- / Se calcular la constante de equilibrio de las reacciones: 3SeO42- + Se2- 3SeO32SeO42- + Se2- + 4H2O SeO32- + Se + 2OH-
0 4 6
nE (v) +1,34 0 -1,44 -1,38
d) x=+0,03 v; y=-0,46 v; e) 5,3x1023
91. Dados los potenciales de reducción normales para las especies de americio: Eo(v) AmO22+ + e AmO2+
+
4H+ +
Am3+
+
3e-
AmO2+
+
4H+ +
a) b) c) d)
e-
AmO2+
+1.64
Am4+ + 2H2O
+1.26
3e-
Am
c)
-2.32
Am3+ + 2H2O
+1.69
EO
nE (v)
0 3 4 5 6
0 -6,96 -4,79 -3,53 -1,89
dibujar el diagrama de Latimer calcular el potencial del par Am4+ /Am3+ dibujar el diagrama de Frost indicando en cada caso el valor de la ordenada calcular la constante de equilibrio de la reacción 2AmO2+ + 4H+ AmO22+ + Am4+ + 2H2O
Rta: b) +2,17 v; d) 3,6·10 -7
92. Dados los potenciales de reducción normales, en voltios, para las siguientes reacciones de vanadio: Eo(v) (1)
V2+ + 2e3+
(2)
V
(3)
-
V
-1,19
2+
b)
EO
nEº (v)
0 2 3 4 5
0 -2,38 -2,64 -2,30 -1,30
V
-0,26
V(OH)4 + 4H+ +5e-
V + H2O
-0,26
(4)
VO2+ + 2H+ e-
V
a) b) c)
dibujar el diagrama de Latimer dibujar el diagrama de Frost indicando en cada caso el valor de la ordenada calcular el potencial de los pares: x: V(OH)4, H+ / VO2+, H2O y: V(OH)4, H+ / V2+, H2O 2+ z: VO2+, H+ / V , H2O w: V(OH)4, H+ / V3+, H2O calcular la constante de equilibrio de la reacción 2V3+ + H2O V2+ + VO2+ + 2H+
d)
+ e
3+
+ H2O
-1,80
Rta: c) x = +1,00 v; y = +0,36 v; z = +0,04 v; w = +0,67 v; d) 6,7·10 -11
93. A continuación se dan, en voltios, 6 potenciales de reducción normales de fósforo: Eo(v) (1)
H3PO4 + H+ + e-
(2)
H3PO4 + 2H+ + 2e-
H3PO3 + H2O
-0,28
(3)
H3PO3 + 2H+ + 2e-
H3PO2 + H2O
-0,50
(4)
H3PO3 + 3H+ + 3e-
P + 3H2O
-0,50
(5)
2P + 4H+ + 4e-
P2H4
-0,10
(6)
P + 3H+ + 3e-
PH3
-0,065
a) b) c)
dibujar el diagrama de Latimer dibujar el diagrama de Frost para las 7 especies de fósforo calcular el potencial de los pares: x: P2H4 / PH3 y: H3PO2 / P z: H4P2O6 / H3PO3 u: H3PO3 / PH3 w: H3PO4 / H3PO2 t: H4P2O6 / P calcular la constante de equilibrio de la reacción H4P2O6 + H2O
d)
½H4P2O6
+ H2O
-0,94
c)
EO
nEº (v)
-3 -2 0 1 3 4 5
+0,195 +0,20 0 - 0,50 - 1,50 - 1,12 - 2,06
H3PO4 + H3PO3
Rta: c) x = +0,05 v; Y = - 0,50 v; Z = +0,38 v; w = - 0,39 v; u = - 0,2825 v; t = - 0,28 v; d) 2,35·10 22
94.
