solucionario9no-3

NOVENA EVALUACIÓN DE TEORÍA DE QUÍMICA ANALÍTICA TEMA A MI

SOLUCIONARIO

1. ¿Qué tipo de ionización tiene el agua pura, qué experimenta, cuál es la ecuación química de su ionización, cuáles son las constantes de equilibrio correspondientes cuando la actividad del agua no se considera una constante y cuando se considera constante, en el segundo caso qué nombre toma la constante e indicar el nombre de sus variables?

El agua pura se ioniza levemente, experimenta autoprotólisis:2 H2O H3O+ + OH-

La constante de equilibrio para esta ecuación sin considerar la actividad del agua como una constante es:K = (a H3O+ x a OH-) / (a2 H2O) Cuando se considera constante es:Kw = (a H3O+ x a OH-) Donde Kw es la constante de autoprotólisis, de autoionización ó de ionización del agua, a H3O+ es la actividad del ion hidronio y a OH- es la actividad el ion hidroxilo.

2. Calcular el pOH de una solución que se prepara añadiendo 0,010 dm3 de ácido acético décimo N a 2 x 104 mm3 de acetato de potasio 0,1 equiv/litro

Se usa la ecuación pH = p Ka + log [ sal ] / [ ácido ] y es necesario calcular la concentración del ácido y de la sal en la solución y se emplea la siguiente fórmula.M 1 x ml 1 = M 2 x ml 2

Para el ácido HAOc : 0,010 dm3 =10 ml; décimo N = 0,1M; El volumen final es 30 ml

0,1 mmoles/ml x 10 ml = M HAOc x 30 ml, despejando M HAOc = 0,033 mmoles / ml

Para la sal AOc - ; 2 x 104 mm3 = 20 ml; 0,1 equiv/litro = 0,1 mmoles/ml

0,1 mmoles/ml x 20 ml = M AOc- x 30 ml, despejando M AOc- = 0,067 mmoles / ml

pH = p Ka + log [ OAc- ] / [ HOAc ]

pH = - log (1,75 x 10-5 ) + log [ (0,067 mmoles / ml) / (0,033 mmoles / ml) ]

pH = 4,76 + log 2 pH = 5,06 ó

mmoles HOAc = 0,10 mmoles / ml x 10 ml = 1,0 mmoles

mmoles Oac- = 0,10 mmoles / ml x 20 ml = 2,0 mmoles

pH = 4,76 + log [ (2,0 mmoles) / (1,0 mmoles) ] = 5,06

pOH = 14 - 5,06 = 8,94

3. Una solución amortiguadora tiene una normalidad de dos décimos N de ácido acético y acetato de potasio. Calcular la variación de pH al añadir 1x103 mm3 de ácido clorhídrico 0,10 N a 1 x 104 mm3 de esta solución.

Dos décimos N de ácido acético y acetato de potasio = 0,2 M cada una, por lo tanto, el pH es igual a pKa porque la relación [ A- ] / [ HA ] es igual a la unidad y pH = 4, 76.

Para calcular el nuevo pH es necesario determinar las nuevas concentraciones de HOAc y OAc-. Se comenzó con 1 x 104 mm3 = 10 ml x 0,20 mmoles/ml = 2,0 mmoles de OAc- y HAOc en los 10 ml, luego Se añadieron 1x103 mm3 = 1 ml x 0,1N = 0,1M = 0,1 mmoles/ml de H+ y por tanto se convirtieron 0,10 mmoles de OAc- a HOAc:mmoles HOAc = 2,0 + 0,1 = 2,1 mmolesmmoles Oac- = 2,0 - 0,1 = 1,9 mmoles Estas nuevas cantidades de ácido y sal se encuentran en 11 ml, pero de nuevo, los volúmenes se anulan en los cálculos:pH = 4,76 + log [ (1,9 mmoles / 11 ml) ] / [ (2,1 mmoles / 11 ml) ] pH = 4,76 + log [ (1,9 mmoles) / (2,1 mmoles) ] = 4,76 + log 0,90 pH = 4,76 + ( - 0,04 ) = 4,71

La variación de pH es – 0,05.

4. Calcular el volumen en dm3 de amoníaco concentrado (14,8 N) y el peso de cloruro de amonio en nanogramos necesario para preparar un décimo de dm3 de una solución amortiguadora a pH 10,0; si la concentración final de la sal debe ser dos décimos N.

