6.12: Problemas

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1. Escribir expresiones constantes de equilibrio para las siguientes reacciones. ¿Cuál es el valor de la constante de equilibrio de cada reacción?

(a)\(\mathrm{NH}_{3}(a q)+\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}(a q) \rightleftharpoons \mathrm{N} \mathrm{H}_{4}^{+}(a q)\)

b)\(\operatorname{PbI}_{2}(s)+\mathrm{S}^{2-}(a q) \rightleftharpoons \operatorname{PbS}(s)+2 \mathrm{I}^{-}(a q)\)

c)\(\operatorname{CdY}^{2-}(a q)+4 \mathrm{CN}^{-}(a q) \rightleftharpoons \mathrm{Cd}(\mathrm{CN})_{4}^{2-}(a q)+\mathrm{Y}^{4-}(a q)\); nota: Y es el símbolo taquigráfico para EDTA

d)\(\mathrm{AgCl}(s)+2 \mathrm{NH}_{3}(a q)\rightleftharpoons\mathrm{Ag}\left(\mathrm{NH}_{3}\right)_{2}^{+}(a q)+\mathrm{Cl}^{-}(a q)\)

e)\(\mathrm{BaCO}_{3}(s)+2 \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}(a q)\rightleftharpoons \mathrm{Ba}^{2+}(a q)+\mathrm{H}_{2} \mathrm{CO}_{3}(a q)+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(l)\)

2. Use un diagrama de escalera para explicar por qué la primera reacción es favorable y por qué la segunda reacción es desfavorable.

\[\mathrm{H}_{3} \mathrm{PO}_{4}(a q)+\mathrm{F}^{-}(a q)\rightleftharpoons\mathrm{HF}(a q)+\mathrm{H}_{2} \mathrm{PO}_{4}^{-}(a q) \nonumber\]

\[\mathrm{H}_{3} \mathrm{PO}_{4}(a q)+2 \mathrm{F}^{-}(a q)\rightleftharpoons2 \mathrm{HF}(a q)+\mathrm{HPO}_{4}^{2-}(a q) \nonumber\]

Determine la constante de equilibrio para estas reacciones y verifique que sean consistentes con su diagrama de escalera.

3. Calcular el potencial para la siguiente reacción redox para una solución en la que [Fe ³ ⁺] = 0.050 M, [Fe ² ⁺] = 0.030 M, [Sn ² ⁺] = 0.015 M y [Sn ⁴ ⁺] = 0.020 M.

\[2 \mathrm{Fe}^{3+}(a q)+\mathrm{Sn}^{2+}(a q)\rightleftharpoons\mathrm{Sn}^{4+}(a q)+2 \mathrm{Fe}^{2+}(a q) \nonumber\]

4. Calcular el potencial de estado estándar y la constante de equilibrio para cada una de las siguientes reacciones redox. Supongamos que [H ₃ O ⁺] es 1.0 M para una solución ácida y que [OH ^—] es 1.0 M para una solución básica. Tenga en cuenta que estas reacciones no están equilibradas. Las reacciones (a) y (b) están en solución ácida; la reacción (c) está en una solución básica.

(a)\(\mathrm{MnO}_{4}^{-}(a q)+\mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{3}(a q)\rightleftharpoons \mathrm{Mn}^{2+}(a q)+\mathrm{SO}_{4}^{2-}(a q)\)

b)\(\mathrm{IO}_{3}^{-}(a q)+\mathrm{I}^{-}(a q) \rightleftharpoons \mathrm{I}_{2}(a q)\)

c)\(\mathrm{ClO}^{-}(a q)+\mathrm{I}^{-}(a q) \rightleftharpoons \mathrm{IO}_{3}^{-}(a q)+\mathrm{Cl}^{-}(a q)\)

5. Un método analítico para determinar la concentración de azufre es oxidarlo\(\text{SO}_4^{2-}\) y luego precipitarlo como BaSO ₄ añadiendo BaCl ₂. La masa del precipitado resultante es proporcional a la cantidad de azufre en la muestra original. La precisión de este método depende de la solubilidad de BaSO ₄, cuya reacción se muestra aquí.

