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Universidad Andrés Bello Departamento de Ciencias Químicas Facultad de Ciencias Exactas Segunda Prueba Solemne QUIM 200 Jueves 17 de noviembre, 2016

Nombre: ___________________________________________________ Sección: ________ Profesor: ________________________________________ RUN: ________________-_____ Responda las siguientes preguntas utilizando LÁPIZ DE PASTA, el NO hacerlo quita derecho a recorrección. Está prohibido pedir calculadora o cualquier otro material durante la prueba. Apague su celular. Recuerde que la prueba es de desarrollo, por lo que debe justificar todas sus respuestas. SEA CUIDADOSO CON EL MANEJO DE LAS CIFRAS SIGNIFICATIVAS Y CON EL REDONDEO

Puntaje / Nota: P

1

19

20

N 1.2 1.3 1.5 1.6 1.8 1.9 2.1 2.2 2.4 2.5 2.7 2.8 3.0 3.1

3.3 3.4 3.6 3.7 3.9

4.0

P

35

40

21

2

22

3

4

23

24

5

25

6

7

26

27

8

28

9

29

N 4.2 4.3 4.5 4.6 4.8 4.9 5.1 5.2 5.4

10

30

11

31

12

32

13

33

14

34

15

16

36

17

37

18

38

5.5 5.7 5.8 6.0 6.1 6.3 6.4 6.6 6.7 6.9 7.0

Masas molares (g/mol): O = 16,00; S = 32,07; Ca = 40,08; Br = 79,90; Ag = 107,87 Formulario: i. ii. iii.

° ° ° ECelda = ECátodo − EÁnodo ° ECelda = ECelda − ° 0 = ECelda −

0,0592 V log Q n

0,0592 V log K n

PREGUNTA

PUNTAJE

1 2

3

4

TOTAL

39

NOTA

I.A. Si la solubilidad del CaSO4 a 18 °C es 2,04 g/L. Determine: a) La Kps del CaSO4. (2 puntos) Kps = [0,0150]2 = 2,25 · 10−4 b) Cuantos gramos de CaSO4 pueden disolverse, a la misma temperatura, en 1,0 L de K2SO4 de concentración 0,10 mol/L. (2 puntos) Kps = [S][0,10 + S] 2,25 · 10−4 = 0,10𝐒 + 𝐒 𝟐 S = 2,20·10-3 mol/L Masa (g) = 2,20·10-3 mol/L·1,0 L·136,14 g/mol = 0,30 g

I.B. Si a una disolución que contiene Sr+2 y Ca+2, ambos de concentración 0,0010 mol/L, se le añade lentamente una disolución de Na2SO4 (Kps SrSO4 = 7,60·10-7 y Kps CaSO4 = 2,40·10-5), determine: a) Con los cálculos apropiados indique que ion precipita primero frente a la adición de sulfato de potasio. (2 puntos) Kps 7,60x10−7 2− ] [SO = = = 7,60 · 10−4 mol/L 4 [Sr +2 ] 0,001 Kps −2 = [SO2− mol/L 4 ] = 2,40 · 10 [Ca+2 ] SrSO4 precipita primero.

b) Determinar la concentración del catión que precipita primero cuando se inicia la precipitación del segundo catión. (2 puntos) Kps 7,60 · 10−7 2+ ] [Sr = = = 3,17 · 10−5 mol/L 2,40 · 10−2 [SO4 2− ]

c) Determinar el porcentaje que ha precipitado del primer catión cuando se inicia la precipitación del segundo catión. (2 puntos)

x% =

(0,001M − 3,17 · 10−7 M) · 100% = 96,83% 0,001M

II.A. Calcule la concentración de Cu2+ que queda en disolución luego de mezclar CuSO4 (ac) 0,25 mol/L con NaCN (ac) 1,25 mol/L. Considere que el ion complejo que se forma es [Cu(CN)4]2– y la constante de formación, Kf, tiene un valor de 1025. (6 puntos) − 2− Cu2+ (ac) + 4 CN(ac) ⇌ [Cu(CN)4 ](ac)

Las concentraciones en equilibrio son: [CN − ] = 0,25 mol/L; [Cu(CN)2− 4 ] = 0,25 mol/L [Cu(CN)2− 4 ] [Cu2+ ] = = 6,4 · 10−24 mol/L − K f [CN ]4

