¡Descarga examens y más Exámenes en PDF de Química solo en Docsity!
EXAMEN DE QUÍMICA GENERAL MODEL A
18 de gener de 2007 Cognoms………………………………………………… Nom…………………….. CAL LLIURAR AQUEST ENUNCIAT GRAPAT AMB EL QUADERN DE RESPOSTA.
1 .- Una mostra sòlida de 4,030 g que contenia només NaNO 2 (massa molar: 68,995) i NaNO 3 (massa molar: 84,992) es va dissoldre en 500,0 mL. Llavors, 25,00 mL d’aquesta solució es van tractar amb 50,00 mL de Ce4+^ de concentració 0,118 6 M en àcid fort durant 5 minuts, i l’excés de Ce 4+^ es va valorar amb 31,13 mL d'una sal de ferro (II), el FeSO 4 , de concentració 0,042 89 M. a) Escriviu la reacció d'oxidació del nitrit a nitrat mentre el ceri (IV) es redueix a Ce 3+^ en medi àcid b) Escriviu la reacció d'oxidació del ferro (II) a ferro (III) mentre el Ce4+^ es redueix a Ce 3+ c) Calculeu el número de mols d'ió nitrit en l'alíquota de 25,00 mL d) Calculeu el percentatge en pes de NaNO 2 en la mostra sòlida
2 .- Com a resultat de l'activitat metabòlica, una persona de 65 kg de massa, produeix, per terme mitjà, diàriament, 10,0 MJ d'energia calorífica. a) Si el cos humà fos un sistema aïllat, amb la capacitat calorífica de l'aigua, ¿quin increment de temperatura experimentaria, al cap del dia, una persona de 65 kg? b) En realitat, tots els éssers vius són sistemes oberts. Suposant que l'únic mecanisme per a la regulació de la temperatura corporal fos l'evaporació de l'aigua de transpiració/sudoració, ¿quina massa d'aigua perdria diàriament la persona per evaporació per tal de mantenir la temperatura constant? Dades : Μ(Η)=1,0 ; Μ(Ο)=16,
[ ] [ ]
[ ]
0 0 2 2 6 P (^2)
H H O( ) 285,83 / ; H H O( ) 241,82 / ;
H O( ) 75,3 /( ); 1 10
f l^ kJ^ mol^ f g^ kJ^ mol C l J K mol MJ J
R=0,082 atm L K -1^ mol -1^ = 0,0831 bar L K-1^ mol -1^ = 8.31 J K-1^ mol -1^ =1,987 cal K-1^ mol -
3 .- L’àcid caproic, HC 6 H 11 O 2 (diguem-ne HC), és un àcid monopròtic que es troba a l’oli de coco i que s’usa a la indústria com a condiment artificial. Una dissolució d’aquest àcid es prepara dissolvent 0,450 mol del mateix en aigua suficient per preparar 2 L de dissolució. Aquesta té un pH de 2,77. a) Quant val la constant d’acidesa de l’àcid caproic? b) Quant valdrà el pH després d’afegir a 200 mL de la dissolució anterior, 200 mL de NaOH 0, M? c) Si continuem afegint dissolució de NaOH fins arribar al punt d’equivalència (és a dir, quan tot l'àcid ha reaccionat amb la base), ¿quant valdrà el pH en aquest moment?
4 .- El sulfat de bari (BaSO 4 ) és un producte emprat en medicina com agent de contrast en radiografies de l'aparell digestiu. La seva extremadament baixa solubilitat impedeix que el pacient pugui absorbir quantitats perjudicials de bari (un metall molt tòxic). a) Sabent que a una certa temperatura el KPS del BaSO 4 és 1μ 10 -10^ , calculeu la solubilitat del BaSO 4 en aigua pura i en una dissolució 0,1 mol/L de Na 2 SO 4 (totalment soluble). En quin cas és més gran i perquè? b) Es barregen 50 mL de BaCl 2 (soluble) 0,1 mol/L amb 50 mL de NaF (soluble) 0,4 mol/L. Indiqueu si es produeix precipitat de fluorur de bari, BaF 2 (KPS (BaF 2 ) = 2μ 10 -7^ ), i en cas de que es formi, calculeu les concentracions finals de tots el ions presents a la solució i la massa de precipitat format Masses atòmiques: M(Ba)= 137 ; M( F)= 19 ; M(S)=32 ; M(O)= 16
EXAMEN DE QUÍMICA GENERAL MODEL A 18 de gener de 2007 Cognoms………………………………………………… Nom…………………….. CAL LLIURAR AQUEST ENUNCIAT GRAPAT AMB EL QUADERN DE RESPOSTA.
