UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Universidad Mayor de AndrsFacultad de IngenieraQumica General para Ingeniera

Unidad 12

Tema: Equilibrios de solubilidad

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*

Solubilidad. Reaccin de disolucin. Constante de producto de solubilidad, Kps. Factores que afectan el equilibrio de solubilidad. Reaccin de precipitacin.Precipitacin selectiva.Interconversin de precipitados.Disolucin de precipitados.Unidad 12. Equilibrios de compuestos inicos ligeramente solubles.

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*En esta unidad se estudiarn los equilibrios de solubilidad de compuestos inicos poco solubles o muy poco solubles.

Muchas de las reacciones qumicas que involucran a estos compuestos tienen aplicaciones importantes en diversos mbitos:laboratorios de investigacin y de anlisis qumico, procesos industriales, rea de la salud, naturaleza y ambiente, etc.

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Solubilidad.Solubilidad, s: es la cantidad mxima de una sustancia que se disuelve en una cantidad especificada de disolvente a T y P fijas.

Solubilidad depende de: naturaleza de soluto naturaleza del disolvente temperatura presin (en el caso de disolver gases)

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*La solubilidad => concentracin mxima de la solucin a T (P).

La solucin que tiene la concentracin mxima se denomina solucin saturada. Si se aade ms soluto ste permanece sin disolverse.T, P

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Reaccin de disolucin. Constante de pro-ducto de solubilidad, Kps. Todas las sustancias se disuelven hasta que la solucin se satura.El proceso de disolucin, a T y P, de un soluto inico slido en agua se representa por:

soluto (s) + agua(l) catin (ac) + anin(ac)

o simplemente:

soluto (s) catin(ac) + anin(ac)

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Las soluciones saturadas en presencia de soluto sin disolver (como el caso que muestra la figura) establecen equilibrio entre el soluto sin disolver y la solucin.T, PEste equilibrio corresponde al de la reaccin:

soluto (s) = catin(ac) + anin(ac)

soluto(s) sin disolver

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*La reaccin de disolucin:

soluto (s) = catin(ac) + anin(ac)

tiene una constante de equilibrio que se denomina constante de producto de solubilidad y se designa Kps.

Como el soluto es poco o muy poco soluble, la reaccin de disolucin est poco desplazada hacia los productos, en consecuencia el valor de Kps ( a T) siempre es pequeo.

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Ejemplos.Reaccin Kps a 25C

BaCO3(s) = Ba2+(ac) + CO32-(ac) 8,1 x 10-9AgCl(s) = Ag+(ac) + Cl-(ac) 1,6 x 10-10AgI(s) = Ag+(ac) + I-(ac) 8,3 x 10-17Ca3(PO4)2(s) = 3Ca2+(ac) + 2PO43-(ac) 1,2 x 10-26 Al(OH)3(s) = Al3+(ac) + 3OH-(ac) 1,8 x 10-33CuS(s) = Cu2+(ac) + S2-(ac) 6,0 x 10-37Ag2S(s) = 2Ag+(ac) + S2-(ac) 6,0 x 10-51

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Ejemplos de expresiones de Kps.

AgCl(s) = Ag+(ac) + Cl-(ac) Kps = 1,6 x 10-10

Kps = [Ag+][Cl-] = 1,6 x 10-10

Ca3(PO4)2(s) = 3Ca2+(ac) + 2PO43-(ac) Kps = [Ca2+]3 [PO43-]2 = 1,2 x 10-26

Ag2S(s) = 2Ag+(ac) + S2-(ac) Kps = 6,0 x 10-51 Kps = [Ag+]2[S2-] = 6,0 x 10-51

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Relacin entre Kps y solubilidad.Ejemplos. Sea s la solubilidad (en moles/L) de AgCl(s) en agua a 25C. Qu relacin tiene s con Kps?

