SOLUCIONES 1.- Calcular Calcular el descenso descenso en la presión presión de vapor causada causada por la adición adición de 100g de azúcar, sacarosa (C12H22O11) a 1000 Kg de de agua, agua, a 25ºC. (IMAGEN (IMAGEN 0011) 0011) A 25ºC, la pº según según Tabla es 23.8 23.8
Azúcar ( soluto) W azúcar = 100 g g M azúcar = 342 mol n sto =
100 342
mol
Agua( solvente) W H O = 1000 g g M H O = 18 mol 2
2
n ste =
1000 18
mol
p = p º (1 − X s ) p = p º − p º X s p º − p = p º X s ∆ p = p º X s ∆ p = X s p º n sto ∆ p = p º n sto + n ste
∆ p 23.8
100
=
342 100 1000 342
∆ p 23.8
∆ p 23.8
=
+
18 0.292
0.292
+ 55.556
= (5.228 ×10 −3 )
∆ p = ( 23.8) (5.228 ×10 −3 ) ∆ p = 0.124torr
2.- ¿Qué cantidad de glicol, C2H6O2, se debe añadir a 1000 g de alcohol etílico para reducir su presión de vapor en 9,5 torr a 35ºC? La presión de vapor del etanol puro a esa temperatura temperatura es 100 torr. (IMAGEN 0011) 0011)
Glicol ( soluto) : C 2 H 6 O2 W glicol = W g M glicol = 62 mol W n sto = mol 62
Alcohol etílico( solvemte) : C 2 H 6 O W alcohol = 1000 g g M alcohol = 46 mol n ste =
1000 46
mol
p = p º (1 − X s ) ∆ p = X s p º W 9.5 100
=
62 W 1000 62
+
46
W 0.095 =
W 62
62
+ 21.739
W W ( 0.095) + 21.739 =
62
0.095W 62 2.065 = 2.065 =
+ 2.065 = W
−
62
W
62 0.095W
62 62 0.905W
62 W = 414.47 g
3.- La urea (NH2)2C (NH2)2CO, O, es el product producto o del del metab metabol olism ismo o de las las proteí proteína nas s en los mamíferos. ¿Cuál es la presión osmótica de una solución acuosa que contiene 1.10 g de urea en 100 mL de solución a 20ºC? (IMAGEN 0012)
n sol V sol W M = M V M =
W urea= 1.10 g g M urea = 60 mol V = 100mL = 0.100 L T = 25º C + 273 = 298º K atm. L R = 0.082 º K .mol
1.10
M = 60
0.100 M = 0.183 M
π = M . R.T
mol atm. L 0.082 ( 293º K ) º K .mol L π = 4.472atm
π = 0.183
4.- La lisozima es una enzima que rompe las paredes de las células bacterianas. Una solución acuosa que contiene 150 mg de esta enzima en 210 mL de solución tiene una presión osmótica de 0.953 torr a 25ºC. ¿Cúal será la masa molar molecular de esta sustancia?
n sol V sol W M = M V M =
= 0.953torr W lisizima =150 mg = 0.150 g M lisozima = M V = 210 mL = 0.210 L T = 25º C + 273 = 298 º K π
0.150
M = M
atm. L R = 0.082 º K .mol
0.210
0.714 M M
M = π
= M . R.T
0.953 760
0.714 mol 0.082 atm. L ( 298º K ) º K .mol M L
atm =
1.254 ×10 −3
=
17.447
M g M = 1.391 ×10 4 mol 5.5.- Una Una diso disolu luci ción ón al 9.1 9.1 % en masa masa de un comp compue uest sto o de fórm fórmul ula a (C 6H5P)4 en benceno, C6H6, a 26.1º C, produce disminución de la presión de vapor del disolvente. Determinar: la fracción molar del solvente, b) la disminución de la presión de vapor, c) la temperatura de congelación de la disolución. Datos Pº Benceno (26.1ºC)= 100.00mm Hg; KC = 5.12ºC/m; T ºC = 5.5º
( C 6 H 5 P ) 4 : soluto W sto = 9.1 g g M sto = 432 mol n sto =
9 .1 432
p = p º (1 − X s ) ∆ p = X s p º
mol
∆ p =
Benceno (C 6 H 6 ) : solvente W ste = 90.9 g g M ste = 78 mol n ste =
90.9 78
100
∆ p 100
=
∆ p =
mol
100
9 .1 432 9.1 90.9
+
432 78 0.021 0.021 +1.165 0.021 1.186
∆ p = 0.0177
p º =100 mmHg T = 5.5º C º C K f = 5.12 m
100
∆ p = 1.77mmHg
T f −T f ' = K f .m
X d = i − X s X d = 1 − 0.0177 X d = 0.9823
9.1 C º 5.5º C −T f ' = 512 432 m m 0.0909 5.5º C −T f ' = ( 5.12 )( 0.231) 5.5º C −T f '
=1.183º C 5.5º C −1.183º C =T f ' T f ' = 4.317 º C
6.- Una solución compuesta por 10 g. de un soluto orgánico no volátil en 100g de éter dietílico, tiene una presión de vapor de 426 mm de Hg a 20ºC. Siendo la presión de vapor del éter puro 442.2 mm de Hg a esa misma temperatura, calcular el peso molecular del soluto.
