Manual de Laboratorio QGII

QG II 2012-2 Equivalentes y normalidad Pgina 1

Equivalentes y normalidad Preguntas a responder al final de la sesin: 1. Cul es la relacin de volmenes entre el cido y la base cuando se neutraliza una

disolucin de base con una disolucin de cido de la misma normalidad? 2. Cul es la relacin de volmenes entre el cido y la base cuando se neutraliza una

disolucin de base con una disolucin de cido de la misma molaridad? Tarea previa

1. En una disolucin de H2SO4 1M, Cul es la concentracin molar de los tomos de hidrgeno?

2. Cul es la normalidad de una disolucin 1M de H2SO4?

3. En una disolucin de H3Cit 1M, Cul es la concentracin molar de los tomos de hidrgeno cidos?

4. Cul es la normalidad de una disolucin 1M de H3Cit?

5. Cul es la normalidad de una disolucin 1M de NaOH?

6. Considerando un litro de una disolucin de KMnO4 1M que va a reaccionar para dar Mn2+, Cuntos moles de electrones va a aceptar el Mn?

5.


7. Cul es la normalidad de esta disolucin 1M de KMnO4

8. Considerando un litro de una disolucin de Fe2+ 1M que va a reaccionar para dar Fe3+ Cuntos moles de electrones va a ceder un mol el Fe2+?

9. Cul es la normalidad de esta disolucin de Fe2+?

10. Considerando un litro de una disolucin de oxalato de sodio, Na2(C2O4), 1M que va a reaccionar para dar CO2, Cuntos moles de electrones va a ceder un mol de ion oxalato?

11. Cul es la normalidad de esta disolucin de Na2(C2O4)?

12. Investiga los posibles efectos dainos a la salud o al medio ambiente, de las sales ferrosas y del oxalato de sodio.


Parte 1. Reacciones cido-base Material y reactivos

Nota: en esta prctica, todas las disoluciones sern preparadas por el laboratorista.

-Bureta con soporte y pinzas -Matraces Erlenmeyer de 125mL

-Disolucin de NaOH 0.1M -Disolucin de H2SO4 0.1M

-Disolucin de H2SO4 0.05M -Disolucin de cido ctrico 0.1M

-Disolucin de cido ctrico 0.033M -Disolucin de fenloltalena (indicador)

Procedimiento

Realizar las siguientes valoraciones, utilizando fenolftalena como indicador del final de la reaccin.

Valorar por triplicado 5mL de H2SO4 0.1M. con NaOH 0.1M

Valorar por triplicado 5mL de H2SO4 0.05M con NaOH 0.1M

Anotar en la primera columna de la tabla la normalidad correspondiente para el cido

Registrar los resultados en la Tabla 1. Tabla 1.

H2SO4 0.1M

=____N

NaOH 0.1M Relacin

V(cido): V(base) V1 V2 V3 Vprom

5mL

H2SO4 0.05M

=___N

NaOH 0.1M Relacin

V(cido): V(base) V1 V2 V3 Vprom

5mL


Valorar por triplicado 5mL de H3Cit 0.1M con NaOH 0.1M.

Valorar por triplicado 5mL de H3Cit 0.033M com NaOH 0.1M.

Anotar en la primera columna de la tabla la normalidad correspondiente para el cido.

Registrar los resultados en la Tabla 2.

Tabla 2.

H3Cit 0.1M

=____N

NaOH 0.1M Relacin

V(cido):V(base) V1 V2 V3 Vprom

5mL

H3Cit 0.033M

=___N

NaOH 0.1M Relacin

V(cido):V(base) V1 V2 V3 Vprom

5mL

Cuestionario

1. Completar y balancear las reacciones de neutralizacin llevadas a cabo:

H2SO4 + NaOH

H3Cit + NaOH

2. Cul es la relacin de volmenes entre el cido (sulfrico o ctrico) y la base

cuando se neutraliza una disolucin de base con una disolucin de cido de la misma normalidad?

3. Cul es la relacin de volmenes entre el cido (sulfrico o ctrico) y la base cuando se neutraliza una disolucin de base con una disolucin de cido de la misma molaridad?


Parte 2. Reacciones de xido-reduccin

Material y reactivos

Nota: en esta prctica, todas las disoluciones sern preparadas por el laboratorista.

-Bureta con soporte y pinzas -Matraces Erlenmeyer de 125mL

-Disolucin de KMnO4 0.1M -Disolucin de KMnO4 0.02M

-Disolucin de H2SO4 4 M -Disolucin de FeSO4 0.1M

-Disolucin de oxalato de sodio 0.1M -Disolucin de oxalato de sodio 0.05M

Procedimiento Realizar las siguientes valoraciones de Fe 2+ con KMnO4

Valorar por triplicado 5mL de FeSO4 0.1M. con KMnO4 0.1M aadiendo 5mL de H2SO4 4M.

Valorar por triplicado 5mL de FeSO4 0.1M. con KMnO4 0.02M aadiendo 5mL de H2SO4 4M.

Anotar en la primera columna de la tabla la normalidad correspondiente para la disolucin de hierro (II).


Tabla 3.

FeSO4 0.1M = ____ N

KMnO4 0.1M = ____ N Relacin

V(Fe2+):V(MnO4-)

V1 V2 V3 Vprom

5mL

FeSO4 0.1M = ____ N

KMnO4 0.02M = ____ N Relacin

V(Fe2+):V(MnO4-)

V1 V2 V3 Vprom

5mL


Realizar las siguientes valoraciones de oxalato de sodio con KMnO4

Valorar por triplicado 5mL de Na2(C2O4) 0.1M. con KMnO4 0.1M aadiendo 5mL de H2SO4 4M.

Valorar por triplicado 5mL de Na2(C2O4) 0.05M. con KMnO4 0.02M aadiendo 5mL de H2SO4 4M.

Anotar en la primera columna de la tabla la normalidad correspondiente para la disolucin de Na2(C2O4)


Tabla 4.

Na2(C2O4)

0.1M = ____ N

KMnO4 0.1M = ____ N Relacin V(Na2(C2O4)):V(MnO4

-) V1 V2 V3 Vprom

5mL

Na2(C2O4)

0.05M =_____ N

KMnO4 0.02M = ____ N Relacin V(Na2(C2O4)):V(MnO4

-) V1 V2 V3 Vprom

5mL

Cuestionario:

1. Completar y balancear las reacciones rdox llevadas a cabo en medio cido (con H2SO4):

Fe2+ + MnO4-

C2O42- + MnO4

-

2. Cul es la relacin de volmenes entre el oxidante y el reductor (Fe2+ C2O42-)

cuando se hacen reaccionar disoluciones de la misma normalidad?

3. Cul es la relacin de volmenes entre el oxidante y el reductor (Fe2+ C2O42-)

cuando se hacen reaccionar disoluciones de la misma molaridad?

QG II 2012-2 Reactivo limitante Pgina 1

Reactivo limitante

Modificaciones realizadas por: QFB Rosario Velzquez Miranda Q. Brenda Lizette Ruiz Herrera

Dr. Vctor Manuel Ugalde Saldvar Problema Qu especie acta como reactivo limitante en la siguiente reaccin qumica?

CaCl2 (ac) + K2CO3 (ac) CaCO3 + 2 KCl (ac)

Tarea previa Traer una regla con graduacin en milmetros Qu es un reactivo limitante?

Material y reactivos - Solucin de cloruro de calcio 1 M - Solucin de carbonato de potasio 1 M - Indicador universal

Procedimiento experimental 1. Etiquetar tubos de ensaye de igual tamao con nmeros del 0 al 11. 2. Agregar cuidadosamente a cada tubo los volmenes de reactivo A indicados en la tabla 1, usando una pipeta graduada. 3. Agregar cuidadosamente a cada tubo los volmenes de reactivo B, indicados en la tabla 1, usando una pipeta graduada. 4. Agregar a cada tubo los volmenes de agua destilada indicados en la tabla 1 y mezclar vigorosamente el contenido de cada tubo. Asegurarse de tapar los tubos para evitar prdidas de la disolucin. 5. Dejar reposar durante un par de minutos los tubos y agregar dos gotas de indicador universal. Anotar las observaciones en la tabla 1, de la altura del precipitado obtenido, el color de la disolucin y el pH correspondiente. Tabla 1.

Tubo #

Reactivo

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

A (mL) 0.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0

B (mL) 0.0 0.0 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 6.0

H2O (mL) 9.0 6.0 5.0 4.5 4.0 3.5 3 2.5 2.0 1.5 1.0 0.0

Altura del precipitado (mm)

Color de la disolucin

pH de la mezcla

6.