Si la solubilidad es s => los moles/L de cloruro de plata disueltos son s, y stos dan origen a

exceso de AgCl(s) sin disolvers (mol/L) de Ag+(ac) y s(mol/L) de Cl-(ac)

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*El equilibrio se alcanza a travs de la reaccin de disolucin:

AgCl(s) = Ag+(ac) + Cl-(ac)M i) a 0 0M c) -s s sM eq) a s s s

Luego: Kps=[Ag+][Cl-]

Kps = s2

Tanto [Ag+] como[Cl-] miden la solubilidad delAgCl.

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*2) Sea s la solubilidad (en moles/L) de Cu(OH)2(s) en agua a 25C. Qu relacin tiene s con Kps?

Reaccin: Cu(OH)2(s) = Cu2+(ac) + 2OH-(ac)M i) a 0 0M eq) a s s 2s

Kps = [Cu2+][OH-]2 Kps = s (2s)2 Kps = 4s3

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*La relacin entre solubilidad y Kps cambia con la estequiometra de la reaccin de disolucin:verificar

Coeficientes estequiomtricosRelacin entre Kps y s

Catin : Anin1:12:1 1:21:3 3:12:3 3:2Kps = s2Kps = 4 s3Kps = 27 s4Kps = 108 s5

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12* Determinacin de Kps a partir de valor de solubilidad.

Problema 1.La solubilidad del sulfato de plomo en agua a 25C es 4,25 x 10-3 g/100 mL de solucin. Calcule el valor de Kps del sulfato de plomo a 25C.Clculos de Kps y de solubilidad.

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*s = 4,25x10-3 g/100 mL => s = 0,0425 g/LM PbSO4 = 303,3 g/mols = (0,0425 g/L)/303,3 g/mol = 1,40 x 10-4 mol/L

Reaccin:PbSO4(s) = Pb2+(ac) + SO42-(ac)M i) a 0 0M eq) a s s s Kps= [Pb2+][SO42-] = s2 = (1,40x10-4)2 = Solucin.1,96x10-8

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Cuando se agita fluoruro de plomo en agua a 25C, se encuentra que la [F-] en la solucin saturada es 5,2x10-3 mol/L.Calcule el valor de Kps del fluoruro de plomo a 25C.Problema 2.

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Reaccin:PbF2(s) = Pb2+(ac) + 2 F-(ac)M i) a 0 0M eq) a s s 2s

[F-] = 2s = 5,2x10-3 mol/LPor tanto s = [Pb2+] = 2,6x10-3 mol/L y Kps= [Pb2+][F-]2 = 4s3 = 4x(2,6x10-3)3 = Solucin.7,03x10-8

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Problema 3.El hidrxido de calcio (cal apagada) es una parte principal del mortero, el yeso y el cemento. Las soluciones de Ca(OH)2 se usan en la industria como una base fuerte barata.

Calcule la solubilidad de Ca(OH)2 en agua si su Kps es 6,5x10-6 a 25C. Exprese la solubilidad en g/100 mL.

II) Clculo de solubilidad a partir de valor de Kps .

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Ca(OH)2(s) = Ca2+(ac) + 2OH-(ac)M i) a 0 0M eq) a s s 2s

Kps = 4s3 = 6,5 x 10-6 Solucin.s = 1,18x10-2 mol/L x 74,0 g/mol = 0,87 g/Ls = 0,087 g/100 mL

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Una suspensin de Mg(OH)2(s) en agua se vende como leche de magnesia para aliviar trastornos estomacales menores provocados por la acidez. La [OH-] es muy baja como para lastimar la boca y garganta, pero la suspensin se disuelve en los jugos estomacales cidos, neutralizndolos.Cul es la solubilidad molar del Mg(OH)2 en agua pura a 25C? Kps Mg(OH)2 = 6,3x10-10 a 25C. Resp.: 5,4x10-4 MProblema 4. (Tarea)

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Los valores de Kps permiten comparar solubilidad relativa, en tanto se comparen compuestos que generan el mismo nmero total de iones.En tales casos, mientras mayor sea Kps mayor es la solubilidad del compuesto.

Uso de valores de Kps para comparar solubilidades.

N de ionesFrmulaCatin : aninKps s (mol/L)22MgCO3BaCrO41:11:13,5x10-82,1x10-101,9x10-41,4x10-533BaF2Ag2CrO41:22:11,5x10-62,6x10-127,2x10-38,7x10-5

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12* Efecto de un ion comn (en la solubilidad).

