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• Jenny Villanueva

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H. Gómez R., 9/04/07

GUIA PARA LA RESOLUCION Y REDACCION DE LAS TAREAS. Recuerda que todo cálculo que realices, deberá estar acompañado de su justificación (la justificación a un cálculo es la nota que escribes antes de realizarlo por ejemplo -ahora voy a calcular el valor numérico de la constante...... -, así como las conclusiones que derivas del proceso que seguiste, -el valor es pequeño por lo tanto...), si en tu trabajo aparecen solamente operaciones, sin ninguna otra indicación, esto no sirve. La claridad, el orden y la limpieza se toman en cuenta para calificar la tarea. El redactar en forma clara y correcta, escribiendo sin faltas de ortografía, es lo menos que se puede pedir de un estudiante de la UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO, se considera indispensable que además de conocer los temas, los cálculos y operaciones para el desarrollo de la experimentación científica los profesionistas puedan expresar oralmente y por escrito los procedimientos y resultados de dicha experimentación. De manera que esto también se tomará en cuenta en la calificación. Para la resolución de los problemas de Química Analítica se recomienda, el realizar, con base en los fundamentos teóricos, las predicciones cualitativas (esto es sin realizar cálculos) de lo que deberá pasar al realizar o resolver el problema propuesto (hipótesis). Una vez que se ha planteado una hipótesis la misma deberá comprobarse por medio del cálculo, confrontando los resultados numéricos con las predicciones, con lo que deberá ser fácil asegurarse de que el resultado sea el correcto.

2

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Tarea 1 Ejercicios variados:

La selección de estos ejercicios variados de aritmética y matemáticas tienen por objeto presentarles las operaciones más comunes que se llevan a cabo en la resolución de problemas de química analítica. Es fundamental que conozcan y dominen estas operaciones para que los asuntos de matemáticas no los lleven a reprobar los exámenes de química analítica. Así mismo es importante que quede claro que el dominio de estas operaciones debe ser absoluto y que los resultados los puedan obtener con rapidez ya que muchas veces en la resolución de un solo problema analítico se requiere de emplear muchas de estas operaciones. Por otro lado las operaciones están concatenadas de manera que el error en la resolución de una operación se acarreará a lo largo de todo el problema arrojando resultados analíticos equivocados. Simplificación de fracciones 420/270= 130/325 = 424/128 = 525/165 = 15x2/12xy = 4x2y/18xy3 = (14a3b3c2)/(-7a2b4c2) = (8x-8y)/(16x-16y) = 1. (x3y-y3x)/(x2y-xy2) = Multiplicación de fracciones 2.

3/5 x 27/4 =

3.

2/3 x 5/5 =

4.

127/3 x 8/4 =

5. 1 /2 x 3 /4 x 5/8 = 6.

2x 6 y × = 3y 2 x2 3

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7.

9 ( x 2 − 1) × = 3x + 3 6

Cociente de fracciones

7 8.

8

4= 3

15 16 = 9. 1 2 15 10.

8

5 = 5

3x 11.

6x

2

2 = 4

10 xy 2 12.

5 xy

3z = 6z 3

Sumas y restas de fracciones: 1.

3 11 + = 5 5

2.

5 13 − = 9 9

3.

3 7 + = 5 4

4.

3t 2 4t 2 − = 5 15

5.

1 1 + = x y

4

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6.

y 3 + = x 3y

7.

(2 ) − b a = a−b

Productos notables 1.

3 x (2 x + 3 y ) =

2.

x 2 y 3x 3 − 2 y + 4 =

3.

(3 x + 5 y )2 =

4.

(x

5.

( x + 3)( x + 5) =

6.

(3t

7.

( x + y + 3)( x + y − 3) =

8.

( x + 2 y )3 =

(

)

+6

4

2

)

2

=

)

s − 2 (4t − 3s ) =

Ejercicios con exponentes 1. (2)3 = 2.

(3 ) =

3.

5 × 10 −3 =

4.

8 −2 = 10

−1

5.

17 5

6.

(7 )

=

7.

74

=

17 2

3 5

7

=

5

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8.

15 4

9.

54

10.

2 −2 =

12.

18

13.

8

14.

=

2

−3

1 4

=

=

54

−1

11. 5

15 3

5

=

4

= m3

=

15. 0.000062 × 0.005 × 0.00005 = 16. 0.000072 ×1250000 = 17.

0.000125 = 0.0000078

18.

12500000 = 72000

19.

1000000000 = 0.0000001

20.

48000000 = 1200

21.

0.078 = 0.00012

22.

(80000000)2 (0.000003) = (600000)(0.0002)4

23.

3

(0.004)4 (0.0036) = (120000)2

Logaritmos:

6

H. Gómez R., 9/04/07 Obtener los logaritmos de los siguientes números: 1. 4.49 = 2.

0.449 =

3.

4.49 × 10 −3 =

4.

44900 =

5.

1.124 =

6.

0.1124 =

7.

1.124 × 10 −5 =

8.

− 112.4 =

9.

9.497 =

10. 0.9497 = 11. 9.497 × 10

−9

12. 9.497 × 10

6

=

¿a qué número corresponden los siguientes logaritmos? 1. 0.0682 = 2. 0.0278 = 3. 4.3x10-3 = 4. –2.9722 = 5. 1.9053 = 6. –4.0254 = 7. 6.8312 = 8. 7.5534 =

Expresar como potencias de 10 1. 1.72x105= 2. 6330 = 3.

0.317 =

7

H. Gómez R., 9/04/07 4. 0.00814 = 5. –143 = 6. –0.00586 = 7.

3 = 4

8.

−2 = 3

9.

− ⎛⎜ 2 ⎞⎟ = ⎝ 2⎠

10.

(13.3)3 =

11. 12.

5

(7.73)3.5

=

[(12.5) ]

3 0.33

=

Calcule y exprese el resultado como potencias de 10 1.

10 0.30 + 10 0.48 =

2.

101.415 + 10 0.943 + 10 2.079 − 101.653 =

3.

101.7 − 10 0.96 =

4.

10 7.5 − 10 −3.3 =

5.

3 × 10 −2 + 6 × 10 −3 =

6.

1.5 × 10 −3 − 5 × 10 −2 =

7.

10 0.3 × 10 0.48 =

8.

101.663 × 10 2.322 =

9.

(10 ) 3.505

3

2

=

Calcule el valor de las siguientes expresiones

8

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1.

2.

(

10 −0.3 × 10 − 4.3

(10 )

− 6.8 2

)

3

=

10 −0.8 + 10 0.2 − 10 −0.4 = 10 0.3

( (

⎡ 101.32 3. log ⎢ ⎢⎣ 10 0.8

) )

2

3

5

2

+ 10 0.7 ⎤ ⎥= 1.2 ⎥ + 10 ⎦

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Tarea 2 PROBLEMAS DE BALANCEO DE ECUACIONES

1.- La hexametiléntetramina es uno de los productos farmacéuticos más antiguos para el tratamiento de las infecciones renales, se piensa que funciona a nivel de los riñones liberando formaldehído, producto químico altamente tóxico para la mayoría de las bacterias. La liberación de formaldehído ocurre de acuerdo a la siguiente reacción: C6H12N4 + H2O ↔ H2CO + NH3 Da los valores numéricos adecuados para balancear la reacción. 2.- La acción de la hexametilléntetramina como antibiótico depende de mantener una solución relativamente ácida en los riñones, para así miminizar la recombinación del amoníaco con el formaldehído. Es por esto que este producto se suministra junto con una sal de dihidrofosfato de sodio y lograr así la conversión del amoníaco en amonio: NH3 + HPO42- ↔ NH4+ + PO43De los valores numéricos adecuados para balancear la reacción. 3.- El "Agua Regia" es una mezcla de ácido clorhídrico y ácido nítrico, este es uno de los pocos reactivos capaces de disolver al oro metálico. Complete y balancee la ecuación para este proceso: Auº + NO3- + Cl- ↔ (AuCl4)- + NO2 4.- Ciertos limpiadores de cañerías se componen de una mezcla de escamas de hidróxido de sodio y limaduras de aluminio. Al poner la mezcla en contacto con agua, ésta reacciona generando hidrógeno gaseoso que ayuda a despegar la cochambre de una tubería tapada. Complete y balancee la ecuación para este proceso: Alº + OH- ↔ Al (OH)4- + H2 5.- Algunos polvos para hornear contienen una mezcla de bicarbonato de sodio y fosfato diácido de calcio. Cuando estos polvos para hornear se humedecen, se libera dióxido de carbono de acuerdo con la ecuación: NaHCO3 + Ca(H2PO4)2 ↔ NaHPO4 + CO2 + H2O a) De los valores numéricos adecuados para balancear la ecuación. b) Calcule la proporción en que deben encontrarse estos dos compuestos en un frasco de 100 g de producto comercial. 6.- Ciertas preparaciones antiácidas contienen una mezcla de bicarbonato de sodio y ácido cítrico. Cuando se adiciona esta mezcla al agua se escucha un siseo debido a la liberación de dióxido de carbono. La ecuación que representa a esta reacción es: C6H8O7 + HCO3- ↔ C6H5O73- + CO2 + H2O De los valores numéricos adecuados para balancear esta ecuación.

