SOLUCIONARI - moodle.cendrassos.net · Química 2 · Batxillerat · Solucionari No és permesa la...

BARCELONA - MADRID - BOGOTÀ - BUENOS AIRES - CARACAS - GUATEMALAMÈXIC - NOVA YORK - PANAMÀ - SAN JUAN - SANTIAGO - SÃO PAULOAUCKLAND - HAMBURG - LONDRES - MILÀ - MONT-REAL - NOVA DELHI - PARÍSSAN FRANCISCO - SYDNEY - SINGAPUR - SAINT LOUIS - TÒQUIO - TORONTO

2S O L U C I O N A R I

Autors

Pere Castells i Esqué

Núria Riba i Soldevila

Francesc Andreu i Mateu

Revisor tècnic

Teo Prat Camós

QUÍMICA

Química 2 · Batxillerat · Solucionari

No és permesa la reproducció total o parcial d’aquest llibre, ni el seu tractament elec-trònic, ni la transmissió de cap forma o per qualsevol mitjà, ja sigui electrònic, mecà-nic, per fotocòpia, per registre o d’altres mitjans, sense el permís previ i per escrit dels titulars del Copyright.

Dirigeixi’s a CEDRO (Centro Español de Derechos Reprográ�cos) si necessita fotocopiar o escanejar fragments d’aquesta obra (www.conlicencia.com).

Drets reservats © 2013, respecte a la segona edició en català per:

McGraw-Hill/Interamericana de España, S.L. Edi�cio Valrealty, 1a planta Basauri, 17 28023 Aravaca (Madrid)

ISBN: 0009418008

Editor del projecte: Conrad AgustíEdició: Núria EgidoDisseny de coberta: Quin Team!Disseny d’interiors: McGraw-HillIl.lustracions: Albert Badia, Ventall, SCPComposició: Baber

IMPRÈS A ESPANYA - PRINTED IN SPAIN

3ÍNDEX

Unitat 1. Classificació de la matèria. Les substàncies pures

Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Activitats �nals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Prepara la selectivitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Quimitest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Unitat 2. Termodinàmica química

Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Activitats �nals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16


Quimitest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Unitat 3. Cinètica química

Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Activitats �nals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30


Quimitest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Unitat 4. Equilibri químic

Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

Activitats �nals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42


Quimitest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

Unitat 5. Reaccions de transferència de protons

Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Activitats �nals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56


Quimitest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

Unitat 6. De la hidròlisi a la neutralització

Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

Activitats �nals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65


Quimitest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

Unitat 7. Equilibris iònics heterogenis

Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

Activitats �nals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79


Quimitest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

Unitat 8. Reaccions de transferència d’electrons

Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

Activitats �nals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93


Quimitest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

Unitat 9. Aplicacions de les reaccions redox

Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

Activitats �nals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103


Quimitest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

Unitat 10. Propietats periòdiques dels elements

Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

Activitats �nals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113


Quimitest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

Unitat 11. Quantificació de l’energia. Anàlisi espectroscòpica. Enllaç químic

Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

Activitats �nals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122


Quimitest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

4 SOLUCIONARI DEL LLIBRE DE L’ALUMNE01

j Unitat 1. Classificació de la matèria. Les substàncies pures

Activitats

1. Esbrina quines diferències hi ha en les varietats al.lotrò-piques del fòsfor blanc i el fòsfor roig.

El fòsfor blanc té un aspecte semblant a la cera. Fon a 44,1 °C i es pot encendre espontàniament a 30 °C. És molt verinós, per aquest motiu cal guardar-lo dins de l’aigua. Fa agrupacions de quatre àtoms, P4, i forma tetraedres semblants al carboni. Mal-grat que cristal.litza en el sistema cúbic, també ho pot fer en el sistema hexagonal. Lentament es transforma en la varietat roja, que realment és violeta.

El fòsfor roig és bàsicament amorf, però pot cristal.litzar en di-versos sistemes. És més estable que el fòsfor blanc i poc veri-nós. No fon i sublima a pressió atmosfèrica. Sota pressió també existeix el fòsfor negre. El fòsfor blanc s’agafa com a referència, malgrat que és menys estable.

2. El sofre té al.lotropia. Cerca’n les varietats.

El sofre sòlid es pot trobar en forma ròmbica i monoclínica.

El sofre líquid es pot trobar en tres varietats a, b i g: el sofre a, format per molècules de 8 àtoms de sofre (S8) que es combinen en forma d’anell; el sofre b i el sofre g, en què el nombre d’àtoms és indeterminat.

Totes són varietats al.lotròpiques.

3. Cerca informació d’altres aplicacions industrials de l’elec-tròlisi.

Algunes aplicacions de l’electròlisi són:

• Obtenció de clor i sosa: en l’electròlisi del clorur de sodi, NaCl, se separa la sal en els seus components: clor i sodi.

• Obtenció d’oxigen i hidrogen: en l’electròlisi de l’aigua es forma hidrogen en el càtode i oxigen en l’ànode.

• Re�nament de metalls: per exemple, es pot augmentar el grau de puresa del magnesi i l’alumini mitjançant l’electrò-lisi.

• Obtenció en estat pur de metalls preciosos: com l’or, el platí, el pal.ladi, l’iridi, etc.

• Niquelar i cromar metalls: per exemple en dipositar níquel o crom metàl.lics damunt l’acer.

• Electrodeposició: varietat de l’electròlisi que s’empra per pintar les capes de fons d’automòbils (emprimació). La pin-tura carregada positivament (electrodeposició catòdica) es neutralitza elèctricament i es diposita damunt el metall que fa de càtode.

4. Esbrina per què van acidular l’aigua Nicholson i Carlisle.

Si no haguessin afegit àcid a l’aigua, aquesta, en ser pura i io-nitzar-se molt poc, no seria conductora. L’àcid incorpora pro-tons i genera ions que la fan conductora.

5. Informa’t sobre què són els cromats i niquelats de l’acer.

El crom i el níquel que estan en solució en forma d’ió crom(III), Cr31, i d’ió níquel(II), Ni21, es dipositen en el càtode (que ge-neralment és l’acer) com a crom i níquel metàl.lics, respectiva-ment. La reacció al càtode és:

Cr31 1 3 e2 � Cr

Ni21 1 2 e2 � Ni

6. Esmenta un parell d’exemples d’aliments lio�litzats.

La lio�lització és un procés que consisteix a congelar l’aliment i introduir-lo en una cambra de buit per tal que se’n separi l’aigua per sublimació. S’empra fonamentalment en la indústria alimentària i farmacèutica. És una tècnica cara i lenta, i sola-ment s’utilitza per obtenir productes d’alta qualitat, ja que no altera les propietats nutritives i organolèptiques de l’aliment tractat. En són exemples el cafè soluble i la llet en pols.

Els alpinistes porten part del menjar lio�litzat al campament base.

7. Com obtindries llet concentrada (amb menys aigua) al labo-ratori sense que es malmetés?

Introduïm la llet en un baló i hi fem el buit, tot seguit hi apli-quem una mica de calor, poca, i observem com la llet comença a bullir. És convenient afegir sucre i una mica de cera a la llet. D’aquesta manera, s’aconsegueix que la llet bulli a uns 30 °C. Si es treballa bé s’obté una llet concentrada de molt bona qua-litat. Com que ha bullit a 30 °C, la llet no s’ha malmès en abso-lut i els seus principis actius resten intactes.

8. Investiga per què:

a) S’eixuga la roba mullada tant si fa vent com si fa calor.

Les molècules d’aire, en topar amb les molècules d’aigua lí-quida de la roba mullada, els donen prou energia cinètica perquè passin a l’estat vapor. La humitat de l’aire in�ueix molt en aquest mecanisme; si el corrent d’aire està carregat d’humitat (és a dir, l’aire està molt carregat de molècules d’aigua), la roba triga més a eixugar-se.

b) L’aigua dels càntirs i sellons de material porós es manté fresca si es col.loquen en un lloc on hi hagi corrent d’ai-re, sempre que es tracti d’aire sec.

A les terres de ponent es fabriquen uns càntirs negres anome-nats sellons. Perquè els càntirs facin l’aigua fresca cal que «suïn», és a dir, que siguin porosos i l’aigua líquida en tras-passi les parets lentament. El corrent d’aire evapora l’aigua de la superfície exterior del càntir. Com que, per evaporar-se, l’aigua ha de consumir calor (la calor latent d’evaporació), la pren del càntir, que d’aquesta manera es refreda. Els càntirs no porosos, com els vitri�cats per a decoració, no refreden l’aigua.

9. Sabent que el cotó té moltíssims grups OH en les seves mo-lècules i que el niló no en té cap, esbrina per què costa molt més eixugar el cotó mullat que el niló.

L’aigua està formada per grups hidroxil, els quals tenen a�nitat natural pels grups hidroxil del cotó, que en té una gran

5QUÍMICA 2 01

quantitat, i s’hi adhereixen formant enllaços per pont d’hidro-gen. Per aquest motiu costa tant d’eixugar el cotó en compara-ció amb el niló, en què no es formen enllaços per pont d’hidro-gen. Per eixugar el cotó cal més energia que per eixugar el niló, ja que se n’ha d’aportar més per trencar els enllaços per pont d’hidrogen.

10. Si tenim gel a 20,5 ºC i hi apliquem un buit inferior a 0,00603 atm (4,58 mmHg), què penses que passarà?

El gel passarà a estat gasós, és a dir, sublimarà.

3 111. A partir de les dues equacions

2Ec 5 — ? k ? T i Ec 5 — m v2

2 2 dedueix si les molècules de dos gasos de masses di ferents

tindran igual velocitat mitjana a la mateixa temperatura absoluta. Considera, per exemple, el N2 i el CO2.

Dades: massa del nitrogen 5 28 uma; massa del diòxid de carboni 5 44 uma.

Cal escriure de manera correcta l’equació cinètica:

1Ec 5 — m v2 i cal insistir que la velocitat és la mitjana de la 2velocitat quadràtica de totes les molècules. Si la temperatura absoluta és la mateixa, també ho serà l’energia cinètica. La massa molecular del N2 és inferior a la del CO2, i per tant, si l’energia cinètica no varia, cal que la velocitat augmenti.

12. a) Calcula la calor que cal aplicar, a pressió atmosfèrica, a 3 kg de plom a 327 °C per fondre’l completament.

El plom està a la temperatura en què comença a fondre, ja que 327 °C 5 600 K (vegeu la taula 1.2). Per tant:

Qf 5 m ? lf

Qf 5 3 kg ? 23 kJ?kg21 5 69 kJ

Hem d’aplicar 69 kJ per fondre completament el plom.

b) Calcula la calor que cal aplicar a 2 L de mercuri a 360 °C per vaporitzar-lo.

El mercuri està a la temperatura en què comença a bullir, ja que 360 °C 5 633 K (vegeu taula 1.3). Per tant:

2 L ? 13,6 kg?L21 5 27,2 kg

Qv 5 m ? lv

Qv 5 27,2 kg ? 284,6 kJ?kg21 5 7 741,12 kJ

Hem d’aplicar 7 741,12 kJ per vaporitzar completament el mercuri.

Dades: densitat del mercuri: 13,6 kg/L.

13. Les calderes són generadors de vapor industrials que poden tenir aigua a temperatures de 200 °C en estat líquid. Com és possible?

A les altes pressions en què es treballa industrialment (més de 50 ? 105 kPa) l’aigua pot estar a 200 °C en fase líquida.

14. L’ozó és un contaminant important de l’aire que respirem. Quantitats molt petites són su�cients perquè sigui el res-ponsable de molts processos de degradació per oxidació de biopolímers. Què volem dir quan parlem de parts per bi-lió d’ozó en una atmosfera contaminada? Explica-ho amb detall.

Per exemple, tres parts d’ozó per bilió en una atmosfera conta-minada signi�ca que hi ha tres molècules d’ozó en un bilió de molècules totals, és a dir, 3 molècules en 1012 molècules totals, és a dir, 3 ppb. És una quantitat ín�ma, però es pot quanti�car i detectar.

15. Els mol.luscs, entre altra fauna marina, són especialment sensibles a la presència del mercuri. Les cloïsses, escopi-nyes, navalles, musclos i ostres no es desenvolupen només que hi hagi 1 mg de mercuri per 100 t d’aigua. Com expres-saries adequadament aquesta concentració de mercuri?

Per exemple, expressem la concentració de 3 mil.ligrams de mercuri en 3 centenars de tones d’aigua:

3 mg 5 3 ? 1026 kg 5 3 ? 1029 tones

3 ? 1029 tones Hg—————————— 5 10211 5 10 ? 10212

3 ? 102 tones aigua

Això equival a 10 ppb.

Activitats finals

1. Classi�ca els materials següents com a elements, mescles, substàncies pures o compostos:

argent calç guix

alcohol tinta cautxú natural

llautó benzina estany

bronze cristall de quars sucre

sabó aspirina sal

pintura detergent diamant

• Argent, estany i diamant. Element, substància pura i homo-gènia.

• Alcohol i cristall de quars (SiO2). Compost, substància pura i homogènia. (L’alcohol comercial de farmàcia conté un 4 % d’aigua, però no ho considerem.)

• Calç, guix, sucre i sal. Si són comercials, com és habitual, són mescles de compostos. La calç i el guix contenen també silicats i carbonats. De vegades és possible observar amb una lupa els diferents integrants (per tant, poden ser mescles ho-mogènies o heterogènies). El sucre pur s’anomena sacarosa; el sucre comercial és una mescla homogènia que conté sacarosa i altres compostos. La sal comercial és una mescla homogènia que conté, principalment, clorur de sodi amb una mica de iode, �uorurs i sulfats de diferents metalls.

• Tinta, pintura i detergent. Mescla heterogènia (olis, pig-ments, additius); (tensioactius, aclaridor òptic, blavet, càrre-


ga...). No és gens difícil observar alguns dels diferents ingre-dients.

• Cautxú natural (reïna de l’arbre Hevae brasiliensis). Mescla homogènia: dissolució aquosa anomenada làtex, constituïda, principalment, pel polímer d’isoprè i un petit percentatge de proteïnes, sucres, àcids grassos i reïnes.

• Aspirina. Mescla homogènia: àcid acetilsalicílic i altres pro-ductes efervescents i organolèptics.

• Llautó i bronze. Mescla homogènia de metalls (dissolució sòlida). Aliatge entre dos metalls: coure-zinc (llautó) i coure-estany (bronze).

• Benzina. Mescla homogènia: dissolució de diversos hidrocar-burs mitjans.

• Sabó. Mescla homogènia: mescla de sals de sodi i potassi corresponents a àcids grassos, juntament amb colorants, ami-des escumants, perfums, etc.).

2. Quin procés fa possible que el fet de ventar-se refresqui la cara?

Quan ens ventem, circula aire a certa velocitat (vent) damunt la pell humida de suor. Com que les molècules líquides de suor passen a estat gasós i per fer-ho els cal energia, l’agafen en forma de calor de la mateixa suor líquida, la qual es refreda.

3. Tant la condensació com la solidi�cació alliberen calor. Quin procés allibera més calor? Per què?

En la condensació passem d’estat gasós a estat líquid; és a dir, passem d’un estat absolutament desordenat i molt energètic a un altre de relativament ordenat i molt menys energètic.

En la solidi�cació passem d’un estat líquid una mica ordenat i de certa energia a un altre estat, més ordenat i menys energè-tic. Per tant, la condensació allibera molta més energia.

4. Observa la �gura del punt triple de l’aigua.

a) Et sembla que és possible que es mantingui en estat líquid a una pressió de 2,5 mmHg?

No és possible que l’aigua es mantingui en estat líquid a una pressió de 2,5 mmHg, ja que perquè estigui en estat líquid ha d’estar a una pressió superior a 4,58 mmHg. Per sota d’aquesta pressió és absolutament impossible trobar aigua líquida, sempre sublima.

b) I a una pressió de 6 mmHg?

A 6 mmHg és possible trobar aigua líquida en un estret mar-ge de temperatures proper als 0 °C.

5. És possible teòricament tenir aigua líquida a una pressió inferior a 0,00603 atm (4,58 mmHg)?

No, només pot estar en la fase gasosa o sòlida.

6. En quines condicions ha d’estar l’aigua perquè es mantin-gui en estat líquid a una temperatura inferior a 0 °C?

Perquè l’aigua romangui en estat líquid a una temperatura infe-rior a 0 °C ha d’estar sotmesa a una pressió alta.

7. Com es pot aconseguir que un �lferro ben prim, del qual pengen uns pesos grans, travessi una barra de glaç indus-trial gruixuda sense que la barra es trenqui? Explica per què. (Vegeu la �gura 1.11.)

La zona on el �lferro, que és molt prim, està en contacte amb el glaç està sotmesa a una pressió molt alta, la qual cosa fa que l’aigua romangui líquida malgrat que està lleugerament per sota dels 0 °C (vegeu el diagrama del punt triple de l’aigua). Quan la pressió del �lferro deixa d’actuar, l’aigua torna a soli-di�car a causa de la fredor ambiental i de la manca de pressió. Per tant, es pot aconseguir que el �lferro talli el gel sense que es trenqui la barra de glaç.

8. Com extrauries l’aigua del suc d’una taronja sense haver-la d’esprémer ni trinxar?

Per extraure el suc d’una taronja sense malmetre-la, es pot fer servir la lio�lització, que consisteix a abaixar la temperatura i la pressió alhora �ns a assolir unes condicions en què l’aigua sòlida sublima a vapor sense trencar les parets cel.lulars dels teixits vegetals de la taronja.

9. Per què el butà que hi ha a l’interior de les bombones es troba principalment en estat líquid i quan crema està en estat gasós?

El butà de l’interior de les bombones està sotmès a una alta pressió i en aquestes condicions el butà és líquid. En sortir de la bombona, el butà està a pressió atmosfèrica, molt més baixa, i en aquestes condicions el butà és gasós.

10. Si connectem a una bombona de butà un bufador pistola apte per escalfar industrialment i l’encenem, observarem que l’envàs taronja de la bombona es glaça per la part de fora. A què és degut aquest efecte?

Un bufador industrial consumeix molt butà en poca estona. La bombona perd ràpidament butà liquat i a molta pressió. Quan el butà passa en grans quantitats a estat gasós, necessita molta calor latent de vaporització, que pren de les parets de la bom-bona i de la mateixa massa líquida, la qual baixa de temperatu-ra i es glaça per fora.

11. El CO2 sublima a temperatura ambient. Quan el CO2 sòlid sublima a 760 mmHg (pressió atmosfèrica), manté una temperatura de 195 K (278 °C). El seu punt triple es troba a 5,11 atm i a 256,4 °C.

7QUÍMICA 2 01

p (mmHg)

3880

sòlid

punt triple

760

195

líquid

gas

216,4 T (K)

a) Si volem fondre el CO2 sòlid, quina és la pressió mínima necessària perquè passi a l’estat líquid?

Si tenim CO2 sòlid i el volem passar a estat líquid necessi-tarem una pressió superior, en tot cas, a 3 880 Pa (5,1 atm). Per sota d’aquesta pressió, el CO2 sòlid sublima.

b) A quina temperatura mínima ho farà? (El diagrama de fases del CO2 té una forma anàloga al de l’aigua; vegeu la �gura 1.12.)

La temperatura mínima de transició d’estat sòlid a estat lí-quid és de 216,4 K. Per sota d’aquesta temperatura, el CO2 sòlid mai no passa a líquid, i si canvia d’estat, ho fa a estat gasós, a una temperatura per sota dels 216,4 K i una pressió per sota dels 3 880 Pa.

12. És possible que les substàncies es trobin en estat sòlid, líquid i gasós alhora?

Sí, en el punt triple.

13. En les condicions de vida habitual, quina és aproximadament la pressió de vapor del gel quan fon? (Observa detinguda-ment el grà�c de la �gura 1.4 del punt triple de l’aigua.)

En les condicions habituals, la pressió de vapor del gel quan fon és d’uns 4,58 mmHg, equivalents a uns 610 Pa.

14. Un procediment per refrigerar l’aigua calenta en els pro-cessos industrials és mitjançant les torres de refrigeració. Aquestes torres consisteixen en uns recintes per on baixa aigua i es fa circular sobre materials sòlids apilats, de ma-nera que formi una pel.lícula �na. En sentit ascendent s’impulsa un corrent d’aire. A la part inferior es recull l’ai-gua que s’ha refredat. L’aire que surt per dalt té un alt contingut d’aigua en forma de gas. Explica per què es refre-da l’aigua líquida.

L’aire que puja és relativament sec, i, en pujar, entra en contac-te amb l’aigua, de manera que l’aire s’humiteja, ja que agafa aigua en estat gasós. Per poder passar a l’estat gasós, l’aigua necessita calor latent de vaporització, que pren de l’aire que puja i de la mateixa aigua líquida, que es refreda.

15. Calcula la quantitat de calor necessària per dur 3 kg d’aigua líquida a 80 °C �ns a vapor d’aigua sobreescalfat a 110 °C a pressió atmosfèrica.

Dades: Ce (aigua líquida) 5 4,18 kJ?kg21?K21; Ce (vapor aigua) 5 1,92 kJ?kg21?K21; lv 5 2 252,1 kJ?kg21

Q 5 m ? Ce ? DT

Qv 5 m ? lv

Calor necessària per escalfar l’aigua de 80 °C a 100 °C:

Q1 5 3 kg ? 4,18 kJ/(kg?°C) ? (100 2 80)°C 5 250,8 kJ

Calor necessària per vaporitzar l’aigua líquida:

Q2 5 3 kg ? 2 252,1 kJ/kg 5 6 756,3 kJ

Calor necessària per escalfar l’aigua gasosa de 100 °C a 110 °C:

Q3 5 3 kg ? 1,92 kJ/(kg?°C) ? 10 °C 5 57,6 kJ

Calor total:

Q1 1 Q2 1 Q3 5 250,8 kJ 1 6 756,3 kJ 1 57,6 kJ

Q1 1 Q2 1 Q3 5 7 064,7 kJ

16. La taula 1.6 recull algunes temperatures i pressions críti-ques de liquació:

Tcrítica pcrítica

Diòxid de carboni 31 °C 73 atm

Oxigen 2119 °C 50 atm

Nitrogen 2147 °C 34 atm

Hidrogen 2240 °C 13 atm

Algun dels gasos que apareixen a la taula es podria liquar a temperatura ambient, 20 °C?

L’únic que es pot liquar és el CO2 perquè 20 °C és una tempe-ratura inferior a la seva temperatura crítica de 31 °C.

17. Una de les innovacions culinàries dels darrers temps és la introducció de la gelatina calenta en l’elaboració de plats. La gelatina calenta s’obté fent bullir �laments d’agar-agar �ns que es dissolen.

Si per dissoldre l’agar-agar cal escalfar 1 200 g d’aigua des dels 18 °C �ns a la temperatura d’ebullició, respon les qües-tions següents:

a) Calcula la quantitat de calor que necessita l’aigua per assolir el punt d’ebullició.

Q 5 1,2 kg ? 4,18 kJ/(kg?°C) ? (100 2 18) °C 5 411,312 kJ

b) Si en acabar el procés queden 1 050 g d’aigua, calcula la quantitat d’energia que ha necessitat l’aigua que s’ha evaporat.

1 200 g 2 1 050 g 5 150 g evaporats

0,15 kg ? 2 252,1 kJ/kg 5 337,815 kJ

Taula 1.6


La calor necessària per vaporitzar l’aigua líquida és:

Qv 5 m ? lv

Qv 5 0,0596 kg ? 2 252,1 kJ/kg 5 134,23 kJ

I la calor total necessària és:

Qtotal 5 Q 1 Qv 5 5,36 kJ 1 134,23 kJ 5 139,59 kJ

20. Segons la teoria cineticomolecular dels gasos, és pos sible que dos gasos a la mateixa temperatura puguin tenir diferent energia cinètica mitjana segons la seva fórmula molecular?

L’energia cinètica mitjana és:

3Ec 5 — k T

2

en què k és la constant de Boltzman i T la temperatura absolu-ta. Per tant, dos gasos diferents a la mateixa temperatura abso-luta o kelvin tenen la mateixa energia cinètica mitjana.

21. Si la velocitat quadràtica mitjana es pot avaluar a partir de

3 R T l’equació 2v 5 ———, on R 5 8,314 J?mol21?K21, T és M la temperatura absoluta en kelvin i M és la massa molar en

kg?mol21, calcula la velocitat quadràtica mitjana de les mo-lècules d’heli, de massa molecular 4 g?mol21 a 273 K de temperatura.

Si apliquem la fórmula obtenim:

3 ? 8,314 J?K?mol21 ? 273 K2v 5 —————————————— . 1 305 m?s21

4 ? 1023 kg?mol21

Observem que la velocitat és extremament gran.

22. Entre els diferents contaminants gasosos podem incloure-hi els freons.

a) Què són aquests compostos?

Els freons són els derivats clorats i �uorats del metà i l’età.

b) Quina problemàtica mediambiental creaven?

Els freons són molt estables i provoquen la destrucció de la capa d’ozó existent a l’estratosfera.

23. Cada dia es liqüen grans quantitats d’aire. Quina es podria considerar la temperatura crítica d’aquest procés?

Cal la taula de l’exercici 15 per poder-lo resoldre. En aquella taula veiem que CO2, oxigen i nitrogen, els tres gasos de l’aire (juntament amb el vapor d’aigua, fàcilment liquable), tenen unes temperatures crítiques de 31 °C, 2119 °C, 2147 °C. Per tant, per poder liquar l’aire, hem d’anar a una temperatura in-ferior a la més baixa i crítica. Això vol dir que si volem liquar l’aire hem d’anar a una temperatura per sota dels 2147 °C.

24. L’anàlisi de l’aigua d’un riu ens indica la presència de 2 mg de Hg per cada tona analitzada. Si la normativa interna-cional permet una presència, com a màxim, de 0,05 ppm de mercuri, estem dins la normativa mediambiental inter-nacional?

c) Podem considerar la gelatina calenta com a matèria ho-mogènia? I com a substància pura? Raona la resposta.

La gelatina calenta és una dissolució col.loïdal d’agar-agar en aigua. No és una substància pura, però és una mescla homogènia.

18. Per reciclar els metalls cal seleccionar-los i fondre’ls des-prés per poder reutilitzar-los.

Si tenim 2,13 tones de ferro a 1 813 K, que és la tempera-tura de fusió del metall, quina quantitat d’energia cal apli-car per fondre’l totalment?

Dades: lf (ferro) 5 200,9 kJ/kg

Qf 5 m ? lf

2 130 kg ? 200,9 kJ/kg 5 427 917 kJ

19. L’alcohol etílic té una temperatura d’ebullició de 78,5 °C. Tenim 1,8 L d’aquest producte, de puresa del 96 % i densi-tat de 0,807 g/mL, a aquesta tempe ratura.

Dades: lv (etanol) 5 870,7 kJ/kg; lv (aigua) 5 2 252,1 kJ/kg; Ce (aigua) 5 4,18 kJ/kg?K

a) Quin pictograma porten els recipients d’alcohol etílic?

Pictograma d'in�amable.

b) Què podries fer si volguessis eliminar aquesta quantitat d’alcohol etílic?

Per eliminar l’alcohol etílic el podem cremar, o bé evaporar per ebullició.

c) Calcula l’energia que es necessitaria per vaporitzar aques-ta quantitat d’etanol.

0,807 kg etanol 96 %1,8 L etanol 96 % ? ——————————— ?

1 L etanol 96 % 0,96 kg etanol pur

? —————————— 5 1,394 kg etanol pur 1 kg etanol 96 %

Qv 5 m ? l

Qv 5 1,394 kg ? 870,7 kJ/kg 5 1 214,19 kJ

d) Calcula l’energia que es necessitaria per escalfar i vapo-ritzar la quantitat d’aigua que hi ha en els 1,8 L d’etanol del 96 % de puresa.

0,807 kg etanol 96 %1,8 L etanol 96 % ? ——————————— 5

1 L etanol 96 %

5 1,4526 kg etanol 96 %

1,4526 kg etanol 96 % 2 1,394 kg etanol pur 5

5 0,0596 kg aigua

La calor necessària per escalfar l’aigua de 78,5 °C a 100 °C és:

Q 5 m ? Ce ? DT

Q 5 0,0596 kg ? 4,18 kJ/(kg?°C) ? (100 2 78,5) °C 5 5,36 kJ

dllllll

dlllllllllllllllllllll

9QUÍMICA 2 01

p (kPa)

Punt crític7385

517,6

101,3

194,7 216,6 304,2 T (K)

Sòlid

Líquid

Gas

Fig. 1.14. Diagrama de fases del CO2.

a) Què li passa?

Es liquarà.

b) Un cop comprimit i a temperatura ambient el des-comprimim sobtadament �ns a la pressió atmosfèrica (101,3 kPa); ho fem de forma molt ràpida. En fer-ho la temperatura del CO2 baixa dràsticament. Respon què passarà:

I) Sortirà directament gas.

II) Sortirà directament líquid.

III) Sortirà directament líquid que es vaporitzarà al cap de poc.

IV) Sortirà un sòlid amb una miqueta de gas, i el sòlid sublimarà progressivament.

Raona-ho mitjançant el diagrama de fases del CO2.

Sortirà sòlid, resposta d), perquè en la descompressió sob-tada, el CO2 agafa l’energia necessària per a aquest procés d’ell mateix, i surt glaçat, però a la pressió atmosfèrica i temperatura ambient, el CO2 només pot estar en fase gas. Surt barrejat amb una miqueta de gas perquè el procés, tot i ser sobtat, no és del tot instantani. Vegi’s el diagrama de fases. Per tant, el CO2 sòlid sublimarà ràpidament.

c) És possible liquar el CO2 a una temperatura inferior a 216,6 K? Raona-ho.

És del tot impossible liquar CO2 a una temperatura inferior a 216 K, sigui quina sigui la pressió.

d) Tenim CO2 a 315 K (a ple sol d’estiu) i 100 kPa. Què creus que passarà si el comprimim moltíssim? Raona-ho.

El CO2 a aquesta T està en fase supercrítica o �uid perma-nent, ja que està a T superior a la Tc 5 304,2 K. Per molt que el comprimim, a 315 K no es condensarà (liquarà ni solidi �carà). No li passarà res, apart d’estar més comprimit.

31. Una concentració de 3 mg per litre de solució equival a:

a) 0,3 %. b) 3 ppm. c) 30 ppm.d) 0,3 ppb. e) Cap de les anteriors.

La resposta correcta és 3 ppm és la b).

2 mg Hg 1 tona————— ? ————— 5 2 ? 1023 ppm 5 0,002 ppm

1 tona 1 000 kg

Aquesta concentració és menor que 0,05 ppm; per tant, estem dins la normativa mediambiental internacional.

25. Per fer una anàlisi d’aigües, cal preparar 500 mL d’una dis-solució d’àcid clorhídric 0,3 M. L’ampolla d’àcid clorhídric que tenim al laboratori ens indica que és del 36 % i de densitat 1 180 kg/m3.

a) Quants mL de HCl calen per fer la preparació?b) Com ho faries al laboratori?

0,3 mol HCl 36,5 g HCl 1 000 mL 100500 mL ? —————— ? —————— ? —————— ? ——— 5

1 000 mL 1 mol HCl 1 180 g HCl 36

5 12,89 mL

26. En l’aigua de mar hi ha una proporció de 0,003 g d’àcid ortosilícic (H4SiO4) per cada litre d’aigua. Sabries expres-sar aquesta concentració en molaritat?

0,003 g H4SiO4 1 mol H4SiO4———————— ? ———————— 5 3,12 ? 1025 M 1 L aigua 96,13 g H4SiO4

27. L’alumini és un element tòxic en determinades aigües. La quantitat d’alumini permesa és de 5 ? 1026 g/L. Expressa aquesta concentració en molaritat, tenint en compte que la molècula present en l’aigua és Al(OH)3.

Només cal dividir per la massa atòmica de l’alumini:

5 ? 1026 g Al 1 mol Al——————— ? ————— 5 1,85 ? 1027 M

1 dm3 solució 27 g Al

La molaritat permesa és d’1,85 ? 1027 M.

28. Explica les semblances i diferències entre punt crític i punt triple. El clor és un gas que té un punt crític a 144 °C. Te-nim clor a 425 K i el volem liquar. Què haurem de fer?

425 K és una temperatura major que la crítica de 144 °C (5 417 K). Per tant, si volem liquar el clor, abans l’haurem de refredar clarament per dessota aquells 417 K. I després com-primir-lo.

29. Saps explicar de manera qualitativa què li passa a una so-lució d’aigua una mica salada quan la refredem molt?

Si se la refreda su�cientment comença a congelar-se l’aigua sola, i per tant la solució restant es va concentrant en sal. En concentrar-se, cada vegada li costa més glaçar-se l’aigua res-tant, però ho va fent. I la solució restant es va concentrant cada vegada més en sal. Fins que s’arriba a un punt, a 221,12 °C, en què es glacen separadament la sal i l’aigua, formant cristalls distingibles entre si.

Referent a això val la pena llegir l’interessant article de Claudi Mans, a l’adreça següent:

http://www.angel.qui.ub.es/mans/Documents/Textos/glacons410-NPQ.pdf

30. Observa el diagrama de fases de la �gura 1.14. Tenim CO2 a temperatura ambient. El comprimim a poc a poc (quasi a tem-peratura constant) �ns 6 100 kPa (61 atm aproximadament).


a) Quin és el signi�cat del punt triple? A quina tempera-tura congela l’aigua a 1 atm de pressió? Si augmentem la pressió, la temperatura de congelació serà més alta o més baixa?

En el punt triple coexisteixen les tres fases alhora: sòlid, líquid i gas.

A 1 atm l’aigua congela a 273,15 K.

Si augmentem la pressió, la temperatura de congelació serà més baixa. Observeu que el pendent de la interfase entre sòlid i líquid és negatiu.

b) En quines condicions de pressió sublima l’aigua sòlida? A quina temperatura bull l’aigua a 1 atm de pressió? Si augmentem la pressió, la temperatura d’ebullició serà més alta o més baixa?

L’aigua sòlida sublima per sota de 273,16 K i a una pressió inferior a 0,0006 atm.

Si augmentem la pressió, la temperatura d’ebullició augmen-ta. A partir del punt crític (624 K, 218 atm) en amunt, no es pot distingir entre líquid i vapor i no es pot parlar d’ebu-llició.

2. [Curs 10-11] Un dels gasos més presents en la nostra vida és el metà, component principal del gas natural, que és un bon combustible. A partir de les dades de la taula 1.7, res-poneu a les qüestions.

Reacció de combustió

Entalpia de combustió (kJ?mol21)

CH4(g) 1 2 O2(g) CO2(g) 1 2 H2O(l) 2890,3

C(s) 1 O2(g) CO2(g) 2393,5

1/2 H2(g) 1 O2(g) H2O(l) 2285,8

Taula 1.7. Entalpies de combustió en condicions estàndard i a 298 K.

Dades:

Densitat de l’aigua (entre 10 °C i 45 °C) 5 1 kg?L21.

Capacitat calorí�ca especí�ca de l’aigua (entre 10 °C i 45 °C) 5 4,18 (J?K21?g21).

Massa molecular relativa del metà 5 16,0 g/mol.

Imagineu que us voleu dutxar amb l’aigua a una tempera-tura de 45 °C. Tenint en compte que l’aigua entra a l’escal-fador a 10 °C i que en gastareu 30 L, digueu quina massa de metà cal cremar, a pressió constant, per escalfar-la.

Calculem la massa d’aigua que cal escalfar i la variació de tem-peratura de l’aigua:

massa d’aigua 5 m 5 30 L ? (1 kg/1 L) 5 30 kg 5 30 000 g

variació de temperatura 5 DT 5 (45 2 10) 5 35 °C 5 35 K

Càlcul de la calor que es necessita per escalfar l’aigua:

q 5 Ce ? m ? DT

q 5 4,18 J?K21?g21 ? 30 000 g ? 35 K 5 4 389 000 J 5 4 389 kJ

32. Disposem d’un pot de coure de 0,300 kg de massa. Hi abo-quem 0,400 kg d’aigua. El pot i l’aigua estan a 288 K. A continuació hi afegim 0,200 kg d’un altre líquid que està a 333 K. Finalment, la temperatura del conjunt és de 293 K. Les calors especí�ques del coure i de l’aigua són, respectivament, 389 i 4 186 J/(kg?K). Calcula la calor espe-cí�ca del segon líquid.

Qcoure 1 Qaigua 5 Qlíquid desconegut

[0,3 kg ? 0,389 kJ/(kg?K) ? (293 K 2 288 K)] 1

1 [0,4 kg ? 4,186 kJ/(kg?K) ? (293 K 2 288 K)] 5

5 0,2 kg ? Ce ? (333 K 2 293 K)

on l’única incògnita és Ce: 0,5835 1 8,372 5 8 Ce

Ce 5 1 119,4 J/(kg?K)

33. Tenim dos recipients a 300 K. Un conté heli i l’altre conté nitrogen. Les pressions d’un i altre són, respectivament, 200 kPa i 300 kPa. Coneixem les equacions que fan refe-

3 rència a l’energia cinètica de les molècules:

2Ec 5 — ? k ? T

2 1 i

2Ec 5 — m v2, en què v és la velocitat mitjana de les mo-

2 lècules i k és la constant universal de Boltzmann, que val

1,38 ? 10223 J/K. Considerem els dos gasos amb comporta-ment ideal. L’heli té una massa atòmica de 4 uma i el nitro-gen, diatòmic, té una massa molecular de 28. Indica quin dels dos gasos té les molècules amb una energia cinètica més alta. Raona-la.

En comportar-se els dos gasos com gasos ideals i estar a la mateixa temperatura absoluta, tindran també la mateixa ener-gia cinètica, ja que aquesta depèn només de la temperatura

absoluta segons l’equació 32Ec 5 — ? k ? T 2

.

Prepara la selectivitat

1. A partir de la �gura, on es mostra el diagrama de fases de l’aigua, contesteu raonadament les qüestions.

p (atm)

Punt crític218

1

0,006

273,15 373273,16 624 T (K)

Sòlid Líquid

Gas

Punt triple

Diagrama de fases de l’aiguaFig 1.15. Diagrama de fases de l’aigua.

11QUÍMICA 2 01

També es pot donar com a correcte:

ànode (semireacció d’oxidació):

OH2 � 1/2 O2(g) 1 H1 1 2 e2

càtode (semireacció de reducció):

2 H1 1 2 e2 � H2(g)

4. [Curs 09-10] En fer l’electròlisi de clorur de liti fos, LiCl, s’obté Cl2 a l’ànode i Li al càtode.

a) Escriviu el procés que té lloc en cadascun dels elèctro-des i indiqueu quin és el procés d’oxidació i quin el de reducció.

Ànode, oxidació 2 Cl2 � Cl2(g) 1 2 e2

Càtode, reducció Li1 1 e2 � Li(s)

b) Quina polaritat tenen els elèctrodes?

Ànode, pol positiu. Càtode, pol negatiu.

5. [Curs 11-12] Els diagrames de fases són representacions grà�ques de les condicions de pressió i temperatura que fan que una substància estigui en estat sòlid, líquid o va-por. Els per�ls d’aquests diagrames per a l’aigua i per al diòxid de carboni són els següents:

Punt triple: T 5 273 K i p 5 0,611 kPa

Punt triple: T 5 216 K i p 5 517,6 kPa

A partir de les dades de la taula obtenim l’entalpia de combus-tió del metà:

DHcomb metà 5 2890,3 kJ/mol

A pressió constant:

q 5 DH 5 2890,3 kJ/mol metà (calor alliberada)

Càlcul de la massa de metà:

1 mol metà 16,0 g metà4 389 kJ ? —————— ? —————— 5 78,9 g metà 890,3 kJ 1 mol metà

Massa de metà 5 78,9 g

3. Mitjançant el procés d’electròlisi de l’aigua es poden obte-nir hidrogen i oxigen gasosos.

a) Indiqueu el material que necessitaríeu per dur a terme aquest procés al laboratori i feu un esquema del mun-tatge experimental.

El material que utilitzaria al laboratori per efectuar l’electrò-lisi de l’aigua seria:

• Voltàmetre de Hoffmann o bé vas de precipitats (o cube-ta) i tubs d’assaig.

• Dos elèctrodes (platí o gra�t), pinces de cocodril i cable per connectar els elèctrodes.

• Pila o font d’alimentació.

• Aigua destil.lada.

Possible esquema del muntatge experimental:

Gas A Gas B

Elèctrode AElèctrode B

+ –

b) Escriviu les equacions de les semireaccions que tenen lloc en cadascun dels elèctrodes.

Reaccions: ànode (semireacció d’oxidació):

H2O � 1/2 O2(g) 1 2 H1 1 2 e2

càtode (semireacció de reducció):

2 H2O 1 2 e2 � H2(g) 1 2 OH

p

T

Aigua

SòlidLíquid

Vapor

p

T

Diòxid de carboni

SòlidLíquid

Vapor

p

T

Aigua

SòlidLíquid

Vapor

p

T

Diòxid de carboni

SòlidLíquid

Vapor


4. Tenim 1 kg de plom a 600 K i 1 kg de gel a 273 K. Els hem de fondre. Quin absorbirà més calor?

a) El plom, ja que és un metall.

b) A priori no ho podem saber.

c) La mateixa quantitat.

d) El gel.

La resposta correcta és la d).

5. L’oli del motor dels cotxes és un producte contaminant?

a) Sí.

b) No.

c) No ho podem saber.

d) Depèn de si s’ha utilitzat.


6. Una concentració de 3 mg per litre de solució aquosa equi-val a:

a) 3 ppm. b) 3 ppb.

c) 3 %. d) Cap de les anteriors.

La resposta correcta és la a).

7. Si comprimim el CO2 gasós a temperatura ambient �ns a 61 bar passa a estat líquid. Si es descomprimeix sobtada-ment �ns a la pressió atmosfèrica, la temperatura del CO2 baixa considerablement. Què et sembla que passaria si obrís-sim completament l’aixeta d’una bombona plena de CO2 lí-quid a 65 bar de manera que pogués sortir tot sob tadament?

a) Sortiria CO2 gas.

b) Sortiria CO2 líquid.

c) Sortiria CO2 sòlid.

d) Sortiria una mescla de tots tres.

La resposta correcta és la c).

8. A quina temperatura bull, a nivell del mar, l’aigua ensucra-da de l’almívar?

a) A 100 °C.

b) A menys de 100 °C.

c) A més de 100 °C.

d) No ho podem saber a priori.


a) Què representen les línies que apareixen en un diagra-ma de fases? Expliqueu raonadament com varia la tem-peratura de fusió de les dues substàncies en augmentar la pressió.

Les línies del diagrama de fases representen les condicions de pressió i temperatura en les quals podem trobar en equi-libri dues o tres fases d’una substància.

En augmentar la pressió, la temperatura de fusió de l’aigua disminueix en ser negatiu el pendent de la línia sòlid-líquid, mentre que en el diòxid de carboni la temperatura de fusió augmenta en ser positiu el pendent de la línia sòlid-líquid.

b) Justi�queu el fet que, a pressió atmosfèrica (101,3 kPa), l’aigua pot passar de sòlid a líquid i de líquid a vapor, modi�cant la temperatura, mentre que amb el diòxid de carboni no passa el mateix.

La pressió del punt triple per a l’aigua és 0,611 kPa, és a dir, inferior a la pressió atmosfèrica (101,3 kPa). Això ens indica que si �xem la pressió igual a la pressió atmosfèrica, es pot passar de sòlid a líquid i de líquid a vapor augmentant la temperatura.

En el cas del diòxid de carboni, la pressió del seu punt triple és 517,6 kPa, superior a la pressió atmosfèrica (101,3 kPa). Això ens indica que si �xem la pressió igual a la pressió atmosfèrica, es pot passar, només, de sòlid a vapor augmen-tant la temperatura.

Quimitest

1. La nostra suor és:

a) Matèria homogènia. b) Solució.

c) Mescla homogènia. d) Totes són veritat.


2. L’aigua embotellada comercial:

a) És de bona qualitat. b) És una substància pura.

c) Bull a 100,0 °C. d) És una solució.


3. L’aire és una mescla de nitrogen, N2; oxigen, O2; diòxid de carboni, CO2, i quantitats molt petites de gasos nobles com ara neó, Ne; argó, Ar; criptó, Kr, i xenó, Xe. Quan te-nim aire a una temperatura determinada, les molècules amb una velocitat mitjana més ràpida són:

a) Les d’oxigen. b) Les de nitrogen.

c) Les de xenó. d) Les d’argó.


13QUÍMICA 2 02

j Unitat 2. Termodinàmica química

Activitats

1. Posa altres exemples quotidians en els quals quedi re�ecti-da la importància de l’energia en una reacció.

Una de les reaccions exotèrmiques típiques és la reacció de combustió del carbó segons el procés representat per l’equació:

C(s) 1 O2(g) � CO2(g)

La combustió d’un mol de carbó, en estat sòlid, desprèn 395 kJ.

Un altre exemple de reacció exotèrmica és la combustió del butà.

