Termoquímica2.1

PROBLEMARIO DE QUÍMICA GENERAL UNIVERSIDAD NACIONAL SIGLO XXING. LEONARDO SUÁREZ MOLLINEDO AREA DE TECNOLOGIA

TERMOQUÍMICA

1. Un trozo de 350 g de plomo se calentó a 100ºC y se sumerge en 100 g de agua a 20ºC, alcanzando el equilibrio a la temperatura final de 27,8ºC, calcular el calor específico del plomo.

A) 0,31 B) 0,031 C) 3,10 D) 45,4 E) ningunoDatos:mPb=350gT Pb=100 ºCmagua=100gT agua=20º CT eq=27,8ºCSolución:

Utilizando la primera Ley de la termoquímica:

Q ganado (agua )=Q perdido (Pb )

magua .C e(agua) . (Teq−T agua)=mPb .C e(Pb ). (T Pb−T eq )

Despejando Ce(Pb) y sustituyendo valores:

C e (Pb )=magua .C e (agua ) . (T eq−T agua )

mPb . (T Pb−T eq )=

100 g .1calg ºC

. (27,8 ºC−20 ºC )

350 g . (100 ºC−27,8 ºC )=¿

C e(Pb)=0,031calg ºC

La respuesta es B.

2. Determinar la temperatura final después de mezclar 35g de hielo a 0ºC y 70 g de agua a 85ºC y 25 g de cobre a 90ºC (Ce Cu = 0.092cal/gºC).

A) 56,45 B) 36,50 C) 43,90 D) 68,56 E) ninguno

Datos:

mhielo=35gT hielo=0ºCmagua=70gT agua=85º CmCu=25gT Cu=90ºC

C eCu=0,092calg ºC

Calcular: Te = ?

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Solución:

Q ganado (agua )+Qganado (hielo )=Q perdido (Cu )

magua .C e(agua) . (Teq−T agua)+mhielo .C e(hielo) . (T eq−T hielo )=mCu .C e(Cu). (T Cu−T eq )

Despejando Te:

T eq=magua .C e(agua) .T agua+mhielo .C e(hielo). T hielo+mCu .Ce(Cu). T Cu

magua .C e(agua)+mhielo .C e(hielo)+mCu .C e(Cu)

Reemplazando datos:

T eq=70 .1.85+35 .0,5 .0+25 .0,092 .90

70 .1+35 .0,5+25 .0,092=68,56 ºC

La respuesta es D.

3. Calcular la temperatura de equilibrio después de mezclar 20g de hielo a0ºC y 20 g de agua a 60ºC.A) 0,0 B) 20,0 C) 30,0 D) 40,0 E) ninguno

Datos:mhielo=20gT hielo=0ºCmagua=20gT agua=60ºC

Calcular Te:

Solución:Q ganado (hielo )=Q perdido (agua )

mhielo .C e(hielo) . (Teq−T hielo )=magua .C e(agua). (T agua−Teq )

Despejamos Te:

T eq=magua .C e(agua) .T agua+mhielo .C e(hielo). T hielo

magua .C e(agua)+mhielo .C e(hielo)

T eq=20 g .1

calg ºC

.60 ºC+20 g .0,5calg ºC

.0ºC

20 g .1calg ºC

+20 .0,5calg ºC

=40 ºC

La respuesta es D.

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4. Cuando 1,14 g de azufre se quema a SO2 se liberan 2400 calorías, cuál es el calor de combustión del azufre?.

A) 67368 cal/mol B) 2400 cal/molC) 83492 cal/mol D) 450644 cal/mol E)ninguno

Solución:

El calor de combustión se calcula por mol de SO2producido, entonces:

S + O2 → SO2

1,14 gS .1mol SO2

32g S=0,035625moles SO2

2400cal0,035625mol

=67368cal /mol

5. Cuántas calorías se liberan por la combustión completa de 250 L de CH4 en c.n. El calor de combustión del CH4 es 211 kcal/mol.

A) 2355 B)2,355x106 C)52750000 D)211000 E) ninguno

Solución:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

Calculamos los moles contenidos en 250 L de CH4 en c.n.

P .V=n .R .T→n=P .VR .T

= 1atm .250 L

0,082atm . Lk .mol

.273 k=11,17moles CH 4

La cantidad de calorías liberada por 11,17 moles de CH4 es:

11,17molesCH 4 .211Kcal

1molCH 4

.1000cal1Kcal

=2,355x 106 cal

La respuesta es B.

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6. Calcular la entalpía de formación del NO2 a partir de las siguientes ecuaciones:

N2 + O2 → 2NO ∆H= 43,2 Kcal2NO2 → 2NO + O2 ∆H= 27,14 Kcal

A) 16,06 kcal/mol B) 70,34 kcal/mol C) 8,03 kcal/mol D) 35,17 kcal/mol E) ninguno

Solución:

Se aplica la Ley de Hess:

2NO + O2→ 2NO2 ∆H = -27,14 KcalN2 + O2 → 2NO ∆H = 43,20 KcalN2 + 2O2 → 2 NO2 ∆H = 16,06 Kcal

La entalpia de formación debe ser por mol de NO2 por tanto dividiendo entre dos tenemos:

12

N2 + O2 → NO2 ∆H = 8,03 Kcal/mol

La respuesta es C.

7. A partir de:

½ H2 + ½ Cl2 → HCl ∆H= -22060 calHCl + aq →HCl (aq) ∆H= -17630 calZn + 2HCl(aq) → Zn Cl2 + H2 ∆H= -35890 cal

Calcular el calor de reacción para:

Zn +Cl2 + 2 aq → Zn Cl2

A) -75580 B) -115270 C)- 97640 D)- 57635 E) ninguno

Solución:

Aplicamos la Ley de Hess:

Zn + 2HCl(aq) → Zn Cl2 + H2 ∆H= -35890 cal2HCl + 2aq → 2HCl (aq) ∆H= -35260 calH2 + Cl2 → 2HCl ∆H= -44120 cal

Zn + Cl2 + 2aq → ZnCl2 ∆H= -115270 cal

La respuesta es B.

86


8. Cuantos joules se requieren para calentar 800 g de agua de 13ºC a 85ºC (1cal=4,18Joul)

A) 57600 B) 58 C) 240768 D) 241 E) ninguno

Solución:

Aplicamos la primera ley de la termoquímica:

Q=m.C e .∆T=800g .1calg ºC

. (85 ºC−13ºC )=57600cal

57600cal .4,18J1cal

=240768 Joul

La respuesta es C.

9. Se quiere convertir 56 g de hielo a 0ºC en agua a 75ºC. Cuántos gramos de propano (C3H8) cuyo ∆Hº de combustión es -24,83 kcal/mol, se tendrá que quemar para proporcionar el calor necesario para lograr este objetivo a presión constante?

A) 15,38 B) 20,18 C) 11,43 D) 8,25 E) Ninguno

Solución:

Para este caso se tiene que aplicar los cambios de entalpia para cambio de fase y cambio de temperatura:

Q=m. λ f+m .C e .∆T

Q=56 g .80calg

+56 g .1calg ºC

. (75 ºC−0 ºC )=8680cal

A partir de este calor calculamos la masa de propano necesaria:

8680cal .1molC3H 8

24830cal.