II.B. Calcule el valor de la constante de formación, Kf, para el ion complejo bis(tiosulfato)argentato(I) [Ag(S2O3)2]3–, para ello considere los potenciales de reducción, E°([Ag(S2O3)2]3-/Ag0) = 0,015 V; E°(Ag+/Ag0) = 0,799 V. (4 puntos) 3− 2− Ag + (ac) + 2S2 O3(ac) ⇌ [Ag(S2 O3 )](ac)

Las semireacciones son: − 0 Ag + E 0 = 0,799 V (ac) + 1e ⇌ Ag 3− − Ag 0 + 2S2 O2− E 0 = 0,015V 3(ac) ⇌ [Ag(S2 O3 )2 ](ac) + 1e 3− 2− Ag + (ac) + 2S2 O3(ac) ⇌ [Ag(S2 O3 )](ac)

K f = 10

E0 celda n·0,0592 V

0,784 V

0 ECelda = 0,784 V

= 101·0,0592 V = 1,75 · 1013

III. Calcule la masa de AgBr(s) que se puede disolver en 100 mL de una disolución 0,20 mol/L de KSCN(ac), si Kf [Ag(SCN)4]3– = 1,2·1010 y Kps = 7,7·10 – 13. La cantidad máxima de iones plata que se obtiene en disolución sin precipitar es Q = Kps. [Ag + ] = √kps = 8,77 · 10−7 mol/L Cuando se forma el ion complejo, debe quedar en disolución de [Ag+] = 8,77·10–7 mol/L. 3− − Ag + (ac) + 4SCN(ac) ⇌ [Ag(SCN)4 ](ac)

Las concentraciones en equilibrio son: [Ag+] = 8,77·10–7 mol/L; [SCN–] = 0,20 – 4Ci; [Ag(SCN)43 –] = 8,77·10–7 mol/L. Kf = 1,2 · 1010 =

[Ag(SCN)3− 4 ] + [Ag ][SCN− ]4

8,77 · 10−7 8,77 · 10−7 [0,20 − 4𝐶𝑖]4

Ci = 0,050 mol/L m = 0,100 L(0,050 mol/L)(187,77 g/mol) = 0,94 g

IV. El ácido oxálico, H2C2O4, está presente en muchas plantas y verduras, incluyendo algunos consumidos como alimento (el ruibarbo o las espinacas). El anión proveniente de este ácido forma precipitados con numerosos iones metálicos, siendo el oxalato de calcio, CaC2O4, el principal constituyente de cálculos renales. El oxalato, C2O42-, reacciona con permanganato, MnO4-, en medio ácido de acuerdo a la siguiente reacción No balanceada: + 2+ − C2 O2− 4 (ac) + MnO4 (ac) + H(ac) → CO2 (g) + Mn (ac) + H2 O (l)

Dados los siguientes potenciales estándar de reducción, Eº: CO2 (g) /C2 O2− 4 (ac) = – 0,43 V − MnO4 (ac)/Mn2+ (ac) = 0,159 V Responda las siguientes preguntas: a. Escriba las semi reacciones balanceadas que se llevan a cabo. (1 punto) Semi reacción de Oxidación: C2 O2− 4 (ac) → CO2 (g) 2+ Semi reacción de Reducción: MnO− 4 (ac) → Mn (ac)

b. Complete y balancee la ecuación e identifique el agente oxidante y reductor. (2 puntos) − 5 C2 O2− 4 (ac) → 10 CO2 (g) + 10 e 2+ + 10 e− + 16 H(ac) + 2 MnO− 4 (ac) → 2 Mn (ac) + 8 H2 O(l) + 2+ − 5 C2 O2− 4 (ac) + 2 MnO4 (ac) + 16 H(ac) → 10 CO2 (g) + 2 Mn (ac) + 8 H2 O (l) 2− Agente Oxidante: MnO− 4 (ac) ; Agente Reductor: C2 O4 (ac)

c. Con base a los potenciales estándar de reducción calcule la Fem estándar de la reacción. (2 puntos) ° ECelda = 0,159 𝑉 − (−0,43 V) = 0,589 𝑉

d. Determine el rango de pH donde la reacción es espontanea. (5 puntos) 0,589 V −

0,0592 V 1 log + 16 > 0 10 [H ]

0 < pH < 6,22