Segundo Examen Parcial de Quimica Analitica I (1402) Tema...
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Segundo Examen Parcial de Quimica Analitica I (1402) Tema: Reacciones acido-base. Profesor: Gustavo Gomez Sosa. Grupo 13. Semestre 2010-1 RESUELTO 1. Una receta para preparar una bebida de cola atribuida a John Stith Pemberton (1831–1888), que encontro como parte de una herencia en un libro antiguo que pertenecio a su bisabuelo, involucra los siguientes ingredientes y cantidades (con conversiones al sistema internacional): • 3 oz (85 g) de acido citrico puro. • 1 oz (28 g) de citrato de cafeina. • 1 US qt (946 mL) de jugo de limon. • 2.5 US gal (9.5 L) de agua. • 2.5 oz (71 g) de una mezcla de saborizantes. • 30 lb (14 kg) de azucar. • “Suficiente cantidad” de caramelo, esencia de vainilla y esencia de hoja de coca. En la receta solamente se dan las siguientes instrucciones: “Mezcle el acido, el citrato de cafeina y el jugo de limon en un recipiente con 1 US qt (946 mL) de agua hervida y deje reposar durante 24 horas. Despues de ese tiempo, mezcle los saborizantes, el azucar, la mezcla antes preparada y los 2.5 gal de agua y revuelva”. No se especifica el orden en que se mezclan los ingredientes, ya que en las recetas de la epoca se suponia que la persona que las preparaba conocia el metodo. Con la informacion de esta receta, calcule el pH de la mezcla inicial que se dejo reposando durante 24 horas. ¿Como cambia el pH al proceder con el segundo paso de la receta? Considere que la concentracion de acido citrico en el jugo de limon es 0.3 M. Asimismo, tome en cuenta que la cafeina es un alcaloide, es decir, una base que contiene nitrogeno, poco soluble en agua, y que el citrato de cafeina es una sal organica que se disocia completamente en disolucion acuosa en iones citrato y cafeina. Los demas ingredientes no contribuyen al cambio de pH. Formulas y datos de pKa al final del examen. 2. Considere el acido pirofosforico H 4 P 2 O 7 , que tiene cuatro valores de Ka. Explique por que la diferencia entre Ka1 y Ka2 es pequeña (alrededor de un orden de magnitud), en comparacion con las otras constantes (diferencia de alrededor de 3 y 4 ordenes de magnitud, respectivamente). Deduzca asimismo las funciones de distribucion para todas las especies producto de las disociaciones sucesivas del acido en disolucion acuosa. Con la ayuda de un programa de hoja de calculo o similar, haga una tabla y trace la graficas de distribucion en funcion del pH y delimite las regiones de predominio de cada una de estas especies. Datos de Ka al final del examen. 3. ¿Cuántos gramos de NaHCO3 deberán agregarse a 4.00 g de K2CO3 para obtener una disolución de pH=10.80, cuando se disuelven en 500 mL de agua? ¿Cuál será el cambio en el pH si se adiciona a la disolución preparada anteriormente, 100 mL de ácido nítrico 0.100 M? ¿Cuál será el cambio en el pH si a la disolución original se le agregaran 50 mL de KOH 0.05 M? Datos al final del examen. 4. Los aminoácidos son sustancias de gran importancia biológica que tienen la fórmula general de la figura 1, y difieren entre sí en el grupo R. Al formar una unión peptídica entre dos aminoacidos distintos, se originan moléculas de elevado peso molecular denominadas proteínas. El aminoácido más sencillo es la glicina, con R = H (figura 2). Se ha determinado experiementalmente que los aminoácidos existen en disolución acuosa en el estado del sal interna o “zwitterion” (HG) (figura 3). En disoluciones ácidas, la sal interna se protona (H2G + ) y en disoluciones basicas pierde un protón (G - ), originando, respectivamente, las especies de las figuras 4 y 5. Plantee los equilibrios que pueden presentarse en disolucion acuosa para la glicina y su respectiva constante de equilibrio. Determine los valores de pH en los que predomina la forma protonada (H2G + ), la forma “zwitterion” (HG) y la forma desprotonada (G - ). Datos para la glicina al final del examen.
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Segundo Examen Parcial de Quimica Analitica I (1402)Tema: Reacciones acido-base.
Profesor: Gustavo Gomez Sosa. Grupo 13. Semestre 2010-1
RESUELTO
1. Una receta para preparar una bebida de cola atribuida a John Stith Pemberton (18311888), que encontro como parte de una herencia en un libro antiguo que pertenecio a su bisabuelo, involucra los siguientes ingredientes y cantidades (con conversiones al sistema internacional):
3 oz (85 g) de acido citrico puro. 1 oz (28 g) de citrato de cafeina. 1 US qt (946 mL) de jugo de limon. 2.5 US gal (9.5 L) de agua. 2.5 oz (71 g) de una mezcla de saborizantes. 30 lb (14 kg) de azucar. Suficiente cantidad de caramelo, esencia de vainilla y esencia de hoja de coca.