L’obtenció d’energia dels aliments és un procés exotèrmic. Els éssers vius necessiten energia per mantenir la temperatura en els éssers homeoterms. Aquesta energia s’obté de la combustió química dels aliments. El contingut energètic d’un aliment, és a dir, la quantitat d’energia despresa en la seva degradació, depèn de la seva composició química.

Un altre exemple quotidià són les piles, dispositius capaços de produir energia elèctrica mitjançant una reacció química.

2. El cafè és probablement la més universal de les prepara-cions aquoses que es consumeixen. Tenim 100 g de cafè a 15 °C i el posem al microones durant 1 minut per escalfar-lo. Quan acabem, en mesurem la tempe ratura i és de 75 °C. Si la calor especí�ca del cafè és pràcticament la de l’aigua, quina és l’energia calorí�ca subministrada a aquesta prepa-ració?

Apliquem l’expressió:Q 5 m ce DT

I obtenim:

Qcafè 5 0,1 kg ? 4,186 kJ/(kg?K) ? 60 K 5 25,116 kJ

3. Una de les maneres de coure el bacallà si en volem conser-var les propietats organolèptiques és posar-lo en una bossa especial, fer-hi el buit i introduir-la en un bany d’aigua amb control de temperatura a 50 °C durant 14 minuts (l’aparell que s’utilitza s’anomena Roner).

Quina és la calor subministrada a l’aigua del recipient per passar dels 20 °C inicials als 50 °C �nals?

Dades: el recipient fa 50 cm de llarg, 30 cm d’ample i 30 cm d’alt, i l’aigua ocupa un 80 % de la capacitat total del reci-pient.

Primer calculem el volum del recipient:

V 5 50 cm ? 30 cm ? 30 cm 5 45 000 cm3

1 L 1 kg aigua 80 kg45 000 cm3 —————— ? —————— ? ———— 5

1 000 cm3 1 L aigua 100 kg

5 36 kg aigua

Apliquem l’expressió:

Q 5 m ce DT

I obtenim:

Qaigua 5 36 kg ? 4,186 kJ/(kg?K) ? 30 K 5 4 520,88 kJ

4. La utilització de l’hidrogen com a combustible és una de les alternatives energètiques de futur. La baixa contaminació que provoca fa possible que s’utilitzi de manera massiva, si es troba una manera econòmica de fabricar-lo. Calcula la quantitat de calor generada per cada 100 g d’hi drogen.

Dades: la variació d’entalpia de la reacció és de 2285,8 kJ per cada mol de H2O format.

La reacció és: 2 H2(g) 1 O2(g) � 2 H2O(l)

1 mol H2(g) 2 mol H2O(l) 2285,8 kJ100 g H2(g) ? —————— ? ——————— ? —————— 5

2 g H2(g) 2 mol H2(g) 1 mol H2O(l)

5 214 290 kJ

5. El consum de gas butà com a combustible a les llars ha dismi-nuït molt els darrers anys. La variació d’entalpia de la reac- ció de combustió del butà és 22 878,3 kJ/mol i la reacció és:

13 C4H10(g) 1 —— O2(g) � 4 CO2(g) 1 5 H2O(l) 2

Calcula la calor que s’intercanvia en el procés a volum cons-tant i a 298 K.

La variació del nombre de mols gasosos és:

Dn 5 nproductes 2 nreactius 5 4 2 (6,5 1 1) 5 23,5

Sabem que Qp 5 Qv 1 p DV i que DH 5 Qp. Per tant:

Qv 5 DH 2 p DVCalculem p DV:

p DV 5 DnRT

p DV 5 23,5 mol ? 8,31 J/(K?mol) ? 298 K 5

5 28 667,33 J 5 28,67 kJ

Qv 5 DH 2 p DV 5 22 878,3 kJ 2(28,67 kJ) 5 22 869,63 kJ

6. El règim estipulat per a una persona d’uns 60 kg és de 2 000 kcal/dia, que s’anomenen també calories nutricionals. A quans grams de glucosa equivalen?

Dades: la variació d’entalpia de la reacció de combustió de la glucosa és de 22 811,89 kJ per cada mol de glucosa trans-format; 1 kcal 5 4,18 kJ

La reacció és:

C6H12O6(s) 1 6 O2(g) � 6 CO2(g) 1 6 H2O(l)

4,18 kJ2 000 kcal ? ————— 5 8 360 kJ

1 kcal

1 mol glucosa8 360 kJ ? ———————— 5 2,97 mol glucosa

2 811,89 kJ

180 g glucosa2,97 mol glucosa ? ———————— 5 534,6 g glucosa

1 mol glucosa


7. [Curs 09-10] Es vol efectuar un experiment al laboratori per deter minar, de manera aproximada, l’entalpia de dissolu- ció de l’hidròxid de potassi en aigua.

Dades: Considereu negligible la calor absorbida pel recipient.Capacitat calorí�ca especí�ca de la solució 5 4,18 J?g21?°C21.Densitat de la solució 5 1,0 g?mL21.Masses atòmiques relatives: H 5 1,0; O 5 16,0; K 5 39,1.

a) Descriviu el procediment que seguiríeu al laboratori i el material que faríeu servir.

Procediment experimental:

En un calorímetre hi col·loquem un determinat volum d’ai-gua (o una determinada massa d’aigua) i mesurem la tempe-ratura inicial. Posteriorment afegim una determinada massa de KOH sòlid al calorímetre. Agitem la mescla per dissoldre tot el sòlid, tapem el calorímetre i esperem un temps �ns que la temperatura que ens marca el termòmetre deixi de pujar (s’estabilitzi). Mesurem aquesta temperarura �nal.

Material:

• Calorímetre (per exemple un vas de plàstic amb tapa i aïllat).

• Reactius: aigua i KOH sòlid.

• Termòmetre.

• Balança.

• Si mesurem el volum d’aigua farem servir una pipeta (vo-lum petit) o una proveta (volums més grans).

b) Si en dissoldre 2,0 g d’hidròxid de potassi en 200 mL d’aigua es produeix un increment en la temperatura de la solució de 2,5 °C, quina és l’entalpia molar de la reac-ció de dissolució de l’hidròxid de potassi?

Massa d’aigua 5 200 mL ? (1 g/mL) 5 200 g

m 5 massa de la solució �nal 5 200 1 2 5 202 g

Calor absorbida per la solució 5 m ? c ? DT

Calor absorbida per la solució 5 202 ? 4,18 ? 2,5 5 2 110,9 J

q 5 calor despresa per la reacció 5 calor absorbida per la solució

q 5 2 110,9 J quan es dissolen 2 g de KOH

Massa molecular del KOH 5 56,1

Si la pressió és constant: DH 5 q

Calor despresa � DH , 0 (signe negatiu)

22 110,9 J 56,1 g KOHDH 5 —————— ? —————— 2 g KOH 1 mol KOH

DH 5 259 211 J?mol21

8. La glucosa és un glúcid de fórmula C6H12O6 que en nomen-clatura culinària s’anomena dextrosa. Quina és l’entalpia de formació de la glucosa?

Dades: L’entalpia de reacció de combustió de la glucosa és de 22 811,89 kJ per cada mol de glucosa transformat.

La reacció de combustió de la glucosa és:

C6H12O6(s) 1 6 O2(g) � 6 CO2(g) 1 6 H2O(l)

DH°r 5 [6 DH°f (CO2) 1 6 DH°

f (H2O)] 2 DH°f (C6H12O6)

22 811,89 5 [6 (2393,5) 1 6 (2285,8)] 2 DH°f (C6H12O6)

DH°f (C6H12O6) 5 2 811,89 2 2 361 2 1 714,8 5

5 21 263,91 kJ/mol

9. El benzè és un compost perillós, ja que emet vapors tòxics que poden produir trastorns en l’aparell respiratori i nerviós. Sabent que les entalpies de formació del benzè, del diòxid de carboni i de l’aigua són 48,95 kJ/mol, 2393,5 kJ/mol i 2285,8 kJ/mol, respectivament, calcula l’energia que es desprèn quan es cremen els 20 kg de benzè que conté una bombona.

15La reacció és C6H6(l) 1 —— O2(g) � 6 CO2(g) 1 3 H2O(l) 2

DH°r 5 [6 DH°f (CO2) 1 3 DH°

f (H2O)] 2 DH°f (C6H6)

DH°r 5 [6 (2393,5) 1 3 (2285,8)] 2 48,95

DH°r 5 22 361 2 857,4 2 48,95 5 23 267,35 kJ/mol

23 267,35 kJ 1 mol C6H6——————— ? ————— ? 20 000 g 5 2837 782,05 kJ 1 mol C6H6 78 g C6H6

10. L’alcohol etílic és emprat com a combustible per fer fondues de formatge, xocolata i carn. Calcula l’energia alliberada en cremar 92 g d’etanol a partir de les dades d’energies d’en-llaç de la taula 2.3.

L’equació química corresponent a la reacció de combustió és:

C2H5OH(l) 1 3 O2(g) � 2 CO2(g) 1 3 H2O(l)

Si tenim en compte les estructures de les molècules de reactius i productes i l’estequiometria de la reacció:

Nombre de mols d’enllaços trencats:

5 C–H, 1 C–O, 1 O–H i 3 O}}O

Nombre de mols d’enllaços formats:

4 C}}O i 6 O–H

Apliquem la fórmula següent:

DH°reacció 5

5 S(energia enllaços trencats) 2 S(energia enllaços formats)

DH°r 5 5 ? 414 1 352 1 528 1 3 ? 498 2 (4 ? 715 1 6 ? 528)

DH°r 5 21 584 kJ/mol

L’entalpia estàndard de combustió de l’etanol varia lleugera-ment si es calcula a partir de les entalpies de formació dels seus components.

1 mol C2H5OH 21 584 kJ92 g C2H5OH ? ——————— ? ————— 5 22 474 kJ

46 g C2H5OH 1 mol

15QUÍMICA 2 02

11. [Curs 09-10] La reacció de combustió del metà, a 1 atm i 25 °C, es produeix segons l’equació següent:

CH4(g) 1 2 O2(g) � CO2(g) 1 2 H2O(g)

DH° 5 2849,3 kJ?mol21

Dades:

Enllaç O}}O C}}O O−H

Entalpia d’enllaç (kJ?mol21) 498 805 464

Taula 2.4

a) En la combustió del metà, és més gran la quantitat d’energia implicada en el trencament d’enllaços o en la formació d’enllaços? Raoneu la resposta.

La variació d’entalpia d’una reacció es pot calcular (aplicant la llei de Hess) com la suma de les entalpies (o energies) dels enllaços trencats menys la dels enllaços formats:

DH 5 (S nr Etrencats) 2 (S np Eformats)

Si DH , 0 � E (enllaços formats) . E (enllaços trencats)

Per tant, és més gran la quantitat d’energia implicada en la formació d’enllaços que en el trencament d’enllaços.

b) Calculeu l’entalpia de l’enllaç C−H.

Aplicant l’equació anterior:

DH 5 (S nr Etrencats) 2 (S np Eformats)

En la reacció de combustió del metà:

En els reactius, per cada molècula cal trencar 4 enllaços C–H i 1 enllaç O}}O.

En els productes, per cada molècula cal formar 2 enllaços C}}O i 2 enllaços O–H.

DH 5 [(4 EC–H) 1 (2 ? EO–O)] 2 [(2 EC–O) 1 (2 ? 2 EO–H)]

2849,3 5 [(4 ? EC–H) 1 (2 ? 498)] 2 [(2 ? 805) 1 (4 ? 464)]

Entalpia d’enllaç EC–H 5 405 kJ?mol21.

12. L’acidesa gàstrica és provocada per la producció excessiva de HCl. Això oca siona moltes molèsties. Per tal d’elimi-nar-les, un dels compostos que s’utilitza és l’hidrogen-carbonat de sodi (popularment anomenat bicarbonat).

Indica si la reacció produïda és espontània, és a dir, entrò-picament favorable.

L’equació química corresponent a la reacció és:

NaHCO3(s) 1 HCl(aq) � NaCl(aq) 1 CO2(g) 1 H2O(l)

Dels reactius, un es troba en estat sòlid i l’altre en dissolució aquosa, mentre que els productes es troben en dissolució aquo-sa, en estat gasós o líquid. Això comporta un augment de desor-dre en les molècules que inicialment estaven més ordenades i, per tant, DS . 0.

13. Indica raonadament si els processos següents representen un augment o una disminució de l’entropia del sistema:

a) L’obtenció de l’aigua (gas) a partir de l’hidrogen i de l’oxigen gasosos.

A partir de dues molècules d’hidrogen i una d’oxigen s’obte-nen dues molècules d’aigua i, per tant, podem dir que s’or-denen (variació d’entropia negativa).

b) La sublimació del iode quan passa de sòlid a gas.

Quan el iode passa de sòlid a gas es desordena, és a dir, la variació d’entropia és positiva.

14. Amb les dades de la taula 2.5, justi�ca quantitativament si l’evaporació d’aigua líquida és entròpicament favorable.

L’equació química corresponent a la reacció és:

H2O(l) � H2O(g)

Si apliquem la fórmula:

DS°r 5 S np DS°p 2 S nr DS°r

DS 5 184 2 70 5 114 J/mol K

Per tant, és entròpicament favorable, tal com ja podíem pronos-ticar qualitativament, en produir-se un augment del desordre.

15. [Curs 09-10] El carbonat de calci es descompon, en condi-cions estàndards i a 25 °C, segons la reacció següent:

CaCO3(s) � CaO(s) 1 CO2(g) DH° 5 178 kJ?mol21

Si l’entropia estàndard d’aquesta reacció (DS°) és 165 J?K21·mol21:

a) Calculeu l’energia lliure estàndard de la reacció a 25 °C. Raoneu si la reacció és espontània en condicions estàn-dards i a 25 °C.

L’energia lliure (DG) la podem calcular en condicions estàn-dards i a 25 °C:

DG° 5 DH° 2 T DS°

DH° 5 178 kJ?mol21

DS° 5 165 J?K21?mol21 5 165 ? 1023 kJ?K21?mol21

DG° 5 (178) 2 (298 ? 165 ? 1023)

DG° 5 128,83 kJ?mol21 (o 128 830 J?mol21)

DG° . 0 Reacció no espontània

b) Quina temperatura mínima s’ha d’aconseguir perquè el CaCO3 sòlid es descompongui en condicions estàndards? Considereu que DS° i DH° no varien amb la temperatura.

Perquè sigui espontània: DG° , 0

Cal buscar la temperatura en què: DG° 5 0.

DG° 5 DH° 2 T DS° 0 5 DH° 2 T DS°

DH° 178T 5 —— 5 ————— DS° 165 ? 1023

T 5 1 079 K (temperatura mínima perquè sigui espontània)


19. En alguns processos industrials s’utilitza el benzè, que prè-viament s’ha obtingut en plantes químiques com a derivat del petroli o del carbó.

El benzè pot produir vapors tòxics que afecten el sistema respiratori i nerviós; per tant, cal reciclar-ne els excedents o eliminar-los. Si en eliminar-los per combustió es detecta una emissió d’energia de 32 520 kJ, quina és la quantitat de benzè eliminat?

Dades: DHf (C6H6(l)) 5 48,95 kJ/mol; DHf (CO2(g))5 2393,5 kJ/mol; DHf (H2O(l))5 2285,8 kJ/mol.

La reacció que es produeix és:

15C6H6(l) 1 —— O2(g) � 6 CO2(g) 1 3 H2O(l) 2

Calculem l’entalpia de combustió del benzè:

DH°r 5 [6 DH°f (CO2) 1 3 DH°

f (H2O)] 2 DH°f (C6H6)

DH°r 5 [6 (2393,5) 1 3 (2285,8)] 2 48,95

DH°r 5 22 361 2 857,4 2 48,95 5 23 267,35 kJ/mol

Ara ja podem calcular la quantitat de benzè eliminat:

1 mol C6H6 78 g C6H632 520 kJ —————— ? —————— 5 776,34 g C6H6 3 267,35 kJ 1 mol C6H6

Activitats finals

1. La massa d’aigua d’una piscina rectangular de dimensions 20 3 10 3 1,5 m s’escalfa durant un dia d’estiu des de 20 °C �ns a 28 °C. Si la calor especí�ca de l’aigua és 4,186 kJ/(kg?K), quina quantitat de calor subministra el Sol a aquesta massa d’aigua? (Suposem que la piscina està totalment plena.)

Aigua:

20 m ? 10 m ? 1,5 m 5 300 m3 5 3 ? 105 dm3 5 3 ? 105 kg aigua

Calor:

Q 5 m ? Ce ? T 5 3 ? 105 kg ? 4,186 kJ/(kg?°C) ? (28 2 20) °C

Q 5 1,00464 ? 107 kJ

2. El reciclatge del vidre va ser el primer a introduir-se en l’esquema de la recollida selectiva. La raó és força evident: la transformació en vidre nou és relativament senzilla; només cal netejar-lo, fondre’l i tornar-lo a utilitzar.

Si tenim una tona de vidre a una temperatura de 18 °C i l’hem d’escalfar per fondre’l �ns a 800 °C, quina calor cal subministrar en aquest procés només per escalfar el vidre?

La calor especí�ca del vidre és 0,84 kJ/(kg?K).

Calor:

Q 5 m ? Ce ? T 5 1 000 kg ? 0,84 kJ/(kg?°C) ? (800 2 18) °C

Q 5 656 880 kJ

16. Justi�ca termodinàmicament que el cava s’hagi de beure molt fred.

En la producció del cava es forma internament diòxid de carbo-ni, que queda dissolt en el líquid segons la reacció:

CO2(g) � CO2(aq)

El procés és entròpicament desfavorable, DS , 0, perquè el CO2 està més ordenat en dissolució aquosa que no pas en estat ga-sós quan forma part de l’aire. El procés, per tant, ha de ser exotèrmic, DH , 0, perquè, si no, no es produiria mai.

Però perquè la reacció sigui espontània (DG 5 DH 2 T ? DS , 0), el valor de DH ha de ser més gran que el del terme T ? DS, (DH . T DS). És a dir, s’ha de minimitzar el terme desfavorable, T DS, la qual cosa s’afavoreix disminuint la temperatura.

Per tant, a temperatures baixes el gas està més dissolt en el líquid i s’evita que en obrir el cava el gas desaparegui ràpi-dament.

17. Amb les dades de les entalpies lliures de formació que �gu-ren a la taula 2.7, justi�ca quantitativament si la descom-posició de l’aigua oxigenada (peròxid d’hidrogen) en aigua i oxigen és espontània.

La reacció que es produeix és: 1

H2O2(l) � H2O(l) 1 — O2(g) 2

Apliquem l’expressió:

DG°R 5 S np DG°

fp 2 S nr DG°fr

DG°R 5 2237,2 2 (2120,4) 5 2117 kJ/mol

Per tant, la reacció és espontània.

18. El pentaclorur de fòsfor es transforma en triclorur de fòsfor i clor. Consulta les taules de DG°r i DH°r. A partir de quina temperatura és possible la reacció?


PCl5(g) � PCl3(g) 1 Cl2(g)

DG°r 5 DG°f (PCl3) 2 DG°

f (PCl5)

DG°r 5 2286,3 kJ/mol 2 (2324,6 kJ/mol) 5 38,3 kJ/mol

DH°r 5 DH°f (PCl3) 2 DH°

f (PCl5)

DH°r 5 2305,97 kJ/mol 2 (2398,77 kJ/mol) 5 92,8 kJ/mol

Cal buscar el valor de DS°r aplicant l’expressió:

DG°r 5 DH°r 2 T DS°r

38,3 kJ/mol 5 92,8 kJ/mol 2 298 K ? DS°r

DS° 5 0,18289 kJ/(K?mol) 5 182,89 J/(K?mol)

Per calcular a partir de quina temperatura és possible la reac-ció, aplicarem les condicions límit:

DG°f 5 0

Així:0 5 92,8 2 T ? (0,18289)

T 5 507,4 K 5 234,4 °C

17QUÍMICA 2 02

1 (I) C(s) 1 — O2 � CO(g) DH°

f 5 2110,5 kJ/mol 2

(II) C(s) 1 O2 � CO2(g) DH°f 5 2393,5 kJ/mol

________________________________________________ 1 2(I) CO(g) � C(s) 1 — O2 DH°

f 5 1110,5 kJ/mol 2

(II) C(s) 1 O2 � CO2(g) DH°f 5 2393,5 kJ/mol

________________________________________________ 1 2(I) 1 (II) CO(g) 1 — O2 � CO2(g) DH°r 5 ? 2

DH°r 5 1110,5 kJ/mol 2 393,5 kJ/mol 5 2283 kJ/mol

Qp 5 DH°r 5 2283 kJ/mol

La calor a volum constant es calcula de la manera següent:

Qp 5 Qv 1 Dn ? R ? T

En condicions estàndards, T 5 298 K i, en aquest cas, la variació de mols gasosos és 20,5:

Qv 5 Qp 2 Dn ? R ? T

Qv 5 2283 000 J 2 (20,5) ? 8,314 ? 298 5 2281 761 J

Qv 5 2281,76 kJ/mol

c) Indica si la reacció és endotèrmica o exotèrmica i per què.

La reacció és exotèrmica perquè desprèn calor.

7. Calcula l’entalpia estàndard corresponent al procés següent:

3 CO(g) 1 Fe2O3(s) � 3 CO2(g) 1 2 Fe(s)

DHf (Fe2O3(s)) 5 2824 kJ?mol21

DHf (CO(g)) 5 2110,5 kJ?mol21

DHf (CO2(g)) 5 2393,5 kJ?mol21

DH°r 5 3 DH°f (CO2) 2 [3 DH°

f (CO) 1 DH°f (Fe2O3)]

DH°r 5 3 (2393,5) 2 [3 (2110,5) 1 (2829,73)]

DH°r 5 21 180,5 1 331,5 1 829,73 5 219,27 kJ

8. Calcula el valor de l’entalpia de la reacció següent:

A 1 2 B � 2 C 1 D

Dades: les entalpies de formació són: de A 5 241,84 kJ?mol21; de B 5 220,92 kJ?mol21; de C 5 262,76 kJ?mol21, i de D 5 28,37 kJ?mol21.

DH°r 5 [2 DH°f (C) 1 DH°

f (D)] 2 [DH°f (A) 1 2 DH°

f (B)]

DH°r 5 [2 (262,76) 1 (28,37)] 2 [(241,84) 1 2 (220,92)]

DH°r 5 2125,52 2 8,37 1 41,84 1 41,84 5 250,21 kJ

9. L’entalpia de la combustió del metanol, CH3OH, a 298 K és de 2724,4 kJ?mol21. Calcula l’entalpia de formació del metanol sabent que les de formació del diòxid de car boni i de l’aigua són, respectivament, 2393,5 kJ?mol21 i 2285,8 kJ?mol21.

3. Els cotxes de quatre cilindres són molt habituals. Conside-rem que en un model hipotètic cada cilindre té un radi de 4 cm, l’èmbol fa un recorregut de 9,95 cm i sobre els qua-tre cilindres s’efectua una pressió exterior de 2,5 ? 105 Pa.

a) Quin és el cubicatge del vehicle?

Calculem el cubicatge del vehicle:

Volum cilindre ? nre. cilindres 5

5 (42 ? 9,95) cm3 ? 4 cilindres 5 2 000 cm3

b) Quin és el treball realitzat en un moviment dels èmbols de cada cilindre?

El treball que fa cada cilindre en un moviment de l’èmbol és:

Volum d’1 cilindre 5 500 cm3 5 500 ? 1026 m3 5 5 ? 1024 m3

W 5 F ? x 5 p ? V 5 2,5 ? 105 Pa ? 5 ? 1024 m3 5 125 J

4. La calor de formació de l’aigua líquida a pressió constant i en condicions estàndards és 2285,8 kJ/mol. Quina és la calor de formació a volum constant?

1H2(g) 1 — O2(g) � H2O(l) 2

DH 5 DU 1 Dn ? R ? T

DU 5 DH 2 Dn ? R ? T

DU 5 2285,8 ? 103 J 2 (21,5) mol ? 8,314 J/(K?mol) ? 298 K

DU 5 2282,08 kJ/mol

5. L’entalpia de formació del HCl en condicions estàndards és 92,21 kJ/mol. Quin és el valor de l’energia interna?

1 1— H2(g) 1 — Cl2(g) � HCl(g) 2 2

DH°r 5 DH°f (productes) 2 DH°

f (reactius) 5 92,21 kJ/mol 2 0 2 0

DH°r 5 92,21 kJ/mol

DH° 5 DU 1 Dn ? R ? T 5 DU 1 (0 ? 8,314 ? 298)

DU 5 92,21 kJ/mol

6. El monòxid de carboni és un gas tòxic que per reacció amb l’oxigen es pot transformar, en unes condicions determina-des, en diòxid de carboni. Sabem que les entalpies de for-mació del CO i del CO2 són, respectivament, 2110,5 kJ/mol i 2393,5 kJ/mol.

a) Escriu l’equació corresponent.

1CO(g) 1 — O2 � O2(g) 2

b) Calcula la calor a pressió i a volum constants en condi-cions estàndards.

Per calcular la calor a pressió i volum constants necessitem aplicar la llei de Hess. Cal tenir en compte que les entalpies de formació estan mesurades a pressió constant:


La combinació d’aquestes reaccions, aplicant la llei de Hess, per obtenir la reacció (I) és:

2(IV) 1 (II) 1 2 (III) 5 238,7 2 393,5 2 (2 ? 285,8) 55 2726,4 kJ/mol metanol

Calculem els mols de metanol que hi ha en el recipient que hem comprat:

900 g metanol——————————— 5 28,08 mol metanol

32,05 g/mol metanol

Finalment, ja podem calcular la calor de combustió que ha des-près:

28,08 g metanol ? (2726,4 kJ/mol) 5 220 397,3 kJ/mol

12. La reacció d’obtenció de l’etilè o etè a partir de l’età es produeix segons l’equació següent:

CH3–CH3(g) � CH2}}CH2(g) 1 H2(g)

L’etilè és un gas molt utilitzat industrialment per fer plàs-tics (polietilè), productes intermedis per a far màcia, perfu-meria, etc. Si sabem que les entalpies de formació de l’età i l’etè són, respectivament, 284,7 i 52,3 kJ/mol en condi-cions estàndards:

a) Es tracta d’una reacció exotèrmica o endotèrmica?

La reacció de deshidrogenació és:

CH3–CH3(g) � CH2}}CH2(g) 1 H2(g)

(I) 2 C(s) 1 3 H2(g) � CH3–CH3(g) DH°f 5 284,7 kJ/mol

(II) 2 C(s) 1 2 H2(g) � CH2}}CH2(g) DH°f 5 52,3 kJ/mol

Apliquem la llei de Hess i obtenim que:

DH°r 5 (2I) 1 (II) 5 184,7 1 52,3 5 1137 kJ/mol

Per tant, és una reacció endotèrmica.

b) Quina és la calor a volum constant?

La calor a volum constant és la variació d’energia interna, i es pot calcular a partir de:

DH 5 DU 1 Dn ? R ? T

DU 5 DH 2 Dn ? R ? T

DU 5 137 000 J/mol 2 1 mol ? 8,314 J/(K?mol) ? 298 K

DU 5 134,52 kJ/mol etilè

c) Si disposem de 105 kJ, nets de pèrdues d’energia, quants quilograms d’etilè podem preparar?

Si disposem de 105 kJ nets d’energia podem fabricar:

1 mol etilè 28,06 g etilè105 kJ ? —————— ? ——————— 5 21,90 g d’etilè

134,52 kJ 1 mol etilè

13. Els cotxes vells tenen els pistons balders, ja que no ajus-ten bé amb les parets del cilindre. Això provoca una com-bustió imperfecta. En la combustió es crema, a més de benzina o gasoil, oli de motor. Quins tipus de contamina-ció et sembla que provoquen aquests automòbils?

La reacció de combustió del metanol és:

3CH3OH(l) 1 — O2(g) � CO2(g) 1 2 H2O(l) DH°c 5 2724,4 kJ/mol 2

DH°c 5 [DH°f (CO2) 1 2 DH°

f (H2O)] 2 DH°f (CH3OH)

2724,4 5 [2393,5 1 2 (2285,8)] 2 DH°f (CH3OH)

DH°f (CH3OH) 5 724,4 2 393,5 2 571,6 5 2240,7 kJ/mol

10. Calcula la variació d’entalpia estàndard de la reacció entre el carbur de calci i l’aigua per obtenir acetilè i hidròxid de calci:

CaC2(s) 1 2 H2O(l) � Ca(OH)2 1 C2H2(g)

Dades: DH°f (CaC2(s)) 5 262,8 kJ/mol

DH°f (CO2(g)) 5 2393,5 kJ/mol

DH°f (H2O(l)) 5 2285,8 kJ/mol

DH°f (Ca(OH)2(s)) 5 2986,6 kJ/mol

DH°f (C2H2(g)) 5 226,8 kJ/mol

DH°r 5 [DH°f (Ca(OH)2) 1 DH°

f (C2H2)] 22 [DH°

f (CaC2) 1 2 DH°f (H2O)]

DH°r 5 [(2986,6) 1 (226,8)] 2 [(262,8) 1 2 (2285,8)]DH°r 5 2986,6 1 226,8 1 62,8 1 571,6 5 2125,4 kJ/mol

11. El metanol s’anomena col.loquialment alcohol de cremar. Si per encendre una foguera de Sant Joan comprem un reci-pient que en conté 900 g, quanta energia desprèn el me-tanol?

M (CH3OH) 5 12,01 1 (4 ? 1,01) 1 16 5 32,05 g/mol

La reacció de combustió del metanol és:

3(I) CH3OH(l) 1 — O2(g) � CO2(g) 1 2 H2O(l) 2

Considerem que l’aigua es condensa i allibera la calor de con-densació.

A les taules trobem que les calors de formació d’aquests com-postos són:

DH°f (CH3OH(l)) 5 2238,7 kJ/mol

DH°f (CO2(g)) 5 2393,5 kJ/mol

DH°f (H2O(l)) 5 2285,8 kJ/mol

DH°f (O2(g)) 5 0

En estat molecular, la calor de formació de l’oxigen és zero.

Escrivim les reaccions de formació de cada compost:

(II) C(s) 1 O2(g) � CO2(g) DH°f 5 2393,5 kJ/mol

1 (III) H2(g) 1 — O2(g) � H2O(l) DH°

f 5 2285,8 kJ/mol 2

(IV) 1C(s) 1 — O2(g) 1 2 H2(g) � CH3OH(l) DH°

f 5 2238,7 kJ/mol 2

19QUÍMICA 2 02

b) Calcula el volum d’oxigen, en condicions normals, que ha de reaccionar amb un excés de carboni sòlid perquè s’alliberin 451 kJ en la formació de monòxid de carboni segons la reacció de l’apartat a).

0,5 mol O2 22,4 L O2451 kJ ? —————— ? ————— 5 45,71 L O2 110,5 kJ 1 mol O2

17. El peròxid de sodi, Na2O2, s’utilitza com a blanquejant en la indústria de la cel.lulosa i de la fusta, i també com un oxidant enèrgic. La reacció que es produeix és:

2 Na2O2(s) 1 2 H2O(l) � 4 NaOH(s) 1 O2(g)

Les entalpies estàndards de formació DH°f dels productes següents són:

DH°f (NaOH(s)) 5 2426,7 kJ/mol

DH°f (H2O(l)) 5 2285,8 kJ/mol

DH°f (Na2O2(s)) 5 2511,7 kJ/mol

Si tenim 10,0 g de Na2O2, digues quina quantitat de calor s’allibera:

a) 7,17 kJ b) 13,78 kJ c) 23,84 kJ

d) 47,68 kJ e) 537 kJ f) 688 kJ


2 Na2O2(s) 1 2 H2O(l) � 4 NaOH(s) 1 O2(g)

Calculem l’entalpia estàndard de reacció:

DH°r 5 [4 (2426,7)] 2 [2 (2285,8) 1 2 (2511,7)]

DH°r 5 2111,8 kJ/2 mol Na2O2(s) 5 255,9 kJ/mol Na2O2(s)

10 mol Na2O2(s) 55,9 kJ10 g Na2O2(s) ? ———————— ? ——————— 5 7,17 kJ

78 g Na2O2(s) 1 mol Na2O2(s)


18. Calcula l’energia calorí�ca que s’allibera en la combustió de 50 dm3 d’acetilè, C2H2, mesurats a 25 °C i 101,3 kPa.

La reacció de combustió és:

5 C2H2(g) 1 — O2(g) � 2 CO2(g) 1 H2O(l) 2

Dades: DH°f (CO2(g)) 5 2393,5 kJ/mol

DH°f (H2O(l)) 5 2285,8 kJ/mol

DH°f (C2H2(g)) 5 226,8 kJ/mol


5C2H2(g) 1 — O2(g) � 2 CO2(g) 1 H2O(l) 2

Calculem l’entalpia estàndard de reacció:

DH°r 5 [2 (2393,5) 1 (2285,8)] 2 [226,8]

DH°r 5 21 299,6 kJ/mol etí

Es produeix massa CO, gas força més contaminant que el CO2. També s’aboca oli lubri�cant mal cremat i es malgasta combus-tible, ja que se n’ha de cremar més per fer el mateix treball. A més, es produeixen quantitats petites de gasos nitrosos.

14. Quan es forma aigua segons la reacció següent:

2 H2 1 O2 � 2 H2O

s’obté molta calor. Et sembla que és a causa de la combustió de l’hidrogen? Raona-ho.

Sí, ja que és una reacció fortament exotèrmica:

DH°f (H2O(l)) 5 2285,8 kJ/mol

15. En la combustió d’1 g de metanol, CH3OH(l), a 298 K i a volum constant, s’alliberen 22,6 kJ d’energia en forma de calor. Calcula en kJ/mol les entalpies estàndards de com-bustió i de formació del metanol líquid.

Dades: DH°f (CO2(g)) 5 2393,5 kJ/mol

DH°f (H2O(l)) 5 2285,8 kJ/mol

3CH3OH(l) 1 — O2(g) � CO2(g) 1 2 H2O(l) 2

22,6 kJ 32 g metanol——————— ? ———————— 5 723,2 kJ/mol

1 g metanol 1 mol metanol

DU 5 2723,2 kJ/mol

DH°r 5 2723,2 1 (1 2 1,5) ? 8,31 ? 1023 ? 298

DH°r 5 2724,4 kJ/mol

DH°r 5 [DH°f (CO2) 1 DH°

f (H2O(l))] 2 DH°f (CH3OH(l))

2724,4 5 [2393,5 2 2 ? 285,8] 2DH°f (CH3OH(l))

DH°f (CH3OH(l)) 5 2240,1 kJ/mol

16. Sabem les variacions d’entalpia de les reaccions següents:

1 CO(g) 1 — O2(g) � CO2(g) DH° 5 2283 kJ 2

C(s) 1 O2(g) � CO2(g) DH° 5 2393,5 kJ

a) Calcula, mitjançant l’aplicació de la llei de Hess, l’ental-pia de la reacció:

1 C(s) 1 — O2(g) � CO(g) 2

1 (I) CO(g) 1 — O2(g) � CO2(g) DH°r 5 2283 kJ/mol 2


Combinant les dues equacions anteriors obtenim:

1 2(I) CO2(g) � CO(g) 1 — O2(g) DH°r 5 283 kJ/mol 2


Sumem aquestes dues darreres equacions:

1C(s) 1 — O2(g) � CO(g) DH°

f 5 2110,5 kJ/mol 2


Tot seguit calculem la variació d’energia interna:

DU° 5 DH° 2 Dn ? R ? T

Dn 5 1 2 2 5 21 mol de gas

DU° 5 274,7 2 [(21) ? 8,314 ? 1023 ? 298]

DU° 5 274,7 1 2,47 5 272,2 kJ/mol

21. Per obtenir energia, disposem de diversos materials com-bustibles: metà (CH4), etanol (C2H5OH) i octà (C8H18). Si tenim en compte la rendibilitat energètica del procés de combustió i suposem un cost idèntic per unitat de massa per a cada substància, indica quina proposició és correcta.

a) El metà és més car que l’etanol.

b) El metà és més car que l’octà.

c) L’octà és més car que l’etanol.

d) L’octà és més barat que l’etanol i més car que el metà.

e) L’octà és més car que l’etanol i que el metà.

Dades:

Les variacions d’entalpia estàndards corresponents a les reaccions de combustió són:

CH4(g) 1 2 O2(g) � CO2(g) 1 2 H2O(l)

DH°c 5 2890,2 kJ

C2H5OH(l) 1 3 O2(g) � 2 CO2(g) 1 3 H2O(l)

DH°c 5 21 363 kJ

25 C8H18(g) 1 —— O2(g) � 8 CO2(g) 1 9 H2O(l) 2

DH°c 5 25 473,3 kJ

Calculem l’energia obtinguda en cremar 1 mol de metà:

2890,2 kJ 1 mol metà—————— ? —————— 5 255,64 kJ/g metà

1 mol metà 16 g metà

Procedim de la mateixa manera per a l’etanol:

21 363 kJ 1 mol etanol——————— ? ——————— 5 229,63 kJ/g etanol

1 mol etanol 46 g etanol

I per a l’octà:

25 473,3 kJ 1 mol octà——————— ? —————— 5 248,01 kJ/g octà

1 mol octà 114 g octà

La resposta correcta és la d). L’octà és més barat que l’etanol i més car que el metà.

22. La variació d’entalpia estàndard de formació del tetraòxid de dinitrogen gas, N2O4, val DH°f 5 9,16 kJ/mol. Calcula la variació d’energia interna DU corresponent.

La reacció de formació del tetraòxid de dinitrogen és:

N2(g) 1 2 O2(g) � N2O4(g)

DH°f 5 9,16 kJ/mol

Tenint en compte que 101,3 kPa 5 1 atm, apliquem l’equació d’estat dels gasos ideals:

p V 5 n R T

1 atm ? 50 L 5 n ? 0,082 (atm?L)/(K?mol) ? 298 K

n 5 2,05 mol etí

Finalment calculem l’energia que s’allibera:

1 299,6 kJ2,05 mol etí ? —————— 5 2 664,18 kJ

1 mol etí

19. Calcula l’energia obtinguda en la combustió d’1 m3 de pro-pà, C3H8, a temperatura i pressió constants de 298 K i 101,3 kPa. La reacció és:

C3H8(g) 1 5 O2(g) � 3 CO2(g) 1 4 H2O(l)

Les entalpies estàndards de formació són:

DH°f (C3H8(g)) 5 2103,8 kJ/mol

DH°f (CO2(g)) 5 2393,5 kJ/mol

DH°f (H2O(l)) 5 2285,8 kJ/mol

Calcula també el volum d’aire necessari en la combustió d’1 m3 de propà, si sabem que tots els gasos es mesuren en les mateixes condicions de pressió i temperatura, i que l’ai-re conté un 20 % en volum d’oxigen.

La reacció de combustió del propà és:

C3H8(g) 1 5 O2(g) � 3 CO2(g) 1 4 H2O(l)

Tot seguit calculem l’entalpia estàndard de reacció:

DH°r 5 [3 (2393,5) 1 4 (2285,8)] 2 (2103,8)

DH°r 5 21 180,5 2 1 143,2 1 103,8

DH°r 5 22 219,9 kJ/mol

Finalment, esbrinem el volum d’aire necessari per cremar 1 m3 de propà: 5 m3 O2 100 m3 aire

1 m3 propà ? —————— ? —————— 5 25 m3 aire 1 m3 propà 20 m3 O2

20. Calcula la variació d’energia interna i la variació d’ental-pia, a 298 K, del procés:

C(gra�t) 1 2 H2(g) � CH4(g)

Les variacions d’entalpia estàndards de combustió són:

DH°c (CH4(g)) 5 2890,4 kJ/mol

DH°c (C(gra�t)) 5 2393,5 kJ/mol

DH°c (H2(g)) 5 2285,8 kJ/mol

La reacció de formació del metà és:

C(gra�t) 1 2 H2(g) � CH4(g)

Calculem la variació d’entalpia de la reacció, que coincideix amb l’entalpia de formació del metà, aplicant la llei de Hess:

890,4 5 DH°f (CH4) 2 [(2393,5) 1 2 (2285,8)]

DH°f (CH4) 5 274,7 kJ/mol

21QUÍMICA 2 02

La calor despresa a pressió constant es calcula així:

Dn 5 mol gasos �nal 2 mol gasos inicial 5 1 2 3 5 22 mol

Qp 5 DH° 5 DU° 1 Dn ? R ? T

Qp 5 2885,25 kJ/mol 1 (22) ? 8,314 ? 1023 kJ/(K?mol) ? 298K

Qp 5 2890,2 kJ/mol

25. En la indústria siderúrgica s’obté ferro metàl·lic a partir de la reacció química següent:

3 3Fe2O3(s) 1 — C(s) � 2 Fe(s) 1 — CO2(g) 2 2

Calcula la variació d’entalpia d’aquesta reacció sabent que:

DH°f (CO2) 5 2393,5 kJ/mol

DH°f (Fe2O3) 5 2829,73 kJ/mol

3DH°r 5 — DH°f (CO2) 2 DH°f (Fe2O3) 2

3DH°r 5 — (2393,5) 2 (2829,73) 5 239,48 kJ/mol 2

Observa que la reacció d’obtenció del ferro metàl.lic a partir d’òxid de ferro(III) és endotèrmica; és a dir, cal que el sistema absorbeixi energia.

26. L’entalpia de formació DH°f del diòxid de nitrogen gasós és DH°f 5 33,61 kJ/mol. L’entalpia de formació del tetraòxid de dinitrogen gasós és DH°f 5 9,16 kJ/mol. Calcula la va-riació d’entalpia de la reacció de disso ciació del tetraòxid en el diòxid segons la reacció:

N2O4(g) � 2 NO2(g)

1 (I) — N2(g) 1 O2(g) � NO2(g) DH°

f 5 33,61 kJ 2

(II) N2(g) 1 2 O2(g) � N2O4(g) DH°f 5 9,16 kJ

___________________________________________________ N2O4(g) � 2 NO2(g) DH°r 5 ?

Apliquem la llei de Hess:

2 ? (I) N2(g) 1 2 O2(g) � 2 NO2(g) DH° 5 67,22 kJ

2(II) N2O4(g) � N2(g) 1 2 O2(g) DH° 5 29,16 kJ___________________________________________________ N2O4(g) � 2 NO2(g) DH°r 5 58,06 kJ

27. En cremar 1 g d’etanol, C2H5OH, es desprenen 29,713 kJ. Quina és l’entalpia de formació de l’alcohol etílic?

DH°f (CO2) 5 2393,5 kJ/mol

DH°f (H2O) 5 2285,8 kJ/mol

C2H5OH(l) 1 3 O2(g) � 2 CO2(g) 1 3 H2O(l)

Passem les dades a kJ/mol:

29,713 kJ 46 g C2H5OH—————— ? ——————— 5 1 366,8 kJ/mol d’alcohol 1 g C2H5OH 1 mol C2H5OH

DH°c (C2H5OH) 5 21 366,8 kJ/mol

Calculem la variació d’energia interna:

DU° 5 DH° 2 Dn ? R ? T 5 9,16 2 [(22) ? 8,314 ? 1023 ? 298]

DU° 5 9,16 1 4,96 5 14,12 kJ/mol

23. Un gas natural té la composició següent: 76 % de metà (CH4), 23 % d’età (C2H6) i 1 % de nitrogen (N2). Si suposem que en la combustió es forma només CO2 gas i H2O líquida, i que el nitrogen roman intacte, calcula l’energia que es desprèn en la combustió d’un metre cúbic de gas natural en condicions estàndards.

Les variacions d’entalpia estàndard de combustió del metà i de l’età són, respectivament:

CH4(g) 1 2 O2(g) � CO2(g) 1 2 H2O(l)

DH°c 5 2890,2 kJ/mol

7 C2H6(g) 1 — O2(g) � 2 CO2(g) 1 3 H2O(l) 2

DH°c 5 21 559,7 kJ/mol

La composició del gas natural és del 76 % de CH4, 23 % de C2H6 i 1 % de N2. Els percentatges es mantenen encara que variï la temperatura.

Recordeu que en condicions normals la temperatura és de 0 °C i que les entalpies de combustió estàndards es calculen a 25 °C. Recordeu que 1 mol de qualsevol gas en condicions normals ocupa un volum de 22,4 L.

1 m3 de gas natural conté:

1 mol CH4760 L CH4 ? —————— 5 33,93 mol CH4 22,4 L CH4

1 mol C2H6230 L C2H6 ? —————— 5 10,27 mol C2H6 22,4 L C2H6

No calculem els mols de N2 perquè no reaccionen.

Tot seguit, calculem l’energia que es desprèn en la combustió de cada gas: 2890,2 kJ

33,93 mol CH4 ? —————— 5 230 204,5 kJ 1 mol CH4

21 559,7 kJ10,27 mol C2H6 ? ——————— 5 216 018,1 kJ

1 mol C2H6

La calor total despresa és:

230 204,5 kJ 1 (216 018,1 kJ) 5 246 222,6 kJ

24. La calor de combustió del metà a volum constant segons la reacció:

CH4(g) 1 2 O2(g) � CO2(g) 1 2 H2O(l)

és de 2885,25 kJ/mol. Si la combustió es produeix a pres-sió constant en una bomba calorimètrica, quina és la calor de reacció? I la variació d’entalpia?