Se desea tener 100 ml de la sal NH4Cl dos décimos N = 0,2M. Por tanto, mmoles NH4Cl = 0,2 mmoles / ml x 100 ml = 20,0 mmoles Peso molecular del NH4Cl = 53,5 uma.

mg NH4Cl = 20,0 mmoles x 53,5 mg/mmol = 1,07 x 103 mg x 106 ng/mg = 1,07 x 109 ngPor tanto, se necesitan 1,07 x 109 ng.

La concentración de NH3 se calcula así: pOH = 14,0 - 10,0 = 4,0 pOH = pKb + log [ sal ] / [ base ]4,0 = pKb + log 0,2 (mmoles / ml) / [ NH3 ]4,0 = 4,76 + log 0,2 (mmoles / ml) / [ NH3 ] - 0,76 = log 0,2 (mmoles / ml) / [ NH3 ] sacando antilogaritmos a ambos lados1,7 x 10-1= 0,17 = 0,2 (mmoles / ml) / [ NH3 ] despejando[ NH3 ] = 0,2 (mmoles / ml) / 0,17 = 1,2 mmoles / ml.

La molaridad del amoníaco concentrado es14,8 N = 14,8 M. Por tanto:100 ml x 1,2 mmoles / ml = 14,8 mmoles / ml x ml NH3

ml NH3 = 8,1 ml = 8,1 cm3 x dm3/ 103 cm3 = 8,1 x 10-3 dm3

NOVENA EVALUACIÓN DE TEORÍA DE QUÍMICA ANALÍTICA TEMA B MI

SOLUCIONARIO

1 Escribir las ecuaciones químicas de la ionización del ácido clorhídrico, del ácido acético, del agua y las ecuaciones de las constantes de equilibrio del ácido acético y del agua.

HCl H+ + Cl- HOAc H+ + OAc- H2O H+ + OH-

Ka = ([ H+ ] [ OAc- ]) / [HOAc]Kw = [ H+ ] [ OH- ]

2. Calcular el pOH de una solución que se prepara añadiendo un céntimo de dm3 de ácido acético 0,1 equiv/litro a 2 x 104 mm3 de acetato de potasio 0,1 N


Para el ácido HAOc : 1 céntimo de dm3 = 0,01 dm3 =10 ml; 0,1 equiv/litro = 0,1M; El volumen final es 30 ml


Para la sal AOc - ; 2 x 104 mm3 = 20 ml; 0,1 N = 0,1 mmoles/ml




pH = 4,76 + log 2 pH = 5,06 ó




pOH = 14 - 5,06 = 8,94

3. Una solución amortiguadora tiene una normalidad de dos décimos N de ácido acético y acetato de litio. Calcular la variación de pH al añadir 1x103 mm3 de ácido nítrico 0,10 N a un céntimo de dm3 de esta solución.

Dos décimos N de ácido acético y acetato de litio = 0,2 M cada una, por lo tanto, el pH es igual a pKa porque la relación [ A- ] / [ HA ] es igual a la unidad y pH = 4, 76.

Para calcular el nuevo pH es necesario determinar las nuevas concentraciones de HOAc y OAc-. Se comenzó con 1 céntimo de dm3 = 10 ml x 0,20 mmoles/ml = 2,0 mmoles de OAc- y HAOc en los 10 ml, luego Se añadieron 1x103 mm3 = 1 ml x 0,1N = 0,1M = 0,1 mmoles/ml de H+ y por tanto se convirtieron 0,10 mmoles de OAc- a HOAc:mmoles HOAc = 2,0 + 0,1 = 2,1 mmolesmmoles Oac- = 2,0 - 0,1 = 1,9 mmoles Estas nuevas cantidades de ácido y sal se encuentran en 11 ml, pero de nuevo, los volúmenes se anulan en los cálculos:pH = 4,76 + log [ (1,9 mmoles / 11 ml) ] / [ (2,1 mmoles / 11 ml) ] pH = 4,76 + log [ (1,9 mmoles) / (2,1 mmoles) ] = 4,76 + log 0,90 pH = 4,76 + ( - 0,04 ) = 4,71


4. Calcular el volumen en dm3 de amoníaco concentrado (14,8 N) y el peso de cloruro de amonio en picogramos necesario para preparar un décimo de dm3 de una solución amortiguadora a pH 10,0; si la concentración final de la sal debe ser dos décimos N.


mg NH4Cl = 20,0 mmoles x 53,5 mg/mmol = 1,07 x 103 mg x 109 pg/mg = 1,07 x 1012 pgPor tanto, se necesitan 1,07 x 1012 pg.