En la receta solamente se dan las siguientes instrucciones: Mezcle el acido, el citrato de cafeina y el jugo de limon en un recipiente con 1 US qt (946 mL) de agua hervida y deje reposar durante 24 horas. Despues de ese tiempo, mezcle los saborizantes, el azucar, la mezcla antes preparada y los 2.5 gal de agua y revuelva. No se especifica el orden en que se mezclan los ingredientes, ya que en las recetas de la epoca se suponia que la persona que las preparaba conocia el metodo. Con la informacion de esta receta, calcule el pH de la mezcla inicial que se dejo reposando durante 24 horas. Como cambia el pH al proceder con el segundo paso de la receta? Considere que la concentracion de acido citrico en el jugo de limon es 0.3 M. Asimismo, tome en cuenta que la cafeina es un alcaloide, es decir, una base que contiene nitrogeno, poco soluble en agua, y que el citrato de cafeina es una sal organica que se disocia completamente en disolucion acuosa en iones citrato y cafeina. Los demas ingredientes no contribuyen al cambio de pH. Formulas y datos de pKa al final del examen.
2. Considere el acido pirofosforico H4P2O7, que tiene cuatro valores de Ka. Explique por que la diferencia entre Ka1 y Ka2 es pequea (alrededor de un orden de magnitud), en comparacion con las otras constantes (diferencia de alrededor de 3 y 4 ordenes de magnitud, respectivamente). Deduzca asimismo las funciones de distribucion para todas las especies producto de las disociaciones sucesivas del acido en disolucion acuosa. Con la ayuda de un programa de hoja de calculo o similar, haga una tabla y trace la graficas de distribucion en funcion del pH y delimite las regiones de predominio de cada una de estas especies. Datos de Ka al final del examen.
3. Cuntos gramos de NaHCO3 debern agregarse a 4.00 g de K2CO3 para obtener una disolucin de pH=10.80, cuando se disuelven en 500 mL de agua? Cul ser el cambio en el pH si se adiciona a la disolucin preparada anteriormente, 100 mL de cido ntrico 0.100 M? Cul ser el cambio en el pH si a la disolucin original se le agregaran 50 mL de KOH 0.05 M? Datos al final del examen.
4. Los aminocidos son sustancias de gran importancia biolgica que tienen la frmula general de la figura 1, y difieren entre s en el grupo R. Al formar una unin peptdica entre dos aminoacidos distintos, se originan molculas de elevado peso molecular denominadas protenas. El aminocido ms sencillo es la glicina, con R = H (figura 2). Se ha determinado experiementalmente que los aminocidos existen en disolucin acuosa en el estado del sal interna o zwitterion (HG) (figura 3). En disoluciones cidas, la sal interna se protona (H2G+) y en disoluciones basicas pierde un protn (G-), originando, respectivamente, las especies de las figuras 4 y 5. Plantee los equilibrios que pueden presentarse en disolucion acuosa para la glicina y su respectiva constante de equilibrio. Determine los valores de pH en los que predomina la forma protonada (H2G+), la forma zwitterion (HG) y la forma desprotonada (G-). Datos para la glicina al final del examen.
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Fig. 1 : Aminoacido general Fig. 2 : Glicina
Fig. 3: zwitterion Fig. 4: Forma protonada Fig. 5: Forma desprotonada(HG) (H2G+) (G-)
5. Calcule la constante de equilibrio (si hay reacciones) y el pH de la siguiente disolucion: C6H5COO-Na+ 0.1 M + Acido lactico C3H6O3 0.15M + Hidroquinona C6H4(OH)2 0.10 M. Datos de pKa al final.
6. Pregunta optativa (salvavidas: 1 punto): Un metodo para comenzar polimerizaciones cationicas consiste en utilizar iniciadores-catalizadores en forma de carbocationes, obtenidos a partir de acidos y bases de Lewis como un primer paso de la reaccion de Friedels-Craft. Las siguientes especies son ejemplos de mezclas para la formacion de algunos de estos iniciadores (R: alifatico o aromatico).
Identifique en cada caso la especie que actua como acido y la que actua como base de Lewis y explique su razonamiento. Intente predecir los productos de la reaccion.