6. Anotar las observaciones que indiquen si se lleva a cabo una reaccin. 7. En qu tubo de ensaye se observa un cambio de color significativo del indicador? 8. A partir de qu tubo se observa que la altura del precipitado obtenido es constante? 9. Coincide el cambio de color con la altura del precipitado obtenido? 10. Por qu despus de este tubo (cambio de color), el color y el pH de la disolucin que se observa, se mantiene constante para mayores volmenes de reactivo B agregado? Suceder lo mismo con la masa del precipitado obtenido? Para responder esta pregunta es necesario recuperar el slido que se forma y para ello se debe filtrar a vaco, siguiendo el procedimiento que se indica a continuacin: Procedimiento para la filtracin del slido obtenido 11. Numerar y pesar once piezas de papel filtro en la balanza analtica y registrar el peso de cada papel seco en la tabla 2. Adicionalmente, se puede registrar el peso sobre el papel con lpiz pero no con pluma. 12. Para la filtracin a vaco se requiere un matraz Kitasato, un embudo Buchner, un empaque de hule en forma de dona y una manguera de ltex gruesa. Es necesario emplear papel filtro en forma de crculos, cuyo tamao se ajuste exactamente al interior del embudo Buchner. El sistema de filtracin se monta segn el esquema que se presenta a continuacin:


13. Filtrar el contenido de cada tubo de ensaye, a partir del tubo 1, sobre el papel filtro correspondiente. Evitar prdidas de precipitado, recuperando el precipitado que se queda adherido al tubo para lo cual es necesario adicionar varias veces agua destilada y verter sobre el papel filtro. 14. Recuperar con cuidado el papel con el slido y secar en la estufa a 70

oC durante 30 minutos. Evitar las

prdidas de slido.

15. Comprobar que los slidos y el papel estn bien secos antes de pesar. Si ya estn secos, pesar cada uno de los papeles filtro con el slido y anotar el resultado en la tabla 2. 16. Por diferencia calcular la masa de slido obtenido en cada tubo de ensaye y registrar la informacin obtenida en la tabla 2.

Tabla 2.

Tubo # 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Masa del papel

---

Masa papel + precipitado

---

Masa del precipitado

---

17. Sucedi lo mismo con la masa del precipitado obtenido? A partir de qu tubo la masa del precipitado se mantiene aproximadamente constante? 18. Coincide con tus observaciones sobre el cambio de color?

Cuestionario 19. Localizar en una grfica en papel milimtrico (abarcando toda la hoja), los datos de masa de precipitado obtenido en gramos (ordenadas, eje y) en funcin del volumen en mililitros, de reactivo B agregado (abscisas, eje x). Con base en las respuestas a las preguntas 7 y18 dividir en dos los puntos obtenidos, empleando como punto de referencia el nmero de tubo en el que se observan los cambios significativos, identificar las dos rectas que describen la tendencia en cada caso y trazarlas sobre el papel. Se llamar lnea 1 al segmento que describe el comportamiento de la grfica en los primeros valores de volumen de reactivo B agregado y lnea 2 a los restantes. Tomando en cuenta esta consideracin, responder las siguientes preguntas: 20. Qu relacin se observa entre el volumen de reactivo B agregado y la masa de precipitado (slido) obtenida en la lnea 1? Describir en que forma vara. 21. Qu valor de masa de slido se obtiene para la ordenada al origen (volumen cero de reactivo B agregado)?


22. Se justificara que este valor sea diferente de cero? Explicar por qu. 23. En qu valor de volumen de reactivo B agregado se observa un cambio de pendiente? Localizar el punto de interseccin de la lnea 1 con la lnea 2 y dar sus coordenadas. 24. Qu relacin hay entre el punto de interseccin encontrado en la grfica y el cambio de color del indicador? 25. Qu relacin se observa entre el volumen de reactivo B agregado y la masa de precipitado obtenida en la lnea 2? Describir en qu forma vara. 26. Qu valor de masa de slido (precipitado) se obtiene en promedio para este segmento de la grfica? 27. Por qu los cambios de masa en la lnea 2 no son tan significativos que los observados en la lnea 1? 28. Cul de los reactivos (A o B) es el que impide que se forme ms slido en los tubos que comprenden la lnea 2? 29. Por qu? 30. Con los datos experimentales de masa de slido obtenido, calcular el nmero de mol de los reactivos empleados en cada tubo y el nmero de mol de slido obtenido en cada caso. Colocar los valores en la tabla 3.

Tabla 3.

CaCl2 (ac) + K2CO3 (ac) CaCO3 + 2 KCl (ac) Slido obtenido, CaCO3

100.08 g/mol

Tubo # Reactivo A, CaCl2

(cantidad en mol)

Reactivo B, K2CO3

(cantidad en mol)

Masa (gramos) de slido obtenido

Cantidad (mol) de slido obtenido

1

2

3

4

5

6

7


8

9

10

11

31. Trazar la grfica: mol de precipitado obtenido (ordenadas, eje y) en funcin de la cantidad en mol de reactivo B agregado (abscisas, eje x). Recordar que el volumen de reactivo A se mantuvo constante en los tubos del 1 al 12. Utilizar la misma escala en ambos ejes y abarcar toda la hoja de papel milimtrico. 32. Cmo se explica que esta grfica conserve la misma forma que la anterior?

33. Estimar el valor de la pendiente en los puntos que comprenden el equivalente a la lnea 1 de la grfica anterior (los puntos iniciales) Qu valor se obtiene? 34. Ajustar este valor al nmero entero ms cercano y responder: Por qu se obtiene este valor de pendiente y qu relacin guarda con la ecuacin balanceada de la reaccin que se lleva a cabo? 35. Estimar el valor de la pendiente en los puntos que comprenden el equivalente a la lnea 2 de la grfica anterior (los puntos finales) Qu valor se obtiene?_________________________________________________ 36. Ajustar este valor al nmero entero ms cercano (incluido el cero) y responder: Por qu se obtiene este valor de pendiente y qu informacin proporciona sobre la reaccin que se lleva a cabo? 37. Cul es el nmero de mol promedio de precipitado que se obtiene en la parte correspondiente a la lnea 2? _______________________________________________________________________________________

38. Qu reactivo (A o B), determina la magnitud de este valor? 39. Hay alguna relacin entre este valor y el punto de interseccin de las rectas que se observa en las grficas trazadas? Explica brevemente. 40. Qu conclusin se obtiene al observar los valores correspondientes al nmero de moles de los reactivos A, B y precipitado, en el punto de interseccin de las rectas? 41. Qu especie limita la formacin de CaCO3, en los primeros tubos que se prepararon?_________________


42. Qu especie limita la formacin de CaCO3, en los ltimos tubos que se prepararon? _________________ 43. Cmo se define el concepto de reactivo limitante? 44. Considerando las propiedades cido base de los reactivos empleados y la ecuacin de la reaccin balanceada, explicar el porqu de los valores de pH, antes y despus del punto de interseccin encontrado en la pregunta 24.

CaCl2 (ac) + K2CO3 (ac) CaCO3 + 2 KCl (ac) Antes: Despus:

Cuestionario adicional Si la reaccin que se lleva a cabo es la siguiente:

2 KF (ac) + CaCl2 (ac) CaF2 + 2 KCl (ac)

Reactivo A Reactivo B 1 M 1 M

45. Cul sera el valor de pendiente m para la lnea 1 en la grfica: Cantidad en mol de CaF2 = f(Cantidad en mol de reactivo B), para esta reaccin? Considerar que se emplean las mismas cantidades que se describen en la tabla 1. ________________________ 46. En qu tubo se espera un cambio de pendiente para la grfica anterior? ___________________________ 47. Cul sera la cantidad en mol de CaF2 que se espera obtener a partir de ste tubo en el experimento? Considerar que se emplean las mismas cantidades que se describen en la tabla 1. ________________________

Tratamiento de residuos Mezclar todas las disoluciones filtradas de los tubos 1 a 12, neutralizar (pH entre 6 y 7) y desechar en la

tarja.

El slido obtenido, se junta, se disuelve con la mnima cantidad de HClconc, se neutraliza y desecha en la tarja.

QG II 2012-2 Reacciones reversibles Pgina 1

in cromato in dicromato

Reacciones reversibles. Introduccin al equilibrio qumico.

Ley de accin de masas Problema En cada una de las reacciones a estudiar, encontrar cmo se puede, experimentalmente, provocar que el equilibrio se desplace hacia la derecha o hacia la izquierda. Tarea Previa 1. Qu dice la Ley de Accin de Masas?

2. Escribir la expresin de la Keq para los siguientes equilibrios: 2NO2 N2O4 Keq 2SO2 + O2 2SO3 Keq N2 + 3H2 2NH3 Keq 3. Proponer una estructura de Lewis para cada una de estas dos especies. 4. El in cromato y el in dicromato se interconvierten uno en el otro al cambiar el medio

de cido a alcalino o viceversa. Balancea la reaccin de interconversin del in cromato al in dicromato en medio cido:

7.

