QUIMICA - GUÍA DE EJ. – UNIDAD 8: Velocidad y Equilibrio, Acido Base y Redox Facultad de Ingeniería – U.N.S.J. – Año 2020 Ing. Civil, Ing. Eléctrica, Ing. Electromecánica, Ing. en Alimentos, Ing. Industrial, Ing. Mecánica, Ing. Química _____________________________________________________________________________________ 8.A - VELOCIDAD Y EQUILIBRIO QUÍMICO Comprensión de teoría 1) Para la reacción 2 I (g) I2 (g) dibujar una gráfica de concentración (M) vs. tiempo (t) y marcar: curva de concentración del reactivo, curva de concentración del producto, momento a partir del cual se establece el equilibrio. 2) Dibujar una curva de Energía (E) en función del tiempo (t) para una reacción química. Marcar en ella: a) Energía de reactivos y Energía de productos; b) Energía de Activación; c) Energía de reacción; d) Dibujar cómo se modifica la curva con la presencia de un catalizador positivo; e) Decir si la reacción es exotérmica o endotérmica, según su dibujo. 3) ¿Cuál es el significado del orden de una reacción química? Diferenciar orden total de orden parcial. 4) En cualquier equilibrio químico, indicar el sentido del desplazamiento del equilibrio provocado por: a) un aumento en la concentración de un reactivo. b) un aumento en la concentración de un producto. 5) De acuerdo al principio de Le Châtelier, ¿qué efecto tendrá un aumento de temperatura en los equilibrios siguientes? a) H2 (g) + Cl2 (g) 2 HCl (g) + Energía b) 2 CO2 (g) + Energía 2 CO (g) + O2 (g) c) 3 O2 + Ø 2 O3 Ejercicios generales de cinética química 6) En cinética química, podemos decir que: a) Si la Energía de Activación se disminuye con un catalizador adecuado, la constante de velocidad específica k también disminuye b) Valores mayores de la Energía de Activación de una reacción hacen que el orden de la reacción sea también mayor c) Si una reacción se acelera es porque su orden de reacción ha aumentado d) La constante de velocidad específica k de una reacción química cambia si cambia la concentración de los reactivos e) La constante de velocidad específica k de una reacción química aumenta su valor si se disminuye la Energía de Activación de esa reacción f) Para la constante de velocidad especifica k de una reacción química, sus unidades son las mismas cualquiera sea el orden de reacción Decir cuales aseveraciones son correctas y cuales incorrectas. 7) Escribir las expresiones de velocidad para las siguientes reacciones, en función de la desaparición de los reactivos y la aparición de los productos: a) 2 I (g) I2 (g) b) 3 O2 (g) 2 O3 (g) c) 4 NH3 (g) + 5 O2 (g) 4 NO (g) + 6 H2O (g) d) CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (g) Ejercicios de ley de velocidad y orden de reacción 8) La ley de velocidad para la reacción: 2 NO (g) + Cl2 (g) → 2 NOCl (g) está dada por: Velocidad = k [NO] [Cl2]. ¿Cuál es el orden de reacción? Página 1 QUIMICA - GUÍA DE EJ. – UNIDAD 8: Velocidad y Equilibrio, Acido Base y Redox 9) La reacción 2 NO + 2 H2→N2 + 2 H2O es de primer orden respecto H2 y de segundo orden respecto a NO. Escribir la ecuación de velocidad de la reacción. 10) Escribir la expresión de velocidad para las siguientes reacciones, en función de la desaparición de los reactivos: a) H2 (g) + I2 (g) → 2 HI (g) b) 5 Br − (ac) + BrO3− (ac) + 6 H+ → 3 Br2 (ac) + 3 H2O (l) c) 2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (g) 11) Considerar la reacción: A + B → Productos A partir de los siguientes datos experimentales, obtenidos a cierta temperatura, determinar los órdenes parciales de reacción, el orden total y calcular la constante de velocidad: [A] 1,50 1,50 3,00 [B] 1,50 2,50 1,50 Velocidad (M/s) 3,20 x 10-4 3,20 x 10-4 6,40 x 10-4 12) Se recolectaron los datos siguientes de la velocidad de desaparición