p = p º (1 − X s ) ∆ p = X s p º p º − p = X s p º 10
Soluto orgánico W sto =10 g M sto = M n sto =
no
volátil
10
M
Éter dietílico : solvente solve nte W ste =100 g g M ste = 74 mol n ste =
100 mol 74
p = 426 mmHg p º = 442 .2mmHg T = 20 º C
442.2 − 426 442.2
M
=
10
M
+
100 74
10 16.2
=
442.2
M 10
+1.351
M
10 0.037
=
M 10
M
+1.351
( 0.037 ) +1.351 = M M 10
0.37
M
+ 0.05 =
0.05 = 0.05 =
M =
10
10
M
−
10
M
0.37
M
9.63
M
9.63 0.05
M = 192.6
g mol
7.- El punto de ebullición y la constante ebulloscópica del alcohol etílico son 78.4ºC y 1.2 respectivamente. Calcular el calor molar de vaporización del alcohol etílico.
K eb= T eb = 78.4º C + 273 = 351.4º K K eb = 1.2 cal R = 1.987 º K .mol g M alcohol = 46 mol
R ×T eb2 ×1000 λ × M
(1.987) ( 351.4) 2 (1000) 1.2 = λ × 46 (1.987 )()(123481.96) (1000) λ = (1.2) ( 46) 2.454 ×10 8 λ = 55.2
λ = 4.446 ×10 6 8.- Una solución acuosa congela a a –1.5 ºC. Calcular – (a) el punto de ebullición normal, (b) la presión de vapor a 25ºC, y (c) la presión osmótica a 25ºC. El punto de ebullición de la solución
T f º = −1.5º C T ebº = ?(T º normal ) p º = ? π
=?
T ebº − T eb = K eb × m T ebº −100 = ( 0.52)( 0.806)
T f −T f º = K f ×m 0 − ( −1.5) = (1.86 ) × m m = 0.806
T ebº −100 = 0.419 T ebº = 0.419 +100 T ebº = 100.419º C
Porque es una solución acuosa diluida (M=m)
p = p º (1 − X s ) ∆ p = X s p º p º − p = X s p º 23 .8 − p = ( 0.018 )( 0.806 ) 23 .8 23 .8 − p = 0.014 23 .8 23 .8 − p = ( 0.014 )( 23.8 ) 23 .8 − p
= M . R.T π = ( 0 .806 )( 0.082 ) ( 298 ) π =19 .7 atm π
= 0.347
p = 23.453
9.- Una solución solución acuosa acuosa contiene contiene 5% de peso de urea y 10% en peso de glucosa. glucosa. Calcular su punto de congelación (la constante crioscópica del agua es 1.86 K).
T f −T f º = K f ×m
⇒Soluto : W urea = 5 g g mol =10 g
M urea = 60 W glu cos a
M glu cos a =180
g mol
⇒Solvente : W ste = 85 g
5 + 10 0 −T f º = (1.86 ) 60 180 0.085 0 .083 + 0.056 T f º = −(1.86 ) 0.085 0 .139 T f º = −(1.86 ) 0.085 T f º = −(1.86 )(1.635 ) T f º = −3.041º C
10.- Una muestra de ácido acético congela a 16.4ºC. Suponiendo que no se forma solución sólida, calcular la concentración de impurezas.