Ecuacin inica balanceada (Equilibrio 1):

CrO42 + ________ Cr2O7

2 + ________


KEq(1) =

KEq(1) =

4) Balancear por la reaccin de interconversin del in cromato al in dicromato en medio bsico:

5) Escribir la expresin de la constante de equilibrio para cada una de estas dos reacciones

balanceadas:

Reactivos

K2CrO4(s) Disolucin de HCl 3M K2Cr2O7 (s) Disolucin de FeCl3 (ac) Disolucin de KOH 3M cido benzoico (s) Experimento 1

Procedimiento

El in cromato y el in dicromato se interconvierten uno en el otro al cambiar al medio de cido a alcalino o viceversa. Se va a proporcionar una muestra slida de alguna de ellas (de aprox. 30 mg). Disolverla en aproximadamente 2-3 mL de agua y dividir la solucin en dos porciones. Aadir aproximadamente 10 gotas de HCl 3M a la primera de las porciones y lo mismo de KOH NaOH 3M a la segunda registrando cualquier cambio de color. Ahora aadir base a la primera porcin y cido a la segunda. NOTA: No desechar las soluciones de Cr(VI), son muy contaminantes. Se recogern al final de la sesin

Ecuacin inica balanceada (Equilibrio 2):

CrO42 + ________ Cr2O7

2 + ________


Resultados, discusin y conclusiones del Experimento 1

Con la informacin de los resultados experimentales y las actividades previas al experimento, completar la siguiente tabla:

Porcin 1: Color inicial ________________________

Ecuacin inica balanceada (Equilibrio 1)

Color de la disolucin al

agregar cido

Segn el Equilibrio 1, al agregar cido, el

equilibrio se desplazara hacia:

Especie predominante en

el equilibrio

Color de la especie predominante en el

equilibrio

Color de la disolucin al agregar base

Segn el Equilibrio 1, al agregar base, el


Especie predominante en el nuevo

equilibrio


nuevo equilibrio

Porcin 2: Color inicial ________________________

Ecuacin inica balanceada (Equilibrio 2)

Color de la disolucin al agregar base

Segn el Equilibrio 2, al agregar base, el


Especie predominante en el equilibrio


equilibrio

Color de la disolucin al

agregar cido

Segn el Equilibrio 2, al agregar cido, el


Especie predominante en el nuevo

equilibrio


nuevo equilibrio


1. Mediante las observaciones realizadas y con la informacin de la tabla, identificar el color de cada una de las especies involucradas en el equilibrio:

In Dicromato ____________________

In Cromato _____________________

2. De acuerdo con las respuestas de la pregunta anterior, identificar cul es la especie

que se te proporcion:

_______________________ Actividades previas al Experimento 2 INFORMACIN: El Fe3+(ac) precipita como hidrxido frrico en presencia de iones OH

-.

a) Escribir la ecuacin qumica (en equilibrio) que describe el fenmeno mencionado anteriormente: Reaccin 1:

b) Escribir ahora la ecuacin de la reaccin (en equilibrio) de la disolucin del precipitado para formar iones. Reaccin 2:

c) Escribir ahora la ecuacin de la reaccin (en equilibrio) de disolucin del hidrxido frrico cuando se le agregan a ste iones H+ : Reaccin 3:

Nota Importante: La expresin de la constante de equilibrio para la reaccin de

formacin del precipitado de hidrxido frrico (Reaccin 1) es:

(1)

33

1eqK

Fe OH


KEq(2)

=

KEq(3)

=

Los slidos no se incluyen en las expresiones de las constantes de equilibrio porque su concentracin en la fase acuosa es igual a cero. Su concentracin en la fase slida (que es donde s se encuentran), es constante, por lo que dicha concentracin no se escribe, puesto que se considera parte de la Keq (de modo que en su lugar escribimos simplemente un 1).

d) Escribir ahora la expresin de la constante de equilibrio para la reaccin de

disolucin del hidrxido de Fe(III) (Reaccin 2)

e) Escribir ahora la expresin de la constante de equilibrio para la reaccin de

disolucin del hidrxido de Fe(III) en presencia de iones H+. (Reaccin 3)

Experimento 2

Procedimiento

Con una disolucin de 2 3 mL de FeCl3, una disolucin de HCl y una de KOH NaOH; comprobar experimentalmente que los fenmenos de las reacciones 1 y 3 se llevan a cabo. Resultados, Discusin y Conclusiones Experimento 2

1. Explicar detalladamente cmo se comprueba experimentalmente que los fenmenos de las reacciones 1 y 3 se llevan a cabo.

REACCIN 1 _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________


REACCIN 3 _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________

2. Qu reactivo debe aadirse para lograr que la concentracin de H+ disminuya? _______________________________________________________________________

3. Con base en la Ley de Accin de Masas explicar el efecto que tiene la adicin de

dicho reactivo en cada una de las reacciones de equilibrio.

REACCIN 1:__________________________________________________________

REACCIN 2: _________________________________________________________ REACCIN 3: _________________________________________________________

4. Qu reactivo debe aadirse para lograr que la concentracin de OH- disminuya? ______________________________________________________________________

5. Con base en la Ley de Accin de Masas explicar el efecto que tiene la adicin de

dicho reactivo en cada una de las reacciones de equilibrio

REACCIN 1: _________________________________________________________

REACCIN 2: _________________________________________________________ REACCIN 3:__________________________________________________________

Manejo de los residuos: Las soluciones o precipitados de Fe3+, pueden verterse al

drenaje, habindose neutralizado. NO revolverlas con las de Cr(VI)


Actividades previas al Experimento 3

Responder las siguientes preguntas: 1. Ser posible disolver 0.1 g de cido benzoico en 5 mL de agua a temperatura

ambiente? (la solubilidad del cido benzoico es 0.29g/100mL H2O) NOTA: Justificar la respuesta con los clculos correspondientes y anotarlos aqu:

El cido benzoico es un ejemplo de un cido dbil, que se disocia slo parcialmente segn la siguiente reaccin:

Estas dos propiedades del cido benzoico, la baja solubilidad de su forma protonada y su carcter de cido dbil se representan esquemticamente mediante los dos siguientes

equilibrios: (ntese el tamao relativo de las flechas)

Ac benzoico (s) Ac. benzoico (ac) Equilibrio (a)

Ac. benzoico (ac) benzoato (ac) + H+(ac) Equilibrio (b) 2. Hacia dnde se desplaza el Equilibrio (b) si se agrega OH-?

_______________________________________________________________________

3. Con esta adicin de OH-, Cmo cambian las concentraciones de Ac. Benzoico y de in benzoato del Equilibrio (b)?

_______________________________________________________________________


4. Cmo afecta al equilibrio (a) la modificacin de la concentracin del Ac Benzoico debida a la adicin de OH- en el equilibrio (b)?

____________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

5. En esta hoja, elaborar hoja un plan de accin (puede ser un diagrama de flujo) que muestre el procedimiento experimental a seguir para:

a) Observar el desplazamiento de los equilibrios 1 y 2.

b) Intentar disolver 0.1 g de cido benzoico en 5 mL de agua a temperatura ambiente

c) Regenerar el Ac. benzoico(s) para su reutilizacin en prcticas posteriores.

Experimento 3

Llevar a cabo el procedimiento propuesto.

Entregar al profesor el Ac. benzoico(s) recuperado.

Conclusiones:

QG II 2012-2 Influencia de la temperatura sobre el equilibrio Pgina 1

Influencia de la temperatura en el equilibrio qumico

Experimento 1 Problema

Encontrar la relacin entre la absorcin o desprendimiento de calor en una reaccin qumica, con el sentido en que se desplaza el equilibrio. Tarea previa

1. Completar y balancear la siguiente ecuacin qumica:

Cu + HNO3 NO2 2. El dixido de nitrgeno es un gas caf-rojizo que se encuentra en bajas

concentraciones en la atmsfera de ciudades con alto ndice de contaminacin. Investigar a partir de qu gases y en qu condiciones se forma en la atmsfera.

3. El NO2 puede dimerizarse, segn la siguiente reaccin reversible, para producir el

N2O4, que es un gas incoloro. 2 NO2 N2O4 Dibujar las estructuras de Lewis de estas dos especies:

4. Al formarse un enlace qumico se absorbe o se desprende energa? Por qu?

8.


Material y reactivos

Virutas de cobre metlico HNO3 1:1 Tubos, tapones y jeringa para armar el aparato descrito en la figura. Procedimiento

1. Bajo la campana se deber instalar el siguiente equipo:

2. En un tubo de ensaye colocar unas virutas de cobre, como se puede apreciar en la figura. Agregar poco a poco unos mililitros de cido ntrico (1:1); con esto se generar el gas NO2.

3. Marcar tres tubos de ensaye (1, 2 y 3) y en cada unos de stos colocar una muestra

del gas. Tapar los tubos hermticamente con tapones de hule.

4. Despus de tomar las muestras agregar agua a travs de la jeringa, para as detener

la produccin del NO2.

5. El tubo 3 servir como testigo 6. El tubo nmero 1 se calienta en un bao Mara, al sumergirlo presionar el tapn del

tubo con el pulgar. Mantenerlo as hasta que ocurra un cambio en el color, describirlo, comparndolo con el tubo 3:

7. Mientras tanto colocar el tubo nmero 2 en un bao de hielo y describir el cambio de

color, comparndolo con el tubo testigo:


8. Despus de la comparacin deje los tubos reposar unos minutos hasta que todos tengan la misma temperatura, compararlos y anotar las observaciones.

9. Posteriormente poner el tubo 1 en un bao de hielo y el tubo 2 en un bao Mara.

Sacarlos al ocurrir el cambio de color y compararlos con el testigo. Anotar las observaciones.

Manejo de residuos: Disolver el gas agregando agua al tubo, tapando y agitando.

Neutralizar la solucin antes de desecharla. Cuestionario

1. Tomando en cuenta que la formacin de dimerizacin del NO2 para formar N2O4 implica nicamente la formacin de un enlace, indicar si la siguiente reaccin es endotrmica o exotrmica, incluyendo al calor (Q) como un producto o un reactivo:

2 NO2 N2O4 2. Escribir la reaccin de disociacin del N2O4. Esta reaccin es endotrmica o

exotrmica? Por qu puede saberse esto con seguridad?

