UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELAFACULTAD DE CIENCIAS

ESCUELA DE QUMICAINSTITUTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA

DEPARTAMENTO DE GEOQUMICA

LICENCIATURA EN GEOQUMICA

QUMICA GENERAL IIEJERCICIOS

Caracas, noviembre 2013 Prof. Katya Reategui

EJERCICIOS DE EQUILIBRIO QUMICO

1) A la temperatura de 400 C y presin total de 10 atm, una mezcla gaseosa en proporciones estequiomtricas de monxido de carbono y cloro llega al equilibrio cuando contiene un 4,0 % en volumen de dicloruro de carbonilo. Calcular:

a) Kp para la reaccin: CO(g) + Cl2(g) = COCl2(g)b) El porcentaje en volumen de cloruro de carbonilo en la mezcla en equilibrio, a la

misma temperatura y presin total de 30 atm.

2) A 60C y 1 atm de presin el tetraxido de dinitrgeno est disociado un 53,0%. Calcular:a) el porcentaje de disociacin a la misma temperatura y 2000 mmHgb) La presin a la cual el tetraxido estara disociado en un 67% a la misma

temperatura

3) A 375 K la constante de equilibrio Kp de la reaccin:SO2Cl2 (g) = SO2 (g) + Cl2(g)

Es 2,4 cuando las presiones se expresan en atmsfera. Suponga que se colocan 6,7 g de SO2Cl2 en un bulbo de un litro y se aumenta la temperatura a 375 K Cul sera la presin de SO2Cl2 si nada de el se disociara? En el equilibrio Cules son las presiones del SO2Cl2, SO2 y Cl2?

4) Calcule las presiones en equilibrio de SO2, Cl2 y SO2Cl2, en un bulbo de 1 L, a 375 K, al cual se ha agregado 6,7 g de SO2Cl2 y 1 atm de Cl2. Kp= 2,4

5) El compuesto gaseoso bromuro de nitrosilo (NOBr) se descompone segn:

NOBr(g) = NO(g) + Br2 (g)

A 350 K la Kp es 0,15. Si se mezclan 0,5 atm de NOBr, 0,4 atm de NO y 0,2 atm de Br2 a esta temperatura Ocurrir alguna reaccin neta? Si es as Se consumir o se formar Br2? Cules sern las concentraciones en el equilibrio?

6) La constante de equilibrio de la reaccin:

CO2(g) + H2(g) = CO(g) + H2O(g)

Es 0,10 a 690 K Cul es la presin de equilibrio de cada sustancia en una mezcla preparada por la combinacin de 0,5 moles de CO2 y 0,5 moles de H2 en un frasco de 5L a 690K?

7) En un matraz de 10L se introduce una mezcla de 1,84 moles de N2 y 1,02 moles de O2. Se calienta la mezcla hasta 2200 K, establecindose el equilibrio:

N2(g) + O2(g) = 2NO(g)

En estas condiciones reacciona el 1,09 % del nitrgeno existente. Calcular Kc.8) Se introduce en un recipiente de 10 L una mezcla de 4 moles de nitrgeno y 12 moles

de hidrgeno, elevndose la temperatura del mismo hasta 1000 K y establecindose el equilibrio:

3H2(g) + N2(g) = 2NH3(g)

En estas condiciones se determina que la reaccin se ha producido en un 11,5 %. Calcular las concentraciones en equilibrio.

9) Se introducen en un recipiente 2 moles de pentacloruro de antimonio y se calientan a 450K. Al cabo de un tiempo en que la presin es de 1 atm se encuentra que dicho producto est disociado al 36% en tricloruro de antimonio gaseoso y cloro gaseoso, Calculara) Kp y Kcb) Si el volumen se reduce a la mitad Cul ser la concentracin de cada especie ene l

equilibrio?

10) La reaccin: CH3OH(g) = 2H2(g) + CO(g), tiene una Kc = 0,215, a una temperatura de 20 C. En un erlenmeyer tenemos una mezcla de los tres gases con las siguientes concentraciones: [H2] = [CO] = 1,6 M; [CH3OH] = 9,8 M

a) Halla el cociente de reaccin Se encuentra este sistema en equilibrio?b) En caso negativo en qu direccin se producir la reaccin en busca del equilibrio?

11) El tetraxido de dinitrgeno es un gas incoloro que se descompone en dixido de nitrgeno gaseoso, de color rojo: N2O4(g) = 2NO2(g) Sabiendo que a 25C la constante de equilibrio Kc = 0,125, calcula el porcentaje de N2O4(g) disociado en dixido cuando se encierran 0,03 moles de N2O4(g) en un recipiente de 1 litro, a 25C

12) Se introducen 0,30 moles de pentaxido de dinitrgeno en un recipiente de 1 litro decapacidad. Calcular la constante de equilibrio, Kc sabiendo que el grado de disociacin es 0,76.

2 N2O5(g) = 4NO2(g) + O2(g)13) Las especies qumicas: monxido de carbono, oxgeno y dixido de carbono se encuentran en equilibrio gaseoso a una determinada temperatura, segn la siguiente reaccin: 2 NO(g) + O2(g) = 2 NO2(g) H < 0Justifica en qu sentido se desplazar el equilibrio cuando:a) Se eleva la temperatura.b) Se retira parte del oxgeno.c) Se aade un catalizador.

14) A 20C, la constante de equilibrio para la reaccin: NH4SH(s) = H2S(g) + NH3(g) Es Kp = 0,21. En un matraz de 14 L, a 20C, se introduce amonaco hasta que la presin sea de 0,16 atm. Luego se aade slido hasta que quede un exceso sin reaccionar.a) Calcula la presin total en el matraz una vez alcanzado el equilibrio.

b) Cul es la mnima cantidad de slido que debe aadirse para que se alcance unequilibrio.

15) La Kc para la reaccin 2 SO2 (g) + O2 (g) 2 SO3 (g) es 4,5 L/mol a 600C. En una vasija de un litro se coloca una cantidad A de SO3. La temperatura es de 600C. Se deja alcanzar el equilibrio y se observa que la cantidad de O2 contenida en la vasija es de un mol. Cul es la cantidad A introducida en la vasija?