T f −T f º = k f ×m 16 .7 −16 .4 = ( 3 .9 ) ×m 0 .3 = ( 3 .9 ) × m m = 0.0769
0.0769moles de
H 2 O +1000 g CH 3 COOH
11.- La presión osmótica media de la sangre humana es 7.7 atm a 40º C .Calcular: a) La concentración total de solutos en la sangre. b) El punto de congelación de la sangre Suponiendo que esta concentración es esencialmente igual que la molalidad.
12.- La adición de 3 g de una sustancia a 100 g de de CCl 4 aumenta el punto de ebul ebulli lici ción ón de éste éste en 0.60 0.60 ºC; ºC; su K b=5.03 =5.03.. Calcul Calcular ar la depre depresi sión ón del punto punto de congelación congelación (kf =31.8); =31.8); el descenso relativo de la presión de vapor; la presión osmótica de la solución a 25ºC; y el peso molecular de la sustancia. La densidad del tetracloruro de carbono es 1.59 g/cm3.
∆T eb = K eb ×m 3 0.60 = ( 5.03) M 0.100 0.60 M
=
=
∆T f = K f ×m 3 251 . 5 ∆T f = ( 31.8) 0.100 0.012 ∆T f = ( 31.8) 0.100 ) ( 0.119) ∆T f = ( 31.8)( ∆T f = 3.793º C
15.09 0.100 × M 15.09
0.100 ×0.60 g M = 251.5 mol
p = p º (1 − X s ) ∆ p = X s p º
W sto = 3 g W ste = 100 g ⇒W sol = 103 g W V sol = sol
3 ∆ p 251 .5 = 3 100 p º + 251 .5 154 ∆ p 0 .012 = p º 0 .012 + 0.649
∆ p
ρ
V sol =
= 0.018
M = M =
251.5 0.0648 0.012
g cm 3 = 64.78cm 3 = 0.0648dm 3 1.59
V sol V sol
p º ∆ p = (0.018 )(0.122 atm ) ∆ p = 0.002196atm n M = sto V sol 3
103 g
= M . R.T π = ( 0.185 )( 0. 082 )( 298 ) π = 4. 521atm π
0.0648 M = 0.185 M
13.- Calcular el peso de glicerina que habrá de añadirse a 1000g de agua para bajar su punto de fusión en 10ºC.
Glicerina ( soluto ) W glicerin a =W g M glicerin a = 93 mol W n sto = mol 92
Agua ( solvente solve nte ) W H O =1000 g =1 Kg 2
T f −T f º = K f ×m ∆T f = K f ×m
W 10 = (1.86 ) 92 1 (1.86 )W 10 = W W
92 10 ×92 = 1.86 = 494 .624 g
14.- Cuando se disolvieron en 100 g de un solvente de peso molecular 94.1 y de punto de congelación 45ºC, una cantidad de 0.5550 g de un soluto de peso molecular 110.1, se obtuvo una depresión del punto de congelación de 0.382ºC. Luego, cuando 0.4372 g de un soluto de peso molecular no conocido se disolvieron en 96.5 g del mismo solven solvente, te, la depre depresió sión n del punto punto de congel congelaci ación ón fue de 0.467º 0.467ºC. C. De esos esos datos datos,, encontrar: a) la constante crioscópica del solvente; b) el peso molecular del soluto; c) el calor molar de fusión del solvente.
