Ex. II - Universidad de Puerto Rico Humacao

Rolando Oyola Martínez, Ph.D.
Universidad de Puerto Rico-Humacao
Departamento de Química
Call Box 860 Humacao PR 00792
Objetivos Operacionales para Examen II
Por: Rolando Oyola Martínez@2016-17
1
1.1
1.2
1.3
1.4
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
3
3.1
3.2
3.3
3.4
4
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
EFECTO DE FORTALEZA IÓNICA EN EL EQUILIBRIO QUÍMICO (CAP. 10)
Definir los siguientes términos: a) actividad, b) fortaleza iónica, c) coeficiente de actividad, d) ecuación
Debye-Hückel, e) aplicación de ecuación de “Debye- Hückel Extended and Limiting laws”, f) constante de
equilibrio termodinámica (Keq0) y g) constante de equilibrio de concentración (Keq).
Establecer cualitativamente la relación entre fortaleza iónica, actividad y coeficiente actividad.
Establecer cuantitativamente la relación entre fortaleza iónica, actividad y coeficiente actividad.
Conocer el aspecto cualitativo y cuantitativo el efecto de fortaleza iónica en la constante de equilibrio para
sistemas ácido-base.
EQUILIBRIO ÁCIDO-BASE ACUOSO PARA ESPECIES POLIFUNCIONALES (CAP 15)
Dada una reacción ácido-base, identificar el ácido, la base, el ácido conjugado y la base conjugada.
Conocer y entender las implicaciones de las aproximaciones en las derivaciones matemáticas y químicas para
determinar concentraciones en equilibrio para sistemas acuosos de ácido/base.
Establecer las ecuaciones de balance de carga y masa para los sistemas de ácido/base.
Calcular el pH de soluciones para especies polifuncionales.
Calcular pH para soluciones que contienen mezcla de ácido/base fuerte con ácido/base débil.
Calcular valores de α y determinar concentraciones en equilibrio a determinado pH.
Interpretar gráficas de α vs. pH.
SOLUCIONES AMORTIGUADORAS (BUFFERS) (CAP. 15)
Explicar la preparación de soluciones amortiguadoras usando especies polifuncionales sin y con la
consideración de fortaleza iónica.
Hacer cálculos de pH: adición de ácidos y bases fuertes a solución amortiguadora
Definir y/o explicar efecto de la capacidad amortiguadora (β)
Identificar aplicaciones de amortiguadores en sistemas biológicos.
CURVAS DE TITULACIÓN ÁCIDO-BASE (CAP 15 Y 16)
Construir curvas de titulación para ácido fuerte vs. base fuerte y viceversa mediante cálculos matemáticos de
pH.
Construir curvas de titulación para base débil vs ácido fuerte y viceversa mediante cálculos matemáticos de
pH.
Conocer requisitos para observar punto de equivalencia por titulación de neutralización.
Determinar el punto final de una titulación ácido-base mediante el uso indicadores y otros.
Conocer cualitativamente las diferentes regiones en una curva de titulación de ácido-base de sistemas
simples.
Conocer el efecto de la magnitud de Ka y Kb en la apariencia de la curva de titulación de ácido-base.
Conocer los aspectos cualitativos y cuantitativos de una curva de titulación de neutralización para mezclas de
ácidos en solución.
Conocer los aspectos cualitativos y cuantitativos de una curva de titulación de neutralización para mezclas de
bases en solución.
1
Quim 3025: Objetivos Operacionales y Ejercicios Ex. II Rev. 2
2
Concepto Actividad
1) Determine si la fortaleza iónica de cada solución aumenta, disminuye o se mantiene igual al añadir NaOH:
a. MgCl2 tenga en cuenta que: MgCl2 (ac) + 2 NaOH(ac) 
→ Mg (OH ) 2 (s) + 2 NaCl(ac)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
b. HCl
c. Ácido acético
Calcule la fortaleza iónica de las siguientes soluciones:
a. 0.040 M FeSO4 Respuesta: 0.16
Respuesta: 1.2
b. 0.10 M en FeCl3 y 0.20 M en FeCl2
Considere la siguiente solución: 0.050 M NH3 y 0.200 M NH4Cl
a. Calcule la fortaleza iónica (µ) de la solución
b. Calcule el pH de la solución sin considerar la µ
c. Calcule el pH de la solución considerando µ
d. Identifique si existe alguna diferencia en los valores de pH. Explique
Se mezclan volúmenes iguales de una solución 0.30 M en ThCl4 y 0.18 M en KCl. Asumiendo que todas
las especies están totalmente ionizadas, determine la fortaleza iónica (μ), el coeficiente de actividad y la
actividad de cada ion en la solución resultante.