44 g1molC3H 8

=15,38 gC3H 8

La respuesta es A.

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10. A partir de las siguientes ecuaciones termoquímicas a 25ºC

2 NF3(g) + 2 NO(g) → N2F4(g) + 2 ONF(g) ∆Hº = -92,9 kcal/mol

NO(g) + ½ F2 (g) → ONF(g) ∆Hº = -146,9 kcal/mol

Cu(s) + F2(g) → CuF2(s) ∆Hº = -631 kcal/mol

Aplicando la Ley de Hess, halle el calor de reacción de:

2NF3(g) + Cu(s) → N2F4(g) + CuF2(s)

A) -286,5 B) 250,8 C) 118,3 D) -430,1 E) Ninguno

Solución:

Cu(s) + F2(g) → CuF2(s) ∆Hº = -631 kcal/mol

2 NF3(g) + 2 NO(g) → N2F4(g) + 2 ONF(g) ∆Hº = -92,9 kcal/mol 2 ONF → 2NO(g) + F2(g) ∆Hº = +293,8 kcal/mol2NF3(g) + Cu(s)→ N2F4(g) + CuF2(s) ∆Hº = -430,1 Kcal/mol

La respuestaes D.

11. Calcule la cantidad de calor en kcal que se requieren para elevar la temperatura de 10 kg de hielo desde -20ºC hasta convertirla en vapor a 110ºC. El calor de fusión del hielo es 80 cal/g, el calor de vaporización es 540 cal/g y los calores específicos del hielo, del agua y del vapor son 0,5 cal/gºC, 1cal/gºC y 0,5 cal/gºC respectivamente.

A) 314 B) 2618 C) 7350 D) 9358 E) Ninguno

Solución:Q=ms .C e(s) .∆T+ms→l . λf+ml .Ce (l ).∆T +ml→v . λv+m g .C e(g) .∆T

Reemplazando datos:

Q=103g .¿

Q=7350000 cal=7350Kcal

La respuesta es C.

88


12. Un evaporador está fabricado en acero y pesa 900 kg (Ce acero = 0,11 cal/gºC). El evaporador contiene 400 kg de agua y suponiendo que el 70% del calor se proporciona al evaporador y al agua, ¿Qué cantidad de calor en kcal se necesita para aumentar la temperatura del conjunto de 10ºC a 100ºC?

A) 31437 B) 64157 C) 44910 D) 55430 E) Ninguno

Solución:

Q=macero .Ce .∆T+magua .C e .∆T

Q=900kg .0,11kcalkg ºC

. (100 ºC−10 ºC )+400kg .1kcalkg ºC

.(100ºC−10 ºC)

Q=44910Kcal

13. Se queman 300 g de butano (C4H10) cuyo calor de combustión es -30 kcal/mol. Calcule que masa de agua en gramos que se puede calentar desde 15ºC hasta 80ºC con el butano quemado.

A) 2472,5 B) 1325,8 C) 2387,3 D) 2945,3 E) Ninguno

Solución:

C4H10 + 13/2O2 → 4CO2 + 5H2O ∆Hc = -30 Kcal/mol

La cantidad de calor generado por 300 g de butano es:

300 gC4H 10 .1molC4H 10

58gC4H 10

.30KcalC4H 10

1molC4H 10

=155,17Kcal

Utilizando la primera ley de la termoquímica tenemos:

Q=m.C e .∆T→m= QC e .∆T

= 155170cal

1calgºC

.(80 ºC−15 ºC)=2387,3 g

La respuesta es C.

14. El calor desprendido durante la combustión de acetileno gaseoso, C2H2, a 25ºC es -1299,1 kJ/mol. Determínese la entalpía de formación del acetileno gaseoso en kJ/mol. Los calores de formación del CO2(g) y del H2O(l) son - 393,5 kJ/mol y -285,8 kJ/mol, respectivamente.

A) 136,4 B) -320,8 C) 151,4 D) 226,3 E) Ninguno

Solución:

La reacción de formación del acetileno es:

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H2 + 2C → C2H2

Para llegar a esta reacción utilizamos las siguientes ecuaciones:

C + O2 → CO2 ∆Hºf = -393,5 KJ/mol

H2 + 12

O2 → H2O ∆Hºf = -285,8 KJ/mol

C2H2 + 52

O2 → 2CO2 + H2O ∆Hºc = -1299,1 KJ/mol

Aplicando la Ley de Hess:

2CO2 + H2O → C2H2 + 52

O2 ∆Hºc = 1299,1 KJ/mol

2C + 2º2 → 2CO2 ∆Hºf = 2 x -393,5 KJ/mol

H2 + 12

O2 → H2O ∆Hºf = -285,8 KJ/mol

2C + H2 → C2H2 ∆Hºf = 226,3 KJ/mol

La respuesta es D.15. ¿Cuánta agua a 60 ºC se debe mezclar en un recipiente aislado con 100 g de

agua a 15,0ºC, para que la temperatura de la mezcla sea 30 ºC?

A) 500 g B) 250 g C) 50 g D) 200 g E) Ninguno

Solución:Q ganadoaguafria=Q perdidoagua caliente

100 g .1calg ºC

. (30 ºC−15ºC )=magua .1calg ºC

.(60 ºC−30 ºC)

magua=100 g .15ºC

30ºC=50 g

La respuesta es C.

16. Determinar el calor de formación del ácido fórmico, HCOOH(l), conociendo las siguientes reacciones termoquímicas

C(s) + O2(g) → CO2(g) ∆H = - 405,4 kJH2(g) + ½ O2(g) → H2O(l) ∆H = - 285,8 kJ

HCOOH(l) + ½ O2(g) → CO2(g) + H2O(l) ∆H = - 275,7 KJ

A) 966.9 kJ B) -966.9 kJ C) -433.5 kJ D) -415.5 kJ E) Ninguno

Utilizando la Ley de Hess:

CO2(g) + H2O(l) → HCOOH(l) + ½ O2(g) ∆H = 275,7 KJH2(g) + ½ O2(g) → H2O(l) ∆H = - 285,8 kJ C(s) + O2(g) → CO2(g) ∆H = - 405,4 kJC(s) + O2(g) + H2(g) → HCOOH(l) ∆H = - 415,5 kJ

La respuesta es D.

90


17. Calcule la temperatura final de equilibrio después de mezclar 40 g de agua a 70 °C con 200 g de H2O a 10°C. (CeH2O = 1 cal/g °C)

A) 10 B) 20 C) 30 D) 40 E) Ninguno

Solución:Q ganadoaguafria=Q perdidoagua caliente

200 g .1calg ºC

. (T f−10ºC )=40 g .1calg ºC

.(70 ºC−T f )

200 . T f−2000=2800−40 . T f

T f=30ºC

La respuesta es C.

18. Se coloca una pieza de hierro de 200 g a 80°C en 500 ml de H2O a 10°C. El hierro y el agua tendrán al final la misma temperatura. ¿Cuál es esa temperatura, suponiendo que no hay pérdidas de calor hacia el exterior?

(CeFe = 0,10 cal/g °C; CeH2O = 1 cal/g °C; DH2O = 1g/ml).