3. Completar los siguientes enunciados:

Si la reaccin A + B C es endotrmica, un aumento en la temperatura provocar que el equilibrio se desplace hacia ____________________

Si el equilibrio A + B C se desplaza hacia la izquierda cuando se aumenta la temperatura, la reaccin es _____________________


Influencia de la temperatura en el equilibrio qumico Experimento 2 Problema

Identificar el carcter endotrmico o exotrmico de una reaccin qumica dada. Introduccin

El cloruro de cobalto hexadidratado, CoCl26H2O, (o cloruro de hexa acuo cobalto (II), [Co(H2O)6]Cl2) da lugar a las siguientes especies al combinarse con el agua:

2H O 2+

2 6 2 2 6[Co(H O) ]Cl [Co(H O) ] (ac) + 2 Cl (ac)

En presencia de una elevada concentracin de iones Cl (como la que est presente en el HCl concentrado), las molculas de agua que estn enlazadas al ion Co2+, pueden intercambiarse por iones cloruro, formndose una nueva especie, segn el siguiente equilibrio:

[Co(H2O)6]2+ (ac) + Cl (exceso) [CoCl4]

2 (ac) + 6H2O (*) Material y reactivos

3 tubos de ensaye

0.6 g de slica gel con indicador de humedad ([CoCl4]2)

HCl concentrado

Bao de hielo

Procedimiento

1. Marcar tres tubos de ensaye (1, 2 y 3) y colocar en cada uno, aproximadamente 0.2 g

de slica gel con indicador de humedad. 2. El tubo 3 servir como testigo

3. Aadir a los tubos nmero 1 y 2, dos gotitas de agua destilada y registrar el cambio de

color de la slica gel. 2. Aadir 0.5 mL de HCl concentrado al tubo nmero 2 y observar. Registrar el cambio de

color de la slica gel. 3. Calentar el tubo nmero 1 en el mechero hasta que ocurra un cambio notorio en el

color de la slica gel. Anotar el color. 4. Despus de calentar, dejar reposar el tubo nmero 1 durante 10 minutos hasta que

alcance la temperatura del ambiente. Anotar las observaciones.


Manejo de residuos:

Lavar la slica gel con agua y recuperarla para entregar el slido al profesor. Asegurarse de que no hay residuos de HCl en las muestras.

Cuestionario

Los colores que, en sus dos posibles formas, la slica gel con indicador de humedad

adquiere, son debidos a los compuestos de cobalto [CoCl4]2 o [Co(H2O)6]

2+ ya que la slica gel por s sola es incolora. 1. Indicar el color de la slica gel con inidcador de humedad cuando el indicador de humedad se encuentra como cloruro de cobalto hexahidratado [Co(H2O)6]

2+. 2. Indicar el color de la slica gel con inidcador de humedad cuando el indicador de

humedad se encuentra como tetracloro cobaltato [CoCl4]2.

3. Escribir la ecuacin de disociacin del HCl en agua, Se encuentra presente algn ion que produzca color a la disolucin? 4. Escribir la ecuacin de disociacin del [Co(H2O)6]Cl2 en agua, Qu especie es la que provoca color en la disolucin? 5. Cuando se hace reaccionar a temperatura ambiente la slica gel con el indicador en forma de [Co(H2O)6]

2+ con una disolucin concentrada de HCl, se establece un equilibrio

entre los iones complejos Co(H2O)62+ y CoCl4

2Qu color tiene esta disolucin? De acuerdo con el equilibrio establecido en la introduccin,

[Co(H2O)6]2+ (ac) + Cl (exceso) [CoCl4]

2 (ac) + 6H2O


y considerando los resultados obtenidos en los pasos 3 y 4, responder: 6. A qu temperatura predomina la especie [Co(H2O)6]

2+? 7. A qu temperatura predomina la especie [CoCl4]

2-? 8. Al suministrar calor, el equilibrio se desplaza hacia la ________________ (derecha, izquierda) y podemos decir que la reaccin en ese sentido es ________________ (exotrmica o endotrmica). 9. Las siguientes dos reacciones (hipotticas) seran endotrmicas o exotrmicas?

Co(H2O)62+ Co2+ + 6H2O ______________________

CoCl42 Co2+ + 4 Cl

10. En la reaccin de formacin del ion [Co(H2O)6]2+ a partir de la especie CoCl4

2, indicar si la reaccin requiere calentarse o enfriarse para ser ms cuantitativa (que haya una mayor cantidad de producto presente)._______________________________

11.- Esta reaccin es exotrmica o endotrmica? ________________________

QG II 2012-2 cidos y Bases Fuertes y Dbiles Pgina 1

cidos y bases fuertes y dbiles

Problemas

Estimar comparativamente la acidez libre en una disolucin de un cido fuerte con la acidez libre en una disolucin de un cido dbil, ambas a la misma concentracin. Medir el pH de ambas disoluciones con indicador universal y con pHmetro.

Determinar acidez total de cada una de estas disoluciones midiendo la cantidad de base fuerte requerida para neutralizarlas.

Estimar comparativamente la basicidad libre en una disolucin de una base fuerte con la basicidad libre en una disolucin de una base dbil, ambas a la misma concentracin. Medir el pH de ambas disoluciones con indicador universal y con pHmetro.

Determinar la basicidad total de cada una de estas disoluciones midiendo la cantidad de cido fuerte requerido para neutralizarlas. Definiciones Llamaremos acidez libre a la concentracin de H+ que se encuentran disociados en una disolucin de cualquier cido HX sea ste fuerte o dbil, y acidez total a la concentracin molar de ese HX en la disolucin. Tarea previa

1. Cules son las definiciones de Brnsted-Lowry para cido y para base?

2. Cuntos mL de HCl concentrado (37% m/m y d = 1.18g/mL) se necesitan para

preparar 50mL de una disolucin 0.1M de este cido?

9.


3. Cuntos mL de cido actico glacial (concentrado) (100% m/m y d = 1.05 g/mL) se

necesitan para preparar 50mL de una disolucin 0.1M de este cido?

4. Cuntos gramos de NaOH se necesitan para preparar 50mL una disolucin 0.1M de

esta base?

5. Cuntos gramos de acetato de sodio slido (CH3COONa3H2O) se necesitan para

preparar 50mL una disolucin 0.1M de esta base?

6. Cul es el valor de pH que esperas para cada una de estas disoluciones?

7. Dibuja la estructura de Lewis para los cidos y bases a emplear en la prctica.


Material por equipo Reactivos

4 Matraces aforados: 50mL HCl concentrado

Pipetas graduadas Ac. Actico glacial

Vasos de precipitados de 50mL NaOH

Dispositivo con foco para detectar conductividad.

Acetato de sodio trihidratado

pHmetro Indicador universal

Fenolftalena

Procedimiento PRIMERA PARTE 1. Preparar las disoluciones correspondientes a los puntos 2 y 3 de la tarea previa. 2. Transferir a cada una de estas disoluciones a un vaso de precipitados de 50 o 100mL.

Nota: No es necesario transferir toda la disolucin; el vaso no debe quedar lleno a ms de tres cuartas partes de su capacidad. Identificar cada uno de los vasos con una etiqueta.

3. Aadir a cada una de estas disoluciones tres gotas de indicador universal, estimar el valor del pH mediante el color desarrollado; tomar nota.

4. Probar la conductividad de cada una de las disoluciones con el dispositivo con foco. Anotar en la tabla las observaciones correspondientes indicando para cul solucin la conductividad es mayor y para cul es menor.

5. Medir el pH de cada una de estas disoluciones utilizando un pHmetro.

6. Preparar una disolucin de HCl 0.01M a partir de la solucin que se prepar

inicialmente. Colocarla en un vaso de precipitados e identificarla como HCl 0.01M.

7. Realizar con esta solucin las manipulaciones necesarias para llenar la columna correspondiente de la tabla. Comparar el color, la intensidad de la luz y el valor numrico de pH con la disolucin de cido actico (HAc) 0.1M.

8. Preparar una disolucin de HCl 0.001M a partir de la solucin que se prepar

inicialmente (o de la empleada en el inciso anterior). Colocarla en un vaso de precipitados e identificarla como HCl 0.001M.

9. Realizar con esta disolucin las manipulaciones necesarias para llenar la columna

correspondiente de la tabla. Comparar el color, la intensidad de la luz y el valor

numrico de pH con la disolucin de HAc 0.1M.


Resultados primera parte

HCl 0.1M HAc 0.1M HCl 0.01M HCl 0.001M

pH estimado con indicador

Conductividad

pH medido con el pHmetro

10. Neutralizacin

Medir con una pipeta 10mL de HCl 0.1M y colocarlos en un vaso de precipitados pequeo. Asegurarse de que esta disolucin contenga fenolftalena y aadirle con una pipeta mililitro a mililitro, una solucin de NaOH 0.1M; tomar nota del volumen de base que se requiera para obtener un valor de pH neutro. Ahora medir con una pipeta 10mL de cido actico 0.1M y colocarlos en un vaso de precipitados pequeo, asegurndose de que esta disolucin contenga indicador universal. Aadirle con una pipeta mililitro a mililitro, una solucin de NaOH 0.1M; tomar nota del volumen de base que se requiere para obtener un valor de pH neutro.

cido (10 mL) mL de NaOH 0.1M necesarios para neutralizar

HCl 0.1M

HAc 0.1M

Cuestionario Primera parte

1. Escribir la reaccin entre el cido actico y el agua, con estructuras de Lewis.


2. Cmo puede explicarse la diferencia del pH observado entre la disolucin de HCl 0.1M y la de HAc 0.1M?

3. Cmo puede explicarse la diferencia en la intensidad de la luz observada en el

dispositivo con foco al colocar las terminales en la disolucin de HCl 0.1M y en la de HAc 0.1M?