Calcule el coeficiente de actividad de hidronio (H3O+) en una solución que contiene 0.010 M HCl y 0.040
M de KClO4. Respuesta: γH+= 0.86, pH=2.07.
Calcule la actividad del ión (C3H7)4N+ (α = 0.8 nm) en una solución que contiene 5.0 mM (C3H7)4N+Br- y
5.0 mM (CH3)4N+Cl-. Respuesta: fì=0.010, A=0.0046
Ordene en forma descendente de actividad, los iones monovalentes (Z=1) si se mezclan volúmenes iguales
de 0.40 M en KNO3 y 0.10 M en BaCl2. Explique su razonamiento.
Ácido/Base: titulación, amortiguadores y curvas de titulación
8) Considere la siguiente información para contestar el ejercicio: a) el punto de equivalencia de una titulación
de 100.0 mL de cierto ácido débil con 0.09381 M NaOH ocurre al añadir 27.63 mL de base, b) el pH en el
punto de equivalencia es 10.99.
a. Determine el valor de pKa.
b. Calcule el pH al añadir solamente 19.47 mL de NaOH.
c. Identifique un indicador adecuado para la titulación. Respuesta: pH = 10.07
9) Calcule el pH en el punto de equivalencia para la titulación de 10.00 mL 0.100 M de cierto ácido débil HA
(pKa = 3.83) con 0.050 M KOH. Identifique un indicador adecuado para detectar el punto final de la
titulación. Respuesta: pH = 8.18.
10) Calcule el pH luego de añadir los siguientes volúmenes de 0.1000 M NaOH a una solución inicial de 50.0
mL 0.1000 M ácido láctico. Dibuje la gráfica de manera cualitativa e identifique las distintas regiones de la
curva. VPeq se refiere al volumen del punto de equivalencia en la titulación.
Respuesta: pH = 2.44
V = 0.00Vpeq
Respuesta: pH = 2.96
V = 0.10Vpeq
Respuesta: pH = 3.50
V = 0.30Vpeq
Respuesta: pH = 3.86
V = 0.50Vpeq
Respuesta: pH = 4.82
V = 0.90Vpeq
Respuesta: pH = 5.55
V = 0.98Vpeq
Respuesta: pH = 8.28
V = 1.00Vpeq
Respuesta: pH = 11.00
V = 1.02Vpeq
Respuesta: pH = 11.68
V = 1.10Vpeq
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11) Calcule el pH luego de añadir los siguientes volúmenes de 0.1000 M HCl a una solución inicial de 50.0 mL
0.100 M NaCN. Dibuje la gráfica de manera cualitativa e identifique las distintas regiones de la curva. VPeq
se refiere al volumen del punto de equivalencia en la titulación.
Respuesta: pH = 11.12
V = 0.00Vpeq
Respuesta: pH = 9.61
V = 0.30Vpeq
Respuesta: pH = 9.24
V = 0.50Vpeq
Respuesta: pH = 8.29
V = 0.90Vpeq
Respuesta: pH = 7.55
V = 0.98Vpeq
Respuesta: pH = 5.27
V = 1.00Vpeq
Respuesta: pH = 3.00
V = 1.02Vpeq
Respuesta: pH = 2.32
V = 1.10Vpeq
12) Considere la titulación de 50.0 mL de una mezcla que contiene una concentración analítica de 0.100 M
NaOH y de 0.0800 M en H2NNH2 (Ka H2NNH3+ = 1.05 x 10-8) con 0.2000 M HClO4.
a. Dibuje la gráfica de manera cualitativa e identifique las distintas regiones de la curva.
b. Identifique dos indicadores que pueden usarse para detectar los puntos finales de la titulación.
13) Una solución de HCl se valora al titular 0.4541 gramos del estándar primario
tris(hydroxymethyl)aminometano ((HOCH2)3CNH2, PM = 121.136, pKa de (HOCH2)3CNH3+ = 8.07). La
titulación consume 35.37 mL de HCl. Calcule la molaridad de HCl. Respuesta: 0.1060 M HCl.
14) Una solución de NaOH se valora al titular 0.8592 del estándar primario de KHP (PM = 204.224)
consumiendo 32.67 mL de base. Calcule la molaridad de NaOH. Respuesta: 0.1288 M.
15) Discuta sí es posible usar el indicador verde bromocresol en una titulación de un ácido débil con base
fuerte.
16) Calcule el volumen de 0.800 M KOH que se deben añadir a 5.02 gramos del ácido C5H8O4 (PM = 132.11,
pKa1 = 4.345, pKa2 = 5.422) para que la solución resultante de 250.0 mL posea un pH de 4.40. Respuesta
= 25.2 mL.