A) 12,69 B) 28,96 C) 38,12 D) 48,14 E) Ninguno

Solución:Q ganadoaguafria=Q perdidohierro

500 g .1calg ºC

. (T f−10 ºC )=200g .0,10calg ºC

.(80 ºC−T f )

500 . T f−5000=1600−20 . T f

T f=12,69ºC

La respuesta es A.

19. Se quieren convertir 50 g de hielo a 0°C, en agua líquida a 80°C. ¿Cuántos gramos de propano se tendrán que quemar para proporcionar la energía necesaria para fundir el hielo y luego calentarlo hasta la temperatura final (80°C), a presión constante?. (calor de combustión del propano C3H8 = 24,0 Kcal/mol; CeH2O liq = 1 cal/g °C; calor de fusión del hielo = 80 cal/g).

A) 10,76 B) 14,67 C) 24,60 D) 4,8 E) Ninguno

Solución:

Calculamos el calor necesario para fundir el hielo y luego calentarlo hasta 80ºC.

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Q=ms→l . λf+ml .C e (l ) .∆T=50 g .80calg

+50 g .1calg ºC

. (80 ºC−0 ºC )

Q=8000cal

Calculamos la cantidad de propano que proporcionara las 8000 cal.

8000cal .1molC3H 8

24000cal.

44 gC3H 8

1molC3H 8

=14,67 gC3H 8

La respuesta es B.

20. Cuantos joules se requieren para calentar 800 g de agua de 13ºC a 85ºC (1cal=4.184J)

A) 57600 B) 58 C) 240998 D) 241 E) ninguno

Solución:

Q=m.C e .∆T

Q=800g .1calg ºC

.(85 ºC−13 ºC)

Q=57600 cal.4,184 J

1cal=240998 J

La respuesta es C.

21. Utilizando las siguientes reacciones y valores de ∆H° determine la entalpía normal de la formación del metano:

CO2(g) + 2H2O(l) → CH4(g) + 2O2(g) ∆Hº = 890, 3 KJ.C(grafito) + O2(g) → CO2(g) ∆Hº = -393,5 kJ.H2(g) + 1/2 O2(g) → H2O(l) ∆Hº = -285,8 kJ.

A) -74,8 kJ/mol B) 74,8 kJ/molC) -7,4 kJ/mol D) 7,4 kJ/mol E) Ninguno

Solución:

Aplicando la Ley de Hess:

CO2(g) + 2H2O(l) → CH4(g) + 2O2(g) ∆Hº = 890, 3 KJ.C(grafito) + O2(g) → CO2(g) ∆Hº = -393,5 kJ.2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) ∆Hº = -571,6 kJ. C(grafito) + 2H2(g) → CH4(g) ∆Hº = -74,8 Kj/mol

La respuesta es A.

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22. Se dan las siguientes ecuaciones termoquímicas a 25°C:

CO2(g) → C (grafito) + O2(g) ∆H°= 393,5 kJMg(s) + 1/2O2(g) →MgO(s) ∆H°= -601,50 kJMgCO3(s) → MgO(s) + CO2(g) ∆H°= +101,0 kJ

Plantear la reacción y calcular el calor de formación del MgCO3(s) a 298 k mediante las ecuaciones termoquímicas dadas.

A) 363,3 kJ/mol B) -1096,0 kJ/mol C) 1260,3 kJ/mol D) -630,3 kJ/mol E) Ninguno

Solución:MgO(s) + CO2(g) → MgCO3(s) ∆H°= -101,0 kJC (grafito) + O2(g) → CO2(g) ∆H°= -393,5 kJMg(s) + 1/2O2(g) → MgO(s) ∆H°= -601,50 kJ C (grafito) + Mg(s) + 3/2O2(g) → MgCO3(s) ∆H°= -1096,0KJ/mol

La respuesta es B.

23. Cuántos gramos de octano (C8H18) se requieren para llevar 24 kg de Hielo, desde –10 ºC hasta 75 ºC.Datos: ∆Hºfus = 80 kcal/kg CeH2O(s) = 0,5 kcal/kg ºC CeH2O(l) = 1 kcal/kg ºC

C8H18(l) + O2(g)→ CO2(g) + H2O(g) ∆HR = -1213,6 Kcal/molSi la reacción de combustión del octano tiene solo un rendimiento del 75%.

A) 481,1 B) 289,4 C) 590,3 D) 243,4 E) Ninguno

Solución:

Q=ms .C e ( s ) .∆T+ms→l . λf+ml .C e (l ) .∆T

Q=24kg (0,5kcalkg ºC

.(0− (−10 )) ºC+80kcalkg

+1kcalkg ºC

. (75−0 ) ºC)

Q=3840 kcal

Considerando el rendimiento del 75%, se necesitara una cantidad mayor de octano para generar el calor necesario, es decir:

3840kcal .100kcal75kcal

.1mol

1213,6kcal.114 g1mol

=481,1 g

La respuesta es A.

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24. Calcular el calor necesario para que 15 litros de agua (asumir dH2O =1g/ml) a –20 ºC se pueden convertir en vapor a 100 ºC. Dátos: Ce(H2O,s) = 0,5 kcal/kg ºC, Ce(H2O, l) = 1,0 kcal/kg ºC, Ce (H2O,v) = 0,7 kcal/kg ºC, ∆HºvapH2O = 540 kcal/kg, ∆HºfusH2O = 80 kcal/kg.

A) 10950 kcal B) 3009 kcal C) 259655 kcal D) 1155 kcal E) Ninguno

Solución:Q=ms .C e(s) .∆T+ms→l . λf+ml .Ce (l ).∆T +ml→v . λv+m g .C e(g) .∆T

Reemplazando datos:

Q=15 kg .¿

Q=10950K calLa respuesta es A.

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EQUILIBRIO QUÍMICO

25. Para la reacción: SbCl5(g) ↔ SbCl3(g) + Cl2(g) KC, a la temperatura de 182 ºC, vale 9,32 · 10–2. En un recipiente de 0,40 litros se introducen 0,2 moles de SbCl5 y se eleva la temperatura a 182 ºC hasta que se establece el equilibrio anterior.Calcular la presión de la mezcla gaseosa en atm.A) 25 B) 38 C) 74 D) 44 E) Ninguno

Datos:

C=0,2moles0,40L

0,5M

K c=9,32.10−2

T=182 ºC+273=455k

Solución:

SbCl5(g) ↔ SbCl3(g) + Cl2(g)(i) C 0 0(ii) –Cx Cx Cx(iii) C(1 – x) Cx Cx

K c=C2 x2

C (1−x)→K c=

C x2

1−x

Despejando x y resolviendo la ecuación de segundo grado:

Cx2+K c . x−K c=0

x=0,348M

Las concentraciones en el equilibrio son:

[ SbCl5 ]=C (1−x )=0,5 (1−0,348 )=0,326M

[ SbCl3 ] = [Cl2 ]=0,5 . x=0,5 .0,348=0,174M

La concentración total será: CTotal = 0,326 M + 0,174 M + 0,174 M = 0,674 M

P=n RTV

=C .R .T=0,674molL.0,082

atm . Lk .mol

.455k=25atm

La respuesta es A.