A volum constant, la calor despresa és la variació d’energia in-terna, DU:

Qv 5 DU° 5 2885,25 kJ/mol



2(I) CO2(g) 1 CaO(s) � CaCO3(s) DH° 5 2177,6 kJ

1 (II) Ca(s) 1 — O2(g) � CaO(s) DH° 5 2635,5 kJ 2

(III) C(s) 1 O2(g) � CO2(g) DH° 5 2393,5 kJ___________________________________________________ 3 Ca(s) 1 C(s) 1 — O2(g) � CaCO3(s) DH°

f 5 21 206,6 kJ 2

El problema també es pot resoldre mitjançant les entalpies de formació:

DH°r 5 177,6 5 [(2393,5) 1 (2635,5)] 2 DH°f (CaCO3(s))

DH°f (CaCO3(s)) 5 21 206,6 kJ

30. A partir de l’energia estàndard de formació de l’amo níac, NH3(g), de l’aigua, H2O(l), i de l’òxid de nitrogen, NO(g), cal-cula la variació d’entalpia estàndard de la reacció:

4 NH3(g) 1 5 O2(g) � 6 H2O(l) 1 4 NO(g)

La reacció es produeix a 298 K i 101,3 kPa. Indica si és endotèrmica o exotèrmica.

Dades: DH°f (NH3(g)) 5 246,11 kJ/mol

DH°f (H2O(l)) 5 2285,8 kJ/mol

DH°f (NO(g)) 5 90,4 kJ/mol

1 3 (I) — N2(g) 1 — H2(g) � NH3(g) DH°

f 5 246,11 kJ 2 2

1 (II) H2(g) 1 — O2(g) � H2O(l) DH°

f 5 2285,8 kJ 2

1 1(III) — N2(g) 1 — O2(g) � NO(g) DH°

f 5 90,4 kJ 2 2___________________________________________________ 4 NH3(g) 1 5 O2(g) � 6 H2O(l) 1 4 NO(g) DH°r 5 ?


24 ? (I) 4 NH3(g) � 2 N2(g) 1 6 H2(g) DH° 5 184,44 kJ

6 ? (II) 6 H2(g) 1 3 O2(g) � 6 H2O(l) DH° 5 21 714,8 kJ

4 ? (III) 2 N2(g) 1 2 O2(g) � 4 NO(g) DH° 5 361,6 kJ___________________________________________________4 NH3(g) 1 5 O2(g) � 6 H2O(l) 1 4 NO(g) DH°r 5 21 168,76 kJ

L’energia que s’obté per cada mol de NH3 que reacciona és:

21 168,76 kJ——————— 5 2292,19 kJ/mol

4 mol NH3

Per tant, la reacció és exotèrmica i DH°r 5 2292,19 kJ/mol.

El problema també es pot resoldre directament mitjançant les entalpies de formació:

DH°r 5 [6 (2285,8) 1 4 (90,4)] 2 [4 (246,11) 1 5 ? 0]

DH°r 5 21 168,76 kJ per a 4 mol NH3

En la reacció de combustió de l’etanol es desprenen 1 366,8 kJ/mol en forma de calor i, per tant, la variació d’entalpia de la reacció de combustió és:

DH°r 5 21 366,78 kJ

DH°r 5 [2 DH°f (CO2) 1 3 DH°f (H2O)] 2 DH°f (C2H5OH)

21 366,8 5 [2 (2393,5) 1 3 (2285,8)] 2 DH°f (C2H5OH)]

DH°f (C2H5OH) 5 2277,6 kJ/mol

La variació d’entalpia de la reacció de formació de l’etanol és negativa, és a dir, és una reacció exotèrmica.

28. A les taules trobem que l’entalpia de formació del mo- nòxid de nitrogen, NO, val DH°f 5 90,4 kJ/mol i que l’entalpia de formació del diòxid de nitrogen, NO2, val DH°f 5 33,61 kJ/mol.

Aplicant la llei de Hess, calcula la variació d’entalpia de la reacció que transforma el monòxid en diòxid segons:

2 NO(g) 1 O2(g) � 2 NO2(g)

1 1 (I) — N2(g) 1 — O2(g) � NO(g) DH°

f 5 90,4 kJ 2 2

1(II) — N2(g) 1 O2(g) � NO2(g) DH°

f 5 33,61 kJ 2___________________________________________________ 2 NO(g) 1 O2(g) � 2 NO2(g) DH°r 5 ?


22 ? (I) 2 NO(g) � N2(g) 1 O2(g) DH° 5 2180,8 kJ

2 ? (II) N2(g) 1 2 O2(g) � 2 NO2(g) DH° 5 67,22 kJ___________________________________________________ 2 NO(g) 1 O2(g) � 2 NO2(g) DH°r 5 2113,58 kJ

29. La variació d’entalpia estàndard de la descomposició del carbonat de calci segons la reacció:

CaCO3(s) � CO2(g) 1 CaO(s)

és de 177,6 kJ/mol.

Calcula l’entalpia estàndard de formació del CaCO3(s).

Les entalpies estàndards de formació són:

DH°f (CaO(s)) 5 2635,5 kJ/mol

DH°f (CO2(g)) 5 2393,5 kJ/mol

(I) CaCO3(s) � CO2(g) 1 CaO(s) DH°r 5 177,6 kJ

1 (II) Ca(s) 1 — O2(g) � CaO(s) DH°

f 5 2635,5 kJ 2

(III) C(s) 1 O2(g) � CO2(g) DH°f 5 2393,5 kJ

___________________________________________________ 3 Ca(s) 1 C(s) 1 — O2(g) � CaCO3(s) DH°

f 5 ? 2

23QUÍMICA 2 02


2 (I) 2 H2S(g) 1 3 O2(g) � 2 SO2(g) 1 2 H2O(l)

DH° 5 21 121,4 kJ

23 (II) 3 SO2(g) � 3 S(s) 1 3 O2(g) DH°c 5 890,82 kJ___________________________________________________ 2 H2S(g) 1 SO2(g) � 2 H2O(l) 1 3 S(s) DH°r 5 2230,58 kJ

33. Calcula l’entalpia de formació de l’amoníac gasós a partir de les dades següents:

Enllaç Energies d’enllaç (kJ?mol21)

N;N 945

H–H 436

N–H 388

El bescanvi net de calor per formar 1 mol de NH3 és la suma al-gèbrica de la calor necessària per trencar els enllaços dels reac-tius i formar els enllaços dels productes.

La reacció de formació de l’amoníac és:

1 3— N2(g) 1 — H2(g) � NH3(g) 2 2

Per trencar els enllaços dels reactius cal que donem calor al sis-tema. En aquest cas, cal trencar els enllaços corresponents a les molècules diatòmiques de nitrogen i hidrogen:

1 3— ? 945 kJ 1 — ? 436 kJ 5 472,5 kJ 1 654 kJ 5 1 126,5 kJ 2 2

En formar-se els productes, el sistema desprèn energia. En el cas de l’amoníac es formen 3 enllaços N–H; per tant:

3 (2388 kJ) 5 21 164 kJ

El balanç global d’energia de la reacció de formació de l’amo-níac és la suma algèbrica de les dues calors anteriors:

DH°f 5 S DHenllaços productes 2 S DHenllaços reactius

DH°f 5 21 164 kJ 1 1 126,5 kJ 5 237,5 kJ/mol

Aquest valor no coincideix exactament amb el valor experimen-tal (246,11 kJ), però és del mateix ordre.

34. A partir dels valors de les energies d’enllaç i sabent que l’entalpia de combustió del metà és 2890,2 kJ?mol21, de-termina l’energia de l’enllaç O–H.

Dades: DH° (C–H) 5 414 kJ?mol21

DH° (O}}O) 5 498 kJ?mol21

DH° (C–O) 5 715 kJ?mol21

L’equació química corresponent a la reacció de combustió del metà és:

CH4(g) 1 2 O2(g) � CO2(g) 1 2 H2O(l)

Si tenim en compte les estructures de Lewis de les molècules de reactius i productes i l’estequiometria de la reacció:

Nombre de mols d’enllaços trencats: 4 C–H i 2 O}}O

31. La variació d’entalpia de la combustió de l’etanol és DH°c 5 21 363 kJ/mol i la corresponent a la glucosa és DH°c 5 22 817 kJ/mol. En la fermentació per fer vi o cervesa, la glucosa del most o del malt es transforma en etanol. Calcula la variació d’entalpia que es produeix en la formació d’un mol d’etanol a partir de glucosa. Les equa-cions corresponents són:

C2H5OH(l) 1 O2(g) � CO2(g) 1 H2O(l)

DHc 5 21 363 kJ

C6H12O6(s) 1 O2(g) � CO2(g) 1 H2O(l)

DHc 5 22 817 kJ

C6H12O6(s) � C2H5OH(l) 1 CO2(g)

DH 5 ?

Primer hem d’ajustar les equacions:

(I) C2H5OH(l) 1 3 O2(g) � 2 CO2(g) 1 3 H2O(l) DH°c 5 21 363 kJ

(II) C6H12O6(s) 1 6 O2(g) � 6 CO2(g) 1 6 H2O(l) DH°c 5 22 817 kJ___________________________________________________ C6H12O6(s) � 2 C2H5OH(l) 1 2 CO2(g) DH°r 5 ?


22 ? (I) 4 CO2(g) 1 6 H2O(l) � 2 C2H5OH(l) 1 6 O2(g)

DH° 5 2 726 kJ

(II) C6H12O6(s) 1 6 O2(g) � 6 CO2(g) 1 6 H2O(l)

DH°c 5 22 817 kJ___________________________________________________ C6H12O6(s) � 2 C2H5OH(l) 1 2 CO2(g) DH°r 5 291 kJ

La variació d’entalpia en la formació d’un mol d’etanol és:

291 kJ 1 mol glucosa——————— ? ——————— 5 245,5 kJ/mol etanol

1 mol glucosa 2 mol etanol

32. El sulfur d’hidrogen (gas) reacciona amb el diòxid de sofre (gas) per formar aigua (líquida) i sofre (sòlid). La reacció és:

2 H2S(g) 1 SO2(g) � 2 H2O(l) 1 3 S(s)

La variació d’entalpia de combustió del H2S val 2560,7 kJ/mol i se n’obté aigua en estat líquid. La variació d’entalpia de combustió del S(s) val 2296,94 kJ/mol i se n’obté SO2. Calcula la variació d’entalpia de la reacció del H2S amb el SO2.

Escrivim les equacions i les igualem:

3 (I) H2S(g) 1 — O2(g) � SO2(g) 1 H2O(l) DH°c 5 2560,7 kJ 2

(II) S(s) 1 O2(g) � SO2(g) DH°c 5 2296,94 kJ___________________________________________________ 2 H2S(g) 1 SO2(g) � 2 H2O(l) 1 3 S(s) DH°r 5 ?

Taula 2.8


37. L’etè (etilè) es pot obtenir a partir de la hidrogenació de l’etí segons la reacció següent:

C2H2(g) 1 H2(g) � C2H4(g)

Calcula l’increment d’entalpia estàndard a partir de les da-des següents:

DH°f (etí) 5 1226,8 kJ/mol

DH°f (etè) 5 152,3 kJ/mol

Per calcular l’increment d’entalpia estàndard de reacció apli-quem l’equació:

DH°r 5 S DH°productes 2 S DH°reactius

DH°r 5 52,3 kJ/mol 2 226,8 kJ/mol 5 2174,5 kJ/mol

38. D’acord amb l’equació DG 5 DH 2 T DS i el criteri d’espon-taneïtat, justi�ca si es pot produir espontà niament una reacció endotèrmica i que alhora s’hi produeixi una dismi-nució del desordre.

L’espontaneïtat implica que DG , 0; un procés endotèrmic im-plica que DH . 0, i una disminució del desordre implica que DS , 0.

Perquè DG , 0, la temperatura ha de ser alta. Si el producte T DS és prou gran en valor absolut, pot passar que DH 2 T DS arribi a ser negatiu, i per tant, DG , 0. A temperatures prou altes, el procés pot ser espontani.

39. La termodinàmica ens descriu la possibilitat que s’esde-vingui un procés determinat segons el signe de DH i de DS. Després d’estudiar els processos que s’indiquen a la taula (taula 2.11), digues:

Procés DH DS

I , 0 . 0

II . 0 , 0

III , 0 , 0

IV . 0 . 0

Quins d’aquests processos són sempre espontanis i quins tenen la possibilitat de ser-ho?

Procés I: sempre es compleix que DG , 0, la reacció sempre és espontània.

Procés II: sempre es compleix que DG . 0, la reacció no pot ser mai espontània.

Procés III: A T baixes, DG , 0 i el procés és espontani.

A T altes, DG . 0 i el procés no és espontani.

Procés IV: A T altes, quan T DS . DH, el procés és espontani.

40. La cristal.lització per evaporació de la sal a les salines és un fenomen de reordenació dels ions de clor i de sodi. És un fenomen espontani a temperatura ambient. Com es pot comprendre aquesta contradicció aparent entre una reor-denació cristal.lina i l’espontaneïtat? Fes-ne un raonament d’acord amb les entro pies i amb l’energia lliure de Gibbs.

El clorur de sodi disminueix d’entropia en la mateixa mesura que augmenten d’entropia l’aigua i l’entorn, per als quals DS . 0.

Nombre de mols d’enllaços formats: 2 C}}O i 4 O–H

Representem per E l’energia de l’enllaç O–H i veri�quem que:

2890,2 5 4 ? 414 1 2 ? 498 2 (2 ? 715 1 4 E) � � E (O–H) 5 528,05 kJ?mol21

35. Calcula l’entalpia de formació de l’àcid clorhídric gasós a partir de les dades següents:


H–H 436

Cl–Cl 242

H–Cl 431

La reacció de formació de l’àcid clorhídric és:

1 1— Cl2(g) 1 — H2(g) � HCl(g) 2 2

L’energia que cal aportar al sistema per trencar els enllaços és:

1 1— ? 242 kJ 1 — ? 436 kJ 5 121 kJ 1 218 kJ 5 339 kJ

2 2

L’energia que el sistema desprèn en formar-se l’enllaç H–Cl és de 2431 kJ.

La suma algèbrica és:


DH°f 5 2431 kJ 1 339 kJ 5 292 kJ/mol

36. Sabem que l’entalpia de formació de l’aigua en estat gasós és 2241,8 kJ/mol i coneixem les energies d’enllaç següents:


O}}O 498

H–H 436

Quina és l’energia de l’enllaç H–O?

La reacció de formació de l’aigua és:

1H2(g) 1 — O2(g) � H2O(g) 2

DH°f 5 241,8 kJ/mol

Quan es forma 1 mol d’aigua es trenquen 1 mol d’enllaços H–H i 0,5 mol d’enllaços O}}O, i cal aportar calor al sistema. Alhora, es formen dos enllaços O–H, i el sistema desprèn calor.

La suma algèbrica de les entalpies que es bescanvien en la reac-ció és:


1241,8 kJ 5 2 ? DH (enllaç O–H) 2 3436 kJ 1 — ? 498 kJ4 2

DH (enllaç O–H) 5 463 kJ/mol

Taula 2.11Taula 2.10

Taula 2.9

25QUÍMICA 2 02

Calculem l’energia lliure de Gibbs estàndard de reacció:

DG°r 5 DH°r 2 T DS°r 5 284,7 ? 1 000 2 298 (2173,96)

DG°r 5 232 859,92 J 5 232,86 kJ

Com que DG°r 5 232,86 kJ, la reacció és espontània.

44. La reacció de l’argent metàl.lic amb l’oxigen per obtenir òxid d’argent segons l’equació:

1 2 Ag(s) 1 — O2(g) � Ag2O(s) 2

a 1 atm i 298 K té uns valors de DG°r 5 212,66 kJ, DH°r 5 229,7 kJ i DS°r 5 260,2 J/(mol?K).

A quina temperatura es descompon l’òxid d’argent en plata metàl.lica i oxigen gasós?

DG°r ha de ser nul o negatiu perquè es comenci a invertir l’es-pontaneïtat de la reacció:

DG° 5 DH° 2 T DS°

0 5 229,7 2 T ? (20,0602)

T . 493,36 K

45. [Curs 09-10] El procés químic d’oxidació de la glucosa trans-fereix energia al cos humà:

C6H12O6(s) 1 6 O2(g) � 6 H2O(l) 1 6 CO2(g)

En aquest procés, a 25 °C:

DH° 5 22 808 kJ?mol21 i DS° 5 182 J?K21?mol21

Dades: Masses atòmiques relatives: C 5 12,0; H 5 1,0; O 5 16,0.

a) Determineu l’energia lliure que s’obté, a 37 °C, quan prenem una cullerada de glucosa (10 g), suposant que les magnituds DH° i DS° no varien amb la temperatura.

Cal calcular DG, que representa el balanç del canvi d’ental-pies i entropies del sistema. A pressió i temperatura cons-tants tenim:

DG 5 DH 2 T DS

Cal passar els valors donats a J o a kJ.

DH° 5 22 808 kJ?mol21

DS° 5 182 J?K21?mol21 5 0,182 kJ?K21?mol21

T 5 37 1 273 5 310 K

DG 5 22 808 2 (310 ? 0,182) 5 22 864,42 kJ?mol21

Massa molecular de la glucosa 5 180

Calculem l’energia lliure per 10 g de glucosa (una cullerada):

1 mol 22 864,42 kJ10 g ? ———— ? ——————— 5 2159,1 kJ 180 g 1 mol

Energia lliure per 10 g de glucosa 5 2159,1 kJ

b) Per què aquesta reacció d’oxidació de la glucosa, a 37 °C, pot transferir energia al cos humà?

Que el valor de l’energia lliure o energia de Gibbs resulti negatiu vol dir que el balanç global del procés incloent

No és un sistema tancat. Com que en aquest procés DH i T gai-rebé no varien, DG , 0 i el procés és espontani.

41. a) Calcula els valors de la variació estàndard d’entalpia i d’entropia DH° i DS° per a la reacció de síntesi del metanol a partir del CO(g) i H2(g).

La reacció de síntesi del metanol és:

CO(g) 1 2 H2(g) � CH3OH(l)

La variació d’entalpia estàndard de reacció és:

DH°r 5 S DH°productes 2 S DH°reactius

DH°r 5 2238,6 kJ/mol 2 (2110,5 kJ/mol) 55 2128,1 kJ/mol

La variació d’entropia estàndard de reacció és:

DS°r 5 S DS°productes 2 S DS°reactius

DS°r 5 126,8 2 (197,5 1 2 ? 130,5) 5 2331,7 J/K?mol

b) Calcula també el valor de la variació de l’energia lliure de Gibbs DG° de la reacció de síntesi.

La variació de l’energia lliure de Gibbs és:

DG°r 5 DH°r 2 T DS°r 5 2128,1 ? 1 000 2 298 (2331,7)

DG°r 5 229 253,4 J/mol 5 229,25 kJ/mol

c) En aquestes condicions estàndards, la reacció és espon-tània o no? Per què?

La reacció és espontània, ja que DG , 0.

Les dades termodinàmiques a 298 K són (taula 2.12):

Substància CO(g) H2(g) CH3OH(l)

DH°f (kJ/mol) 2110,5 — 2238,6

DS° (J/(K?mol)) 197,5 130,5 126,8

42. La variació d’entropia d’una reacció espontània, pot ser negativa? Raona-ho.

Sabem que DG 5 DH 2 T DS i que DG , 0 indica esponta-neïtat.

En el nostre cas, DH , 0 i DS , 0, i la reacció serà espontània sempre que T sigui baixa, ja que llavors el producte T DS serà petit i la suma algebraica DH 2 T DS donarà un valor negatiu.

43. La formació de l’età, C2H6, a partir del carboni i de l’hidro-gen correspon a la reacció:

2 C(s) 1 3 H2(g) � C2H6(g) DH 5 284,7 kJ

A temperatura ambient, l’entropia del carboni sòlid és pe-tita perquè és cristall gra�t, 5,68 J/(mol?K), la de l’hidro-gen gasós és de 130,70 J/(mol?K), i la de l’età gasós val 229,5 J/(mol?K).

Serà espontània la reacció en aquestes condicions? Per què?

Calculem l’entropia estàndard de reacció:

DS°r 5 S DS°productes 2 S DS°reactius

DS°r 5 229,5 2 (2 ? 5,68 1 3 ? 130,70) 5 2173,96 J/K

Taula 2.12


Calculem la calor despresa:

256,1 kJ0,200 mols de H1 ? —————— 5 211,22 kJ 1 mol H1

(signe negatiu: desprèn calor)

Calor despresa 5 11,22 kJ


1. [Curs 11-12] El combustible més utilitzat al nostre país pels automòbils és la gasolina, que està constituïda fona-mentalment per octà, C8H18. Actualment es treballa molt en una línia de combustibles —denominats biocombustibles— que s’obtenen de la matèria orgànica originada en un pro- cés biològic. El bioetanol és un tipus de biocombustible que fonamentalment conté etanol, CH3CH2OH, i que s’obté de la fermentació dels carbohidrats presents en la canya de sucre o el blat de moro.

Dades:

Substància Entalpia estàndard de formació, DH°f, a 298 K (kJ?mol21)

Entalpia estàndard de combustió, DH°comb, a 298 K (kJ?mol21)

CO2(g) 2393,5

H2O(l) 2285,8

C8H18(l) 25 445,3

CH3CH2OH(l) 21 369,0

Taula 2.13

Densitat a 298 K: octà 5 0,70 gm?L21; etanol 5 0,79 gm?L21

Massa molecular relativa: octà 5 114; etanol 5 46

a) Escriviu l’equació de la reacció de combustió de l’etanol. Calculeu l’entalpia estàndard de formació de l’etanol a 298 K.

CH3CH2OH(l) 1 3 O2(g) � 2 CO2(g) 1 3 H2O(l)

DH°r 5 2 DH°f CO2(g) 1 3 DH°f H2O(l) 2 SH°f CH3CH2OH(l)

21 369,0 kJ?mol21 5 2 (2393,5 kJ?mol21) 1

1 3 (2285,8 kJ?mol21) 2 DH°f CH3CH2OH(l)

DH°f CH3CH2OH(l) 5 2275,4 kJ?mol21

b) Si la gasolina es ven a 1,30 €/L, quin haurà de ser el preu de l’etanol, expressat en €/L, per obtenir la matei-xa quantitat d’energia per euro?

Calculem primer l’energia que dóna cada combustible per litre: 1DH°r ? —————————————— ? densitat en grams per litre massa molecular relativa

l’entalpia i l’entropia és favorable, és a dir, que la reacció és espontània. Per tant, es pot transferir energia al sistema humà (treball útil).

46. [Curs 10-11] Volem determinar l’entalpia de reacció d’una solució aquosa de HCl 2,00 M amb una solució aquosa de KOH 2,00 M:

H1(aq) 1 OH2

(aq) � H2O(l) DH 5 ?

a) Expliqueu el procediment experimental que seguiríeu al laboratori, i indiqueu el material que utilitzaríeu i les mesures experimentals que caldria determinar per poder calcular l’entalpia de reacció.


En un calorímetre hi col·loquem un volum (o massa) cone-gut de solució de HCl 2,00 M i mesurem la temperatura ini-cial amb un termòmetre. En un altre recipient tenim una solució de KOH 2,00 M a la mateixa temperatura. Mesurem un volum (o massa) conegut de solució de KOH 2,00 M i l’afegim al calorímetre; agitem la mescla, tapem el calorí-metre i esperem un temps �ns que la temperatura que ens marca el termòmetre deixi de pujar (s’estabilitzi). Mesurem aquesta temperatura �nal.

Material:

— Calorímetre: per exemple un vas de plàstic amb tapa i aïllat.

— Termòmetre.

— Balança (si mesurem la massa de les solucions); pipeta o proveta (si mesurem el volum de les solucions).

Mesures experimentals que necessitem:

— Massa o volum de cada solució (HCl i NaOH).

— Temperatura inicial dels reactius.

— Temperatura �nal una vegada ha acabat la reacció.

b) Calculeu la calor despresa quan es barregen 100 mL de HCl 2,00 M amb 250 mL de KOH 2,00 M, si experimental-ment hem determinat que l’entalpia de la reacció ante-rior és 256,1 kJ?mol21.

H1(aq) 1 OH2

(aq) � H2O(l) DH 5 256,1 kJ?mol21

100 mL HCl 5 0,100 L HCl

250 mL NaOH 5 0,250 L KOH

Calculem els mols que tenim de cada reactiu:

Mols de H1 5 Mols de HCl 5 0,100 L ? 2,00 mol/L 5

5 0,200 mols

Mols de OH2 5 Mols de KOH 5 0,250 L ? 2,00 mol/L 5

5 0,500 mols

Raonem quin reactiu és el limitant.

El reactiu limitant és el H1 (o HCl), ja que l’estequiometria de la reacció és 1 a 1, i tenim menys mols de HCl que de NaOH.

27QUÍMICA 2 02

Etanol: 1 mol1 369 kJ/mol ? ———— ? 790 g/litre 5 23 511,087 kJ 46 g

Octà: 1 mol5 445,3 kJ/mol ? ———— ? 700 g/litre 5 33 436,053 kJ 114 g

Si la gasolina es ven a 1,3 € per litre amb potencial calorí�c de 33 436,053 kJ, l’alcoholetílic el caldria vendre a:

1,3 €——————— ? 23 511,087 kJ 5 0,914 € 33 436,053 kJ

2. [Curs 09-10] El diòxid de nitrogen es pot formar a partir del monòxid de nitrogen, a 298 K, segons la reacció següent:

2 NO(g) 1 O2(g) � 2 NO2(g) DH° 5 2114,14 kJ

Dades: R 5 0,082 atm?L?K21?mol21 5 8,31 J?K21?mol21

Temperatura 5 298 K NO(g) O2(g) NO2(g)

S° (J?K21?mol21) 210,8 205,1 240,1

Taula 2.14

a) Raoneu si la reacció serà espontània en condicions es-tàndards i a 298 K.

Reacció: 2 NO(g) 1 O2(g) � 2 NO2(g)

La reacció és espontània si DG° , 0.

Calculem l’entropia de la reacció a partir de les entropies absolutes, a 298 K:

DS° 5 S np S° (productes) 2 S nr S° (reactius)

DS° 5 [2 ? S°(NO2)] 2 [2 ? S°(NO) 1 1 ? S°(O2)]

DS° 5 (2 ? 240,1) 2 (2 ? 210,8 1 1 ? 205,1)

DS° 5 2146,5 J?K21

Uni�quem les unitats a J o kJ:

DS° 5 2146,5 J?K21 5 2146,5 ? 1023 kJ?K21

Calculem DG° a 298 K: DG° 5 DH° 2 T DS°

DG° 5 (2114,14) 2 [298 ? (2146,5 ? 1023)]

DG° 5 270,5 kJ (o 270 500 J)

b) Calculeu la calor a pressió constant que es desprendrà en reaccionar 5,0 L de monòxid de nitrogen, mesurats a 298 K i 1,0 atm, amb un excés d’oxigen.

Calculem els mols NO a partir de l'equació dels gasos ideals:

p V 5 n R T � p ? Vn 5 ——— R ? T

1 ? 5n 5 ————— 0,082 ? 298

� n 5 0,205 mols NO

Reacció:

2 NO(g) 1 O2(g) � 2 NO2(g) DH° 5 2114,14 kJ

Calor a pressió constant 5 qp 5 DH°

Calor: 2114,14 kJ0,205 mol NO ? —————— 5 211,7 kJ 2 mol NO

Calor despresa: 11,7 kJ (o 211,7 kJ)

3. [Curs 09-10] La formació del CO és difícil de dur a terme experimentalment perquè, si no es fa servir un excés d’oxi-gen, la reacció és incompleta, i si hi ha un excés d’oxigen no es pot evitar que l’oxidació continuï i es formi també CO2. El valor de l’entalpia de formació del CO gasós es calcula a partir de la determinació de les entalpies de combustió del C gra�t i del CO gasós.

Dades: Considereu que en tots els casos les reaccions es produeixen en condicions estàndards i a 25 °C.

a) Escriviu l’equació de la reacció de formació del CO gasós. Calculeu l’entalpia estàndard de formació del CO gasós a partir de la �gura següent:

H0 (kJ · mol–1)

0 kJ

–393,0

CO (g) + O2(g)

–283,0

12

CO2(g)

C(gra�t) + O2(g)

Fig. 2.16. Diagrama d’entalpies.

Reacció de formació del CO:

1C(s) 1 — O2(g) � CO(g) 2

Pel diagrama es pot deduir que:

DH°f (CO) 1 DH°combustió (CO) 5 DH°combustió (CO2)

o que: DH°f (CO) 1 (2283) 5 (2393)

DH°f (CO) 5 2110 kJ?mol21

b) Es fan reaccionar, a pressió constant, 140 g de CO i 20,4 L de O2 gasós mesurats a 1,2 atm i 25 °C, i es for-ma CO2 gasós. Quina quantitat de calor es desprèn en aquesta reacció?

Reacció de combustió del CO:

1CO(g) 1 — O2(g) � CO2(g) 2

DH°combustió (CO) 5 2283 kJ?mol21

Cal calcular quin reactiu és el limitant:

1 mol COMols de CO 5 (140 g CO) ? ————— 5 5 28 g p VMols de O2 � p V 5 n R T � n 5 —— R T


Tenim que: 2DH°rDS°total 5 DS°r 1 DS°entorn 5 DS°r 1 ———— T

Si suposem que en variar la temperatura no es modi�ca ni la variació d’entropia ni la variació d’entalpia de la reac- ció, podem calcular la temperatura per aconseguir que la va riació d’entropia total sigui zero. Caldrà una temperatura superior a aquesta perquè la reacció sigui espontània (DS°total . 0).

2DH°r 2178 830DS°total 5 0 5 DS°r 1 ———— 0 5 160,6 1 ————— T T

T 5 1 113,5 K

L’exercici es podria fer també (raonaments i càlculs) si a partir de DS°entorn es calcula DH°r, i posteriorment es tre-balla amb la variació d’energia lliure de reacció (DG°) com a criteri d’espontaneïtat.

Quimitest

1. Hi ha evidències clares que constaten un retrocés de les glaceres dels Pirineus en els últims anys a causa del canvi climàtic. Una vegada el gel glacial s’ha transformat en aigua líquida, si mesurem la temperatura de l’aigua dels rierols al voltant de la glacera, és de 4 °C. Uns quants quilòmetres més avall, és de 10 °C. Quina és l’energia calorí�ca neces-sària per escalfar 100 m3 d’aquesta aigua?

a) 2 511 600 000 kJ

b) 2 511 600 kJ

c) 2 511 600 000 cal

d) 2 511 600 kcal

La resposta correcta és la b).

2. El clorat de potassi s’utilitza en la fabricació de llumins. La seva descomposició es produeix segons la reacció:

3 KClO3(s) � KCl(s) 1 — O2(g) 2

Quina és l’entalpia de la reacció?

Dades: DH°f (KClO3(s)) 5 2390 kJ/mol DH°f (KCl) 5 2435 kJ/mol

a) 245 kJ/mol

b) 2825 kJ/mol

c) 145 kJ/mol

d) 1825 kJ/mol


3. Calcula la calor que s’intercanvia en el procés de combustió del metanol a volum constant i a 298 K. La reacció és:

3 CH3OH(l) 1 — O2(g) � CO2(g) 1 2 H2O(l) 2

1,2 atm ? 20,4 Ln 5 ——————————————— 0,082 atm?L?K21?mol21 ? 298 K

n 5 1 mol de O2

L’estequiometria de la reacció ens diu que per cremar 1 mol de CO ens cal 0,5 mols de O2. Amb les dades que tenim es dedueix que l’oxigen és el reactiu limitant.

Calculem la calor despresa:

1 mol CO 2283 kJ1 mol O2 ? —————— ? ————— 5 2566 kJ

1/2 mol O2 1 mol CO

Calor despresa: 566 kJ (o 2566 kJ)

4. [Curs 10-11] El carbonat de calci es pot descompondre d’acord amb la següent equació química:

CaCO3(s) � CaO(s) 1 CO2(g)

Dades:CaCO3(s) CaO(s) CO2(g)

Entropia estàndard, S°, a 298 K (J?K21?mol21)

92,9 39,8 231,7

Taula 2.15

a) Calculeu la variació d’entropia estàndard de la reacció, a 298 K. Justi�queu si aquesta reacció és espontània, en condicions estàndards i 298 K, si sabem que quan es du a terme la reacció anterior a 298 K, la variació d’entropia estàndard de l’entorn és de 600,1 J?K21?mol21.

Calculem la variació d’entropia estàndard de la reacció:


DS°r 5 [S°(CaO) 1 S°(CO2)] 2 [S°(CaCO3)]

DS°r 5 (39,8 1 213,7) 2 (92,9)

DS°r 5 160,6 J?K21?mol21 (a 298 K)

DS°entorn 5 2600,1 J?K21?mol21

DS°total 5 DS°r 1 DS°entorn 5 (160,6) 1 (2600,1) 5

5 2439,5 J?K21?mol21

La reacció no és espontània, ja que DS°total , 0.

b) Calculeu a partir de quina temperatura la reacció seria espontània en condicions estàndards. Considereu que els valors de variació d’entalpia i d’entropia de la reacció no varien amb la temperatura.

A pressió i temperatura constants:

2DH°rDS°entorn 5 ——— T

Per tant, la variació d’entalpia de la reacció en condicions estàndards i a 298 K serà:

2DH°r2600,1 5 ———— 298

DH°r 5 (600,1 ? 298) 5 178 830 J?mol21

29QUÍMICA 2 02

6. La biomineralització és el procés amb el qual els organis-mes vius són capaços de produir sòlids inorgànics, ossos, dents, closques dels ous, etc. Un exemple de biomineral és el carbonat de calci que forma les closques dels musclos, escopinyes, ostres, etc.

La seva reacció amb àcids:

a) És impossible.

b) Produeix sempre clorur de calci.

c) És entròpicament favorable.

d) Es dóna només a baixes temperatures.


7. Una indústria farmacèutica ens ha encarregat aigua oxige-nada. Es podria obtenir a partir de la reacció següent?

1 H2O(l) 1 — O2(g) � H2O2(l) 2

a) És impossible.

b) Cal fer-ho a temperatures baixes.

c) Cal fer-ho a temperatures altes.

d) L’entalpia ho afavoreix.


8. Tenint en compte la reacció següent:

H2O(l) � H2O(g)

Quina de les a�rmacions següents no és certa?

a) És un procés d’entropia positiva (entròpicament favo-rable).

b) És una reacció exotèrmica.

c) És una reacció endotèrmica.

d) L’entalpia lliure de Gibbs és positiva a temperatures ele-vades.


a) 1 203,7 kJ/mol

b) 21 203,7 kJ/mol

c) 2726,5 kJ/mol

d) 2725,26 kJ/mol


4. La fermentació de la glucosa de les fruites produeix alcohol etílic i diòxid de carboni segons la reacció:

C6H12O6 � 2 C2H5OH 1 2 CO2

Calcula l’entalpia de la reacció.

Dades: DH°c (C6H12O6(s)) 5 22 811,9 kJ/mol

DH°f (C2H5OH(l)) 5 2277,6 kJ/mol

DH°f (H2O(l)) 5 2285,8 kJ/mol

DH°f (CO2(g)) 5 2393,5 kJ/mol

a) 278,3 kJ?mol21

b) 178,3 kJ?mol21

c) 21 263,9 kJ?mol21

d) 2726,5 kJ?mol21


5. El metà és el component principal de l’anomenat gas natu-ral (que com a mínim en té el 75 %). Quina és l’energia dels enllaços de carboni que cal trencar per produir la reacció de formació del metà?

Dades: DH°f (metà) 5 274,9 kJ/mol energia d’enllaç H–H 5 436 kJ/mol energia d’enllaç C–H 5 414 kJ/mol

a) 1 656 kJ/mol

b) 2709,1 kJ/mol

c) 709,1 kJ/mol

d) 21 656 kJ/mol



j Unitat 3. Cinètica química

Activitats

1. Escriu les equacions matemàtiques de la velocitat amb coe-�cients estequiomètrics corresponent a la reacció:

4 NH3(g) 1 5 O2(g) � 4 NO(g) 1 6 H2O(g)

L’expressió és:

1 d [NH3] 1 d [O2] 1 d [NO] 1 d [H2O]v 5 2— ———— 5 2— ——— 5 — ——— 5 — ———— 4 dt 5 dt 4 dt 6 dt

2. Si el factor de col.lisió A i l’energia d’activació Ea no depe-nen quasi de la temperatura i coneixes la constant de velo-citat k a dues temperatures donades, com calcularies l’ener-gia d’activació d’una reacció determinada?

Fixeu-vos en l’expressió:

k 5 A ? e2—

Ea

RT—

En què l’energia d’activació es dóna en kJ?mol21. Escrivim les equacions per a dues reaccions 1 i 2 determinades:

ruwuq

k1 5 A ? e2—

Ea

RT1—

k2 5 A ? e2—

Ea

RT2—

Apliquem logaritmes:

Earuwuq

ln k1 5 ln A 2 —— R T1

Ea ln k2 5 ln A 2 —— R T2

Restem les dues equacions:

Ea Ealn k1 2 ln k2 5 —— 2 —— R T2 R T1

Hem obtingut una expressió en què coneixem totes les dades excepte la incògnita, Ea.

3. Fes el càlcul de l’energia d’activació d’una reacció que a 550 K té una constant de velocitat de k550 5 1024 s21 i que a 600 K és de k600 5 2 ? 1023 s21.

Apliquem l’expressió matemàtica que hem obtingut en l’activi-tat anterior: Ea Ealn k1 2 ln k2 5 —— 2 —— R T2 R T1

Ea Ealn 1024 2 ln 2 ? 1023 5 —————— 2 —————— 8,314 ? 600 8,314 ? 550

Ea Ea22,9957 5 ———— 2 ————

4 988,4 4 572,7

Ea 5 164 381,2487 J/mol 5 164,381 kJ/mol

4. Se t’acut un sistema senzill i ràpid d’aturar un procés de degradació enzimàtica d’una suspensió aquosa de farina de blat de moro, blat o patata?

Si s’hi afegeix una mica de sulfat de zinc dissolt o dispersat en aigua, la reacció enzimàtica s’atura en sec. També s’hi poden afegir sals d’altres metalls barats i no nocius.

(Aquest és el procediment per obtenir midó com a lligant d’aprests per a paper i cartronet. Aquest midó s’aplica en la premsa encoladora o size press).

5. Cerca informació sobre la naturalesa dels llevats i dels fer-ments i la seva relació amb la cinètica.

El mot ferment és sinònim d’enzim.

Els llevats són microorganismes del regne dels fongs que pro-dueixen enzims. Aquests enzims provoquen la fermentació de substàncies orgàniques.

Per exemple, el llevat fa que la massa de farina humida, en fermentar, desprengui diòxid de carboni. Aquest gas fa espon-josa la massa i la fa més compacta. El llevat de les pastisseries i �eques és massa de farina fermentada que conté microorga-nismes.

El most del vi conté una bona proporció de sucres. També conté uns microorganismes o llevats anomenats Saccharomyces cerevi-siae, que fermenten els sucres i els transformen en alcohol etí-lic i diòxid de carboni. Si un procés d’oxidació posterior trans-forma una mica d’etanol en etanal, el vi es torna agre i obtenim vi ranci. Si el procés d’oxidació continua, l’etanol i l’etanal es transformen en àcid acètic i s’obté vinagre.

6. Com podries netejar amb substàncies proteiques els llocs d’accés difícil d’estris de laboratori fortament contaminats i bruts?

Podem introduir l’estri brut en una solució aquosa d’àcid clorhí-dric i pepsina i deixar-l’hi uns quants dies. La pepsina en medi àcid fort degrada totes les proteïnes. La pepsina és l’enzim na-tural que tenim a l’estómac. Si l’estri no resisteix el medi àcid, podem provar-ho amb altres enzims com la tripsina o la quimo-tripsina.

Per netejar els pH-metres s’utilitza pepsina en solució diluïda d’àcid clorhídric.

Activitats finals

1. «Una reacció d’ordre zero depèn de la concentració dels reactius».

Digues si aquesta a�rmació és certa o falsa. Raona la res-posta.

L’expressió de la velocitat d’una reacció d’ordre zero és d’aques-ta forma: v 5 k [A]0 [B]0.

Les concentracions dels reactius no hi in�ueixen, perquè en elevar-les a zero sempre donen 1 i la velocitat és sempre el valor de la constant cinètica k.

31QUÍMICA 2 03

2. En les reaccions d’ordre zero, com evoluciona la velocitat de reacció en el decurs del temps?

La velocitat roman constant en el decurs del temps.

3. Hi pot haver reaccions amb energies d’activació, Ea, negati-ves? Raona la resposta.

Tal com hem explicat en la teoria cinètica, és del tot impossible que l’energia d’activació Ea sigui negativa. Altrament, en col-locar els reactius en contacte, aquestes reaccions es produirien sempre espontàniament i sense activar-les. Sabem que totes les reaccions, �ns i tot les espontànies, amb DG , 0, necessiten una Ea positiva. Recordeu el cas de l’obtenció d’aigua a partir de l’hidrogen i l’oxigen gasosos.

4. Quines unitats té la constant de velocitat per a les reac-cions d’ordre 0? I per a les d’ordre 2 o les d’ordre 3?

Per a les reaccions d’ordre 0: mol/(L?s)

Per a les reaccions d’ordre 2: L/(mol?s)

Per a les reaccions d’ordre 3: L2/(mol2?s)

5. En una reacció determinada, quan es duplica la concentra-ció inicial d’un reactiu també es duplica la velocitat inicial de la reacció.

a) De quin ordre és la reacció respecte a aquest reactiu?

b) Si la velocitat augmentés vuit vegades, de quin ordre seria la reacció?

Si quan es duplica la concentració inicial d’un reactiu també es duplica la velocitat de la reacció, aleshores:

v 5 k [A]a [B]b [C]g passa a 2 v 5 k [2 A]a [B]b [C]g

Això només succeeix quan a 5 1, és a dir, quan la reacció és de primer ordre respecte del reactiu A.

Si la velocitat augmenta vuit vegades, llavors:

v 5 k [A]a [B]b passa a 8 v 5 k [2 A]a [B]b

Això només succeeix quan a 5 3. En aquest segon cas, b hau-ria de valer 0, ja que l’ordre total d’una reacció no pot ser supe-rior a 3.

6. La sacarosa (el sucre habitual a les cuines) es pot degradar en sucres primaris mitjançant l’enzim invertasa, o bé mit-jançant àcids. A temperatura constant, degradem una solu-ció de sacarosa que té una concentració inicial de 0,15 M amb els enzims adients. Al cap de 10 hores, la concentració s’ha reduït a 0,075 M i, al cap de 20 hores, a 0,037 M.

Calcula l’ordre de la reacció i el valor de la constant de velo-citat a la temperatura de l’assaig.

L’expressió general de la velocitat d’aquesta reacció és:

v 5 k [sacarosa]a [H2O]b

Com que hi ha una quantitat desproporcionada d’aigua respecte de la quantitat de sacarosa, podem considerar que la concentra-

ció d’aigua roman constant durant el procés. Per tant, podem escriure:

v 5 k [sacarosa]a

Observem que, quan es duplica el temps, la concentració es re-dueix a la meitat:

Temps (h) 0 10 20

Concentració (mol?L21) 0,15 0,075 0,037

Això només succeeix si a 5 1. És una reacció de primer ordre (en realitat, és de pseudoprimer ordre).

L’equació que relaciona la variació de la concentració amb el temps en les reaccions de primer ordre és:

[sacarosa]inicialln ———————— 5 k ? t [sacarosa]�nal

0,15ln ——— 5 k ? 10 ? 3 600 s

0,075

ln 2 5 k ? 36 000 s

k 5 1,9 ? 1025 s21

7. Tenim dues reaccions: A i B. L’energia d’activació de A és molt superior a la de B; és a dir, Ea

A .. EaB. En augmentar la

temperatura del sistema, com et sembla que evolucionaran les velocitats de les dues reaccions?

EaB és molt menor que Ea

A i T1 , T2. En augmentar la temperatu-ra, el percentatge de molècules amb energia major que Ea

B creix molt més ràpidament que el percentatge de molècules amb energia major que Ea

A. Per tant, en augmentar la temperatura, la velocitat de la reacció B creix més ràpidament que la velocitat de la reacció A.

8. Una reacció A 1 B � P ha donat, a una temperatura T, els valors següents de velocitat en funció de les concentracions de A i B:

[A]o (mol/L)

[B]o (mol/L)

Velocitat de formació P (mol/(L?s))

assaig 1 0,2 0,1 7,5 ? 1026

assaig 2 0,3 0,1 7,5 ? 1026

assaig 3 0,4 0,2 7,4 ? 1025

Digues l’expressió de la llei de velocitat a la temperatura T.

En l’assaig 1 i l’assaig 2, la concentració de B roman constant.

Quan la concentració de A augmenta un 50 %, la velocitat tam-bé creix un 50 %:

[A]o (mol/L)

Velocitat de formació v (mol/(L?s))

assaig 1 0,2 7,5 ? 1026

assaig 2 0,3 7,5 ? 1026

Taula 3.3


Per tant, l’ordre de reacció respecte de l’espècie A és 1.