\[\mathrm{BaSO}_{4}(s) \rightleftharpoons \mathrm{Ba}^{2+}(a q)+\mathrm{SO}_{4}^{2-}(a q) \nonumber\]

Para cada uno de los siguientes, predecir el efecto sobre la solubilidad de BaSO ₄: (a) disminuir el pH de la solución; (b) agregar más BaCl ₂; y (c) aumentar el volumen de la solución añadiendo H ₂ O.

6. Escriba una ecuación de balance de carga y una o más ecuaciones de balance de masa para las siguientes soluciones.

(a) NaCl 0.10 M

(b) HCl 0,10 M

d) 0.10 M NaH ₂ PO ₄

e) MgCO ₃ (solución saturada)

(f) 0.10 M\(\text{Ag(CN)}_2^-\) (preparado usando AgnO ₃ y KCN)

(g) HCl 0.10 M y NaNO ₂ 0.050 M

7. Utilizar el enfoque sistemático de problemas de equilibrio para calcular el pH de las siguientes soluciones. Asegúrate de exponer y justificar cualquier suposición que hagas para resolver los problemas.

(a) 0.050 M HClo ₄

(b) HCl\(1.00 \times 10^{-7}\) M

(d) 0.010 M HCOOH

(e) 0.050 M Ba (OH) ₂

f) 0.010 M C ₅ H ₅ N

8. Construya diagramas de escalera para los siguientes ácidos débiles dipróticos (H ₂ A) y estime el pH de soluciones 0.10 M de H ₂ A, NaHA y Na ₂ A.

(a) ácido maleico

b) ácido malónico

9. Utilice el enfoque sistemático para resolver problemas de equilibrio para calcular el pH de (a) ácido malónico, H ₂ A; (b) hidrogenmalonato de sodio, NaHA; y (c) malonato de sodio, Na ₂ A. Asegúrese de exponer y justificar cualquier suposición que haga para resolver los problemas.

10. Ignorando los efectos de la actividad, calcule la solubilidad molar de Hg ₂ _{Br 2} en las siguientes soluciones. Asegúrese de exponer y justificar cualquier suposición que haga en la solución de los problemas.

(a) una solución saturada de Hg ₂ Br ₂

(b) 0.025 M Hg ₂ (NO ₃) ₂ saturado con Hg ₂ Br ₂

c) NaBr 0.050 M saturado con Hg ₂ Br ₂

11. La solubilidad del CaF ₂ se controla mediante las dos reacciones siguientes:

\[\mathrm{CaF}_{2}(s) \rightleftharpoons \mathrm{Ca}^{2+}(a q)+2 \mathrm{F}^{-}(a q) \nonumber\]

\[\mathrm{HF}(a q)+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(l)\rightleftharpoons\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}(a q)+\mathrm{F}^{-}(a q) \nonumber\]

Calcular la solubilidad molar de CaF ₂ en una solución que se tampona a un pH de 7.00. Use un diagrama de escalera para ayudar a simplificar los cálculos. ¿Cómo cambiaría su enfoque de este problema si el pH se tampona a 2.00? ¿Cuál es la solubilidad del CaF ₂ a este pH? Asegúrate de exponer y justificar cualquier suposición que hagas para resolver los problemas.

12. Calcular la solubilidad molar de Mg (OH) ₂ en una solución tamponada a un pH de 7.00. ¿Cómo se compara esto con su solubilidad en agua desionizada no tamponada con un pH inicial de 7.00? Asegúrate de exponer y justificar cualquier suposición que hagas para resolver el problema.

13. Calcular la solubilidad de Ag ₃ PO ₄ en una solución tamponada a un pH de 9.00. Asegúrate de exponer y justificar cualquier suposición que hagas para resolver el problema.