Datos: H4P2O7 : Ka1 = 3.0 x 10-2; Ka2 = 4.4 x10-3; Ka3 = 2.5 x 10-7; Ka4 = 5.6 x 10-10;HNO3 : acido fuerte; KOH: base fuerte; H2CO3: pKa1 = 6.35; pKa2 =10.32; Glicina: Ka1 = 4.5 x 10-3 ; Ka2 = 1.7 x 10-10
Acido Citrico (pKa1=3.15; Cafeina (pKa=1.22) Citrato de cafeina pKa2=4.77; pKa3=6.4) PM = 194.19 g/mol PM = 386. 31 g/mol
PM = 192.12 g/mol
Acido Benzoico Acido lactico Hidroquinona (pKa=4.2) (pKa=3.6) (pKa=9.96)
BF3 O Cl R2AlCl+1: 2: +
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Pgina 1
Resolucion del problema 2 examen acido base, Sem. 2010-1Funciones de distribucion del acido pirofosforico
Tabla de constantes
3.00E-02 1.32E-04 3.30E-11 1.85E-20
Tabla de funciones de distribucion
pH0 1.00E+00 9.71E-01 2.91E-02 1.28E-04 3.20E-11 1.79E-20
0.5 3.16E-01 9.12E-01 8.65E-02 1.20E-03 9.52E-10 1.69E-181 1.00E-01 7.61E-01 2.28E-01 1.01E-02 2.51E-08 1.41E-16
1.5 3.16E-02 4.81E-01 4.56E-01 6.34E-02 5.02E-07 8.88E-152 1.00E-02 1.88E-01 5.64E-01 2.48E-01 6.20E-06 3.47E-13
2.5 3.16E-03 4.22E-02 4.00E-01 5.57E-01 4.41E-05 7.80E-123 1.00E-03 6.13E-03 1.84E-01 8.10E-01 2.02E-04 1.13E-10
3.5 3.16E-04 7.06E-04 6.70E-02 9.32E-01 7.36E-04 1.30E-094 1.00E-04 7.39E-05 2.22E-02 9.75E-01 2.44E-03 1.37E-08
4.5 3.16E-05 7.46E-06 7.08E-03 9.85E-01 7.79E-03 1.38E-075 1.00E-05 7.37E-07 2.21E-03 9.73E-01 2.43E-02 1.36E-06
5.5 3.16E-06 7.02E-08 6.66E-04 9.26E-01 7.32E-02 1.30E-056 1.00E-06 6.06E-09 1.82E-04 8.00E-01 2.00E-01 1.12E-04
6.5 3.16E-07 4.23E-10 4.01E-05 5.58E-01 4.41E-01 7.81E-047 1.00E-07 2.16E-11 6.47E-06 2.85E-01 7.11E-01 3.98E-03
7.5 3.16E-08 8.37E-13 7.95E-07 1.11E-01 8.74E-01 1.55E-028 1.00E-08 2.76E-14 8.29E-08 3.65E-02 9.12E-01 5.11E-02
8.5 3.16E-09 8.05E-16 7.64E-09 1.06E-02 8.41E-01 1.49E-019 1.00E-09 1.94E-17 5.81E-10 2.56E-03 6.39E-01 3.58E-01
9.5 3.16E-10 3.46E-19 3.28E-11 4.56E-04 3.61E-01 6.39E-0110 1.00E-10 4.59E-21 1.38E-12 6.06E-05 1.52E-01 8.48E-01
10.5 3.16E-11 5.12E-23 4.86E-14 6.76E-06 5.35E-02 9.47E-0111 1.00E-11 5.32E-25 1.59E-15 7.02E-07 1.75E-02 9.82E-01
11.5 3.16E-12 5.38E-27 5.10E-17 7.10E-08 5.62E-03 9.94E-0112 1.00E-12 5.40E-29 1.62E-18 7.13E-09 1.78E-03 9.98E-01
12.5 3.16E-13 5.41E-31 5.13E-20 7.14E-10 5.64E-04 9.99E-0113 1.00E-13 5.41E-33 1.62E-21 7.14E-11 1.79E-04 1.00E+00
13.5 3.16E-14 5.41E-35 5.13E-23 7.14E-12 5.65E-05 1.00E+0014 1.00E-14 5.41E-37 1.62E-24 7.14E-13 1.79E-05 1.00E+00
Ka1 Ka1Ka2 Ka1Ka2Ka3 Ka1Ka2Ka3Ka4
[H+] 0 1 2 3 4
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Hoja1
Pgina 2
Grafica de funciones de distribucionAcido Pirofosforico H4P2O7
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
0
1
2
3
4
pH
GustavoLine
GustavoLine
GustavoLine
GustavoLine
GustavoText BoxH4P2O7
GustavoText BoxH3P2O7 (-)
GustavoText BoxH2P2O7 (2-)
GustavoText BoxHP2O7 (3-)
GustavoText BoxP2O7 (4-)
GustavoText BoxpKa1=1.52