En l’assaig 1 i l’assaig 3, dupliquem la concentració de A i de B. L’augment de velocitat de la reacció és de vuit vegades:

4 ? 1025————— 5 8

5 ? 1026

L’expressió general de la velocitat d’aquesta reacció és:

v 5 k [A] [B]b

Hem d’esbrinar el valor de b. Substituïm dades dels assaigs 1 i 3 en l’expressió general de la velocitat:

rwq

5 ? 1026 5 k (0,2) (0,1)b

4 ? 1025 5 k (0,4) (0,2)b

Dividim la segona equació entre la primera i obtenim:

4 ? 1025 0,4 0,2————— 5 —— ? 1——2

b

5 ? 1026 0,2 0,1

8 5 2 ? 2b

b 5 2

L’expressió general de la velocitat és:

v 5 k [A] [B]2

A partir d’aquesta equació, i substituint en qualsevol dels tres assaigs, obtenim:

5 ? 1026 5 k ? 0,2 ? 0,12

5 ? 1026 5 k ? 0,2 ? 0,01

5 ? 1026

k 5 ————— 5 2,5 ? 1023

2 ? 1023

Per tant, l’expressió completa de la velocitat és:

v 5 2,5 ? 1023 [A] [B]2

9. Una reacció del tipus:

A 1 B � P

dóna experimentalment els resultats cinètics que es mos-tren a la taula 3.5:

[A]0 (mol/L)

[B]0 (mol/L)

Temps d’experimentació (h)

[A] (mol/L)

0,20 1,0 1 0,195

0,20 2,0 1 0,180

0,10 1,0 4 0,090

a) Quin és l’ordre respecte a cadascun dels reactius?

b) Quin és el valor de la constant de velocitat?

S’ha de tenir en compte que les variacions de concentració són petites en el decurs d’hores. Per tant, podeu aproximar les velocitats mitjanes a velocitats instantànies.

Calculem la variació de concentració D [A] 5 [A]f 2 [A]0 i la D [A]velocitat inicial de la reacció v0 5 ————. DtTenim que:

Cas D [A] (mol/h) D t (h)

D [A] v0 5 ——— Dt

a 0,005 1 0,005

b 0,02 1 0,02

c 0,01 4 0,0025

Comparem els casos a i b. [A] roman constant i [B] es duplica. La velocitat passa de 0,005 a 0,02; per tant, es quadruplica. Això implica segon ordre respecte de B.

Comparem els casos a i c. [B] roman constant. [A] passa a la meitat i la velocitat passa de 0,050 a 0,0025, és a dir, a la mei-tat. Per tant, l’ordre respecte de A és 1.

L’expressió matemàtica de la velocitat és:

v 5 k [A] [B]2

Per calcular k de manera aproximada, agafem qualsevol dels tres assaigs i fem una mitjana de les concentracions entre el princi-pi i el �nal de l’experiència:

D [A]———— 5 k [A] [B]2

Dt

D [A]k 5 ——————

Dt [A] [B]2

0,005 mol/Lk 5 ————————————————————————

0,195 1 0,180 1 h ? 1————————— mol/L2 ? (1 mol/L)2

2

k 5 0,0267 (mol?L21)22?h21

k 5 7,417 ? 1026 (mol?L21)22?s21

10. Una reacció té una energia d’activació, Ea, de 60 kJ/mol. A 1 000 K, la constant de velocitat val 9 ? 1023 (mol?L21)21?s21.

a) Quant valdrà la constant a 1 200 K?

b) De quin ordre és aquesta reacció?

Hem d’utilitzar l’equació d’Arrhenius:

k 5 A ? e2—

Ea

RT—

ruwuq

k1 000 5 A ? e Ea2———— 1 000 R

k1 200 5 A ? e Ea2———— 1 200 R

Tot seguit, dividim i resolem els logaritmes:

k1 200 Ea T2 2 T1ln 1———2 5 ———— ? ————— k1 000 2,303 R ? T1 ? T2

k1 200 6 ? 104 (1 200 2 1 000)ln 1———2 5 —————————————— 5 0,5223

k1 000 2,303 ? 8,314 ? 1 000 ? 1 200

Taula 3.4

33QUÍMICA 2 03

k1 200ln 1———2 5 0,5223 k1 000

k1 200——— 5 100,5223 5 3,33 k1 000

Finalment, podem calcular la constant a 1 200 K:

k1 200——— 5 3,33 k1 000

k1 200 5 3,33 ? k1 000 5 3,33 ? 9 ? 1023 5 29,97 ? 1023 L/(mol?s)

Les unitats són L/(mol?s), que corresponen a una reacció de segon ordre.

11. Un anhídrid orgànic A (s’anomena anhídrid el compost for-mat per la condensació de dues molècules d’àcid orgànic amb pèrdua d’una molècula d’aigua) es pot esteri�car amb etanol B. El resultat de la reacció és un èster P i aigua Q segons l’estequiometria següent:

A 1 2 B � 2 P 1 Q

La reacció es pot realitzar en diferents medis. Si s’utilitza com a medi de reacció l’heptà, s’obté una velocitat de reac-ció que segueix l’equació:

v 5 k [anhídrid] [etanol]

Però si la reacció s’efectua en etanol, la velocitat segueix l’equació:

v 5 k [anhídrid]

A què et sembla que pot ser deguda aquesta diferència?

La reacció es pot realitzar en dos medis, heptà o etanol:

CH3–CO–O–CO–CH3 1 C2H5OH

Medi heptà: vheptà 5 k [anhídrid] [etanol]

Medi etanol: vetanol 5 k [anhídrid] [etanol]

En medi etanol, la concentració d’etanol és tan gran respecte de la d’anhídrid que roman constant durant la reacció. Per tant:

vetanol 5 k9 [anhídrid]

12. Una substància R es descompon seguint una cinètica de segon ordre. A una certa temperatura s’ha comprovat que la constant k de la reacció val 0,3 L/(mol?s).

Calcula la velocitat de descomposició quan la concentració de reactiu R val:

a) 2 ? 10–2 mol/L

Sabem que:R � 2 P

I que l’expressió de la velocitat de reacció és:

v 5 K [R]2 5 0,3 [R]2

v 5 0,3 [2 ? 1022]2 5 1,2 ? 1024 mol/(L?s)

b) 2 ? 10–3 mol/L

v 5 0,3 [2 ? 1023]2 5 1,2 ? 1026 mol/(L?s)

13. Una reacció del tipus:

A � B 1 C

ha donat els valors següents de velocitat en funció de la concentració:

Concentració en mol/L

Velocitat en mol/(L?s)

1,0 1,7

0,8 1,09

0,6 0,61

0,5 0,42

0,4 0,27

0,3 0,15

0,2 0,07

0,1 0,02

a) Saps dir de quin ordre és aquesta reacció?

b) Pots calcular-ne la constant de velocitat?

Quan la concentració passa d’1,0 a 0,8, la velocitat es redueix d’1,7 a 1,09 mol/(L?s):

v 5 k [A]a

1,7 5 k ? 1arwq1,09 5 k ? 0,8a

Dividim membre a membre i operem amb logaritmes:

1,7 1——— 5 1——2a

1,09 0,8

1,56 5 1,25a

log 1,56 5 a log 1,25

log 1,56a 5 ———— 5 2

log 1,25

Per tant, a 5 2.

Quan la concentració passa de 0,8 a 0,6, la velocitat es redueix d’1,09 a 0,61. Anàlogament:

1,09 5 k ? 0,8arwq0,61 5 k ? 0,6a

Dividim membre a membre i operem amb logaritmes:

1,09 0,8——— 5 1——2a

0,61 0,6

1,79 5 1,33a

log 1,79 5 a log 1,33

log 1,79a 5 ————— 5 2

log 1,33

I també obtenim a 5 2.

Taula 3.5


Substituïm valors en l’equació de la velocitat:

2,3 ? 1027 5 k [6,2 ? 1023]

9,25 ? 1028 5 k [2,5 ? 1023]

5,92 ? 1028 5 k [1,6 ? 1023]

Suposem que a 5 1. Aleshores, k té, en els tres casos, el ma-teix valor, 3,7 ? 1025 s21. Per tant, la suposió era correcta. L’expressió és: v 5 k [N2O5].

18. En una reacció hipotètica resulta que en barrejar diverses quantitats de dos components obtenim els valors de veloci-tat següents:

Concentració component A (mol/L)

Concentració component B (mol/L)

Velocitat de la reacció (mol/(L?s))

0,2 0,02 1,4 ? 1024

0,2 0,04 2,8 ? 1024

0,4 0,02 2,8 ? 1024

Quin és l’ordre de reacció?

L’expressió de la velocitat és v 5 k [A]a [B]b, en què hem de calcular els valors dels ordres.

Substituïm valors en l’equació de la velocitat:

1,4 ? 1024 5 k [0,2]a [0,02]b

2,8 ? 1024 5 k [0,2]a [0,04]b

2,8 ? 1024 5 k [0,4]a [0,02]b

Si suposem que a 5 1 i b 5 1, la k obtinguda en la primera equació és 0,035.

Aplicada en les altres dues ens dóna la solució suposada.

Per tant, l’ordre de reacció és 2.

19. Les reaccions catalitzades per enzims moltes vegades són transcendents per als esdeveniments vitals. Per tant, cal tenir clars alguns conceptes generals. Digues quin o quins dels enunciats següents són erronis.

a) Els enzims formen complexos amb els seus substrats.

b) Les reaccions enzimàtiques succeeixen en el que s’ano-mena centre actiu de l’enzim.

c) Els enzims rebaixen l’energia d’activació de les reaccions químiques associades.

d) Els enzims canvien la constant d’equilibri de les reac-cions associades.

L’única a�rmació que no és correcta és la d). Els enzims canvien la constant d’equilibri de les reaccions associcades.

Els enzims són catalitzadors i, per tant, afecten la velocitat de la reacció, però no l’equilibri.

Podem repetir el mateix procediment amb la resta de velocitats i concentracions, i sempre obtenim el mateix resultat: a 5 2.

El valor de la constant es troba prenent qualsevol valor de la velocitat: 1,09

1,09 5 k (0,8)2 � k 5 ——— 5 1,7 0,82

0,070,07 5 k (0,2)2 � k 5 ——— 5 1,7

0,22

14. Els accidents de trànsit en persones joves són una xacra del segle XXI. Poden generar traumatismes cerebrals, que cal evitar. Una tècnica nova consisteix a refrigerar les extremi-tats i el cos fent-hi recircular aigua molt gelada. Amb aques-ta tècnica, la temperatura del cos disminueix uns 5 o 6 °C. Explica per què s’utilitza aquesta teràpia de xoc.

En baixar la temperatura corporal, es retarden les reaccions químiques que es produeixen al cos i, per tant, s’alenteixen les reaccions de destrucció de cèl.lules cerebrals.

15. En un recipient tenim claus de ferro, i en un altre, llimadu-res de ferro. Explica el fenomen que es produeix i les velo-citats de reacció en afegir salfumant (dissolució d’àcid clorhídric) en els dos recipients.

Es produeix la reacció següent:

2 Fe 1 6 HCl � 2 FeCl3 1 3 H2

El recipient amb les llimadures té una superfície de contacte amb l’àcid clorhídric més gran i, per tant, la velocitat d’aquesta reacció és més elevada que si hi posem claus de ferro.

16. Els midons són polisacàrids formats per amilosa i amilopec-tina que segons la proporció dels dos compostos poden tenir propietats diferents. Així, els midons de blat de moro, blat, arròs, tapioca o patata s’utilitzen d’acord amb les propietats que els donen aquestes variacions. Què passa quan el midó d’un aliment entra en contacte amb la saliva humana?

S’accelera la reacció de descomposició del midó a causa de la catàlisi que es produeix gràcies als enzims presents en la saliva.

17. El pentaòxid de dinitrogen es descompon en diòxid de ni-trogen i oxigen a 298 K al laboratori. Les dades experimen-tals obtingudes són:

Concentració de N2O5 (mol/L)

Velocitat de la reacció (mol/(L?s))

6,2 ? 1023 2,3 ? 1027

2,5 ? 1023 9,25 ? 1028

1,6 ? 1023 5,92 ? 1028

Quina és la constant de la velocitat de reacció? I l’ordre de reacció?

L’expressió de la velocitat és v 5 k [N2O5], en què hem de calcu-lar el valor de a i el valor de la constant k.

Taula 3.6

Taula 3.7

35QUÍMICA 2 03

El per�l de la cinètica d’aquesta reacció és el següent:20. A la temperatura de 36 °C s’ha mesurat la velocitat d’una reacció bioquímica amb i sense catàlisi enzimàtica. La reac-ció catalitzada amb enzims és 104 vegades més ràpida. De les respostes següents, quina et sembla que és l’energia d’activació Ea d’aquesta reacció? Raona la resposta.

a) L’energia d’activació Ea es pot determinar amb les dades del problema.

b) L’energia d’activació és diferent en les dues reaccions.

c) En reaccions bioquímiques no té sentit parlar d’energia d’activació.

d) Ea 5 4/R T

Una reacció catalitzada té una energia d’activació menor que una altra que no ho sigui. La resposta correcta és la b).

Les respostes a), c) són falses. Manquen valors per calcular l’energia d’activació. Les reaccions bioquímiques també tenen energia d’activació. La resposta d) és absurda.

21. Se sap que a temperatures entre 300 K i 400 K, en pujar la temperatura 10 °C, sovint es duplica la velocitat d’una reacció. Suposem ara una reacció qualsevol a 310 K i des-prés a 320 K. Quina hauria de ser la seva energia d’activa-ció perquè sigui del tot certa aquesta asseveració?

Sabem que k 5 A ? e

Ea

2—— R T , i si això ho apliquem a les tempe-

ratures 310 i 320 K tenim:

k310 5 A ? e

Ea

2——— R310

k320 5 A ? e

Ea

2——— R320

i dividint ordenadament membre a membre es té:

k310 A ? e

Ea

2——— R310

—— 5 2 5 —————— k320

A ? e

Ea

2——— R320

E 1 1ln 2 5 2— �—— 2 ——� 5 R 320 310

E 2105 2——————— ———— 8,314 J/(mol?K) 320 ? 310

10 E0,693 5 ——————— � 8,314 ? 320 ? 310

� E 5 57 155 J/mol � E 5 57,15 kJ/mol


1. [Curs 11-12] El bromur de metil s’obté del metanol mit-jançant una reacció de substitució catalitzada en un medi àcid: H1

CH3OH 1 Br2 �� CH3Br 1 OH2

Fig. 3.19Coordenada de reacció

Energia

A

B

CCH3OH + H+ + Br–

CH3OH2

+ + Br–

CH3Br + H+ + OH–

a) Indiqueu quines magnituds representen les lletres A, B i C. Quina de les dues etapes del mecanisme de la reac-ció és la més lenta? La reacció d’obtenció del bromur de metil a partir de metanol en un medi àcid és exotèrmica o endotèrmica?

Justi�queu les respostes.

— A és l’energia d’activació de la reacció intermèdia per ar-ribar a l’intermedi de reacció, en aquest cas, CH3–OH2

1.

— B és l’energia d’activació de la reacció de�nitiva per arri-bar de l’intermedi de reacció als productes.

— L’etapa més lenta és la superació de l’energia B, que és més gran que A.

— C és l’entalpia neta global de la reacció.

— La reacció és exotèrmica, ja que el nivell entàlpic �nal (CH3Br) és més baix que l’inicial (CH3OH).

b) Expliqueu què s’entén per intermedi de reacció i per es-tat de transició (o complex activat). Quants intermedis de reacció i quants estats de transició hi ha en el meca-nisme de la reacció d’obtenció del bromur de metil a partir de metanol?

— Hi ha un sol intermedi de reacció i dos estats de tran-sició (o complexos activats), que són els dos pics.

2. [Curs 10-11] El peròxid d’hidrogen (aigua oxigenada) és un producte de rebuig de moltes de les reaccions que tenen lloc en les cèl?lules vives. L’enzim catalasa en provoca la descomposició en productes menys nocius.

catalasa: 2 H2O2(aq) � 2 H2O(l) 1 O2(g)

Es pot investigar experimentalment la cinètica d’aquesta reacció mesurant la quantitat d’oxigen gasós que es pro-dueix amb el pas del temps. En una primera sèrie d’experi-ments al laboratori es van obtenir les dades que es mostren en la taula següent:


b) Si duem a terme una segona sèrie d’experiments al labo-ratori, similar a l’anterior però utilitzant un conjunt de solucions de peròxid d’hidrogen de concentracions més elevades, obtenim la representació grà�ca següent:

Concentració inicial de peròxid d’hidrogen

Velocitatinicial

Fig. 3.20

Justi�queu quin és l’ordre de reacció respecte al peròxid d’hidrogen a concentracions elevades. Escriviu l’equació de velocitat en aquestes condicions i indiqueu les uni-tats de la constant de velocitat.

Dades: La temperatura i la concentració de catalasa són constants en tots els experiments.

L’ordre de reacció respecte al peròxid d’hidrogen és zero quan la concentració de peròxid d’hidrogen és alta, ja que en el grà�c s’observa que quan la concentració de peròxid d’hidrogen és alta un augment de la concentració d’aquest reactiu no modi�ca la velocitat de la reacció (pendent zero en el grà�c).

L’equació de velocitat de la reacció és: v 5 k [H2O2]0

És a dir: v 5 k

Les unitats de la constant de velocitat seran les mateixes que les de la velocitat:

mol?L21?s21 (o m mol?L21?s21)

3. Una reacció A � B 1 C DH , 0

segueix a una temperatura T (K) l’equació de velocitat se-güent: log v 5 3 1 1,5 log [A]

a) Calcula quin és el seu ordre de reacció i la constant cinè-tica a la temperatura T.

La reacció segueix una equació cinètica del tipus v 5 k [A]n. Si fem logaritmes tenim:

log v 5 log k 1 n log [A]

Si comparem amb log v 5 3 1 1,5 log [A]

ens dóna que log k 5 3, és a dir, k 5 1 000, i que n 5 1,5.

Per tant, l’expressió de la velocitat d’aquella reacció és v 5 1 000 [A]1,5

b) Fes el per�l del recorregut (entre reactius i productes) respecte a les entalpies de la reacció.

c) Repeteix l’apartat b) en el cas que la reacció fos cata-litzada.

Dades experimentals sobre la descomposició de l’aigua oxigenada

Experiment [H2O2] inicial (mol?L21)

Velocitat inicial (m mol?L21?s21)

1 0,10 4,2

2 0,20 8,5

3 0,30 12,7

4 0,40 16,8

a) Justi�queu quin és l’ordre de reacció respecte al peròxid d’hidrogen i calculeu la constant de velocitat de la reacció.

L’expressió de la velocitat de la reacció amb la concentració dels reactius serà:

v 5 k [H2O2]x

on x és l’ordre de reacció respecte al peròxid d’hidrogen.

En les experiències 1 i 2, si comparem com augmenta la velocitat inicial en augmentar la concentració de peròxid, tenim:

[H2O2] exp2 0,20 v exp2 8,5—————— 5 —— 5 2 � ——— 5 —— 5 2,02 [H2O2] exp1 0,10 v exp1 4,2





Observem que, en duplicar la concentració de peròxid d’hi-drogen, es duplica (21) la velocitat; en triplicar-la, es tri-plica (31) la velocitat, i en quadruplicar-la, es quadruplica (41) la velocitat.

Això ens indica que l’ordre de reacció respecte al peròxid d’hidrogen és 1.

Escrivim, ara, l’equació de velocitat de la reacció:

v 5 k [H2O2]

Aïllant la constant de velocitat: vk 5 ——— H2O2

Agafant qualsevol experiència, per exemple la primera, tenim:

1 molv 5 4,2 m mol?L21?s21 ? ————— 5 4,2 ? 1026 mol?L21?s21 106 mmol

4,2 ? 1026 mol?L21?s21

k 5 ——————————— 0,10 mol?L21

k 5 4,2 ? 1025 s21

Taula 3.8

37QUÍMICA 2 03

b) Què succeeix amb la velocitat de la reacció si s’augmenta la temperatura i es manté constant el volum? I si s’aug-menta el volum i es manté constant la temperatura?

Justi�ca les respostes.

EFECTE DE LA TEMPERATURA (volum constant)

Raonament 1r

Un augment de la temperatura, a volum constant, implica que tindrem més molècules amb una energia cinètica míni-ma per fer xocs efectius i, per tant, augmentarà la velocitat de la reacció (model de col?lisions).

Raonament 2n

L’augment de la temperatura provoca un augment de la constant de velocitat k. De l’equació de velocitat es de dueix que augmentarà la velocitat, ja que la constant de velocitat augmenta i les concentracions no s’han modi�cat perquè es manté el volum.

EFECTE DEL VOLUM (a temperatura constant)

Raonament 1r

Mitjançant el model de col?lisions, es pot dir que en aug-mentar el volum la probabilitat que xoquin les molècules disminueix i, per tant, disminueix la velocitat de la reacció (en mantenir la temperatura no ha variat l’energia cinètica de les molècules).

Raonament 2n

Si s’augmenta el volum, i es manté la temperatura, les con-centracions dels reactius disminueixen (com que no varia la temperatura es manté la constant de velocitat, k). De l’equació de velocitat es dedueix que disminuirà la velocitat de la reacció.

5. [Curs 09-10] La hidròlisi de la sacarosa, o sucre de taula, es pot efectuar en un medi àcid que actua com a catalitza-dor. S’ha comprovat experimentalment que aquesta reac-ció té una cinètica de primer ordre respecte de la sacarosa.

C12H22O11(aq) 1 H2O(l) � C6H12O6(aq) 1 C6H12O6(aq)

sacarosa glucosa fructosa

a) De�niu el concepte d’ordre de reacció respecte d’un reac-tiu. Quin dels següents grà�cs (A, B o C) indica que la hidròlisi àcida de la sacarosa és de primer ordre respecte d’aquest reactiu? Raoneu la resposta.

Velocitat de la reacció d’hidròlisi àcida de la sacarosa en funció de la concentració d’aquest reactiu

concentració de sacarosa

velocitat

Gràfic A


velocitat

Gràfic B

(concentració de sacarosa)2

velocitat

Gràfic C

Fig. 3.21a

Recorregut de la reacció

R

P

sense catàlisi

amb catàlisi

H

d) Com interpretaries el fet que l’ordre de reacció fos un nombre fraccionari i no un nombre enter?

L’ordre fraccionari de la reacció és degut al fet que hi ha diversos mecanismes que competeixen entre ells.

e) Digues si la reacció és endotèrmica o exotèrmica. Raona com podria afectar teòricament a la velocitat de reac- ció una disminució de la temperatura de reacció (fes-ho tenint en compte la variació de k amb la temperatura i el valor DH , 0).

La reacció és exotèrmica, ja que DHproductes 2 DHreactius , 0.

Si es baixés la temperatura, la k cinètica seria menor, d’acord amb l’equació d’Arrehnius, i per tant, la velocitat hauria de minvar. Tanmateix, com que la reacció és exo-tèrmica, en refrigerar-la l’equilibri es desplaçaria cap a la dreta i afavoriria la producció de productes. Per tant, s’esde-venen dos efectes contraris entre ells. S’hauria d’avaluar quin predominaria.

4. Una reacció en fase gas 2 A(g) 1 B(g) 2 C(g) té ordre 2 res-pecte a A, i ordre 1 respecte a B.

a) Escriu l’equació de velocitat per a aquesta reacció. In-dica, raonadament, les unitats amb què s’expressen la velocitat i la constant de velocitat d’aquesta reacció.

La velocitat d’una reacció és igual a la constant de velocitat multiplicada per la concentració de cada reactiu elevada al seu ordre de reacció:

Equació de velocitat: v 5 k [A]2 [B]

La velocitat ens indica la variació de la concentració d’un reactiu o producte quan varia el temps. Per tant, tindrà uni-tats de concentració dividit per temps:

Unitat de la velocitat: mol ? L21 ? s21

Les unitats de la constant de velocitat (k) depenen de l’or-dre total de la reacció, que en aquest cas és 3:

vk 5 ———— [A]2 [B]

mol?L21?s21

unitats de k: —————————— (mol2? L22) (mol L21)

Unitats de k: mol22?L2?s21

H1


6. [Curs 11-12] Una de les aplicacions del cloroetà durant el segle XX ha estat la producció d’un antidetonant per a la gasolina. El cloroetà s’hidrolitza en una solució calenta d’hi dròxid de sodi, segons l’equació següent:

CH3CH2Cl 1 OH2 � CH3CH2OH 1 Cl2

Estudiem la variació de la velocitat inicial d’aquesta reacció per a diferents concentracions inicials dels reactius, a una temperatura determinada. Els resultats es poden observar en la taula següent:

Estudi experimental de la cinètica de la reacció d’hidròlisi del cloroetà

Concentració inicial de cloroetà (mol?dm23)

Concentració inicial d’ió hidròxid (mol?dm23)

Velocitat inicial de la reacció (mol?dm23?s21)

0,010 0,020 8,60 ? 1028

0,020 0,020 1,72 ? 1027

0,020 0,060 5,16 ? 1027

Taula 3.9

a) Determineu l’ordre de reacció respecte a cada reactiu i l’ordre total de la reacció.

Expliqueu raonadament les respostes.

L’equació de la velocitat de la reacció es pot escriure així:

v 5 k [CH3CH2Cl]a ? [OH2]b

en què a i b són els ordres de reacció parcials respecte a cloroetà i l’ió hidroxil, respectivament.

Si tenim en compte els dos primers experiments, en els quals la concentració de OH2 es manté constant, en doblar la con-centració del cloroetà també es duplica la velocitat; per tant, la reacció serà d’ordre 1 respecte al cloroetà (a 5 1).

Si tenim en compte els experiments segon i tercer, en els quals la concentració de cloroetà es manté constant, en triplicar la concentració d’ions hidroxil també es triplica la velocitat de la reacció; per tant, la reacció serà d’ordre 1 respecte a l’hidroxil (b 5 1).

L’ordre total de la reacció (n) serà la suma dels ordres de la reacció respecte a cada reactiu:

n 5 a 1 b 5 1 1 1 � n 5 2

b) Calculeu la constant de velocitat de la reacció.

L’equació de velocitat de la reacció serà:

v 5 k [CH3CH2Cl]1 [OH2]1

Agafant la velocitat inicial de la reacció i les concentracions inicials de cada reactiu en un experiment (el primer, per exemple) tenim:

Experiment 1: 8,60 ? 1028 5 k ? 0,01 ? 0,02

8,60 ? 1028

k 5 —————— 0,0002

k 5 4,3 ? 1024 mol21?dm3?s21


velocitat

Gràfic A


velocitat

Gràfic B


velocitat

Gràfic C

Fig. 3.21b


velocitat

Gràfic A


velocitat

Gràfic B


velocitat

Gràfic C

Fig. 3.21c

L’ordre de reacció respecte a un reactiu és la potència a la qual està elevada la concentració d’aquest reactiu en l’equa-ció de velocitat.

Equació de velocitat: v 5 k [A]a ? [B]b

en què a i b són els ordres de reacció.

Si la cinètica de la hidròlisi àcida de la sacarosa és de primer ordre respecte a la sacarosa, vol dir que l’equació de velo citat (suposant constants les concentracions dels altres reactius —en aquest cas l’aigua—) seria:

v 5 k [sacarosa]1

El grà�c que representa la velocitat en funció de la concen-tració de sacarosa seria lineal: grà�c B.

b) Què és un catalitzador? Expliqueu com actua un catalit-zador en una reacció química a partir del model de l’es-tat de transició.

Un catalitzador és una substància que posem a la reacció, que no es consumeix, però que augmenta la velocitat de la reacció.

Segons el model de l’estat de transició, una reacció, per anar de reactius a productes, passa per un estat de transició de més energia que reactius i productes; la diferència d’energies entre l’estat de transició i els reactius s’anomena energia d’activació. El catalitzador proporciona un mecanisme alter-natiu a la reacció: passa per un altre estat de transició que fa que la reacció tingui una energia d’activació més petita i, per tant, una velocitat més alta.

Coordenada de reacció

Energia

reactius

productes

sense catalitzador

amb catalitzador

39QUÍMICA 2 03

c) Depèn de les partícules amb una energia superior a l’energia d’activació.

d) Depèn de l’estat físic dels reactants (sòlid, líquid, gasós).


5. L’energia d’activació d’una reacció exotèrmica, DH , 0:

a) Pot ser positiva o negativa.

b) Sempre serà negativa.

c) Ha de ser positiva.

d) Depèn de l’energia absorbida o alliberada.


6. En una reacció de primer ordre global v 5 k [A]:

a) k és la velocitat especí�ca i depèn de la concen tració.

b) La constant de reacció és independent de la concentració.

c) La velocitat especí�ca no depèn de la temperatura.

d) Cap de les anteriors.


7. En qualsevol reacció gasosa la velocitat especí�ca depèn de:

a) La concentració.

b) La pressió.

c) L’energia d’activació.

d) Cap les anteriors.


8. L’expressió de la velocitat d’una reacció és

v 5 k [A] [B]

Si la velocitat de reacció inicial és 0,02 M/minut amb con-centracions inicials de A 0,15 M i de B 0,2 M, quina és la constant de la velocitat de reacció?

a) 1,5

b) 0,33

c) 0,66

d) Sempre és 1.


Quimitest

1. A temperatura constant, la velocitat d’una reacció només varia si es modi�ca la concentració de A. Si es duplica la concentració de A, s’observa que la velocitat augmenta qua-tre vegades. Per tant, l’ordre de la reacció és:

a) 1

b) 2

c) 3

d) No es pot saber.


2. Els catalitzadors modi�quen la velocitat de les reac cions. Això vol dir que:

a) Modi�quen la seva constant especí�ca, fan que sigui més gran.

b) Modi�quen la seva constant especí�ca, fan que sigui més petita.

c) Alenteixen la reacció inversa i, per tant, la directa s’ac-celera.

d) Rebaixen les energies d’activació de la reacció.


3. Una certa reacció a temperatura constant implica dos reac-tius A i B. Si dupliquem la concentració de A sense modi�-car la concentració de B, la velocitat es duplica. Si sense modi�car la concentració de A, tripliquem la concentració de B, la velocitat de la reacció es multiplica per nou vega-des. Si les concentracions de A i de B es dupliquen, la velo-citat augmenta vuit vegades. La reacció és d’ordre:

a) 1 respecte a A i 2 respecte a B. Ordre total 4.

b) 2 respecte a A i 3 respecte a B. Ordre total 3.

c) 1 respecte a A i 2 respecte a B. Ordre total 3.

d) 1 respecte a A i 3 respecte a B. Ordre total 3.


4. L’entalpia d’una reacció, DH, tant si és endotèrmica com si és exotèrmica:

a) És la diferència entre les energies d’activació del procés directe i invers.

b) Disminueix si s’utilitza catalitzador.


j Unitat 4. Equilibri químic

Activitats

1. A la revista Investigación y Ciencia del mes de juliol de 2008 es va publicar un article sobre la perillositat de l’ad-dicció al tabac entre els adolescents. En relació amb aquest problema, el monòxid de carboni alliberat per la combustió del tabac entra en competició amb l’oxigen per tal d’unir-se a l’hemoglobina. Aquesta reacció d’equilibri és:

CO(g) 1 Hb-O2 � Hb-CO(g) 1 O2(g)

Quina és la seva Kc?

Dades: O2(g)/CO(g) 5 4 000; Hb-CO(g)/Hb-O2 5 0,05

[Hb-CO] [O2]Kc 5 ——————— 5 0,05 ? 4 000 5 200

[Hb-O2] [CO]

2. La normativa d’etiquetatge dels productes de consum ali-mentari estableix que en el cas del vinagre cal indicar la proporció d’àcid acètic que conté. Es disposa de 50 g d’un vinagre del qual no coneixem el contingut d’àcid, que reac-ciona amb 0,18 g d’alcohol etílic del 96 % en massa. Si s’obtenen 0,32384 g d’acetat d’etil i sabem que la constant d’equilibri és 4, quin és el percentatge d’àcid acètic en aquest vinagre?

Primer, calculem les quantitats inicials:

96 g CH3CH2OH0,18 g alcohol 96 % ? ———————— 5 0,1728 g CH3CH2OH 100 g alcohol 96 %

0,1728 gn (CH3CH2OH) 5 ————— 5 3,76 ? 1023 mol

46 g/mol

0,32384 gn (CH3COOC2H5) 5 —————— 5 3,68 ? 1023 mol

88 g/mol

Escrivim la reacció d’equilibri:

CH3COOH 1 CH3CH2OH � CH3COOCH2CH3 1 H2O

x 3,76 ? 1023

C0 — —————— 0 0 V V

3,68 ? 1023 3,68 ? 1023 3,68 ? 1023 3,68 ? 1023

Cr —————— —————— —————— —————— V V V V

x 2 3,68 ? 1023 3,76 ? 1023 2 3,68 ? 1023 3,68 ? 1023

Ce ———————— —————————————— —————— V V V 3,68 ? 1023

—————— V

Escrivim l’expressió de la constant d’equilibri:

[CH3COOCH2CH3] [H2O]Kc 5 ———————————— 5 4

[CH3COOH] [CH3CH2OH]

Hi substituïm les concentracions de les espècies en equilibri:

3,68 ? 1023 3,68 ? 1023

3——————4 3——————4 V VKc 5 ———————————————————————— 5 4 x 2 3,68 ? 1023 3,76 ? 1023 2 3,68 ? 1023

3————————4 3—————————————4 V V

Com podem observar, els volums desapareixen i podem rees-criure l’expressió de la manera següent:

(3,68 ? 1023) (3,68 ? 1023)Kc 5 —————————————————————— 5 4

(x 2 3,68 ? 1023) (3,76 ? 1023 2 3,68 ? 1023)

I obtenim que x 5 0,046 mol CH3COOH.

Ara ja podem calcular el percentatge d’àcid acètic en el vinagre comercial del problema:

60 g CH3COOH0,046 mol CH3COOH ? ———————— 5 2,76 g CH3COOH

1 mol CH3COOH

2,76 g CH3COOH% CH3COOH 5 ————————— ? 100 5 5,52 %

50 g vinagre

3. Un dels accidents domèstics més habituals és la intoxicació provocada per la barreja de lleixiu amb salfumant. La reac-ció produeix clor, que és tòxic. Aquesta reacció està descrita per l’equació d’equilibri següent:

HClO 1 HCl � Cl2 1 H2O

Cap a on està desplaçat l’equilibri?

Dades: [HClO] 5 0,2 M; [HCl] 5 0,5 M; [Cl2] 5 1 M; [H2O] 5 2 M; K25 °C 5 3,125

Per a aquesta reacció:

[Cl2] [H2O] (1 M) (2 M)Qc 5 ——————— 5 ——————— 5 20

[HClO] [HCl] (0,2 M) (0,5 M)

Kc 5 3,125 i Qc 5 20; per tant, Qc . Kc, la qual cosa ens indica que la concentració de productes és molt superior a la de reac-tius i que en aquest moment la concentració dels productes està per sobre de la concentració que tindran en l’equilibri. Per tant, el sentit de la reacció és cap a la formació de reactius.

4. El brom es dissocia segons la reacció:

Br2(g) � 2 Br(g)

A una temperatura determinada, les pressions parcials del Br2(g) i del Br(g) són, respectivament, 0,08 atm i 0,05 atm. Troba el valor de Kp.

L’expressió matemàtica de Kp és la següent:

p2Br

Kp 5 —— pBr2

Si substituïm en l’expressió de Kp:

p2Br (0,05 atm)2

Kp 5 —— 5 —————— 5 0,03125 atm pBr2 (0,08 atm)

41QUÍMICA 2 04

5. En una recerca es fan diferents proves amb l’esquema de reacció següent:

A(g) 1 2 B(g) � C(g) 1 D(g)

En un recipient de 30 L es posen 2 mol de A i 2 mol de B. Quan s’assoleix l’equilibri, la temperatura és de 30 °C i la pressió total, de 3 atm. Calcula la Kp del procés.


A(g) 1 2 B(g) � C(g) 1 D(g)

n0 2 2 0 0

nr x 2 x x x

ne 2 2 x 2 2 2 x x x

Per tant, els mols totals en l’equilibri es calculen segons l’ex-pressió algèbrica següent:

ntotal 5 (2 2 x) 1 (2 2 2 x) 1 2 x 5 4 2 x

L’enunciat ens dóna el valor de la pressió total en l’equilibri; per tant, podem calcular el nombre de mols totals en l’equilibri a partir de l’equació d’estat dels gasos ideals:

p Vp V 5 ntotal R T � ntotal 5 ——

R T

3 atm ? 30 dm3

ntotal 5 ———————————————— 5 3,62 mol 0,082 atm?dm3/(K?mol) ? 303 K

Substituïm en l’expressió algebraica anterior:

3,62 5 4 2 x

x 5 0,38 mol

Ara ja hem calculat totes les dades necessàries per obtenir el valor de les pressions parcials de cada gas en l’equilibri:

2 2 x 1,62pA 5 xA ? ptotal 5 ———— ? 3 atm 5 ——— ? 3 atm 5 1,34 atm 4 2 x 3,62

2 2 2 x 1,24pB 5 xB ? ptotal 5 ———— ? 3 atm 5 ——— ? 3 atm 5 1,03 atm 4 2 x 3,62

x 0,38pC 5 xC ? ptotal 5 ———— ? 3 atm 5 ——— ? 3 atm 5 0,315 atm 4 2 x 3,62

x 0,38pD 5 xD ? ptotal 5 ———— ? 3 atm 5 ——— ? 3 atm 5 0,315 atm 4 2 x 3,62

Si substituïm els valors de les pressions en l’expressió de la constant Kp, en trobem el valor:

pC ? pD (0,315 atm)2

Kp 5 ———— 5 ———————————— 5 0,0698 atm21

pA ? pB2 (1,34 atm) ? (1,03 atm)2

6. Les molècules de brom es dissocien seguint la reacció d’equilibri següent:

Br2(g) � 2 Br(g)

El brom està dissociat un 27 % a 1 400 K. Si la pressió total és 0,1 atm, troba Kp i Kc.

En aquest cas, a 5 0,27. Escrivim la reacció d’equilibri:

Br2(g) � 2 Br(g)

C0 1 0

Cr 0,27 2 ? 0,27

Ce 1 2 0,27 2 ? 0,27

El nombre de mols totals en l’equilibri és:

ntotal 5 1 2 0,27 1 2 ? 0,27 5 1,27

Calculem les pressions parcials:

2 ? 0,27pBr 5 xBr ? ptotal 5 ———— ? 0,1 atm 5 0,0425 atm

1,27

1 2 0,27pBr2 5 xBr2 ? ptotal 5 ————— ? 0,1 atm 5 0,0575 atm

1,27

Apliquem l’expressió de Kp:

p2Br

Kp 5 —— pBr2

I substituint per les pressions en l’equilibri, trobem el valor de Kp:

(0,0425 atm)2

Kp 5 ———————— 5 0,0314 atm 0,0575 atm

Ara podem trobar el valor de Kc aplicant l’expressió que relacio-na Kp i Kc:

Kc 5 Kp (R T)21

Kc 5 0,0314 atm ? (0,082 atm?L/(K?mol) ? 1 400 K)21

Kc 5 2,735 ? 1024 M

7. La reacció de conversió del monòxid de carboni en diòxid de carboni a 1 000 ºC és:

CO(g) 1 H2O(g) � CO2(g) 1 H2(g)

Si volem eliminar CO per mitjà de la pressió, cal augmentar- la o disminuir-la?

En aquest cas, la pressió no afecta l’equilibri, ja que el nombre de mols de gas és igual en els reactius i en els productes. Per tant, no podem modi�car l’equilibri amb la pressió.

8. Dins una ampolla de cava es produeix la reacció d’e qui libri següent:

CO2(g) 1 H2O(l) � H2CO3(aq)

Com explicaries el que succeeix en obrir l’ampolla?

En obrir l’ampolla de cava, disminueix la pressió a l’interior i, per tant, l’equilibri es desplaça per tal de contrarestar aquest efecte, és a dir, reacciona de manera que el nombre de mols gasosos augmenti, o sigui cap a la formació de reactius, cosa que fa que s’alliberi el gas del líquid.

9. Representeu gràficament l’evolució de la reacció següent:

N2(g) 1 H2(g) � NH3(g)


Inicialment hi ha [N2(g)] 5 2 M i [H2(g)] 5 2 M

[NH3(g)] 5 0M

a) Si en l’equilibri s’augmenta la [NH3(g)], cap a on es des-plaça la reacció? Representeu-ho grà�cament.

En arribar a l’equilibri augmenta la concentració d’amoniac i per tant l’equilibri es desplaça cap a l’esquerra (reactius), baixa la concentració d’amoníac i pugen les de nitrogen i hidrogen.

b) Si en l’equilibri s’augmenta la [H2(g)], cap a on es des-plaça la reacció? Representeu-ho grà�cament.

En arribar a l’equilibri augmenta la concentració d’hidrogen i per tant l’equilibri es desplaça cap a la dreta (productes), augmenta la concentració d’amoníac i baixen les de nitro-gen i hidrogen.

10. En la reacció de formació de l’etilè en condicions estàndards (25 ºC i 1 atm), DG° 5 168,12 kJ/mol. Calcula el valor de la constant d’equilibri en aquestes condicions.


2 C(s) 1 2 H2(g) � C2H4(g)

D’acord amb l’expressió:

DG° 5 2R T ln K

Aïllem la constant d’equilibri: DG°

ln K 5 2—— R T

L’energia lliure de Gibbs s’expressa en joules; així, doncs, R 5 8,314 J/(K?mol). 68 120 J/mol

ln K 5 2———————————— 8,314 J/(K?mol) ? 298 K

Per tant:K 5 1,15 ? 10212

11. En una piscifactoria de salmons han d’augmentar la propor-ció d’oxigen dissolt en l’aigua segons l’equilibri següent:

O2(g) � O2(aq)

Quines condicions afavoriran l’augment de la presència de O2(aq)?

Es tracta d’estudiar les condicions que fan que la reacció d’equi-libri es desplaci cap a la dreta. Els factors que, en modi�car-se, afecten l’equilibri són els següents:

Concentració de reactius: si aconseguim augmentar la quanti-tat de O2(g), l’equilibri es desplaçarà cap a la formació de O2(aq).

Pressió: si s’augmenta la pressió de la mescla gasosa, l’equilibri es desplaçarà cap al sentit en què es redueixi el nombre total de mols de gasos (en aquest cas, cap a la formació de produc-tes) i s’afavorirà la formació de O2(aq).

Temperatura: es tracta d’un procés exotèrmic, DH°r , 0. Ho

podem assegurar, ja que l’entropia és desfavorable, el sistema augmenta d’ordre. Per tant, si es treballa a temperatures baixes, s’afavoreix la formació de O2(aq).

Anàlisi global: una anàlisi global i pràctica ens indica que treballar amb aigües a temperatures baixes és la metodologia econòmicament més rendible.

Activitats finals

1. Escriu l’expressió de la constant d’equilibri de les reaccions següents i indica en quin sentit es desplaça l’equilibri.

a) C2H4(g) 1 HCl(g) � C2H5Cl(g)

K25 °C 5 3,29·104

[C2H5Cl]Kc 5 ——————— 5 3,29 ? 104

[C2H4] [HCl]

Està desplaçada cap als productes.

b) C4H10(g) � C2H6(g) 1 C2H4(g)

K25 °C 5 1,12·1029

[C2H6] [C2H4]Kc 5 ——————— 5 1,12 ? 1029

[C4H10]

Està desplaçada cap als reactius.

c) CH25CH2(g) 1 H2O(g) � CH3CH2OH(g)

K25 °C 5 23,1

[CH3CH2OH]Kc 5 ————————— 5 23,1

[CH2}}CH2] [H2O]

Està desplaçada cap als productes.

2. En la reacció entre l’àcid hipoclorós i l’àcid clorhídric s’alli-bera clor. Si tenim una dissolució 2 M d’hipoclorit i una dissolució 1 M d’àcid clorhídric, quina serà la concentració del clor en l’equilibri, suposant que tot queda dissolt?

HClO 1 HCl � Cl2 1 H2O K25 °C 5 3,125

HClO 1 HCl � Cl2 1 H2O

C inicial 2 M 1 M — —

C que reacciona x x x x

C equilibri 2 2 x 1 2 x x x

Escrivim l’expressió de la constant d’equilibri:

[Cl2] [H2O]Kc 5 ——————— 5 3,125

[HClO] [HCl]

x2

Kc 5 ————————— 5 3,125 (2 2 x) (1 2 x)

2,125 x2 2 9,375 x 1 6,25 5 0

x 5 0,82 M

3. En escalfar el HI, es descompon segons la reacció:

2 HI(g) � I2(g) 1 H2(g)

43QUÍMICA 2 04

A 448 °C un recipient tancat conté 0,38 mol de I2, 0,081 mol de H2 i 1,24 mol de HI en equilibri. En un altre recipient de 2 L de capacitat es posen 0,1 mol de H2, 0,1 mol de I2 i 0,2 mol de HI i es tanca �ns a assolir la temperatura de 448 °C. Calcula les concentracions dels gasos en l’equilibri.