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26. En un recipiente de 5 L se introducen a 500ºC 3 moles de HI, 2 mol de H2 y 1 mol de I2.Calcular la concentración de las distintas especies en equilibrio si sabemos que la constante del equilibrio 2 HI ↔ I2 + H2 a dicha temperatura es Kc = 0,025

Solución:

2HI ↔ I2 + H2

i) 3/5 1/5 2/5

Calculamos la nueva constante de equilibrio para ver a qué lado se desplaza la reacción:

Qc=[ I 2 ] . [H 2 ]

[HI ]2=0,2. 0,4

[ 0,6 ]2=0,22>K c

Como Q > Kc el equilibrio se desplaza a la izquierda:

2HI ↔ I2 + H2

i) 0,6 0,2 0,4ii) +2x - x -xiii) 0,6+2x 0,2-x 0,4-x

K c=(0,2−x ) .(0,4−x )

(0,6+2x )2 =0,025

Despejando x y resolviendo la ecuación de segundo grado:

0,9 x2−0,66 . x+0,071=0

x=0,131M

Las concentraciones en el equilibrio son:

[HI ]=0,6+2 .0,131=0,862M

[ I 2 ]=0,2−0,131=0,069

[H 2 ]=0,4−0,131=0,269

96


27. En un recipiente de 2,0 litros de capacidad se introduce amoniaco a una temperatura de 20 ºC y a la presión de 14,7 atm. A continuación se calienta el recipiente hasta 300 ºC y se aumenta la presión hasta 50 atm. Determina el grado de disociación del amoniaco a dicha presión y temperatura.A) 0,5 B) 0,8 C) 0,4 D) 0,7 E) Ninguno

Solución:

Calculamos la concentración de amoniaco inicial:

C [NH3] 0=n[NH3 ]V

= PR .T

= 14,7atm

0,082atmLk mol

.293k=0,612M

La reacción de disociación es:

NH3 ↔ 12

N2 + 32

H2

i) 0,612 0 0ii) -0,612α +0,612α/2 +3(0,612α)/2iii) 0,612(1-α) +0,612α/2 +3(0,612α)/2

La concentración total es:

CT=0,612 (1−α )+ 0,612α2

+3 (0,612α )

2=0,612.(1+α )

La concentración total en las nuevas condiciones es:

CT=PR .T

= 50atm

0,082atm Lkmol

.573k=1,064M

Igualando las concentraciones:

0,612 (1+α )=1,064→α=0,74La respuesta es D.

28. El amoniaco está disociado en un 60 % a la presión de 6 atm y a la temperatura de 573K.Determinar:a) La presión parcial de cada componente en el equilibrio.b) KP

97


Solución:

a) Consideramos un n0

NH3 ↔ 1/2 N2 + 3/2 H2

i) n0 0 0ii) –n0α 1/2n0α 3/2n0αiii) n0 (1-α) 1/2n0α 3/2n0α

Los moles totales en el equilibrio es:

ntotales=n0 (1−α )+ 12n0α+

32n0α=n0(1+α)

Las presiones parciales son:

PH 2=nH 2

ntotales.PT=

3n0α

2n0(1+α )

.PT=

32.0,6

1+0,6.6atm=3,375atm

PN2=nN 2

ntotales. PT=

1n0α

2n0(1+α)

. PT=

12.0,6

1+0,6.6atm=1,125atm

PNH3=nNH3

ntotales. PT=

n0(1−α )n0(1+α )

.PT=1−0,61+0,6

.6atm=1,500 atm

b) La constante Kp:

K p=PN2

1 /2 .PH 2

3 /2

PNH3

=1,1251 /2 .3,3753 /2

1,500=7,2

29. El tetróxido de dinitrógeno se disocia parcialmente en dióxido de nitrógeno. A 60 ºC y 1,0 atm la densidad de mezcla en equilibrio es de 2,24 g/L. Calcular: a) el grado de disociación del N2O4 en dichas condiciones; b) el grado de disociación a la misma temperatura pero a 10,0 atm.

A) 0,3 y 0,4 B) 0,5 y 0,2 C) 0,2 y 0,2 D) 0,5 y 0,9 E) Ninguno

Datos:

P=1atmT=60 ºC+273=333kdmezcla=2,24 g /L

Calcular:α = ?Solución:

a) Considerando el número de moles iniciales n0

N2O4(g) ↔ 2NO2(g)

98


i) no 0ii) –noα 2 noαiii) no(1-α) 2 noα

El número de moles totales es:

ntotales=n0 (1−α )+2n0α=n0(1+α)

De acuerdo a la ley general de los gases tenemos:

PT=ntotales . R .T

V=n0 (1+α )RT

V(1)

La relación n0

V se obtiene a partir de la densidad de la mezcla:

dmezcla=m0

V

n0=m0

M N2O4

=m0

92g /mol→m0=92 .n0

dmezcla=92.n0

V→n0

V= 2,24 g/L

92g /mol=0,024mol/L

Reemplazando en la ecuación (1) y despejando α:

(1+α )=PT

RT n0/V= 1atm

0,082atmLk mol

.333k .0.024molL

=1,53

α=1,53−1=0,53

b) El grado de disociación a la misma temperatura pero a 10,0 atm.Si se aumenta la presión el volumen disminuye por tanto el equilibrio se desplaza a la izquierda:

N2O4(g) ↔ 2NO2(g)

iv) no 0v) +noα -2 noαvi) no(1+α) -2 noα

Los moles totales:ntotales=n0 (1+α )−2n0α=n0(1−α )

El nuevo volumen de acuerdo a la Ley de Boyle será:

P1 .V 1=P2 .V 2→V 2=1.V10

=0,1V

La nueva relación n0

V será:

n0

V= 2,24 g/L

92g /mol=0,024mol/L

99


(1−α )=PT

RT n0/V= 10atm

0,082atm Lk mol

.333k .0.024molL

=1,53

30. En la reacción: 2 H2S (g) + 3 O2 (g) ↔2 H2O (g) + 2 SO2 (g); ∆H = –1036 kJ, justifique cómo afectarán los siguientes cambios al desplazamiento del equilibrio: a) Aumentar el volumen del recipiente a temperatura constante. b) Extraer SO2.c) Aumentar la temperatura manteniendo el volumen constante.

Solución:2 H2S (g) + 3 O2 (g) ↔2 H2O (g) + 2 SO2 (g)

a) Si el volumen aumenta el equilibrio se desplaza de derecha a izquierda.b) Si se extrae SO2 el equilibrio se desplaza de izquierda a derecha.c) Si se aumenta la temperatura el equilibrio se desplaza al lado donde se absorbe

calor, el equilibrio se desplaza de derecha a izquierda.

31. A 20ºC, la constante de equilibrio es Kc = 0,21 para la reacción:NH4SH(s) ↔ H2S(g) + NH3(g)

En un matraz tenemos una mezcla de estas especies con las siguientes concentraciones: [H 2S ]=[NH 3 ]=0,13MHalla el cociente de reacción ¿Qué puede decir de este sistema?