del NO en la reacción: 2 NO (g) + O2 (g) → 2 NO2 (g) Experimento de velocidad inicial: Nº de experimento [NO] (M) [O2] (M) Velocidad inicial (M/s) 1 2 3 0,0126 0,0252 0,0252 0,0125 0,0250 0,0125 1,41 x 10-2 1,13 x 10-1 5,64 x 10-2 ¿Cuál es la ecuación de velocidad de la reacción y el valor de la constante de velocidad? Seleccionar la opción correcta: a) k [NO][O2], k = 8,95 x 101 M-1 s-1 b) k [NO]2[O2], k = 7,11 x 103M-2 s-1 c) k [NO][O2]2, k = 7,16 x 103M-2 s-1 d) k [NO]2, k = 8,88 x 101M-1 s-1 e) k [O2], k = 1,12 M-2 s-1 (Rta: b) 13) Se efectúan las observaciones siguientes respecto a la reacción 2 NO2 + O3→ N2O5 + O2 cuando se duplica la concentración de [NO2] la velocidad se duplica, y cuando se duplica la concentración de [O3] la velocidad se duplica. ¿Cuál es la ecuación de velocidad de la reacción? (Rta: v = k.[ NO2].[ O3]) Ejercicios generales de equilibrio químico 14) Escribir las expresiones de KC para los siguientes equilibrios químicos: a) N2O4 (g) 2 NO2 (g) b) 2 NO (g) + Cl2 (g) 2 NOCl (g) c) CaCO3 (g) CaO (s) + CO2 (g) d) 2 NaHCO3 (s) Na2CO3 (s) + H2O (g) + CO2 (g) 15) Calcular la constante de equilibrio, (en términos de concentración), para la reacción química SO2 + ½ O2 SO3, (todos gases) sabiendo que en las condiciones de T° y de presión del sistema existen las siguientes concentraciones en equilibrio: [SO3] = 0,1M; [O2] = 1,5M; [SO2] = 1,0M. (Rta: kc=8,2) 16) En un recipiente de 2 L se colocan a reaccionar 4 moles de H2 con 4 moles de I2. ¿Cuál es la concentración de HI en el equilibrio si la K = 54,3? La reacción es: H2 (g) + I2 (g) 2 IH (g) (Rta: 1,76M) Página 2 QUIMICA - GUÍA DE EJ. – UNIDAD 8: Velocidad y Equilibrio, Acido Base y Redox 17) En un recipiente de 10 litros se introduce una mezcla de 4 moles de N2 (g) y 12 moles de H2 (g). a) Escribir la reacción de equilibrio; b) Si establecido éste se observa que hay 0,92 moles de NH3 (g), determinar las concentraciones de N2 e H2 en el equilibrio y la constante Kc. (Rta: b) kc=0,02) 18) El ingrediente activo de la aspirina es el ácido acetilsalicílico, HC9H7O4, un ácido monoprótico con Ka = 3,3x10-4 a 25°C. ¿Cuál es la [H3O+] de una solución obtenida disolviendo en agua dos tabletas de aspirina cada una con 325 mg de ácido para formar una solución de 100 ml? La reacción es: HC9H7O4 + H2O (C9H7O4)− + (H3O)+ (Rta: 0,144M) 19) El ácido láctico, HC3H5O3, es un ácido monoprótico. Una solución de 0,1 M de ácido láctico tiene una [H3O+] = 3.63 x 10-3. Calcular la Ka. La reacción es: HC3H5O3 + H2O (C3H5O3)− + (H3O)+ (Rta: ka = 1,128x10-4) 20) En la disociación 2 SO3 2 SO2 + O2 ; en un recipiente de 2 L se colocan inicialmente 6 moles de trióxido de azufre. Alcanzado el equilibrio, un análisis muestra la presencia de 6,02x1023 moléculas de O2. ¿Cuánto vale la constante de equilibrio Ke en este caso? (Rta: ke 0,125) 21) Para las siguientes reacciones: A) 2 CO (g) + O2 (g) 2 CO2 (g) siendo ∆H = −566 KJ/mol B) CO2 (g) + 2 H2O (g) CH4 (g) + 2 O2 (g) siendo ∆H = 890 KJ/mol a) Escribir la expresión de la Ke para cada reacción; b) Para aumentar la cantidad de productos, en cada caso, decir si conviene enfriar o calentar el sistema; c) Para aumentar la cantidad de productos, en cada caso, diga si conviene aumentar o disminuir la presión; d) ¿Qué efecto se produce cuando a medida que se obtiene el producto se lo elimina del sistema? 22) Dado el equilibrio: SO2 (g) + O2 (g) SO3 (g); con H < 0, determinar lo que ocurrirá con la concentración de SO3 (g) cuando: a) Se aumente la presión sobre el sistema. b) Se retire O2 (g) del sistema. c) Se adicione SO2 (g) al sistema. d) Se aumente la temperatura del sistema. 