16) A 2000 K la constante de formacin del NO a partir de sus elementos, segn la ecuacin

N2 (g) + O2 (g) 2 NO (g)vale 4x10-4. Si se determina que la presin del NO en el equilibrio es 0,2 atm y que la presin del N2 es igual a la del O2, determinar las presiones en el equilibrio de los reaccionantes.

17) En un recipiente de 4 litros en el que previamente se ha hecho el vaco, se introduce cierta cantidad de hidrgeno, de forma que la presin de este gas sea de 0,82 atm a 800 K. Seguidamente se introducen 0,2 moles de HI. El equilibrio que se establece es

H2 (g) + I2 (g) 2 HI (g)A 800 K la constante Kp para este equilibrio vale 37,2. Calcular: a) La presin total en el equilibrio. b) El grado de disociacin del HI. c) Las presiones parciales de los tres gases en el equilibrio.

18) Para el equilibrio

COCl2 (g) CO (g) + Cl2 (g)

Kp = 2,25 atm a 350C. Un recipiente vaco de 2 litros de capacidad se llena con COCl2 (g) a 25C y 750 mmHg. Se cierra el recipiente y se calienta a 350C. Calcular:

a) Los moles de cada especie en el equilibrio.

b) La presin parcial de cada gas a 350C.

c) Una vez establecido el equilibrio, cuntos moles de cloro hay que aadir para que en el nuevo equilibrio, manteniendo constante la temperatura, los moles de COCl2 (g) pasen a ser 0,0315?

19) La constante de equilibrio para la reaccin H2 (g) + I2 (s) 2 HI (g)

vale 0,352 a 25C. Sealar si las siguientes mezclas se encuentran en equilibrio a 25C. En caso contrario, indicar la direccin en la que tendr lugar la reaccin a fin de alcanzar dicho equilibrio.

a) Una mezcla en la que las presiones parciales de hidrgeno y yoduro de hidrgeno son 0,10 y 0,90 atm, respectivamente, y que contiene un mol de yodo.

b) Una mezcla en la que las presiones parciales de hidrgeno y yoduro de hidrgeno son 0,55 y 0,44 atm, respectivamente, y que contiene dos moles de yodo.

20) A 1000C y a la presin total de 30 atm, el equilibrio correspondiente al proceso CO2 (g) + C (s) 2 CO (g)

es tal que el 17% en volumen de los gases es de CO2. Cul sera el tanto por ciento de ste ltimo si la presin fuera de 20 atm? Estn los resultados de acuerdo con el principio de Le Chatelier? Explcalo.

21) La constante Kp a 100 C para el equilibrio:FeO(s) + CO(g) = Fe(s) + CO2(g)

Es igual a 0,403. A travs de xido de hierro (II), calentado a 1000 C se hace pasar lentamente una mezcla gaseosa que contiene en volumen un 20% de CO y un 80% de N2. Calcular:

a) la composicin de la mezcla gaseosa salienteb) el volumen de aquella mezcla en condiciones normales que se necesita para reducir 10 g de FeO

22)Dado el equilibrio:CO(g) + Cl2(g) = COCl2(g)

Las concentraciones en el equilibrio son [CO] =2 M, [Cl2] = 2 M y [COCl2] = 20 M. Calcular la composicin del equilibrio:

a) cuando se aade 1 mol/ L de Cl2b) cuando el volumen se hace el doblec) cuando el volumen se reduce a la mitad

23) El carbamato de amonio slido, se disocia completamente en amoniaco y dixido de carbono cuando se evapora, como se muestra en:

NH4CO2NH2(s) = NH3(g) + CO2(g)

A 25C, la presin total de los gases en equilibrio con el slido es 0,116 atm

a) Cul es la constante de equilibrio de la reaccin?b) Si se introduce 0,1 atm del CO2 despus de haber alcanzado el equilibrio, la presin fi-nal del CO2, ser mayor o menor a 0,1 atm? Plantee el equilibrio nuevamente

24) En un recipiente de 1 L se tienen en equilibrio a 450 K 0,013 moles de pentacloruro de antimonio 0,006 moles de tricloruro de antimonio y 0,006 moles de cloro, todos gases. Cal-cular:

a) Las concentraciones en el equilibrio si se cambia el volumen del recipiente a 4 Lb) Si se adicionan 0,01 moles ms de cloro Cul ser la concentracin de cada especie al retornar al equilibrio?

25) Para una cierta cantidad de pentacloruro de fsforo a una presin de 2 atm y a la tem-peratura de 473 K, la mitad de sus molculas estn disociadas en tricloruro de fsforo y clo-ro gas. Determina: a) La presin parcial de cada componente en el equilibrio. b) Kp

26) En un recipiente de 1 litro de capacidad se introduce amoniaco a una temperatura de 20 C y a la presin de 14,7 atm. A continuacin se calienta el recipiente hasta 300 C y la pre-sin aumenta hasta 50 atm. Determina el grado de disociacin del amoniaco, en nitrgeno e hidrgeno gaeosos.

27) Dado el equilibrio: H2O(g) + C(s) = CO(g) + H2(g) H > 0 a) Se introduce una mezcla de 0,5 moles de carbono y 0,5 moles de agua en un recipiente de 1 L y se calienta a una temperatura de 430C. Calcula las concentraciones de los componentes de la reaccin, sabiendo que a esa temperatura la constante de equilibrio Kc vale 54,3. b) Seala razonadamente, cul de las siguientes medidas produce un aumento de la concentracin de monxido de carbono: 1.Elevar la temperatura. 2.Retirar vapor de agua de la mezcle en equilibrio. 3. Introducir hidrgeno en la mezcla en equilibrio.

28) A 20C, la constante de equilibrio para la reaccin: NH4SH(s) = H2S(g) + NH3(g)

Es Kp = 0,21.

a) Como se afecta la reaccin si se disminuye a la mitad el volumen del recipiente, calcule las presiones de cada gas luego de un tiempo.