Solución:

Calculamos Q:

Q= [H 2S ] . [NH 3 ]=0,13.0,13=0,017

Tenemos: Q < Kc El sistema no se encuentra en equilibrio, y la reacción se desplaza de izquierda a derecha.

32. La reacción: CH3OH(g) ↔ 2H2(g) + CO(g), tiene una Kc = 0,215, a una temperatura de 20ºC. En un erlenmeyer tenemos una mezcla de los tres gases con las siguientes concentraciones: [H 2 ]=[CO ]=1,6M; [CH 3OH ]=9,8Ma) Halla el cociente de reacción ¿Se encuentra este sistema en equilibrio?b) En caso negativo ¿en qué dirección se producirá la reacción en busca del

equilibrio?

Solución:

a) El cociente de reacción es:

Q=[H 2 ]2 . [CO ][CH 3OH ]

=1,62 .1,69,8

=0,418

b) Q > Kc: El sistema no se encuentra en equilibrio, la reacción se desplaza de derecha a izquierda.

100


33. El metanol es un gas que se descompone en hidrógeno y monóxido de carbono. Sabiendo que a 20ºC la constante de equilibrio Kc = 0,215, escribe la reacción ajustada y calcula el porcentaje de metanol disociado cuando se encierran 0,4 moles de metanol en un recipiente de 2 litros, a 20ºC.

Solución:CH3OH(g) ↔ 2H2(g) + CO(g)

i) 0,2 0 0ii) -0,2α 2(+0,2α) +0,2αiii) 0,2(1-α) 0,4α 0,2α

Kc=[H 2 ]2 . [CO ][CH3OH ]

=(0,4α )2 .0,2α

0,2(1−α )=0,215

34. En un recipiente de 1 litro se introducen 3 moles de A(g) y 8 moles de B(g) a 43ºC, estableciéndose el equilibrio: A(g) + 3B(g) ↔ 2 C(g).Si la presión del gas en el equilibrio es 177 atm, calcula Kc y Kp.

Solución:A(g) + 3B(g) ↔ 2 C(g).

i) 3 8 0ii) -x -3x 2xiii) 3-x 8-3x 2x

ntotales=3−x+8−3x+2 x=11−2x

PT=ntotales . R .T

V=

(11−2 x ) .0,082. 3161

=177

Despejando x:

11−2x=6,83→x=2,08→C=2,08moles1 L

=2,08M

Calculando Kc:

K c=[C ]2

[B ]3 . [A ]=

(2 x )2

(8−3 x )3 . (3−x )=

(2 .2,08 )2

(8−3 .2,08 )3 . (3−2.08 )=3,45

Calculo de Kp:K p=K c¿∆ n=nproductos−nreactivos=2−(3+1 )=−2

K p=K c

(RT )∆n=3,45

¿¿

35. En la reacción en estado gaseoso entre yodo y bromo elementales para dar IBr, la constante Kc = 120, a 150ºC: I2(g) + Br2(g) ↔ 2 IBr(g).

101


Calcula la composición en el equilibrio si se introducen 0,001 moles de yodo y 0,001 moles de bromo en un recipiente de 5 litros, a 150 ºC.

Solución:I2(g) + Br2(g) ↔ 2 IBr(g)

i) 0,001 0,001 0ii) -x -x 2x

iii)0.001−x

50.001−x

52x5

Kc=[ IBr ]2

[I 2 ] . [Br ]=

( 2 x5 )

2

¿¿

2 x=0,01095−10,95x→12,95 x=0,01095→x=8,45 .10−4

Las concentraciones en el equilibrio serán:

[ I 2 ]=[Br2 ]=0.001−x5

=0,001−8,45 .10−3

5=3 .10−5

[ IBr ]=2x5

=2.8,45 .10−4

5=3,4 .10−4

36. En un recipiente de 1 L se introducen 2 moles de nitrógeno y 6 moles de hidrógeno a 400ºC, estableciéndose el equilibrio: N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g).Si la presión del gas en el equilibrio es 288,2 atm, calcula el valor de Kc y Kp.

Solución:

N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g)i) 2 6 0ii) -x -3x 2xiii) 2-x 6-3x 2x

ntotales=2−x+6−3x+2 x=8−2x

PT=ntotales . R .T

V=

(8−2 x ) .0,082. 6731

=288,2

Despejando x:

8−2x=5,22→x=1,39→C=1,39moles1L

=1,39M

Calculando Kc:

[N2 ]=2−1,391

=0,61

[H 2 ]=6−3x1

=6−(3.1,39)

1=1,83

102


[NH 3 ]=2x1

=2 .1,39=2,78

K c=[NH 3 ]2

[H 2 ]3. [N2 ]=

(2,78 )2

(1,83 )3 . (0,61 )=2,07

Calculo de Kp:K p=K c¿

∆ n=nproductos−nreactivos=2−(3+1 )=−2

K p=K c

(RT )∆n=2,07

¿¿

37. El tetraóxido de dinitrógeno es un gas incoloro que se descompone en dióxido de nitrógeno gaseoso, de color rojo: N2O4(g) ↔ 2NO2(g). Sabiendo que a 25 ºC la constante de equilibrio Kc = 0,125, calcula el porcentaje de N2O4(g) disociado en dióxido cuando se encierran 0,03 moles de N2O4(g) en un recipiente de 1 litro, a 25ºC.

Solución:N2O4(g) ↔ 2NO2(g)

i) 0,03 0ii) –x 2xiii) 0,03-x 2x

K c=[NO2 ]2

[N2O 4 ]=

( 2x1

)2

0,03−x1

= 4 x2

0,03−x=0,125

Despejando x obtenemos:

x=0,0186moles

%∝=0,01860,03

.100=62,5%

38. Para la reacción: PCl5(g) ↔ PCl3(g) + Cl2(g) a 250 ºC, la constante de equilibrio vale 4,145 . 10-2. En una bomba de 2 litros en la que se ha hecho el

103


vacío se introduce 1 mol de pentacloruro de fósforo y se calienta a 250ºC. Calcula:

a. La constante de equilibrio Kp a esa temperatura.b. El grado de disociación y la presión total cuando se alcanza el equilibrio

a 250ºC.Solución:

a) Calculo de Kp:K p=K c¿

∆ n=nproductos−nreactivos=2−1=1

K p=4,145 .10−2 .¿

b) El grado de disociación:

PCl5(g) ↔ PCl3(g) + Cl2(g)i) 1 0 0ii) –x +x +xiii) 1-x +x +x

ntotales=1−x+ x+x=1+x

K c=[Cl2 ] . [PCl3 ]

[PCl5 ]=

x2.x2

1−x2

=x2

2−2x=4,145 .10−2

Despejando x obtenemos:

x=0,25moles

%∝=0,250,5

.100=50 %

La presión total será:

PT=nt .R .T

V=

(1+0,25 ) .0,082 .5232

=26,8atm

39. El metanol se descompone parcialmente a 20ºC para dar hidrógeno y monóxido de carbono. En un recipiente de 1 litro se introducen 0,37 moles de metanol a 20ºC alcanzándose en el equilibrio una presión de 9,41 atm. Calcula:

c. La Kcd. El grado de disociación

Solución:

a) Kc

CH3OH(g) ↔ 2H2(g) + CO(g)

104


i) 0,37 0 0ii) -x 2x +xiii) 0,37-x 2x x

ntotales=0,37−x+2 x+ x=0,37+2 x

PT=nt .R .T

V→nt=

P .VR .T

= 9,41atm .1 L

0,082atm .Lk .mol

.293=0,39

x=nt−0,37

2=0,39−0,37

2=0,01

A partir de x calculamos la Kc:

Kc=[H2 ]2 . [CO ][CH3OH ]

=(2 x

1)

2

.x1

0,37−x1

= 4 x3

0,37−x= 4 .0,013

0,37−0,01=1,11 .10−5

b) El grado de disociación:

%∝=0,010,37

.100=2,7 %

40. Se introducen 0,30 moles de pentaóxido de dinitrógeno en un recipiente de 1 litro de capacidad. Calcular la constante de equilibrio, Kc sabiendo que el grado de disociación es 0,76.