Soluto1 W sto = 0.5550 g g M sto =110 .1 mol n sto =
∆T f = K f ×m 0.382
0 .5550 mol 110 .1 0.382
Solvente W ste =100 g = 0.100 Kg g M ste = 94.1 mol
∆T f = 0.382 º C
K f = K f K f
0.5550 110 . 1 = K f 0.100 0.5550 = K f 11 .01 ( 0.382 )(11.01)
0.5550 4.206 = 0.5550 = 7.578
Soluto 2 W sto = 0.4372 g M sto = M n sto =
0.4372
M
∆T f = K f ×m 0.467
mol
0.4372 = ( 7.578 ) M 0.0965
( 7.578 )( 0.4372 ) M ×( 0.0965 ) ( 7.578 )( 0.4372 ) M = ( 0.467 )( 0.0965 ) 0.467
Solvente W ste = 96 .5 g = 0.0965 Kg g M ste = 94 .1 mol
M =
∆T f = 0.467 º C T = 45º C + 273 = 318 º K
=
3.3131 0.0451
M = 73.461
g mol mo l
R ×T 2 ×1000 K f = λ × M (1.987 )( 318) 2 (1000) 7.578 = λ × ( 73.461) λ = λ =
(1.987 )( 318) 2 (1000) ( 7.578)( 73.461)
M= (IMAGEN 0014)
2.009 ×10 8 556.687
λ = 3.609 ×10 5 15.- A 50ºC, las presiones de vapor de agua y de alcohol etílico son 92.5 y 219.9 mm de Hg, Hg, respe respecti ctivam vament ente. e. Si 6 g de soluto soluto no voláti volátill de peso peso molecu molecular lar 120, 120, son disueltos en 150 g de cada uno de estos solventes; calcular los descensos relativos de la presión de vapor para cada solvente.(IMAGEN 0018)
p = p º (1 − X s ) ∆ p = X s p º
EQULIBRIO IÓNICO 1. Se prepara prepara una solució solución n de ácido ácido acétic acético o añadi añadien endo do 164,2 g de ácido ácido a sufic suficie iente nte agua para hacer 2 L de solución. Calcular su pH.
nCH COOH =
164.2 60
3
= 2.7367
V = 2 L
CH 3 COOH ← → CH 3 COO ni :
2.7367
n f :
Constante de ionizaciòn del
CH 3COOH = 1.8 ×10 −5
K a
+
H
---
---
---
x
---
x x
ne : 2.7367 − x
[ CH COO − ][ H + ] =
+
---
x
nc :
−
x
3
[CH 3COOH ]
1.8 ×10 −5
9 .926 ×10 −3 [ H ] = 2 + [ H ] = 4.963 ×10 −3 +
x x = 2 2 2.7367 − x
pH = −log[ H + ] pH = −log (9.926 ×10 −3 ) pH = 2.003
2 9.852 ×10 −
− 3.6 ×10 −5 x = x 2 x 2 + 3.6 ×10 −5 x − 9.852 ×10 −5 = 0 x = 9.926 ×10 −3 5
2. Calcular Calcular el pH de una disoluc disolución ión de sulfatiazo sulfatiazoll sódico sódico 1,5 M que tiene una constan constante te -8 de ionización de 7,6 x 10 y un peso molecular de 304.3 g. X
−
V =1
+ H 2 O ← → HX + OH
ni : 1.5
nc :
x
n f : ---
ne : 1.5 − x K h =
−
---
---
---
---
x x x x
[ HX ] OH −
OH −
= 4.44 ×10 −4 pOH = −log[OH − ] pOH = −log (4.44 ×10 −4 ) pOH = 3.353 pH + pOH =14 pH +3.353 =14 pH =10.647
[ X + ]
1 ×10 −14
( x) ( x ) 1.5 − x 7.6 ×10 −8 −7 (1.316 ×10 )(1.5 − x ) = x 2 1.974 ×10 −7 −1.316 ×10 −7 x = x 2 x 2 +1.316 ×10 −7 x −1.974 ×10 −7 = 0 x = 4.44 ×10 −4
=
3. La benc bencil ilpe peni nici cili lina na potá potási sica ca,, de peso peso mole molecu cula larr 372. 372.5 5 g, se diso disolv lvió ió en solu soluci ción ón isotónica de cloruro de sodio (0.9 M de NaCl por 100 mL) para obtener una solución 3 g por ciento del antibiótico. Calcular el pH.