Escrivim la reacció d’equilibri i calculem el valor de Kc:

2 HI(g) � I2(g) 1 H2(g)

[I2] [H2] (0,38) (0,081)Kc 5 ————— 5 ——————— 5 0,02

[HI]2 (1,24)2

Calculem el valor de Qc per saber en quin sentit evolucionarà l’equilibri: 0,1 0,1 1——2 1——2 2 2

Qc 5 ———————— 5 0,25 0,2 1——2

2

2

Com que Qc . Kc, la reacció d’equilibri es desplaça cap a la formació de reactius.

2 HI(g) � I2(g) 1 H2(g)

C inicial 0,1 M 0,05 M 0,05 M

C que reacciona 2 x x x

C equilibri 0,1 1 2 x 0,05 2 x 0,05 2 x

[I2] [H2] (0,05 2 x)2

Kc 5 ————— 5 ——————— 5 0,02 [HI]2 (0,1 1 2 x)2

0,92 x2 2 0,108 x 1 2,3 ? 1023 5 0

rwq

x1 5 0,089 x2 5 0,028

La primera solució no és vàlida, ja que no té sentit químic. Per tant, les concentracions en equilibri són:

[HI] 5 0,1 1 2 x 5 0,156 M

[I2] 5 0,05 2 x 5 0,022 M

[H2] 5 0,05 2 x 5 0,022 M

4. Digues si les a�rmacions següents són certes o falses:

a) Un valor negatiu de la constant d’equilibri signi�ca que l’equilibri està desplaçat cap a la formació de reactius.

Falsa. La constant d’equilibri no pot tenir valor negatiu.

b) Com que la temperatura no és present en l’expressió de la constant d’equilibri, no hi in�ueix.

Falsa. La constant d’equilibri depèn de la temperatura i té un valor determinat per a cada temperatura.

c) Les condicions d’equilibri varien segons si considerem la reacció directa o la inversa.

Falsa. Les condicions d’equilibri són úniques i independents de com s’hagi assolit l’equilibri.

d) Els catalitzadors augmenten la constant d’equi libri.

Falsa. Els catalitzadors no in�ueixen en el valor de la cons-tant d’equilibri.

e) L’equilibri és una situació d’estancament.

Falsa. L’equilibri és dinàmic.

5. A 1 000 °C la constant d’equilibri de la reacció entre el mo-nòxid de carboni i l’aigua gasosa per formar diòxid de car-boni i hidrogen val 0,62. Un recipient tancat conté inicial-ment 0,01 mol CO, 0,50 mol H2O, 0,30 mol CO2 i 0,10 mol H2. El sistema s’escalfa �ns a 1 000 °C. Calcula la quantitat de cada espècie química present en l’equilibri.

Escrivim la reacció d’equilibri i l’expressió de Kc:

CO(g) 1 H2O(g) � CO2(g) 1 H2(g)

[CO2] [H2]Kc 5 —————— 5 0,62

[CO] [H2O]

Calculem el valor de Qc per saber en quin sentit evolucionarà l’equilibri: (0,30) (0,10)

Qc 5 ——————— 5 6 (0,01) (0,50)

Com que Qc . Kc, la reacció d’equilibri es desplaça cap a la formació de reactius.

CO(g) 1 H2O(g) � CO2(g) 1 H2(g)

0,01 0,50 0,30 0,10C inicial ——— ——— ——— ——— V V V V

C que reacciona x x x x

0,01 1 x 0,50 1 x 0,30 2 x 0,10 2 xC equilibri ———— ———— ———— ———— V V V V

0,30 2 x 0,10 2 x 1—————2 1—————2 V V

Kc 5 —————————————— 5 0,62 0,01 1 x 0,50 1 x 1—————2 1—————2 V V

0,38 x2 2 0,7162 x 1 0,0269 5 0

rwq

x1 5 1,8464 x2 5 0,0383

La primera solució no és vàlida, ja que no té sentit químic. Per tant, els mols de cada espècie en l’equilibri són:

0,01 1 x 5 0,0483 mol CO

0,50 1 x 5 0,5383 mol H2O

0,30 2 x 5 0,2617 mol CO2

0,10 2 x 5 0,0617 mol H2

6. Per a una constant d’equilibri qualsevol, cap a quin sentit es desplaçarà l’equilibri si la concentració dels productes supera la concentració d’aquests productes en l’equilibri i


Combinem les equacions de manera que obtinguem l’equació de la reacció de la qual hem d’esbrinar la constant d’equilibri:

4 NH3(g) 1 5 O2(g) � 4 NO(g) 1 6 H2O(g) K1

[2 NO(g) 1 O2(g) � 2 NO2(g)] ? 2 K92_________________________________________ 4 NH3(g) 1 7 O2(g) � 4 NO2(g) 1 6 H2O(g) K3

[NO2]2 [NO2]4

K2 5 ——————; K92 5 —————— [NO]2 [O2] [NO]4 [O2]2

És a dir, K92 5 K22 i, per tant, K3 5 K1 K2

2 i la resposta correcta és la b).

11. Per sintetitzar un compost orgànic AD es necessita elevar la temperatura �ns a 300 °C. Una vegada assolit l’equi libri, la mescla té 3 atm de pressió. Si la fracció molar del com-post AD és 0,2 i la de la substància D és 0,57, determina el valor de Kp si la reacció és la següent:

A 1 D � AD

Escrivim l’expressió de Kp: pADKp 5 ———— pA ? pD

Calculem el valor de la fracció molar de A:

xA 5 1 2 0,2 2 0,57 5 0,23


pA 5 xA ? ptotal 5 0,23 ? 3 atm 5 0,69 atm

pD 5 xD ? ptotal 5 0,57 ? 3 atm 5 1,71 atm

pAD 5 xAD ? ptotal 5 0,2 ? 3 atm 5 0,6 atm

Finalment substituïm valors en l’expressió de Kp:

pAD (0,6 atm)Kp 5 ———— 5 ———————————— 5 0,5 atm21

pA ? pD (0,69 atm) ? (1,71 atm)

12. A 600 °C un recipient de 1 000 mL conté una mescla gasosa en equilibri formada per 0,8480 g de triòxid de sofre, 0,2048 g de diòxid de sofre i 0,0512 g d’oxigen. Calcula les constants d’equilibri Kc i Kp del procés:

2 SO2(g) 1 O2(g) � 2 SO3(g)

a la temperatura esmentada.


2 SO2(g) 1 O2(g) � 2 SO3(g)

[SO3]2

Kc 5 —————— [SO2]2 [O2]

A partir de les dades que ens dóna el problema podem calcular les concentracions en equilibri:

0,8480 g 1 mol[SO3] 5 ————— ? ———— 5 0,0106 M

1 dm3 80 g

0,2048 g 1 mol[SO2] 5 ————— ? ———— 5 3,2 ? 1023 M

1 dm3 64 g

0,0512 g 1 mol[O2] 5 ————— ? ———— 5 1,6 ? 1023 M

1 dm3 32 g

la de reactants és inferior a les seves concentracions en l’equilibri?

L’equilibri es desplaçarà cap a la formació de reactius, ja que tindrem un valor de Qc . Kc; aleshores, per assolir l’equilibri han de reaccionar els productes per obtenir més reactius.

7. Quina diferència hi ha entre Qc i Kc?

Qc no és una constant i en la seva expressió no hi �guren les concentracions en l’equilibri.

8. Quan coincideixen els valors de les constants d’equilibri Kc i Kp?

Quan no hi ha increment en el nombre de mols gasosos d’una reacció, és a dir, quan el nombre de mols gasosos de reactius és igual al nombre de mols gasosos de productes.

9. En reaccionar el diòxid de sofre amb el diòxid de nitrogen, s’obté triòxid de sofre i monòxid de nitrogen. Un recipient d’1 L conté en equilibri 0,8 mol SO2, 0,1 mol NO2, 0,6 mol SO3 i 0,4 mol NO. Calcula els mols de NO que cal afegir al recipient perquè la concentració de NO2 sigui de 0,3 mol?L21, si la temperatura es manté constant. Tots els compostos són gasos.

Escrivim la reacció d’equilibri i calculem el valor de Kc:

SO2(g) 1 NO2(g) � SO3(g) 1 NO(g)

[SO3] [NO] (0,6) (0,4)Kc 5 —————— 5 —————— 5 3

[SO2] [NO] (0,8) (0,1)

Tot seguit escrivim la situació que ens descriu el problema:

SO2(g) 1 NO2(g) � SO3(g) 1 NO(g)

C inicial 0,8 0,1 0,6 0,4 1 y

C que reacciona x x 5 0,2 x x

C equilibri 1 0,3 0,4 0,2 1 y

[SO3] [NO] (0,4) (0,2 1 y)Kc 5 —————— 5 ———————— 5 3

[SO2] [NO] (1) (0,3)

Resolent l’equació resultant obtenim que y 5 2,05; per tant, hem d’afegir 2,05 mol de monòxid de nitrogen.

10. Si coneixem les constants d’equilibri següents:

4 NH3(g) 1 5 O2(g) � 4 NO(g) 1 6 H2O(g) K1

2 NO(g) 1 O2(g) � 2 NO2(g) K2

calcula la constat d’equilibri de la reacció següent:

4 NH3(g) 1 7 O2(g) � 4 NO2(g) 1 6 H2O(g)

a) K3 5 K1 K2 b) K3 5 K1 K22

K1 K1c) K3 5 —— d) K3 5 —— 2 K2 K2

2

e) K3 5 K12 K2 f) K3 5 3 K1 K2

45QUÍMICA 2 04

b) Augmentant la concentració del diòxid de sofre, que en ser un reactiu, desplaça l’equilibri cap a la formació de pro-ductes.

c) Augmentant la concentració d’oxigen, per la mateixa raó que en l’apartat b).

d) Disminuint la concentració de triòxid de sofre, ja que és un producte i, així, l’equilibri es desplaça cap a la dreta.

e) També es pot aconseguir introduint un gas inert en el reci-pient, ja que implica un augment de la pressió i l’equilibri es desplaça cap al sentit on hi ha menys mols de gasos, en aquest cas, cap a la formació de productes.

16. A 750 K, un litre d’una mescla de NH3, N2 i H2 en equilibri es compon d’1,20 mol H2, 1 mol N2 i 0,329 mol NH3. L’equi-libri és:

N2(g) 1 3 H2(g) � 2 NH3(g)

a) Calcula la constant d’equilibri Kc i les pressions parcials dels gasos en l’equilibri.


N2(g) 1 3 H2(g) � 2 NH3(g)

[NH3]2

Kc 5 ————— [N2] [H2]3

Tot seguit calculem el valor de Kc:

[NH3]2 (0,329)2

Kc 5 ————— 5 —————— 5 0,0626 (mol/dm3)22

[N2] [H2]3 (1) (1,20)3

Per calcular les pressions parcials de cada gas en l’equilibri, necessitem conèixer la pressió total:

ntotal 5 1,20 1 1 1 0,329 5 2,529 mol

Apliquem l’equació d’estat dels gasos ideals:

ptotal V 5 ntotal R T

ntotal R T 2,529 mol ? 0,082 atm?L/(K?mol) ? 750 Kptotal 5 ———— 5 —————————————————— V 1 L

ptotal 5 155,53 atm


1p (N2) 5 x (N2) ? ptotal 5 ——— ? 155,53 atm 5 61,5 atm

2,529

1,20p (H2) 5 x (H2) ? ptotal 5 ——— ? 155,53 atm 5 73,8 atm

2,529

0,329p (NH3) 5 x (NH3) ? ptotal 5 ——— ? 155,53 atm 5 20,23 atm 2,529

b) Si la variació d’entalpia corresponent al procés és 292,4 kJ, indica en quin sentit es desplaça l’equi libri si la temperatura augmenta �ns a 1 373 K.

N2(g) 1 3 H2(g) � 2 NH3(g) DH 5 292,4 kJ

Si la temperatura augmenta, l’equilibri es desplaça en el sentit endotèrmic, és a dir, cap a la formació de reactius.

Finalment, substituïm valors en l’expressió de Kc:

[SO3]2 (0,0106)2

Kc 5 —————— 5 ———————————— [SO2]2 [O2] (3,2 ? 1023)2 (1,6 ? 1023)

Kc 5 6 858 (mol/dm3)21

Per acabar calculem el valor de Kp:

Kp 5 Kc (R T)Dn

Kp 5 6 858 L/mol ? (0,082 atm?L/(K?mol) ? 873 K)21

Kp 5 95,8 atm21

13. Troba el valor de Kp per a les reaccions següents:

a) COCl2(g) � CO(g) 1 Cl2(g)

Kc 5 2,8 ? 1023 mol/L (27 °C)

Kp 5 Kc (R T)Dn

Kp 5 2,8 ? 1023 mol/L ? (0,082 atm?L/(K?mol) ? 300 K)1

Kp 5 0,069 atm

b) 4 HCl(g) 1 O2(g) � 2 Cl2(g) 1 2 H2O(g)

Kc 5 4,38 ? 104 (mol/L)21 (340 °C)

Kp 5 Kc (R T)Dn

Kp 5 4,38 ? 104 L/mol ? (0,082 atm?L/(K?mol) ? 613 K)21

Kp 5 871,4 atm21

14. El monòxid de nitrogen gasós es descompon en nitrogen i oxigen en un procés exotèrmic. Explica raona dament:

a) Si una disminució de la temperatura afavoreix la des-composició del NO.


2 NO(g) � N2(g) 1 O2(g) DH , 0

Una disminució de la temperatura afavoreix la descomposi-ció del NO, ja que l’equilibri es desplaça en el sentit exotèr-mic i, per tant, cap a la formació de productes.

b) La in�uència de la disminució de volum sobre aquest equilibri.

Una disminució del volum implica un augment de la pressió, però en aquesta reacció no hi ha variació en el nombre de mols gasosos; per tant, l’equilibri no es veu afectat per la variació de la pressió.

15. En un recipient a volum constant té lloc l’equilibri següent:

1 SO2(g) 1 — O2(g) � SO3(g) DH 5 2981,3 kJ 2

Explica raonadament quatre maneres diferents d’incremen-tar la quantitat de SO3.

Es pot aconseguir desplaçar l’equilibri cap a la formació de pro-ductes de les maneres següents:

a) Disminuint la temperatura, ja que l’equilibri es desplaça en el sentit exotèrmic.



PCl5(g) � PCl3(g) 1 Cl2(g)

[PCl3] [Cl2]Kc 5 ——————

[PCl5]


PCl5 � PCl3 1 Cl2C inicial c — —C que reacciona c a c a c aC equilibri c (1 2 a) c a c a

Substituïm els valors en l’expressió de Kc:

[PCl3] [Cl2] c2 a2 c a2

Kc 5 —————— 5 ————— 5 ———— [PCl5] c (1 2 a) (1 2 a)

0,015 ? 0,52

Kc 5 —————— 5 7,5 ? 1023 mol?dm23

1 2 0,5

20. L’alcohol etílic reacciona amb l’àcid acètic i es forma acetat d’etil i aigua, en una reacció anomenada d’esteri�cació.

Si tenim unes dissolucions inicials d’alcohol i àcid 1 M i sabem que Kc a 25 °C és 9, calcula’n el grau de dissociació.


CH3CH2OH 1 CH3COOH � CH3COOCH2CH3 1 H2O

[CH3COOCH2CH3] [H2O]Kc 5 ———————————— 5 9

[CH3CH2OH] [CH3COOH]


CH3CH2OH 1 CH3COOH � CH3COOCH2CH3 1 H2OC inicial 1 1 — —C reacciona a a a a

C equilibri 1 2 a 1 2 a a a

Substituïm els valors en l’expressió de Kc:

a2

Kc 5 ————— 5 9 (1 2 a)2

I obtenim que a 5 0,75.

21. A 400 °C, el clorur d’hidrogen reacciona en fase gasosa amb l’oxigen, i s’obté clor i vapor d’aigua. La reacció assoleix l’estat d’equilibri. Justi�ca en quin sentit es desplaça l’equi-libri quan:

a) Se’n disminueix la pressió total.


4 HCl(g) 1 O2(g) � 2 Cl2(g) 1 2 H2O(g)

Si disminuïm la pressió, l’equilibri es desplaça en el sentit de formació de més mols gasosos, és a dir, cap a la forma-ció de reactius.

b) S’hi afegeix argó mantenint el volum constant.

L’argó no intervé en l’equilibri, però augmenta la pressió del sistema; per tant, l’equilibri es desplaça en el sentit de

17. Què és el grau de dissociació? Quins valors numèrics pot tenir?

El grau de dissociació és el tant per 1 que reacciona (que es dis-socia). Els valors que pot tenir estan compresos entre 0 , a , 1.

18. El N2O4 es dissocia segons l’equilibri:

N2O4 � 2 NO2

Si inicialment tenim 42 g de N2O4 i en l’equilibri tenim 18,35 L a 50 °C i a una pressió de 710 mmHg, calcula:

a) El grau de dissociació del N2O4.

Calculem els mols de N2O4 a l’inici de la reacció:

42 gn (N2O4) 5 ————— 5 0,46 mol

92 g/mol

Calculem els mols totals (N2O4 1 NO2) que tenim en l’equi-libri aplicant l’equació d’estat dels gasos ideals:

ptotal V 5 ntotal R T

710 ——— atm ? 18,35 L ptotal V 760

ntotal 5 ———— 5 —————————————— R T 0,082 atm?L/(K?mol) ? 323 K

ntotal 5 0,647 mol

Escrivim l’equació d’equilibri:

N2O4(g) � 2 NO2(g)

n inicial n —n que reacciona n a 2 n an equilibri n (1 2 a) 2 n a

Per tant:ntotal 5 n (1 2 a) 1 2 n a 5 n (1 1 a)

0,647 5 0,46 (1 1 a)

a 5 0,4

b) La constant d’equilibri Kp.

Escrivim l’expressió de Kp i l’expressem en funció del grau de dissociació: 2 n a 3—————4

2

? ptotal p2 (NO2) x2 (NO2) ? p2total n (1 1 a)

Kp 5 ———— 5 ——————— 5 —————————— p (N2O4) x (N2O4) ? ptotal n (1 2 a) ————— n (1 1 a) 4 a2

———— ? ptotal (1 1 a)2 4 a2 ? ptotal 4 a2

Kp 5 ———————— 5 ———————— 5 ———— ? ptotal (1 2 a) (1 1 a) (1 2 a) 1 2 a2

———— (1 1 a)

4 (0,4)2 710Kp 5 ————— ? ——— 5 0,712 atm

1 2 0,42 760

19. El grau de dissociació de la reacció de descomposició del pentaclorur de fòsfor en triclorur de fòsfor i clor és 0,5 a 473 K. Quina és la constant d’equilibri si la concentració inicial de PCl5 és 0,015 mol?L21?

47QUÍMICA 2 04

Escrivim l’equació d’equilibri i l’expressió de Kp:

N2O4(g) � 2 NO2(g)

p2 (NO2)Kp 5 ————— p (N2O4)


N2O4(g) � 2 NO2(g)

n inicial 1 —n que reacciona 0,4 2 ? 0,4n equilibri 0,6 0,8

El nombre de mols totals és d’1,4 mol i la pressió total és apro-ximadament d’1 atm. Desenvolupem l’expressió de Kp en funció de les fraccions molars:

p2 (NO2) x2 (NO2) ? p2total x2 (NO2)

Kp 5 ————— 5 ———————— 5 ———— ? ptotal p (N2O4) x (N2O4) ? ptotal x (N2O4)

Hi substituïm els valors i obtenim Kp:

0,8 1——2

2

x2 (NO2) 1,4Kp 5 ————— ? ptotal 5 ————— ? 1 atm 5 0,76 atm

x (N2O4) 0,6 1——2 1,4

Sabem que l’entalpia és positiva; per tant, signi�ca que la reac-ció és endotèrmica.

Si augmenta la temperatura, l’equilibri es desplaça cap al sentit endotèrmic, és a dir, cap a la formació de productes, i augmen-ta el rendiment de la reacció.

Si augmenta la pressió total, l’equilibri es desplaça en el sentit de formació de menys mols gasosos, és a dir, cap a la forma- ció de reactius, i disminueix el rendiment de la reacció.

24. Com es pot millorar el rendiment de la reacció següent?

A(g) 1 2 B(g) � 4 C(g)

DH , 0

Podem millorar el rendiment de la reacció:

a) Disminuint la temperatura del sistema, ja que l’equilibri es desplaçarà en el sentit exotèrmic.

b) Disminuint la pressió, ja que l’equilibri es desplaçarà en el sentit de formació de més mols gasosos, és a dir, cap a la formació de productes.

c) Augmentant la concentració d’algun dels reactius.

d) Disminuint la concentració del producte.

25. A 600 K l’equilibri de dissociació següent:

CH3CHOHCH3(g) � CH3COCH3(g) 1 H2(g)

és exotèrmic. Indica raonadament si la dissociació augmen-ta, disminueix o no varia:

formació de menys mols de gasos, és a dir, cap a la formació de productes.

c) S’hi afegeix clor mantenint el volum constant.

Si augmentem la concentració de clor, l’equilibri es desplaça cap a la formació de reactius.

22. A 2 000 °C i 1 atm de pressió total, el diòxid de carboni es descompon en un 60 % segons l’equació següent:

2 CO2(g) � 2 CO(g) 1 O2(g) DH . 0

a) Calcula la constant d’equilibri Kp a 2 273 K.

Escrivim la reacció d’equilibri i l’expressió de Kp:

2 CO2(g) � 2 CO(g) 1 O2(g)

p2 (CO) ? p (O2)Kp 5 ——————— p2 (CO2)


2 CO2(g) � 2 CO(g) 1 O2(g)

n inicial 1 — —

n que reacciona 2 c a 5 0,6 2 c a c a

n equilibri 0,4 0,6 0,3

Els mols totals en l’equilibri són 1,3 mol i la pressió total és d’1 atm.

Desenvolupem l’expressió de Kp en funció de les fraccions molars:

x2 (CO) ? p2total ? x (O2) ? ptotal x2 (CO) ? x (O2)

Kp 5 ————————————— 5 ——————— ? ptotal x2 (CO2) ? p2total x2 (CO2)

Hi substituïm els valors i obtenim el valor de Kp:

0,6 0,3 1——2

2

? 1——2 x2 (CO) ? x (O2) 1,3 1,3Kp 5 ———————— ? ptotal 5 ————————— ? 1 atm x2 (CO2) 0,4 1——2

2

1,3

Kp 5 0,519 atm

b) Explica quin efecte tindria sobre l’equilibri un augment de temperatura.

Si la temperatura augmenta, l’equilibri es desplaçarà en el sentit endotèrmic, és a dir, cap a la formació de productes.

c) Quin seria l’efecte d’una disminució de pressió?

Si disminuïm la pressió, l’equilibri es desplaça en el sentit de formació de més mols gasosos, és a dir, cap a la forma-ció de productes.

23. A 323 K i una pressió de 105 Pa, el tetraòxid de dinitrogen està dissociat en un 40 % en diòxid de nitrogen. Calcula Kp de l’equilibri de dissociació. Si la variació d’entalpia és po-sitiva, discuteix l’efecte sobre la constant d’equilibri i so-bre el rendiment de la reacció en augmentar la temperatura i la pressió total.


Obtenim que x 5 4,8 ? 1025 i la concentració de NO en l’equili-bri és:

[NO] 5 2 x 5 9,6 ? 1025 mol/L

La resposta correcta és la e).

28. A 800 °C la constant d’equilibri, Kp, per a la descomposició del carbonat de calci en òxid de calci i diòxid de carboni és 1,16.

a) Indica la massa de carbonat de calci que reaccionarà si s’introdueixen 20 g d’aquest compost en un recipient de 10 L i s’escalfa el recipient �ns a 800 °C.

Calculem el nombre de mols de CaCO3 inicials:

20 gn (CaCO3) 5 ————— 5 0,20 mol

100 g/mol

Escrivim la situació que ens descriu el problema:


n inicial 0,2 — —n que reacciona x x xn equilibri 0,2 2 x x x

Com que estem treballant amb concentracions, hem d’esbri-nar el valor de Kc.

Kp 5 Kc (R T)Dn

Kp 1,16Kc 5 ———— 5 ———————— 5 0,013 mol/L

(R T)Dn (0,082 ? 1 073)1

Escrivim l’expressió de Kc:

x 1—2

2

[CaO] [CO2] VKc 5 —————— 5 —————— 5 0,013 mol/L

[CaCO3] 0,2 2 x ———— V x2

—————— 5 0,013 mol/L (0,2 2 x) V

Obtenim que x 5 0,109 i, per tant, la massa de carbonat de calci que reacciona és:

100 g CaCO30,109 mol CaCO3 ? ——————— 5 10,9 g CaCO3 1 mol CaCO3

Han reaccionat 10,9 g de CaCO3.

b) Justi�ca el desplaçament de l’equilibri:

— En afegir un gas inert al recipient.

En afegir un gas inert, la pressió augmenta i l’equilibri es desplaça en el sentit de formació de menys nombre de mols gasosos, és a dir, cap a la formació de reactius.

— En augmentar el volum del recipient.

Si augmentem el volum, la pressió disminueix; per tant, l’equilibri es desplaça cap a la formació de productes.

a) En augmentar la pressió.

En augmentar la pressió, la dissociació disminueix, ja que l’equilibri es desplaça cap a la formació de reactius, sentit en el qual hi ha menys mols gasosos.

b) En disminuir la temperatura.

En disminuir la temperatura, augmenta la dissociació, ja que l’equilibri es desplaça en el sentit exotèrmic.

c) En afegir-hi un catalitzador.

En afegir-hi un catalitzador, l’equilibri no varia.

26. Interpreta els valors de l’energia lliure de Gibbs per a dife-rents valors de la constant d’equilibri:

DG° 5 2R T ln K

Un procés és espontani quan DG° , 0 i K . 1.

Un procés és no espontani quan DG° . 0 i K , 1.

27. En un matràs d’un litre de capacitat s’introdueix un mol de NO2 i la temperatura es manté a 25 °C.

L’equilibri de la reacció que s’estableix és:

2 NO(g) 1 O2(g) � 2 NO2(g)

Quina serà la concentració de NO un cop establert l’equi-libri?

Dades: DG°f (NO a 25 °C) 5 86,55 kJ/mol

DG°f (NO2 a 25 °C) 5 51,30 kJ/mol

a) 7,6 ? 1025 mol/L b) 1,5 ? 1024 mol/L

c) 0,012 mol/L d) 2,3 ? 10212 mol/L

e) 9,6 ? 1025 mol/L f ) 7,9 ? 1023 mol/L

Calculem l’increment d’entalpia lliure de Gibbs de la reacció:

DG°r 5 2 DG°f (NO2) 2 2 DG°

f (NO)

DG°r 5 2 ? 51,30 2 2 ? 86,55 5 270,5 kJ

A partir de l’expressió DG° 5 2R T ln K, calculem el valor de la constant d’equilibri:

DG° 5 2R T ln K

270 500 5 28,314 ? 298 ? ln K

K 5 2,28 ? 1012 (mol/L)21

Tot seguit, escrivim la situació que ens descriu el problema:

2 NO(g) 1 O2(g) � 2 NO2(g)

n inicial — — 1n reacciona 2 x x 2 xn equilibri 2 x x 1 2 2 x

Escrivim l’expressió de la constant de concentracions de l’equi-libri: [NO2]2 (1 2 2 x)2

Kc 5 ————— 5 ————— 5 2,28 ? 1012 (mol/L3)21

[NO]2 [O2] x (2 x)2

49QUÍMICA 2 04

Constant d’equilibri de concentracions:

[NO2]2

Kc 5 ———— N2O4

Calculem les masses moleculars:

Massa molecular del N2O4 5 92 g/mol

Massa molecular del NO2 5 46 g/mol

Mols inicials de reactiu 5

1 mol N2O45 184 g N2O4 ? ————— 5 2,0 mols de N2O4 92 g N2O4

Mols �nals de producte 5

1 mol NO25 36,8 g NO2 ? ————— 5 0,80 mols de NO2 46 g NO2

Plantejament de l’equilibri:N2O4(g) � 2 NO2(g)

mols inicials 2,0 0

mols en equilibri 2,0 2 x 2 x

mols de NO2 en equilibri 5 0,80 5 2 x � 0,80� x 5 ——— 5 0,40 mols 2

Calculem les concentracions en equilibri sabent que:

V 5 4,00 litres

2,0 2 x 2,0 2 0,40[N2O4] 5 ———— 5 ————— 5 0,40 M 4,00 4,00

2 x 0,80[NO2] 5 ——— 5 ——— 5 0,20 M 4,00 4,00

Càlcul de la constant d’equilibri:

[NO2]2 (0,20)2

Kc 5 ———— � Kc 5 ———— N2O4 0,40

Kc 5 0,10

b) Si l’aire de les grans ciutats a l’estiu, i en dies sense vent, és més marró que a l’hivern, justi�queu si la reac-ció de dissociació del N2O4(g) és endotèrmica o exotèr-mica.

Dades: Masses atòmiques relatives: N 5 14,0; O 5 16,0.

Reacció:N2O4(g) � 2 NO2(g)

incolor marró

Si a l’estiu l’aire és més marró que a l’hivern vol dir que hi ha més proporció de NO2 a l’estiu que a l’hivern.

Per tant, la reacció de dissociació del N2O4 està més despla-çada cap a la dreta a l’estiu, quan la temperatura és més alta, a causa del fet que el N2O4 absorbeix la calor.

Si absorbeix calor, la reacció de dissociació del N2O4 és endotèrmica.

29. Podem obtenir clor a partir de l’oxidació del clorur d’hidro-gen gasós segons l’equació següent:

4 HCl(g) 1 O2(g) � 2 H2O(g) 1 2 Cl2(g)

a) Calcula la constant d’equilibri, Kp, a 390 °C si en mes-clar 0,080 mol de clorur d’hidrogen i 0,100 mol d’oxigen a aquesta temperatura obtenim 0,0332 mol de clor a la pressió total d’1 atm.

Escrivim la situació que ens descriu el problema:

4 HCl(g) 1 O2(g) � 2 Cl2(g) 1 2 H2O(g)

n inicial 0,080 0,100 — —

n reacciona 4 x x 5 0,0166 2 x 2 x

n equilibri 0,0136 0,0834 0,0332 0,0332

Els mols totals en l’equilibri són 0,1634 mol i la pressió to-tal és d’1 atm.

Escrivim l’expressió de Kp i l’expressem en funció de les fraccions molars:

p2 (Cl2) ? p2 (H2O) x2 (Cl2) ? p2total ? x

2 (H2O) ? p2total

Kp 5 ————————— 5 ——————————————— p4 (HCl) ? p (O2) x4 (HCl) ? p4

total ? x (O2) ? ptotal

x2 (Cl2) ? x2 (H2O)Kp 5 ———————————

x4 (HCl) ? x (O2) ? ptotal

0,0332 0,0332 1————2

2

? 1————22

0,1634 0,1634Kp 5 ————————————— 5 69,6 atm21

0,0136 0,0834 1————2

4

? 1————2 0,1634 0,1634

b) Indica quin desplaçament de l’equilibri es produirà si el volum es redueix a la meitat. Justi�ca la resposta.

Si disminueix el volum, la pressió augmenta i l’equilibri es desplaça en el sentit de formació de menys mols gasosos, és a dir, cap a la formació de productes.


1. [Curs 10-11] Els òxids de nitrogen formen part de la pol-lució de les grans ciutats a causa de la combustió en els motors d’explosió. El N2O4(g) és incolor i el NO2(g) és marró i més tòxic. En una experiència de laboratori s’introdueixen 184,0 g de N2O4(g) en un recipient de 4,00 L, i s’es-calfen fins a 300 K per provocar la dissociació del N2O4(g) en NO2(g). Passat un cert temps, quan la mescla ha assolit l’equilibri, s’analitza el contingut del recipient i es troba que la quantitat de NO2(g) és 36,8 g.

a) Determineu la constant d’equilibri en concentracions (Kc) de la reacció de dissociació del N2O4(g) a 300 K.

Reacció de dissociació del N2O4(g):

N2O4(g) � 2 NO2(g)


b) Si en un recipient tancat d’1,0 L de volum que està a una temperatura de 1 100 K introduïm 1,0 mol de nitro-gen i 1,0 mol d’oxigen, quants mols de monòxid de ni-trogen hi haurà en el recipient quan la reacció assoleixi l’equilibri?

Plantegem les condicions inicials i d’equilibri de la reacció:

N2(g) 1 O2(g) � 2 NO(g) Kc (1 100 K)

Inicial 1 1 —

Equilibri 1 2 x 1 2 x 2 x

[NO]2

Kc 5 1028 5 ————— [N2] [O2]

(2 x/1)2

Kc 5 ——————————— (1 2 x/1) ? (1 2 x/1)

(2 x)2

Kc 5 1025 5 ————— (1 2 x)2

Fent l’arrel quadrada a cada costat de l’equació:

2 x1022,5 5 ———— 1 2 x

x 5 1,58 ? 1023 mols

Mols de NO a l’equilibri 5 2 x

Mols de NO a l’equilibri 5 3,2 ? 1023

Si suposem que x és petita, arribem a la mateixa solució.

4. [Curs 09-10] La formació de iodur d’hidrogen gasós es pro-dueix a 448 °C segons la reacció:

I2(g) 1 H2(g) � 2 HI(g) Kc 5 50

Un recipient tancat d’un litre conté inicialment una barreja amb 0,50 mols de iode, 0,50 mols d’hidrogen i 1,00 mol de iodur d’hidrogen, a la temperatura de 448 °C.

a) Justifiqueu, fent els càlculs necessaris, que la reacció no està en equilibri i indiqueu en quin sentit es despla-çarà la reacció.

Calculem les concentracions molars:

[I2] 5 0,5 M [H2] 5 0,5 M [HI] 5 1 M

El quocient de reacció és:

[HI]2 1Qc 5 ———— 5 ————— 5 4 [I2] [H2] (0,5) (0,5)

Kc 5 50 i Qc 5 4. Qc és més petit que Kc. Per tant, la con-centració de productes està per sota de la que tindria en l’equi libri; així doncs, la reacció es desplaçarà cap a la for-mació de més productes, és a dir, cap a la dreta.

b) Calculeu el nombre de mols de iode, hidrogen i iodur d’hidrogen que hi haurà en el recipient quan s’arribi a l’equilibri.

[HI]2

Kc 5 ———— [I2] [H2]

2. [Curs 10-11] L’àcid sulfúric és un dels compostos més fa-bricats del món. Actualment, la major part de la producció es fa servir per elaborar fertilitzants, tot i que també s’uti-litza en diversos processos metal·lúrgics o en les bateries dels automòbils. Una de les etapes en el procés d’obten- ció de l’àcid sulfúric és la reacció d’oxidació del diòxid de sofre a triòxid de sofre. A partir de les dades de la taula següent, responeu a les qüestions i justifiqueu les res-postes.

Variació de la constant d’equilibri amb la temperatura

Reacció 2 SO2(g) 1 O2(g) � 2 SO3(g)

Temperatura (K) 500 700 1 100

Constant d’equilibri en pressions (Kp)

2,5 ? 1010 3,0 ? 104 1,3 ? 1021

Taula 4.2

a) Per aconseguir que la reacció tingui un rendiment alt, convé treballar a temperatures altes o baixes?

Per aconseguir un rendiment alt de la reacció, ha d’anar al màxim cap a la formació de productes (SO3).

Això passa si la constant d’equilibri és alta.

De la taula podem deduir que a temperatures baixes (500 K) tenim un rendiment més alt.

b) En quines condicions de pressió podem millorar el ren-diment de la reacció?

Per aconseguir un rendiment alt de la reacció, ha d’anar al màxim cap a la formació de productes (SO3). La pressió no modifica la constant d’equilibri, però pot desplaçar la reacció cap a productes o reactius.

Aplicant el principi de Le Châtelier, si la pressió augmenta, l’equilibri de la reacció es desplaça cap a on hi ha menys mols de gasos.

En la reacció igualada, tenim 3 mols de gasos en reactius i 2 mols de gasos en productes. Per tant, un augment de pressió desplaçarà la reacció cap a la formació de productes i n’augmentarà el rendiment.

3. [Curs 09-10] Als motors dels automòbils es produeix la reac ció següent, que provoca contaminació atmosfèrica per òxids de nitrogen:

N2(g) 1 O2(g) � 2 NO(g)

La constant d’equilibri de concentracions d’aquesta reacció és 1,0 ? 10230 a 298 K, però a una temperatura de 1 100 K és 1,0 ? 1025.

a) Raoneu si la reacció és endotèrmica o exotèrmica.

Quan augmentem la temperatura de 298 K a 1 100 K, la constant d’equilibri augmenta, és a dir, la reacció va més cap a la dreta.

Això ens indica que quan hi afegim calor, la reacció l’absor-beix i evoluciona cap a la formació de productes.

La reacció és endotèrmica (DH . O).

51QUÍMICA 2 04

Quimitest

1. El monòxid de carboni, un dels components del fum del ta-bac, redueix dràsticament la quantitat d’oxigen transporta-da per l’hemoglobina. Quina és la reacció d’equilibri corres-ponent?

a) CO(g) 1 Hb-O2(aq) � Hb-CO(aq) 1 O2(g)

b) CO2(g) 1 Hb-O2(aq) � Hb-CO2(aq) 1 O2(g)

c) O2(g) 1 Hb-CO(aq) � Hb-O2(aq) 1 CO(g)

d) CO(g) 1 Hb 1 O2(aq) � Hb-CO(aq)


2. A una temperatura determinada el grau de dissociació d’una dissolució 0,15 M d’àcid iodhídric és 0,2. Quina és la cons-tant d’equilibri de concentracions?

a) 0,15

b) 0,2

c) 0,0075

d) 0,012


3. El N2O4 es dissocia segons l’equilibri: N2O4 � 2 NO2. La Kp a 323 K és 0,79. Quina és la Kc de la reacció inversa?

a) 0,79

b) 33,52

c) 0,0298

d) 0,21


4. En la reacció de conversió de monòxid de carboni a diòxid de carboni a 1 273 K segons la reacció:

CO(g) 1 H2O(g) � CO2(g) 1 H2(g)

Kc val 0,62. Quant val Kp?

a) 1,24

b) 64,72

c) 0,62

d) 6 755,79


5. El sulfat d’alumini es dissocia segons la reacció:

Al2(SO4)3 � 2 Al31 1 3 SO422

Quina és la Kc si el grau de dissociació d’aquesta substància en una dissolució 1 M de sulfat d'alumini és 0,22?

a) 0,78

b) 0,078

[HI]2 (1 1 x)2

50 5 ———— 5 —————————— [I2] [H2] (0,5 2 x) (0,5 2 x)

x 5 0,314 M

[HI] 5 1,314 M [I2] 5 0,186 M [H2] 5 0,186 M

5. [Curs 09-10] L’amoníac és un dels compostos de producció industrial més elevada. Es pot obtenir a partir de la reacció del nitrogen amb l’hidrogen segons la següent equació:

N2(g) 1 3 H2(g) � 2 NH3(g)

Amb l’ajut de la figura, contesteu les qüestions.

temperatura / °C

rendiment%

pressió/atm

80

60

40

20

200300

400500

400

450

500

60060,6

54,947,8

38,7

27,4 35,9 42,9 48,8

37,8

32,226,0

18,9

8,8 12,9 16,9 20,8

Figura 4.9. Rendiment de la reacció de formació de l’amoníac en funció de la pressió i la temperatura.

a) Deduïu, i raoneu, si la reacció serà exotèrmica o endo-tèrmica.

Aplicant la fòrmula DG°r 5 DH°r 2 T DS°r

DS°r és negativa. El procés és entròpicament desfavorable, passa de 4 molècules de gas a dues molècules de gas i, per tant, és un procés clarament d’ordenació.

Si la reacció es produeix en determinades circumstàncies, DH°r ha de ser negatiu i, per tant, la reacció és exotèrmica.

Si no ho fos, el procés no es produiria mai, DG°r sempre seria positiu.

b) En quines condicions de pressió es pot obtenir un rendi-ment més alt de la reacció? Expliqueu els fonaments teòrics que justifiquen la vostra resposta.

Si s’observa la �gura, el màxim rendiment s’obté a tempe-ratures (relativament baixes). A temperatures més baixes hi ha problemes de velocitat de reacció i a pressions altes:

Temperatures baixes: Com que la reacció és exotèrmica, si es disminueix la temperatura s’afavoreix el sentit exotèrmic i, per tant, augmenta el rendiment.

Pressions altes: Si s’augmenta la pressió, l’equilibri tendeix a desplaçar-se cap a produir menys pressió, és a dir, cap a menys mols, que és cap a la producció de productes. Aug-menta el rendiment.


La reacció és exotèrmica. Si es vol afavorir la formació de NO2 cal:

a) Disminuir la temperatura.

b) Augmentar la temperatura.

c) Disminuir la pressió.

d) Afegir un catalitzador.


8. L’etilè és un dels productes derivats del craqueig del petroli més utilitzats per a la síntesi de productes orgànics. Fins i tot se’n pot obtenir alcohol etílic segons la reacció:

CH25CH2(g) 1 H2O(g) � CH3CH2OH(g)

Es podria augmentar el rendiment d’aquesta reacció:

a) Amb platí com a catalitzador.

b) Afegint alcohol.

c) Augmentant la pressió.

d) Disminuint la pressió.


c) 0,71

d) 0,071


6. En les estructures de bronze es produeix la formació de car-bonat de coure, que dóna una coloració verdosa a les �gu-res. La reacció és la següent:

CuO(s) 1 CO2(g) � CuCO3(s)

Si es vol limitar la formació de carbonat de coure cal:

a) Afegir diòxid de carboni.

b) Evitar la presència de CFC.

c) Limitar la contaminació de diòxid de carboni.

d) Evitar la presència de pluja àcida.


7. Entre les reaccions amb els òxids de nitrogen que es pro-dueixen en processos de combustió tenim la següent:

2 NO(g) 1 O2(g) � 2 NO2(g)

53QUÍMICA 2 05

j Unitat 5. Reaccions de transferència de protons

Activitats

1. Fes una taula comparativa de les propietats dels àcids i de les bases segons la teoria d’Arrhenius i posa’n exemples.

Àcid Base

En dissolució aquosa, es disso-cia en ions hidrogen H1 i en l’anió respectiu.

En dissolució aquosa, es dissocia en ions hidròxid OH2 i en el catió respectiu.

Es representa per mitjà de HA. Es representa per mitjà de BOH.

Té gust agre. Té gust amarg.

Té poder dissolvent. Té poder desgreixador.

2. Com podem formular l’amoníac de manera que sigui justi-�cable classi�car-lo com a base segons Arrhenius?

Antigament es formulava de la manera següent:

NH4OH � NH41 1 OH2

Fins i tot es comercialitzava amb aquest nom.

3. Per què perden la corrosivitat els àcids en posar-se en con-tacte amb els àlcalis?

Perquè es produeix una reacció de neutralització.

4. Indica quines de les espècies químiques següents poden actuar típicament com a àcid o base de Brönsted i Lowry. Indica quins són els seus àcids o bases conjugats respectius.

a) HClO4

Àcid. Base conjugada: ClO42.

b) CH3NH2

Base. Àcid conjugat: CH3NH31.

c) Br2

Base. Àcid conjugat: HBr.

d) PO432

Base. Àcid conjugat: HPO422.

e) CH3CH3COOH

Àcid. Base conjugada: CH3CH3COO2.

f) HNO3

Àcid. Base conjugada: NO32.

5. Indica els parells àcid-base conjugats de la reacció que es produeix entre l’àcid acètic i l’hidròxid de sodi:

CH3COOH(aq) 1 NaOH(aq) � CH3COONa(aq) 1 H2O(l)

L’ió acetat, CH3COO2, és la base conjugada de l’àcid acètic. L’ió sodi, Na1, és l’àcid conjugat de l’hidròxid de sodi.

6. Què vol dir que el concepte d’àcid o base és relatiu?

Un àcid és tota substància que té tendència a cedir un protó, però segons la teoria de Brönsted i Lowry també dependrà de la tendència a acceptar el protó de la substància amb la qual reaccioni com a base. Per tant, una substància pot tenir ca-ràcter molt àcid davant d’una substància i davant d’una altra substància pot modi�car el seu caràcter.

7. Justi�ca si tota base de Brönsted i Lowry és també base d’Arrhenius. I a l’inrevés?

El concepte de base de Brönsted i Lowry és més ampli que el d’Arrhenius, i l’inclou. Qualsevol base d’Arrhenius és base de Brönsted i Lowry, perquè els ions OH2 que cedeix la base són els que accepten protons. No totes les bases de Brönsted i Lowry són bases d’Arrhenius.

8. Si l’àcid sulfúric fos un àcid fort en les dues dissocia cions, troba la concentració d’ions hidrogen que tindria una disso-lució 0,3 mol?dm23 d’aquest àcid.

H2SO4 1 2 H2O � SO422 1 2 H3O1

CI 0,3 M — —

CR 0,3 M 0,3 M 2 ? 0,3 M

CF — 0,3 M 0,6 M

La concentració d’ions hidrogen seria 0,6 mol?dm23.

