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• Celith Rossy Inga

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RESOLUCION DEL EXAMEN SUSTITUTORIO DE QUIMICA I

ALUMNO: López Castromonte, Alexander 1) 20 ml de una solución de iones Co 2+ y Co 3+ se titula con 18 ml de solución de KMnO4 0.02M (ácido sulfúrico diluido), de tal manera que todo el ion Co 2+ se oxida a Co3+. Luego todo el ion Co 3+ se reduce a Co2+ por reducción con zinc metálico. Finalmente la solución que solo tiene Co 2+ requiere 40 ml de KMnO4 0.02M para su oxidación a Co3+. Determine las molaridades de iones Co2+ y Co3+ en la solución original. SOLUCION: -Sea una primera reacción en medio ácido sulfúrico: Co2+ + MnO4-  Co3+ + Mn2+ Balanceando: 5x( Co2+  Co3+ + e- ) 1x( MnO4- + 8H+ + 5e5Co2+ 5mol nCo2+

+

MnO41mol 0.02x18

+



8H+

 Mn2+ + 4H2O ) 5Co3+

+

Mn2+

+

4H2O

= nCo2+=1.8mmol [Co2+]=1.8mmol/20ml=0.09 M

-La reducción de Co3+ a Co2+ (ecuación ya balanceada): 2Co3+ (1.8 + x) mmol

+

Zn



2Co2+ (1.8 + x) mmol

-Ultima reacción: Co2+ + MnO4-  Co3+ + Mn2+ en medio H2SO4:

+

1Zn2+

5Co2+ 5 mol

+

nCo2+TOTAL

MnO41 mol 0.02x40

8H+

+



5Co3+

+

Mn2+

+ 4H2O

nCo2+TOTAL=4mmol, entonces: 1.8 + x = 4 x=2.2mmol [Co3+]=2.2mmol/20ml = 0.11M

Las molaridades son: [Co2+]=0.09M y [Co3+]=0.11M

2) Se prepara una solución Buffer mezclando 500ml de NH3 0.5M con 250 ml de NH4Cl 0.5M. Luego se agrega agua hasta que el volumen total sea de 1L (Kb=1.8x10-5 para NH3). a) Determine el PH de la solución buffer. b) A esta solución buffer se le añade 0.01 mol de HCl, determine el pH resultante (el volumen de solución buffer no cambia). c) ¿Qué cantidad de moles de HCl (ac) deben agregarse a la solución buffer para que la solución deje de ser básica? SOLUCION: Sea una solución buffer, el equilibrio de la base débil: Inicio Reacció n Equilibri o

NH3 + 0.5Mx0.5L/1 L -x

H2O -

0.25 – x

Ojo: El Cl- de NH4Cl es ion espectador (0.125  x)( x) (0.25  x)

a) Kb = 1.8x10-5 = x = [OH-] = 3.16x10-5

(Vt=1L)

NH4+ 0.5Mx0.25L/1 L +x 0.125 + x

+

OH0 +x x

pOH = 4.44 y pH = 9.556

b) Adiciono HCl 0.01M, ocurre una neutralización: HCl 0.01 -0.01 0

Inicio Reacción Equilibrio

+

NH3 0.25 -0.01 0.24



NH4+Cl0.125 +0.01 0.135

(

Utilizo la ecuación de Henderson: pH = pKa + log ( pH = -log

10 14 ) 1.8 x10 5

+ log

0.24 0.135

pH = 9.5051

c) Neutro = pOH = 7 = pH (

Henderson: pOH = pKb + log (

7 = -log(1.8x10-5) + log (

2.255 = log (

180 =

acido ) base

0.125  x ) 0.25  x

0.125  x ) 0.25  x

0.125  x ) 0.25  x

x = 0.2479 = 0.248 mol

a) pH = 9.556 b) pH = 9.5051 c) 0.248 mol

base ) acido

3) Resolver 3.A) Prediga la presión del nitrógeno (N2) para 175K y v = 0.00375m3/kg según: a) La ecuación de estado ideal para los gases b) La ecuación de estado de Van der Waals. Compare y calcule el error de estos valores obtenidos con el determinado experimentalmente que es de 1000 kPa. Constantes Waals

Ecuación de Van der

a  0.175m 6  kPa / kg 2

P

b  0.00138m 3 / kg

RT a  2 vb v

SOLUCION: 0.00375m 3 x

a) Para el N2, asumo 1kg, entonces Volumen = M  28 g / mol 

1000 g nN 2

Sea 1kg: nN2 = 35.7142 Ecuación de estado: PV=nRT P(3.75)  (35.7142)(0.085)(175)

P = 136.666 atm

P

b)