Factores que afectan el equilibrio de solubilidad. La presencia de un ion comn disminuye la solubilidad de un compuesto poco soluble.Ejemplo:La solubilidad de BaF2 en una solucin que con-tiene iones Ba2+ o iones F- es menor que la solubi-lidad en agua pura. (Principio de LeChtelier).

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Calcule la solubilidad de Al(OH)3 a 25C en:agua (pura)solucin 0,10 M de AlCl3solucin 0,10 M de NaOH

Kps Al(OH)3 = 1,8 x 10-33

Problema 5.

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*en agua: Al(OH)3(s) = Al3+(ac) + 3 OH-(ac)M i) a 0 0M eq) a s s 3s 27 s4 = 1,8 x 10-33 Solucin.s = 2,9 x 10-9 M

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*b) en solucin 0,10 M de AlCl3: Al(OH)3(s) = Al3+(ac) + 3 OH-(ac)M i) a 0,10 0M eq) a s 0,10 + s 3s (0,10 + s)(3s)3 = 1,8 x 10-33 se espera que este s sea menor que 2,9x10-9 M

Solucin.s = 8,8 x 10-12 M

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*c) en solucin 0,10 M de NaOH: Al(OH)3(s) = Al3+(ac) + 3 OH-(ac)M i) a 0 0,10M eq) a s s 0,10 + 3s s(0,10 + 3s)3 = 1,8 x 10-33 Este valor de s debe ser ms pequeo que los anteriores. Solucin.s = 1,8 x 10-30 M

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Anlisis de resultados: A pesar que la concentracin del ion Al3+ y la del ion OH- es la misma, la disminucin que produce el ion OH- en la solubilidad es mayor que la que produce el ion Al3+.

Puesto que en: Kps = [Al3+] [OH-]3 la [OH-] afecta en potencia 3, en cambio la [Al3+] , afecta en primera potencia.

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Ordene en forma creciente la solubilidad de BaSO4 en: 1) BaCl2 0,05M 2) agua 3) NaCl 0,05 M4) Na2SO4 0,05 M5) Ba(NO3)2 0,10MProblema 6.

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*BaSO4(s) = Ba2+(ac) + SO42-(ac)Solucin.Solubilidad: 5) < 4) = 1) < 2) = 3)

BaSO4(s) se disuelve en:Efecto de ion comunSolubi-lidadsi - noion1) BaCl2 0,05 M 2) agua 3) NaCl 0,05 M4) Na2SO4 0,05 M5) Ba(NO3)2 0,10 MS NoNoSSBa2+ 0,05 M

SO42- 0,05 MBa2+ 0,10 M

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12* Efecto del pH en la solubilidad.

La concentracin de ion H+ puede tener un efecto muy marcado sobre la solubilidad de un compuesto inico.Si el compuesto contiene el anin de un cido dbil, la adicin de un cido fuerte (H+) aumenta su solubilidad. (Le Chtelier)

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Cosidrese una solucin saturada de carbonato de calcio.El equilibrio de disolucin es: CaCO3(s) = Ca2+(ac) + CO32-(ac)Ejemplo.Ca2+ CO32-Ocurren reacciones cido - base

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*CO32-(ac) + H+(ac) HCO3-(ac) HCO3-(ac) + H+(ac) H2CO3(ac)

H2CO3(ac) CO2(g) + H2O(l) La adicin de cido sobre carbonatos insolubles produce desprendimiento de CO2(g).

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Qu efecto produce la adicin de H+(ac) sobre una solucin saturada en AgCl?

AgCl(s) = Ag+(ac) + Cl-(ac)

NINGUN efecto puesto que el Cl- es base conjugada de cido fuerte.El ion Cl- es base extremadamente dbil.

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Escriba las ecuaciones balanceadas para explicar si la adicin de cido ntrico afecta la solubilidad de: bromuro de plomo (II) hidrxido de cobre (II) sulfuro de hierro (II)

Problema 7.