9. L’àcid 2-[4-(2-metilpropil)fenil]propanoic es coneix amb el nom d’ibuprofèn. Aquest compost té carac terístiques anti-in�amatòries i s’utilitza per combatre el dolor i els estats febrils. És un àcid feble amb una constant d’acidesa de 6,3 ? 1026.

Troba la concentració d’ions hidrogen d’una dissolució 0,2 mol?dm23 d’aquest àcid.

C13H18O2 1 H2O � C13H17O22 1 H3O1

CI 0,2 M — —

CR x x x

CF 0,2 2 x x x

Escrivim l’expressió de la constant d’acidesa:

[C13H17O22] [H3O1] x2 x2

Ka 5 ————————— 5 ———— . —— 5 6,3 ? 1026

[C13H18O2] 0,2 2 x 0,2

Com que el valor de la constant d’equilibri és molt baix, vol dir que l’equilibri està molt desplaçat cap als reactius; per tant, el valor de x ,, 0,2 i podem aproximar:

x2 5 0,2 ? 6,3 ? 1026 5 1,26 ? 1026

x 5 1,12 ? 1023


Per tant, la concentració d’ions hidroni és:

[H3O1] 5 1,12 ? 1023 M

10. L’hidròxid de magnesi és una base. A causa de les seves pro-pietats laxants és utilitzat com a fàrmac.

Determina la concentració d’ions hidròxid d’una dissolució 0,15 mol?dm23 d’aquest compost suposant que es dissocia totalment.

Mg(OH)2 � Mg21 1 2 OH2

CI 0,15 M — —

CR 0,15 M 0,15 M 2 ? 0,15 M

CF — 0,15 M 0,3 M

La concentració d’ions hidròxid és 0,3 M.

11. El 23 de maig del 2008 al port de Barcelona es va produir una fuita de dimetilamina, líquid in�amable i gas verinós emprat en la síntesi de productes químics agrícoles com a fungicida i per a l’elaboració de productes farmacèutics, detergents i sabons. La dimeti lamina té caràcter bàsic feble, amb una constant de basicitat Kb 5 5,4 ? 1024. Determina la concentració d’ions hidroni d’una dissolució 0,25 mol?dm23 d’aquesta substància.

(CH3)2NH 1 H2O � (CH3)2NH21 1 OH2

CI 0,25 M — —CR x x xCF 0,25 2 x x x

Escrivim l’expressió de la constant de basicitat:

[(CH3)2NH21] [OH2] x2

Kb 5 —————————— 5 ————— 5 5,4 ? 1024

[(CH3)2NH] 0,25 2 x

x2 1 5,4 ? 1024 x 2 1,35 ? 1024 5 0

x 5 0,0114

Els resultats de l’equació són x 5 0,0114 i x 5 20,0119. Com que el resultat negatiu químicament no té sentit, només consi-derem el positiu. Per tant:

[H3O1] [OH2] 5 10214

10214 10214

[H3O1] 5 ———— 5 ———— 5 8,77 ? 10213

[OH2] 0,0114

La concentració d’ions hidroni és 8,77 ? 10213 M.

12. Raona si és possible una dissolució d’una base amb una concentració d’ions hidroni nul.la.

No és possible, perquè sempre s’ha de complir:

[H3O1] [OH2] 5 10214

13. L’àcid bromhídric és una substància corrosiva que pot cau-sar irritacions greus en contacte amb la pell, les mucoses, els pulmons i els ulls. Com que és un àcid fort el trobem totalment dissociat. Determina la concentració d’ions H3O1 i OH2 si afegim 0,04 mol HBr a 500 mL d’aigua. Suposa que el volum no varia.

Calculem la concentració d’àcid bromhídric:

0,04 mol HBr[HBr] 5 ——————— 5 0,08 M

0,5 dm3

Com que l’àcid bromhídric és un àcid fort, es dissocia totalment:

HBr 1 H2O � Br2 1 H3O1

CI 0,08 — —CF — 0,08 0,08

Tenint en compte la dissociació de l’aigua:

H2O � OH2 1 H3O1

La presència d’ions hidroni H3O1, que provenen de la dissocia- ció de l’àcid, altera l’equilibri d’ionització de l’aigua desplaçant- lo cap als reactius. Així, les concentracions dels ions queden:

[H3O1] 5 x 1 0,08 M < 0,08 M

[OH2] 5 x M

Com que s’ha de complir:

[H3O1] [OH2] 5 10214

10214 10214

[OH2] 5 ———— 5 ———— 5 1,25 ? 10213 M [H3O1] 0,08

14. Les constants d’acidesa dels àcids clòric i benzoic són 0,011 i 6,6 ? 1025, respectivament. Escriu les reaccions de dissocia-ció dels àcids i les reaccions de les seves bases conjugades amb l’aigua i calcula la constant de basicitat corresponent.

La dissociació de l’àcid clòric és:

HClO3 1 H2O � ClO32 1 H3O1

La reacció de l’ió clorat (base conjugada) és:

ClO32 1 H2O � HClO3 1 OH2

La seva constant de basicitat és:

Ka ? Kb 5 10214

10214 10214

Kb 5 ———— 5 ———— 5 9,09 ? 10213

Ka 0,011

La dissociació de l’àcid benzoic és:

C6H5COOH 1 H2O � C6H5COO2 1 H3O1

L’ió benzoat (base conjugada) reacciona segons:

C6H5COO2 1 H2O � C6H5COOH 1 OH2

La seva constant de basicitat és:

Ka ? Kb 5 10214

10214 10214

Kb 5 ———— 5 ————— 5 1,52 ? 10210

Ka 6,6 ? 1025

15. El 1886 es creà la Coca-Cola, una de les begudes més consu-mides arreu del món. Es va dissenyar com a medicament, concretament com a digestiu, però després s’ha convertit en un refresc. Un dels ingredients d’aquesta beguda és l’àcid fosfòric. Si considerem aquest àcid com l’únic responsable de l’acidesa de la beguda (pH 5 2,5), determina la concen-tració d’àcid fosfòric si només considerem la primera disso-ciació.

Dades: Ka (H3PO4) 5 7,5 ? 1023

55QUÍMICA 2 05

Si el pH és 2,5, signi�ca que [H3O1] 5 3,16 ? 1023 M.

Escrivim l’equació de la primera dissociació de l’àcid fosfòric:

H3PO4 1 H2O � H2PO42 1 H3O1

CI c — —CR x x xCF c 2 x x x

Sabem que x 5 [H3O1] 5 3,16 ? 1023 M. Escrivim l’expressió de la constant d’acidesa:

[H2PO42] [H3O1] x2 (3,16 ? 1023)2

Ka 5 ———————— 5 ——— 5 ——————— 5 7,5 ? 1023

[H3PO4] c 2 x c 2 3,16 ? 1023

7,5 ? 1023 c 5 3,369 ? 1025

c 5 4,5 ? 1023 M

Cal preparar àcid fosfòric de concentració 4,5 ? 1023 M.

16. L’àcid sòrbic és el nom comú de l’àcid 2,4-hexadienoic, àcid orgànic de caràcter feble que és emprat en la indústria ali-mentària com a additiu, ja que és e�caç contra els fongs i llevats. S’empra com a additiu per exemple en iogurts, pas-tissos, pizzes, llimonades i altres. Determina el pH d’una dissolució d’1,12 g d’àcid dissolt en 250 mL d’aigua.

Dades: Ka (C6H8O2) 5 1,7 ? 1025

Calculem la concentració de l’àcid sòrbic:

1,12 g C6H8O2 1 mol C6H8O2[C6H8O2] 5 ——————— ? ——————— 5 0,04 M 0,25 dm3 112 g C6H8O2

La reacció de dissociació de l’àcid sòrbic és:

C6H8O2 1 H2O � C6H7O22 1 H3O1

CI 0,04 — —CR x x xCF 0,04 2 x x x


[C6H7O22] [H3O1] x2 x2

Ka 5 ———————— 5 ————— 5 ——— 5 1,7 ? 1025

[C6H8O2] 0,04 2 x 0,04

x2 5 6,8 ? 1027

x 5 8,25 ? 1024 M KaCom que —— , 1024 podem aproximar (0,04 2 x) < 0,04. c

Finalment:

pH 5 2log [H3O1] 5 2log 8,25 ? 1024 5 3,08

17. La piridina pura és una substància nociva per a la salut; en canvi, combinada, forma part dels compostos orgànics dels éssers vius com ara el NAD, de les bases pirimidíniques dels àcids nucleics com ara la timina, la citosina i l’uracil. La seva fórmula és C5H5N i presenta un caràcter bàsic feble (Kb (C5H5N) 5 1,7 ? 1029). Calcula el grau de dissociació d’una dissolució 0,17 mol ? dm23 de piridina i el seu pH.

La reacció de dissociació de la piridina és la següent:

C5H5N 1 H2O � C5H6N1 1 OH2

CI 0,17 — —CR c a c a c aCF c (1 2 a) c a c a

Escrivim l’expressió de la constant de basicitat de la piridina:

[C5H6N1] [OH2] c a2

Kb 5 ———————— 5 ———— . c a2 5 1,7 ? 1029

[C5H5N] 1 2 a

0,17 a2 5 1,7 ? 1029

a 5 1024

KbCom que —— , 1024 podem aproximar (1 2 a) < 1. cEl grau de dissociació de la piridina és del 0,01 %.

Calculem la concentració d’ions hidròxid:

[OH2] 5 c a 5 0,17 ? 1024 5 1,7 ? 1025 M

Finalment:

pOH 5 2log [OH2] 5 2log 1,7 ? 1025 5 4,77

pH 5 14 2 pOH 5 9,23

18. Un sabó de rentar mans té un pH 5 9. Calcula:

a) La concentració d’una dissolució de Ca(OH)2 necessària per acon seguir el mateix pH.

Calculem la concentració d’ions hidròxid que correspon a un pH 5 9: pOH 5 14 2 pH 5 5

[OH2] 5 1025 mol?dm23

L’hidròxid de calci és una base forta que es dissocia totalment:

Ca(OH)2 � Ca21 1 2 OH2

CI x — —CF — x 2 x 5 1025

Per tant, necessitem [Ca(OH)2] 5 5 ? 1026 M.

b) La concentració d’una dissolució d’amoníac necessària per aconseguir el mateix pH.

L’amoníac és una base feble que reacciona segons:

NH3 1 H2O � NH41 1 OH2

CI c — —CR x x xCF c 2 x x x

Sabem que [OH2] 5 1025 mol?dm23.


[NH41] [OH2] (1025)2

Kb 5 ——————— 5 ————— 5 1,8 ? 1025

[NH3] c 2 1025

1,8 ? 1025 c 2 2,8 ? 10210 5 0

c 5 1,56 ? 1025 M

Per tant, necessitem [NH3] 5 1,56 ? 1025 M.

Dades: Kb (NH3) 5 1,8 ? 1025


b) Quina concentració d’ions hidròxid tindrà la dis solució?

HClO4 1 H2O � ClO42 1 H3O1

CI 3 ? 1022 — —

CF — 3 ? 1022 3 ? 1022

[H3O1] 5 3 ? 1022

[OH2] 5 3,33 ? 10213

4. El pH d’un producte de neteja és d’11,5. Calcula la concen-tració d’una dissolució aquosa d’amoníac que tingui el ma-teix pH. Dades: Kb 5 1,8 ? 1025

11,5 1 pOH 5 14

pOH 5 2,5

[OH2] 5 3,16 ? 1023

NH3 1 H2O � NH41 1 OH2

CF c 2 x x x

[OH2] 5 3,16 ? 1023 5 x

x2 x2 (3,16 ? 1023)2

Kb 5 ——— 5 —— 5 ——————— 5 1,8 ? 1025

c 2 x c c

[NH3] 5 c 5 0,56 M

5. a) Ordena per valors creixents de pH les dissolucions següents, totes de concentració 0,1 mol ? dm23: NaCl, CH3COOH, HCl, NaOH

pH (HCl) 5 1 , pH (CH3COOH) 5 2,87 , pH (NaCl) 5

5 7 , pH (NaOH) 5 13

b) Quin pH té la solució de HCl? I la de NaOH?

HCl 1 H2O � H3O1 1 Cl2

concentració �nal — 0,1 0,1

pH 5 2log [H3O1]

pH 5 1

NaOH � Na1 1 OH2

concentració �nal — 0,1 0,1

pOH 5 log [OH2]

pOH 5 1

pH 1 pOH 5 14

pH 5 13

6. Dues dissolucions aquoses tenen el mateix pH. La primera s’ha obtingut dissolent 60 g d’àcid acètic �ns a obtenir 1 dm3 de dissolució, i la segona, dissolent 0,16 g d’àcid clorhídric �ns a obtenir el mateix volum que la primera dissolució. Calcula:

19. L’àcid salicílic, C6H4OHCOOH, és un àcid feble utilitzat per fabricar l’aspirina. Si una dissolució 0,3 M d’aquest àcid té un pH d’1,76, determina’n la constant d’acidesa.

Calculem la concentració d’ions hidroni que correspon a un pH 5 1,76:

[H3O1] 5 1,74 ? 1022 mol?dm23

C6H4OHCOOH 1 H2O � C6H4OHCOO2 1 H3O1

CI 4 — —

CR x x x

CF 4 2 x x x

Escrivim l’expressió de la constant d’acidesa de l’àcid salicílic:

[C6H4OHCOO2] [H3O1] x2 (1,74 ? 1022)2

Ka 5 ——————————— 5 ——— 5 ———————— 5 [C6H4OHCOOH] 4 2 x 4 2 1,74 ? 1022

5 7,6 ? 1023

20. Quin és el color que pren l’indicador universal en una disso-lució d’àcid clorhídric 0,1 mol?dm23?

Color vermell. De la barreja d’indicador, el tornassol és el que ens marca el color de la dissolució.

21. Quin color té l’aigua destil.lada si hi afegim fenolftaleïna?

És incolora. El pH de l’aigua destil.lada és 7 i �ns a 8 no es produeix el viratge cap a vermell (fúcsia).

Activitats finals

1. Indica quines de les espècies químiques següents poden actuar com a àcid o base de Brönsted i Lowry.

a) CO322 b) NH4

1 c) OH2 d) SO422

e) HPO422 f) F2 g) H2S

Àcids: NH41, HPO4

22 i H2S.

Bases: CO322, OH2, SO4

22, HPO422 i F2.

2. Aparella cada àcid amb la seva base conjugada i cada base amb el seu àcid conjugat:

SO422, CH3COOH, I2, H2SO4, NH4

1, H3O1, HI, H2O, CH3CH2NH2, HSO4

2, NH3, CH3CH2NH31, CH3COO2

Àcid/base conjugada: CH3COOH/CH3COO2, H2SO4/HSO42,

HI/I2, HSO42/SO4

22.

Base/àcid conjugat: H2O/H3O1, CH3CH2NH2/CH3CH2NH31,

NH3/NH41.

3. L’àcid perclòric és l’àcid més fort que es coneix. Tenim una dissolució d’aquest àcid de concentració 3 ? 1022 M.

a) Quina concentració d’ions hidrogen tindrà la dissolució?

57QUÍMICA 2 05

(0,13 a)2 0,13 a2

Ka 5 ——————— 5 ———— 5 1,7 ? 1022

0,13 (1 2 a) (1 2 a)

0,13 a2 1 1,7 ? 1022 a 2 1,7 ? 1022 5 0

a 5 0,30

a 5 30 %

b) El grau de dissociació que tindria l’àcid després d’afegir a la dissolució anterior 0,2 mol ? dm23 d’ions H3O1.

HA 1 H2O � A2 1 H3O1

CF 0,13 (1 2 a) 0,13 a 0,13 a 1 0,2

(0,13 a) (0,13 a 1 0,2) 0,13 a2 1 0,2 aKa 5 ———————————— 5 ———————— 5

0,13 (1 2 a) (1 2 a)

5 1,7 ? 1022

0,13 a2 1 0,217 a 2 1,7 ? 1022 5 0

a 5 0,075

a 5 7,5 %

9. L’àcid acètic és un àcid feble. A 25 °C li correspon un valor de Ka 5 1,8 ? 1025. Calcula el nombre de mo lècules d’aquest àcid sense ionitzar a 25 °C que hi ha en 1 cm3 d’una disso-lució 0,1 mol ? dm23.

CH3COOH 1 H2O � CH3COO2 1 H3O1

CF 0,1 2 x x x

x2 x2

Ka 5 ———— 5 —— 5 1,8 ? 1025

0,1 2 x 0,1

x 5 1,34 ? 1023 M

[CH3COOH] 5 0,1 2 1,34 ? 1023 5 0,099 M

0,099 mol 6,02 ? 1023 molècules—————— ? ——————————— ? 1023 dm3 5

1 dm3 1 mol

5 5,9 ? 1019 molècules

10. L’àcid fòrmic o metanoic és l’àcid present en les formigues. A 25 °C, una dissolució aquosa 1 M d’àcid fòrmic té disso-ciades un 1,3 % de les seves molècules. Calcula la Ka de l’àcid fòrmic a aquesta tempera tura. Quin serà el pH de la dissolució?

HCOOH 1 H2O � HCOO2 1 H3O1

CF c (1 2 a) c a c a

CF (1 2 0,013) 0,013 0,013

0,0132

Ka 5 —————— 5 1,7 ? 1024

(1 2 0,013)

pH 5 2log [H3O1] 5 2log 0,013 5 1,89

a) El pH de les dissolucions.

60 g CH3COOH 1 mol CH3COOHCH3COOH 5 ———————— ? ———————— 5 1 M

1 dm3 60 g CH3COOH

0,16 g HCl 1 mol HCl[HCl] 5 —————— ? —————— 5 4,38 ? 1023 M

1 dm3 36,5 g HCl

b) El grau d’ionització i la constant d’acidesa de l’àcid acètic.

HCl 1 H2O � Cl2 1 H3O1

CI 4,38 ? 1023 — —

CF — 4,38 ? 1023 4,38 ? 1023

pH 5 2log [H3O1] 5 2log 4,38 ? 1023 5 2,36


CF 1 2 c a c a c a

[CH3COOH] 5 c 5 1 M

Com que les dues dissolucions tenen el mateix pH, es com-pleix que:

c a 5 4,38 ? 1023 M

Com que [CH3COOH] 5 c 5 1 M:

a 5 4,38 ? 1023 M 5 0,00438

Per tant, el grau d’ionització en percentatge és 0,438 %.

Finalment, calculem la constant d’acidesa de l’àcid acètic:

c a ? c a (c a)2 (4,38 ? 1023)2

Ka 5 ———— 5 ———— 5 ———————— 5 1 2 c a 1 2 c a 1 2 4,38 ? 1023

5 1,93 ? 1025

7. L’àcid acètic és un àcid feble. En una dissolució aquosa d’àcid acètic, la concentració d’ions OH2 és 1029 M. Quina és la concentració d’ions acetat en la dissolució?


CF c 2 x x x

[H3O1] [OH2] 5 10214

10214 10214

[H3O1] 5 ———— 5 ———— 5 1025

[OH2] 1029

[H3O1] 5 [CH3COO2] 5 1025

8. La constant d’acidesa d’un àcid monopròtic és 1,7 ? 1022. Calcula:

a) El grau de dissociació d’una dissolució d’aquest àcid de concentració 0,13 mol ? dm23.

HA 1 H2O � A2 1 H3O1

CF c (1 2 a) c a c aCF 0,13 (1 2 a) 0,13 a 0,13 a


L’amoníac és una base feble que es dissocia segons l’equilibri:

NH3 1 H2O � NH41 1 OH2

CF c 2 x x xCF c 2 0,001 0,001 0,001


[NH41] [OH2] 0,0012

Kb 5 ——————— 5 —————— 5 1,8 ? 1025

[NH3] c 2 0,001

1,8 ? 1025 c 5 1,018 ? 1026

c 5 0,057

La concentració d’amoníac ha de ser 0,057 M.

14. Es volen preparar 250 cm3 d’una dissolució d’àcid acètic de pH 5 3. Quants grams de l’àcid es necessiten?

Dades: Ka (CH3COOH) 5 1,8 ? 1025

Si pH 5 3, aleshores [H3O1] 5 1023 M

L’àcid acètic és un àcid feble que reacciona segons:


CF c 2 x x x

[CH3COO2] [H3O1] x2 (1023)2

Ka 5 ————————— 5 ———— 5 ————— 5 1,8 ? 1025

[CH3COOH] c 2 x c 2 1023

1,8 ? 1025 c 5 1,018 ? 1026

c 5 0,057

Per estequiometria:

0,057 mol CH3COOH 60 g CH3COOH0,25 dm3 CH3COOH ? —————————— ? ———————— 5 1 dm3 CH3COOH 1 mol CH3COOH

5 0,855 g CH3COOH


1. [Curs 09-10] Es prepara una solució aquosa d’àcid fòrmic, HCOOH, barrejant 4,60 g d’aquest àcid amb aigua en un vas de precipitats. Després, la solució es transvasa quantitati-vament a un matràs aforat de 500 mL i s’enrasa amb aigua. Es mesura experimentalment el pH de la solució a 25 °C i s’obté un valor de 2,22.

Dades: Massa molecular relativa de l’àcid fòrmic 5 46,0.

a) Quina és la constant d’acidesa de l’àcid fòrmic a 25 °C?

Massa d’àcid fòrmic 5 4,60 g

Volum de solució 5 500 mL 5 0,500 L

4,60 g 1 molC (inicial, àcid fòrmic) 5 ———— ? ———— 5 0,20 M 0,5 L 46 g

11. La constant d’acidesa de l’àcid cacodílic, que és un àcid or-gànic monopròtic, és de 6,4 ? 1027. Calcula el valor de pH d’una dissolució 0,3 M d’aquest àcid.

HA 1 H2O � A2 1 H3O1

CF c 2 x x xCF 0,3 2 x x x

x2

Kb 5 ————— 5 6,4 ? 1027

0,3 2 x

x2 1 6,4 ? 1027 x 2 1,92 ? 1027 5 0

x 5 4,4 ? 1024 M

pH 5 2log [H3O1] 5 2log 4,4 ? 1024 5 3,36

12. a) Explica com prepararies 1 L de solució 0,1 M d’àcid clor-hídric a partir d’àcid clorhídric 10 M. Indica el material que utilitzaries i el volum d’àcid clorhídric 10 M necessari.

0,1 mol HCl 1 dm3 103 cm3

1 dm3 ? ——————— ? —————— ? ————— 5 1 dm3 10 mol HCl 1 dm3

5 10 cm3 HCl 10 M

Amb una pipeta de 10 mL mesurem 10 cm3 de la dissolució concentrada de HCl (10 M) i els aboquem en un matràs afo-rat d’1 L, arrasant amb aigua �ns a aconseguir 1 L de disso-lució.

b) Calcula el pH de la solució obtinguda.


CI 0,1 — —CF — 0,1 0,1

pH 5 2log [H3O1] 5 2log 0,1 5 1

c) Indica el color que tindria la solució si hi afegim una gota d’indicador blau de tornassol, que té un interval de viratge entre 4,5 i 8,3, i els colors són vermell i blau. Justi�ca la resposta.

La solució és de color vermell, ja que el valor de pH és 1, mentre que l’interval de viratge de l’indicador no es pro-dueix �ns a valors de pH de 4,5.

13. Quina ha de ser la concentració d’una dissolució d’amoníac per tal que tingui el mateix pH que una dissolució d’hidrò-xid de potassi 0,001 M?

Dades: Kb (NH3) 5 1,8 ? 1025

Calculem el pH de la dissolució d’hidròxid de potassi, que és una base forta i es dissocia totalment:

KOH � K1 1 OH2

CI 0,001 — —CF — 0,001 0,001

pOH 5 2log [OH2] 5 2log 0,001 5 3

pH 5 14 2 pOH 5 11

59QUÍMICA 2 05

b) L’hidròxid de calci, compost relativament barat, és em-prat en moltes estacions depuradores com a agent coa-gulant en el tractament d’aigües. A més de facilitar la decantació d’impureses, també pot actuar com a agent regulador del pH d’aigües massa àcides. Si disso-lem 4,44 g d’hidròxid de calci en aigua �ns a obtenir 600 cm3 de dissolució, quin serà el seu pH?

Hem de conèixer la concentració molar de l’hidròxid de calci en la dissolució:

4,44 g Ca(OH)2 1 mol Ca(OH)2 1 000 cm3

———————— ? ———————— ? ————— 5 0,1 M 600 cm3 74 g Ca(OH)2 1 L

L’hidròxid de calci és una base forta i, per tant, en dissolu-ció aquosa es dissocia totalment en els seus ions:

H2O Ca(OH)2(s) �� Ca21

(aq) 1 2 OH2(aq)

CI 0,1 M — —

CF — 0,1 M 0,2 M

Hi ha dues maneres equivalents de solucionar el problema:

• Substituïm la [OH2] a l’equació d’ionització de l’aigua:

[H3O1] ? [OH2] 5 1 ? 10214

[H3O1] ? 2 ? 1021 5 1 ? 10214

[H3O1] 5 5 ? 10214

pH 5 2log (5 ? 10214) � pH 5 13,30

• Calculem el pOH de la dissolució i, després, el pH:

[OH2] 5 0,2 M � pOH 5 0,70

pH 5 14 2 pOH 5 13,30

4. Les amines més importants són les aromàtiques, i d’aques-tes, la més signi�cativa és la fenilamina (anilina). És la matèria primera en l’obtenció de molts productes interme-dis de la indústria dels colorants. A temperatura ambient és un líquid incolor que es dissol lleugerament en aigua i dóna dissolucions bàsiques. És una substància verinosa que produeix vertigen i cianosi.

Dades: Kb (C6H5NH2) 5 4 ? 10210

a) Quin és el pH d’una dissolució 0,1 M de fenilamina?

El fet que Kb tingui un valor petit ens permet a�rmar que la fenilamina és una base molt feble. No és gaire soluble en aigua, perquè són poques les molècules que hi reaccionen i, per tant, l’equilibri de dissociació corresponent està molt desplaçat cap a l’esquerra:

C6H5NH2(aq) 1 H2O(l) � C6H5NH31

(aq) 1 OH2(aq)

CI 0,1 M — —

CR x x x

CE 0,1 2 x x x

Reacció d’equilibri: HCOOH 1 H2O � HCOO2 1 H3O1

CI 0,2 M — —CR x x x CF 0,2 2 x x x

pH 5 2log [H3O1] [H3O1] 5 102pH

[H3O1] 5 1022,22 5 6,026 ? 1023 mol?dm23

x2 (6,026 ? 1023)2

Ka 5 ———— � Ka 5 ————————— 5 0,2 2 x 0,2 2 6,026 ? 1023

(6,026 ? 1023)2

5 ——————— 5 1,87 ? 1024

0,1940

b) Quina hauria de ser la concentració d’una solució d’àcid clorhídric perquè tingués el mateix pH que la solució d’àcid fòrmic anterior?

L’àcid clorhídric és un àcid fort, i per tant, la seva reacció amb aigua està totalment desplaçada cap a la dreta (forma-ció d’ions oxoni):

HCl(aq) 1 H2O(l) � Cl2(aq) 1 H3O1(aq)

Si volem tenir el mateix pH que la solució anterior d’àcid fòrmic, la concentració d’ions oxoni ha de ser:

pH 5 2,22 [H3O1] 5 1022,22 5 6,026 ? 1023 mol?dm23

Per aconseguir aquesta concentració d’ions oxoni, la con-centració inicial d’una solució de HCl ha de ser la mateixa.

[HCl] 5 6,026 ? 1023 M

2. La metilamina, CH3NH2, és una base feble.

a) Escriviu l’equació corresponent a l’equilibri de dissocia-ció en aigua i l’expressió de Kb.

Quan la metilamina es dissol en aigua, s’estableix l’equilibri següent:

CH3NH2(aq) 1 H2O(l) � CH3NH31

(aq) 1 OH2(aq)

La constant Kb de la metilamina s’expressa de la manera següent:

[CH3NH13] [OH2]

Kb 5 ———————— [CH3NH2]

b) Indiqueu les espècies químiques existents en una disso-lució aquosa de metilamina.

Com que és una base feble i no està totalment dissociada, en una dissolució aquosa de metilamina trobarem, a banda de molècules de dissolvent, H2O, molècules de CH3NH2, ions CH3NH3

1 i ions OH2. També hi trobarem una petitíssima con-centració de H3O1, tal com veurem més endavant.

3. Responeu les qüestions següents:

a) El pH d’una dissolució aquosa és 2,5. Indica si es tracta d’una dissolució àcida o bàsica. Quina és la concentració d’ions H3O1 i d’ions OH2 en la dissolució?

El pH d’aquesta dissolució és més petit que 7. Es tracta, per tant, d’una dissolució àcida.


Quimitest

1. L’àcid butanoic és l’àcid present quan la mantega es fa rància. Si la constant d’àcidesa de l’àcid butanoic és Ka 5 1,5 ? 1025, quin és el pH d’una dissolució 0,27 M?

a) 8,5

b) 2,7

c) 3,4

d) 3,8


2. El grup amino és present en molts compostos de caràcter bàsic. L’etilamina CH3CH2NH2 n’és un exemple. Determina el pH d’una dissolució 0,5 M d’aquest compost tenint en compte que Kb (CH3CH2NH2) 5 6,41 ? 1026.

a) 9,45

b) 11,25

c) 8,86

d) 11,06


3. L’àcid glicòlic o àcid 2-hidroxietanoic és un àcid natural que prové de la canya de sucre. És emprat en molts pro-ductes de cosmètica a causa dels seus efectes exfoliants sobre la pell. La seva fórmula correspon a CH2OHCOOH (Ka (CH2OHCOOH) 5 1,47 ? 1024). El grau de dissociació d’una dissolució 0,4 mol ? dm23 d’aquest àcid és:

a) 0,05

b) 1,2

c) 0,02

d) 0,09


4. La combustió de la hidrazina, H2NNH2, és molt exo tèrmica i per aquesta raó és emprada com a combustible per a coets. Les dissolucions aquoses d’hidrazina tenen caràcter de base feble. Tenint en compte que Kb (N2H4) 5 8,5 ? 1027, quin és el grau de dissociació d’una dissolució 0,18 M d’hidrazina?

a) 0,0041

b) 0,00217

c) 0,0012

d) 0,009


5. A la natura, l’àcid màlic o àcid hidroxibutandioic (HOOC-CHOH-CH2-COOH) es troba a les pomes i a les cire-res verdes; a la indústria s’utilitza com a additiu alimen-tari, per la seva acció antibacteriana, i en la fabricació de laxants.

Com sempre, les concentracions en equilibri han de veri�car la constant corresponent, en aquest cas, Kb:

[C6H5NH31] [OH2] x2

Kb 5 ————————— � 4 ? 10210 5 ————— [C6H5NH2] 0,1 2 x

Els valors de Kb i c ens permeten fer l’aproximació 0,1 2 x < < 0,1. Per tant:

x2

4 ? 10210 5 —— � x2 5 4 ? 10211 � x 5 6,32 ? 1026

0,1

En conseqüència:

[OH2] 5 x 5 6,32 ? 1026 M

pOH 5 5,20

pH 5 14 2 pOH 5 8,80

b) Calculeu el pH en el cas d’una dissolució 0,04 M.

Només cal repetir els càlculs de l’apartat a) amb les noves dades de concentració.

5. La mor�na és un alcaloide que s’extreu de l’opi. És conside-rada una droga per la seva forta addicció. La seva fórmula química és C17H19O3N. Es tracta d’una base feble amb una Kb d’1,6 ? 1026. Actualment continua sent l’anestèsic més utilitzat per alleugerir els dolors intensos, tot i que s’inten-ta substituir per altres substàncies.

a) Justi�queu per què es una base de Brönsted i Lowry.

Reacció en aigua:

C17H19O3N(aq) 1 H2O(l) � C17H20O3N1(aq) 1 OH2

(aq)

Es comporta com una base, ja que accepta els protons de l’aigua.

b) Determineu el pH d’una dissolució 0,025 M de mor�na.

C17H19O3N(aq) 1 H2O(l) � C17H20O3N1(aq) 1 OH2

(aq)

CI 0,025 M — —

CR x x x

CF 0,025 2 x x x

[C17H20O3N1] ? [OH2]

Kb 5 ———————————— � [C17H19O3N]

x2

� 1,6 ? 1026 5 ————— 0,025 2 x

x 5 0,000199 5 1,99 ? 1024

[OH2] 5 1,99 ? 1024 mol?dm23

pOH 5 2log [OH2]5 2log 1,99 ? 1024

pOH 5 3,7

pH 1 pOH 5 14 � pH 5 10,3

61QUÍMICA 2 05

7. Una dissolució bàsica té un pH 5 11,35. Determina la con-centració inicial de la base suposant que es tracta d’amoníac.

Dades: Kb 5 1,8 ? 1025

a) 0,52 M

b) 0,47 M

c) 0,28 M

d) 0,35 M


8. L’àcid cianhídric és tòxic, ja que impedeix la respiració cel.lular. Alguns animals, com ara el milpeus, l’empren com a defensa. Determina la constant de dissociació d’aquest àcid tenint en compte que una dissolució de concentració 0,5 M d’àcid cianhídric té un pH 5 4,85.

a) 6 ? 1029

b) 2 ? 1025

c) 8 ? 1023

d) 4 ? 10210


Si disposem d’una dissolució d’àcid màlic de pH 5 3,4, qui-na és la concentració inicial d’aquest àcid?

Nota: considereu només la primera dissociació, Ka 5 3,48 ? 1024.

a) 4 ? 1024 M

b) 2,54 ? 1025 M

c) 1,28 ? 1024 M

d) 0,059 M


6. L’àcid �uorhídric intervé en la fabricació del vidre i en el re�nament de la gasolina d’alt octanatge. En contacte amb la pell provoca cremades molt doloroses. Si la constant d’acidesa de l’àcid �uorhídric és Ka 5 7 ? 1024, quin és el pH d’una dissolució 0,4 M?

a) 2,3

b) 3,7

c) 1,4

d) 1,8



j Unitat 6. De la hidròlisi a la neutralització

Activitats

1. El citrat de sodi és l’additiu alimentari E332. Té propietats antioxidants, és a dir, impedeix l’oxidació dels greixos dels aliments. Si se sap que l’àcid cítric és un àcid feble, deter-mina el caràcter d’aquesta sal.

Dades: Ka (C6H6O722) 5 4,2 ? 1027

El citrat de sodi és una sal que es dissocia totalment:

Na3C6H5O7 1 H2O � C6H5O732 1 3 Na1

L’ió sodi és l’àcid conjugat d’una base forta i pràcticament no reacciona, Mentre que l’ió C6H5O7

32 és la base conjugada d’un àcid feble:

C6H5O732 1 H2O � C6H6O7

22 1 OH2

Per tant, el citrat de sodi té caràcter bàsic.

2. Raona si és possible que el iodur d’amoni tingui caràcter bàsic.

El iodur d’amoni es dissocia totalment segons:

NH4I 1 H2O � I2 1 NH41

El pH serà àcid a causa de la hidròlisi de l’ió amoni:

NH41 1 H2O � NH3 1 H3O1 Ka 5 5,56 ? 10210

F2 1 H2O � HF 1 OH2 Kb 5 1,49 ? 10211

Com que Ka (NH41) . Kb (F2), el iodur d’amoni té un caràcter

lleugerament àcid.

3. El sabó conté sals sòdiques d’un àcid gras (que és un àcid feble). Un dels inconvenients d’emprar sabons és l’alcali-nitat que tenen: si són utilitzats en aigües molt dures (que contenen ions Ca21 i Mg21) o aigües àcides, el sabó precipi-ta en forma de sals de Ca21 i Mg21 dels àcids grassos. Justi-�ca l’avantatge que suposa el fet d’utilitzar detergents en comptes de sabó, si se sap que la matèria activa dels deter-gents són sals sòdiques d’èsters derivats de l’àcid sulfúric.

Podem simbolitzar els sabons per R–COONa. La seva dissolució implica:

R–COONa � R–COO2 1 Na1

R–COO2 1 H2O � R–COOH 1 OH2

El sabó és una sal de caràcter bàsic i en presència d’ions calci i/o magnesi precipiten els hidròxids respectius.

Podem simbolitzar els detergents per RCH2–OSO3Na. La seva dissolució implica:

RCH2–OSO3Na � RCH2–OSO32 1 Na1

L’ió RCH2–OSO32 pràcticament no reacciona. Per tant, els deter-

gents són dissolucions aproximadament neutres.

4. Quin és el pH d’una dissolució reguladora formada per ace-tat de sodi 0,5 M i àcid acètic 0,8 M?

Dades: Ka 5 1,8 ? 1025

Com que l’acetat de sodi es dissocia totalment, la concentració d’ió acetat és la següent:

CH3COONa � CH3COO2 1 Na1

CI 0,5 — —CF — 0,5 0,5

També sabem que [CH3COOH] 5 0,8 M.

Substituïm les dades en l’expressió següent:

[CH3COOH][H3O1] 5 Ka ? ——————

[CH3COOH2]

0,8[H3O1] 5 1,8 ? 1025 ? —— 5 2,88 ? 1025

0,5

Finalment:

pH 5 2log [H3O1] 5 2log 2,88 ? 1025 5 4,54

5. Si vols preparar una dissolució reguladora a pH 5 5 i ho fas a partir d’un àcid feble HA 0,2 M de Ka 5 5 ? 1026, quants mols de la sal sòdica de l’àcid (NaA) neces sitaràs per cada litre de dissolució reguladora?

Apliquem la fórmula següent: [NaA]

pH 5 p Ka 1 log ——— [HA]

[NaA]5 5 5,3 1 log ———

0,2

[NaA] 5 0,1 M

Per tant, per cada litre de dissolució reguladora es necessiten 0,1 mol de la sal sòdica.

6. Volem neutralitzar 25 mL d’àcid clorós 0,17 M. Quin volum d’hidròxid de calci 0,08 M necessitem?

Es produeix la reacció de neutralització següent:

2 HClO2 1 Ca(OH)2 � Ca(ClO2)2 1 2 H2O

Per estequiometria:

0,17 mol HClO2 1 mol Ca(OH)20,025 dm3 HClO2 ? ———————— ? ———————— ? 1 dm3 HClO2 2 mol HClO2

1 dm3 Ca(OH)2 1 000 cm3

? —————————— ? —————— 5 26,6 cm3 Ca(OH)2 0,08 mol Ca(OH)2 1 dm3

7. L’àcid �uorhídric és un àcid feble. Si disposem de 12 mL d’aquest àcid a una concentració 0,05 M:

a) Quin volum d’amoníac 0,2 M necessitem per neutralit-zar-lo?

La reacció de neutralització és:

HF 1 NH3 � NH4F 1 H2O

63QUÍMICA 2 06

Per estequiometria: 0,05 mol HF 1 mol NH30,012 dm3 HF ? —————— ? ————— ? 1 dm3 HF 1 mol HF 1 dm3 NH3 1 000 cm3

? —————— ? ————— 5 3 cm3 NH3 0,2 mol NH3 1 dm3

b) Si féssim la neutralització amb NaOH 0,2 M, quants mL en gastaríem?


HF 1 NaOH � NaF 1 H2O

Com que la concentració de la base és la mateixa i l’estequio-metria de la reacció també és mol a mol, necessitarem el mateix volum de base per neutralitzar l’àcid.

c) Acabada la neutralització, com seria el pH en cada cas?

En el primer cas, el pH serà àcid a causa de la hidròlisi de l’ió amoni:

NH4F � F2 1 NH41

NH41 1 H2O � NH3 1 H3O1 Ka 5 5,56 ? 10210

F2 1 H2O � HF 1 OH2 Kb 5 1,49 ? 10211

Com que Ka (NH41) . Kb (F2), el pH és lleugerament àcid.

En el segon cas, el pH és bàsic a causa de la hidròlisi de l’ió �uorur i perquè la sal prové d’una base forta i un àcid feble.

NaF � F2 1 Na1

F2 1 H2O � HF 1 OH2

Dades: Kb (NH3) 5 1,8 ? 1025; Ka (HF) 5 6,7 ? 1024

8. Quin és el pH que resulta en mesclar 30 cm3 d’una dissolu-ció d’àcid benzoic 0,6 M i 20 cm3 d’una dissolució d’hidròxid de potassi 0,22 M?

Dades: Ka (C6H5COOH) 5 6,28 ? 1025

Calculem el nombre de mols d’àcid benzoic i d’hidròxid de potassi:

0,6 mol C6H5COOH0,03 dm3 ? ————————— 5 0,018 mol C6H5COOH

1 dm3

0,22 mol KOH0,02 dm3 ? ——————— 5 0,0044 mol KOH

1 dm3

Escrivim la reacció de neutralització que es produeix:

C6H5COOH 1 KOH � C6H5COOK 1 H20

mols inicials 0,018 0,0044 — —

mols �nals 0,0136 — 0,0044 0,0044

Calculem les concentracions �nals considerant volums additius:

0,0136 mol[C6H5COOH] 5 —————————— 5 0,272 M

(0,03 1 0,02) dm3

0,0044 mol[C6H5COO2] 5 —————————— 5 0,088 M

(0,03 1 0,02) dm3

Es tracta d’una dissolució reguladora:

C6H5COOH 1 H2O � C6H5COOO2 1 H3O1

CF 0,272 0,088 x


[C6H5COO2] [H3O1] 0,088 ? [H3O1]Ka 5 —————————— 5 ——————— 5 6,28 ? 1025

[C6H5COOH] 0,272

[H3O1] 5 1,94 ? 1024 M

Finalment:

pH 5 2log [H3O1] 5 2log 1,94 ? 1024 5 3,71

9. Es valoren 15 mL d’una solució d’àcid làctic, CH3CHOHCOOH, amb una dissolució d’hidròxid de sodi 0,12 M i la corba de valoració obtinguda és la que es representa en la �gura 6.8.

0

2

4

6

8

10

12

14

0 10 20 30 40 50 60 70

Volum de NaOH (mL)

pH

a) Observa la corba de valoració i indica el pH inicial de la solució d’àcid làctic.

El pH inicial de la solució d’àcid làctic és 2,13.

b) Raona el valor del pH en el punt d’equivalència.

En el punt d’equivalència, el pH és 8,32 —té caràcter bà-sic— i correspon al punt d’in�exió de la grà�ca. En aquest punt, la reacció de neutralització és completa i, per tant, el pH és determinat per la hidròlisi de la sal:

CH3CHOHCOOH 1 NaOH � CH3CHOHCOONa 1 H2O

CH3CHOHCOO2 1 H2O � CH3COOH 1 OH2

c) Calcula la concentració de la dissolució d’àcid làctic ini-cial.

En el punt d’equivalència, s’han afegit 50 mL de NaOH 0,12 M:

0,12 mol NaOH 1 mol CH3CHOHCOOH0,05 dm3 NaOH ? ———————— ? —————————— 5 1 dm3 NaOH 1 mol NaOH

5 6 ? 1023 mol CH3CHOHCOOH

6 ? 1023 mol[CH3CHOHCOOH] 5 ——————— 5 0,4 M

0,015 dm3


— En una bureta hi col·loquem la solució de NaOH 0,01 M i enrasem a un determinat volum (per exemple zero), pro-curant que a la bureta no hi quedi cap bombolla d’aire.

— En el vas on hi ha el HCl hi col·loquem un elèctrode de vidre connectat a un pHmetre (o un sensor que per-meti fer una mesura proporcional al pH). Mesurem el pH inicial (volum NaOH afegit igual a 0 mL).

— Afegim un volum determinat de NaOH (cal mesurar-lo) i anotem el pH de solució. Això ho repetim per tenir un conjunt de valors de pH per a diferents volums afe-gits de NaOH, tot sobrepassant el punt d’equivalència (més de 25 mL de NaOH 0,01 M afegits).

— Es representen els valors experimentals de pH en funció del volum de NaOH i s’obté la corba de valoració.

Material:

— Vas de precipitats (o Erlenmeyer)

— Pipeta aforada de 25 mL (amb pera)

— Bureta

— Elèctrode de vidre i pHmetre o sensor per mesurar pH

11. Esbrina com contribueixen el fòsfor, el potassi, el molibdè, el magnesi, el nitrogen i el calci en el desenvolupament de les plantes.

— El fòsfor (H2PO42, HPO4

22) potencia el creixement de les plantes, ja que afavoreix el desenvolupament de les arrels i contribueix a la formació i la maduració dels fruits i les llavors.

— El potassi (K1) potencia la formació de tiges, in�ueix posi-tivament en els mecanismes d’obertura i tancament dels estomes i contribueix a la formació de midó i olis.

— El molibdè (MoO422) activa els enzims que participen en la

�xació del nitrogen.

— El magnesi (Mg21) potencia la formació d’olis i greixos de les plantes i és un element important en la formació de la cloro�l.la.

— El nitrogen (NO32, NH4

1) potencia el desenvolupament de les plantes i és l’element químic principal de les proteïnes.

— El calci (Ca21) potencia el creixement de l’arrel i la tija i facilita l’absorció de nutrients del sòl.

12. Busca informació de quines plantes podries plantar en un jardí segons el pH del sòl.

— pH . 7,5 (alcalins): calèndula, pomer, petúnia, rosa, tulipa i xiprer.