4. Describir cmo se llev a cabo la preparacin de la disolucin de HCl 0.01M. 5. Describir cmo se llev a cabo la preparacin de la disolucin de HCl 0.001M. 6. Cul de las disoluciones de HCl mostr propiedades ms parecidas a las del HAc

0.1M?


7. CONCLUSIN 1

Qu puede concluirse acerca de la concentracin molar de cada uno de estos cidos en relacin con la concentracin de iones H+ en sus respectivas soluciones?

8. CONCLUSIN 2

Para qu tipo de cidos estas dos cantidades son iguales y para qu tipo de cidos estas dos cantidades son distintas?

Procedimiento Segunda parte

1. Preparar las disoluciones correspondientes a los puntos 4 y 5 de la tarea previa.

2. Transferir a cada una de estas disoluciones a un vaso de precipitados de 50 o 100mL. Nota: No es necesario transferir toda la disolucin; el vaso no debe quedar lleno a ms de tres cuartas partes de su capacidad.

3. Identificar cada uno de los vasos con una etiqueta.

4. Aadir a cada una de estas disoluciones tres gotas de indicador universal, estimar el valor del pH mediante el color desarrollado; tomar nota.

5. Probar la conductividad de cada una de las disoluciones con el dispositivo con foco.

Anotar en la tabla las observaciones correspondientes indicando si hay alguna

diferencia entre las conductividades observadas.

6. Preparar una disolucin de NaOH 0.01M a partir de la solucin que se prepar

inicialmente. Colocarla en un vaso de precipitados e identificarla como NaOH 0.01M.

7. Realizar con esta solucin las manipulaciones necesarias para llenar la columna


numrico de pH con la disolucin de acetato de sodio 0.1M.

8. Preparar una disolucin de NaOH 0.001M a partir de la solucin que se prepar

inicialmente. (o de la empleada en el inciso anterior) Colocarla en un vaso de

precipitados e identificarla como NaOH 0.001M.

9. Realizar con esta disolucin las manipulaciones necesarias para llenar la columna


numrico de pH con la disolucin de acetato de sodio 0.1M


Resultados Segunda parte

NaOH 0.1M NaAc 0.1M NaOH 0.01M NaOH 0.001M

pH estimado con indicador

Conductividad

pH medido con el pHmetro

Cuestionario segunda parte 1. Escribir dos reacciones: Primero, la reaccin de disolucin del acetato de sodio slido

en agua y despus, la reaccin entre el ion acetato y el agua, ambas utilizando estructuras de Lewis.

2. Hubo cambios significativos en la conductividad de las disoluciones de NaOH y de

NaAc? Explica tus observaciones. 3. Describir cmo se llev a cabo la preparacin de la disolucin de NaOH 0.01M. 4. Describir cmo se llev a cabo la preparacin de la disolucin de NaOH 0.001M.


5. Cul de las disoluciones de NaOH mostr una acidez libre ms parecida a la del NaAc 0.1M? 6. CONCLUSIN

Qu puede concluirse acerca de la concentracin molar de cada uno de estas bases en relacin con la concentracin de iones OH- en sus respectivas disoluciones?

Manejo de residuos: Todas las soluciones debern neutralizarse y verterse al drenaje

QG II 2012-2 Curvas de titulacin cido-base Pgina 1

Curvas de titulacin cido-base.

Titulacin de un cido fuerte y un cido dbil, con una base fuerte. Problemas

1.- Determinar la concentracin de dos soluciones de distintos cidos mediante curvas de titulacin pHmtrica.

2.- Determinar el valor del pKa del par conjugado HAc/Ac mediante una curva de titulacin pHmtrica. Tarea previa

1. Qu es una curva de titulacin (o de valoracin)?

2. A qu se le llama el punto de equivalencia en una curva de titulacin?

3. Consultar el documento determinacin grfica del punto de equivalencia en AMyD y traer el material necesario.

4. Qu significa neutralizar?

5. Extrayendo logaritmos en la ecuacin

H baseKa

cido

, y aplicando algunas de las leyes de los

logaritmos, llegar a la siguiente ecuacin:

logbase

pH pKacido

10.


6. Considerando que se tienen 20mL (Vi) de HCl 0.1M y se van agregando los volmenes de NaOH 0.1M indicados en la primera columna de la siguiente tabla, calcular, para cada adicin de NaOH, lo que se indica en cada columna, para obtener en cada rengln el pH correspondiente.

mL de NaOH 0.1M

agregado

Vi + mL de NaOH 0.1M

agregado

# de moles

de OH agregados

# moles restantes

de H+

[H+] pH

0

4

8

12

16

18

19

20

7. Ahora se analizar los puntos despus de la equivalencia:

mL de NaOH 0.1M

agregado

Vi + mL de NaOH 0.1M

agregado

# de moles

de OH agregados

# moles de OH- en exceso

[H+] pH

21

22

23

25

27

30

35

40

8. Graficar en una misma hoja de papel milimtrico, los volmenes de NaOH agregados en las

abscisas y el pH correspondiente en las ordenadas, utilizando ambas tablas.

9. Aplicar el mtodo mencionado en la pregunta 3, para localizar el punto de equivalencia en esta curva.


Curva de titulacin terica de HCl con NaOH


Material por equipo

20 mL de HCl 0.1M pHmetro calibrado

20mL de HAc (cido actico) 0.1M bureta

60mL NaOH 0.1M probeta

papel milimtrico

matraz Erlenmeyer o vaso de pp Procedimiento

1. Llenar con solucin de NaOH 0.1M una bureta de 50mL. En esta operacin el hidrxido de sodio ser la solucin titulante.

Colocar 20mL de la solucin de HCl 0.1M en un vaso de precipitados o un matraz Erlenmeyer.

Introducir con mucho cuidado en este vaso el electrodo y la punta de la bureta (sin que sta toque la disolucin). El electrodo se encontrar previamente calibrado por el profesor o el laboratorista. No oprimir el botn de cal ya que esto hace que se pierda la calibracin.

Tomar el valor de pH inicial de sta.

Realizar adiciones de NaOH, agitando despus de cada adicin y tomar nota del valor de pH despus de cada adicin. (Utilizar la Tabla 1 para registrar los datos).

Tabla 1

Titulacin de HCl con NaOH Titulacin de CH3COOH con NaOH

mL de NaOH agregados

pH mL de NaOH agregados

pH

0 0

4 4

8 8

10 10

12 12

15 15

17 17

18 18

19 19

20 20

21 21

22 22

24 24

26 26

30 30


2. Repetir las operaciones anteriores ahora utilizando HAc 0.1M en lugar de HCl. Registrar en la Tabla 1 los valores de pH para cada adicin.

Graficar en una misma hoja de papel milimtrico, las dos curvas de titulacin, colocando el volumen de mL de NaOH aadidos en las abscisas y los valores de pH en las ordenadas.

Cuestionario

1. Qu significado fsico tienen las coordenadas del punto de equivalencia?

x(p.e.) = y(p.e.) =

2. Localizar el punto de equivalencia en cada una de las dos grficas obtenidas con los datos de la

Tabla 1, mediante un mtodo grfico.

3. Escribir la reaccin llevada a cabo en la primera titulacin:

4. Considerando como dato confiable a la concentracin de NaOH que se emple como titulante,

calcular la concentracin de la solucin de HCl que se titul.

5. Escribir la reaccin llevada a cabo en la segunda titulacin: 6. Considerando como dato confiable a la concentracin de NaOH que se emple como titulante,

calcular la concentracin de la solucin de HAc que se titul.


Curvas de titulacin experimentales de HCl y HAc con NaOH


7. Cules son todas las especies qumicas presentes en el vaso durante la titulacin de HCl con NaOH? (indicar correctamente a las especies inicas disociadas). a) En el punto inicial, antes de iniciar las adiciones de titulante: b) Durante la titulacin, antes del punto de equivalencia: c) En el punto de equivalencia: d) Durante la titulacin, despus del punto de equivalencia:

8. Cunto vale el pH en el punto de equivalencia? _______________ 9. Cules son todas las especies presentes durante la titulacin de HAc con NaOH? (indicar

correctamente tanto a las especies inicas disociadas como a las moleculares). Identificar a las especies predominantes en la disolucin y a las que se encuentran en muy baja concentracin.

a) En el punto inicial, antes de iniciar las adiciones de titulante: b) Durante la titulacin, antes del punto de equivalencia: c) En el punto de equivalencia: d) Durante la titulacin, despus del punto de equivalencia:

10. Cunto vale el pH en el punto de equivalencia? ______________________ 11. Por qu es distinto este valor al obtenido en la titulacin de HCl con NaOH? (ver respuesta al

inciso c, preguntas 7 y 9)


12. Utilizando los datos de la grfica de titulacin de HAc con NaOH Cunto volumen de NaOH se utiliz para neutralizar totalmente al cido actico?

13. Utilizando los datos de la grfica de titulacin de HAc con NaOH Cunto volumen de NaOH se

utiliz para neutralizar solamente a la mitad del al cido actico?

14. Cunto vale el pH cuando se ha neutralizado exactamente la mitad del cido actico? 15. Cmo son las concentraciones de cido actico y acetato en las condiciones de la pregunta

anterior? 16. Con estos valores de concentracin y utilizando la ecuacin que se dedujo como parte de la

tarea previa, obtener el valor para el pKa del cido actico. Comparar el valor obtenido con el reportado en tablas (4.75).