23) En un recipiente de 3 litros se introducen 0,6 moles de HI, 0,3 moles de H2 y 0,3 moles de I2 a 490°C. Si Kc = 0,022 a 490°C para 2 HI (g) H2 (g) + I2 (g): a) ¿Se encuentra en equilibrio?; b) En caso de no encontrarse, ¿cuántos moles de HI, H2 e I2 habrá en el equilibrio? 24) En un recipiente de 2 L de capacidad se coloca 3,6 g de H2O (g). Calentando, se establece el equilibrio gaseoso: H2O H2 + ½ O2. Sabiendo que el grado de disociación del agua es de 5%, calcular la constante de equilibrio químico. (Rta: 3,72x10-3) 25) A cierta temperatura, la reacción 2 HF (g) H2 (g)) + F2 (g) tiene una Ke = 1,0x10−13. Alcanzado el equilibrio se detecta en el recipiente las siguientes concentraciones: [HF] =0,5 M, [H2] =1,0 .10−3 M y [F2 ] = 4.10 – 3 M. Elegir la respuesta correcta y justificar: a) El sistema no está en equilibrio y debe producirse reacción directa para alcanzarlo. b) El sistema no está en equilibrio y debe producirse reacción inversa para alcanzarlo. c) El sistema ya está en equilibrio. 26) En un recipiente cerrado e indeformable, a una dada temperatura, se coloca 0,4 moles de NH3. Establecido el equilibrio a NH3 b N2 + c H2 (que debe igualar) se verifica que hay 0,30 mol de hidrogeno en el sistema. Calcular el grado de disociación térmica del NH3, a esa temperatura. 27) En un balón de 6 L se coloca gas N2O4 que se calienta y produce NO2. Alcanzado el equilibrio hay 6 moles de N2O4 y Ke vale 40,5. Calcular la masa (en gramos) de NO2 hay en el balón cuando se alcanza el equilibrio. (Rta: 1755,36g) Página 3 QUIMICA - GUÍA DE EJ. – UNIDAD 8: Velocidad y Equilibrio, Acido Base y Redox EJERCICIOS COMPLEMENTARIOS 28) En un recipiente de 250 ml se introducen 3 gramos de PCl5, estableciéndose el equilibrio: PCl5 (g) PCl3 (g) + Cl2 (g). Sabiendo que la Kc a la Temperatura del experimento es 0,48, determinar la composición molar del equilibrio. (Rta: [PCl5] = 0,008M; [PCl3] = 0,05M; [Cl2] = 0,05M) 29) Un industrial desea aumentar su producción de amoníaco que obtiene mediante la reacción: N2 + 3 H2 2 NH3 + calor Sus propuestas son las siguientes, indicar la correcta: a) Extraer el amoníaco a medida que se produce. b) Extraer nitrógeno. c) Calentar el sistema. d) Disminuir la presión del sistema. d) La adición de un catalizador positivo. 30) La reacción que ocurre en una batería de automóvil es: Pb (s) + PbO2 (g) + 2 H2SO4 (ac) 2 PbSO4 (s) + 2 H2O (l) La reacción hacia la derecha ocurre durante la descarga de la batería, mientras que la carga de la batería se corresponde con la reacción hacia la izquierda. Analizar por qué para determinar si la batería está cargada o no, se mide la densidad del ácido sulfúrico. 31) En este sistema se establece el equilibrio: CO (g) + H2O (g) CO2 (g) + H2 (g) (siendo su H = -10 kcal). Queremos aumentar la concentración de H2O (g) en ese sistema ¿qué debemos hacer con la Temperatura? 32) Para SO2 + NO2 NO + SO3, (todos gases) la Kc a 460 °C vale 85. Si en un recipiente de 3 L hay 0,15 moles de SO2; 0,15 moles de NO2; 0,120 moles de NO y 0,120 moles de SO3, a esa Temperatura, y la reacción, obviamente, no está en equilibrio, debe responder: a) Justificar porque y como desplaza su equilibrio esa reacción. b) Una vez que alcance su equilibrio, si para esa reacción H = −35 Kcal/mol, y se enfría el sistema, hacia donde desplaza ese equilibrio alcanzado. Justificar su respuesta. 