2N2O5(g) ↔ 4NO2(g) + O2(g)

Solución:

N2O5(g) ↔ 2NO2(g) + 12

O2(g)

i) 0,3 0 0ii) -x 2x 1/2 xiii) 0,3-x 2x 1/2x

α= xxo→x=xo. α=0,3 .0,76=0,23

K c=[NO2 ]2 . [O 2 ]1 /2

[N2O5 ]=

(2 .0,23)2 .( 0,232

)1 /2

0,3−0,23=1,03

105


41. Se introducen 0,4 moles de metanol en un recipiente de 1 litro de capacidad. Calcular la constante de equilibrio, Kc sabiendo que el grado de disociación es 0,46.

Solución:

CH3OH(g) ↔ 2H2(g) + CO(g)iv) 0,4 0 0v) -x 2x +xvi) 0,4-x 2x x

α= xxo→x=xo. α=0,4 .0,46=0,18


Kc=[H2 ]2 . [CO ][CH3OH ]

=(2 x

1)

2

.x1

0,4−x1

= 4 x3

0,37−x= 4 .0,183

0,4−0,18=0,11

42. Se introducen 0,13 moles de tetraóxido de dinitrógeno en un recipiente de un litro de capacidad. Calcula la constante de equilibrio, Kc sabiendo que el grado de disociación es del 27%.

N2O4(g) ↔ 2NO2(g)

Solución:

N2O4(g) ↔ 2NO2(g)i) 0,13 0ii) –x 2xiii) 0,13-x 2x

α= xxo→x=xo. α=0,13 .0,27=0,035


Kc=[NO2 ]2

[N 2O4 ]=

( 2 x1

)2

0,13−x1

= 4 x2

0,13−x= 4 .0,0352

0,13−0,035=0,052

43. El tetraóxido de dinitrógeno se descompone parcialmente a 45 ºC para dar dióxido de nitrógeno gas. En un recipiente vacío, de 1 litro de capacidad a 45ºC se introducen 0,1 mol de tetraóxido alcanzándose en el equilibrio una presión de 3,18 atm. Calcula:

a. Kc

106


b. El grado de disociación.

N2O4(g) ↔ 2NO2(g)

Solución:

a) KcN2O4(g) ↔ 2NO2(g)

i) 0,1 0ii) -x 2xiii) 0,1-x 2x

ntotales=0,1−x+2x=0,1+x

nt=P .VR .T

= 3,18 atm.1 L

0,082atm . Lk .mol

.318k=0,12

Calculamos x:0,1+x=0,12→x=0,02

Calculamos Kc:

[N O2 ]=2 .0,02=0,04

[N2O4 ]=0,1−0,02=0,08

K c=[NO2 ]2

[N2O 4 ]=

(0,04)2

0,08=0,02

b) El grado de disociación

α= xxo

=0,020,1

.100=20 %

44. Se introducen 0,2 moles de fosgeno en un recipiente de 5 litros de capacidad. Calcular la constante de equilibrio, Kc sabiendo que el grado de disociación es 0,98.La reacción que tiene lugar es:

COCl2(g) ↔ CO(g) + Cl2

Solución:COCl2(g) ↔ CO(g) + Cl2

i) 0,2 0 0

107


ii) –x x xiii) 0,2-x x x

Calculamos x:

α= xxo→x=xo. α=0,2 .0,98=0,196

Las concentraciones en el equilibrio:

[COCl2 ]=0,2−0,1965

=0,0008

[Cl2 ]=[CO ]=0,1965

=0,0392

K c=[CO ] . [Cl2 ]COCl2

=0,0392.0,03920,0008

=1,92

45. La descomposición del fosgeno usado en la preparación del poliuretano, se obtiene de la siguiente manera: COCl2(g) ↔ CO(g) + Cl2

En un recipiente vacío de 2 litros de capacidad a 25ºC, se introduce 0,2 mol de fosgeno, alcanzándose en el equilibrio una presión de 4,54 atm.Calcula el grado de disociación de la reacción.

Solución:COCl2(g) ↔ CO(g) + Cl2

i) 0,2 0 0ii) –x x xiii) 0,2-x x x

ntotales=0,2−x+x+ x=0,2+x

nt=P .VR .T

= 4,54 atm .2L

0,082atm . Lk .mol

.298k=0,37

Calculamos x:

0,2+x=0,37 ;x=0,17

La fracción molar es:

α= xxo

=0,170,2

.100=85 %

46. En un recipiente de 5 litros, se introducen 3,5 moles de pentacloruro de fósforo. Se cierra el recipiente y se calienta hasta una temperatura de 525 k. Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla, encontrándose que la concentración de cloro es de 0,2 M.Determina:a) Kcb) Los moles de cada especie en el equilibrio

108


PCl5(g) ↔ PCl3(g) + Cl2(g)i) 3,5 0 0ii) –x +x +xiii) 3,5-x +x +x

a) Calcular Kc

[PCl5 ] o=3,55

=0,7

[Cl2 ]eq=[PCl3 ]=0,2M

[PCl5 ] eq=0,7−0,2=0,5M

K c=[PCl3 ] . [Cl2 ]

[PC i5 ]=0,2 .0,2

0,5=0,08

b) Los moles de cada especie en equilibrio:nCl 2

=nPCl3=0,2M .5 L=1mol

nPCl5=0,5M .5L=2,5mol

47. En un recipiente de 1,5 litros se introducen 4,5 moles de HI, 3 moles de H2 y 1,5 moles de I2. Sometida la mezcla a una temperatura de 730 k, determina las concentraciones en el equilibrio si Kc = 2,07.10-2.

2HI(g) ↔ H2(g) + I2(g)

Solución:

Calculamos Q en el equilibrio:

Q=[H 2 ] . [ I 2 ]

[HI ]2=

31,5.

1,51,5

¿¿

Q > Kc; 0,222 > 2,07.10-2. El equilibrio se desplaza de izquierda a derecha

Para calcular las concentraciones en el equilibrio consideramos:

2HI(g) ↔ H2(g) + I2(g)i) 4,5 3 1,5ii) +2x -x -xiii) 4,5+2x 3-x 1,5-x

K c=[H 2 ] . [ I 2 ]

[HI ]2=

(3−x ) .(1,5−x)¿¿

EQUILIBRIO IÓNICO

48. Calcule el PH y el POH de las siguientes soluciones, suponiendo la ionización completa: a) acido al 0,00345 N, b) base al 0,00886 N.