17.- Usando esta misma frmula, calcula el valor del pH cuando a).- la concentracin del cido actico es el doble de la concentracin de acetato b).- la concentracin de acetato es el doble de la concentracin de cido actico Conclusin Resumir la utilidad de las curvas de valoracin. Manejo de residuos: Las disoluciones pueden verterse al drenaje una vez neutralizadas

QG II 2012-2 Disoluciones Amortiguadoras Pgina 1

Disoluciones amortiguadoras

Modificaciones realizadas por: QFB Rosario Velzquez Miranda Dr. Vctor Manuel Ugalde Saldvar

Pregunta a responder al final de la sesin

Qu es una disolucin amortiguadora de pH? Tarea previa

Para conocer mejor las propiedades cido base de las especies cido actico y/o acetato

de sodio, se necesitan resolver los siguientes ejercicios: 1. Para la primera reaccin de hidrlisis del cido actico:

a) Escribir la ecuacin de equilibrio de la reaccin de hidrlisis.

b) Identificar el par cido-base del equilibrio

c) Investigar el valor de la constante de equilibrio

2. Para la reaccin de hidrlisis del acetato de sodio:

a) Escribir la ecuacin del equilibrio de la reaccin de hidrlisis

b) Identificar el par cido-base del equilibrio

c) Investigar el valor de la constante de equilibrio

Material y reactivos por equipo

30 mL HCl 0.5 M

30 mL NaOH 0.5 M

50 mL CH3COOH 0.5 M

50 mL CH3COONa 0.5 M

Bureta y pinzas

16 vasos de precipitados de 50 100 mL o frascos gerber

Agua destilada

Indicador universal (y escala para medir pH).

Potencimetro calibrado para medicin de pH.

11.


Procedimiento (Primera parte)

En esta parte se evaluarn los cambios de pH que se presentan cuando se aade un cido (HCl) o una base (NaOH) a una disolucin que contiene: I) agua, II) cido actico, III) acetato de sodio o IV) una mezcla de cido actico y acetato de sodio 1. Etiquetar 16 recipientes de acuerdo con la tabla 1 y colocar en cada uno los reactivos que

se indican. 2. Estimar con indicador universal, el pH de cada una de las muestras descritas en la Tabla 1. Conservar las disoluciones IIa, IIc, IIIa, IIIc, IVa y IVc, para la segunda parte de esta prctica. Tabla 1

# de muestra

Descripcin de la muestra pH

indicador

Ia 20 mL agua destilada

Ib 15 mL agua destilada + 5 mL de HCl 0.5 M

Ic 20 mL agua destilada

Id 15 mL agua destilada + 5 mL de NaOH 0.5 M

IIa* 15 mL de agua destilada + 5 mL de CH3COOH 0.5 M

IIb 15 mL de agua destilada + 5 mL de CH3COOH 0.5 M + 1 mL de HCl 0.5 M

IIc* 15 mL de agua destilada + 5 mL de CH3COOH 0.5 M

IId 15 mL de agua destilada + 5 mL de CH3COOH 0.5 M + 1 mL de NaOH 0.5 M

IIIa* 15 mL de agua destilada + 5 mL de CH3COONa 0.5 M

IIIb 15 mL de agua destilada + 5 mL de CH3COONa 0.5 M + 1 mL de HCl 0.5 M

IIIc* 15 mL de agua destilada + 5 mL de CH3COONa 0.5 M

IIId 15 mL de agua destilada + 5 mL de CH3COONa 0.5 M + 1 mL de NaOH 0.5 M


IVa* 10 mL de agua destilada + 5 mL de CH3COOH 0.5 M + 5 mL de CH3COONa 0.5 M

IVb 10 mL de agua destilada + 5 mL de CH3COOH 0.5 M + 5 mL de CH3COONa 0.5 M + 1 mL HCl 0.5 M

IVc* 10 mL de agua destilada + 5 mL de CH3COOH 0.5 M + 5 mL de CH3COONa 0.5 M

IVd 10 mL de agua destilada + 5 mL de CH3COOH 0.5 M + 5 mL de CH3COONa 0.5 M + 1 mL NaOH 0.5 M

(*) Conservar estas disoluciones para la realizacin de la segunda parte de la prctica. 3. Como puede observarse, a las disoluciones b se les aade 1 mL de HCl. Para identificar los cambios de pH que esto genera, es necesario determinar las diferencias de pH entre las siguientes parejas de soluciones:

pH1(indicador)

Ia - Ib

IIa - IIb

IIIa - IIIb

IVa - IVb

4. Para cul o cules de las cuatro muestras el cambio en el pH (pH), fue MENOR a una unidad, al aadir 1 mL de HCl 0.5M Qu contena(n) esa(s) muestra(s)?

5. Para cul o cules de las cuatro muestras el cambio en el pH (pH), fue MAYOR a una unidad al aadir 1 mL de HCl 0.5M Qu contena(n) esa(s) muestra(s)? 6. Tambin se sabe ahora que a las disoluciones d se les aade 1 mL de NaOH. Para identificar los cambios de pH que esto genera, es necesario determinar las diferencias de pH entre las siguientes parejas de soluciones:


pH2(indicador)

Ic - Id

IIc - IId

IIIc - IIId

IVc - IVd

7. Para cul o cules de las cuatro muestras el cambio en el pH (pH), fue MENOR a una unidad, al aadir 1 mL de NaOH 0.5M? Qu contena(n) esa(s) muestra(s)?

8. Para cul o cules de las cuatro muestras el cambio en el pH (pH), fue MAYOR a una unidad al aadir 1 mL de NaOH 0.5M Qu contena(n) esa(s) muestra(s)? 9. Con la informacin obtenida hasta este punto, anotar ahora el nmero de las disoluciones que presentaron el menor cambio de pH al aadirles HCl o NaOH y completar la siguiente tabla:

Disolucin No.

Especie(s) que contiene pH1 al aadir HCl pH2 al aadir NaOH

pH2-pH1

II CH3COOH

III CH3COONa

IV CH3COOH + CH3COONa

10. Cul de las disoluciones present la MENOR diferencia entre los cambios de pH

(pH2-pH1) cuando se aaden HCl y NaOH? Qu contena esa muestra?


Recordando la prctica anterior

10a. Las disoluciones IVa y IVc contienen igual concentracin de CH3COOH y de CH3COONa; esta condicin corresponde a uno de los puntos en la curva de valoracin de la prctica anterior. Identificar a este punto, dando sus coordenadas. 10b. De igual modo es posible identificar en la curva de valoracin de la prctica anterior, condiciones similares a las de las disoluciones IVb y IVd. Escribir las coordenadas de esos puntos y comparar sus correspondientes valores de pH. Procedimiento (Segunda parte)

Para comprobar la respuesta a la pregunta 10, es necesario realizar un experiencia adicional en la que se requieren las disoluciones que reservadas en la primera parte (IIa, IIc, IIIa, IIIc, IVa y IVc), ordenar segn se indica en la tabla 2 y realizar el procedimiento que se describe a continuacin: 11. A las muestras IIa, IIIa y IVa aadir alcuotas de 0.5 mL de HCl hasta observar que el valor de pH es similar al de la muestra Ib (tabla 1, recipiente que contiene solo HCl y agua). Anotar en la tabla 2 el VOLUMEN TOTAL de HCl que se aade para conseguir esta condicin. 12. A las muestras IIc, IIIc y IVc aadir alcuotas de 0.5 mL de NaOH hasta observar que el valor de pH es similar al de la muestra Ic (tabla 1, recipiente que contiene solo NaOH y agua). Anotar en la tabla 2 el VOLUMEN TOTAL de NaOH que se aade para conseguir esta condicin. Tabla 2

# de muestra

Descripcin de la muestra pH

inicial

pH

final

V(mL)

aadido

HCl

IIa 15 mL de agua destilada + 5 mL de CH3COOH 0.5 M

IIIa 15 mL de agua destilada + 5 mL de CH3COONa 0.5 M

IVa 10 mL de agua destilada + 5 mL de CH3COOH 0.5 M + 5 mL de CH3COONa 0.5 M


NaOH

IIc 15 mL de agua destilada + 5 mL de CH3COOH 0.5 M

IIIc 15 mL de agua destilada + 5 mL de CH3COONa 0.5 M

IVc 10 mL de agua destilada + 5 mL de CH3COOH 0.5 M + 5 mL de CH3COONa 0.5 M

13. Cules disoluciones requieren de la mayor cantidad de HCl aadido para alcanzar la condicin de pH requerida? En cada caso es necesario indicar la especie cido base que contiene inicialmente. 14. Cules disoluciones requieren de la mayor cantidad de NaOH aadido para alcanzar la condicin de pH requerida? En cada caso es necesario indicar la especie cido base que contiene inicialmente 15. Cul de las tres disoluciones presenta MENORES los cambios de pH en ambos casos, cuando se aade un cido (HCl) o una base (NaOH)? o bien, Cul de las tres disoluciones requiere, en ambos casos, de la adicin de las MAYORES cantidades de un cido (HCl) o una base (NaOH)? 16. Utilizando las respuestas de la tarea previa, escribir las ecuaciones que describen el equilibrio qumico responsable del pequeo cambio pH cuando i) se aade un cido (HCl) y ii) cuando se aade una base (NaOH) a la disolucin que resulta como respuesta en la pregunta 15.