33) El fosgeno, COCl2, es un gas venenoso que descompone en CO y Cl2, con Kc que a cierta T° vale 0,083. Si coloca 0,4 moles de fosgeno en un recipiente de 2 l, calcular la disociación porcentual que tendrá el fosgeno a esa temperatura. (Rta: 46,75%) 34) El PCl5 se descompone en fase vapor dando tricloruro de fósforo y cloro molecular. En un recipiente existen inicialmente las tres sustancias en concentración 0,120 M. Si se calienta y alcanza el equilibrio a 340°C, donde Ke vale 0,800; calcular en el equilibrio la concentración de las tres sustancias. (Rta: [PCl5] = 0,0385M; [PCl3] = 0,2015M; [Cl2] = 0,2015M) 35) Si decimos que: a) La velocidad de una reacción no cambia a medida que la reacción sucede, pero solo si la T° se mantiene estrictamente constante. b) La constante de velocidad especifica k de una reacción química, si la T° se mantiene constante, es dependiente del valor de la Energía de activación de esa reacción. c) La velocidad de las reacciones de orden cero es independiente de la T° a la que sucede la reacción porque todo número elevado a la cero es uno. d) La constante específica de velocidad k no cambia si la reacción se produce a distintas temperaturas, porque precisamente, es una constante. e) Si la constante especifica de velocidad k aumenta su valor, no crece el rendimiento de la reacción. Decir cuales son correctas y cuales incorrectas. Página 4 QUIMICA - GUÍA DE EJ. – UNIDAD 8: Velocidad y Equilibrio, Acido Base y Redox 8.B - ACIDO − BASE Comprensión de teoría 36) Identificar los pares conjugados ácido-base en la reacción entre el amoníaco y el ácido fluorhídrico en disolución acuosa. NH3 (ac) + HF (ac) ⎯⎯→ NH + (ac) + F- (ac) 4 37) Explicar cuál es el significado de la fuerza de un ácido. 38) Definir pH. Definir pOH. Escribir la ecuación que relaciona el pH con el pOH. 39) Explicar de forma genérica cómo puede formar una solución amortiguadora (2 alternativas) y cómo funcionan las mismas (aplicaciones). Ejercicios de cálculo de pH, pOH, etc. de ácidos y bases fuertes 40) Calcular el pH de las siguientes disoluciones: a) HCl 0,235M; b) HCl 10–4M; c) NaOH 0,150M. (Rtas: a) 0,63; b) 4; c) 13,2) 41) Calcular el pH de un volumen de 2,0L de una solución obtenida al disolver 1,5g de ácido nítrico y completar con agua hasta el volumen antes mencionado. (Rta: 1,9) 42) Calcular el pH de un volumen de 1,0L de una solución obtenida al disolver 10g de hidróxido de sodio de 90% de pureza. (Rta: 13,4) 43) Con 2,5x10-4g de ácido clorhídrico se han preparado 2,4x10-4 dl de solución. Sabiendo que el clorhídrico es un ácido fuerte, calcular el pH que tendrá esa disolución. (Rta: 0,54) 44) ¿Cuántos gramos de ácido clorhídrico necesitan para preparar 20 litros de una solución acuosa de pH=0,52? (Rta: 220 g) 45) ¿Cuál sustancia está en exceso y por lo tanto, qué pH tiene la solución que resulta de mezclar en cada caso: a) 300ml de solución 0,4M de HCl con 600ml de solución 0,2M de NaOH? b) 500ml de solución 0,40M de HCl con 600ml de solución 0,20M de NaOH? c) 300ml de solución 0,40M de HCl con 800ml de solución 0,20M de NaOH?. (Para resolver escriba la reacción química balanceada y considere volúmenes aditivos). Considerar la siguiente reacción: Ácido clorhídrico + Hidróxido de sodio ⎯⎯→ Cloruro de sodio + Agua (Rtas: a) neutro /el ácido y la base están en relación estequiométrica; b) HCl /1,1; c) NaOH /12,6) 46) Suponer que se hacen reaccionar los siguientes reactivos según la ecuación química: Ácido sulfúrico + Hidróxido de litio ⎯⎯→ Sulfato de litio + Agua Calcular el pH de la disolución en cada caso (escribir reacción y considerar volúmenes aditivos). a) 200 ml de ácido sulfúrico 1,5M reaccionan con 0,5 moles de hidróxido de litio (300ml). b) 3,5 moles de ácido sulfúrico (2L) reaccionan con 4L de solución 2M de hidróxido de litio. (Rtas: a) pH=1; b) pH=13,22) 47) En cada uno de los siguientes casos, calcular el pH e indicar si la solución es ácida, básica o neutra: a) [H+]=2,36x10-5 b) [H+]=8,77x10-3 c) [OH-]= 6,46x10-3 d) [OH-]= 5,14x10-6 (Rtas: a) pH=4,63 ácida; b) pH=2,06 ácida; c) pH=11,8 básica; d) pH=8,71 básica) Ejercicios sobre cálculo de pH, pOH, etc. de ácidos y bases débiles 48) ¿Qué pH tiene una disolución 0,5M de ácido cianhídrico (HCN)? (Rta: 