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H. Gómez R., 9/04/07 7.- Ciertos artistas emplean una técnica para grabar el aluminio que consiste en cubrir partes que no van a grabar con cera o pintura de aceite y luego se atacan las partes expuestas con ácido clorhídrico. La reacción que se lleva a cabo se representa como: Alº + H+ ↔ Al3+ + H2↑ De los valores numéricos adecuados para balancear esta ecuación. 8.- El sulfato de cobre (Vitriolo Azul) se emplea como un aditivo en las albercas para acabar con las algas que se forman. Este sulfato de cobre se puede preparar haciendo reaccionar ácido sulfúrico caliente con cobre metálico: Cuº + H+ + HSO4- ↔ Cu2+ + SO2↑ + H2O De los valores numéricos adecuados para balancear esta ecuación. 9.- Muchas estructuras metálicas como puentes y carros de ferrocarril se protegen de la corrosión aplicándoles una capa de "Plomo Rojo" Pb3O4 y después se pintan ya de un color más decorativo. Balancee la ecuación que representa la preparación del "Plomo Rojo": Pbº + O2 ↔ Pb3O4 10.-Las disoluciones de permanganato de potasio son muy utilizadas como antisépticos locales, en medicina veterinaria principalmente. Estas disoluciones nunca deberán ser pipeteadas con la boca ya que el ión permanganato es altamente tóxico y además al ser un agente muy oxidante es capaz de formar cloro gas a partir del ácido clorhídrico que normalmente se encuentra en el estómago. La reacción que se lleva a cabo es: MnO4- + Cl- ↔ Mn2+ + Cl2↑ Complete y balancee esta ecuación. 11.- El oro contenido en la "ganga" y otros desechos mineros, puede ser recuperado por un tratamiento con cianuros en presencia de aire: Auº+ CN- + O2 ↔ (Au(CN)2)- + OHDespués de este tratamiento el complejo dicianoaurato puede ser reducido a oro metálico con polvo de zinc según: (Au(CN)2)- + Znº ↔Auº + (Zn(CN)4)2Complete y balancee ambas ecuaciones. 12.- Uno de los minerales con mayor contenido de mercurio es el cinabrio, este contiene al mercurio principalmente como sulfuro (HgS). Cuando se "ensaya" un mineral de cinabrio para determinar su contenido de mercurio, es necesario emplear "Agua Regia" ya que el HgS es insoluble hasta en ácido nítrico caliente. La reacción que se lleva a cabo es: HgS + Cl- + NO-3 ↔ (HgCl4 )2- + Sº + NO Complete y balancee esta ecuación.

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H. Gómez R., 9/04/07 13.- En ciertas zonas donde la lluvia es escasa, la tierra tiende a volverse muy alcalina, debido a la concentración de sales básicas como el carbonato de sodio. Estas tierras se pueden tratar con sulfato férrico el que en estas condiciones puede liberar ácido sulfúrico, según la reacción: Fe3+ + SO42- + H2O ↔ Fe(OH)3+ H+ + HSO4Complete y balancee esta ecuación. 14.- La hiperacidez gástrica se refiere a la secreción en el estómago de un exceso de ácido clorhídrico, esta hiperacidéz puede ser tratada con ciertos antiácidos comunes (MELOX, ALCAGEL, etc.). Este tipo de antiácidos son una mezcla de óxido y carbonato de magnesio. HCl + Mg2O +MgCO3 ↔ MgCl2 + H2O + CO2↑ Balancee esta ecuación.

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Tarea 3 PROBLEMAS SOBRE DILUCIONES.

1.- Que peso de soluto se requiere en cada caso para preparar las soluciones que se indican: a) 100ml de H2SO4 0.55 F b) 250 ml de AgNO3 0.0865 N (AgNO3 ↔ Agº) c) 1000ml de K2Cr2O7 0.100 N (K2Cr2O7 ↔Cr3+) d) 1000ml de KCN 0.050 N para formar Ag(CN)2e) 200 ml de Ce(SO4)2 0.095N (Ce(SO4)2↔ Ce3+) 2.- ¿Qué volumen de agua se necesita añadir a 225.0 ml de un ácido 0.1080 N para hacerlo exactamente 0.1000 N? 3.- 32.40 ml de HCl 0.0880 M se mezclan con 46.6 ml de HCl 0.110 M a) ¿Cuál es la molaridad de la mezcla? b) Si la mezcla se diluye a 100 ml con agua destilada ¿Cuál será la nueva molaridad? 4.- 35.20 ml de NaOH 0.1100 se mezclan con 44.80 ml de NaOH 0.1200 M la mezcla se diluye con agua destilada a 100 ml. a) ¿Cuál es la molaridad antes de añadir el agua? b) ¿Cuál es la molaridad al aforar a 100 ml? 5.- Que volumen de ácido sulfúrico 0.500 M deben añadirse a 200.0 ml de ácido sulfúrico 0.1500 M para que al diluir a 500.0 ml la solución quede exactamente 0.100 M. 6.- Se pesan 0.1197 g de CuSO4 (P.M=159.6) y se aforan a 250.0 ml ¿Cuál es la molaridad de la solución? 7.- Se pesan 0.1197 g de CuSO4 y se aforan a 250.0ml, de esta solución se toman 50.0ml y se mezclan con 25.0 ml de otra solución preparada pesando 0.0450g de CuSO4.5H2O (P.M. = 249.68), la mezcla resultante se afora a 100.0ml ¿Cuál es la molaridad de la solución final? 8.- Se pesan 0.5880 g de FeSO4(NH4)2SO4.6H2O (P.M. = 392.15) y se aforan a 150.0 ml con agua destilada. ¿Cuál es la concentración en molaridad de las especies presentes en la solución? ¿Cuales son las especies generadas por la disociación de esta sal? 9.- Se toman 50.0 ml de una solución de HIO4 preparada pesando 0.038 g y aforando a 100 ml y se mezclan con 50.0 ml de una solución de KIO4 preparada pesando 0.023 g y aforando a 100 ml. ¿Cual es la concentración como molaridad de cada una de las especies presentes y cuales son estas? (HIO4 P.M: = 191.91, KIO4 P.M: = 230.0)