n= m
3 372.5
= 8.054 ×10 −3 mol
moles = 8.054 mmol
B
−
100 mL
+ H 2 O ← → BH + OH
ni : 8.054 nc :
x
n f : ---
-----
x
−
-----
x
x
n e : 8.054 − x K h =
x
[ BH ] OH −
[ B − ]
1 ×10 −14 1.74 ×10 −3
−5
[OH − ] = 6.8 ×10 100 − [OH ] = 6.8 ×10 − pOH = −log [OH − ]
x x 100 100 = 8.054 − x 100
7
pOH = −log (6.8 ×10 −7 ) pOH = 6.167
x 2 ( 8.054 − x ) (100) (5.747 ×10 −12 )( 8.054 − x ) (100) = x 2 4.629 ×10 −9 − 5.747 ×10 −10 x = x 2 x 2 + 5.747 ×10 −10 x − 4.629 ×10 −9 = 0 x = 6.8 ×10 −5 5.747 ×10 −12
=
pH + pOH =14 pH + 6.167 =14 pH = 7.833
4. Calc Calcul ular ar el pH de una una solu soluci ción ón acuos acuosa a de fenol fenol 0,5 m con con dens densid idad ad 1,09 1,09 g/mL g/mL.. Calcular además la concentración de ión oxhidrilo.Utilizar la literatura para encontrar los datos necesarios.
M = m × ρ )(1.09 ) = 0.545 M = ( 0.5 )( C 6 H 5 ni :
−
V =1L
→ H 3 O OH + H 2 O ←
x
n f :
---
K a
3
1 ×10 −10
6
−
O
x x
−
-----
x x
H 3 O + = 7.21 ×10 −11 K w = [ H 3 O + ][OH − ]
5
[C 6 H 5 − OH ] ( x) ( x)
=
C 6 H 5
---
n e : 0.545 − x
[ H O + ][C H − O − ] =
+
---
0.545
nc :
+
= 7.21 ×10 −6 [OH − ] [OH − ] =1.4 ×10 −5 pOH = 4.854 pH + pOH =14 pH = 9.146
1 ×10 −14
0.545 − x
(1 ×10 − )( 0.545 − x ) = x 10
2
5.45 ×10 −11
−10 −10 x = x 2 x 2 + 10 −10 x − 5.45 ×10 −11 = 0 x = 7.21 ×10 −6
5. En una solución 0,1 0,1 de ácido ácido láctico, éste se encuentra encuentra ionizado ionizado en en un 3.64%. 3.64%. Hallar Hallar la constante de ionización del ácido láctico. → H HA ← ni : 0 . 1
nc :
x
+
+
A
−
-----
-----
x x n e : 0 .1 − x x x n f : ---
K a %α =
x 0.1
=
[ HA] ( x) ( x ) K a = 0.1 − x
×100
x
K a =
×100 0 .1 x = 3.64 ×10 −3 3.64
[ H + ][ A − ] =
x 2 0.1 − x
− 3.64 ×10 ) ( = 0.1 − (3.64 ×10 − ) 3
K a
3
K a = 1.4 ×10 −4 6. Calcular el el grado de de disociación disociación y el pH de una una solución solución de ácido ácido fórmico que que contiene contiene o.1 g de ácido en 25 mL de solución acuosa. La constante de ionización del ácido fórmico es 1,78 x10 -4. 0.1 = 2.174mol n= V 25mL → H + A HA← 46 ni : 2.174 ----m moles = 2.17 mmol =
+
nc :
x
---
n f :
---
x
0.096158 2 .174 %α = 4.423
K a
[ H + ][ A − ] =
x x
= 0.04423
[ H + ] = X = 0.096158 25 25 + [ H ] = 0.3.846 ×10 −
[ HA]
7.6 ×10 −4
=
---
x
ne : 2.174 − x α
−
3
x x = 25 25 2.174 − x
pH = −log [ H + ] pH = −log (0.3.846 ×10 −3 ) pH = 2.41
25
x = 0.096158
7. Calcular Calcular el ph de una soluci solución ón de cocaína cocaína base 0,1 M sabien sabiendo do que el peso molecu molecular lar -8 es 304,3 g y su constante de ionización es de 7.6 x 10 . V =1 L
→ BH B + H 2 O ← ni : 0 . 1
nc :
x
n f : ---
ne : 0.1 − x
+
+ OH -----
x x
−
-----
x x
BH + OH − K b = [ B] ( x) ( x ) 7.6 ×10 −8 = 0.1 − x −8 (7.6 ×10 )( 0.1 − x ) = x 2 7.6 ×10 −9 − 7.6 ×10 −8 x = x 2 x 2 + 7.6 ×10 −8 x + 7.6 ×10 −9 = 0 x = 8.72 ×10 −5
[OH − ] = 8.72 ×10 − pOH = −log [OH − ] pOH = −log (8.72 ×10 − ) 5
5
pOH = 4.059
pH + pOH
=14 pH + 4.059 =14 pH = 9.941
8. El pH de una una muestra muestra de sangr sangre e arterial arterial es 7.50 7.50 acidula acidulando ndo 20 cm3 de ésta muestra se liberaron 12.2 cm3 de CO 2 a 298 K (1 atm) (después de corregir el CO 2 disuelto). Si para la reacción CO2 + 2 H2O --------- H30+ + HCO3pKa = 6.1 Determinar las concentraciones de CO 2 y HCO3- en la sangre (1 mol de CO 2 ocupa 24,45 dm3 a 298 K) Si la presión parcial del CO 2 (en atm.) está relacionado con la concentración del CO 2 disuelto (en mol dm -3 ) por la ecuación : [CO 2] disuelto = 0,031 x PCO2 ; ¿cuál es la presión del CO 2 en la sangre?