17) Considere un ácido diprótico H2A con pKa1 = 4.0 y pKa2 = 8.0. Calcule el pH y la concentración de [H2A],
[HA-] y [A2-] en equilibrio para una solución que inicialmente contiene:
a. 0.100 M H2A
b. 0.100 NaHA 0.100 M Na2A
Respuesta: Ayuda: El primer paso debe ser calcular el pH de la solución para cada caso.
a) pH = 2.51 [H2A] = 0.0969 M, [HA-] = 0.00311 M y [A2-] = 1.0 x 10-8 M
b) pH= 8.00 [H2A] = 1.000 x 10-5 M, [HA-] = 0.099995 M y [A2-] = 0.099995 M
18) Calcule el volumen de 0.320 M HNO3 que se deben añadir a 4.00 gramos de K2CO3 (PM = 138.206) para
que la solución resultante de 250.0 mL posea un pH de 10.00. Respuesta = 61.6 mL
19) Calcule el pH de la solución que resulta al mezclar 50.0 mL 0.200 M NaH2PO4 con:
a. 50.0 mL 0.120 M HCl:
Respuesta: pH = 2.11
b. 50.0 mL 0.120 M NaOH:
Respuesta pH = 7.38
20) Describa como preparar 200.0 mL de amortiguador de fosfato con pH = 7.40 y con fortaleza iónica de 0.20
a partir de las sales Na2HPO4 y NaH2PO4.
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21) Calcule el peso de Na2HPO4 y de NaH2PO4 que se requiere para preparar un litro de solución
amortiguadora con pH de 7.45 y una fortaleza iónica de 0.10 M.
22) Calcule los gramos de K2C2O4 (PM = 166.22, Ka1 = 0.056, Ka2 = 5.42 x 10-5) que se requieren de tal formar
que al mezclarlos con 20.0 mL de 0.800 M HClO4 y diluir hasta 500.0 mL resulte en un amortiguador con
pH de 4.40. Respuesta: 6.28 g
23) Una muestra de sangre se somete a un análisis espectrofotométrico para determinar la concentración total
de fosfato ([H2PO4-]+[HPO42-]) obteniendose una concentración de 3.0 mM. Calcule la concentración de
H2PO4- y de HPO4-2 en la sangre si el pH es de 7.45. Respuesta: [HPO4-] = 1.92 mM y [H2PO4-] = 1.08
mM
24) Describa como preparar 500.0 mL de un amortiguador con una concentración total de fosfato de 0.30 M y
pH de 7.40 a partir de soluciones comerciales de NaOH 20 M y H3PO4 al 86% w/w (gravedad específica =
1.689)
25) Considere la titulación de 100.0 mL de 0.100 M H2A (Ka1 = 1.0 x 10-3, Ka2 = 1.0 x 10-7) con 0.100 M
NaOH. Calcule el pH luego de añadir los siguientes volúmenes (en mL) de la base. El valor de VPeq
corresponde a la neutralización total del ácido, convertir todo H2A a A2-. Para cada punto, identifique las
especies químicas que predominan en solución mediante uso valores alfa (α).
V= 0.25Vpeq
V= 0.50Vpeq
V= 0.75Vpeq
V= 1.00Vpeq
V= 1.10Vpeq
26) Calcule el volumen de 0.06122 M HCl que se requiere para titular:
a. 15.00 mL de 0.0550 M Na3PO4 hasta punto final dado por thymolphthalein. Respuesta: 13.48 mL
b. 15.00 mL de 0.0550 M Na3PO4 hasta punto final dado por verde bromocresol. Respuesta: 26.95 mL
c. 20.00 mL de 0.0550 M Na2HPO4 hasta punto final dado por verde bromocresol. Respuesta: 17.97 mL
d. 15.00 mL de 0.02102 M Na3PO4 y 0.01655 M NaOH hasta punto final dado por thymolphthalein.
Respuesta: 9.21 mL
27) Considere la titulación de 50.0 mL de una mezcla que contiene una concentración analítica de 0.100 M
NaOH y de 0.0800 M en H2NNH2 (Ka H2NNH3+ = 1.05 x 10-8) con 0.2000 M HClO4.
a. Dibuje la gráfica de manera cualitativa e identifique las distintas regiones de la curva. Identifique dos
indicadores que pueden usarse para detectar los puntos finales de la titulación.
b. Una solución de NaOH se valora al titular 0.8592 del estándar primario de KHP (PM = 204.224)
consumiendo 32.67 mL de base. Calcule la molaridad de NaOH. Respuesta: 0.1288 M.