29) Una mezcla del 10% en volumen de SO2 y 90% de O2 se hace pasar a travs de Pt en un aparato de contacto en el cual el 90% de SO2 se transforma en SO3 a 575C. Calclese la constante de equilibrio de la reaccin

2 SO2 (g) + O2 (g) 2 SO3 (g)si se expresan las concentraciones en presiones parciales y la presin total es de 1 atm.

30) El FeSO4 experimenta la siguiente reaccin de descomposicin 2 FeSO4 (s) Fe2O3 (s) + SO2 (g) + SO3 (g)

A 929 K la presin total es 0,9 atm. a) Calcular Kp a esta temperatura. b) Calcular la presin total que se obtendr en el equilibrio si a esta temperatura se introduce FeSO4 en exceso en un recipiente con una presin inicial de SO2 de 0,6 atm.

EJERCICIOS DE EQUILIBRIO INICO

1)El cido sulfrico se comporta como un electrolito fuerte en la disociacin del primer protn, siendo K2 = 1.2610-2 la constante de disociacin para el proceso

HSO4- SO42- + H+. Dada una disolucin 0.15 M en H2SO4, cules sern las concentraciones de HSO4-, SO42- y H+ en el equilibrio? y el pH?Res: [HSO4-] = 0.14 M; [SO42-] = 0.01 M; [H3O+] = 0.16 M; pH = 0.79

2)Se conoce que la Ka del HNO2 es 4,5 x 10 -4 y se quiere preparar 500 mL de una solucin de pH = 2,5, cuantos mL se necesitaran de una solucin de HNO2 concentrado de pureza 56% y densidad 1,7 g/mL.

3) Calcular la Ka para el cido actico y el porcentaje de hidrlisis sabiendo que 4,1 g de acetato de sodio en 500 mL de agua dieron un pH = 9.

Res. 10-5, 0.01%.

4) Si disolvemos 9,22 mL de HCl gaseoso a 27 C y 740 mmHg en agua suficiente para hacer 75 ,0 mL de solucin. Cul ser el pH de la solucin resultante?

Res: 2,313

5) Una disolucin de piridina presenta un pH de 8,4. Calcular su concentracin y el grado de disociacin si Kb = 1,5 x 10 -9

6) Calcula el pH de una solucin preparada disolviendo 15 g de acetato de sodio al 85% en suficiente agua hasta obtener 5 L de solucin. Ka= 1,8 x 10 -5

7) Calcular el volumen de amoniaco 0,15 M disociado al 1% que contiene la misma cantidad de hidroxilos que 0,5 L de hidrxido de sodio 0,2 M.

8) Calcula el pH de una solucin preparada disolviendo 4 g de acetato de magnesio al 75% hasta 1 L de solucin. Ka= 1,8 x 10 -5

9) Calcula el pH de una solucin preparada de la siguiente forma: 10 mL de amoniaco al 98 % y densidad 1,7 g/mL hasta un volumen de 500 mL, posteriormente, se tomaron 25 mL de esta solucin y se llevaron hasta un volumen final de 250 mL.

10) Se mezclan en el laboratorio las siguientes soluciones: 500 mL de una solucin de HF 0,08 M, 400 mL de una solucin al 15 % de HF, y 1 mL de HF concentrado al 70% de pureza y densidad de 1,6 g/mL. Calcular el pH de la solucin resultante. Ka= 6,6 x 10 -4

por litro, calcular: a) El pH de dicha disolucin. b) El pH de la disolucin despus de aadir 0.1 mol de NaOH slido. c) El pH de la disolucin despus de aadir 0.1 mol de HCl gas.

-5

[Dato: Kb (NH3) = 1,8x10 ]

R=a) 9,26; b) 9,34; c) 9,17

12) Calcular la Ka del cido benzoico (C6H5 COOH) sabiendo que al disolver 6.15 g de cido en agua hasta un volumen de 600 mL, el pH de la disolucin es 2.64. b) El pH de una disolucin 0,1 M de benzoato de sodio (C6H5 COONa). c) El benzoato de sodio se utiliza como conservante en alimentos. Calcular la relacin entre las concentraciones de cido benzoico y de benzoato de sodio en un alimento de pH = 3.

-5 R= a) 6,45x10 ; b) 8,6; c) 15,5

13) Calcular la relacin de concentraciones actico/acetato, que debe existir en una disolucin reguladora de pH= 5,0. Deducir el cambio de pH que se producir si a 1 L de la anterior solucin, que es 0,1M en cido actico, se aaden 50,0 mL de HCl 1,00 M. Ka = 1,8 x10-5 .

14) Tenemos 0,250 mL de amonaco 1,00M y 0,250 mL de cloruro de amonio 1,00M y nos piden que preparemos con estas dos soluciones, 100 mL de una solucin amortiguadora de pH=9,2 que no vare mas de 0,010 unidades de pH al aadir 10,0 mL de hidrxido de sodio 0,1 M 10,0 mL de cido clorhdrico 0,1 M. Cules sern las concentraciones mnimas y los volmenes a mezclar de los compuestos? Kb= 1,81 x 10-5

15) Se desean preparar 200ML de una solucin amortiguadora de pH = 3,77, para ello se posee en el laboratorio 1 L de solucin de cido lctico 1M y lactato de sodio slido al 95%. Cunto se necesita aadir de cada compuesto? Ka= 1,4 x10 -4 . Calcular la capacidad reguladora de 50 mL de esta solucin frente a una solucin de hidrxido de sodio 1M.

16) Se desean amortiguar 20 mL de HCL 1M, sin que el pH vare en ms de 0,5 unidades; para ello se desea emplear una solucin amortiguadora conformada por cido benzoico/benzoato de sodio, de pH 4, Ka= 6,3 x10-5 . Si en el laboratorio se cuenta con cido benzoico slido al 98% de pureza y benzoato de sodio slido al 99% de pureza calcular el volumen de solucin amortiguadora que se debe emplear mnimo para amortiguar el cido clorhdrico.