109


Solución:

a) Acido 0,00345 N.

pH=−log¿¿

pH=2,46

pH+ pOH=14 pOH=14−2,46=11,54

b) Base 0,00886 N

[OH¯] = 0,00886

¿

¿

pH=−log¿¿

pOH=14−pH=14−11,95=2,05

49. Convierta los siguientes valores de PH a valores de [H⁺] :

a) 4 b) 7; c)2, 50; d)8, 26.

1. pH = 4 ;¿

b) pH = 7;¿

c) pH = 2, 50;¿

d)pH = 8, 26;¿

50. La [H⁺] de una solución de HNO₃ es 1, 0 x 10-3, y la [OH¯] de una solución de una Na OH es 1 x 10-2. Encuentre la concentración molar y el pH de cada solución.

a) [HNO₃] = 0,001 MpH=−log (1,0 .10−3)

pH=32. [Na OH] = 0,01 MpOH=−log(1,0 .10−2)pOH=2pH=14−2=12

51. Calcule [H⁺] y [OH¯] en una solución 0,0010 molar de un ácido monobásico que esta 4,2 % ionizado. ¿Cuál es el PH de la solución? ¿Cuáles son Ka y pKa para el ácido?

Solución:

110


[H⁺] = ? [OH¯] = ? [Acido]₀ = 0,0010 M

% i = 4,2 %

[H⁺] =0,0010 M . 0,042 = 4,2 . 10-5

pH = -log (4,2 x 10-5) = 4, 38

[H⁺]. [OH¯] = Kw = 10-14

¿ M

Ka=¿¿

pKa=−logKa=−log(1.8 .10−6)

pKa=5,74

52. Calcule [OH¯] y [H⁺] en una solución 0,010 N de una base débil que esta 1,3 % ionizada. ¿Cuál es el PH de la solución?

Solución:

[H⁺] = ? [OH¯] = ? [Base]₀ =0,010 N

% i = 1,3 % pH = ?

[OH¯] = [base]₀.% i = 0,010 .1,3100

=1,3 .10−4

¿

pH=−log¿¿

53. Cuáles el pH de una solución que contiene 0,010 moles de HCl por litro?

Calcule el cambio en el pH si se agregan 0,020 moles deNaC₂H₃O₂ a un litro de

esta solución.Ka del H C₂H₃O₂es 1, 75 . 10-5.

Solución:

El pH inicial de la solución será:

[HCl] = 0,010 molL

111


HCl→ H⁺+ Cl¯

0,010 0,010

pH = - log (4,2 . 10-5) = 4, 38

p H inicial=−log (0,010 )=2,0

b) Si se agregan 0,020 moles de NaC₂H₃O₂ a 1 L. de solución se aportara anión acetato que es una base débil que neutraliza elH+ de la solución, bajando la acidez de la solución inicial:

NaC₂H₃O₂ → Na⁺ + C₂H₃O₂¯0, 020 M

El C₂H₃O₂¯ capta protones dela solución según:

C₂H₃O₂¯ + H+ HC₂H₃O₂

i) 0,020 0,010 0ii) -0, 010 -0, 010 0, 010eq) 0, 010 0 0, 010

El equilibrio que se produce del ácido debil es:

HC₂H₃O₂¯ + H₂O C₂H₃O₂¯ + H₃O⁺

i) 0,010 0 0, 010 0ϋ) -xxxeq) 0, 010 - x 0, 010 + xx

x=¿

Ka=[C₂H ₃O ₂¯ ][H ₃O⁺ ][HC ₂H ₃O ₂]

=(0 ,010+x ) . x

0 ,010−x=1,75 .10¯ ⁵

Considerando que x es pequeña con respecto a 0, 010

0,010 + x = 0,010

0,010 - x = 0,010

Tenemos:

0 ,010 . x0,010

=1 ,75 .10¯ ⁵

112


x = 1, 75 . 10¯ ⁵ = [H₃O⁺]

pH=−log¿¿

PH = -log (1, 75. 10¯ ⁵)

p H final=4,76

54. El valor de Kw a la temperatura fisiológica de 37 ⁰C es 2, 4 x 10-14. ¿Cuál es el pH en

el punto neutro del agua a esta temperatura, en donde existe el mismo número de H⁺ y OH¯?

Solución:

Kw(37⁰C) = 2, 4. 10-14 pH =?En el punto neutro del agua

En el punto neutro del agua:

[H⁺] = [OH¯]

[H⁺]. [OH¯] = Kw

[H⁺]² = Kw

[H⁺] = √Kw=√2 ,4 x10¯ 14

[H⁺] = 1,55 x10-7

pH = 6, 81

55. Calcule [OH¯] en una solución 0,0100 M de anilina, C₆H₅NH₂ Kb para la disociación básica de la anilina es 4, 3 x 10-10. ¿Cuál es la [OH¯] en una solución 0,0100 M de hidrocloruro de anilina, la cual contiene el ion

C₂H₅NH₃⁺?

Solución:

[OH¯] = ?C₆H₅NH₂ = 0,0100 MKb = 4, 3 . 10-10

113


C₆H₅NH₂ + H₂O ↔ C₆H₅NH₃⁺ + OH¯

i) c 0 0ii) -x x xeq) c-x x x

Kb=[C ₆H ₅NH ₃⁺ ][OH ¯ ]

[C₆H ₅NH ₂]= x ²c−x

x2+Kb x−Kb .c=0

x2+4,3 .10−10 x−4,3 .10−10 .0,01=0

Resolviendo la ecuación cuadrática tenemos:

[OH¯] = x = 2,1 x 10-6 M

b) C₆H₅NH₃⁺ + H₂O ↔ C₆H₅NH₂ + H₃O⁺

i) 0,0100 0 0ii) -x xxeq) 0,0100 –x xx

Ka= KwKb

= 1 x10¯ ¹⁴4 ,3 x10¯ ¹⁰

=2,3 .10−5

Ka=[C₆H ₅NH ₂] [H ₃O⁺ ]

[C₆H ₅NH ₃⁺]= x ²c−x

x2+2,3.10−5 x−2,3.10−7=0

Resolviendo para x:

x = [H₃O⁺] = 4, 70 x10-4

[H₃O⁺] . [OH¯] = 10-14

¿

56. Calcule el porcentaje de hidrolisis en una solución 0,0100 M de KCN. Ka para el HCN es 4,93 x10-10

.

Solución:

KCN → K⁺ + CN¯

i) 0,0100 0 0f) 0 0,0100 0,0100

El CN- se hidroliza según:

114


CN- + H₂O ↔ HCN + OH¯

i) 0,01 0 0ii) -xxxeq)0,01 – xxx

[HCN ] [OH ¯ ][CN¯ ]

= x ²0,01−x

Kb=KwKa

= 1 x10¯ 14

4,93 x10¯ 10 =2 .10−5

x2+2.10−5 x−2 .10−7=0

Resolviendo la ecuación:

X= 4,4 .10-4 (cantidad hidrolizada)

% hidrolización= xC.100=4,4 .10¯ ⁴

0,01.100=4,4 %

57. La constate de ionización básica para la hidracina, N₂H₄ , es 9,6 x10-7. ¿Cuál será el

porcentaje de hidrolisis de una solución de N₂H₅Cl al 0,100 M, una sal que contiene al ion acido conjugado a la base hidracina?