28) Calcule el pH en el punto de equivalencia para la titulación de 10.00 mL 0.100 M de cierto ácido débil HA
(pKa = 3.83) con 0.050 M KOH. Identifique un indicador adecuado para detectar el punto final de la
titulación. Respuesta: pH = 8.18.
29) Considere la siguiente información para contestar el ejercicio: a) el punto de equivalencia de una titulación
de 100.0 mL de cierto ácido débil con 0.09381 M NaOH ocurre al añadir 27.63 mL de base, b) el pH en el
punto de equivalencia es 10.99.
a. Determine el valor de pKa.
b. Calcule el pH al añadir solamente 19.47 mL de NaOH.
c. Identifique un indicador adecuado para la titulación. Respuesta: pH = 10.07.
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30) Considere la valoración de HCl con el estándar primarioNa2CO3. Una muestra de 0.2329 gramos de
Na2CO3 se titula con HCl hasta el punto final dado por el cambio en color de rojo de metilo lo que
corresponde a 42.87 mL del ácido. Calcule la molaridad de HCl. Respuesta: 0.1025 M
31) Una alícuota de 100.0 mL que contiene HCl y H3PO4 se titula con 0.200 M NaOH. El punto final
determinado por cambio en color de rojo de metilo ocurre al añadir 25.00 mL de la base, mientras que otro
punto final determinado por azul de bromotimol se observa a 35.00 mL. Calcule la concentración de HCl y
de H3PO4 en la alícuota. Respuesta: CHCl = 0.03000 M, [H3PO4] = 0.0200 M
32) Una muestra de 0.150 gramos que contiene solamente BaCO3 y Li2CO3 requiere 25.00 mL de 0.120 M HCl
para la neutralización completa de todo el CO32- a H2CO3. Calcule el porciento de BaCO3 en la muestra.
Respuesta: 42% BaCO3
33) Una muestra que contiene NaOH y Na2CO3 se titula con 0.250 M HCl. Una alícuota de la muestra se titula
usando fenolftaleína como indicador dando lugar un cambio en color luego de añadir 26.20 mL de HCl.
Una segunda alícuota de igual volumen que la anterior se titula usando anaranjado de metilo como
indicador obteniendose un cambio en color en los 41.40 mL de HCl. Calcule la masa en gramos de NaOH y
de Na2CO3 en la muestra original. Respuesta: 0.110 g NaOH, 0.403 g de Na2CO3
34) Considere una muestra binaria que puede consistir de NaOH y Na2CO3 o Na2CO3 y NaHCO3. La muestra
se titula con HCl el cual fue valorado con Na2CO3 como estándar primario. La valoración se llevó a cabo
titulando 0.477 gramos del estándar primario consumiendo 30.00 mL para llegar al punto final usando
anaranjado de metilo como indicador. La mezcla compatible binaria se tituló con el HCl observándose dos
puntos finales a 15.00 y 50.00 mL de HCl usando fenolftaleína y anaranjado de metilo como indicadores,
respectivamente. Identifique la composición de la mezcla binaria y la cantidad en gramos de cada
componente.
35) Discuta sí es posible usar el indicador verde bromocresol en una titulación de un ácido débil con base
fuerte.
36) Una muestra comercial de 1.2170 gramos que solo contiene KOH, K2CO3 y humedad se disuelven en agua
hasta un volumen de 500.0 mL. Una alícuota de 50.00 mL se trata con 40.00 mL de 0.05304 M HCl y se
calienta hasta ebullición para remover el CO2. El exceso de ácido se titula usando fenolftaleína como
indicador consumiendo 4.74 mL de 0.04983 M NaOH. Una segunda alícuota de 50.00 mL se trata con
50.00 mL de BaCl2 para precipitar el CO32- como BaCO3. La solución se titula con ácido consumiendo
28.56 mL de 0.05304 M de HCl. Calcule el %w/w de KOH, K2CO3 y de humedad en la muestra original.
Respuesta: KOH = 69.84%, K2CO3 =21.04 y Humedad = 9.12%
37) Una muestra de 0.492 g que contiene KH2PO4 se titula con 0.112 M NaOH consumiendo 25.60 mL.
Calcule la pureza de KH2PO4 en la muestra.
38) Una muestra de 0.527 gramos contiene Na2CO3, NaHCO3 e impurezas. La muestra se disuelve y procede
titular con 0.109 M HCl. Se observa un punto final de fenolftaleína al añadir 15.70 mL de HCl. Además se
observa el punto final al usar anaranjado de metilo como indicador cuando se añaden 43.80 mL de HCl.
Calcule el porciento de Na2CO3 y de NaHCO3 en la muestra.