17) Calcule el pH de un amortiguador preparado mezclando 55 mL de NaHCO3 0,2 M y 65 mL Na2CO3 0,15 M. Ka(1)= 4,3 x 10-7, Ka(2) = 5,6 X10-11

11) Si se tiene una disolucin amortiguadora que contiene 1 mol de NH4Cl y 1 mol de NH3

18)Calcule el pH de una solucin obtenida mezclando 50 mL de cido sulfhdrico 0,002 M (K1=1 x10-7, K2 = 1 x 10 -19) , 30 mL de cido fluorhdrico 0,0034 M disociado al 45% y 10 mL de cido fosfrico 0,0024 M (K1= 7,1 x 10 -3, K2= 6,3 x 10 -8, K3= 4,2 x 10 -13)

19)El benzoato de potasio es una sal orgnica. Si se disuelven 45g al 87% de pureza en suficiente agua para completar 500 mL y luego se toma una alcuota de 20 mL de esta solucin y se lleva a un volumen final de 100 mL Cul sera el pH de la ltima solucin? (Ka = 6,3 x 10 -5)

20)Se mezclan 5 g de cloruro de etilenamonio (C2H5NH3Cl, Kb= 4,3 x 10 -4) a; 90 % de pureza con 3 g de cloruro de amonio (NH4Cl, Kb= 1,8 x 10 -5) al 87% de pureza, y se disuelven en 250 mL de agua. Calcular el pH de la solucin resultante

21)Se desea preparar 500 mL de una solucin de pH 9,06 y slo se cuenta con una sal de nitrito de sodio al 90 % de pureza. Cuantos gramos de esta sal deben disolverse. (Ka= 7,2 x 10-4)

22)Se desea preparar 250 mL de una solucin de pH 4,5 y se cuenta con una solucin concentrada de HCl al 37% de pureza y de densidad 1,9 g/ mL y una solucin de HF concentrada al 80% de pureza y densidad de 1,7 g/mL (Ka= 6,6 x 10-4). Explique como preparara esta solucin y que cido empleara y porque.

23)Se desea preparar 500 mL de solucin buffer de cido frmico/ formiato de sodio de pH 4,2. Si se dispone en el laboratorio de una solucin concentrada de cido frmico al 70% de pureza y densidad de 1,6% y de la sal de formiato de sodio al 80% de pureza, calcule cuanto de ambos componentes debe emplearse y explique como preparara esta solucin. (Ka= 1,8 x 10 -4)

24)Se desea amortiguar 20 mL de solucin de hidrxido de sodio 0,1 M, empleando 50 mL del buffer de amoniaco/cloruro de amonio de pH 9. Si, adems, se desea que el pH no vare en mas de 0,5 unidades, cules deben ser las concentraciones de la base y su sal? (Kb= 1,8 x 10 -4)

25)El in bromato fue precipitado por la adicin de una solucin de nitrato de plata. Cuando la precipitacin se complet el lquido sobrenadante fue 0,003M en plata y tena un volumen final de 200 mL. Calcular los mg de slido perdidos por solubilidad en la solucin y las concentraciones del in bromato en solucin.

26)El Kps para El fluoruro de bario es 2,4 x10-5. Calcular las concentraciones finales del in bario y el in fluoruro, en una solucin que se prepara mezclando 30 mL de ni-trato de bario 0,2 M y 15 mL de una solucin de cido fluorhdrico preparada disolvien-do 10 mL del cido concentrado al 95% de pureza y densidad de 1,03 g/mL, en 100 mL de agua.

27) Calcular la solubilidad de 2 g de bromuro de plata en 20 mL de una solucin de ni-trato de plata, preparada disolviendo 1,038 g de nitrato de plata al 70% de pureza, en 100mL de agua, Kps bromuro de plata= 5 x 10-13.

28) La Kps del hidrxido de calcio es 1,3 x 10-6. Precipitar hidrxido de calcio al mezclar 2,00 L de cloruro de calcio 0,050M con 0,5 L de hidrxido de sodio 0,5M? Si hay precipitado, cuantos gramos se podran obtener? calcule la concentracin de todas las especies inicas en solucin.

29) Si mezclamos 10,0 mL de cloruro de bario 0,1 M con 40,0 mL de sulfato de sodio 0,025 M, Cules sern las concentraciones de in bario y del in sulfato despus de la precipitacin? Kps BaSO4= 1,5 x10-9

30) Suponer que mezclamos 40,0 mL de nitrato de plata 0,1 M y 10,0 mL de bromuro de sodio 0,15 M. Calcualr las concentraciones finales de todas las especies si el Kps AgBr = 5,0 x 10 -13

31) Se disolvieron 10 g de una mezcla de sulfato de sodio anhidro y sulfato de potasio en agua hasta un volumen total de 1 L. Se trataron con solucin de cloruro de bario en exceso ( 100mL) y se obtuvo un precipitado de sulfato de bario que pes 1,436 g. Calcular el porcentaje de sulfato de sodio en la mezcla.

32) La caries en los seres humanos se puede evitar bebiendo un agua que contenga 1,00 mg/L de F-. Se quiere saber: a) qu concentracin de iones calcio, espesada en mg/L, puede tener un agua para que pueda fluorarse sin que aparezca precipitado de fluoruro de calcio? b) Qu cantidad de fluoruro de potasio ser necesaria para fluo-rar diariamente el agua de una poblacin de 200.000 habitantes, sabiendo que cada uno de ellos consume 1,8 L/da? Kps CaF2 = 4,9 x 10 -11

33) Calcule el pH en los siguientes puntos de la titulacin de 20 mL de hidrxido de po-tasio 0,05 M con cido ntrico 0,05M y dibuje la curva de titulacin

a) antes de agregar el cidob) al agregar 5 mL del cidoc) tras agregar 20 mL del cidod) despus de 20,05 mL del cido e) despus de 25 mL del cido

34) Calcular el pH en los siguientes puntos de la titulacin de 20 mL de amoniaco 0,05M con cido clorhdrico 0,05M, y dibuje la curva de titulacin

a) antes de agregar el cidob) al agregar 5 mL del cidoc) tras agregar 20 mL del cidod) despus de 20,05 mL del cido e) despus de 25 mL del cido

35) A fin de determinar el volumen de un reactor provisto de tuberas se llena el mismo con agua en la que se han disuelto 2,00 Kg. de carbonato de sodio. Se toman 500 mL de la disolucin introducida y se valoran con HCl 1,2M, usando fenolftalena como indicador, para lo que se necesitan 30,3 mL del cido. Si el blanco de titula-cin consumi 0,60 mL de cido de la misma concentracin. Cul ser el volumen del reactor considerado?