NOVENA EVALUACIÓN DE TEORÍA DE QUÍMICA ANALÍTICA TEMA C MI

SOLUCIONARIO

1. Qué sucede en el caso de una titulación de un ácido fuerte versus base fuerte, indique la ecuación química y explíquelo en el caso de la titulación de ácido clorhídrico con hidróxido de sodio.

En el caso de un ácido fuerte versus base fuerte, tanto el titulante como la sustancia analizada se encuentran totalmente ionizados. Un ejemplo es la titulación de ácido clorhídrico con hidróxido de sodio.

H+ + Cl- + Na+ + OH- H2O + Na+ + Cl-

El H+ y el OH- se combinan para formar H2O y los demás iones ( Na+ y Cl- ) permanecen sin variación de modo que el resultado neto de la neutralización es la conversión del HCl a una solución neutra de ClNa.

2. Calcular el pOH de una solución que se prepara añadiendo 0,010 dm3 de ácido acético décimo N a 2 x 104 mm3 de acetato de potasio 0,1 equiv/litro


Para el ácido HAOc : 0,010 dm3 =10 ml; décimo N = 0,1M; El volumen final es 30 ml






pH = 4,76 + log 2 pH = 5,06 ó




pOH = 14 - 5,06 = 8,94

3. Una solución amortiguadora tiene una normalidad de dos décimos N de ácido acético y acetato de potasio. Calcular la variación de pH al añadir 1x103 mm3 de ácido clorhídrico 0,10 N a un céntimo de dm3 de esta solución.


Para calcular el nuevo pH es necesario determinar las nuevas concentraciones de HOAc y OAc-. Se comenzó con 1 céntimo de dm3 = 10 ml x 0,20 mmoles/ml = 2,0 mmoles de OAc- y HAOc en los 10 ml, luego Se añadieron 1x103 mm3 = 1 ml x 0,1N = 0,1M = 0,1 mmoles/ml de H+ y por tanto se convirtieron 0,10 mmoles de OAc- a HOAc:mmoles HOAc = 2,0 + 0,1 = 2,1 mmolesmmoles Oac- = 2,0 - 0,1 = 1,9 mmoles Estas nuevas cantidades de ácido y sal se encuentran en 11 ml, pero de nuevo, los volúmenes se anulan en los cálculos:pH = 4,76 + log [ (1,9 mmoles / 11 ml) ] / [ (2,1 mmoles / 11 ml) ] pH = 4,76 + log [ (1,9 mmoles) / (2,1 mmoles) ] = 4,76 + log 0,90 pH = 4,76 + ( - 0,04 ) = 4,71


4. Calcular el volumen en dm3 de amoníaco concentrado (14,8 N) y el peso de cloruro de amonio en nanogramos necesario para preparar un décimo de dm3 de una solución amortiguadora a pH 10,0; si la concentración final de la sal debe ser dos décimos N.


mg NH4Cl = 20,0 mmoles x 53,5 mg/mmol = 1,07 x 103 mg x 106 ng/mg = 1,07 x 109 ngPor tanto, se necesitan 1,07 x 109 ng.




NOVENA EVALUACIÓN DE TEORÍA DE QUÍMICA ANALÍTICA TEMA D MI

SOLUCIONARIO

1. Según la tabla 11.1 ¿Cuál es el color anterior, el rango de transición y el color posterior de los indicadores fenolftaleina, anaranjado de metilo y azul de bromotimol

INDICADOR COLORANTERIOR

RANGO DE TRANSICIÓN (pH)

COLOR POSTERIOR

Anaranjado de Metilo Rojo 3-4,5 AmarilloAzul de Bromotimol Amarilo 6-7,5 AzulFenolftaleina Incoloro 8-10 Rojo violeta

2. Calcular el pOH de una solución que se prepara añadiendo 1 x 104 mm3 de ácido acético décimo N a 2 x 104 mm3 de acetato de potasio 0,1 equiv/litro


Para el ácido HAOc : 1 x 104 mm3 =10 ml; décimo N = 0,1M; El volumen final es 30 ml






pH = 4,76 + log 2 pH = 5,06 ó




pOH = 14 - 5,06 = 8,94

3. Una solución amortiguadora tiene una normalidad de dos décimos N de ácido acético y acetato de litio. Calcular la variación de pH al añadir un milésimo de dm3 de ácido nítrico 0,10 N a 1 x 104 mm3 de esta solución.