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Tarea 4 PROBLEMAS DE EXPRESIONES DE CONCENTRACION. 1.- El ácido sulfúrico es uno de los productos químicos más versátiles y que tienen aplicaciones en muy diversos procesos industriales. Se ha llegado a medir el poder económico de un país por su producción y consumo de ácido sulfúrico. Dos aplicaciones importantes del ácido sulfúrico es en ciertos "destapadores" de caños y en las baterías de los automóviles. a) Uno de estos destapadores de caños anuncia que contiene 175 g de H2SO4 por cada 100 ml de solución ¿Cuál es la formalidad de esta solución? b) El contenido de ácido sulfúrico de una solución de electrolito para baterías, normalmente es de 0.5F de H2SO4. ¿Cuantos gramos de H2SO4 habrá en 500 ml de una de estas soluciones? 2.- Las soluciones de tiosulfato de sodio se emplean en fotografía para los baños de fijado (soluciones HYPO) de los rollos expuestos esta solución sirve para eliminar el bromuro de plata residual, por formación del complejo soluble (Ag(S2O3)2)3- Las soluciones de tiosulfato son inestables y se descomponen con el tiempo por lo que resulta conveniente verificar periódicamente la concentración efectiva de tiosulfato, lo cual se realiza por una valoración o titulación. Esto es se toma una cantidad medida de la solución de tiosulfato y se le hace reaccionar con pequeñas cantidades medidas de una solución de I3- de concentración conocida, que se adicionan con una bureta. A la solución se le agrega una pequeñísima cantidad de una solución de almidón que sirve como indicador de la presencia del ión I3-, cambiando el color de la solución de incoloro a un color azul intenso con un pequeñísimo exceso del ion I3-. El tiosulfato reacciona con el ion I3- según la reacción: 2S2O32- + I3- ↔ S4O62-+ 3 Ien el momento de que se ha consumido todo el ion tiosulfato un pequeño exceso de I3- bastará para que la solución cambie de color dando así una buena indicación de cuando se ha consumido todo el tiosulfato. De manera que conociendo los volúmenes de las soluciones empleadas hasta el cambio de color y la reacción que se lleva a cabo se puede deducir la concentración efectiva de tiosulfato. En una de estas valoraciones, 25.0 ml de una solución de tiosulfato requirieron de 18.2 ml de una solución 0.156 M de I3- antes de observarse la coloración azul intensa . ¿Cuál es entonces la molaridad de la solución de tiosulfato? ¿Cuantos gramos de tiosulfato contienen 125 ml de dicha solución? 3.- Muchos de los blanqueadores de ropa deben su acción de blanqueo a su contenido de hipoclorito de sodio o de calcio, los que son los ingredientes activos. Uno de estos productos comerciales contiene 57g de NaOCl por litro de solución ¿Cuál será la molaridad de esa solución? ¿Cuál es el por ciento en peso de la misma? 4.- El ácido butírico es el responsable del peculiar olor de la mantequilla rancia. En las pruebas de control de calidad de estos productos, el contenido de ácido butírico se determina por extracción de una cantidad pesada de mantequilla y valorando (titulando) la solución resultante con hidróxido de sodio según la reacción: C3H7CO2H + NaOH ↔ H2O +Na (C3H7CO2) En un análisis de 25 ml de la solución de ácido butírico se requirieron 17.6 ml de una solución 0.118 M de NaOH. ¿Cuál fue la molaridad de la solución de ácido butírico? Si esa solución se obtuvo de extraer 100 g de mantequilla con 100 ml de agua ¿Que cantidad en gramos contenía de ácido butírico originalmente la mantequilla?

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5.- El propulsor líquido de las naves espaciales en una mezcla de hidracinas (N2H4 P.M. - 32.0) las que son oxidadas con tetróxido de nitrógeno (N3O4 P.M. = 92.0) . Un motor de prueba para estas naves se diseño para consumir 18 moles de hidracina por cada 9 moles de tetróxido de nitrógeno. ¿Cuántos gramos de cada componente se necesitan para operar el propulsor.? 6.- Las mezclas de N2H4/N2O4 se inflaman espontáneamente, a este tipo de mezclas se les denomina "hipergolicas" . ¿Cuantas moles de N2O4 se requieren para un combustible hipergólico que opera con 150 g de N2O4? 7.- El veneno de las abejas es una solución acuosa de diversos componentes. Uno de estos componentes es la histamina que se encuentra en una concentración de 0.013% en peso. En una picadura una abeja introduce aproximadamente 35 mg de esta solución acuosa. ¿Cuántas moles de histamina (C5H9N3 P.M. = 111) inyecta una abeja en una picadura? Nota: considere la densidad como 1 Nota: como información la dosis letal media (LD50) en ratones es de 13.0 g por Kg y en monos es de 25.0 g por Kg. 8.- El dimetil sulfóxido (DMSO) es muy empleado como disolvente industrial, por su capacidad para disolver y dispersar solutos con "carga". La compatibilidad del DMSO con soluciones ácidas o básicas ha permitido la fabricación de "removedores" (disolvente de pinturas y adhesivos ya aplicados y secos) aprovechando las propiedades limpiadoras de ambas sustancias. Una nueva formulación emplea 9 partes de DMSO por 1 parte de HNO3 concentrado, calentada la mezcla de 125ºC rápidamente remueve capas de resina epoxi y adhesivos, de superficies como aluminio, magnesio y acero inoxidable. ¿Calcule el número de moles que se requerirán de DMSO para preparar 25 l de este removedor? Nota: DMSO [CH3SOCH3] P.M. = 78.0 densidad = 1.1 g/ml. 9.- Los "polvos para hornear" consisten de una mezcla de bicarbonato de sodio y un ácido sólido de manera que al humedecerse la mezcla esta reacciona liberando CO2. Cuando se emplea dihidrofosfato de sodio como ácido sólido la reacción que efectúa es: NaHCO3 + NaH2PO4 ↔ Na2HPO4 + H2O + CO2↑ ¿Que cantidad de NaH2PO4 se debe usar para consumir 168 g de bicarbonato de sodio suponiendo una eficiencia de reacción de 100%? 10.- El salicilato de metilo se emplea en grasas expectorantes como una especie de "aspirina externa" . Este compuesto se prepara a partir de metanol y ácido salicílico según la reacción: COOCH3

COOH OH

+ CH3OH

OH

+

H2O

En condiciones normales esta reacción tiene una eficiencia del 72% al emplear cantidades equimoleculares de los reactivos. ¿Cuál es la cantidad mínima de ácido salicílico (C7H6O3 P.M. = 138.0) para producir 200 g de salicilato de metilo? 11.- Una forma poco usual de medir el "voltaje" de una batería de auto, es la que se emplea en las gasolineras, en donde extraen un poco de la solución de electrólito de la batería con un hidrómetro (que mide la densidad de la solución) especialmente calibrado. La interpretación del voltaje de la batería en términos de la densidad de la solución del electrolito es posible ya que la densidad y el voltaje son funciones del contenido de ácido sulfúrico en esta solución. En una batería de plomo, un electrodo es de plomo metálico y el otro es de dióxido de plomo. Durante la descarga de la batería, se consume el ácido

15

H. Gómez R., 9/04/07 sulfúrico del electrolito y ambos electrodos se recubren de una capa de sulfato de plomo formado en la reacción: Pbº(s)+PbO2(s)+2 H2 SO4(ac)↔ 2 PbSO4(s)↓ +2 H2O La concentración de H2SO4 se determina fácilmente al determinar la densidad de la solución ya que es la única especie que contiene el electrolito y los hidrómetros están calibrados para relacionar densidad/concentración /carga (voltaje). En una batería de coche nueva. el electrolito contiene 38% en peso de H2SO4 y su densidad es de 1.286 g/ml., en estas condiciones, cada celda produce cerca de 2.08 V, de manera que al conectar en serie 3, 6 o 12 celdas obtenemos baterías de 6, 12 o 24 v respectivamente . a) ¿Cuál es el voltaje aproximado de una batería cuyo electrolito tiene una densidad de 1.018 g/ml, lo que corresponde a una solución que contiene 30.2 g/l de H2SO4? b) Para una batería de plomo como la descrita anteriormente, el voltaje medido para una batería de 6 V usada fue de 5.73 V ¿Cual es la concentración aproximada de H2SO4 en el electrolito expresado en gramos por litro?. DATOS: PbSO4(s) + 2 H+ + 2e ↔ Pbº(s) + H2SO4 Eº = -0.36V PbO2(s)+H2SO4+2H++2e ↔ PbSO4(s)+2H2O Eº = 1.68V PM (H2SO4) = 98.1