36) 1,00 mL de cierta solucin de hidrxido de sodio neutraliza 0,045 g de cido sulf-rico al 10%. Qu cantidad de hidrxido de sodio slido al 90% debe aadirse al 1,5 L de dicha solucin para obtener una nueva solucin 0,1 M?

37) Se prepara una solucin de desecho mezclando 20mL de hidrxido de bario de un frasco que dice 0,4 M, otra de hidrxido de magnesio que tiene 15 mL al 30 %p/v y un frasco de hidrxido de sodio que dice 1M y hay 5mL. Cuantos mL de HCl con-centrado se necesitan para neutralizar esta solucin, sabiendo que el frasco de HCl concentrado est al 37% p/p y posee una densidad de 1,19 g/mL.

EJERCICIOS DE ELECTROQUMICA

1) Cierta celda voltaica se basa en las medias reacciones siguientes:

In+(ac) = In 3+ (ac) + 2 e-Br2 (l) + 2 e- = 2 Br - (ac)

La FEM estndar es 1,46 V, si la E Br2-Br- es 1,06 V, calcule el potencial estndar de la otra media celda

2) Calcule la FEM a 298 K que genera la celda:

Cr2O7= (ac) + H+ (ac) + I- (ac) = Cr3+ (ac) + I2 (s) + H2O (l)Si [Cr2O7 =] = 2M, [H+] = 1 M, [I -]= 1M, [Cr 3+]= 1 x 10 -5 M

3) Se construye una celda de concentracin con dos medias celdas de Zn(s) y Zn 2+ (ac). Las concentraciones de Zn+2 son 1,35 M y 3,75 x10-4 M.

a) Cul es el nodo de la celda?b) Cunto vale la FEM de la celda?

4) La siguiente pila :

MnO4 - (ac, 0,1M)/ MnO2(s) // in estaoso (ac, 0,1M) / in estico (ac, 0,1M)

Tiene un voltaje de 0,8998 V a 25C. Calcule el pH de la pila.

5) Considere los siguientes potenciales redox:Fe+3 + e- Fe+2 E = 0.77 VHg+2 + 2e- Hg(l) E = 0.79 V

Si las concentraciones de [Fe+3] = 0.01M, [Fe+2] = 0.1 M y [Hg+2] = 0.001M, calcule el potencial de la siguiente pila galvnica e indique si esta ser espontnea en el sentido indicado o no.

Fe+3 + Hg(l) Fe+2 + Hg+26) Calcule que voltaje se podra obtener al preparar una pila de acuerdo a la siguiente reaccin:

MnO2(s) + Ni(s) Mn+2 + Ni+2

Las concentraciones de Mn+2 y Ni+2 son 0.1M y el pH es 2. Considere los siguientes potenciales de semirreaccin:

MnO2 + 4 H+ + 2e Mn+2 + H2O E = 1.224 V

Ni+2 + 2e Ni E = -0.257 V

7) Se prepara la siguiente pila. Una semicelda compuesta de un electrodo de plata sumergida en una solucin de la sal AgNO3 de concentracin 0.01M se conecta a travs de un puente salino con otra semicelda que contiene un electrodo de carbono sumergida en una solucin que contiene hidroquinona (HQ) y benzoquinona (BQ) de concentracin 0.1 M cada una a un determinado valor de pH. El voltaje obtenido de la pila es de 0,337 Volts. Calcule el pH de la solucin de la segunda semicelda.

Ag+(ac) + HQ(ac) BQ(ac) + Ag(s) E= 1.07 Volt

Considere las siguientes semirreacciones:

Ag+ + e- Ag E = 0.800 Volts

BQ + 2H+ + 2e HQ E = 0.699 Volts

8) Considere la siguiente pila:PbO2(s) + Ni+2(ac) + SO4-2(ac) NiO2(s) + PbSO4(s)

Si la concentracin de NiSO4 es 2 M, calcule el potencial de la pila y prediga si la reaccin est favorecida o no en esas condiciones:

NiO2 + 4 H+ + 2e Ni+2 + 2 H2O E = 1.678 VPbO2 + SO4-2 + 4 H+ + 2e PbSO4 + 2 H2O E = 1.691 V

9) Se sumergen varios metales en una solucin que contienen sales de otros metales. Indicar en que caso el metal en la solucin se deposita sobre la barra metlica. Considere para ello los potenciales dados a continuacin:

Barra de Al sumergida en una solucin de Cu+2Barra de Cu sumergida en una solucin de Al+3

Barra de Ag sumergida en una solucin de Zn+2

Barra de Zn sumergida en una solucin de Ag+

Cu+2 + 2e Cu E = 0.337 VAl+3 + 3e Al E = -1.662 VAg+ + e Ag E = 0.799 VZn+2 + 2e Zn E = -0.763 V

10) En la electrlisis del bromuro de cobre (II) en agua, en uno de los electrodos se de-positan 0.5 g de cobre. Cuntos gramos de bromo se formarn en el otro electrodo?

Escribir las reacciones andica y catdica. Cuntos electrones circulan por la cuba?Rta.: 1.26 g de bromo. b) 9.47 1021 electrones

11) Una cuba electroltica contiene 100 cm3 de una solucin de sulfato de cobre. Se hace pasar una corriente de dos amperes durante una hora, al cabo de la cual se ha depositado completamente todo el cobre. Cul era la concentracin inicial (expre-sada como molaridad) de la solucin de sulfato de cobre?Rta.: 0.37 M

12) Se quiere platear una cuchara de 20 cm2 hasta un espesor de 0.1 mm con un bao de plateado que contenga Ag(CN)2 por el que pasa una corriente de 0.02 A. Densidad de la plata: 10.5 g/cm3 .Calcular el tiempo necesario.