4,9) 49) ¿Qué pH tienen 200cm3 de una solución con 500mg de un soluto de masa molar 180g/mol, siendo el mismo un ácido débil cuyo Ka es 3,3x10-4? (Rta: 2,7) Página 5 QUIMICA - GUÍA DE EJ. – UNIDAD 8: Velocidad y Equilibrio, Acido Base y Redox 50) El pH de una disolución de ácido fórmico 0,10M es 2,39. ¿Cuál es la ka del ácido? (comparar con el valor de tabla). (Rta: 1,7x10-4) 51) Calcular el pH de una disolución de ácido nitroso 0,036M. (Rta: 2,42) 52) Calcular el pH de una disolución de ácido benzoico 0,10M. 53) El pH de una disolución de una base débil 0,30M es 10,66. ¿Cuál es su kb? (Rta: 2,6) (Rta: 6,9x10-7) 54) ¿Cuál es la molaridad inicial de una disolución de amoniaco cuyo pH es 11,22? (Rta: 0,15) Ejercicios de soluciones buffer 55) Analizar la siguiente solución buffer y decir si es ácida o básica. Calcular el pH de la misma sabiendo que está formada por amoniaco 0,35M y cloruro de amonio 0,32M. (Rta: 9,3) 56) Calcular la relación [ácido] / [base] necesaria para regular el pH de una solución en: a) 5,3 y b) 4,7; usar en ambos casos soluciones de ácido acético y acetato de sodio. (Rta: a) 0,28; b) 1,1) 57) La solución amortiguadora ácido ascórbico / ascorbato de sodio se usa en conservas. Calcular pH para una relación entre ácido ascórbico / ascorbato de sodio = 0,338. (Rta: 4,57) 58) Se prepara solución amortiguadora disolviendo 0,2 moles de ácido metanoico (también conocido como ácido fórmico) y 0,4 moles de metanoato de sodio en agua hasta un litro de solución. Calcular pH. (Rta: 4) 59) El pOH de una solución que contiene ácido acético 0,3 M y acetato de sodio 0,05 M es: a) 3,96; b) 10,04; c) 4,74; d) 9,26; e) otro valor. 60) Calcular la masa de cloruro de amonio que se debe añadir a 100 ml de amoniaco (ac) 6,0 M para obtener una disolución de pH= 9,5. Suponer que no hay variación de volumen. (Rta: 18,5g) 61) Calcular el pH de una solución buffer preparada usando 0,225 moles de ácido acético y 0,225 moles de acetato de sodio en agua suficiente para hacer 0,600L de disolución. (Rta: 4,74) 62) Se obtiene una disolución amortiguadora disolviendo 68 g de formiato de sodio en 1 L de disolución de ácido fórmico 2M. Calcular: a) El pH de la disolución. (Rta: 3,47) b) El nuevo pH después de agregar a la disolución 0,500 moles de HCl. (Rta: 3,07) c) El nuevo pH después de agregar a la disolución 8,0 gramos de NaOH. (Rta: 3,59) EJERCICIOS COMPLEMENTARIOS. Brown – LeMay – B. "QUIMICA, LA CIENCIA CENTRAL", Ed. online ACIDO BASE: Cap.16 63) (Ej. 1) Calcular el pH de una solución si su [OH-] = 0,0007M e indicar rango. Opciones: a) 3,15 / ácida; b) 17,2 / básica; c) 10,8 / básica; d) 11 / básica; e) 10,8 / ácida. (Rta: c) 64) (Ej. 10) Calcular el pH de cada una de las siguientes soluciones de un ácido fuerte: (i) 1,02 g de HNO3 en 250ml de solución; (ii) 2,00ml de 0,500M HClO4 diluidos a 50mL. Opciones: a) 0,065 / 0,020; b) 1,19 / 2,0; c) 1,19 / 1,7; d) 6,48 / 2,00; e) -0,611 / 1,4; f) 2,4 / 4,3. (Rta: c) 65) (Ej. 11) ¿Cuál de los valores siguientes de [OH-] y pH es correcto? a) Sr(OH)2 3,5 x 10-4 M tiene [OH-] = 7,0 x 10-4 M y pH = 3,15. b) 1,50 g de LiOH en 250 ml de solución tiene [OH-] = 0,251M y pH = 0,6. c) 1 ml de NaOH 0,095 M diluido a 2ml tiene [OH-] = 0,0475 M y pH = 12,7 d) Una solución formada agregando 5ml de KOH 0,0105M a 15ml de Ca(OH)2 3,5x10-3M (suponer volúmenes de soluciones aditivos) tiene [OH-] = 7,9 x 10-3M y pH = 11,9. (Rtas: c y d) 66) (Ej. 10.2) ¿Cuál de los ácidos siguientes es el más débil? Justificar. a) HCN; b) HF; c) HNO2; d) HClO. (Rta: a) Página 6 QUIMICA - GUÍA DE EJ. – UNIDAD 8: Velocidad y Equilibrio, Acido Base y Redox 8.C - OXIDACION Y REDUCCION, LEYES DE FARADAY Comprensión de teoría 67) ¿Qué es una celda electroquímica? ¿Por qué están separados los dos componentes de la celda? 