Cuando se observan pequeos cambios de pH en una disolucin al aadir un cido o una base, se identifican como amortiguamiento de pH.

i) ___________________________________________________________________

ii) ___________________________________________________________________

Conclusin

17. Qu es una disolucin amortiguadora? Tratamiento de residuos Juntar todas las disoluciones, neutralizar y desechar en la tarja.

QG II 2012-2 Solubilidad de sales en agua Pgina 1

Solubilidad de sales en agua

Pregunta a responder al final de la sesin

Cules sales son solubles y cules son insolubles? Reactivos y material

Frascos goteros con soluciones de:

KNO3 K2CO3 Cu(NO3)2

KOH K3PO4 CaCl2

KCl LiCl BaCl2

KBr NaCl Ni(NO3)2

KI NH4Cl Pb(NO3)2

K2SO4 AgNO3

1 hoja de acetato con la siguiente tabla.

KNO3 KCl KBr KI K2SO4 KOH K2CO3 K3PO4

LiCl

NaCl

NH4Cl

CaCl2

BaCl2

Cu(NO3)2

Ni(NO3)2

AgNO3

Pb(NO3)2

Procedimiento

1. Colocar bajo el acetato donde est impresa la tabla, una hoja de papel oscuro.

2. Colocar en cada casilla del acetato 1 gota de cada uno de los reactivos que encabezan el rengln y la columna correspondiente. Mezclar las gotas con la esptula limpia y seca.

3. Con el plumn, marcar con un crculo las casillas donde hubo formacin de precipitado.

4. Marcar las casillas correspondientes en la tabla que est en el papel.

12.

QG II 2012-2 Solubilidad de sales en agua Pgina 2

5. Completa las siguientes frases con base en tus resultados experimentales: a) Los ________________________ de cualquier catin, son solubles. b) Las sales de los cationes del grupo ______________ y del ion _______________

son solubles con todos los aniones. c) Los cloruros, bromuros y yoduros de _____________ y de ______________ son

poco solubles. d) Los hidrxidos son poco solubles, excepto para los siguientes cationes ____________________________________________________________________ e) Los sulfatos de ___________________________________________________

son poco solubles f) Los carbonatos de __________________________________________________

son poco solubles. g) Los fosfatos de ____________________________________________________

son poco solubles. h) El Cu2+ y el Ni2+ precipitan slo con aniones que tienen carcter _____________ i) Qu piensas ahora del siguiente enunciado?

Todos los compuestos inicos son solubles en agua _________________________________________________________________

_________________________________________________________________

QG II 2012-2 Equilibrios de solubilidad Pgina 1

Equilibrios de Solubilidad

Elaborada por: Dr. Ruy Cervantes Daz de Guzmn Pregunta a responder al final de la sesin

Ordenar, de menor a mayor solubilidad, los siguientes compuestos de cobre: Cu(OH)2, CuCO3, CuSO4, CuS y Cu2[Fe(CN)6].

Cmo afectan la temperatura, un ion comn y el pH a la solubilidad de sales poco solubles?

Introduccin

La solubilidad de un compuesto qumico se puede definir como la mxima cantidad, expresada en gramos, que pueda disolverse de ste en 100g de agua a una temperatura constante. En general, a mayor temperatura, la solubilidad aumenta. Los datos reportados en libros y tablas se encuentran a 25C. En el caso de los compuestos inicos, el proceso de disolucin involucra la disociacin de los iones. Una gran cantidad de compuestos inicos son muy poco solubles en agua y su solubilidad suele cuantificarse mediante el estudio del siguiente equilibrio:

MX(s) M+(ac) + X-(ac)

La concentracin del slido se considera constante, lo que da como resultado la siguiente expresin de la constante de solubilidad (tambin conocida como producto de solubilidad):

Kps = [M+][X]

A la concentracin de cada uno de los iones presentes en disolucin al momento de la precipitacin del slido se le llama solubilidad molar. Los factores que afectan la solubilidad son la temperatura, el ion comn y el pH. Tarea Previa

1. Escribir el equilibrio de solubilidad para el PbI2 (pKps = 7.5) y calcula su solubilidad

molar (mol/L).

13.


2. Completa la siguiente tabla.

Compuesto Nombre Masa molar

pKps S (mol/L) s (g/L)

TlBr 2.62

La2(C2O4)3 24.1

FeCrO4 5.6

Ni3(AsO4)2 25.5

Zn(IO3)2 5.4

3. Ordenar los compuestos de la pregunta anterior del ms soluble al menos soluble. 4. Considerar una disolucin saturada de fluoruro de calcio en la cual se ha establecido

el equilibrio:

CaF2(s) Ca2+(ac) + 2F-(ac) Kps = 4 x 10

-11

a) Cul es la concentracin molar de calcio (II) presente en la disolucin?

b) Calcular la concentracin molar de calcio (II) si a esta disolucin saturada le

agregas NaF de modo que la concentracin total de fluoruros sea 0.1 M.

c) Comparar las dos concentraciones molares y explica la marcada diferencia.


Reactivos

Parte A Parte B

CuSO4 0.1M Pb(NO3)2 0.1M

Na2CO3 slido KI 0.1M

K4[Fe(CN)6] 0.1 M H2SO4 6 M

NaOH 1 M NaCl slido

Na2S slido CuSO4 0.1M

Procedimiento Parte A. Solubilidad de distintos compuestos de Cu(II)

1. En un vaso de precipitados de 50 mL colocar aproximadamente 15 mL de una disolucin 0.1 M de CuSO4.

2. Aadir, poco a poco y con agitacin constante, Na2CO3 slido con la ayuda de una esptula hasta que la disolucin pierda su color azul. Anotar los cambios observados.

3. A la mezcla de reaccin agregarle, gota a gota y con agitacin, K4[Fe(CN)6] 0.1 M hasta que se observe un cambio permanente en el slido formado.

4. Repetir el procedimiento del punto anterior ahora aadiendo NaOH 1 M a la mezcla de reaccin. No olvidar ir anotando todos los cambios de color y estado fsico.

5. Por ltimo, repetir el mismo procedimiento agregando Na2S slido.

6. Anotar todas las observaciones en la tabla 1.

Tabla 1. Solubilidad de distintos compuestos de Cu(II)

Reaccin de precipitacin Observaciones

CuSO4 (ac) + Na2CO3 (ac) 1 + Na2SO4 (ac)

1 + K4[Fe(CN)6] (ac) 2 + K2CO3 (ac)

2 + NaOH (ac) 3 + Na4[Fe(CN6)] (ac)

3 + Na2S (ac) 4 + NaOH (ac)


Cuestionario

1. Considerando que todas las reacciones son de doble sustitucin, escribir las frmulas y los nombres de 1, 2, 3 y 4.

1 3

2 4

2. Escribir los equilibrios de solubilidad para cada uno de los precipitados (pp) de cobre observados, as como la correspondiente expresin matemtica de la constante de solubilidad en cada caso, en la segunda y tercera columnas de la Tabla 2. Antes de llenar la ltima columna, responde la pregunta 3.

Tabla 2

pp Equilibrio de solubilidad Expresin de la Kps

Valor de la Kps

Solubilidad molar [Cu2+]

1 1.4 x 1010

2 1.3 x 1016

3 2.2 x 1020

4 6.3 x 1036


3. En las siguientes expresiones, en las que las concentraciones de las especies se expresan entre parntesis cuadrados, colocar en cada caso el coeficiente necesario para expresar la relacin entre la concentracin de los aniones y los cationes al disolverse cada uno de los compuestos de cobre formados durante la prctica.

[Cu2+] = ___ [OH] ____[Cu2+] = [OH]

[Cu2+] = ____ [Fe(CN)64] _____[Cu2+] = [Fe(CN)6

4]

___[Cu2+] = [CO32] [Cu2+] = ____[S2]

4. Calcular la solubilidad molar para el cobre en cada uno de los compuestos observados para llenar la ltima columna de la tabla 2.

5. Utilizando los datos de la tabla 2, escribir la expresin de la constante de equilibrio para cada una de las siguientes reacciones y calcular su valor utilizando los datos de Kps de la tabla 2. (Sugerencia: conviene multiplicar el numerador y el denominador en estas expresiones por [Cu2+] o por [Cu2+]2) Predecir hacia qu lado se desplazar el equilibrio en cada caso.

CuS(s) + CO32 (ac) CuCO3(s) + S

2(ac) Keq =

Cu2[Fe(CN)6](s) + OH Cu(OH)2 (s) + [Fe(CN)6]

4 Keq =


Parte B. Factores que afectan la solubilidad

Temperatura 1. En un tubo de ensaye colocar 2 mL de una disolucin 0.1 M de nitrato de plomo y

aadir, gota a gota, yoduro de potasio 0.1 M hasta precipitacin completa. Registrar la temperatura de trabajo.

2. Calentar el tubo en bao Mara a 90C y observar lo que ocurre. Retirar el tubo del bao y dejarlo enfriar lentamente en la gradilla. Anotar aqu las observaciones. ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

Ion Comn 1. En dos tubos de ensayo colocar 5 mL de una disolucin 0.1 M de nitrato de plomo. A

cada uno de ellos aadirle 0.06 g de cloruro de sodio, agitar y observar lo ocurrido y tomar nota aqu. ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

2. A uno de los dos tubos, aadirle otros 0.5g de NaCl. Comparar la cantidad de slido formado en ambos vasos.

pH 1. En un tubo de ensayo colocar 3 mL de una disolucin 0.1 M de sulfato de cobre.