Rta.: 26 horas

13) Se quiere platear una medalla de 3.35 cm2 de superficie, por electrlisis de una so-lucin de nitrato de plata con una intensidad de corriente de 2.5 A durante una hora y media. Hallar a) la cantidad de plata depositada b) el nmero de electrones que circularon la cuba electroltica. Trace un esquema del dispositivo usado. Rta.: 15.09 g

14) Pasan 0.2 moles de electrones a travs de tres celdas electrolticas en serie. Una con-tiene plata, otra ion zinc y la tercera ion frrico. Supngase que la nica reaccin en el ctodo en cada celda es la reduccin del in hasta el metal. Cuntos gramos de cada metal se depositarn? Rta.: plata: 21.58 g; zinc: 6.54 g y hierro: 3.72 g

15) La siguiente celda Cd/CdX2(sat), X- (0,01M) // ECS tiene un potencial de E= 1,034v. Calcular la constante del producto de solubilidad del CdX2. E ECS= 0.244v, E Cd2+/Cd = -0,403 v

16) Si se agrega un exceso de magnesio metlico a una disolucin 0,4 M de iones Cu2+, cual ser la concentracin de Cu2+ en el equilibrio. E Cu2+/Cu= 0.34v, E Mg2+/Mg = -2,37 v

17) En 150 mL de una solucin de nitrato de plata 0,150 M se introduce magnesio met-lico slido con una masa de 2,0 g. Calcular la concentracin de iones Mg2+ y Ag+ en disolucin al llegar al equilibrio, as como el peso de magnesio slido restante. E Ag+/Ag= 0,80 v, E Mg2+/ Mg = -2,37 v

18) Calcular el potencial de la celda:

Al + NO3- + OH- + H2O NH3 + AlO2 -

Si la constante de equilibrio de esa reaccin es 6,5 x 10 48 y adems la concentracin de in nitrato es 0,12 M, y del AlO2- es de 0,07M, con un pH regulado por medio de una

solucin buffer de concentracin 0,12M en amonaco y 0,14M en cloruro de amonio. Ser esta una celda galvnica?

19) El in nitrato reacciona con Zn metlico oxidndolo y produciendo, adems, iones amonio. El potencial de esta celda es E= 0,0766 v, cuando las concentraciones de Zn+2 , nitrato y amonio son, 0,2M, 0,3M y 0,1 M respectivamente. Calcular cuntos mL de cido ntrico sern necesarios emplear para llevar a a cabo la reaccin a par-tir de una solucin 1M de cido ntrico. E Zn2+/Zn = 0,76 v, E NO3-/NH4 + = 0,96 v.

20) Se analiza simultneamente el contenido de cromo y manganeso en una muestra de acero. Se emplea una muestra de 10 g para obtener una solucin, cuyo volumen es de 250 cm3 y que contiene dicromato y permanganato. Se acidulan 10 mL de esta solucin y se precipita cromo como cromato de bario, obtenindose 0,0549 g. Una segunda alcuota de 10 ml de la solucin consume exactamente 15,95 mL de solu-cin de Fe2+ 0,075 M para su titulacin en medio cido. Cul es el porcentaje de cromo y de manganeso presente en la muestra de acero? (Para la titulacin por volu-metra considrese que el in Fe2+ es agente reductor oxidndose a Fe3+)

21) Se dispone de una solucin acuosa de sulfato ferroso de concentracin 4 x 10-2 M. Calcular el tiempo necesario para electrolizar completamente el hierro contenido en 250 mL de dicha solucin, al pasar una corriente de 2 A, si el rendimiento del pro-ceso es de 78%.

22) En la electrlisis de una solucin acuosa que contiene sulfato de cinc y sulfato de cadmio, se deposita todo el cinc y el cadmio, para lo cual se hace pasar una corrien-te de 10 A durante dos horas, obtenindose una mezcla de ambos metales de 35,44g. calcular el porcentaje en peso de cinc en la mezcla metlica.

23) Qu volumen de hidrgeno y oxgeno, en condiciones normales, se desprendera al hacer pasar una corriente de 4 A durante 50 minutos a travs de una celda electro-ltica que contiene agua acidificada?

24) El sulfuro cuproso se disuelve en cido ntrico concentrado (70% pureza, D = 1,42 g/mL) produciendo sulfato de cobre y xido ntrico. Para 30 g de una muestra M que contiene sulfuro cuproso se requiri 41,3 mL de cido ntrico concentrado para que el agente reductor sea completamente oxidado por el agente oxidante. Luego, la solucin obtenida se electroliz con una corriente de 2 A.:

a) Cul es el porcentaje de pureza de la muestra M?b) Cunto tiempo es necesario para que por electrlisis se deposite toda la masa?

EJERCICIOS DE TERMODINMICA

1) Cul es la temperatura final de equilibrio cuando 10 g de leche a 10C. se agregan a 160 g de caf a 90C? (Suponga que las capacidades calorficas de los dos lquidos son iguales a la del agua, y desprecie la capacidad calorfica del recipiente.)

2) Un calormetro de aluminio con una masa de 100 g contiene 250 g de agua. Estn en equilibrio trmico a 10C Se colocan dos bloques de metal en el agua. Uno es una pieza de 50 g de cobre a 80C La otra muestra tiene una masa de 70 g a una temperatura de 100C Todo el sistema se estabiliza a una temperatura final de 20C(a) Determine el calor especfico de la muestra desconocida.

3) Un recipiente de espuma de estireno contiene 200 g de mercurio a 0C. A esto se le agregan 50 g de alcohol etlico a 50C y 100 g de agua a 100C(a) Cul es la temperatura final de la mezcla?(b) Cunto calor fue ganado o perdido por el mercurio, el alcohol y el agua? (El calor especfico de eI mercurio es 0,033 cal/g C el de alcohol etlico, 0,58 cal/g C y se desprecia la capacidad trmica de la espuma de estireno.)