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Tarea 5 Identificación del Reactivo Limitante Nos dieron la siguiente receta para elaborar un pastel y necesitamos preparar pasteles para una fiesta: Tarta de Chocolate Marbella Ingredientes: 150 gramos de azúcar 6 huevos 1 tableta de chocolate “fondant” 1 cucharada de harina 75 gr de almendras para cubrir: 1 tableta de chocolate 1 cucharada de mantequilla ½ lata de leche condensada un poco de brandy Procedimiento Batimos las yemas con el azúcar hasta que estén espumosas. Añadimos la mantequilla que tendremos a temperatura ambiente y la cucharada harina junto con el chocolate, que previamente habremos derretido al baño maría o en el microondas, y por último las almendras trituradas o en polvo. Montamos las claras a punto de nieve y las unimos con movimientos envolventes; untamos un molde desmontable con mantequilla y harina y vertemos en él la masa. Lo dejamos cocer en le horno, previamente calentado a 170ºC, unos treinta minutos aproximadamente. Lo sacamos del horno y lo dejamos enfriar. Para la cobertura, derretimos el chocolate a baño maría junto con la mantequilla, añadimos la leche condensada y el coñac. Lo batimos bien todo y cubrimos con ello la tarta, empezando por le centro y dándole forma de espiral. Se sirve con la nata recién montada por encima. Ana María Calera, Cocina Andaluza, Editorial Everest, S.A, (1995), pag. 243 Con la receta en mano vamos a la tienda y compramos: 1 bolsa de azúcar (1 kg) 3 cartones de huevos 6 tabletas de chocolate “fondant” 1 bolsa de harina (1 kg) 2 paquetes de almendras (150 gr. c/u) 2 tabletas de chocolate 2 barras de mantequilla (100 gr c/u) 3 latas de leche condensada 1 botella de brandy (750 mL) ¿con estas cantidades cuantos pasteles podremos preparar? La receta contiene errores y omisiones ¿puedes identificarlos? y de ello deducir ¿si la receta va a salir bien o no?

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Tarea 6 Tabla de variación de materia. Curva de valoración o titulación En presencia de un exceso de ácido fuerte, el ión yodato reacciona cuantitativamente con el ión yoduro para formar exclusivamente yodo Escribir la ecuación química balanceada para esta reacción Se dispone de un volumen Vo= 100 ml de una disolución de Kl (0.01F) preparada en presencia de un ácido fuerte. HCl (0.02F) . Por otra parte, se tienen 200 ml de una disolución de KlO3 (0.002F) la cual se agrega a la disolución de Kl en incrementos de Vag= 10 ml. Estudio de la variación de las cantidades de materia involucradas en la reacción Yoduro-Yodato: a).- Basándose en los datos anteriores, calcula las cantidades iniciales de materia [n(I-)]o y [n(H+)]o presentes en la disolución a titular. b).- Calcular la cantidad [n(IO3-)]ag. de yodato presente en cada incremento añadido como sustancia titulante. c).- Expresar [n(H+)]o y [n(IO3-)]ag. en función de [n(I-)]o d).- Establecer la tabla de variación de las cantidades de sustancia de las especies H+. I-. IO3-, en el transcurso de la reacción de titulación , tomando como variable n número de incrementos de yodato agregado. e).- Calcular las cantidades de sustancia que reaccionan antes del punto de equivalencia (indica cuál es el reactivo limitante) y las cantidades de sustancia que se forman, expresándolas todas en función de [n(I-)]o. f).- Repetir los mismos cálculos después del punto de equivalencia. g).- Representar gráficamente las variaciones n(x)= f(n), sobre papel milimétrico. Estudio de las variaciones de las concentraciones de las especies involucradas en la reacción Yoduro-Yodato: a).- Considerando el incremento en volumen ocasionado por la adición del reactivo titulante, establece la tabla de variación de las concentraciones de las especies involucradas en la reacción yoduro-yodato , antes y después del punto de equivalencia. b).- Presenta los resultados en forma tabulada para cada valor de n. c) Representa gráficamente las variaciones C(x) =f(n) d).- ¿Cómo se modificarían las curvas C(x)=f(m) en caso de que la disolución de yodato fuera más concentrada y que se redujera el volumen de cada incremento, de manera que el número total de incrementos añadidos permanezca constante?

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Tarea 7 GUIA PARA LA RESOLUCION Y REDACCION DE LAS TAREAS DE OXIDO-REDUCCION. Análisis cualitativo. a) En una escala de potenciales normales (E°) marca todos los valores de Eº que se te proporcionan, e indica los pares redox involucrados en cada valor. Marca en forma especial aquellas especies que se ponen en disolución. b) Con los pares redox indicados en la escala de Eº predice la reacción o reacciones que se van a llevar a cabo. c) Balancea las semireacciones para todos los pares redox involucrados y escribe la expresión correcta de la Ley de Nernst. d) Escribe y balancea las ecuaciones que representan las reacciones que se van a llevar a cabo y escribe la expresión de la o las constantes de reacción (o equilibrio) correspondientes. e) Indica, aún en forma cualitativa, las especies que deberán permanecer en disolución cuando todas las reacciones que deben ocurrir hayan concluido y la disolución se encuentre en equilibrio, Indica, de las especies que permanecen en disolución cual o cuales impondrán el valor de potencial (recuerda que el potencial de cualquier disolución se impone entre el oxidante más fuerte y el reductor más fuerte, de entre todas las especies que permanecen en la disolución al equilibrio)

Análisis cuantitativo. a) Calcule el valor de la constante de reacción para la (s) reacción(es) que se lleven a cabo; analiza el valor numérico y concluye. b) Elabora una tabla de variación de concentraciones para las reacciones que se llevan a cabo , de la siguiente manera: A

+

B

⇔

C

+

D

inicial añadido reacciona se forma queda g) Calcula la concentración de todas las especies en la disolución al momento de alcanzar el equilibrio. Recuerda que no se puede despreciar la concentración de una especie, es necesario demostrar que ésta es despreciable y para ello debes emplear la expresión y el valor numérico de la constante de equilibrio. h) Calcula el potencial (Eeq) de equilibrio que toma la disolución. i) Analiza todos los resultados que has obtenido y concluye sobre todo ello, define (en forma global) que especies te quedan en la disolución (despreciando, ahora si, las especies cuya concentración sea muy pequeña ) y el potencial de ésta. j) Concluye y establece una proposición de un método de análisis para la(s) especies(s) en cuestión.

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EJERCICIO # 1 1) Considerando que: Eº Sn4+/Sn2+= 0.14 V y Eº Hg2+/Hg22+= 0.91V responda a lo que se le pide en cada caso. a) Escriba las ecuaciones de Nernst para cada sistema redox b) Defina cual o cuales reacciones son termodinámicamente factibles para estos dos sistemas redox. c) Calcule la o las constantes de reacción para las reacciones que resultaron termodinámicamente factibles. d) Considere una disolución preparada pesando 0.190 g de SnCl2. 0.544 g de HgCl2 y aforada con agua destilada a 100 ml. Para esta disolución al prediga el ocurre o no una reacción. b) determine la concentración de todas las especies en la disolución , c) Calcule el potencial que toma la disolución al alcanzar el equilibrio. 2) De acuerdo con los siguientes potenciales normales: Eº BrO3-/Br2= 1.52V y Eº Br2/Br-= 1.065 V conteste lo que se le pide; a) Escriba las ecuaciones de Nerst para ambos sistemas redox. b) Calcule el potencial que tendría una disolución 0.1M de Br2. c) Calcule el potencial que tendría una disolución 0.1M de Br-. d) Calcule el potencial que tendría una disolución 0.1M de BrO3-. e) Calcule el potencial que tendría una disolución 0.1M de Br2 y 0.1M de Brf) Calcular el potencial normal para el sistema BrO3-/Br-, h) ¿El Br2 es un anfolito? , en caso afirmativo ¿es estable?. 3) Se burbujea cloro gas en cada una de las siguientes disoluciones: NaF, KBr, y KI. Sabiendo que :Eº F2/F- = 2.85V, Eº Br2/Br-= 1.06 V, Eº I2/I-= 0.54 V. a) Explica lo que sucede en cada una de las disoluciones. b) Calcula la constante de reacción o equilibrio, según sea el caso, para cada una de las disoluciones después de haber burbujeado el cloro. 4) Si conocemos los valores de potencial normal para los sistemas del yodo: Eº IO-/I-= 0.49 V. Eº IO2/IO= 0.14 V y preparamos una disolución adicionando 0.108 g de HIO (P.M= 144.0) y aforando a 250 ml con agua destilada y desionizada (suponemos que la disolución se encuentra a un pH tal, que todo el HIO se encuentra disociado y que además el pH no cambia a lo largo de toda la experiencia) a) Para esta disolución prediga que es lo que sucede tomando en cuenta los valores de potencial normal que se proporcionan. b) Calcule la concentración de todas las especies en la disolución. c) Calcule el valor del potencial que toma esta disolución. 5) A la disolución resultante del inciso anterior se le adiciona una sal de cobalto de forma tal de alcanzar inicialmente una concentración de Co3+ de 2 x 10-3 M. (Eº Co3+/Co2+= 1.84V) a) Explique cualitativamente y con base en los potenciales normales lo que sucede en la disolución resultante. b) Calcule la concentración de todas las especies en la disolución al momento de alcanzar el equilibrio. c) Calcule el valor del potencial que toma esta disolución. 6) Conocemos los potenciales normales de Eº MnO4-/Mn2+= 1.4V. Eº MnO4-/MnO2 ↓= 1.7 V y Eº Fe3+/Fe2+= 0.77 V. Con ello en mente preparamos una disolución pesando 6.32 g de KMnO4 (P.M = 158.04) y 7.56 g de FeCl2 (P.M = 126.0), la mezcla de afora a un volumen de 200 ml con agua desionizada y destilada.