Aadirle, gota a gota, una disolucin 0.1 M de hidrxido de sodio hasta precipitacin completa.

2. Agregar, gota a gota y con agitacin, cido sulfrico 6M hasta obtener una disolucin

homognea color azul.

Manejo de residuos Recolectar todos los residuos que contengan Plomo, para su tratamiento posterior. Los residuos de Cobre pueden desecharse en la tarja con abundante agua.


Cuestionario Efecto de la temperatura

1. Escribir la reaccin que se llev a cabo entre el nitrato de plomo y el yoduro de potasio.

2. Escribir el equilibrio de solubilidad del producto poco soluble de la reaccin anterior, y

la correspondiente expresin del producto de solubilidad.

3. Qu pasa con la cantidad de precipitado cuando se calienta el tubo de reaccin? 4. Cmo vara [Pb2+]ac al aumentar la temperatura? 5. Cmo vara el valor de la Kps correspondiente al aumentar la temperatura?

Ion Comn

1. Escribir la reaccin que se llev a cabo entre el nitrato de plomo y el cloruro de sodio.

2. Escribir el equilibrio de solubilidad del producto poco soluble de la reaccin anterior.

3. Expresar la concentracin de iones Cl en funcin de la concentracin de iones Pb2+, en una solucin saturada de PbCl2

[Cl] = ___ [Pb2+]


4. Expresar la concentracin de iones Pb2+ en funcin de la concentracin de iones Cl en una solucin saturada de PbCl2

[Pb2+] = ___ [Cl] 5. Calcular la solubilidad molar del Pb2+ en una solucin saturada de PbCl2, sabiendo

que su Kps es 2.4 x 104.

6. Cul es la concentracin de Cl en estas mismas condiciones?

7. Calcular la concentracin de Pb2+ en una solucin de Pb(NO3)2 a la que se ha

aadido un exceso de NaCl, tal que la concentracin final del ion cloruro , [Cl] = 0.1M pH 1. Escribir la reaccin entre el sulfato de cobre y el hidrxido de sodio.

2. Escribir el equilibrio de solubilidad del producto poco soluble de la reaccin anterior.

3. Escribir la reaccin que se llev a cabo entre este producto y el cido sulfrico.

QG II 2012-2 Electrlisis del agua Pgina 1

Electrlisis del agua

Problemas

1. Identificar a todas las especies que reaccionan en cada electrodo del aparato de

Hoffman.

2. Asignar el sentido desplazamiento de las cargas elctrica en el aparato de Hoffman. Tarea previo 1. Cul es la diferencia entre hidrlisis y electrlisis? 2. Colocar sobre una escala de potencial los valores de E (potencial de reduccin

estndar) para los siguientes pares rdox. Escribir y balancear la reaccin que puede llevarse a cabo entre estas especies.

Par E (V)

H+/H2 0

O2/H2O +1.23

3. Es posible llevar a cabo la reaccin de obtencin de hidrgeno y oxgeno a partir de agua? Explicar la respuesta.

14.


Procedimiento experimental

Se utilizar el aparato de electrlisis de Hoffman que se muestra en la figura.

1. Abrir la llave de los tubos a y b.

2. Por el extremo D llenar el aparato con una disolucin de acuosa de sulfato de sodio

1M que contenga unas gotas de indicador universal. Inclinar el aparato hacia ambos lados para liberar el aire atrapado. Seguir agregando ms disolucin hasta que sta alcance el nivel cero en la escala de los tubos a y b. En caso de que la disolucin se pase del nivel indicado, es imprescindible retirar el exceso. Para esto hay que extraer el sobrante de la disolucin que se encuentra en el tubo c, usando una pipeta.

3. Conectar el electrodo que se encuentra en la salida b, a la terminal negativa (ctodo)

de una fuente de poder, con ayuda de unos caimanes. Conecta el electrodo que se encuentra en la salida del tubo a a la terminal positiva (nodo) de la fuente de poder.

4. Encender la fuente de poder y observar la evolucin de los gases. Mediante la

relacin de volmenes, identificar en qu tubo se est produciendo el oxgeno y en cul el hidrgeno.

____________________________________________________________________

5. Escribir la semireaccin de reduccin del agua para producir H2. ____________________________________________________________________

6. Cmo se modifica el pH en la vecindad del electrodo donde se produce el gas hidrgeno? ___________________________________________________________________


7. Escribir la semireaccin de oxidacin del agua para producir O2.

____________________________________________________________________

8. Cmo se modifica el pH en la vecindad del electrodo donde se produce el gas

oxgeno?

____________________________________________________________________

9. Dibujar sobre la figura 1 la direccin del flujo de los electrones. 10. Completar el siguiente enunciado eligiendo en cada caso una de las dos expresiones

ente parntesis. La (reduccin, oxidacin) _________________ para formar (O2, H2),

_______________, se lleva a cabo en el (nodo, ctodo), ________________,

acompaado de la formacin de iones (H+, OH-)_________________.

11. Sealar sobre la figura 1, en qu direccin de desplazan los iones Na+ y en qu direccin se desplazan los iones SO4

2-

12. Repetir el experimento utilizando agua destilada en lugar de la solucin de Na2SO4

1M y explicar la diferencia observada.

QG II 2012-2 Equilibrios rdox Pgina 1

Equilibrios de xido-reduccin Estados de oxidacin y potenciales estndar

Problema Qu equilibrios de xido-reduccin se pueden observar en la reaccin de vanadato de amonio con zinc metlico en medio cido? Tarea previa

1. Considerando la siguiente reaccin rdox:

K2Cr2O7 (ac) + Sn(s) + H2SO4 (ac) SnSO4(ac) + Cr2(SO4)3(ac)

2. Cul es la especie oxidante y cul es la especie reductora?

3. Cul es el estado de oxidacin del metal en la especie oxidante?

4. Completar la reaccin y balancearla por el mtodo del in-electrn.

5. Sabiendo que E(MnO4

-/Mn2+) = 1.51V y E(Cr2O72-/Cr3+) = 1.33V, escribir (y

balancear) la reaccin que puede llevarse a cabo entre el oxidante de uno de estos dos pares y el reductor del otro par, en medio cido.

15.


Introduccin

El vanadio, es un metal de transicin que puede formar iones con distintos estados de oxidacin: II, III, IV y V. En solucin acuosa, forman respectivamente las siguientes especies: V2+, V3+, VO2+, (vanadilo) y VO3

-(vanadato). Cada estado de oxidacin da lugar a un in de diferente color. Tabla 1.

Especies de vanadio en disolucin acuosa y sus potenciales rdox

Ion Color Par rdox E (V)

VV, VO3-, vanadato Amarillo plido VV/VIV 1.00

VIV, VO2+, vanadilo azul VO2+/V3+ 0.34

V3+ verde V3+/V2+ -0.26

V2+ morado V2+/V -1.13

Estas especies de vanadio pueden observarse al hacer reaccionar metavanadato de amonio (NH4VO3) con zinc metlico en exceso en medio cido.

Zn2+/Zn E = -0.77 V El zinc metlico debe ir en exceso pues podra reaccionar tambin con el cido:

H+/H2 E = 0.0 V


Procedimiento experimental

1. Colocar en un tubo de ensaye 2 mL de disolucin de NH4VO3 10% m/v en medio cido. Etiquetar este tubo con la especie que contiene. Observa su color, qu estado de oxidacin presenta el vanadio?

2. Colocar en otro tubo de ensayo 6 mL de disolucin de NH4VO3 10% m/v en medio cido, llamaremos a ste, tubo de reaccin.

3. Agregar una punta de esptula de cinc metlico en polvo al tubo de reaccin y dejar que comience la reaccin.

4. Al cambiar el color a azul, separar 2mL de la solucin (sin polvo de cinc) en otro tubo

de ensayo, y etiquetarlo con la especie que se form, usando como gua la tabla 1.

5. Cuando la solucin en el tubo de reaccin haya cambiado a verde, separar 2mL de la solucin (sin polvo de cinc) en otro tubo de ensayo y etiquetarlo con la especie que se form, usando como gua la tabla 1.

6. Cuando la solucin en el tubo de reaccin haya tomado color morado, etiquetarlo con la especie que se form y filtrar el exceso de cinc metlico.

7. Aadir, gota a gota, disolucin de KMnO4, 0.01 M a cada uno de los cuatro tubos. Registrar cuidadosamente las observaciones.

MnO4- (ac) + 5 e- + 8 H+ Mn

2+ (ac) + 4H2O E = 1.51 V

Cuestionario La informacin proporcionada en la tabla 1 puede ser til para responder. 1. Escribir balanceada la reaccin rdox que da lugar a la formacin de la especie color

azul. 2. Escribir balanceada la reaccin rdox que da lugar a la formacin de la especie color

verde. 3. Escribir balanceada la reaccin rdox que da lugar a la formacin de la especie color

morado.


4. Colocar sobre una escala de potencial a todos los pares rdox presentes en los

experimentos realizados.

5. Por qu para la obtencin de la ltima especie de vanadio es necesario un exceso de cinc metlico?

6. Escribir balanceada la reaccin entre el permanganato y de cada una de las especies

de vanadio con las que reaccion en el ltimo experimento. 7. Cul de todos los reactivos empleados es la especie ms oxidante? y la ms

reductora? 8. Cul de las especies de vanadio es la ms oxidante y cul la ms reductora?

Manual de Laboratorio QGII

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