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12* El cido ntrico => H+(ac) y NO3-(ac) PbBr2(s) = Pb2+(ac) + 2Br -(ac)Br - anin de cido fuerte, no reacciona con H+ por tanto no se afecta la solubilidad de PbBr2.

b) Cu(OH)2(s) = Cu2+(ac) + 2OH-(ac)OH- base fuerte y reacciona con H+. Al consumirse los iones OH- aumenta la solubilidad de Cu(OH)2.Solucin.

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12* FeS(s) = Fe2+(ac) + S2-(ac)S2- anin del cido dbil HS-, por tanto ocurren las reacciones: S2-(ac) + H+(ac) = HS-(ac)y HS-(ac) + H+(ac) = H2S(ac)

aumentando la solubilidad de FeS(s)

H+

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Ejemplos de reacciones de precipitacin: 1) Precipitacin de AgCl(s): Ag+(ac) + Cl-(ac) = AgCl(s) Reaccin de precipitacin.Se denomina reaccin de precipitacin de una sustancia poco soluble a la inversa de la reaccin de disolucin de dicha sustancia.

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*2) Precipitacin de Cu(OH)2(s):

Cu2+(ac) + 2OH-(ac) = Cu(OH)2(s)

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*El proceso de precipitacin consiste en hacer reaccionar soluciones tales que cada una de ellas aporta uno de los iones que forman el compuesto poco soluble.

Ejemplos:Solucin de AgNO3(ac) + solucin de NaCl(ac) puede pp AgCl(s)

Solucin de Cu(NO3)2(ac) + solucin de NaOH(ac) puede pp Cu(OH)2(s)

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Para que ocurra la formacin del slido (precipitacin) es necesario que el sistema satisfaga la condicin de equilibrio.

Condicin de precipitacin??

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*La reaccin es:Ag+(ac) + Cl-(ac) = AgCl(s) y su condicin de equilibrio es:

o bien: Kps = [Ag+][Cl-] = 1,6x10-10Cmo saber si se cumple la condicin de equilibrio? es decir, cmo saber si se forma precipitado?

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12* La condicin de equilibrio se cumple cuando Q = Kps La reaccin ocurre de R P cuando Q > Kps

Entonces con las concentraciones iniciales de los iones Ag+(ac) y Cl-(ac), se determina el valor de Qi:

Qi = [Ag+]i [Cl-]i

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Si Qi > Kps habr reaccin de precipitacin hasta que Q = Kps

Si Qi < Kps no hay pp

Si Qi = Kps la solucin est justo en el punto de saturacin (1 cristal del slido).

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Determine si se forma o no precipitado cuando se mezclan 0,100 L de Ca(NO3)2 0,30 M con 0,200 L de NaF 0,06 M. Problema 8.

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Qu compuesto podra precipitar?

Ca2+ + 2NO3- + 2Na+ + 2F- = CaF2(s) + 2NO3- + 2Na+Solucin.Podra pp CaF2 por ser poco soluble. La reaccin de pp sera:

Ca2+(ac) + 2F-(ac) = CaF2(s)

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Qi =[Ca2+]i [F-]i2 = (0,10)(0,040)2 = 1,6 x 10-4 Qi debe compararse con valor de Kps de CaF2(s)

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Kps de CaF2(s) = 4,0 x 10-11

Qi > Kps luego precipita CaF2.

Precipita CaF2 hasta que Q = Kps

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Problema 9.Los fosfatos en aguas naturales frecuentemen-te precipitan como sales insolubles como el Ca3(PO4)2. Determine si en un ro donde las concentraciones de Ca2+ y PO43- son 10-6 M y 10-7 M, respectivamente, precipita o no fosfato de calcio.Kps de fosfato de calcio = 1,2 x 10-29

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Para que pp Ca3(PO4)2 se debe cumplir que Q > Kps.Como la expresin de Kps = [Ca2+]3[PO43-]2Q = [Ca2+]3ro [PO43-]2ro

Q = (10-6)3(10-7)2 = 10-32

Como Q < Kps => no precipita fosfato de calcio.Solucin.