68) ¿Cuál es la función del puente salino? ¿Qué condición deberá cumplir el electrolito que se utilice en él? 69) ¿Cómo puede determinar la espontaneidad de una reacción electroquímica en función de su fem estándar (E0celda)? 70) Escribir la ecuación de Nernst, indicar qué significa cada término, y en qué casos se utiliza. 71) Explicar qué se significa “par redox” y dar un ejemplo. 72) ¿Cuál es la principal diferencia entre una reacción redox espontánea y un proceso de electrólisis? 73) ¿Es posible almacenar una solución de AgNO3 en un tarro de hierro? Justificar la respuesta. Ejercicios generales de óxido-reducción, ecuaciones Redox 74) El sulfuro de plomo (II) es una sustancia sólida que reacciona con el oxígeno del aire a temperaturas elevadas para formar óxido de plomo (II) y dióxido de azufre. ¿Cuál opción es la correcta? a) PbS, reductor; SO2, oxidante; b) PbS, oxidante; SO2, reductor; c) PbS, reductor; O2, oxidante; d) Pb2+, reductor; S2- oxidante; e) PbS, reductor; no hay oxidante. (Rta: c) 75) Indicar si el azufre se oxida o se reduce en la semi-reacción que sigue. Mostrar además el cambio de números de oxidación del azufre SO32- + H2O ⎯⎯→ SO42- + 2 H+ (Rtas: Se oxida. S+4 → S+6 + 2e-) 76) Se construye una celda voltaica. Un compartimiento de electrodo se compone de una tira de cinc colocada en una solución de Zn(NO3)2, y el otro tiene una tira de níquel colocada en una solución de NiCl2. De las siguientes opciones, ¿qué ocurre en el ánodo y qué en el cátodo? I. Ni2+ + 2e- ⎯⎯→ Ni II. Zn2+ + 2e- ⎯⎯→ Zn III. Ni ⎯⎯→ Ni2+ + 2eIV. Zn ⎯⎯→ Zn2+ + 2e(Rta: I. Cátodo y IV. Ánodo) 77) Indicar si el nitrógeno se oxida o se reduce en la semi-reacción que sigue. Mostrar además el cambio de números de oxidación del nitrógeno. NO + 2 H2O ⎯⎯→ NO3- +4 H+ (Rta: Se oxida. N+2 → N+5+ 3e-) 78) Ejemplos de ecuaciones Redox: indicar números de oxidación y cuál especie química se reduce (oxidante) y cuál se oxida (reductor): a) K2Cr2O7 + KI + H2SO4 ⎯⎯→ K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O + I2 b) Cu + HNO3 ⎯⎯→ Cu(NO3)2 + NO + H2O c) KOH + I2 ⎯⎯→ KI + KIO3 + H2O d) Ácido nítrico + Azufre ⎯⎯→ Ácido sulfuroso + Dióxido de nitrógeno + Agua Rtas: a) K2+1 Cr2+6 O7-2 + K+1I-1 + H2+1S+6 O4-2 → K2+1S+6 O4-2 + Cr2+3(S+6 O4-2) + H2+1O-2 + I20 Oxidante: Cr; Reductor: I b) Cu0 + H+1N+5O3-2 → Cu+2(N+5O3-2)2 + N+2 O-2 + H2+1O-2 Oxidante: N; Reductor: Cu c) K+1O-2H+1 + I20 → K+1I-1 + K+1I+5O3-2 + H2+1O-2 Oxidante: I; Reductor: I d) H+1N+5O3-2 + S0 → H2+1S+4O3-2 + N+4O2-2 + H2+1O-2 Oxidante: N; Reductor: S Página 7 QUIMICA - GUÍA DE EJ. – UNIDAD 8: Velocidad y Equilibrio, Acido Base y Redox 79) Entre estas frases identificar las correctas y las incorrectas: a) En una reacción redox el agente oxidante gana electrones. b) A medida que descarga el acumulador de plomo la densidad del electrolito disminuye. c) Al crecer la [oxidante] de un par redox es mayor su potencial de reducción. d) En una reacción redox el agente reductor disminuye su Nox. e) En el polo negativo de una celda electroquímica ocurre una oxidación. Ejercicios de cálculo de potencial de reducción, fem de la pila (usar la Tabla de Potenciales de Reducción que se encuentra al final de esta guía) 80) Calcular E0 de una pila formada por las hemiceldas: Sr2+/Sr y Mg2+/Mg. (Rta: 2,09V) 81) Indicar si las siguientes reacciones son espontáneas o no, usando la tabla de potenciales normales de reducción: a) Br2 + Ag0 ⎯⎯→ AgBr b) Fe+2 + Ni+2 ⎯⎯→ Fe+3 + Ni0 (Rtas: a) Si (Fem=0,27V); b) Si (Fem 0,19V)) 82) Comprobar que la reacción: 2 NaCl ⎯⎯→ Cl2 + 2 Na no es espontánea. 