4) Un bloque de 1 kg de cobre a 20C, se deja caer en un recipiente con nitrgeno lquido el cual est hirviendo a 77 K. Suponiendo que el recipiente est aislado trmicamente de los alrededores, calcule el nmero de litros de nitrgeno que se evaporan durante el tiempo que tarda el cobre en llegar a los 77 K. (Nota: el nitrgeno tiene un calor especfico de 0,21 cal/g C un calor de vaporizacin de 48 cal/g y una densidad de 0,8 g/cm3 )

5) Se calienta una muestra de 150,0 g de plomo hasta la temperatura de ebullicin del agua (100,0 C) y a la vez en un vaso de precipitado se aaden 50,0 g de agua a 22,0 C en un vaso aislado trmicamente. A continuacin se agrega el plomo caliente al vaso de precipitado con agua, midiendo la temperatura final de mezcla a 28,8 C. Calcular el calor especfico del plomo. Res: 0,13 J (g C) -1

6)1 Kg de hierro y 1 Kg de cobre son fundidos en forma simultnea en un recipiente cermico. Se entrega calor hasta que se funde totalmente el slido de ms alta temperatura de fusin. Inicialmente el Fe y el Cu estn a 20C.

1 a) Determine la cantidad de calor requerido para el proceso indicado. 2 b) Determine el calor requerido si hay prdidas de 25% del calor entregado durante el proceso.

PF Fe = 1808K, PF Cu = 1357,6 K, ce Fe = 440J/ kg K, ce Cu= 390 J/ kgK

7) Un termo contiene 1 L de agua caliente a 100C. Se deja cerrado hermticamente en un ambiente a 20C. Suponiendo que el agua en el termo transfiere calor al ambiente con un flujo de 200 cal/min. 1 a) Determine el tiempo necesario para que la temperatura baje a 50C 2 b) La temperatura despus de 2 horas 3

8) Se colocan 200 g de hierro a 120 C en un recipiente conteniendo 500 g de agua a 20 C. Siendo el calor especfico del hierro igual a 0,114 cal /g C y considerando despreciable el calor absorbido por el recipiente. Determine la temperatura de equilibrio trmico.

9) Un bloque de platino de masa 60 g es retirado de un horno e inmediatamente colocado en un calormetro de cobre de masa igual a 100 g y que contiene 340 g de agua. Calcular la temperatura del horno, sabiendo que la temperatura inicial del agua era de 10 C y que subi a 13 C, cuando se alcanz el equilibrio trmico. El calor especfico del platino es de 0,035 cal /g C y el calor especfico del cobre es de 0,1 cal /g C.

10) Un joyero vendi un anillo que dijo contener 9 g de oro y 1 g de cobre. Se calienta el anillo a 500 C (temperatura inferior a la temperatura de fusin del oro y del cobre). Se introduce el anillo caliente en un calormetro con agua, cuya capacidad calorfica es 100 cal / C y cuya temperatura inicial es 20 C; se constata que la temperatura en el equilibrio trmico es de 22 C. Los calores especficos del oro y del cobre son 0,09 y 0,031 cal /g C, respectivamente. Determine las masas del oro y del cobre en el anillo.

11) Una barra de cobre de 1 Kg a una temperatura inicial de 720C es sumergida en un recipiente con agua a 20C y 1 atm. Determine las "condiciones finales" del agua y del cobre para tres casos:

a) masa inicial de agua = 10Kg. b) masa inicial de agua = 1Kg. c) masa inicial de agua = 0.5 Kg

12) Un dispositivo cilindro pistn que contiene 1,4 kg de aire, se mantiene a una presin constante de 7 bar . Durante el proceso el calor extrado es de 49 kJ mientras que el volumen vara de 0,15 a 0,09 m3. Calcule la variacin en energa interna del gas en kJ/kg.

13) Calcular el trabajo que realiza 1 L de hidrgeno que se encuentra a 0C y 760 mmHg al expandirse hasta ocupar un volumen de 2 L a la misma temperatura

14) Un mol de gas en un recipiente est a una presin de 1,5 atm y a un volumen 4 m3 . Cul es el trabajo realizado por el gas cuando(a) se expande a una presin constante hasta el doble de su volumen inicial y(b) se comprime a presin constante hasta un cuarto de su volumen inicial?

15) Un mol de un gas ideal hace un trabajo de 3000 J sobre los alrededores al expandirse isotrmicamente a una presin final de 1 atm y a un volumen final de 25 L.

(a) Determine el volumen inicial y(b) la temperatura del gas.

16) Se comprime un gas a presin constante de 0.8 atm de un volumen de 9 L a un volumen de 2 L. En el proceso se escapan del gas 400 J de energa calorfica.

(a) Cul es trabajo realizado por el gas?(b) Cul es el cambio en la energa interna del gas

17) Un sistema termodinmico sigue un proceso en el cual su energa interna disminuye 500 J. Si al mismo tiempo se hacen 220 J de trabajo sobre el sistema, encuentre el calor transferido por, o hacia, el sistema.

18) Un gas se lleva a travs del proceso cclico descrito en la siguiente figura.

(a) Encuentre el calor neto transferido al sistema durante un ciclo completo.(b) Si el ciclo se invierte, esto es, el proceso va por el camino ACBA, cul es el calor neto transferido por ciclo?

19) Cunto trabajo hace el sistema cuando 1 mol de agua a 100C hierve y se convierte en un mol de vapor a 100C a una presin de 1 atm? Determine el cambio en la energa interna del vapor al evaporarse. Considere el vapor como un gas ideal.

20) Un mol de gas ideal inicialmente a 300 K se expande en forma isobrica a una presin de 2,5 kPa. Si el volumen aumenta de 1 m3 a 3 m3 y se agregan 12500 J de calor al sistema, encuentre

(a) el cambio en la energa interna del gas y(b) su temperatura final.

21) Dos moles de gas helio inicialmente a una temperatura de 300 K y a una presin de 0.4 atm se comprimen en forma isotrmica a una presin de 1,2 atm. Encuentre

(a) el volumen final del gas,(b) el trabajo realizado por el gas y(c) el calor transferido. Considere el helio como un gas ideal.