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Se formar algo de Ba(IO3)2(s) cuando se disuelven 6,5 mg de BaCl2 en 500 mL de NaIO3(ac) 0,033 M? Kps Ba(IO3)2 = 1,5x10-9

b) Precipitar Ag2CrO4(s) si se agregan 15,0 mL de AgNO3(ac) 10-4M a 35,0 mL de K2CrO4(ac) 10-3 M?Kps Ag2CrO4 = 2,6x10-12.

Problema 10. (Tarea).

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Es posible separar uno o varios iones de otros iones presentes en una solucin aprovechando las diferencias de las solubilidades de los compuestos que ellos forman con un ion precipitante dado.

Este proceso se conoce como precipitacin selectivaPrecipitacin selectiva.

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Ejemplo.Los compuestos AgCl, CuCl y PbCl2 son poco solubles y sus Kps son 1,6x10-10; 1,9x10-7 y 1,7x10-5, respectivamente.Desde una solucin que contiene los iones Ag+, Cu+ y Pb2+, es posible separarlos precipitando selectivamente uno o dos de ellos con Cl-.

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*A la solucin que contiene los tres iones se va agregando en forma controlada iones Cl-.

Se agrega Cl- (puede ser como NaCl(s))

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Para que se inicie la pp AgCl(s) debe cumplirse que Q Kps de AgCl => [Ag+]i [Cl-]i 1,6 x 10-10 => [Cl-]i 1,6 x 10-10/10-5 [Cl-]i 1,6 x 10-5 M

Para que se inicie la pp CuCl(s) debe cumplirse que Q Kps de CuCl => [Cu+]i [Cl-]i 1,9 x 10-7 => [Cl-]i 1,9 x 10-7/10-4 [Cl-]i 1,9 x 10-3 M

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Para que se inicie la pp PbCl2(s) debe cumplirse que Q Kps de PbCl2 => [Pb2+]i [Cl-]2 i 1,7 x 10-5 => [Cl-]i 1,7 x 10-5/10-1 [Cl-]i 1,6 x 10-4 M

A medida que se agrega el NaCl la concentracin de Cl- en la solucin empieza a aumentar. La primera condicin de pp que se satisface es la del AgCl, pues ella es la que necesita la menor concentracin de Cl-. El AgCl empieza a pp cuando [Cl-] = 1,6x10-5 M. Cuando Cl- alcance el valor de 1,6x10-4 M se inicia la pp de PbCl2(s) y en ltimo lugar precipitara el CuCl(s).

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Resumen de los valores calculados:

Para que precipiteen solucin con [Cl-] mnima debe serOrden de ppAgCl(s)CuCl(s)PbCl2(s)[Ag+] = 10-5 M[Cu+] = 10-4 M[Pb2+] = 10-1 M1,6 x 10-5 M1,9 x 10-3 M1,3x10-2 M123

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*[Ag+]i = 10-5 M[Cu+]i = 10-4 M[Pb2+]i = 10-1 MinicialCl-AgCl(s)[Ag+] = 1,2x10-8 M[Cu+] = 1,5x10-5 M[Pb2+] = 10-1 M[Cl-] = 1,3x10-2 MAgCl(s)CuClSe inicia pp de PbCl2(s)132

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Se agrega controladamente AgNO3(s) a 0,500 L de una solucin que contiene iones CN- 0,05 M y iones PO33- 0,05 M. qu compuestos poco solubles pueden precipitar? Determine cul de ellos precipita primero. Calcule la concentracin del anin que precipita primero cuando se inicia la precipitacin del otro compuesto.(Similar a problema 13 gua de ejercicios)Problema 11.

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*a) qu compuestos poco solubles pueden precipitar?Los iones presentes en la solucin son CN- y PO43- y a stos se agregan iones Ag+ y NO3-, luego los compuestos que se podran formar son AgCN y Ag3PO4 y debido a que ellos son poco solubles podran precipitar como slidos.

Para resolver se necesitan los valores de Kps: AgCN(s) Kps = 2,2x10-16Ag3PO4(s) Kps = 2,6x10-18 Solucin

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*b) Determine cul de ellos precipita primero.