Solución:

[N₂H₅⁺] = 0,100 M Kb = 9,6 .10-7

N₂H₅⁺ + H₂O ↔ N₂H₄ + H₃O⁺i) 0,100 0 0 ii) -x xxeq) 0,100 –x xx

Ka= KwKb

=1x 10¯ ¹⁴

9,6 x10−7=1,04 .10−8

Ka=[N ₂H 4][H ₃O⁺]

[N2H ₅⁺]= x ²

0,1−x

Resolviendo la ecuación:

x2+1,04. 10−3 x−1,04 .10−10=0

Se tiene:

X = 3,22 .10-5 (cantidad hidrolizada)

115


% hidrolización= xC.100=3,22 .10−5

0,1.100=0,032 %

58. Una solución 0, 25 M de cloruro de piridonio, C₅H6N⁺ Cl¯ se encontró que tiene un pH

de 2, 93. ¿Cuál es el valor de Kb para la disociación básica de la piridina, C₅H₅N?

Solución:

[C₅H6N⁺ Cl¯] = 0,25 M pH = 2,93 Kb = ?

C₅H₅N⁺ Cl¯ → C₅H6N⁺ + Cl¯

0.25 M 0.25 M

La hidrólisis del C₅H6N⁺ es:

C₅H₆N⁺ + H₂O⁺ ↔ C₅H₆N⁺ + H₃O⁺i) 0,25 0 0u) -xxxeq) 0,25 –xxx

Ka= x ²0,25− x

x = [H₃O⁺] = 10-2,93

x = [H₃O⁺] = 1,17. 10-3

Ka=(1,17 .10−3 )2

0,25−1,17x 10¯ 3 =5,50 .10−6

Kb= KwKa

= 1 .10¯ ¹⁴5,5 .10¯ ⁶

=1,8 .10−9

La reacción de la hidrolisis es:

C₅H₅N + H₂O⁺ ↔ C₅H₆N⁺ + OH¯ Kb = 1,8 .10-9

59. ka para la ionización acida de Fe+3 a Fe (OH)²⁺ y H⁺ es 6,5 x10-3 ¿Cuál es el máximo valor del pH que puede utilizar para que al menos el 95 % del hierro + III total en una

solución diluida este en la forma Fe+3?

Solución:

Fe+3 + H₂O ↔ Fe (OH)2+ + H⁺eq) c-x xx

El Fe⁺³ solo se hidroliza en: 100 – 95 = 5 %

116


%h= XC.100=5% → x=0,05.c

Ka=¿¿ ; ¿

Ka= x ²c−x

=(0,05c )2

c−0,05c=2,5.10¯ ³ c ²

0,95c=6,5 .10−3

c= 6,5 .10 ˉ 3

2,63 .10 ˉ 3 =2,47

x=0,05 .2,47=0,1235

¿

pH=−log ( 0,1235 )=0,9

60. Una solución al 0,0100 M de PuO₂ (NO₃)₂ se encontró que tiene un pH de 3,80. ¿Cuál

es la constante de hidrolisis, Ka para el PuO₂²⁺; y cual es Kb para el PuO₂ OH⁺ ?

Solución:

[PuO₂ (NO₃) ] =₂ 0,010 M

pH = 3,80

a) [PuO₂²⁺] = 0,010 M

La hidrolisis del Pu O₂²⁺ es:

Pu O₂²⁺ + H₂O ↔ Pu O₂ (OH)⁺ + H⁺i) 0,010 0 0u) -xxxeq) 0,010 – xxx

ka=¿¿

X = [H⁺] = 10-3,80 = 1,58 x10-4

Ka=(1,58 .10 ˉ 4 )2

0,010−1,58.10 ˉ 4 =2,5 .10−6

b) Pu O₂ OH⁺ ↔ Pu O₂²⁺ + OHˉ

kb= kwka

= 1.10 ˉ 14

2,5 .10 ˉ 6 =4 .10 ˉ 9

61. Calcule el PH de una solución 1,0 x10-3 de fenolato de sodio NaOC₆H₅. Ka para HO

C₆H₅ es 1, 28 x10-10.

117


Solución:

[C₆H₅ Oˉ] = 1,0 x10-3 M

kb= KwKa

= 1 .10ˉ 14

1 ,28 .10ˉ 10=7,81 .10ˉ 8

La hidrolisis es:

C₆H₅ Oˉ + H₂O ↔ H O C₆H₅ + OHˉeq) c – xxx

kb= x2

c−x

x2+7,81.10−5 x−7,81 .10−8=0

Resolviendo la ecuación de Segundo grado:

[OHˉ] = x = 2,43 .10ˉ⁴

[H⁺] . [OHˉ] = 1.10-14

¿¿

pH=−log ( 4,11 .10−11)=10,39

62. Calcule [H ˉ] y [CNˉ] en NH4CN 0,0100. Ka para el HCN es 4, 93 x10-10 y Kb para el

NH₃ es 1,75 x10-10

Solución:

NH₄CN → NH₄⁺ + CNˉ0,01 0,01 (concentraciones iniciales)

Para hidrolisis del NH₄⁺:

NH₄⁺ → NH₃ + H⁺

Ka=[NH ₃]¿¿

118


Ka=x .¿¿

Sea: x = [NH₃] = [HCN]

0,100 – x = [NH₄+] = [CNˉ]

¿

Para hidrolisis del CNˉ:

CNˉ + H₂O ↔ HCN + OHˉ

kb=[HCN ] [OHˉ ]

[CNˉ ]= 1 .10 ˉ ¹⁴

4,93 .10 ˉ ¹⁰=2,02 .10−5

¿

Además:

[H⁺] . [OHˉ] = Kw = 1.10-14(3)

Dividiendo:

[H ⁺][OHˉ ]

= 5,7.10 ˉ ¹⁰2,02.10 ˉ ⁵

=2,82 .10−5(4)

Multiplicando: ③ y ④

¿

[H⁺]² =2,82 x10-19 → [H⁺] = 5,3 x10-10

Para la concentración de [CNˉ] calculamos:

X en ①

[H⁺] = 5,7 .10-10( 0,01−XX

)

5,3.10 ˉ ¹⁰5,7 .10ˉ ¹⁰

=0,01−xx

0,93. x = 0,01 –x

1,93 x = 0,01

x = 5,18 .10-3

X en ②

[OHˉ] = 2,02 x10ˉ⁵( 0,01−5,18 .10 ˉ 3

5,18.10 ˉ 3 )119


[OHˉ] = 1,88 .10ˉ⁵

La ecuación de hidrolisis del CNˉ es:

CNˉ + H₂O → HCN + OHˉ Kb = 2,02 .10ˉ⁵

Kb=[HCN ] [OH ˉ ]

[CN ˉ ]

¿

[HCN] = X [OHˉ] = 1,88 .10ˉ⁵

[HCN] = 5,18 .10-3

¿¿

120

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