22) La meteorizacin de la pirita en minas de carbn y en menas de sulfuros metlicos puede representarse por la siguiente reaccin:

FeS2 + O2 + H2O Fe2 (SO4)3 + H2SO4Dadas las siguientes entalpas, deben los mineros combatir el fuego o ponerse ropa abrigada?Hf FeS2(s) = -171,54 kJ/mol; Hf H2O(l) = -285,83 kJ/mol; H Fe+2(ac) = -89,1, Hf SO4-2(ac) = -909,27kJ/mol; Hf H+(ac) = 0, 0 kJ/mol.

Ojo: Balancee la ecuacin primero!

23) Un mol de gas ideal contenido en un depsito a 300 y 100 atm es comprimido isotrmicamente hasta alcanzar una presin de 1000 atm. Determinara) el trabajo de compresinb) el calor transferidoc) el cambio de energa del sistema

24) Calcular el trabajo realizado en la expansin de 4 moles de oxgeno que se encuentran a la presin de 14 atm hasta una presin de 1 atm, si el proceso tiene lugar de manera reversible e isotrmica a 370 K.

25) Calcule el Hor para cada reaccin a partir de los respectivos Hof, segn la ley de Hess:

a) C2H6 (g) C2H4 (g) + H2 (g) b) 2NO (g) + H2 (g) N2O (g) + H2O (g) c) CO(NH2)2(s) + 3/2 O2 (g) CO2 (g) +2H2O (l) + N2(g) d) CO (g) + Cl2 (g) COCl2 (g)

El calor de formacin de la urea es -326,0 kJ.mol-1

R: a) 136,9 kJ; b) -340,3 kJ; c) - 639,1 kJ; d) -108,3 kJ.

26) 100 mL de una disolucin 0,500 M de HCl se mezclan con 100 mL de una disolucin 0,500 M de NaOH, en un calormetro a presin constante que tiene una capacidad calorfica de 335 J/C. La temperatura inicial de las disoluciones de HCl y NaOH fue 22,50 C y la temperatura final de la mezcla 24,90 C. Calcula el cambio de calor por mol en esta reaccin de neutralizacin, considerando que las densidades de las disoluciones de HCl y de NaOH y sus calores especficos son los iguales a las del agua (1,00 g/mL y 4,184 J/g-C, respectivamente)

EJERCICIOS DE CINTICA

1) En la tabla siguiente se dan las velocidades de reaccin de A y B para diversas concen-traciones de ambas especies. Dedzcanse y la constante de velocidad k correspondiente a la reaccin cintica: v = k[A] [B]

Experimento [A] 10-3 M [B] 10-3 M v(ms-1)

1

2

3

5

15

15

2,5

2,5

10

3*10 -5

9*10 -5

3,6*10 -4

2) La velocidad para una reaccin entre dos sustancia A y B viene dada por:Experimento [A0] (moll1) [B0] (moll1) v0 (moll1s1) 1 1,0 10 2 0,2 10 2 0,25 10 4 2 1,0 10 2 0,4 10 2 0,50 10 4 3 1,0 10 2 0,8 10 2 1,00 10 4 4 2,0 10 2 0,8 10 2 4,02 10 4 5 3,0 10 2 0,8 10 2 9,05 10 4

Determina los rdenes de reaccin parciales y total, la constante de velocidad y la velocidad cuando [A0] = 0,04 M y [B0] = 0,05 M.

3) La destruccin de la capa de ozono es debida entre otras a la siguiente reaccin: NO + O3 = NO2 + O2 . La velocidad que se ha obtenido en tres experimentos en los que se ha variado las concentraciones iniciales de los reactivos ha sido la siguiente:Experimento [NO]0 (M) [O3]0 (M) v0 (mol/ls) 1 1,0 10-6 3,0 10-6 6,6 10-5 2 1,0 10-6 9,0 10-6 1,98 10-4 3 3,0 10-6 9,0 10-6 5,94 10-4a) Determina la ecuacin de velocidad. b) Calcular el valor de la constante develocidad.

4) el proceso de hidrlisis de un ster en medio bsico representado por la ecuacin:EtAc + OH- = Ac- + EtOH

es una reaccin de orden total dos, uno para cada reactante, regida por la constante K = 0,089 L/mol.s. En el instante inicial la concentracin de los reactantes es 0,01M para cada uno. Calcular la concentracin del in acetato a los 30 segundos de iniciada la reaccin.

5) las constantes de velocidad para una reaccin de primer orden son: 4,6 x 10-4 s -1 a 350 C y 8,80 x 10-4 s -1 a 370C. Calcula la energa de activacin.

6) La constante de velocidad para temperaturas prximas a 298K se duplica por cada 10 grados de temperatura. Cul deber ser la energa de activacin si se pasa de dicha temperatura hasta 308K

REFERENCIAS

- Chang, R. Qumica General. Edicin disponible en la biblioteca. McGraw-Hill, Mxico.- Alvarado P, A. 1999 Principios de Qumica II: Gua de Problemas. Universidad Central de Venezuela. Facultad de Ciencias. Escuela de Qumica. 115 p.- Brown, T., LeMay, H.E., Burdten, B.E. 1998 Qumica La Ciencia Central. Sptima Edicin. Prentice Hall, 989 p.- Goncalves, J., Machado, F., De Sola V. y Pardey, A. 2000 Laboratorio de Principios de Qumica. Universidad Central de Venezuela. Facultad de Ciencias. Escuela de Qumica. 54 p.- Jones, L. and Atkins, P. 1999 Chemistry. Molecules, Matter, and Changes. 4th ed. Library of Congress-in-Publishing Data. 998 p.- Monografas de Qumica. 1992. Editorial Mir. D. Marcano (ed.).- Mortimer, E.C. 1983 Qumica. Grupo Editorial Iberoamericana, Mxico, 768 p.- Schaum, D. y Rosenberg, J.L. 1966. Teora y Problemas de Qumica General. Serie de Compendios Mc. Graw Hill, Mxico. 246 p.- Wilbrahan, A.C., Staley, D.D. and Matta, M.S. 1995 Chemistry. Addison-Wesley Publishing Company. 850 p.