1 .- Una mostra sòlida de 4,030 g que contenia només NaNO 2 (massa molar: 68,995) i NaNO 3 (massa molar: 84,992) es va dissoldre en 500,0 mL. Llavors, 25,00 mL d’aquesta solució es van tractar amb 50,00 mL de Ce 4+^ de concentració 0,118 6 M en àcid fort durant 5 minuts, i l’excés de Ce 4+^ es va valorar amb 31,13 mL d'una sal de ferro (II), el FeSO 4 , de concentració 0,042 89 M.
a) Escriviu la reacció d'oxidació del nitrit a nitrat mentre el ceri (IV) es redueix a Ce3+^ en medi àcid El nitrit s'oxida
NO 2 + H O -2e 2 →NO 3 + 2H
i el Ce(IV) es redueix
Ce4+ + 1e- → Ce3+ × 2
I combinant les dues semi-reaccions d'oxidació-reducció: 4+ - 3+ - + 2Ce + NO 2 + H O 2 →2Ce + NO 3 + 2H
b) Escriviu la reacció d'oxidació del ferro (II) a ferro (III) mentre el Ce 4+^ es redueix a Ce 3+
Ce^ 4+ + Fe2+ →Ce3+ + Fe3+
c) Calculeu el número de mols d'ió nitrit en l'alíquota de 25,00 mL Es tracta del que s'anomena, tècnicament en Química Analítica, una valoració per retrocés: afegim una quantitat de reactiu (en aquest cas Ce 4+) tan gran que es consumeix totalment l'anàlit (nitrit) en la fracció de mostra presa (l'alíquota) i després, el que ha sobrat de Ce4+^ reacciona amb el Fe2+ afegit ("retrocedim" vers l'equivalència de mols entre anàlit i reactiu afegit en excés). Essencialment farem un balanç del Ce 4+: el que hem posat (amb els 50 mL) s'haurà consumit en les dues reaccions a) i b). Podem calcular el nombre total de mols de Ce4+^ que hem posat:
4+ 4+ 4 4+ Ce ,TOTALS Ce
mol Ce 0, 050 L 0.1186 0, 00593 mol de Ce L
n = V ⎡⎣^ +⎤⎦= × =
i el nombre de mols en excés de Ce 4+^ que hem valorat amb Fe 2+^ (tenint en compte que segons la reacció b) sabem que cada molt de ceri gasta un mol de ferro):
4+ 2+ 2+ 2 2+ Ce ,SOBRERS Fe Fe
mol Fe 0, 03113 L 0.04289 0, 001335 mol de Fe L
n = n = V ⎡⎣ +⎤⎦= × =
El balanç de ceri, el total que hem posat o bé reacciona amb nitrit o bé reacciona amb ferro, es pot escriure: n Ce (^) 4+ ,TOTALS = n Ce (^) 4+ ,han reaccionat amb nitrit alíquota + n Ce4+ ,SOBRERS
i tenint en compte l'estequiometria 1:2 entre nitrit i ceri de la reacció a) n Ce (^) 4+ ,TOTALS = 2 n NO ,alíquota (^) - 2 + n Ce4+ ,SOBRERS
per tant, podem trobar els mols de nitrit en l'alíquota com
4+ 4+
- 2 Ce ,TOTALS Ce ,SOBRERS NO ,alíquota
0, 002297 mols de nitrit en alíquota 2 2
n n n
d) Calculeu el percentatge en pes de NaNO 2 en la mostra sòlida En la mostra hi havia més quantitat de nitrit que la presa en l'alíquota. Podem establir que la concentració de nitrit en l'alíquota i en la dissolució total de la mostra eren, òbviament, la mateixa
a) Quant val la constant d’acidesa de l’àcid caproic? L’àcid caproic és un àcid feble que en dissolució aquosa es troba parcialment dissociat. La concentració inicial, c 0 , d’àcid val:
0
mol c M L
i a l’equilibri es compleix que
6 11 2 6 11 2 0
HC H O (aq) C H O (aq) + H (aq) c − x x x
U
on x = ⎡⎣ H^ +^ ( aq ) ⎤⎦ = 10 −2,77^ = 1, 7 × 10 −^3 M. Aleshores,
2 3 2 5 3
a 0, 225 0, 225 1, 7 10
x K x
− − −
×
= = = ×
− − ×
b) Quant valdrà el pH després d’afegir a 200 mL de la dissolució anterior, 200 mL de NaOH 0, M? Els mols d’àcid i de base inicials són respectivament: 0, 225 0, 2 0, 045
0, 0, 2 0, 025
mols L mols àcid L mols L mols base L
× =
× =
En barrejar-los es produeix la seva neutralització:
HC H O 6 11 2 (^) ( aq ) NaOH aq ( ) Na ( aq ) C H O 6 11 2 (^) ( aq ) H O 2
de manera que ens queden (0,045-0,025) = 0,02 mols d’àcid sense reaccionar, gens de base i 0,