83) Predecir si la siguiente reacción procederá espontáneamente a 298K tal como está escrita: Co (s) + Fe2+ (ac) ⎯⎯→ Co2+ (ac) + Fe (s) 2+ dado que [Co ] = 0,15M y [Fe2+] = 0,68M. Escribir las semi-reacciones e identifica valor de n. (Rta: No espontánea; E= ̶ 0,14V) 84) Explicar si los metales Cu y Mn reaccionarán con ácido clorhídrico 1,0M. En caso afirmativo, escribir la reacción redox. (Rtas: El Cu no va a reaccionar. El Mn sí, siendo la reacción: Mn + 2 HCl → MnCl2 + H2 (Fem: 1,18V) Ejercicios sobre ecuación de Nernst 85) Calcular la Fem de la pila: Zn/Zn2+[0,1M]║Pb2+[0,3M]/Pb. (Rta: 0,62V) 86) Se construye una celda voltaica que emplea la reacción siguiente y opera a 298K: Zn (s) + Ni2+ (ac) ⎯⎯→ Zn2+ (ac) + Ni (s) a) ¿Cuál es la fem de la celda en condiciones estándar?; b) ¿Cuál es la fem de esta celda cuando [Ni2+] = 3,0M y [Zn2+] = 0,1M?; c) ¿Cuál es la fem de esta celda cuando [Ni2+] = 2,0M y [Zn2+] = 0,9M? (Rtas: a) 0,51V; b) 0,55V; c) 0,52V) 87) Calcular el potencial de la celda Zn Zn+2(aq) Cu+2(aq) Cu cuando la concentración de Cu+2 es de 0,35M y la concentración de Zn+2 es de 0,80M. (Rta: 1,09V) 88) Calcular la fem de la siguiente celda y decir si será o no espontánea: Mg (s) │ Mg2+ (0,24M) ║Cd2+ (0,53M) │ Cd (s) (Rta: 1,98V; Si) 89) Escribir la Ecuación de Nernst para los siguientes procesos a cierta temperatura T (reemplazar en forma teórica): a) Mg (s) + Sn2+ (ac) ⎯⎯→ Mg2+ (ac) + Sn (s) b) 2 Cr (s) + 3 Pb2+ (ac) ⎯⎯→ 2 Cr3+ (ac) + 3 Pb (s) 90) Un vaso contiene medio litro de solución 1,2M de sulfito de Cadmio II y en él se sumerge un alambre de cadmio metálico puro. ¿Cuánto vale el potencial de reducción de la hemicelda formada? Considere que la otra hemicelda es el electrodo normal de hidrógeno. (Rta: -0,398V) Ejercicios de electroquímica, leyes de Faraday 91) Calcular la masa de cobre metálico depositada en un electrodo cuando pasan 2,5A a través de una solución de CuSO4 durante 70 minutos. (Rta: 3,5g) 92) ¿Durante cuánto tiempo tendría que efectuarse la electrólisis de una solución de Au2(SO4)3 para depositar 5g de oro, cuando circula una corriente de 0,25 A? (Rta: 8Hs) Página 8 QUIMICA - GUÍA DE EJ. – UNIDAD 8: Velocidad y Equilibrio, Acido Base y Redox 93) Para electrolizar cloruro de zinc fundido, se hace pasar una corriente de 0,05 A durante una hora. ¿Cuántos gramos de zinc se depositarán en el cátodo? b) ¿Cuántos gramos de cloruro de zinc se habrán electrolizado? (Rtas: a) 0,06g de Zn; b) 0,13g de ZnCl2) 94) Calcular cuántos gramos de cobre podrán ser depositados a partir de una solución de CuSO4 en una celda por el pasaje de una corriente de 5 A durante 2 horas. (Rta: 12g) 95) ¿Cuánto tiempo llevará producir 25g de cromo a partir de una solución de CrCl3 por el pasaje de una corriente de 2,75 A? (Rta: 14Hs) 96) Se desea recubrir electrolíticamente una moneda metálica con una capa de cobre, para lo cual se necesita que se depositen sobre ella 1,2 g de cobre metálico. Se emplea como cátodo la moneda y como electrolito una disolución de sulfato de cobre (II) y se aplica a la cuba una tensión eléctrica que produce una corriente de 0,4 A. Calcular el tiempo que debe durar el proceso para conseguir el depósito deseado. (Rta: 2,5Hs) 97) Calcular el tiempo, en segundos, necesario para que una corriente de intensidad igual a 19,3 A deposite 4,32g de plata en el cátodo. (Rta: 107,9 min o 1,8Hs) 98) En una electrólisis en serie, tenemos en una celda electrolítica solución de nitrato de plata y en la otra, solución de sulfato cúprico. Sabiendo que en la primera celda electrolítica se deposita 21,6g de plata en el cátodo, calcular la masa de cobre depositada en la otra celda electroquímica. (Rta: 6,4g) 99) Dos celdas electrolíticas conteniendo soluciones de sulfato de aluminio y de sulfato de zinc, respectivamente, están ligadas en serie. La primera deposita 3,0g de aluminio. ¿Qué masa de zinc se