P ×V = n × R ×T (1)( 0.0122 ) = n( 0.082 )( 298 ) n = 0.0005 molesCO 2 CO2 + H 2 O ← → H 3O
H 3O + HCO3− K a = [ CO2 ] 10
−6.1
=
10 −7.5 [ HCO3− ] 0.025 −6.1
[ HCO − ] = 10 (−0.025) 3
10
[CO2 ] = [CO2 ] +
+
0.0005
0.020 = 0.025M
−
HCO3
[ CO2 ] disuelto = 0.031× pco 0.025 = 0.031 × pco pco = 0.806atm
2
2
2
7.5
[ HCO − ] = 0.628 3
9. La consta constante nte de ioni ionizac zación ión del del ácido ácido acético acético es 1.75 1.75 x 10 -5 mol dm-3 a 298 298 K si una 3 solución contiene 0.16 moles de ácido acético por dm . ¿Cuántos moles de acetato sódico deben añadirse para obtener una solución de pH 4.2?
pH = pK a + log
[ Base]
[ Ácido]
pH = − log[ K a ] + log 4.2
[ CH 3 − COONa ] [CH 3 − COOH ]
= − log(1.75 ×10 −5 ) + log n
0.16 4.2 = 4.757 + log n − log 0.16
= 4.757 + log n + 0.796 log n = −1.353 n = 0.044moles 4.2
10. Calcular la capacidad capacidad amortiguadora de una solución solución conteniendo conteniendo acido bórico 0,36 M a pH 5.0. Calcular la capacidad amortiguadora a pH 9,24; esto es cuando pH = pKa y se presenta la máxima capacidad amortiguadora.
β = 2.303 ×
C × K a × H
+
( K [ H ] )
2
a ×
+
( 0.36) (5.8 ×10 −10 )(10 −5 ) β = 2.303 × ((5.8 ×10 −10 )(10 −5 )) 2 β = 4.8 ×10 −5 ( 0.36 )(5.8 ×10 −10 )(10 −9.24 ) β = 2.303 × ((5.8 ×10 −10 )(10 −9.24 )) 2 β = 0.21 11. Calcular la relación relación sal Na2HPO4 a ácido NaH 2PO4 en un sistema amortiguador amortiguador fosfato el cual se necesita mantener a pH 7.50.
C s C a C 7.50 = 7.21 + log s C a C log s = 0.29 C a C s 2 = C a 1
pH = pK a + log
12. 12. Prep Prepar arar ar una una solu soluci ción ón amor amorti tigu guad ador ora a de pH 6.5 6.5 que que teng tenga a una una capa capaci cida dad d amor amorti tigu guad ador ora a de 0.10 0.10.. Esco Escoge gerr una una comb combin inac ació ión n adec adecua uada da de espe especi cies es
amortiguadoras y calcular las concentraciones necesitadas.