RT a  2 vb v

, reemplazo los datos:

1000 L  3.75 L 1m 3

m 6  kPa Pa  m 3 0 . 175 (8.31 )(175K ) kg 2 mol  K P  m3 m3 m3 0.00375  0.00138 (0.00375 ) 2 kg kg kg

Recordar que es 1kg de N2:

Pa  m 3 1454.25 mol  12444.44kPa P m3 2.37 x10 3 kg Pa  kg 35.7142mol P  613607.60   12444.44kPa mol 1kg P  21914.5kPa  12444.44kPa P  9470.06kPa Calculando el %error: 9470.06  1000) x100% 9470.06 %error  89.44% %error  (

P = 9470.06 kPa y %error=89.44%

3B) Calcule el Kc para la siguiente reacción en equilibrio: 2N2O(g) + 3O2(g)

2N2O4(g)

Utilizando: 2N2(g) + O2(g) N2O4(g)

2N2O(g) 2NO2(g)

1/2N2(g) + O2(g)

Kc1=1.2x10-35 Kc2=4.6x10-3

NO2(g)Kc3=4.1x10-9

SOLUCION: Ordenando las reacciones para que sumando den la general:

2N2O(g) 2N2(g) + O2(g) ´=(1/Kc1)=8.3333x1034

Kc1

4NO2(g) 2N2O4(g) 2 ´=(1/Kc2) =47258.97921

Kc2

2N2(g) + 4O2(g) 2N2O(g) + 3O2(g)

Kc3´=(Kc3)4=2.82576x10-34

NO2(g) 2N2O4(g)

Kc=?

Kc= Kc1´x Kc2´x Kc3´ Kc=1112857.836

4) Resolver: 4A) El monóxido de carbono (CO), es un veneno metabólico, es incoloro, inodoro y se representa en el estado gaseoso, a la temperatura ambiente. Debido a esto al CO se le denomina de “contaminante imperceptible”. Cuando se inhala, el CO interfiere en el transporte de O2 a la sangre, al reaccionar con la hemoglobina, para formar la carboxihemoglobina. Oxihemoglobina + CO(g)

k2

k1

Carboxihemoglobina(ac) + O2(g)

Dado la cinética de la reacción de formación de la carboxihemoglobina es de primer orden en relación a cada uno de sus reactivos señale la alternativa correcta. Justifique cada respuesta.

SOLUCION: Si la reacción DIRECTA es de primer orden con respecto a sus reactivos: v=k1[Oxihemoglobina][CO] , donde por ser de primer orden el exponente son 1. Las unidades de k1: mol mol mol  k1( )( ) Ls L L k1  L  mol 1  s 1 De la reacción inversa no podemos afirmar nada. b) La ley de velocidad de la reacción directa está dada por v=k1[Oxihemoglobina][CO], y las dimensiones de k1 serán L.mol -1.s-1

4B) La siguiente reacción en fase gaseosa fue estudiada a 300oC ClCO2CCl(g)  2COCl3(g) Al observar el cambio de presión, en función del tiempo, en un recipiente de volumen constante Tiempo(s) Presión(torr)

0 15.76

181 18.88

513 22.79

1164 27.08

a) ¿Cuál es el orden de la reacción? realice los 2 gráficos necesarios. b) Determine la constante de velocidad y la vida media. c) Halle la presión total del sistema al cabo de 30 minutos SOLUCION: Asumo a ClCO2CCl como A y a COCl3 como B: Entonces: 1A(g) 15.76 -x 15.76-x

Inicio Reacción



2B(g) 0 +2x 2x

PT = 15.76 + x, donde x = PT - 15.76 PA = 2(15.76) – PT PA = 31.52 – PT Tabulo los valores: Tiempo(s) PT(torr) PA Ln(PA) 1/PA a) Grafico : Ln(PA) – t

0 15.76 15.76 2.757 0.0634

181 18.88 12.64 2.537 0.0791

513 22.79 8.73 2.167 0.1145

1164 27.08 4.44 1.49 0.2252

1/PA – t

Se observa que la reacción es de PRIMER ORDEN b) Se cumple para una reacción de primer orden: LnPt = -kt + LnPo

Calculo la pendiente: m = -k =

2.757  1.49  1.09 x10 3 0  1164

Entonces:

k  1.09 x10 3

S-1

Vida media: t1/2 = 0.693/k = 635.78 s k=1.09x10-3 s-1 y t1/2 = 635.78s

c) 30 minutos = 1800s Ln(PA) = (-1.09x10-3)(1800) + Ln(15.76)

Ln(PA) = -1.962 + 2.757 = 0.795 PA = 2.215 torr Sabemos que PA = 31.52 - PT Entonces: P