deposita en la segunda durante el mismo tiempo? (Rta: 10,9g) 100) ¿Cuántos Amperes han circulado en la descarga de una batería si en su placa negativa en 27 minutos se ha depositado cuarto mol de PbSO4? (Rta: 30A) EJERCICIOS COMPLEMENTARIOS: Brown – LeMay – Bursten. "QUIMICA, LA CIENCIA CENTRAL", REDOX – Cap.20 101) (Ej. 9) En un vaso de precipitados se pone una solución de Cu(NO3)2 1M con una tira de Cu metálico. En un segundo vaso se coloca una solución de SnSO4 1M con una tira de Sn metálico. Los dos vasos están conectados por un puente salino, y los dos electrodos metálicos están unidos a un voltímetro por medio de alambres. ¿Cuál es la fem que la celda genera en condiciones estándar y cuál de los electrodos es el ánodo? a) 0,0 V, no hay reacción b) -0,201 V, el Cu es el ánodo c) -0,48 V, el Cu es el ánodo d) 0,48 V, el Sn es el ánodo e) 0,201 V, el Sn es el ánodo (Rta: d) 102) (Ej. 19) En la electrólisis del cloruro de sodio, ¿cuántos litros de cloro (g) genera una corriente de 7,50A durante un periodo de 100 min? Opciones: a) 45000L; b) 0,466L; c) 0,233 moles de Cl2, pero falta información para determinar el volumen; d) 5,22L; e) 10,4L. (Rta: d) 103) (Ej. 32) Con base en potenciales estándar de reducción, decir cuál metal o metales reaccionarían con una solución de iones Sn (II): a) Sólo el hierro; b) Sólo el cobre; c) Sólo el cinc; d) Sólo el sodio; e) Sólo hierro y cinc; f) Sólo el hierro, el cinc y el sodio. Justificar. (Rta: f) 104) (Ej. 33) ¿Cuál/es de las reacciones siguientes es/son una reacción Redox? Justificar. a) NaOH + HCl ⎯⎯→ NaCl + H2O c) AgNO3 + HCl ⎯⎯→ HNO3 + AgCl b) 2 Al + 2 Cl2 ⎯⎯→ 2 AlCl3 d) Pb2+ + 2 Cl- ⎯⎯→ PbCl2 (Rta: b) Página 9 QUIMICA - GUÍA DE EJ. – UNIDAD 8: Velocidad y Equilibrio, Acido Base y Redox ANEXOS Tabla de Constantes de ionización (ka / kb) (Fuente: Chang. 9ª Ed. Pág. 657 y 664). Sustancia Fórmula ka Sustancia Fórmula kb Ácido oxálico C2H2O4 Etilamina C2H5NH2 Ácido fosfórico H3PO4 Metilamina CH3NH2 Ácido fluorhídrico HF 6,5 x 10-2 7,5 x 10-3 7,1 x 10-4 4,5 x 10-4 3,0 x 10-4 1,7 x 10-4 8,0 x 10-5 6,5 x 10-5 1,8 x 10-5 4,2 x 10-7 3,0 x 10-8 4,9 x 10-10 Amoniaco NH3 5,6 x 10-4 4,4 x 10-4 1,8 x 10-5 1,7 x 10-9 3,8 x 10-10 5,3 x 10-14 1,5 x 10-14 Ácido nitroso HNO2 Ácido acetilsalicílico C9H8O4 Ácido fórmico HCOOH Ácido ascórbico C6H8O6 Ácido benzoico C6H5COOH Ácido acético CH3COOH Ácido carbónico H2CO3 Ácido hipocloroso HClO Ácido cianhídrico HCN Piridina C5H5N Anilina C6H5NH2 Cafeína C8H10N4O2 Urea (NH2)2CO Tabla de Potenciales Estándar de Reducción a 25ºC (E0red) Semirreacción Fuerza creciente como agente de Oxidación ⎯⎯→ 3e- E0 (V) +1,50 +1,36 +1,23 +1,07 +0,80 +0,77 +0,53 +0,34 +0,15 +0,13 0,00 -0,13 -0,14 -0,25 -0,28 -0,40 -0,44 -0,74 -0,76 -1,18 -1,66 -2,37 Fuerza creciente como agente de Reducción ⎯⎯→ (ac) + → Au (s) Cl2 (g) + 2e → 2Cl- (ac) O2 (g) + 4H+ (ac) + 4e- → 2H2O Br2 (l) + 2e- → 2 Br Ag+ (ac) + e- → Ag (s) Fe3+ (ac) + e- → Fe2+ (ac) I2 (s) + 2e- → 2 I – (ac) Cu2+ (ac) + 2e- → Cu (s) Cu2+ (ac) + e- → Cu+ (ac) Sn4+ (ac) + 2e- → Sn2+ (ac) 2H+ (ac) + 2e- → H2 (g) Pb2+ (ac) + 2e- → Pb (s) Sn2+ (ac) + 2e- → Sn (s) Ni2+ (ac) + 2e- → Ni (s) Co2+ (ac) + 2e- → Co (s) Cd2+ (ac) + 2e- → Cd (s) Fe2+ (ac) + 2e- → Fe (s) Cr3+ (ac) + 3e- → Cr (s) Zn2+ (ac) + 2e- → Zn (s) Mn2+ (ac) + 2e- → Mn (s) Al3+ (ac) + 3e- → Al (s) Mg2+ (ac) + 2e- → Mg (s) Na+ (ac) + e- → Na (s) Ca2+ (ac) + 2e- → Ca (s) Sr2+ (ac) + 2e- → Sr (s) Ba2+ (ac) + 2e- → Ba (s) K+ (ac) + e- → K (s) Li+ (ac) + e- → Li (s) Au3+ (Fuente: Chang. 9ª Ed. Pág. 828). -2,71 -2,87 -2,89 -2,90 -2,93 -3,05 Nota: Para todas las semirreacciones, la concentración es 1M para las especies disueltas, y la presión para los gases es de 1atm. Estos son los valores de estado estándar. Página 10