Las reacciones de precipitacin son:Ag+(ac) + CN-(ac) = AgCN(s)

Kps = [Ag+][CN-] = 2,2 x 10-16

3Ag+(ac) + PO43-(ac) = Ag3PO4(s)

Kps = [Ag+]3[PO43-] = 2,6 x 10-18

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Para que precipite AgCN debe cumplirse:

Q Kps => [Ag+][CN-] 2,2 x 10-16 [Ag+] 2,2 x 10-16/ 0,05 [Ag+] 4,4 x 10-15 MPara que precipite Ag3PO4 debe cumplirse:

Q Kps => [Ag+]3[PO43-] 2,6 x 10-18 [Ag+]3 2,6 x 10-18/ 0,05[Ag+]3 5,2 x 10-17 [Ag+] 3,7 x 10-6 M

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Precipita primero el compuesto que requiere la concentracin ms baja de iones Ag+ , en este caso precipita primero AgCN(s).

Calcule la concentracin del anin que preci-pita primero cuando se inicia la precipitacin del otro compuesto. El anin del compuesto que precipita primero es el ion CN-, luego debe determinarse [CN-] = ?en el instante que se inicia la pp de Ag3PO4(s).

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*La pp de Ag3PO4(s) se inicia cuando la [Ag+] alcanza el valor 3,7 x 10-6 M y debido a que en el sistema ya hay AgCN precipitado, se debe satisfacer que: [Ag+][CN-] = 2,2 x 10-16

luego [CN-] = 2,2 x 10-16 / 3,7 x 10-6 [CN-] = 5,9 x 10-11 M

Respuesta: Cuando empieza a pp Ag3PO4(s) la concentracin de CN- es 5,9 x 10-11 M.

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Determine el intervalo de pH que permite separar los iones Cu2+ y Fe3+ por precipitacin de uno de los hidrxidos desde una solucin que contiene Cu2+ 0,02 M y Fe3+ 0,02 M.

Cu(OH)2(s) Kps = 2,2 x 10-20Fe(OH)3(s) Kps = 1,1 x 10-36 (Similar a problema 14 gua de ejercicios)Problema 12.

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Solucin.Para separar es necesario que precipite uno de los hidrxidos y NO el otro.filtracin

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Para que pp Cu(OH)2(s):[Cu2+][OH-]2 2,2 x 10-20 [OH-] (2,2 x 10-20/0,02)1/2 [OH-] 1,0 x 10-9 M

Para que pp Fe(OH)3(s):[Fe3+][OH-]3 1,1 x 10-36 [OH-] (1,1 x 10-36/0,02)1/3 [OH-] 3,8 x 10-12 M

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*El Fe(OH)3(s) es el primero que pp, debe ser el nico que pp y debe pp la mxima cantidad posible para lograr la separacin deseada.

Para que pp el mximo de Fe(OH)3(s): [OH-] > 3,8 x 10-12 M

Para EVITAR que pp Cu(OH)2(s): [OH-] < 1,0 x 10-9 M

Luego debe cumplirse que: 3,8 x 10-12 M < [OH-] < 1,0 x 10-9 M

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Este intervalo de [OH-] debe expresarse como un intervalo de pH:

Cuando [OH-] > 3,8 x 10-12 M [H+] < 10-14/3,8 x 10-12 [H+] < 2,6 x 10-3 M => pH > 2,58

Cuando [OH-] < 10-9 M [H+] > 10-14/ 10-9 [H+] > 10-5 M => pH < 5,00

El intervalo de pH que permite la separacin es: 2,58 < pH < 5,00

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Precipitacin de sulfuros.Los sulfuros insolubles se precipitan usando H2 S(g)como agente precipitante.