14. Determinar la composición de equilibrio de la solución saturada de AgCl. Supongamos que la solubilidad de AgCl está influenciada por las siguientes reacciones

\[\mathrm{AgCl}(s) \rightleftharpoons \mathrm{Ag}^{+}(a q)+\mathrm{Cl}^{-}(a q) \nonumber\]

\[\operatorname{Ag}^{+}(a q)+\mathrm{Cl}^{-}(a q) \rightleftharpoons \operatorname{AgCl}(a q) \nonumber\]

\[\operatorname{AgCl}(a q)+\mathrm{Cl}^{-}(a q) \rightleftharpoons \operatorname{AgCl}_{2}^-(a q) \nonumber\]

Asegúrate de exponer y justificar cualquier suposición que hagas para resolver el problema.

15. Calcular la fuerza iónica de las siguientes soluciones

(a) NaCl 0.050 M

(b) 0.025 M CuCl ₂

16. Repita los cálculos en el Problema 10, esta vez corrigiendo por el efecto de la fuerza iónica. Asegúrate de exponer y justificar cualquier suposición que hagas para resolver los problemas.

17. ¿Sobre qué rango de pH espera que Ca ₃ (PO ₄) ₂ tenga su solubilidad mínima?

18. Construir diagramas de escalera para los siguientes sistemas, cada uno de los cuales consta de dos o tres reacciones de equilibrio. Usando sus diagramas de escalera, ¿identificar todas las reacciones que probablemente ocurran en cada sistema?

(a) HF y H ₃ PO ₄

(b)\(\text{Ag(CN)}_2^-\)\(\text{Ni(CN)}_4^{2-}\), y\(\text{Fe(CN)}_6^{3-}\)

(c)\(\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}/\text{Cr}^{3+}\) y Fe ³ ⁺ /Fe ²⁺

19. Calcular el pH de los siguientes tampones ácido-base. Asegúrate de exponer y justificar cualquier suposición que hagas para resolver los problemas.

a) 100.0 mL de ácido fórmico 0.025 M y formiato de sodio 0.015 M

b) 50,00 mL de NH ₃ 0.12 M y 3.50 mL de HCl 1.0 M

20. Calcular el pH de los tampones en el Problema 19 después de agregar 5.0 mL de HCl 0.10 M. Asegúrate de exponer y justificar cualquier suposición que hagas para resolver los problemas.

21. Calcular el pH de los tampones en el Problema 19 después de agregar 5.0 mL de NaOH 0.10 M. Asegúrate de exponer y justificar cualquier suposición que hagas para resolver los problemas.

22. Considere la siguiente reacción de complejación hipotética entre un metal, M, y un ligando, L

\[\mathrm{M}(a q)+\mathrm{L}(a q) \rightleftharpoons \mathrm{ML}(a q) \nonumber\]

para lo cual la constante de formación es\(1.5 \times 10^8\). (a) Derivar una ecuación similar a la ecuación Henderson—Hasselbalch que relaciona pM con las concentraciones de L y ML. b) ¿Cuál es el pM para una solución que contiene 0.010 mol de M y 0.020 mol de L? (c) ¿Qué es pM si agrega 0.002 mol de M a esta solución? Asegúrate de exponer y justificar cualquier suposición que hagas para resolver el problema.

23. Un tampón redox contiene un agente oxidante y su agente reductor conjugado. Calcular el potencial de una solución que contenga 0.010 mol de Fe ³ ⁺ y 0.015 mol de Fe ² ⁺. ¿Cuál es el potencial si se agrega suficiente agente oxidante para convertir 0.002 mol de Fe ² ⁺ en Fe ³ ⁺? Asegúrate de exponer y justificar cualquier suposición que hagas para resolver el problema.

24. Use Excel o R para resolver los siguientes problemas. Para estos problemas, no hacer suposiciones simplificadoras.

(a) la solubilidad del CaF ₂ en agua desionizada

(b) la solubilidad de AgCl en agua desionizada

25. Derivar la ecuación 6.10.1 para la solución rigurosa al pH de 0.1 M HF.