Observe el diagrama de Latimer para varias especies de bromo en medio básico: z 7+
BrO4-
+0,92
5+
BrO3-
x
1+
BrO
0,456
y ½Br2
1-
Br-
+ 0,519 w
a) escribir las reacciones correspondientes a los potenciales que figuran con valores numéricos en el diagrama b) calcular el potencial de los pares: x: BrO3- / BrO- y: ½Br2(l) / Brz: BrO3- / Brc) representar el diagrama de Frost para estas especies de bromo en medio básico d) indicar, si los hay, los estados estables o inestables a la desproporción e) calcular la constante de equilibrio de la reacción: BrO4- + 3Br- 4BrOb)
Rta: a) BrO4- + H2O + 2e BrO3- + 2OHBrO3- + 3H2O + 5e ½B2 + 6OHBrO- + H2O + e ½Br2 + 2OHBrO- + H2O + 2e Br- + 2OHb) x = +0,535 v; y = +1,066 v; z = +0,610 v; e)
+0,92 v +0,519 v +0,456 v +0,761 v k = 1,26·10 -10 (w = +0,688 v)
EO
nEº (v)
-1 0 1 5 7
- 1,066 0 +0,456 +2,595 +4,436
95. Dados los potenciales de reducción, en voltios, para las siguientes reacciones del nitrógeno: Eo(v) (1)
N2H5+ + 3H+ + 2e-
(2) 2NH3OH+ + H+ + 2e-
2NH4+
+1,275
N2H5+ + 2H2O
+1,420
3)
HN3 + 11H+ + 8e-
3NH4+
+0,695
(4)
3N2 + 2H+ +2e-
2HN3
-3,090
(5)
H2N2O2 + 2H+ + 2e-
N2 + 2H2O
+2,650
(6)
2NO + 2H+ + 2e-
H2N2O2
+0,712
(7)
HNO2 + H+ + e-
NO + H2O
+0,99
(8)
N2O4 + 2H+ +2e-
2HNO2
+1,07
(9)
2NO3- + 4H+ + 2e-
N2O4 + 2H2O
+0,203
a) b)
dibujar el diagrama de Latimer dibujar el diagrama de Frost para las diez especies de nitrógeno
b)
EO -3 -2 -1 -0,333 0 1 2 3 4 5
nEº (v) - 0,823 +0,452 +1,872 +1,03 0 +2,65 +3,362 +4,352 +5,422 +5,625
96. Se hacen arder en oxígeno 0,200 moles de un compuesto que contiene 10,0% de hidrógeno y 90,0% de carbono. Si se recogen 26,88 litros de CO 2 en condiciones normales, (a) ¿cuál es la fórmula empírica del compuesto? (b) ¿cuál es su peso fórmula? Pesos atómicos: C = 12,0; H = 1,00. Rta: (a) C3H4; (b) C6H8
97. La constante de equilibrio k c para la reacción 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) vale 6,45x105 a 500 K. ¿Cuál será la composición de equilibrio si se introducen en un reactor de 1,00 L, a 500 K, 1,00 moles de NO, 0,50 moles de O2 y 1,00 moles de NO2? Rta: [NO] = 0,0232; [O 2] 0,0116; [NO 2] = 1,977
98. Calcular (a) la relación [ácido acético/ión acetato] que debe existir en una disolución reguladora de pH = 5,0. (b) Deducir el cambio de pH que se producirá si a 1.000 mL de la disolución anterior que es 0,100 M en ácido acético, se añaden 50,0 mL de HCl 1,00 M. Datos: k a HAc = 1,8x10-5. Rta: (a) [ácido/sal] = 0,556; (b) pH = 4,68
99. Se mezcla un volumen de 75 mL de NaF 0,060 M con 25 mL de Sr(NO 3)2 0,15 M. Calcular las concentraciones de todos los iones, NO 3-, Na+, Sr2+ y F- en la disolución final sabiendo que la sal SrF2 es insoluble con un producto de solubilidad igual a 2,0x10 -10. Rta: [Na+] = 0,045; [F-] = 1,15x10 -4; [NO3-] = 0,075; [Sr 2+] = 0,015
100. Se dispone de la pila Pb2+(0,600 M) + Sn(s) Sn2+(0,075 M) + Pb(s), en que los potenciales normales son: Pb2+ /Pb = -0,125 v y Sn2+ /Sn = -0,137 v, (a) calcular el potencial de la pila inicialmente; (b) si se deja operar espontáneamente la pila, ¿el voltaje aumentará o disminuirá? (c) ¿cuánto valdrá el potencial de la pila cuando la concentración de [Pb2+] haya bajado hasta 0,500 M; (d) ¿cuánto valdrá la concentración de [Sn 2+] cuando el potencial de la pila sea 0,020 v; (e) en el equilibrio, en el que ocurre que el potencial de la pila es cero, ¿cuáles serán las concentraciones de los iones presentes? Rta: (a) 0,0386 v; (b) disminuirá; (c) 0,0254 v; (d) [Sn 2+]=0,235 M; (e) [Sn 2+]=0,485 M, [Pb 2+]=0,190 M ●●●