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H. Gómez R., 9/04/07 a) Prediga cualitativamente lo que sucede en la disolución. b) Calcule la concentración de todas las especies presentes en la disolución una vez que se ha alcanzado el equilibrio. c) Calcule el valor del potencial que toma esta disolución. 6a) La disolución obtenida en el inciso 6) se filtra y se le agrega otra disolución que contiene Fe3+ y Fe2+ de manera que las concentraciones iniciales de ambos son: [Fe3+] = 0.5 x 10-3M y de [Fe2+] = 0.25 x 10-3M. a) Para esta nueva disolución prediga cualitativamente lo que sucede. b) Calcule la concentración de todas las especies presentes en la nueva disolución una vez que se ha alcanzado el equilibrio. c) Calcule el valor del potencial que toma esta nueva disolución. EJERCICIO # 2 1) Se prepara una disolución conteniendo la especie BrO- a la concentración inicial 3 x 10-2 M. Explique cualitativamente lo que sucede al poner en contacto la sal con el agua. Para esta disolución calcule la concentración de todas las especies en disolución una vez que se ha alcanzado la condición de equilibrio, así como el potencial que toma la disolución resultante. Se sabe que : Eº BrO-/Br-= 0.76V y Eº BrO3-/BrO-= 0.54V. a) A la disolución resultante del inciso anterior, se le añade Sn2+ para alcanzar una concentración inicial de 2x10-3M. Explique cualitativamente lo que sucede al poner en contacto el Sn2+ con la disolución. Para la nueva disolución, calcule la concentración de todas las especies una vez que se ha alcanzado la condición de equilibrio, así como el potencial que toma esta nueva disolución. Se sabe que Eº Sn4+/Sn2+= 0.15V. 2) Se prepara una disolución pesando 0.074 g de CuCl (P.M= 99.04) y aforando a 250 mL con agua destilada. sabiendo que Eº Cu2+/Cu+= 0.153 V y que Eº Cu+/Cuº= 0.521 V. Explique cualitativamente lo que sucede al poner en contacto la sal con el agua, calcule la concentración de todas las especies en disolución, una vez que se ha alcanzado la condición de equilibrio, así como el potencial que toma la disolución resultante. a) Con los valores de potenciales normales que se dan calcule el potencial normal Eº Cu 2+/Cuº. b) A la disolución anterior se le añade Sn2+ para alcanzar la concentración inicial de 2x10-3 M, sabiendo que Eº Sn4+/Sn2+= 0.15 V. Explique cualitativamente lo que sucede al poner en contacto el Sn2+ con la disolución, calcule la concentración de todas las especies una vez que se ha alcanzado la nueva condición de equilibrio, así como el potencial que toma la disolución resultante. 3) Se prepara una disolución de AgNO3 1 x 10-3 M. sabiendo que Eº Ag2+/Ag+ = 1.98 V y que Eº Ag+/Agº = 0.80 V. Explique cualitativamente lo que sucede al poner en contacto la sal con el agua, calcule la concentración de todas las especies en disolución una vez que se ha alcanzado la condición de equilibrio, así como el potencial que toma la disolución resultante. 4) En un vaso de precipitados mezclamos 100 ml de la disolución A y 200 mL de la disolución B. la disolución A. corresponde a una solución de K2Cr2O7 1x10-2 M y la disolución B corresponde a una solución de KBr 2x10-2M. Si sabemos que Eº Cr2O72+/Cr3+= 1.33V y que Eº Br2/Br-= 1.08 Explique cualitativamente lo que sucede al poner en contacto las dos disoluciones y calcule la concentración de todas las especies una vez que se ha alcanzado la condición de equilibrio, así como el potencial que toma la disolución resultante. 5) Mezclamos una disolución que contiene TIOH 0.05M con otra que contiene FeCl3 0.5M (se garantiza un pH = 0). Sabemos que Eº Tl3+/Tl-= 1.26 V y que Eº Tl+/Tlº= 0.34 V y que Eº Fe3+/Fe2+= 0.77V. Explique cualitativamente lo que sucede al poner en contacto las dos disoluciones y calcule la concentración de todas las especies una vez que se ha alcanzado la condición de equilibrio, así como el potencial que toma la disolución resultante.

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H. Gómez R., 9/04/07 6) Se prepara una disolución de V3+ a una concentración de 1x10-3 M y otra de Mn3+ a una concentración 2 x 10-3M. Sabemos que: Eº V3+/V2+= -0.25V, Eº VO2+/V3+= 0.34V, Eº VO2/VO2+= 1.0 V. Explique cualitativamente lo que sucede al poner en contacto las dos disoluciones y calcule la concentración de todas las especies una vez que se ha alcanzado la condición de equilibrio, así como el potencial que toma la disolución restante. 7) Se prepara una disolución de V3+ a una concentración de 1x10-3 M y otra de Mn3+ a una concentración 2x10-3M. Sabemos que: Eº Mn3+/Mn2+= 1.51V, Eº V3+/V2+= -025V, Eº VO2+/V3+= 0.34V. Eº VO2+/VO2+=1.0V. Explique cuantitativamente lo que sucede al poner en contacto las dos disoluciones y calcule la concentración de todas las especies una vez que se ha alcanzado la condición de equilibrio, así como el potencial que toma la disolución resultante. a) A la disolución anterior le añadimos Pb4+ de forma de alcanzar una concentración inicial de 2x10-3M. Sabemos que Eº Pb4+/Pb2+= 1.80 V. Explique cualitativamente lo que sucede al poner en contacto dos disoluciones y calcule la concentración de todas las especies una vez que se ha alcanzado la condición de equilibrio, así como el potencial que toma la disolución resultante. 8) Se prepara una disolución que contiene inicialmente a la especie BrO3- a una concentración 2x10-1M Sabemos que: Eº BrO3-/Br2= 0.50V y Eº BrO3-/Br-= 0.61 V y Eº BrO3-/BrO-= 1.45 V. Con estos datos prediga cualitativamente lo que sucede al poner en contacto la sal con el agua , y calcule la concentración de todas las especies una vez que se ha alcanzado el equilibrio así como el potencial que toma la disolución resultante. 9) En una disolución se pone Hg2+, Co3+ y Sn2+ en concentraciones 1x10-3 M, 1x10-3M y 2x10-3M respectivamente. sabemos que: Eº Hg2+/Hg22+= 0.90V, Eº Co3+/Co2+= 1.84V Eº Sn4+/Sn2+= 0.15 V. Explique cualitativamente lo que sucede al poner estas sales en contacto con el agua y calcule la concentración de todas las especies una vez que se ha alcanzado la condición de equilibrio, así como el potencial que toma la disolución resultante. 10) Conociendo los siguientes valores Eº VO2+/V3+= 0.68V. Eº VO2+/VO3+= 1.0V a) Calcule el valor del potencial normal Eº VO2+/V3+ = ? b) Con el potencial calculado en el inciso a) y sabiendo que Eº Ce4+/Ce3+= 1.7V escriba la reacción que ocurriría al mezcla una disolución de V3+ 0.01M y una disolución de Ce4+ 0.10M. c) Calcule el potencial de equilibrio y la concentración de todas las especies en la disolución resultante del inciso b). 11) A 250 mL de agua destilada le adicionamos 0.108 g de HIO3 (P.M. = 144) esto constituye la disolución A (suponemos que HIO3 se encuentra totalmente disociado). Sabemos que Eº IO3-/IO-= 0.14 V y que Eº IO-/I-= 0.49V. Con estos datos explique cualitativamente lo que sucede al poner este ácido en contacto con el agua y calcule la concentración de todas las especies una vez que se ha alcanzado la condición de equilibrio, así como el potencial que toma la disolución resultante. a) A la disolución A le añadimos Co2+ a una concentración inicial de 2x10-3M. Sabiendo que: Eº Co3+/Co2+= 1.84 V, explique cualitativamente lo que sucede al poner Co2+ em contacto con la disolución A y calcule la concentración de todas las especies una vez que se ha alcanzado la condición de equilibrio, así como el potencial que toma la disolución resultante.