mols de C H O 6 11 2 −^ que s’han format. Entre l’excés d’àcid i aquest s’estableix l’equilibri:
6 11 2 (^ )^6 11 2 (^ )^ (^ ) 0, 02 0, 025 0, 4 0, 4
HC H O aq C H O aq H aq
x x x
⎯⎯→ −^ + +
on hem considerat els volums additius. L’aplicació de la llei de l’equilibri ens dóna que
1, 29 10 5 (0, 0625^ ) a 0, 05
x x K x
= × −^ = +
. Negligint el valor de x davant 0,05 i 0,065 tenim que
x = ⎡^ H +^ ( aq ) ⎤≈ 1, 03 × 10 −^5 M ⎣ ⎦ i que^ pH = − log(1, 03 × 10 −^5 ) =4,
c) Si continuem afegint dissolució de NaOH fins arribar al punt d’equivalència (és a dir, quan tot l'àcid ha reaccionat amb la base), ¿quant valdrà el pH en aquest moment? En el punt d’equivalència hem afegit els mols de base necessaris per neutralitzar exactament tot l’àcid. Com que la reacció de neutralització és 1:1, hem d’afegir exactament 0,045 mols de base,
cosa que tindrem quan el volum afegit sigui:
mols NaOH L mols L
En aquestes condicions és com si s’haguessin dissolt 0,045 mols de (^) C H O 6 11 2 −^ en 200+360 = 560
mL de dissolució. El pH vindrà determinat per l’hidròlisi de la sal i en l’equilibri tindrem:
C H O (aq) + H O 6 11 2 2 HC H O (aq) + OH (aq) 6 11 2 0, 045 0,
− x x x
U
La constant d’aquest equilibri és la constant d’hidròlisi Kh , de manera que
2
8, 04 102
w h a
K x K K − x
× −
, on Kw és la constant del producte iònic de l’aigua (10 -14^ a 25º C) i Ka la
constant d’acidesa de l'àcid caproic. Negligint el valor de la x en el denominador, tenim: 2 14 6 5 6
log(7,9 10 ) 5,10 14 8,
x OH aq
pOH pH pOH
− − − − − −
× ⋅
= ⎡⎣^ ⎤⎦ ≈ = ×
×
= − × = ⇒ = − =
4 .- El sulfat de bari (BaSO 4 ) és un producte emprat en medicina com agent de contrast en radiografies de l'aparell digestiu. La seva extremadament baixa solubilitat impedeix que el pacient pugui absorbir quantitats perjudicials de bari (un metall molt tòxic).
a) Sabent que a una certa temperatura el KPS del BaSO 4 és 1 μ 10 -10^ , calculeu la solubilitat del
BaSO 4 en aigua pura i en una dissolució 0,1 mol/L de Na 2 SO 4 (totalment soluble). En quin cas és més gran i perquè?
Primerament calculem la solubilitat del BaSO 4 en aigua pura, s. Plantegem la reacció d'equilibri, tenint en compte que en aigua pura els únics ions que participen en l'equilibri són els que procedeixen de la dissolució dels s mol/L de BaSO 4 : 2+ 2- BaSO 4 (s) UBa (^) aq +SO4 aq inic.: s - - equil.: s s
Kps = [Ba2+][SO 4 2-^ ] = s μ s = s^2 Aïllant s : 10 10 10 5 mol/L s K (^) ps = = −^ = −
Per a calcular la solubilitat del BaSO 4 en una dissolució aquosa que conté Na 2 SO 4 , en canvi, hem de tenir en compte, a més, els ions SO 4 2-^ que procedeixen d'aquesta sal (totalment soluble i, per tant, dissociada en els seus ions):
- 2- Na SO 2 4 → 2 Na (^) aq + SO4 aq 2 μ0,1 M 0,1 M per tant: 2+ 2- BaSO 4 (s) UBa (^) ac + SO4 ac inic.: s ’ - 0, equil.: s ’ s ’+0,
Kps = [Ba2+][SO 4 2-^ ] = s ’μ( s ’+0,1) ≈ s ’μ0, (hem considerat que s ’ << 0,1, ja que es tracta d'una sal molt poc soluble) Aïllant s’ : 10 ' 10 10 9 mol/L 0,1 0,
s K^ ps
− = = = − (efectivament, 10 -9^ +0,1 ≈ 0,1)
La solubilitat del BaSO 4 és molt més gran en aigua pura (4 ordres de magnitud major) que en la solució de Na 2 SO 4 , degut a l' efecte de l'ió comú : la dissolució de Na 2 SO 4 aporta una quantitat gran d'ions sulfat, que contribueixen a desplaçar l'equilibri de solubilitat del BaSO 4 cap a l'esquerra, fent que la quantitat de sal que es dissolgui sigui molt menor.