H 2 PO4
−
H
← →
+
+
H 2 PO42
−
pH = pK a + log β = 2.303 ×
C × K a × [ H + ]
C s C a
6.5 = − log( 6.2 ×10 −
8
( K a × [ H + ]) C × ( 6.2 ×10 − )(10 − ) 0.1 = 2.303 × ((6.2 ×10 − )(10 − )) 2
8
8
6.5 = 7.208 + log
6.5
6.5
2
log
C = 0.317
) + log C s
C a
C s C a
C s = −0.708 C a
C s = 0.1961 C a Pero C = 0.317
= C s + C a Entonces C s = ( 0.1961) × C a
y
C s = 0.317 − C a
0.1961 × C a
= 0.317 − C a 1.1961 × C a = 0.317 C a = 0.265 M C s = 0.052 M 13. Calcular Calcular el pH de una solución solución amortiguador amortiguadora a constutui constutuida da por NaH 2PO4 0.12 M y Na2HPO4 0.08 0.08 M. Y calcul calcular ar el valor valor de la fuerza fuerza iónic iónica a usand usando o la ley de Debye Debye Huckel.
pH = pK a + log pH = 7.21 + log
C s C a 0.08
0.12 pH = 7.21 − 0.176
pH = 7.034 µ =
1
µ =
1
∑C × Z 2
2
i
i
[0.12( +1) + 0.12( −1) + 0.16( +1) + 0.08( − 2) ] 2
2
2
2
2 µ = 0.36
0.12 M
0.12 M
Na +
NaH 2 PO4 0.12 M H 2 PO4−
0.08 M
0.16 M
Na +
0.08m
HPO42 −
NaHPO4
14. Hallar el coeficiente de actividad actividad del ión hidrógeno en una solución solución de HCl 0.01 M mol 3 dm si el pH es 2.08.
CELDAS ELECTROQUÍMICAS ELECTROQUÍMICAS 1. ¿Cuáles ¿Cuáles son las las reaccione reacciones s en las siguien siguientes tes semicélu semicélulas? las? a) Zn3+|Zno Zn 2
+
+
2e
−
← → Zn( s )
b) H+|1/2H2 |PT H
+
1
−
+ e ← → H 2 2
3+
2+
c) Pt|Co , Co
Co
2+
+3
← → → Co + e
−
d) 1/2 Hg2, Hg|Cl Hg (l ) 2-
+
e) Pt|Fumarato + 2H , succinato
+
−
Cl
← → →
1 2
Hg 2 Cl 2 ( S )
+
e
−
2+
succinato succinato2
−
← →
fumarato fumarato + 2 H
+
+
2e
−
f) Pt|NAD+ + H+, NADH → NAD NADH NADH ←
g) Pt|Citocromoc ( Fe3+), Citocromo c ( Fe 2+)
citocromo( Fe2
+
+
)
+
+ H
← →
+
2e
−
citocromo( Fe3
+
)
+
e
−
2. Escrib Escribir ir la reacció reacción n total total en cada una de las célula células s y calcular calcular la fem standa standard rd de la pila con datos de la tabla de potenciales de reducción. a) H+|1/2H2. Pt || Ag+| Ag Ag
+
+
e
−
Ag
← →
ε º = 0.80
1 2 +
Ag
+
H 2 1
+
2
← → H +
e
→ Ag + H H 2 ←
º = 0.00
−
ε
º = 0.80
+
ε
b) Pt| Pt| NAD NAD+ + + H+ , NAD NADH. H. → NAD NADH NADH ←
+
+
+ H
+
2e
−
ε º = +0.320
c) Pt. H2| HCl || AgCl . Ag AgCl ( s )
1 2
+
e
−
Ag ( s )
← →
H 2
AgCl ( s )
+
H
← →
1 2
+
H 2 ← → → Ag ( s )
ε º = 0.22
−
Cl
+
º = 0.00
−
+
e
+
H
ε
+
+
e
ε º = 0.22
−
d) H+|Pt. 1/2H2|| Fe3+, Fe2+|Pt Fe
1 2 Fe 3
+
3+
−
+e ← → → Fe
+
H 2 +
1 2
ε º = 0.77
2+
← → H +
2 → → Fe H 2 ←
+
+
e
º = 0.00
−
H
ε
+
+
e
−
ε º = 0.77
3. A partir partir de datos de FEM, FEM, clacular clacular el valor de la constan constante te de equilibr equilibrio io a 25°C para para la siguiente reacción: ½ Cu (s) + ½ Cl2 (g) ⇔ ½ Cu2+ + Cl – Calcular la variación de energía libre standard para dicha reacción. 1 Cu ( s ) 2 1 2