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Tarea 8 PROBLEMAS DE ACIDO-BASE

1.- El ácido cianhídrico es un gas altamente tóxico. Tiene un olor característico a almendras amargas. Este gas fue utilizado en la famosa "cámara de gases" para ejecutar las sentencias de muerte de los presos en E.U.A. Este ácido también es empleado en los mecanismos de defensa de ciertos insectos. Algunos centípodos excretan una solución diluida de HCN al ser molestados Esta solución corresponde a una disolución 0.20M de ácido cianhídrico. ¿Qué pH tiene dicha disolución? ¿Cuál será el grado de disociación del HCN? ¿Cuál es la concentración de CN-? Investiga quién es responsable de la toxicidad del cianuro, el HCN o el CNpKa(HCN) = 9.2 2.- Una reciente campaña publicitaria anuncia un limpiador líquido para vidrio y cerámica al que cataloga como "tan fuerte que puede olerlo" . Estos limpiadores contienen, además de otros componentes, amoníaco en una concentración 3.0 M aproximadamente. Si el amoníaco fuese el único compuesto que afectase el pH ¿Cuál sería el pH aproximado de estas disoluciones? Calcula el grado de disociación del amoníaco y la concentración del ión amonio en dicho producto. pKa= (NH3) = 9.2 Nota: Calcule el pH y compárelo con el de uno de estos productos comerciales empleando papel indicador de pH. 3.- El ácido bórico es un magnífico compuesto para el lavado de los ojos, la mayoría de las soluciones comerciales, tales como el Murine, útil para el tratamiento de los ojos irritados, contienen ácido bórico. En los laboratorios es conveniente tener siempre una solución de ácido bórico aproximadamente 0.18 M. para el lavado de ojos en caso de que ocurra un accidente que afecte éstos órganos ¿Cuál será el pH de dicha solución? pKa (HBO)2 = 9.2 Calcula el grado de disociación del ácido bórico y la concentración del ión borato en dicho producto. Investiga como se obtiene el ácido bórico o los boratos. Investiga cuál es la fórmula correcta para ambos y define su forma de disociación de manera que te puedas explicar el ejercicio que acabas de resolver. 4.- La mayoría de los peces excretan el nitrógeno de desecho en forma de amoníaco y no como urea como lo hacen los mamíferos. Si en un acuario con una capacidad de 100 l de agua tenemos 10 peces y cada uno de ellos excreta aproximadamente 0.002 g de amoníaco por día. ¿Cuál será el pH del agua del acuario después de un mes? Calcula el grado de disociación del amoníaco y la concentración del ión amonio en la pecera. pKa (NH3) = 9.2 5.- Las disoluciones de ácido fórmico pueden producir severas quemaduras en la piel . Las hormigas "rojas" emplean como mecanismo de defensa una solución de ácido fórmico aproximadamente 0.15 M ¿Cuál es el pH de la solución que inyecta una hormiga? Calcula el grado de disociación del ácido fórmico y la concentración de su base correspondiente en esa disolución. pKa(HCOOH) = 3.7. 6.- La etanolamina se detecta entre los productos de degradación de unos compuestos orgánicos muy complejos llamados Cefalinas. Las Cefalinas se piensa, juega un papel muy importante en la coagulación de la sangre. La concentración de estos productos de degradación corresponden a la de una disolución 0.5M de etanolamina ¿Cual será el valor de pH de una disolución de estos productos de degradación?

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H. Gómez R., 9/04/07 pKa(HOCH2CH2NH2) = 4.5. 7.- El sabor ácido de la leche cortada se debe principalmente a la producción de ácido láctico, por la fermentación bacteriana de los azúcares de la leche ¿Cuál será el pH de una leche que contiene 0.25 M de ácido láctico?. pKa(CH3COHCOOH) = 3.8. Determina en tu casa el pH de la leche que consumes y analiza el resultado en función del ejercicio que acabas de resolver. Deja que la leche se corte y vuelve a determinar el pH. Concluye . 8.- La nicotina es uno de los alcaloides tóxicos del tabaco. La nicotina ha sido empleada en soluciones diluidas como insecticida. El valor de Kb para el grupo funcional que da el carácter más básico a la nicotina es de 1.0x10-6 ¿Cuál será el pH de una disolución que contiene 10.0 g de nicotina por litro de disolución? P.M. (C10H14N2) = 162 Investiga la fórmula desarrollada de la nicotina y porqué se considera a este compuesto dentro del grupo de los alcaloides, sin que lo sea. 9.- La orina es por mucho el producto de excreción más importante del cuerpo y es el medio por el cual los productos finales del metabolismo de nitrógeno y las sales minerales solubles son eliminados en condiciones de salud. El catabolismo de las purinas de las núcleo-proteinas conduce a la formación de ácido úrico que es excretado por la orina. ¿Cuál es el pH aproximado de una muestra de orina, basada en una concentración de ácido úrico de 2 x 10-3M? pKa(Ac. Úrico) = 3.9. Investiga la fórmula desarrollada del ácido úrico y de su base conjugada. La acumulación de ácido úrico en el organismo conduce a algunas enfermedades, averigua cuales son y como se tratan. 10.- El ácido acetilsalicílico se consumió durante muchos años como Aspirina ó como Alka-Seltzer. Últimamente se han desarrollado otro tipo de analgésicos que están tamponados, como Anacin ó Bufferin, ya que según la publicidad, la Aspirina sola es un ácido que lastima la mucosa estomacal. Calcule el pH de una disolución 0.1M de ácido acetilsalicílico. Calcule el pH de una disolución de HCl 0.1M (que es el ácido que normalmente contiene el estómago) y compare los dos valores. Concluya sobre la ventaja de emplear Anacin en lugar de Aspirina. pKa(Ac. Acetilsalicílico) = 4.5. Investiga la fórmula desarrollada del ácido acetilsalicílico y de su base conjugada, quién lo descubrió y sus propiedades farmacológicas. 11.- Un buen número de medicamentos que se encuentran en el mercado para el control de la acidez. gástrica, contienen una disolución amortiguadora de fosfatos, a la cual se le adicionan saborizantes artificiales y azúcar para hacerla más agradable al paladar. Esta disolución amortiguadora tiene un pH=7.4, mantenido por una concentración de H2PO4- 0.5M y HPO42- 0.8M . Si se tomasen 20 mL de esta disolución para controlar un estómago acidificado, o sea, esta disolución se agrega a 100ml de una disolución de HCl 0.1M (pH estomacal de 1.0) ¿Cuál será el pH de los 120ml de mezcla resultante? a) A pesar de que el pH de una disolución amortiguadora es independiente de volumen y la dilución, la CAPACIDAD AMORTIGUADORA no lo es. La capacidad amortiguadora se refiere a la cantidad de ácido o base que esa disolución puede aceptar sin que su pH varíe notablemente. Piense, si usted que conoce de disoluciones amortiguadoras hubiera decidido ahorrarse dinero y diluye la disolución amortiguadora 1:1000 con agua destilada y entonces se toma los 20 mL de disolución diluida, para neutralizar los mismos 100 ml de ácido estomacal. ¿qué sucedería? H3PO4. pKa3=2.1 , pKa2= 7.2 pKa1= 12.3 12.- El dióxido de carbono que se forma durante la oxidación de nutrientes es principalmente un producto de excreción. El dióxido de carbono formado se transporta de los tejidos al torrente circulatorio y de ahí a