Ejemplo:

Cu2+

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Cmo se generan iones S2-(ac) a partir del H2S(g)?H2S(g) = H2S(ac) K = 10-1 (a 25C)H2S(ac) = H+(ac) + HS-(ac) Ka1 = 10-7 HS-(ac) = H+(ac) + S2-(ac) Ka2 = 10-13El cambio global es: H2S(g) = 2 H+(ac) + S2-(ac) K = 10-21 Luego:de donde:

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*La [S2-] depende de Presin de H2S pH de la solucin

A 25C y presin de H2S = 1 atm:

pH[S2-] mol/L135710etc.10-1910-1510-1110-1710-1

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Problema 13.Determine si precipita o no sulfuro de nquel, NiS, cuando se burbujea H2S(g) a 1 atm en una solucin 10-4 M en iones Ni2+ cuyo pH es 3,5.Kps de NiS = 10-29

H2S(g)1 atm

Ni2+ 10-4 MpH = 3,5Precipita NiS ?

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Para que pp NiS se debe cumplir que: Qi = [Ni2+]i [S2-]i sea mayor o igual a Kps de NiS.

Clculo de [S2-]i :

con P de H2S = 1 atm pH = 3,5 => [H+] = 10-3,5 = 3,16x10-4 M

Reemplazando:

Luego Qi = 10-4 x 10-14 = 10-18 Qi > Kps entonces pp NiS.

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Las reacciones mediante las cuales una sustancia poco soluble (pp) se disuelve para formar otra sustancia poco soluble (pp), se conocen como reacciones de interconversin de precipitados.

Ejemplos. BaCO3(s) + Pb2+(ac) = Ba2+(ac) + PbCO3(s)

2 AgBr(s) + S2-(ac) = 2 Br -(ac) + Ag2S(s)

PbI2(s) + CrO42-(ac) = 2 I-(ac) + PbCrO4(s)Interconversin de precipitados.

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Las reacciones de interconversin de pp son tiles cuando se desea liberar un ion desde una especie poco soluble.

Para que la reaccin ocurra su constante de equilibrio debe tener un valor por lo menos 102.

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Ejemplo.2 AgBr(s) + S2-(ac) = 2 Br -(ac) + Ag2S(s)

Esta reaccin se obtiene a partir de las reacciones: 2 AgBr(s) = 2 Ag+(ac) + 2 Br -(ac) (KpsAgBr)22 Ag+(ac) + S2-(ac) = Ag2S(s) 1/Kps Ag2S2 AgBr(s) + S2-(ac) = 2 Br -(ac) + Ag2S(s) K = (KpsAgBr)2/Kps Ag2SClulo de K de una reaccin de interconversin de pp.

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*K = (KpsAgBr)2/Kps Ag2S

Reemplazando los valores de Kps:

K = (5,0x10-13)2/8x10-48 = 3,1 x 1022

La reaccin ocurre, prcticamente 100%

Si se agrega solucin de Na2S(ac) sobre AgBr(s) se forma Ag2S(s) y se libera hacia la solucin el ion Br (ac)

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*AgBr(s) es de color amarillo, Ag2S(s) es negro.

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Determine si las siguientes reacciones ocurren o no.a) 2 I-(ac) + PbCrO4(s) = PbI2(s) + CrO42-(ac)

b) Mg(OH)2(s) + Co2+(ac) = Mg2+(ac) + Co(OH)2(s)

Datos:Problema 14.

sustanciaKps PbCrO4PbI2Mg(OH)2Co(OH)22,3 x 10-137,9 x 10-96,3 x 10-101,3 x 10-15

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*Se deben determinar las K de las reacciones:a) 2 I-(ac) + PbCrO4(s) = PbI2(s) + CrO42-(ac)

K = Kps de PbCrO4 / Kps de PbI2 K = 2,3 x 10-13 / 7,9 x 10-9 = 2,9 x 10-5

El valor pequeo de K indica que la reaccin no ocurre: NHR

Solucin.

UdeC/ FCQ/P.Reyes Unidad 12*b) Mg(OH)2(s) + Co2+(ac) = Mg2+(ac) + Co(OH)2(s)

K = Kps de Mg(OH)2 / Kps de Co(OH)2 K = 6,3 x 10-10 /1,3 x 10-15K = 4,9 x 105

El valor alto de K indica que la reaccin ocurre, es decir el Mg(OH)2(s) se disulve al agregarle solucin de iones Co2+ precipitando Co(OH)2(s) y liberando iones Mg2+.

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