1 2
Cu ( s )
Cl 2
+
1
← → → Cu
−
2+
2
+e
−
ε º = 1.3595
−
+e ← → → Cl
1
1 2 Cl 2 ← → Cu 2 2
º = −0.337
ε
+
+
−
Cl
ε º = 1.0225
∆G = −n. F .ε º = −1 ×96487 ×1.0225 = −98658 J 1cal ∆G = −98658 J = −23580cal 4.184 J ε º =
0.0591
1.0225
n
× log K
= 0.0591 × log K
K = 2 ×10
2
17
4. Represen Representar tar convenci convenciona onalmen lmente te la celda voltai voltaica ca para la reacció reacción n: H2 (g, 1atm) + I2 (s) ⇔ 2 HI (aq, a = 1 )
a)Calcular el valor de E°. b)Calcular el valor de la variación de energía libre de Gibbs standard. C) Calcular el valor de la constante de equilibrio. D)Qué diferencia habría si la reacción se hubiera escrito: ½ H2 (g, 1atm) + ½ I2 (s) ⇔ HI (aq, a = 1 ) + a) Pt / H 2( g ) (1atm) / H (a
I 2( s )
b)
+
2e
−
← →
= 1) // I − (a = 1) / I 2( s ) ε º = 0.5355
−
2 I
→ → 2 H H 2 ←
+
+
2e
º = 0.000
−
ε
ε º = 0.5355 ∆G = −n. F .ε º = −2 ×96487 ×0.5355 = −103338 J 1cal c) ∆G = 103338 J = −24698cal 4.184 J H 2( s ) + I 2( s ) ← → 2 H
+
ε º = d)
0.0591
0.5355
2I
−
+
× log K
n
= 0.0591 × log K 1
K = 1.2 ×10 9 5. Dada Dada la la sigui siguien ente te celda celda a 25° 25° C 9 el valor de K= 1.08 x 10 Pt| X2 | X- (a= 0.1) || X- (a= 0.001) | X 2| Pt En donde donde X es un halógen halógeno o desconoc desconocido: ido: a) Escribir Escribir la reacción reacción de la celda celda b) Cuál Cuál es el elect electrod rodo o negati negativo vo c) Calcu Calcular lar el voltaj voltaje e de la pila pila d) Es la reacci reacción ón espontánea . R: c) 0.1182 voltios. 6. Determinar la dirección de la reacción en una solución que contiene inicialmente: acetaldehído 10 -4 M, etanol 0.1 M; piruvato 0.1 M; y lactato 10 -2 M. Los potenciales de reducci{on del acetaldehído a etanol y de piruvato a lactato son respectivamente: -0.163 voltios y –0.190 voltios. Además en cada caso se pone en juego dos electrones. CH 3 CHO + 2 H
+
piruvat piruvato o + 2 H
+
0.163 +
ε 1 = −
0.631 +
ε 1 = −
+ +
2e
2e
0.0591 2 0.0591
−
−
→
→
ε º = −0.192 +
( 0.0001) [ H ] +
×
log
2
2
0.1
0.252 + 0.0591 × log[ H
+
ε 1 = −
ε
lactato
[ CH 3CHO][ H ] × log [ CH 3CH 2 OH ]
2
º = −0.163
CH 3 CH 2 OH
]
= −0.192 +
0.0591 2
[ piruvato][ H + ] × log [ lactato]
ε 2
= −0.192 +
0.0591
( 0.1)[ H + ]
ε 2
= −0.161 + 0.0591 × log[ H + ]
ε 2
2
× log
0.01
2
2
Para que la reacción sea espontánea Hagamos
ε c ε c ε c
ε celda
debe ser positiva
= ε 2 − ε 1 = ( − 0.252 + 0.0591 × log[ H + ]) − ( − 0.161 + 0.0591 × log[ H + ]) = 0.091
piruvato piruvato + 2 H
+
+
2e
−
→
lactato
CH 3 CH 2 OH → → CH 3 CHO + 2 H
+
+
2e
piruvato piruvat o + CH 3 CH 2 OH →lactato + CH 3CHO
Piruvato se reduce a lactato Etanol se oxida a CH 3 CHO
−