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H. Gómez R., 9/04/07 los pulmones. El CO2 al difundirse en la sangre, reacciona rápidamente con el agua y se establece el siguiente equilibrio: CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3se considera que la siguiente disociación de bicarbonato a carbonato es totalmente despreciable. Es por esto que una de las principales soluciones amortiguadoras en la sangre es el sistema ácido carbónico / bicarbonato. ¿Cuál será el pH aproximado de una muestra de sangre en la que la concentración de HCO3- es 0.032M y la de H2CO3 (CO2 disuelto) es de 0.0016M? (H2CO3: pKa2 = 6.3, pKa1 = 10.2) Investiga que es una acidosis y una alcalosis y como se tratan. 13.- Otra disolución amortiguadora que existe en la sangre es la del sistema H2PO4-/HPO42- y la combinación de esta disolución y la del H2CO3/HCO3- mantienen el pH de la sangre normal en un valor de 7.4. El que se mantenga un pH constante es vital ya que muchas de las células del organismo son destruidas fácilmente por un pequeño exceso de acidez o de alcalinidad )acidosis y alcalosis). Las soluciones amortiguadoras de los humanos deben entonces ser capaces de contrarrestar la adición súbita de ácidos, como en el caso de la formación de ácido láctico por una actividad muscular vigorosa, o de bases, como la producción de ciertos productos nitrogenados provenientes del metabolismo de aminoácidos y nucleoproteínas . La solución amortiguadora de pH= 12.0? Investiga por qué no es posible emplear un electrodo combinado de vidrio para medir el pH de esa disolución. 14.- En una planta procesadora de manzanas, se emplea una disolución de NaOH relativamente concentrada como para que se impráctico emplear un electrodo de vidrio para monitorear el pH durante este proceso. Es por esto que para checar el pH se emplean ciertos indicadores químicos coloridos. Pero para poder determinar visualmente el valor de pH se debe tener una solución amortiguadora de un pH conocido y cercano al valor que interesa )en este caso pH = 12.0) para tener una referencia del color, en el que podamos confiar y así determinar si la solución todavía es lo suficientemente "fuerte " para "pelar" manzanas ¿Que volúmenes relativos de dos soluciones, una 0.3M de PO43- y la otra 0.5M de HPO42se deben mezclar para obtener una disolución amortiguadora de pH = 12.0? Investiga por qué no es posible emplear un electrodo combinado de vidrio para medir el pH de esa disolución 15.- Las disoluciones amortiguadoras muy alcalinas se deben guardar en botellas de plástico , ya que el vidrio es rápidamente atacado por los OH-. Además el uso repetido de una de estas disoluciones hace que el valor de pH disminuya paulatinamente, por la reacción de los OH- con el CO2 que se absorbe del aire: CO2 + OH- ↔ HCO3Si la disolución descrita es el problema anterior (14) a raíz de su uso periódico hubiera cambiado su valor de pH 11.3 ¿qué volumen de una disolución 0.1M de NaOH se podría agregar a 250mL de esa disolución para restablecer su `pH de 12-0? 16.- Aun en concentraciones moderadas, el flúor puede ser un veneno acumulativo para los seres humanos, ya que altera la actividad de ciertos sistemas enzimáticos vitales. Es por esto que los desechos de fluoruros de plantas productos de aluminio a industrias de fosfatos que emplean como materia prima roca fluoroapatita, presentan un serio problema. Una forma de evitar la contaminación, principalmente de H en aire, es el pasar los gases emitidos por una disolución de NaOH. La mezcla resultante de HF y NaF se puede desechar por el drenaje ¿Cual es el pH de 20001 de la disolución de NaOH 4 M que han absorbido 328 Kg de HF? (HF: pKa= 3.45)

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H. Gómez R., 9/04/07 Investiga en que partes del país se encuentran fluoroapatitas, o roca fosfórica que también contiene flúor y que problemas a la salud pública causa el flúor (fluorosis).

Tarea 9 ACIDO-BASE. VALORACIONES DE MEZCLAS Objetivo General: Realizar el estudio cualitativo y cuantitativo de la valoración de una mezcla de ácidos empleando una base fuerte como reactivo valorante. De los resultados obtenidos del estudio teórico se deberá proponer una metodología práctica de análisis que permita relacionar los valores obtenidos en el laboratorio con un problema en la producción industrial de un producto químico. Objetivos Específicos: - Analizar la formación de una mezcla al adicionar un producto al agua. - Analizar la variación en la cantidad de materia de las especies involucradas en una reacción de valoración como una función del cambio en el pH de la disolución y la cantidad de reactivo valorante añadido. - Representar gráficamente las curvas de valoración pH = f(x) en correspondencia con la gráfica de concentraciones de especies log Cl = f(pH) -Interpretar las gráficas y los resultados obtenidos para realizar proposiciones y elaborar conclusiones sobre la precisión y la bondad de la determinación que se pretende llevar a cabo. - Aplicar los resultados obtenidos del estudio teórico a la resolución de un problema específico. Planteamiento del problema: Los cloruros de ácidos grasos son agentes de esterificación muy empleados en síntesis orgánica. En particular el cloruro de caproilo )CH3- (CH2)4 - COCl P.M. = 134.61) sirve para la preparación de ciertos esteres de gran aplicación en la industria de aromas y fragancias. Los cloruros de ácido se preparan al hacer reaccionar cloro gas con el ácido graso correspondiente, en un disolvente adecuado, según: O R C + HCl Cl

O + Cl2 R C OH

el cloruro de ácido, así preparado, se hace reaccionar con un alcohol para generar el ester correspondientes, depende del alcohol que se emplee el ester que se obtenga: O O + R OH + HCl R C R C Cl O R

La producción de cloruros de ácido presenta dos problemas: a) la conversión del ácido graso al cloruro correspondiente no es cuantitativa y por lo tanto el producto final es una mezcla del cloruro y el ácido graso libre: y b) los cloruros de ácido reaccionan con el agua regenerando el ácido graso y produciendo ácido clorhídrico según: O O + HCl R C + H2 O R C Cl OH es por ello que tanto en la producción como en el almacenaje se debe tener un eficiente control de la humedad. El valor comercial de los cloruros de ácido se da en función de la relación de cloruro de ácido a ácido graso libre presentes en el lote.

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H. Gómez R., 9/04/07 Para poder conocer la cantidad de cloruro formado, la cantidad de ácido grado libre y con ello determinar, tanto el grado de conversión alcanzado en la producción, así como su valor comercial, se puede practicar a las muestras de cada lote una valoración ácido-base-.- Sin embargo, como los cloruros de ácido reaccionan cuantitativamente con el agua, se deberá en principio demostrar la factibilidad teórica de poder determinar tanto la cantidad de ácido clorhídrico como de ácido graso formado por una muestra pura de cloruro de ácido. Esta factibilidad teórica queda demostrada si es posible detectar dos puntos de equivalencia, si esto ocurres entonces se podrá aplicar el método al análisis de una muestra real de un lote de producción de cloruros de ácido. Guía de redacción y presentación del trabajo. Titulo : "Estudio de la valoración potenciométrica de una disolución acuosa de cloruro de caproilo 0.04F con una base fuerte".