— 7 . pH . 6,75: dàlia, gladiol, lliri, saüc, teix i violeta.

— pH 5 6 (àcid): arç, begònia, ciclamen, llaura i lavanda.

— pH , 5,5: gardènia, falguera, hortènsia i faig.

13. Esbrina quins acords internacionals s’han signat per preser-var el futur ecològic del planeta Terra. Et sembla que són su�cients?

Resposta oberta.

d) Determina el pH inicial d’una dissolució d’àcid nítric d’igual concentració. Com seria el pH en el punt d’equi-valència?

L’àcid nítric és un àcid fort i es dissocia totalment:

HNO3 1 H2O � NO32 1 H3O1

CI 0,4 — —CF — 0,4 0,4

pH 5 2log [H3O1] 5 2log 0,4 5 0,398

En el punt d’equivalència, el pH 5 7 perquè la sal prové d’un àcid fort i una base forta.

Dades: Ka (àcid làctic) 5 1,98 ? 1024

10. [Curs 11-12] Al laboratori disposem d’una solució d’àcid clorhídric 0,010 M i d’una solució d’hidròxid de sodi 0,50 M. Expliqueu el procediment experimental que seguiríeu i quin material utilitzaríeu en les situacions següents:

a) Per preparar 250,0 mL d’hidròxid de sodi 0,010 M a par-tir de la solució d’hidròxid de sodi 0,50 M.

Formulació: hidròxid de sodi: NaOH

Calculem el volum de NaOH 0,50 M que necessitem per pre-parar 250 mL de NaOH:

0,010 M (dilució)

0,010 mol NaOH 1 000 mL NaOH250 mL NaOH ? ———————— ? ———————— 5 1 000 mL NaOH 0,50 mol NaOH

5 5 mL NaOH

Material i reactius:

— NaOH: 0,500 M

— Aigua destil·lada

— Vas de precipitats

— Pipeta aforada de 5 mL (amb pera)

— Matràs aforat de 250 mL

Procediment:

Col·loquem en un vas de precipitats una mica de solució de NaOH 0,500 M. Agafem un volum de 5 mL amb una pipeta (amb l’ajut d’una pera) i el transvasem a un matràs aforat de 250 mL. Hi afegim aigua destil·lada, i enrasem la solució als 250 mL (marca del matràs). Tapem el matràs amb el tap i ho agitem per homogeneïtzar bé la solució.

b) Per obtenir la corba de valoració de 25,0 mL d’àcid clor-hídric 0,010 M amb hidròxid de sodi 0,010 M.

Formulació: àcid clorhídric: HCl hidròxid de sodi: NaOH

El procediment experimental que hem de fer és:

— En un vas de precipitats hi transvasem quantitativament 25 mL de solució de HCl 0,01 M amb l’ajut d’una pipeta i una pera.

65QUÍMICA 2 06

L’ió clorur pràcticament no reacciona (és la base conjugada d’un àcid fort), mentre que l’ió amoni és l’àcid conjugat d’una base feble i reacciona segons l’equilibri següent:

NH41 1 H2O � NH3 1 H3O1

Calculem el pH de la dissolució resultant.

NH41 1 H2O � NH3 1 H3O1


Hem de calcular Ka, ja que l’enunciat ens dóna Kb (NH3):

Ka ? Kb 5 10214

10214 10214

Ka 5 ——— 5 ————— 5 5,56 ? 10210

Kb 1,8 ? 1025


[NH3] [H3O1] x2 x2

Ka 5 ——————— 5 ———— 5 —— 5 5,56 ? 10210

[NH41] 1,8 2 x 1,8

x 5 3,16 ? 1025

pH 5 2log [H3O1] 5 2log 3,16 ? 1025 5 4,5

4. Calcula el pH d’una dissolució de concentració 0,02 mol ? dm23 de �uorur de sodi.

Dades: Ka (HF) 5 6,7 ? 1024

Les reaccions que es produeixen són les següents:

NaF 1 H2O � F2 1 Na1

CI 0,02 — —CF — 0,02 0,02

L’ió sodi pràcticament no reacciona, perquè és l’àcid conjugat d’una base forta (NaOH).

En canvi, l’ió �uorur és la base conjugada d’un àcid feble i reac-ciona segons l’equilibri següent:

F2 1 H2O � HF 1 OH2


Hem de calcular Kb, ja que l’enunciat ens dóna Ka (HF):

Ka ? Kb 5 10214

10214 10214

Kb 5 ——— 5 ————— 5 1,5 ? 10211

Ka 6,7 ? 1024


[HF] [OH2] x2 x2

Kb 5 —————— 5 ————— . ——— 5 1,5 ? 10211

[F2] 0,02 2 x 0,02

x 5 5,48 ? 1027

pOH 5 2log [OH2] 5 2log 5,48 ? 1027 5 6,3

pH 5 14 2 pOH 5 7,7

14. Quines són les zones europees més afectades per la pluja àcida? I a tot el món? A què penses que és degut?

Resposta oberta.

Activitats finals

1. Una sal de fórmula genèrica MeX es dissol en aigua. Si el pH de la dissolució resultant té un valor de 9, raona quina serà la força de l’àcid i de la base dels quals deriva aquesta sal.

La reacció que es produeix és la següent:

MeX 1 H2O � Me1 1 X2

Com que el pH de la dissolució resultant és bàsic es dedueix que:

Me1 1 H2O pràcticament no reacciona perquè és l’àcid conjugat d’una base forta: MeOH � Me1 1 OH2

En canvi, X2 és la base conjugada d’un àcid feble i reacciona amb l’aigua, segons l’equació:

X2 1 H2O � HX 1 OH2

Per tant, la força de l’àcid de la qual deriva aquesta sal és feble, mentre que la força de la base de la qual deriva és forta.

2. Indica el caràcter àcid o bàsic de les dissolucions aquoses següents:

a) Carbonat de potassi.

Caràcter bàsic:

K2CO3 1 H2O � 2 K1 1 CO322

K1 1 H2O pràcticament no reacciona

CO322 1 H2O � HCO3

2 1 OH2

b) Clorur d’amoni.

Caràcter àcid:

NH4Cl 1 H2O � NH41 1 Cl2

Cl2 1 H2O pràcticament no reacciona

NH41 1 H2O � NH3 1 H3O1

c) Acetat de sodi.

Caràcter bàsic:

CH3COONa 1 H2O � Na1 1 CH3COO2

Na1 1 H2O pràcticament no reacciona

CH3COO2 1 H2O � CH3COOH 1 OH2

3. Disposem d’una dissolució aquosa de clorur d’amoni 1,8 mol ? dm23. Escriu les equacions de les reaccions d’equi-libri corresponents i calcula’n el pH.

Dades: Kb (NH3) 5 1,8 ? 1025

Les reaccions que es produeixen són les següents:

NH4Cl 1 H2O � Cl2 1 NH41

CI 1,8 — —

CF — 1,8 1,8


— L’ió clorur és la base conjugada d’un àcid fort i gairebé no reacciona. Té caràcter neutre.

— L’àcid nítric és un àcid fort que reacciona segons:

HNO3 1 H2O � NO32 1 H3O1

Té caràcter àcid.

— L’ió metilamoni és l’àcid conjugat d’una base feble:

CH3NH31 1 H2O � CH3NH2 1 H3O1


— L’ió acetat és la base conjugada d’un àcid feble:


Té caràcter bàsic.

8. Per efectuar una valoració d’una dissolució d’àcid cianhídric amb una dissolució d’hidròxid de sodi, quins dels indicadors següents empraries? Justi�ca la resposta.

Nota: Per als intervals de viratge, consulta la taula 5.16.

a) Violeta de metil

b) Blau de bromotimol

c) Ataronjat de metil

d) Timolftaleïna

e) Fenolftaleïna


HCN 1 NaOH � NaCN 1 H2O

La hidròlisi de la sal resultant de la neutralització és la següent:

NaCN 1 H2O � Na1 1 CN2

L’ió sodi pràcticament no reacciona, perquè és l’àcid conjugat d’una base forta (NaOH), mentre que l’ió cianur és la base con-jugada d’un àcid feble i reacciona segons l’equilibri següent:

CN2 1 H2O � HCN 1 OH2

El pH en el punt d’equivalència, si tenim en compte la hidròlisi de la sal formada, és bàsic.

Per tant, hem d’escollir un indicador amb un interval de viratge bàsic, com la fenolftaleïna o el roig de fenol.

9. El vinagre és una dissolució d’àcid acètic i altres substàn-cies en la qual hi ha d’haver com a mínim 5 g de l’àcid es-mentat per cada 100 cm3 de vinagre. L’o�cina de protecció del consumidor decideix analitzar el vi nagre d’una marca co mercial per veure si compleix les normes. Per comprovar-ho, n’agafen una mostra de 10 cm3 i els valoren amb una dissolució 1 mol ? dm23 d’hidròxid de sodi. El punt d’equiva-lència s’assoleix quan s’han gastat 9,2 cm3 de la dissolució de NaOH. Compleix el vinagre la normativa? Indica si el pH en el punt d’equivalència és superior, inferior o igual a 7.

5. El pH d’una dissolució d’hipoclorit de sodi de concentració 0,1 mol ? dm23 és igual a 10,3. Justi�ca el valor del pH d’aquesta sal i calcula la constant d’acidesa de l’àcid hipo-clorós.

El pH d’una dissolució d’hipoclorit de sodi és bàsic. Escrivim les reaccions que es produeixen:

NaClO 1 H2O � ClO2 1 Na1

CI 0,1 — —CF — 0,1 0,1

L’ió sodi pràcticament no reacciona, perquè és l’àcid conjugat d’una base forta (NaOH).

En canvi, l’ió hipoclorit és la base conjugada d’un àcid feble i reacciona segons l’equilibri següent:

ClO2 1 H2O � HClO 1 OH2

Per tant, el pH de la dissolució resultant és bàsic.




Calculem el pOH:

pOH 5 14 2 10,3 5 3,7

I la concentració d’ions hidròxid:

pOH 5 2log [OH2] 5 3,7

[OH2] 5 2 ? 1024


[HClO] [OH2] x2 (2 ? 1024)2

Kb 5 ——————— 5 ———— 5 ——————— 5 4 ? 1027

[ClO2] 0,1 2 x 0,1 2 2 ? 1024

I �nalment, calculem el valor de Ka:

Ka ? Kb 5 10214

10214 10214

Ka 5 ——— 5 ———— 5 2,5 ? 1028

Kb 4 ? 1027

6. En el punt d’equivalència, el pH és neutre? Per què?

No, en el punt d’equivalència el pH és determinat per la sal formada en la neutralització. Per tant, s’ha de considerar la hi-dròlisi de la sal, i el pH pot ser àcid, bàsic o neutre.

7. Justi�ca el caràcter àcid, bàsic o neutre de les espè cies se-güents en dissolució aquosa: ió amoni, ió clorur, àcid nítric, ió metilamoni i ió acetat.

— El catió amoni és l’àcid conjugat d’una base feble i reaccio-na segons l’equilibri:

NH41 1 H2O � NH3 1 H3O1


67QUÍMICA 2 06

Per estequiometria, calculem els mols d’àcid clorhídric necessa-ris per neutralitzar 1,25 g d’hidròxid de calci:

1 mol Ca(OH)2 2 mol HCl1,25 g Ca(OH)2 ? ———————— ? ———————— 5

74 g Ca(OH)2 1 mol Ca(OH)2

5 0,034 mol HCl

Tot seguit, calculem els mols d’àcid clorhídric necessaris per neutralitzar 1,30 g d’hidròxid de potassi:

1 mol KOH 1 mol HCl1,30 g KOH ? —————— ? —————— 5 0,023 mol HCl

56 g KOH 1 mol KOH

Per tant, per neutralitzar ambdós hidròxids necessitem 0,057 mols d’àcid clorhídric. Calculem, doncs, quants grams del 36,2 % en massa en necessitem:

36,5 g HCl 100 g dissolució0,057 mol HCl ? —————— ? ———————— 5

1 mol HCl 36,2 g HCl

5 5,75 g HCl 36 % massa

12. L’àcid ciànic (HCNO) i l’àcid cianhídric són dos àcids febles monopròtics.

a) Calcula el pH d’una dissolució 0,05 M d’àcid ciànic.


HCNO 1 H2O � CNO2 1 H301

CF c 2 x x x

CF 0,05 2 x x x

L’expressió de la constant d’equilibri és:

[CNO2] [H3O1] x2

Ka 5 ———————— 5 ————— 5 2,2 ? 1024

[HCNO] 0,05 2 x

x2 1 2,2 ? 1024 x 2 1,1 ? 1025 5 0

x 5 3,2 ? 1023

pH 5 2log [H3O1] 5 2log 3,2 ? 1023 5 2,5

b) Calcula la constant de basicitat de l’ió cianur.

Escrivim l’equació d’equilibri de l’àcid cianhídric:

HCN 1 H2O � CN2 1 H301

Com que l’enunciat ens dóna com a dada Ka (HCN) 5 4,9 ? 10210, apliquem l’expressió següent:

Ka ? Kb 5 10214

10214 10214

Kb 5 ——— 5 —————— 5 2 ? 1025

Ka 4,9 ? 10210

c) Si tenim 100 mL d’una solució 0,1 M d’àcid cianhídric i 100 mL d’una solució d’àcid ciànic de la mateixa con-centració, quina requerirà més hidròxid de sodi per ser neutralitzada? Justi�ca la resposta.


CH3COOH 1 NaOH � CH3COONa 1 H2O

1 mol NaOH 1 mol CH3COOH9,2 ? 1023 dm3 NaOH ? —————— ? ———————— 5

1 dm3 NaOH 1 mol NaOH

5 9,2 ? 1023 mol CH3COOH

9,2 ? 1023 mol 60 g CH3COOH[CH3COOH] 5 ——————— ? ——————— 5 55,2 g?dm23

0,01 dm3 1 mol CH3COOH

La normativa diu que el vinagre ha de contenir, com a mínim:

5 g CH3COOH 1 000 cm3——————— ? ————— 5 50 g?dm23

100 cm3 1 dm3

Per tant, el vinagre analitzat compleix la normativa, ja que conté 55,2 g d’àcid acètic per litre.

La hidròlisi de la sal resultant de la neutralització és:

CH3COONa 1 H2O � CH3COO2 1 Na1

L’ió sodi, com que és l’àcid conjugat d’una base forta (NaOH), pràcticament no reacciona, mentre que l’ió acetat és la base conjugada d’un àcid feble i reacciona segons l’equilibri següent:


Per tant, el pH en el punt d’equivalència és bàsic.

10. Una dissolució d’àcid nítric de densitat desconeguda es dilueix 10 vegades. Una mostra de 20 cm3 d’aquest àcid di-luït necessita 22,8 cm3 d’una dissolució d’hidròxid de sodi de concentració 0,5 mol?dm23 per neutralitzar-se.

Calcula la concentració expressada en g?cm23 de la dissolu-ció d’àcid nítric inicial.


HNO3 1 NaOH � NaNO3 1 H2O

0,5 mol NaOH 1 mol HNO322,8 ? 1023 dm3 NaOH ? ——————— ? —————— 5 1 dm3 NaOH 1 mol NaOH

5 0,0114 mol HNO3

0,0114 mol HNO3 63 g HNO3[HNO3] 5 ————————— ? —————— 5 0,36 g?cm23

20 cm3/10 1 mol HNO3

11. Calcula els grams d’àcid clorhídric concentrat, d’un 36,2 % en massa, que són necessaris per neutralitzar una dissolu-ció que conté 1,25 g d’hidròxid de calci i 1,30 g d’hidròxid de potassi.

Les reaccions de neutralització són:

Ca(OH)2 1 2 HCl � CaCl2 1 2 H2O

KOH 1 HCl � KCl 1 H2O



[NH41] [OH2] x2

Kb 5 ——————— 5 ———— 5 1,8 ? 1025

[NH3] 0,5 2 x

x2 1 1,8 ? 1025 x 2 9 ? 1026 5 0

x 5 3 ? 1023

Com que la dissolució d’hidròxid de sodi té el mateix pH i l’hidròxid de sodi és una base forta (és a dir, es dissocia totalment):

NaOH � Na1 1 OH2

CI c — —CF — c c

La concentració és 3 ? 1023 M.

Dades: Kb (amoníac) 5 1,8 ? 1025; Ka (àcid acètic) 5 1,8 ? 1025

15. La constant d’acidesa de l’àcid fòrmic és 1,8 ? 1024.

a) Calcula el pH d’una dissolució 0,01 M.

Escrivim l’equilibri de dissociació de l’àcid fòrmic:

HCOOH 1 H2O � HCOO2 1 H3O1

CF 0,01 2 x x x


[HCOO2] [H3O1] x2

Ka 5 ———————— 5 ————— 5 1,8 ? 1024

[HCOOH] 0,01 2 x

x2 1 1,8 ? 1024 x 2 1,8 ? 1026 5 0

x 5 1,25 ? 1023

pH 5 2log [H3O1] 5 2log 1,25 ? 1023 5 2,90

b) Calcula el volum d’hidròxid de sodi 0,0025 M que cal per neutralitzar 10 cm3 de la solució anterior.

Escrivim la reacció de neutralització:

HCOOH 1 NaOH � HCOONa 1 H2O

Per estequiometria:

0,01 mol HCOOH 1 mol NaOH0,01 dm3 HCOOH ? ————————— ? ——————— ?

1 dm3 HCOOH 1 mol HCOOH

1 dm3 NaOH 1 000 cm3

? ————————— ? ————— 5 40 cm3 NaOH 0,0025 mol NaOH 1 dm3

16. Calcula:

a) El pH d’una dissolució 0,02 M d’àcid �uorhídric.

L’àcid �uorhídric és un àcid feble i reacciona segons l’equili-bri següent:

HF 1 H2O � F2 1 H3O1



Les dues solucions necessitaran la mateixa quantitat d’hi-dròxid de sodi, ja que l’estequiometria de les dues reaccions de neutralització és mol a mol i estan totalment desplaçades cap a productes.

HCNO 1 NaOH � NaCNO 1 H2O

HCN 1 NaOH � NaCN 1 H2O

Dades: Ka (HCNO) 5 2,2 ? 1024; Ka (HCN) 5 4,9 ? 10210

13. Una dissolució 0,1 M d’àcid �uorhídric té el mateix pH que una solució 8 ? 1023 M d’àcid nítric. Calcula el valor d’aquest pH i la Ka de l’àcid �uorhídric.

Calculem el pH de la dissolució d’àcid nítric:

HNO3 1 H2O � NO32 1 H3O1

CI 8 ? 1023 — —CF — 8 ? 1023 8 ? 1023

pH 5 2log [H3O1] 5 2log 8 ? 1023 5 2,10

L’àcid �uorhídric és un àcid feble i reacciona segons l’equilibri següent:

HF 1 H2O � F2 1 H3O1


A partir de l’expressió de la constant d’acidesa, i tenint en compte que el pH de les dues dissolucions és el mateix, i per tant també ho és la concentració d’ions hidroni, podem escriure:

[F2] [H3O1] x2 (8 ? 1023)2

Ka 5 —————— 5 ———— 5 ——————— 5 6,96 ? 1024

[HF] 0,1 2 x 0,1 2 8 ? 1023

14. a) Ordena, de més a menys forta, les espècies químiques següents segons el caràcter que tinguin com a base: amoníac, ió acetat, hidròxid de sodi.

Com més elevat és el valor de la constant de basicitat, més desplaçat cap a productes es troba l’equilibri i, per tant, més forta és la base. L’hidròxid de sodi és una base forta i es dissocia totalment. Calculem la Kb de l’ió acetat:

Ka ? Kb 5 10214

10214 10214

Kb 5 ——— 5 ————— 5 5,56 ? 10210

Ka 1,8 ? 1025

Així, doncs:

Kb (NaOH) . Kb (NH3) . Kb (CH3COO2)

b) Calcula la concentració d’una dissolució d’hidròxid de sodi que tingui el mateix pH que una dissolució d’amo-níac 0,5 mol?dm23.

L’equilibri de dissociació de l’amoníac és:

NH3 1 H2O � NH41 1 OH2


69QUÍMICA 2 06

Finalment calculem el pH:

pOH 5 2log [OH2] 5 2log 4,77 ? 1023 5 2,32

pH 5 14 2 pOH 5 11,68

b) Calcula la concentració d’una dissolució d’àcid acètic de pH 5 3.

L’àcid acètic és un àcid feble que reacciona segons l’equilibri següent:


CF c 2 x x x

Si el pH de la dissolució d’àcid acètic és 3, vol dir que la concentració d’ions hidroni és 1023.


[CH3COO2] [H3O1] x2 (1023)2

Ka 5 ————————— 5 ——— 5 ————— 5 [CH3COOH] c 2 x c 2 1023

5 1,8 ? 1025

1,8 ? 1025 c 5 1,018 ? 1026

c 5 0,057

La concentració d’àcid acètic és 0,057 M.

Dades: Kb (metilamina) 5 4,59 ? 1024; Ka (àcid acètic) 5 1,8 ? 1025

18. Dos �ascons A i B contenen 50 cm3 de dissolucions 0,1 M d’àcid �uorhídric i clorhídric, respectivament. Calcula:

a) El pH de les dues dissolucions.

L’àcid �uorhídric és un àcid feble i reacciona segons l’equili-bri següent:

HF 1 H2O � F2 1 H3O1

CF c 2 x x x

CF 0,1 2 x x x


[F2] [H3O1] x2

Ka 5 —————— 5 ———— 5 6,7 ? 1024

[HF] 0,1 2 x

x2 1 6,7 ? 1024 x 2 6,7 ? 1025 5 0

x 5 7,86 ? 1023

pH 5 2log [H3O1] 5 2log 7,86 ? 1023 5 2,10

L’àcid clorhídric és un àcid fort que es dissocia totalment:


CI 0,1 — —

CF — 0,1 0,1

pH 5 2log [H3O1] 5 2log 0,1 5 1

[F2] [H3O1] x2

Ka 5 —————— 5 ————— 5 6,7 ? 1024

[HF] 0,02 2 x

x2 1 6,7 ? 1024 x 2 1,34 ? 1025 5 0

x 5 3,34 ? 1023

pH 5 2log [H3O1] 5 2log 3,34 ? 1023 5 2,48

b) El pH d’una dissolució 0,02 M de �uorur de sodi.

El �uorur de sodi es dissocia totalment segons:

NaF � Na1 1 F2

CI 0,02 — —CF — 0,02 0,02

L’ió sodi és l’àcid conjugat d’una base forta (NaOH) i gairebé no reacciona. Però l’ió �uorur és la base conjugada d’un àcid feble i reacciona segons l’equilibri següent:

F2 1 H2O � FH 1 OH2


Hem de calcular Kb, ja que l’enunciat ens dóna Ka (HF):

Ka ? Kb 5 10214

10214 10214

Kb 5 ——— 5 ————— 5 1,5 ? 10211

Ka 6,7 ? 1024


[FH] [OH2] x2

Kb 5 —————— 5 ————— 5 1,5 ? 10211

[F2] 0,02 2 x

x2 1 1,5 ? 10211 x 2 3 ? 10213 5 0

x 5 5,48 ? 1027

Finalment:

pOH 5 2log [OH2] 5 2log 5,48 ? 1027 5 6,26

pH 5 14 2 pOH 5 7,74

Dades: Ka (HF) 5 6,7 ? 1024

17. a) Calcula el pH d’una dissolució 0,05 M de metilamina.

La metilamina és una base feble i reacciona segons l’equili-bri següent:

CH3NH2 1 H2O � CH3NH31 1 OH2



[CH3NH31] [OH2] x2

Kb 5 ————————— 5 ————— 5 4,59 ? 1024

[CH3NH2] 0,05 2 x

x2 1 4,59 ? 1024 x 2 2,295 ? 1025 5 0

x 5 4,77 ? 1023


Per tant, ja podem calcular la concentració d’ions hidròxid:

(0,002 1 0,006) mol OH2

[OH2] 5 ————————————— 5 (0,01 1 0,02 1 0,05) dm3

0,008 mol OH2

5 ———————— 5 0,1 M 0,08 dm3

pOH 5 2log [OH2] 5 2log 0,1 5 1

I la concentració d’ions sodi:

(0,002 1 0,01) mol Na1

[Na1] 5 ————————————— 5 (0,01 1 0,02 1 0,05) dm3

0,012 mol Na1

5 ——————— 5 0,15 M 0,08 dm3

20. Calcula el pH de les dissolucions resultants de mesclar:

a) 50 mL HCl 0,2 M amb 50 mL KOH 0,2 M.

Calculem els mols que tenim de HCl i KOH:

0,2 mol HCl0,05 dm3 ? —————— 5 0,01 mol HCl

1 dm3

0,2 mol KOH0,05 dm3 ? —————— 5 0,01 mol KOH

1 dm3


HCl 1 KOH � KCl 1 H2O

mols inicials 0,01 0,01 — —mols �nals — — 0,01 0,01

Estudiem la naturalesa de la sal resultant de la reacció de neutralització. L’ió K1 és l’àcid conjugat d’una base forta (KOH) i gairebé no reacciona. L’ió Cl2 és la base conjugada d’un àcid fort (HCl) i tampoc no reacciona. Per tant, el pH de la dissolució resultant és neutre (pH 5 7).

b) 50 mL HCl 0,2 M amb 50 mL NH3 0,2 M.

Calculem els mols que tenim de HCl i NH3:

0,2 mol HCl0,05 dm3 ? —————— 5 0,01 mol HCl

1 dm3

0,2 mol NH30,05 dm3 ? —————— 5 0,01 mol NH3 1 dm3


HCl 1 NH3 � NH4Cl

mols inicials 0,01 0,01 —mols �nals — — 0,01

Estudiem la naturalesa de la sal resultant de la reacció de neutralització:

NH4Cl � NH41 1 Cl2

mols inicials 0,01 — —mols �nals — 0,01 0,01

b) La massa d’hidròxid de potassi que es necessita per neu-tralitzar cada una de les dissolucions.

La massa d’hidròxid de potassi necessària per neutralitzar cadascuna de les dues dissolucions és la mateixa, ja que l’estequiometria de les dues reaccions de neutralització és mol a mol i estan totalment desplaçades cap a productes.

Escrivim les dues reaccions de neutralització:

HF 1 KOH � KF 1 H2O

HCl 1 KOH � KCl 1 H2O

Per estequiometria:

0,1 mol HCl 1 mol KOH 56 g KOH0,05 dm3 HCl ? —————— ? —————— ? —————— 5 1 dm3 HCl 1 mol HCl 1 mol KOH

5 0,28 g KOH

Dades: Ka (HF) 5 6,7 ? 1024

19. Es barregen 10 cm3 de NaOH de concentració 0,2 mol ? dm23 amb 20 cm3 de Ba(OH)2 0,15 mol ? dm23 i 50 cm3 de NaNO3 0,2 mol ? dm23. Calcula el pOH i la concentració d’ions sodi de la dissolució obtinguda.

0,2 mol NaOH0,01 dm3 ? ——————— 5 0,002 mol NaOH

1 dm3


NaOH � Na1 1 OH2

Mols inicials 0,002 — —

Mols �nals — 0,002 0,002

0,15 mol Ba(OH)20,02 dm3 ? ————————— 5 0,003 mol Ba(OH)2 1 dm3


Ba(OH)2 � Ba21 1 2 OH2

Mols inicials 0,003 — —

Mols �nals — 0,003 0,006

0,2 mol NaNO30,05 dm3 ? ———————— 5 0,01 mol NaNO3 1 dm3


NaNO3 � Na1 1 NO32

Mols inicials 0,01 — —Mols �nals — 0,01 0,01

L’ió sodi i l’ió bari pràcticament no reaccionen perquè són l’àcid conjugat de dues bases fortes (NaOH i Ba(OH)2). L’ió ni-trat és la base conjugada d’un àcid fort (HNO3) i tampoc no reacciona.

71QUÍMICA 2 06

Ara ja podem calcular la concentració de totes les espècies en dissolució:

0,05 mol 1 0,05 mol[Na1] 5 ——————————— 5 0,1 M

(0,5 1 0,5) dm3

0,05 mol[Cl2] 5 ———————— 5 0,05 M

(0,5 1 0,5) dm3

0,05 mol[OH2] 5 ———————— 5 0,05 M

(0,5 1 0,5) dm3

Per calcular la concentració d’ió hidroni apliquem l’expressió següent:

[H3O1] [OH2] 5 10214

10214 10214

[H3O1] 5 ——— 5 ——— 5 2 ? 10213 M [OH2] 0,05

pH 5 2log [H3O1] 5 2log 2 ? 10213 5 12,7

22. Calcula el pH de la dissolució obtinguda en mesclar en un recipient 250 cm3 d’una dissolució de NaOH 0,5 M amb 300 cm3 d’una dissolució d’àcid nítric 0,4 M.

Calculem els mols d’hidròxid de sodi i àcid nítric inicials:


1 dm3

0,4 mol HNO30,3 dm3 ? ——————— 5 0,12 mol HNO3 1 dm3

Escrivim la reacció de neutralització:


mols inicials 0,12 0,125 — —

mols �nals — 0,005 0,12 0,12

El nitrat de sodi és una sal neutra, ja que prové d’un àcid fort i una base forta.

L’hidròxid de sodi és una base forta i es dissocia totalment:

NaOH � Na1 1 OH2

mols inicials 0,005 — —

mols �nals — 0,005 0,005

Calculem la concentració d’ions hidròxid considerant volums additius: 0,005 mol

[OH2] 5 ————————— 5 9,1 ? 1023 M (0,25 1 0,3) dm3

Finalment:

pOH 5 2log [OH2] 5 2log 9,1 ? 1023 5 2,04

pH 5 14 2 pOH 5 11,96

L’ió clorur és la base conjugada d’un àcid fort (HCl) i gairebé no reacciona. Però l’ió amoni és l’àcid conjugat d’una base feble i reacciona segons l’equilibri següent:

NH41 1 H2O � NH3 1 H3O1

CF c 2 x x x

Calculem la concentració de l’ió amoni en la solució resultant:

0,01 mol[NH4

1] 5 ————————— 5 0,1 M (0,05 1 0,05) dm3

Com que l’enunciat ens dóna Kb de l’amoníac, hem de calcu-lar Ka de l’ió amoni:

Ka ? Kb 5 10214

10214 10214

Ka 5 ——— 5 ————— 5 5,56 ? 10210

Kb 1,8 ? 1025


[NH3] [H3O1] x2

Ka 5 ——————— 5 ———— 5 5,56 ? 10210

[NH41] 0,1 2 x

x2 1 5,56 ? 10210 x 2 5,56 ? 10211 5 0

x 5 7,46 ? 1026

Finalment, podem calcular el pH:

pH 5 2log [H3O1] 5 2log 7,46 ? 1026 5 5,13

Dades: Kb (NH3) 5 1,8 ? 1025

21. Hem preparat una dissolució mesclant 0,5 L de HCl(aq) 0,1 M amb 0,5 L de NaOH(aq) 0,2 M. Calcula, suposant que els vo-lums són additius, les concentracions de totes les espècies en la solució i el pH.

Calculem els mols de HCl i NaOH:

0,1 mol HCl0,5 dm3 ? —————— 5 0,05 mol HCl

1 dm3


1 dm3


HCl 1 NaOH � NaCl 1 H2O

mols inicials 0,05 0,1 — —mols �nals — 0,05 0,05 0,05


NaOH � Na1 1 OH2


El clorur de sodi es dissocia totalment segons:

NaCl � Na1 1 Cl2




C6H5COOH 1 NaOH � C6H5COONa 1 H2O

mols inicials 1,5 ? 1023 1,5 ? 1023 — —

mols �nals — — 1,5 ? 1023 1,5 ? 1023

El benzoat de sodi és una sal de caràcter bàsic, ja que prové d’un àcid feble i una base forta.

Calculem la concentració d’ions benzoat considerant volums additius: 1,5 ? 1023 mol

[C6H5COO2] 5 —————————— 5 0,05 M (0,015 1 0,015) dm3

L’ió benzoat reacciona segons:

C6H5COO2 1 H2O � C6H5COOH 1 OH2

CF 0,05 2 x x x

Hem de calcular Kb, ja que l’enunciat ens dóna Ka (C6H5COOH):

Ka ? Kb 5 10214

10214 10214

Kb 5 ——— 5 ————— 5 1,54 ? 10210

Ka 6,5 ? 1025


[C6H5COOH] [OH2] x2

Kb 5 ————————— 5 ————— 5 1,54 ? 10210

[CH3COO2] 0,05 2 x

x2 1 1,54 ? 10210 x 2 7,7 ? 10212 5 0

x 5 2,77 ? 1026

Finalment:

pOH 5 2log [OH2] 5 2log 2,77 ? 1026 5 5,56

pH 5 14 2 pOH 5 8,44

Dades: Ka (àcid benzoic) 5 6,5 ? 1025

24. Es mesclen volums iguals d’àcid hipoclorós 0,02 M i d’hidrò-xid de potassi de la mateixa concentració. Justi�ca si la solució que en resulta és àcida, bàsica o neutra, i calcula’n el pH.

Dades: Ka (àcid hipoclorós) 5 3 ? 1028

La solució que en resulta és bàsica, ja que l’anió hipoclorit és la base conjugada d’un àcid feble.

HClO 1 KOH � KClO 1 H2O

L’hipoclorit de sodi es dissocia totalment segons:

KClO � K1 1 ClO2

L’ió hipoclorit reacciona segons:


CF 0,01 2 x x x

23. Calcula el pH de la solució que s’obté en afegir 15 mL de NaOH(aq) 0,1 M a:

a) 15 mL d’àcid clorhídric 0,1 M

Calculem els mols de HCl i NaOH:

0,1 mol HCl0,015 dm3 ? —————— 5 1,5 ? 1023 mol HCl

1 dm3

0,01 mol NaOH0,015 dm3 ? ——————— 5 1,5 ? 1023 mol NaOH

1 dm3


HCl 1 NaOH � NaCl 1 H2O

mols inicials 1,5 ? 1023 1,5 ? 1023 — —

mols �nals — — 1,5 ? 1023 1,5 ? 1023

El clorur de sodi es dissocia totalment segons:

NaCl � Na1 1 Cl2

Com que el NaCl és una sal resultant d’un àcid fort i una base forta, és una sal neutra i el pH és 7.

b) 10 mL d’àcid nítric 0,1 M

Calculem els mols de HNO3:

0,1 mol HNO30,010 dm3 ? ——————— 5 1 ? 1023 mol HNO3 1 dm3



mols inicials 1 ? 1023 1,5 ? 1023 — —

mols �nals — 5 ? 1024 1 ? 1023 1 ? 1023

El nitrat de sodi és una sal neutra, ja que prové d’un àcid fort i una base forta.


NaOH � Na1 1 OH2

mols inicials 5 ? 1024 — —

mols �nals — 5 ? 1024 5 ? 1024

Calculem la concentració d’ions hidròxid considerant volums additius: 5 ? 1024 mol

[OH2] 5 —————————— 5 0,02 M (0,015 1 0,01) dm3

Finalment:

pOH 5 2log [OH2] 5 2log 0,02 5 1,70

pH 5 14 2 pOH 5 12,30

c) 15 mL d’àcid benzoic 0,1 M

Calculem els mols d’àcid benzoic:

0,1 mol C6H5COOH0,015 dm3 ? ————————— 5

1 dm3

5 1,5 ? 1023 mol C6H5COOH

73QUÍMICA 2 06

b) Indica, raonadament, com seria el pH en el punt d’equi-valència segons l’àcid utilitzat.

Si utilitzem l’àcid clorhídric com a agent neutralitzant, el pH de la dissolució és neutre, ja que la sal resultant és de ca-ràcter neutre (prové d’un àcid fort i una base forta).

Si fem servir àcid �uorhídric com a neutralitzant, el pH de la dissolució és bàsic, ja que la sal resultant és de caràcter bàsic (prové d’un àcid feble i una base forta):

F2 1 H2O � FH 1 OH2

Dades: Ka (HF) 5 6,7 ? 1024

27. Representa la corba de valoració de 20 mL d’àcid nítric 0,17 M amb una dissolució de KOH també 0,17 M.

0

2

4

6

8

10

12

14

0 5 10 15 20 25 30 35

Volum KOH (mL) 0,17 M

pH

Corba valoració HNO3/KOH

28. Es valoren 20 mL d’una solució d’amoníac NH3 amb una dissolució d’àcid clorhídric 0,15 M i la corba de valoració obtinguda és la que es representa en la �gura 6.11.

0

2

4

6

8

10

12

14

0 10 20 30 40 50 60 70Volum de NaOH(mL)

pH

adsf

0

2

4

6

8

10

12

14

0 10 20 30 40 50

Volum àcid HCl 0,15 M (mL)

pHCorba valoració NH3/HCl

a) Observa la corba de valoració i indica el pH inicial de la solució d’amoníac.

El pH inicial és d’11,32.

b) Raona el pH en el punt d’equivalència.

En el punt d’equivalència, el pH val 5,77 —té caràcter àcid— i és el punt d’in�exió de la grà�ca. En aquest punt, la reacció de neutralització és completa i, per tant, el pH és determinat per la hidròlisi de la sal:

NH3 1 HCl � NH4Cl 1 H2O

NH41 1 H2O � NH3 1 H3O1

Hem de calcular Kb, ja que l’enunciat ens dóna Ka (HClO):

Ka ? Kb 5 10214

10214 10214

Kb 5 ——— 5 ————— 5 3,33 ? 1027

Ka 3 ? 1028


[HClO] [OH2] x2

Kb 5 ——————— 5 ————— 5 3,33 ? 1027

[ClO2] 0,01 2 x

x2 1 3,33 ? 1027 x 2 3,33 ? 1029 5 0

x 5 5,75 ? 1025

Finalment:

pOH 5 2log [OH2] 5 2log 5,75 ? 1025 5 4,24

pH 5 14 2 pOH 5 9,76

25. Calcula el pH de la dissolució que resulta de mesclar volums iguals de dues dissolucions, una d’àcid clorhídric 0,2 M i una altra d’àcid nítric, també 0,2 M.

Ambdós àcids són forts i es dissocien totalment:


CI 0,2 — —CF — 0,2 0,2

HNO3 1 H2O � NO32 1 H3O1

CI 0,2 — —CF — 0,2 0,2

Calculem el nombre de mols d’ió hidroni de cada reacció:

0,2 mol H3O1

x dm3 ? ——————— 5 0,2 x mol H3O1

1 dm3

Calculem la concentració d’ions hidroni considerant volums ad-ditius: 0,4 x mol 0,4 x mol

[H3O1] 5 —————— 5 ————— 5 0,2 M (x 1 x) dm3 2 x dm3

Finalment:

pH 5 2log [H3O1] 5 2log 0,2 5 0,7

26. Es volen neutralitzar 10 g d’hidròxid de sodi. Es disposa de dues dissolucions: una d’àcid clorhídric 0,1 M i una altra d’àcid �uorhídric 0,1 M.

a) En quin cas necessitaríem més volum de dissolució àcida per a la neutralització?

El volum necessari per neutralitzar les dues dissolucions és el mateix, ja que l’estequiometria de les dues reaccions de neutralització és mol a mol i estan totalment desplaçades cap a productes.

HCl 1 NaOH � NaCl 1 H2OHF 1 NaOH � NaF 1 H2O


pH

Vbase (mL)

14

9

7

2

50

1 pH

Vbase (mL)

14

9

7

2

50

2

pH

Vbase (mL)

14

9

7

5

2

50

3 pH

Vbase (mL)

14

9

7

5

2

50

4

c) Justi�queu el pH en el punt d’equivalència.

HF(aq) 1 NaOH(aq) � H2O(l) 1 NaF(aq)

La grà�ca 2 correspon a la neutralització d’un àcid feble amb base forta, ja que el pH inicial és més elevat i el canvi de pH és menys brusc.

El pH en el punt d’equivalència és bàsic.

HCl(aq) 1 NaOH(aq) � H2O(l) 1 NaCl(aq)

La grà�ca 1 correspon a la neutralització d’un àcid fort amb base forta. El pH en el punt d’equivalència neutre.

HClO4(aq) 1 NH3(aq) � NH4ClO4(aq)

La grà�ca 3 correspon a la neutralització d’un àcid fort amb base feble, ja que inicialment tenim pH bàsics però menors que si fos una base forta. El canvi de pH també és menys brusc.

El pH en el punt d’equivalència és àcid.

HClO4(aq) 1 KOH(aq) � H2O(l) 1 KClO4(aq)

La grà�ca 4 correspon a la neutralització d’un àcid fort amb base forta. El pH en el punt d’equivalència és neutre.


1. [Curs 10-11] L’acidesa del vinagre prové del contingut que té en àcid etanoic, habitualment anomenat àcid acètic, la concentració del qual es pot determinar mitjançant una valoració amb hidròxid de sodi.

a) Escriviu l’equació de la reacció de valoració. Calculeu la concentració d’àcid acètic en el vinagre, expressada en mol?L21, tenint en compte que en la valoració de 10,00 mL d’un vinagre comercial calen 22,50 mL d’una solució d’hidròxid de sodi 0,4120 M per arribar al punt �nal.

Formulació: àcid etanoic (àcid acètic): CH3COOH

Hidròxid de sodi: NaOH

Reacció de valoració:

CH3COOH 1 NaOH � H2O 1 CH3COO2 1 Na1

També es pot posar:

CH3COOH 1 NaOH � H2O 1 CH3COONa

c) Calcula la concentració de la dissolució d’amoníac.

En el punt d’equivalència, s’han afegit 33,33 mL de HCl 0,15 M. 0,15 mol HCl

33,33 ? 1023 dm3 HCl ? ——————— ? 1 dm3 HCl

1 mol NH3 1? —————— ? ——————— 5 0,25 M

1 mol HCl 0,02 dm3 NH3

29. En el laboratori disposem de dissolucions de HF, HCl, NH3 i KOH totes de la mateixa concentració. Tant el HCl com el HF es valoren amb una dissolució 0,2 M de NaOH, mentre que les dissolucions de NH3 i de KOH es valoren amb HClO4.

a) Escriviu les reaccions de neutralització.

Veure l’apartat c).

b) Determineu com serien les corbes de valoració del HF valorat amb NaOH i del KOH valorat amb HClO4.

pH

Vbase (mL)

14

9

7

2

50

1 pH

Vbase (mL)

14

9

7

2

50

2

pH

Vbase (mL)

14

9

7

5

2

50

3 pH

Vbase (mL)

14

9

7

5

2

50

4pH

Vbase (mL)

14

9

7

2

50

1 pH

Vbase (mL)

14

9

7

2

50

2

pH

Vbase (mL)

14

9

7

5

2

50

3 pH

Vbase (mL)

14

9

7

5

2

50

4

pH

Vbase (mL)

14

9

7

2

50

1 pH

Vbase (mL)

14

9

7

2

50

2

pH

Vbase (mL)

14

9

7

5

2

50

3 pH

Vbase (mL)

14

9

7

5

2

50

4

75QUÍMICA 2 06

vinagre i indicador

NaOH de concentracióconeguda

2. [Curs 09-10] Hem realitzat al laboratori la valoració d’una solució de HCl 0,10 M amb una solució de NaOH 0,10 M, a 25 °C, i s’ha enregistrat la corba de valoració que es repre-senta a la següent �gura.

14

12

10

8

6

4

2

00 10 20 30 40

pH

V / ml de NaOH

Fig. 6.3. Corba de valoració de HCl 0,10 M amb NaOH 0,10 M.

a) Escriviu l’equació de la reacció de valoració. Deduïu de la �gura, tot explicant la deducció, quin és el volum de NaOH i el pH en el punt d’equivalència. Si al labora-tori es disposa dels indicadors que es relacionen a la taula, raoneu quin escolliríeu per detectar el punt �nal d’aquesta valoració.

Indicador Interval de viratge (pH)

Canvi de color

Vermell de cresol 0,2 - 1,8 vermell - groc

Verd de bromocresol 3,8 - 5,4 groc - blau

Blau de bromotimol 6,0 - 7,6 groc - blau

Groc d’alizarina R 10,1 - 12,0 groc - taronja

Taula 6.7. Indicadors àcid-base.

O també:

CH3COOH 1 OH2 � H2O 1 CH3COO2

A partir de la reacció igualada (estequiometria 1 a 1):

NaOH V 5 22,50 mL 5 0,02250 L

(0,02250 L) ? (0,4120 mol/L) 5 0,00927 mol NaOH

mol de NaOH gastats 5

5 mol inicials CH3COOH 5 0,00927 mol CH3COOH

Vinagre 10 mL 5 0,010 L

0,00927 molConcentració de CH3COOH 5 ——————— 0,010 L

[CH3COOH] 5 0,927 mol?L21

b) Expliqueu el procediment experimental que seguiríeu al laboratori per dur a terme aquesta valoració, i indiqueu el material i els reactius que utilitzaríeu.

Material i reactius:

— Bureta (de 25 mL o 50 mL), amb un peu i pinça per subjectar-la.

— Pipeta amb pera d’aspiració (pipeta de 10 mL).

— Erlenmeyer.