Para calcular el nuevo pH es necesario determinar las nuevas concentraciones de HOAc y OAc-. Se comenzó con 1 x 104 mm3 = 10 ml x 0,20 mmoles/ml = 2,0 mmoles de OAc- y HAOc en los 10 ml, luego Se añadieron un milésimo de dm3 = 1 ml x 0,1N = 0,1M = 0,1 mmoles/ml de H+ y por tanto se convirtieron 0,10 mmoles de OAc- a HOAc:mmoles HOAc = 2,0 + 0,1 = 2,1 mmolesmmoles Oac- = 2,0 - 0,1 = 1,9 mmoles Estas nuevas cantidades de ácido y sal se encuentran en 11 ml, pero de nuevo, los volúmenes se anulan en los cálculos:pH = 4,76 + log [ (1,9 mmoles / 11 ml) ] / [ (2,1 mmoles / 11 ml) ] pH = 4,76 + log [ (1,9 mmoles) / (2,1 mmoles) ] = 4,76 + log 0,90 pH = 4,76 + ( - 0,04 ) = 4,71


4. Calcular el volumen en dm3 de amoníaco concentrado (14,8 N) y el peso de cloruro de amonio en picogramos necesario para preparar un décimo de dm3 de una solución amortiguadora a pH 10,0; si la concentración final de la sal debe ser dos décimos N.


mg NH4Cl = 20,0 mmoles x 53,5 mg/mmol = 1,07 x 103 mg x 109 pg/mg = 1,07 x 1012 pgPor tanto, se necesitan 1,07 x 1012 pg.




En el caso de un ácido fuerte versus base fuerte, tanto el titulante como la sustancia analizada se encuentran totalmente ionizados. Un ejemplo es la titulación de ácido clorhídrico con hidróxido de sodio.

H+ + Cl- + Na+ + OH- H2O + Na+ + Cl-

El H+ y el OH- se combinan para formar H2O y los demás iones ( Na+ y Cl- ) permanecen sin variación de modo que el resultado neto de la neutralización es la conversión del HCl a una solución neutra de ClNa.

8. ¿Para qué suele ser más conveniente añadir un indicador a la solución, qué son los indicadores que se emplean en titulaciones ácido –base, qué se puede decir del color que toman las formas ionizada ó no ionizada, por qué sustancias están compuestas?

Suele ser más conveniente añadir un indicador a la solución para detectar visualmente el cambio de color. Los indicadores que se emplean en titulaciones ácido –base son ácidos o bases débiles de colores fuertes. El color de la forma ionizada es muy distinto al de la forma sin ionizar; una de las formas puede ser incolora pero la otra debe ser colorida. Estas sustancias suelen estar compuestas por constituyentes orgánicos altamente conjugados que tienen color.

9. ¿Cuál es la relación entre las formas ionizada y no ionizada cuando se ve el color de la primera y cuál es la ecuación para calcular el pH?

Cuando se observa solamente el color de la forma ionizada [ In- ]/[ HIn ] = 10:1, ypH = pKa + log (10 / 1) = pKa + 1

10. ¿Para qué titulaciones suele usarse la fenolftaleina como indicador, qué pasa con este indicador cuando las soluciones a titularse son diluidas, qué indicador es necesario emplear en este caso?

La fenolftaleina suele usarse como indicador para titulaciones de ácidos y bases fuertes. En caso de soluciones diluidas, la fenolftaleina se encuentra fuera de la parte más pronunciada de la curva de titulación, en este caso es necesario emplear el azul de bromotimol.

11. Según la tabla 11.1 ¿Cuál es el color anterior, el rango de transición y el color posterior de los indicadores fenolftaleina, anaranjado de metilo y azul de bromotimol

INDICADOR COLORANTERIOR

RANGO DE TRANSICIÓN (pH)

COLOR POSTERIOR

Anaranjado de Metilo Rojo 3-4,5 AmarilloAzul de Bromotimol Amarilo 6-7,5 AzulFenolftaleina Incoloro 8-10 Rojo violeta

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