Estudio cualitativo. 1) Indicar que especies se encuentran inicialmente en la disolución acuosa de cloruro de caproilo antes de comenzar la valoración , y ¿Cuál es la concentración de cada una de ellas? 2) Predecir , empleando una escala de pH, las reacciones que se van a llevar a cabo, el orden en el que estas ocurrirán , las expresiones de las constantes de reacción y el parámetro de cuantitatividad (∆pH) en el momento de adicionar la base fuerte. 3) Indicar el sentido de variación del pH durante la valoración. 4) Indicar cuantos puntos de equivalencia deben ocurrir y la factibilidad de poder detectarlos en forma satisfactoria. 5) indicar los pares ácido-base que regulan el pH antes y después de cada punto de equivalencia. Estudio cuantitativo. 1) Calcula el valor numérico de las constantes de reacción durante la valoración y de las constantes de equilibrio en los puntos de equivalencia. 2) Elabora una tabla de variación de las concentraciones, toma la variable "x" como la fracción de reactivo valorante añadido en función de la concentración inicial (Co = 0.04F) de cloruro de caproilo. 3) Escribe las ecuaciones que permiten en forma aproximada el cálculo del pH durante la valoración. 4) En una hoja de papel milimétrico representa el diagrama logarítmico de concentraciones de especies log Cl = f(pH) para la disolución acuosa del cloruro de caproilo a la concentración 0.04F. En la misma hoja de papel milimétrico y en correspondencia con el diagrama anterior traza la curva teórica de valoración pH = f(x) . Recuerda de marcar en los diagramas todos aquellos puntos que permitan una adecuada interpretación de las gráficas, así como de hacer todas las indicaciones pertinentes que faciliten ésta interpretación. 5) Determina en forma gráfica y por medio del cálculo la cuantitatividad alcanzable en cada punto de equivalencia. De una tabla de indicadores visuales para valoraciones ácido-base., selecciona uno que pudiera ser empleado en cada uno de los puntos de equivalencia y evalúa la precisión que se pudiera alcanzar con ellos. 6) Concluye sobre la factibilidad de la valoración y la forma experimental en que ésta deberá de llevarse a cabo. 7) En función de todo lo anterior y conociendo que la solubilidad del ácido caproico en agua a 20°C es de 1.082 g por cada 100 g de agua, elabora una proposición de un método de análisis de una muestra comercial de cloruro de caproilo con el que puedas determinar: a) la cantidad de cloruro de caproilo, b) la cantidad de ácido graso libre c) el grado de conversión del reactor en el que se esta preparando el cloruro de caproilo. Problema de aplicación.

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H. Gómez R., 9/04/07 Empleando el método que acabas de proponer realizaste la valoración de 3 muestras obtenidas del lote de cloruro de caproilo marcado como ATP 43537890. La sosa que empleaste tenía una normalidad de 0.0516 y valoraste alícuotas de 25 mL de una disolución preparada pesando 0.500 g del cloruro de ácido y aforando con agua destilada a 100 mL a las que previamente le añadiste el indicador adecuado. Los mililitros de la disolución de sosa que requirió cada alícuota hasta el vire del indicador son:

vol. 1er punto final vol. 2°-punto final

Muestra # 1 18.75 ml 42.10 ml

Muestra # 2 17.72 ml 42.50 ml

Muestra # 3 18.65 ml 42.55 ml

Determina para este lote de producción: a) la cantidad de cloruro de ácido presente, b) la cantidad de ácido graso libre. Con estos datos evalúa el funcionamiento del reactor si por especificaciones se sabe que el grado de conversión es de 75%. Datos: pKa del ácido caproico es de 4.65 Nota: Este problema le fue presentado al departamento de Química Analítica de la División de Estudios de Posgrado por los directivos de una industria que produce en México los cloruros de ácido y deseaba exportarlos, sin embargo, no contaba con una metodología de análisis adecuada.

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Tarea 10 PROBLEMAS SOBRE COMPLEJOS.

1) Una disolución de tiosulfato de sodio (soluciones HYPO nombre que se les da en fotografía) es la que se emplea en los baños de fijado en los laboratorios fotográficos . Los rollos de película fotográfica contienen bromuro de plata (AgBr) el cual se "activa" al ser expuesto a la luz. El proceso de revelado lo que se hace es reducir a plata metálica negra el bromuro de plata "activado" que queda fijo en la emulsión del rollo. La función de las disoluciones HYPO durante el revelado es la de disolver el bromuro de plana residual, no expuesto a la luz, antes de poder sacar el rollo del cuarto oscuro. A pesar de que es muy difícil disolver con agua el AgBr contenido en la emulsión , este puede ser lavado rápidamente del rollo con las disoluciones de HYPO y esto debido a la formación del complejo estable: (Ag(S2O3)2)3Se requiere de calcular la cantidad de plata libre que queda en una disolución HYPO usada en la que la concentración del complejo es de 0.15 M y la concentración de tiosulfato libre es de 2.65 M. pKc (Ag(S2O3)2)3- = 13.46 2) La hemoglobina es una molécula orgánica sumamente compleja (peso molecular de 68000 daltons) y contiene 4 iones Fe2+ , fijos por los anillos porfirínicos de cada molécula de hemoglobina. Las propiedades de transporte de oxígeno de las células rojas se debe a la facilidad con que se forma un complejo entre el oxígeno molecular y la hemoglobina, en la formación de este complejo los iones Fe2+ juegan un papel fundamental. La toxicidad de los cianuros (CN-) es debida en gran parte a que son capaces de formar un complejo sumamente estable con los iones Fe2+, el cual resulta ser mucho más estable que el que se forma con el oxígeno molecular. Es en esta forma que los cianuros impiden el transporte de oxígeno por parte de la hemoglobina causando la muerte por asfixia. para ilustrar la afinidad de los CN- por los iones Fe2+ , calcule la concentración de Fe2+ libre en una disolución preparada mezclando 45 ml de una disolución de FeSO4 0.01M con 5.0 ml de una disolución de KCN 2.0M. 3) La plata se encuentra en la naturaleza en diferentes formas incluyendo su forma metálica, sin embargo, las formas más comunes en las que se encuentra la plata es formando cloruros o sulfuros, siendo ambas bastante insolubles en agua. Una de las formas más comunes para separar este metal de sus menas es por el método de los cianuros., este consiste en tratar el material finamente dividido con una disolución de NaCN, con esto se logra formar el complejo Ag(CN)2-. después de filtrar la mezcla la disolución se trata con zinc metálico para reducir el ión plata a plata metálica , las reacciones que se llevan a cabo son: Ag2S↔ + 4 CN- ↔ 2 Ag(CN)2-+ S22 Ag(CN)2- + Zno ↔ 2 Ago + 2 Zn(CN)42¿Cuál será la concentración de plata libre en una disolución en la que la concentración del complejo de plata es de 0.20M y el CN- se encuentra en concentración 1.2M? ¿Cuál será la concentración de Zn2+ libre en una disolución que contiene el complejo de cianuros con zinc a una concentración 0.10 M y la concentración de CN- en exceso es de 1.1M? 4) El cadmio ha encontrado un amplio campo de aplicación en el electroplateado de partes metálicas por dos causas principalmente, una es la magnífica resistencia a la corrosión y la otra es fundamentalmente decorativa, le imparte a los metales una coloración azul grisácea muy atractiva. El emplear disoluciones para electroplateado muy concentradas en cadmio no es conveniente porque entonces no se logra un recubrimiento uniforme, sin embargo el operar con disoluciones diluidas no es costeable y el proceso se

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H. Gómez R., 9/04/07 hace tedioso. La solución del problema consiste en emplear una disolución concentrada de un complejo estable de cadmio, con lo cual se dispone de una gran cantidad de ion cadmio., pero cantidad de cadmio libre en la disolución es muy pequeña . La cantidad de Cd2+ libre se puede controlar con la adecuada selección delo complejo . En la mayoría de las plantas de electrodeposición de cadmio se emplea el complejo con cianuros, tetraciano cadmio(II). ¿Cuál será la concentración aproximada de Cd2+ libre en una disolución de electrolito preparada con 10 1 de una disolución de NaCN 6.0 y 90 1 de una disolución de CdCl2 0.10M?

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