GustavoText BoxpKa2=2.35
GustavoText BoxpKa3=6.6
GustavoText BoxpKa4=9.25
GustavoText BoxLa hoja de calculo de la resolucion de este problema en Excel se puede encontrar en la siguiente direccion:
http://spreadsheets.google.com/ccc?key=0Ap0PX-HjQOmMdDZWbWFLYm1ubnRwMlhUcjM4N2FFVFE&hl=en
http://spreadsheets.google.com/ccc?key=0Ap0PX-HjQOmMdDZWbWFLYm1ubnRwMlhUcjM4N2FFVFE&hl=en
Examen2.pdfSolucionExamenAB01.pdfSolucionExamenAB02.pdfSolucionExamenAB03.pdfSolucionExamenAB04.pdfSolucionExamenAB05.pdfSolucionExamenAB06.pdfSolucionExamenAB07.pdfSolucionExamenAB08.pdfSolucionExamenAB09.pdfSolucionExamenAB10.pdfSolucionExamenAB11.pdfSolucionExamenAB12.pdfSolucionExamenAB13.pdfDistribucion Acido pirofosforico1.pdfHoja1
Hoja1
Resolucion del problema 2 examen acido base, Sem. 2010-1
Funciones de distribucion del acido pirofosforico
Tabla de constantes
Ka1Ka1Ka2Ka1Ka2Ka3Ka1Ka2Ka3Ka4
3.00E-021.32E-043.30E-111.85E-20
Tabla de funciones de distribucion
pH[H+]a0a1a2a3a4
01.00E+009.71E-012.91E-021.28E-043.20E-111.79E-20
0.53.16E-019.12E-018.65E-021.20E-039.52E-101.69E-18
11.00E-017.61E-012.28E-011.01E-022.51E-081.41E-16
1.53.16E-024.81E-014.56E-016.34E-025.02E-078.88E-15
21.00E-021.88E-015.64E-012.48E-016.20E-063.47E-13
2.53.16E-034.22E-024.00E-015.57E-014.41E-057.80E-12
31.00E-036.13E-031.84E-018.10E-012.02E-041.13E-10
3.53.16E-047.06E-046.70E-029.32E-017.36E-041.30E-09
41.00E-047.39E-052.22E-029.75E-012.44E-031.37E-08
4.53.16E-057.46E-067.08E-039.85E-017.79E-031.38E-07
51.00E-057.37E-072.21E-039.73E-012.43E-021.36E-06
5.53.16E-067.02E-086.66E-049.26E-017.32E-021.30E-05
61.00E-066.06E-091.82E-048.00E-012.00E-011.12E-04
6.53.16E-074.23E-104.01E-055.58E-014.41E-017.81E-04
71.00E-072.16E-116.47E-062.85E-017.11E-013.98E-03
7.53.16E-088.37E-137.95E-071.11E-018.74E-011.55E-02
81.00E-082.76E-148.29E-083.65E-029.12E-015.11E-02
8.53.16E-098.05E-167.64E-091.06E-028.41E-011.49E-01
91.00E-091.94E-175.81E-102.56E-036.39E-013.58E-01
9.53.16E-103.46E-193.28E-114.56E-043.61E-016.39E-01
101.00E-104.59E-211.38E-126.06E-051.52E-018.48E-01
10.53.16E-115.12E-234.86E-146.76E-065.35E-029.47E-01
111.00E-115.32E-251.59E-157.02E-071.75E-029.82E-01
11.53.16E-125.38E-275.10E-177.10E-085.62E-039.94E-01
121.00E-125.40E-291.62E-187.13E-091.78E-039.98E-01
12.53.16E-135.41E-315.13E-207.14E-105.64E-049.99E-01
131.00E-135.41E-331.62E-217.14E-111.79E-041.00E+00
13.53.16E-145.41E-355.13E-237.14E-125.65E-051.00E+00
141.00E-145.41E-371.62E-247.14E-131.79E-051.00E+00
Grafica de funciones de distribucion
Acido Pirofosforico H4P2O7
&C&"Times New Roman,Predeterminado"&12&A
&C&"Times New Roman,Predeterminado"&12Pgina &P
Hoja1
pH
a
Hoja2
&C&"Times New Roman,Predeterminado"&12&A
&C&"Times New Roman,Predeterminado"&12Pgina &P
Hoja3
&C&"Times New Roman,Predeterminado"&12&A
&C&"Times New Roman,Predeterminado"&12Pgina &P