— Solució aquosa d’hidròxid de sodi, de concentració co-neguda (0,4120 M).

— Indicador àcid-base que viri a la zona de pH bàsic (fe-nolftaleïna, per exemple).

— Vinagre (mostra per valorar).

Procediment:

— S’omple la bureta amb la solució aquosa de NaOH, evi-tant que es formin bombolles d’aire a dins, i s’enrasa el volum de NaOH de la bureta (a zero o a un altre volum).

— Amb la pipeta aforada (i la pera) agafem 10 mL de vina-gre i els transvasem a l’Erlenmeyer. Es pot afegir una mica d’aigua destil·lada per rentar les parets de l’Erlen-meyer.

— Afegim 2-3 gotes de l’indicador àcid-base a l’Erlen-meyer.

— Obrim la clau de la bureta i anem afegint NaOH, tot agitant contínuament l’Erlenmeyer, �ns a observar un canvi de color de la solució (per exemple d’incolor a ro-sat, si emprem fenolftaleïna).

— Tanquem la clau de la bureta i anotem el volum consu-mit de NaOH.


Reacció de valoració:


Dibuix aproximat de la corba de valoració:

pH

Volum de NaOH (mL)

punt d’equivalència

El pH del punt d’equivalència de la valoració és 7,0; en aquest punt tenim aigua i NaCl (aquesta sal és neutra, ja que els ions sodi i clorur no actuen ni d’àcid ni de base).

També poden raonar que el pH és 7,0, ja que la sal que es forma (NaCl) prové d’un àcid fort (HCl) i una base forta (NaOH).

4. Les dues grà�ques següents mostren la valoració de l’àcid clorhídric amb les bases: Ca(OH)2 i KOH de la mateixa con-centració:

14

12

10

8

6

4

2

00 5 10 15 20 25

pH

mL base afegits

Valoració HCl 0,25 M

14

12

10

8

6

4

2

00 5 10 15 20 25

pH

mL base afegits

Valoració HCl 0,25 M

Serie 1

a) Escriviu les reaccions que es produeixen.


2 HCl(aq) 1 Ca(OH)2(aq) � 2 H2O(l) 1 CaCl2(aq)


El volum afegit en el punt d’equivalència és de 20 mL.

El pH en el punt d’equivalència, a 25 °C, serà 7,0 (solució neutra), ja que en aquest punt els reactius han reaccionat totalment i els productes que es formen són aigua i clorur de sodi; aquest compost és una sal neutra, ja que els seus ions no reaccionen amb aigua. L’indicador escollit és el blau de bromo timol.

b) Justi�queu si el volum de NaOH i el pH del punt d’equi-valència canviarien si valorem la mateixa solució de HCl 0,10 M amb una solució de NaOH 0,05 M.

L’estequiometria de la reacció és mol a mol. Per tant, es mo-di�caria el volum de NaoH que afegiríem, que seria el doble, ja que la concentració hauria disminuït a la meitat. El pH en el punt d’equivalència no es modi�caria, ja que es forma la mateixa sal.

3. [Curs 09-10] Volem obtenir la corba de valoració de 25 mL d’una solució aquosa d’àcid clorhídric 0,500 M amb una so-lució aquosa d’hidròxid de sodi 0,500 M.

a) Expliqueu el procediment experimental que seguiríeu al laboratori i indiqueu el material que faríeu servir per obtenir la corba de valoració.


— En un vas de precipitat hi transvasaríem quantitativa-ment 25 mL de solució de HCl 0,500 M amb l’ajut d’una pipeta i una pera.

— En una bureta hi posaríem la solució de NaOH 0,500 M i enrasaríem a un determinat volum (per exemple zero), procurant que a la bureta no hi quedi cap bombolla d’aire.

— En el vas on hi ha el HCl hi col·locaríem un elèctrode de vidre connectat a un pHmetre (o un sensor que permeti fer una mesura proporcional al pH). Mesuraríem el pH inicial (per a un volum de NaOH igual a 0 mL).

— Afegiríem un volum determinat de NaOH (cal mesu-rar-lo) i anotaríem el pH de la solució. Això ho repeti-ríem per tenir el pH per a diferents volums de NaOH.

— Es representen els valors experimentals del pH en funció del volum de NaOH i s’obté la corba de valoració.

Material:

— Vas de precipitats

— Pipeta i pera

— Bureta

— Elèctrode de vidre i pHmetre o sensor per mesurar pH

— Solucions de HCl i NaOH 0,500 M

b) Escriviu la reacció de valoració, feu un dibuix aproximat de la corba de valoració i assenyaleu-hi el punt d’equi-valència. Raoneu quin pH tindrà la valoració en aquest punt a 25 °C.

77QUÍMICA 2 06

c) 0,72 mol ? dm23

d) 4,10 mol ? dm23


5. Si Kb (NH3) 5 1,8 ? 1025, quin és el pH d’una dissolució 0,7 M de NH4NO3?

a) 1,9

b) 4,2

c) 4,7

d) 6,2


6. L’àcid fumàric o àcid trans-butendioic, C4H4O4, es troba en alguns fongs i plantes i és emprat en la conservació d’ali-ments per la seva acció antimicrobiana. Si volem neutralit-zar 250 mL d’una dissolució 0,14 M d’aquest àcid dipròtic, quin volum de NaOH 0,5 M es necessita?

a) 12 mL

b) 140 mL

c) 32 mL

d) 2 mL


7. Quin és el pH d’una dissolució reguladora formada per 0,3 M d’àcid acètic i 0,4 M d’acetat de potassi?

Dades: Ka 5 1,8 ? 1025

a) 3,35

b) 2,95

c) 4,87

d) 3,14


8. El pH que resulta de mesclar 225 cm3 d’una dissolució d’àcid nítric 0,25 M i 150 cm3 d’una dissolució d’hidròxid de calci 0,35 M és:

a) 13,11

b) 6,02

c) 3,2

d) 2,42


b) Determineu quina grà�ca correspon a cada base i quin és el pH en el punt d’equivalència de cadascuna.

La grà�ca 1 correspon a la neutralització amb Ca(OH)2, ja que necessita la meitat de volum per neutralitzar l’àcid clorhídric.

Quimitest

1. Quina de les sals següents donarà un pH bàsic en disso-lució?

a) NH4Br

b) Ca(ClO4)2

c) Na3PO4

d) NH4NO3


2. Quin és el pH que resulta en mesclar 20 cm3 d’una dissolu-ció d’àcid clorhídric 0,16 M i 15 cm3 d’una dissolució d’amo-níac 0,35 M? Kb (NH3) 5 1,8 ? 1025

a) 10,32

b) 5,35

c) 8,12

d) 9,06


3. El punt d’equivalència d’una valoració de l’àcid nitrós amb l’hidròxid de potassi està situat en:

a) pH bàsic.

b) pH neutre.

c) pH àcid.

d) En ser un àcid dipròtic té dos punts d’equivalència, un àcid i l’altre bàsic.


4. Les cèl.lules del pèl de les cabres sintetitzen àcid hexanoic, que és la substància responsable de la mala olor que fan. Si per neutralitzar 10 mL d’àcid hexanoic hem necessitat 3 cm3 de dissolució de Ca(OH)2 del 35 % en massa i de den-sitat 1,02 g/cm3, quina és la concentració inicial de l’àcid?

a) 2,9 mol ? dm23

b) 1,36 mol ? dm23


j Unitat 7. Equilibris iònics heterogenis

Activitats

1. Hi ha maneres de separar els sulfats d’estronci i de bari, com per exemple per dissolucions selectives. Escriu la fór-mula del producte de solubilitat de les dues substàncies precipitades.

SrSO4(s) � Sr21(aq) 1 SO4

22(aq)

Ks 5 [Sr21][SO422]

BaSO4(s) � Ba21(aq) 1 SO4

22(aq)

Ks 5 [Ba21][SO422]

2. A una aigua calcària s’hi ha afegit �uorurs en abundància per ajudar a prevenir les càries dentals. Quina és l’expressió de la constant de solubilitat del �uorur que precipita?

Precipita el CaF2 i el seu producte de solubilitat és:

CaF2(s) � Ca21(aq) 1 2 F2

(aq)

Ks 5 [Ca21] [F2]2

3. Les anomenades pedres al ronyó són sals insolubles de fos-fat de calci o d’oxalat de calci que es formen en aquest òrgan. Si la solubilitat de l’oxalat de calci, Ca(C2O4), és 4,47 ? 1025 M, quin és el producte de solubilitat correspo-nent?

Escrivim l’equilibri de l’oxalat de calci:

CaC2O4(s) � Ca21(aq) 1 C2O4

22(aq)

C equilibri s s

Ks 5 [Ca21] [C2O422] 5 s ? s 5 s2 5 (4,47 ? 1025)2 5 2 ? 1029

4. L’hidròxid d’estany és molt insoluble, només se’n dissolen 2,6 ? 1028 g per cada 100 mL d’aigua. Quin és el seu produc-te de solubilitat?

Per a l’hidròxid d’estany, l’equilibri és:

Sn(OH)2(s) � Sn21(aq) 1 2 OH2

(aq)

C equilibri s 2 s

I l’expressió del producte de solubilitat és:

Ks 5 [Sn21] [OH2]2 5 s (2 s)2 5 4 s3

2,6 ? 1028 g Sn(OH)2 1 000 cm3 1 mol Sn(OH)2s 5 ——————————— ? ————— ? ———————— 5 100 cm3 1 dm3 152 g Sn(OH)2

5 1,71 ? 1029 mol?dm23

Substituint en l’expressió del producte de solubilitat:

Ks 5 4 ? (1,71 ? 1029)3 5 2 ? 10226

5. En l’època del rei Alexandre el Gran eren freqüents les infec-cions per microorganismes que provocaven ma lalties intesti-nals. Es va comprovar, però, que la gent que solia beure amb vasos d’argent no era tan propensa a aquestes infeccions. Actualment sabem que la poca quantitat d’argent solubilit-zada en el líquid de la copa donava lloc a una substància que els immu nitzava d’aquest tipus d’infeccions. Calcula els grams d’argent que hi ha en 250 mL d’una dissolució de clo-rur d’argent.

Dades: Ks (AgCl) 5 1,8 ? 10210

Podem establir l’equilibri següent:

AgCl(s) � Ag1(aq) 1 Cl2(aq)

C equilibri s s

Per tant:

Ks 5 [Ag1] [Cl2] 5 s ? s 5 s2 5 1,8 ? 10210

s 5 1,8 ? 10210 5 1,34 ? 1025 mol?dm23

1,34 ? 1025 mol AgCl 143,5 g AgCl——————————— ? ——————— ? 0,25 dm3 5 1 dm3 1 mol AgCl

5 4,8 ? 1024 g AgCl

6. En alguns països s’afegeixen �uorurs a les aigües com a me-sura per prevenir les càries dentals. Si la concentració de �uorur en una aigua és de 0,005 g/L i l’aigua conté calç amb una proporció de 0,002 g/L, precipitarà �uorur de calci?

Dades: Ks (CaF2) 5 3,7 ? 10211

Per al �uorur de calci, l’equilibri és:

CaF2(s) � Ca21(aq) 1 2 F2

(aq)


Ks 5 [Ca21] [F2]2

En el cas que Q . Ks, es forma precipitat. En cas contrari, la concentració dels ions no és su�cient perquè es formi precipi-tat. Calculem la concentració d’ions �uorur i d’ions calci:

0,005 g F2 1 mol F2

[F2] 5 —————— ? ————— 5 2,63 ? 1024 M 1 dm3 19 g F2

0,002 g Ca21 1 mol Ca21

[Ca21] 5 ——————— ? ——————— 5 4,99 ? 1025 M 1 dm3 40,08 g Ca21

Calculem el valor de Q:

Q 5 [Ca21] [F2]2 5 (4,99 ? 1025) (2,63 ? 1024)2 5 3,45 ? 10212

Com que Q (3,45 ? 10212) , Ks (3,7 ? 10211) no es forma preci-pitat.

7. El producte de solubilitat del iodur de plom és 6,5 ? 1029. Si a la dissolució hi ha KI amb una concentració 0,1 M, quina és la solubilitat de l’ió plom?

Per al iodur de plom, l’equilibri és:

PbI2(s) � Pb21(aq) 1 2 I2

(aq)

dlllllllllllllllllllllllllllll

79QUÍMICA 2 07

Per tant, la concentració d’ió sulfat a partir de la qual comença-rà a precipitar sulfat de calci és:

1025

[SO422] 5 ——— 5 1023 mol?dm23

0,01

Per al sulfat de bari, l’equilibri és:


22(aq)

I l’expressió del producte de solubilitat:

Ks 5 [Ba21] [SO422] 5 10210

Per tant, la concentració d’ió sulfat a partir de la qual comença-rà a precipitar sulfat de bari és:

10210

[SO422] 5 ——— 5 1028 mol?dm23

0,01

Concloem que precipitarà abans el sulfat de bari, ja que neces-sita menys concentració de sulfats per precipitar.

10. Si barregem FeCl3 amb una dissolució de NaOH, quin preci-pitat s’obtindrà? Com es pot redissoldre aquest precipitat?

S’obté hidròxid de ferro(III), Fe(OH)3.

Escrivim l’equilibri de l’hidròxid de ferro(III):

Fe(OH)3(s) � 3 Fe31(aq) 1 OH2

(aq)

Si hi afegim una dissolució de HCl, el precipitat es redissol, perquè es forma aigua i, per tant, l’equilibri es desplaça cap a la formació de productes.

11. Per un error en un procés s’ha produït una mescla de pre-cipitats de clorur de plom i clorur de plata. Com es poden separar?

Una possibilitat és afegir-hi amoníac, que provoca que es redis-solgui el clorur de plata per la formació del complex diammi-naplata(I), [Ag(NH3)2]1.

12. Quins dels precipitats següents es redissoldran en presèn-cia de medi àcid?

BaCO3 BaSO4 BiPO4

CaCO3 Be(OH)2 CaCrO4

CrCO3 ZnCO3 Mg(OH)2

Es redissolen els carbonats i els hidròxids: BaCO3, CaCO3, CrCO3, ZnCO3, Be(OH)2 i Mg(OH)2.

Activitats finals

1. El rovell que afecta els materials de ferro es pot considerar que és una barreja d’òxids que a vegades es representa amb la fórmula Fe3O4(s). Si considerem l’equilibri heterogeni:

Fe3O4(s) 1 CO(g) � 3 FeO(s) 1 CO2(g)

com l’afectaria un augment de la pressió?

Un augment de la pressió no afecta l’equilibri, ja que no hi ha variació en el nombre de mols gasosos.


Ks 5 [Pb21] [I2]2 5 6,5 ? 1029

Si sabem que [I2] 5 O,1 mol ? dm23, aleshores:

6,5 ? 1029

[Pb21] 5 ————— 5 6,5 ? 1027 mol?dm23

0,12

8. La presència de Pb21 a l’organisme és nociva per a la salut, perquè di�culta la generació d’hemoglobina. Per tal d’elimi-nar l’ió plom en unes aigües de consum s’hi afegeixen clorurs (es produeix PbCl2; Ks 5 1,7 ? 1025). Si hi afegim 100 mL d’una dissolució de sulfat de sodi 0,2 M, reduïm la presència de Pb21 en dissolució?

Dades: Ks (PbSO4) 5 2,3 ? 1028

L’equilibri heterogeni del clorur de plom(II) és:

PbCl2(s) � Pb21(aq) 1 2 Cl2(aq)

L’expressió de la constant d’equilibri és:

kp 5 [Pb21] [Cl2]2 5 1,7 ? 1025

kp 5 s (2 s)2 5 4 s3 5 1,7 ? 1025

s 5 1,62 ? 1022 mol/L

Hi afegim Na2SO4, que es dissocia totalment en:

Na2SO4(aq) � 2 Na1(aq) 1 SO4

22(aq)

Els ions sulfat formen un compost insoluble amb l’ió plom(II):

PbSO4(s) � Pb21(aq) 1 SO4

22(aq)

Si afegim 100 mL de Na2SO4 0,2 M, la concentració d’ió sulfat és:

1 L 0,2 mol Na2SO4 1 mol SO422

100 mL Na2SO4 ? ————— ? ———————— ? ——————— 5 1 000 mL 1 L 1 mol Na2SO4

5 0,02 M SO422

Per l’efecte de l’ió comú, hauria de disminuir la concentració de l’ió plom(II). Comprovem-ho:

kps 5 [Pb21] [SO422]

2,3 ? 1028 5 [Pb21] ? 0,02 � [Pb21] 5 1,5 ? 1026

Com que la concentració d’ions Pb(II) que aporta el Na2SO4 és molt inferior a la solubilitat del PbCl2, no reduïm la presència de Pb21 a l’organisme:

1,5 ? 1026 ,, 1,62 ? 1022

9. Una dissolució conté 0,01 M d’ió calci i 0,01 M d’ió bari. Si s’hi afegeix pro gressivament sulfat de sodi, quin sulfat pre-cipitarà abans, el de bari o el de calci?

Dades: Ks (CaSO4) 5 1,0 ? 1025; Ks (BaSO4) 5 1,0 ? 10210

Per al sulfat de calci, l’equilibri és:

CaSO4(s) � Ca21(aq) 1 SO4

22(aq)

I l’expressió del producte de solubilitat:

Ks 5 [Ca21] [SO422] 5 1025


A continuació escrivim les dues reaccions de precipitació que es produeixen alhora:

Ag2CrO4(s) � 2 Ag1(aq) 1 CrO4

22(aq)

x mol 2 x mol x mol


y mol y mol y mol

Com que coneixem els mols inicials d’ions Ag1 i en l’enunciat se’ns diu que quan es forma el precipitat, no en queda, podem escriure que:

2 x 1 y 5 4 ? 1023 mol Ag1

Sabem que s’obtenen 0,6186 g de precipitat. Per estequiometria:

332 g Ag2CrO4 143,5 g AgClx mol Ag2CrO4 ? ——————— 1 y mol AgCl ? ——————— 5 1 mol Ag2CrO4 1 mol AgCl

5 0,6186 g

Plantegem el sistema d’equacions següent i el resolem:

rwq

2 x 1 y 5 4 ? 1023

332 x 1 143,5 y 5 0,6186

Finalment, trobem les concentracions inicials d’ions cromat i clorur:

x 5 9,91 ? 1024 mol CrO422

y 5 2,02 ? 1023 mol Cl2

6. A 80 mL de dissolució 0,05 M de cromat de potassi, s’hi afegeixen 20 mL d’una dissolució 0,01 M de nitrat de plata. Explica raonadament si precipitarà cromat de plata o no en barrejar les dues dissolucions.

Dades: A 25 °C, Ks (cromat de plata) 5 1,8 ? 10212

Calculem els mols d’ions cromat i plata:

1 dm3 0,05 mol K2CrO4 1 mol CrO422

80 cm3 K2CrO4 ? ————— ? ———————— ? —————— 5 1 000 cm3 1 dm3 1 mol K2CrO4

5 4 ? 1023 mol CrO422

1 dm3 0,01 mol AgNO3 1 mol Ag1

20 cm3 AgNO3 ? ————— ? ———————— ? —————— 5 1 000 cm3 1 dm3 1 mol AgNO3

5 2 ? 1024 mol Ag1

Tot seguit calculem les concentracions respectives:

4 ? 1023 mol CrO422 1 000 cm3

[CrO422] 5 —————————— ? ————— 5 0,04 M

(80 cm3 1 20 cm3) 1 dm3

2 ? 1024 mol Ag1 1 000 cm3

[Ag1] 5 —————————— ? ————— 5 2 ? 1023 M (80 cm3 1 20 cm3) 1 dm3

Escrivim la reacció de precipitació del cromat de plata:


22(aq)

Ks [Ag2CrO4] 5 [Ag1]2 [CrO422] 5 1,8 ? 10212

Q 5 [Ag1]2 [CrO422] 5 (2 ? 1023)2 ? 0,04 5 1,6 ? 1027

2. a) L’espat de �uor és el �uorur de calci, que s’utilitza a la metal.lúrgia com a fundent, és a dir, una sal que rebaixa el punt de fusió dels metalls. Aquesta sal és molt poc soluble. Escriu l’expressió del producte de solubilitat.

Ks (CaF2) 5 [Ca21] [F2]2

b) Els càlculs renals són majoritàriament de fosfat de calci. Escriu l’expressió del producte de solubilitat.

Ks [Ca3(PO4)2] 5 [Ca21]3 [PO432]2

3. Té sentit parlar d’una Ks 5 4 ? 1013?

No, ja que té un valor molt elevat, cosa que representa que el sòlid està molt dissociat en els ions respectius en dissolució i, per tant, és molt soluble.

4. Escriu l’expressió del producte de solubilitat del carbonat de plata i del carbonat de coure(II), i indica, després de fer els càlculs corresponents, quin dels dos productes és més soluble en aigua a 25 °C.

Dades: A 25 °C, Ks (carbonat de plata) 5 6 ? 10212; Ks (carbonat de coure(II)) 5 2 ? 10210

Ks [Ag2CO3] 5 [Ag1]2 [CO322]

Ks [CuCO3] 5 [Cu21] [CO322]

Ag2CO3(s) � 2 Ag1(aq) 1 CO3

22(aq)

s 2 s s

Ks [Ag2CO3] 5 [Ag1]2 [CO322] 5 (2 s)2 ? s 5 4 s3

6 ? 10212 5 4 s3

6 ? 10212

s 5 ————— 5 1,14 ? 1024 mol?dm23

4

CuCO3(s) � Cu21(aq) 1 CO3

22(aq)

s s s

Ks [CuCO3] 5 [Cu21] [CO322] 5 s ? s 5 s2

2 ? 10210 5 s2

s 5 2 ? 10210 5 1,41 ? 1025 mol?dm23

El producte més soluble és el carbonat de plata, ja que la solu-bilitat és més gran.

5. A una dissolució que conté ions cromat i ions clorur s’hi afegeixen 40 mL d’una dissolució de nitrat de plata 0,1 M. Pràcticament tot l’ió cromat precipita en forma de cromat de plata i tot l’ió clorur precipita en forma de clorur de pla-ta, de manera que s’obtenen 0,6186 g de precipitat i no queda ió plata en dissolució. Calcula el nombre de mols d’ió cromat i d’ió clorur de la dissolució inicial.

Calculem els mols d’ió Ag1 de la dissolució inicial:

1 dm3 0,1 mol Ag1

40 cm3 Ag1 5 ————— ? ——————— 5 4 ? 1023 mol Ag1

1 000 cm3 1 dm3

3dllllllll

dllllllllllllllllllllllllll

81QUÍMICA 2 07

9. Calcula:

a) La solubilitat de l’oxalat de coure(II) en mg?L21.

CuC2O4(s) � Cu21(aq) 1 C2O4

22(aq)

s s s

Ks [CuC2O4] 5 [Cu21] [C2O422] 5 s ? s 5 s2

2,9 ? 1028 5 s2

s 5 2,9 ? 1028 5 1,7 ? 1024 mol?dm23

1,7 ? 1024 mol CuC2O4 151,5 g CuC2O4 1 000 mg——————————— ? ——————— ? ————— 5 1 dm3 1 mol CuC2O4 1 g

5 25,76 mg?dm23

b) El nombre d’ions coure(II) en 1 mL d’una dissolució sa-turada d’oxalat de coure(II) a 25 °C.

1 dm3 1,7 ? 1024 mol CuC2O41 cm3 ? ————— ? —————————— ? 1 000 cm3 1 dm3

1 mol ions Cu21 6,023 ? 1023 ions Cu21

? ———————— ? —————————— 5 1 mol CuC2O4 1 mol ions Cu21

5 1,024 ? 1017 ions Cu21

Dades: Ks (CuC2O4 a 25 °C) 5 2,9 ? 1028

10. Indica, després de fer els càlculs que calgui, si es pot for-mar un precipitat de sulfat de plom(II) en addicionar una gota (0,05 mL) d’àcid sulfúric 0,1 M a 1 L d’una dissolució que conté 1 mg d’ions plom(II).

Dades: Ks (PbSO4 a 25 °C) 5 2,25 ? 1028

PbSO4(s) � Pb21(aq) 1 SO4

22(aq)

Ks [PbSO4] 5 [Pb21] [SO422] 5 2,25 ? 1028

1 dm3 0,1 mol H2SO40,05 cm3 H2SO4 ? ————— ? ———————— 5 1 000 cm3 1 dm3

5 5 ? 1026 mol H2SO4

Si no considerem el volum de la gota d’àcid sulfúric:

[SO422] 5 5 ? 1026 mol?dm23

Calculem la concentració d’ions plom(II) en la dissolució:

1 mg Pb21 1 g 1 mol Pb21

—————— ? ————— ? ——————— 5 1 dm3 1 000 mg 207,2 g Pb21

5 4,83 ? 1026 mol?dm23

[Pb21] 5 4,83 ? 1026 mol?dm23

Q 5 [Pb21] [SO422] 5 4,83 ? 1026 ? 5 ? 1026 5 2,415 ? 10211

No es forma precipitat, ja que Q , Ks:

2,415 ? 10211 , 2,25 ? 1028


Es forma precipitat, ja que Q . Ks:

1,6 ? 1027 . 1,8 ? 10212

7. A 25 °C es prepara una dissolució saturada de iodur de plom(II) amb la dissolució de 0,172 g d’aquesta sal en ai-gua �ns a obtenir 250 mL de dissolució. Sabent això:

a) Troba el producte de solubilitat del iodur de plom a 25 °C.

0,172 g PbI2 1 000 cm3 1 mol PbI2——————— ? ————— ? —————— 5 250 cm3 1 dm3 461 g PbI2

5 1,49 ? 1023 mol?dm23

PbI2(s) � Pb21(aq) 1 2 I2

(aq)

s s 2 s

Ks [PbI2] 5 [Pb21] [I2]2 5 s ? (2 s)2 5 4 s3 5

5 4 ? (1,49 ? 1023)3 5 1,32 ? 1028

b) Indica si la solubilitat del iodur de plom en aigua és més o menys baixa que la seva solubilitat en una dissolució de iodur de sodi. Raona la resposta.

La solubilitat del iodur de plom en aigua és més gran que en una dissolució de iodur de sodi, a causa de l’efecte de l’ió comú.

c) Calcula el nombre d’ions plom(II) i d’ions iodur que hi ha en 1 cm3 d’una dissolució saturada de iodur de plom(II) a 25 °C.

1 dm3 1,49 ? 1023 mol PbI21 cm3 ? ————— ? —————————— ? 1 000 cm3 1 dm3

1 mol ions Pb21 6,023 ? 1023 ions Pb21

? ———————— ? —————————— 5 1 mol PbI2 1 mol ions Pb21

5 8,97 ? 1017 ions Pb21

2 ions I2

8,97 ? 1017 ions Pb21 ? ————— 5 1,79 ? 1018 ions I2

1 ió Pb21

8. A la temperatura de 25 °C, el producte de solubilitat del iodat de plom(II) és de 3,3 ? 10214. Calcula la massa de io-dat de plom que es pot dissoldre en 100 L d’aigua a la ma-teixa temperatura.

Pb(IO3)2(s) � Pb21(aq) 1 2 IO3

2(aq)

s s 2 s

Ks [Pb(IO3)2] 5 [Pb21] [IO32]2 5 s ? (2 s)2 5 4 s3

3,3 ? 10214 5 4 s3

3,3 ? 10214

s 5 ————— 5 2,02 ? 1025 mol?dm23

4

2,02 ? 1025 mol Pb (IO3)2 557,2 g Pb (IO3)2100 dm3 ? ———————————— ? ———————— 5 1 dm3 1 mol Pb (IO3)2

5 1,126 g Pb (IO3)2

3dllllllll


Ks [Ca3(PO4)2] 5 [Ca21]3 [PO432]2 5 (3 s)3 ? (2 s)2 5 108 s5

1,3 ? 10232 5 108 s5

1,3 ? 10232

s 5 ————— 5 1,64 ? 1027 mol?dm23

108

Finalment, calculem la concentració de calci:

[Ca21] 5 3 ? 1,64 ? 1027 5 4,93 ? 1027 M

b) Si la concentració de l’ió fosfat a l’orina del pacient aug-menta a causa d’un fosfat soluble, què passarà amb la concentració de l’ió calci?

La concentració de l’ió calci disminueix, ja que reacciona amb l’excés d’ió fosfat per tal de mantenir el valor del pro-ducte de solubilitat. És l’efecte de l’ió comú.

Dades: Ks (Ca3(PO4)2) 5 1,3 ? 10232

13. Indica, raonant-ho i després de fer els càlculs que calgui, si s’obtindrà precipitat d’hidròxid de crom(III) en afegir 1,52 g de clorur de crom(III) a 1 L d’aigua a 25 °C.

Dades: [OH2] 5 1027 M; Ks (Cr(OH)3) 5 10238

Escrivim l’equilibri corresponent:

Cr(OH)3(s) � Cr31(aq) 1 3 OH2

(aq)

Ks [Cr(OH)3] 5 [Cr31] [OH2]3 5 10238

Calculem la concentració d’ions crom(III):

1,52 g CrCl3 1 mol CrCl3 1 mol Cr31

[Cr31] 5 ——————— ? ——————— ? —————— 5 1 dm3 158,5 g CrCl3 1 mol CrCl3

5 9,6 ? 1023 mol?dm23

Q 5 [Cr31] [OH2]3 5 9,6 ? 1023 ? (1027)3 5 9,6 ? 10224

Es forma precipitat, ja que Q . Ks:

9,6 ? 10224 . 10238

14. A 25 °C, es dissolen 0,010 g de �uorur de calci en aigua i s’obtenen 600 mL d’una dissolució saturada d’aquesta sal.

a) Calcula el producte de solubilitat del �uorur de calci a la mateixa temperatura.

Escrivim l’equilibri heterogeni del CaF2:

CaF2(s) � Ca21(aq) 1 2 F2

(aq)

s s 2 s

Ks [CaF2] 5 [Ca21] [F2]2 5 s ? (2 s)2 5 4 s3

Calculem la solubilitat del CaF2:

0,010 g CaF2 1 000 cm3 1 mol CaF2s 5 ——————— ? ————— ? —————— 5 600 cm3 1 dm3 78 g CaF2

5 2,14 ? 1024 mol?dm23

Finalment:

Ks 5 4 s3 5 4 (2,14 ? 1024)3 5 3,9 ? 10211

5dllllllll

11. Calcula la massa de clorur de coure(I) que precipita en afe-gir 0,2 mol de clorur de sodi a 0,5 L de dissolució saturada de clorur de coure(I). Escriu les equacions que calgui.

Dades: Ks (CuCl a 25 °C) 5 1,1 ? 1026

Calculem la solubilitat del clorur de coure(I):

CuCl(s) � Cu1(aq) 1 Cl2(aq)

s s s

Ks [CuCl] 5 [Cu1] [Cl2] 5 s ? s 5 s2

1,1 ? 1026 5 s2

s 5 1,1 ? 1026 5 1,05 ? 1023 mol?dm23

Calculem el nombre de mols d’ió clorur que hi ha en la dissolu-ció saturada de CuCl:

1,05 ? 1023 mol Cl2—————————— ? 0,5 dm3 5 5,25 ? 1024 mol Cl2 1 dm3

El clorur de sodi es dissol completament segons l’equació:

NaCl(s) � Na1(aq) 1 Cl2(aq)

Per tant, el nombre de mols d’ió clorur que provenen del clorur de sodi és de 0,2 mol.

Així, doncs, la concentració total d’ió clorur en dissolució és:

(5,25 ? 1024 1 0,2) mol Cl2[Cl2] 5 ————————————— 5 0,4 M 0,5 dm3

A partir del producte de solubilitat, calculem la quantitat d’ió coure(I) que queda en dissolució:

Ks [CuCl] 5 [Cu1] [Cl2]

1,1 ? 1026 5 [Cu1] ? 0,4

[Cu1] 5 2,75 ? 1026 M

Per tant:

[Cu1]precipitat 5 [Cu1]inicial 2 [Cu1]�nal

[Cu1]precipitat 5 1,05 ? 1023 2 2,75 ? 1026 5 1,04725 ? 1023 M

Finalment, per estequiometria, calculem la massa de clorur de coure(I) que ha precipitat:

1,04725 ? 1023 mol Cu1 1 mol CuCl 99 g CuCl———————————— ? —————— ? —————— ? 0,5 dm3 5 1 dm3 1 mol Cu1 1 mol CuCl

5 0,052 g CuCl

12. Una de les maneres de detectar la presència de càlculs re-nals és analitzar l’orina del pacient. Si els càlculs consistei-xen exclusivament en cristalls incrustats al ronyó, es tracta de fosfat de calci.

a) Quina concentració d’ió calci revela la presència de càlculs?

Calculem la solubilitat del fosfat de calci:

Ca3(PO4)2(s) � 3 Ca21(aq) 1 2 PO4

32(aq)

s 3 s 2 s


83QUÍMICA 2 07

Si considerem que la densitat de la dissolució és d’1 kg?dm23:

64,85 dm3 5 64,85 kg 5 64 850 g

massa dissolució 5 massa solut 1 massa aigua

64 850 g dissolució 5 0,583 g Mg(OH)2 1 g aigua

massa aigua 5 64 849,417 g H2O

17. Una dissolució aquosa conté a 25 °C ions bromur, carbonat i fosfat en concentracions d’1 ? 1023, de 3 ? 1023 i de 5 ? 1024 M, respectivament. En afegir-hi, gota a gota i agitant la mescla, una dissolució molt diluïda de nitrat de plata, quina sal de plata precipitarà en primer lloc? Raona la resposta després de fer els càlculs necessaris.

Dades: Ks (AgBr) 5 8 ? 10213; Ks (Ag2CO3) 5 6 ? 10212; Ks (Ag3PO4) 5 2 ? 10218

Escrivim tots els equilibris heterogenis i calculem la concentra-ció d’ió plata en cada cas:

AgBr(s) � Ag1(aq) 1 Br2

(aq)

Ks [AgBr] 5 [Ag1] [Br2]

8 ? 10213 5 [Ag1] ? 1 ? 1023

[Ag1] 5 8 ? 10210 M


22(aq)

Ks [Ag2CO3] 5 [Ag1]2 [CO322]

6 ? 10212 5 [Ag1]2 ? 3 ? 1023

[Ag1] 5 4,47 ? 1025 M

Ag3PO4(s) � 3 Ag1(aq) 1 PO4

32(aq)

Ks [Ag3PO4] 5 [Ag1]3 [PO432]

2 ? 10218 5 [Ag1]3 ? 5 ? 1024

[Ag1] 5 1,59 ? 1025 M

Precipita en primer lloc el bromur de plata, ja que:

[Ag1]AgBr (8 ? 10210 M) , [Ag1]Ag3PO4 (1,59 ? 1025 M) ,

, [Ag1]Ag2CO3 (4,47 ? 1025 M)

18. Se saturen 500 mL d’aigua amb hidròxid de magnesi. Calcula el pH de la dissolució resultant, sabent que Ks (Mg(OH)2) 5 1,5 ? 10211. No tinguis en compte l’autodis-sociació de l’aigua.

Calculem la concentració d’ions hidròxid:

Mg(OH)2(s) � Mg21(aq) 1 2 OH2

(aq)

s s 2 s

Ks [Mg(OH)2] 5 [Mg21] [OH2]2 5 s ? (2 s)2 5 4 s3

1,5 ? 10211 5 4 s3

1,5 ? 10211

s 5 ————— 5 1,55 ? 1024 mol?dm23

43dllllllll

b) La solubilitat del �uorur de calci és més gran, igual o més petita que la solubilitat d’aquesta sal en una disso-lució aquosa de �uorur de sodi? Raona-ho.

La solubilitat del �uorur de calci en aigua és més gran que en una dissolució de �uorur de sodi a causa de l’efecte de l’ió comú.

15. Un precipitat de carbonat de plata està en equilibri amb una dissolució aquosa saturada d’aquesta sal. Explica els fenòmens que tenen lloc quan s’hi afegeix:

a) Amoníac



22(aq)

L’amoníac forma un complex soluble amb l’ió Ag1, l’ió diam-minaplata(I) [Ag(NH3)2]1; per tant, el precipitat es dissol.

b) Nitrat de plata

En afegir-hi nitrat de plata, augmenta la concentració de l’ió Ag1; per tant, per efecte de l’ió comú, disminueix la solubilitat.

c) Àcid nítric

En afegir-hi àcid nítric, aportem protons al medi, que reac-cionen amb l’anió carbonat per formar l’anió hidrogencarbo-nat; per tant, la solubilitat augmenta i es dissol precipitat.

16. L’hidròxid de magnesi és poc soluble en aigua a 25 °C. Indi-ca la massa mínima d’aigua necessària per dissoldre 0,583 g d’hidròxid de magnesi.

Dades: Ks (Mg(OH)2 a 25 °C) 5 1,5 ? 10211

Escrivim l’equilibri heterogeni de l’hidròxid de magnesi i en calculem la solubilitat a 25 °C:

Mg(OH)2(s) � Mg21(aq) 1 2 OH2

(aq)

s s 2 s

Ks [Mg(OH)2] 5 [Mg21] [OH2]2 5 s ? (2 s)2 5 4 s3

1,5 ? 10211 5 4 s3

1,5 ? 10211

s 5 ————— 5 1,55 ? 1024 mol?dm23

4

1,55 ? 1024 mol Mg(OH)2 58 g Mg(OH)2———————————— ? ——————— 5 1 dm3 1 mol Mg(OH)2

5 8,99 ? 1023 g Mg(OH)2

1 dm3 dissolució0,583 g Mg(OH)2 ? ——————————— 5 8,99 ? 1023 g Mg(OH)2

5 64,85 dm3 dissolució

3dllllllll


2 ? 10212 5 [Ag1]2 ? 0,1

[Ag1] 5 4,47 ? 1026 mol?dm23


Ks (AgCl) 5 [Ag1] [Cl2] 5 1,8 ? 10210

1,8 ? 10210 5 [Ag1] ? 0,05

[Ag1] 5 3,6 ? 1029 mol?dm23

El clorur de plata precipita primer, ja que [Ag1] que neces-sita per precipitar és més petita que la del cromat de plata.

b) Calcula la concentració de l’anió de la sal més insoluble en començar a precipitar la sal que precipita en segon lloc.

Quan comença a precipitar el cromat de plata, la concentra-ció de l’ió comú és:

[Ag1] 5 4,47 ? 1026 mol?dm23

A partir de la constant del producte de solubilitat de la sal que precipita en primer lloc, AgCl, calculem la concentració de l’anió corresponent:

Ks [AgCl] 5 [Ag1] [Cl2] 5 1,8 ? 10210

1,8 ? 10210 5 4,47 ? 1026 [Cl2]

[Cl2] 5 4 ? 1025 mol?dm23

Dades: Ks (cromat de plata) 5 2 ? 10212; Ks (clorur de plata) 5 1,8 ? 10210

22. Una de les aplicacions més interessants de les reac cions de precipitació és la separació selectiva dels cations metàl.lics continguts en dissolucions aquoses.

Una aigua residual conté 0,01 M d’ió plom(II) i 0,02 M d’ió bari(II). Per tal de precipitar selectivament aquests cations metàl.lics, s’hi addiciona gradualment cromat de sodi.

Quin catió precipitarà primer i quin percentatge restarà en dissolució quan comenci a precipitar el segon?

Dades: Ks (cromat de bari) 5 7,9 ? 10210; Ks (cromat de plom(II)) 5 1,3 ? 10213

a) Pb(II) , 0,1 % b) Pb(II) , 1 %

c) Pb(II) , 10 % d) Ba(II) , 0,1 %

e) Ba(II) , 1 % f) Ba(II) , 10 %

Escrivim les dues equacions de dissociació i, per mitjà de la constant del producte de solubilitat, calculem la concentració d’ió CrO4

22 a partir de la qual començarà a precipitar cada sal:

BaCrO4(s) � Ba21(aq) 1 CrO4

22(aq)

Ks [BaCrO4] 5 [Ba21] [CrO422] 5 7,9 ? 10210

0,02 [CrO422] 5 7,9 ? 10210

[CrO422] 5 3,95 ? 1028 mol?dm23

PbCrO4(s) � Pb21(aq) 1 CrO4

22(aq)

Ks [PbCrO4] 5 [Pb21] [CrO422] 5 1,3 ? 10213

[OH2] 5 2 s 5 3,1 ? 1024 mol?dm23

pOH 5 2log [OH2] 5 3,51

pH 5 14 2 pOH 5 10,49

19. La solubilitat de Be(OH)2 és de 8 ? 1027 M.

a) Quin pH ha de tenir una dissolució de nitrat de beril.li (sal soluble) de concentració 2 ? 1026 M perquè comenci la precipitació de l’hidròxid?

Be(OH)2(s) � Be21(aq) 1 2 OH2

(aq)

s s 2 s

Ks [Be(OH)2] 5 [Be21] [OH2]2 5 s ? (2 s)2 5 4 s3

Ks 5 4 s3 5 4 (8 ? 1027)3 5 2,048 ? 10218

2,048 ? 10218 5 2 ? 1026 ? [OH2]2

[OH2] 5 1,01 ? 1026 mol?dm23

pOH 5 2log [OH2] 5 6

pH 5 14 2 pOH 5 8

b) Quina és la concentració d’ions Be21 en dissolució, si tenim un pH 5 10?

pOH 5 4

[OH2] 5 1024 mol?dm23

Ks [Be(OH)2] 5 [Be21] [OH2]2

2,048 ? 10218 5 [Be21] (1024)2

[Be21] 5 2,048 ? 10210 M

20. Sabent que un dels components principals del marbre és el carbonat de calci, CaCO3, explica mitjançant equilibris hete-rogenis per què el marbre és atacat per l’àcid cítric (àcid de les llimones, taronges, etc.).

L’equilibri heterogeni del carbonat de calci és:

CaCO3(s) � Ca21(aq) 1 CO3

22(aq)

L’ió CO322 reacciona amb els protons H1 que aporten els àcids i

forma l’anió hidrogencarbonat, HCO32:

CO322

(aq) 1 H1 � HCO32

Com que disminueix la concentració de l’ió CO322, l’equilibri es

desplaça cap a la dreta i es dissol el carbonat de calci.

21. Tenim una dissolució aquosa de cromat de potassi i de clo-rur de sodi de concentracions 0,1 M i 0,05 M, respectiva-ment, i hi addicionem una dissolució de nitrat de plata. Suposa que el volum no varia.

a) Determina, per mitjà dels càlculs pertinents, quina de les dues sals de plata precipitarà en primer lloc.

Escrivim les dues equacions de dissociació i, per mitjà de la constant del producte de solubilitat, calculem la concentració d’ió Ag1 a partir de la qual començarà a precipitar cada sal:


22(aq)

Ks (Ag2CrO4) 5 [Ag1]2 [CrO422] 5 2 ? 10212

85QUÍMICA 2 07

Calculem els mols d’ió plata:

1023 mol AgNO3 1 mol Ag1

0,025 dm3 ? ———————— ? ——————— 5 1 dm3 1 mol AgNO3

5 2,5 ? 1025 mol Ag1

I els mols d’ió carbonat:

1023 mol Na2CO3 1 mol CO322

0,075 dm3 ? ———————— ? ——————— 5 1 dm3 1 mol Na2CO3

5 7,5 ? 1025 mol CO322

Tot seguit calculem les concentracions:

2,5 ? 1025 mol[Ag1] 5 ——————————— 5 2,5 ? 1024 mol?dm23

(0,025 1 0,075) dm3

7,5 ? 1025 mol[CO3

22] 5 ——————————— 5 7,5 ? 1024 mol?dm23

(0,025 1 0,075) dm3

Escrivim l’equilibri heterogeni del carbonat de plata:


22(aq)

Ks (Ag2CO3) 5 [Ag1]2 [CO322] 5 6,2 ? 10212

Q 5 7,5 ? 1024 (2,5 ? 1024)2 5 4,6875 ? 10211

Apareix precipitat de carbonat de plata, ja que Q . Ks:

4,6875 ? 10211 . 6,2 ? 10212

25. Raona si el Fe(OH)3 és més o menys soluble en una disso-lució de sulfat de ferro(III), Fe2(SO4)3, que en aigua destil.lada.

El Fe(OH)3 és més soluble en aigua que en una dissolució de sulfat de ferro(III), Fe2(SO4)3, a causa de l’efecte de l’ió comú.

26. Les aigües minerals sovint contenen ions provinents de sals que s’han anat dissolent en el seu camí. Un d’aquests ions és el sulfat, que es pot posar de manifest afegint a una quantitat determinada d’aigua un excés de solució de clorur de bari que se separa i es pesa.

a) Explica detalladament el procediment experimental que seguiries al laboratori per separar el sulfat de bari i de-terminar la quantitat d’ions sulfat de l’aigua (material, passos que cal seguir, dades que cal recollir, etc.).

Cal afegir una sal de bari soluble en aigua (com el clorur de bari), de manera que precipitin els ions sulfat en forma de BaSO4 insoluble, que es pot separar de la resta de la dis-solució per �ltració. Posteriorment, recollirem el residu i el deixarem assecar per poder determinar-ne la quantitat.

b) Quins càlculs faries per conèixer la concentració d’ions sulfat a l’aigua a partir de la massa de sulfat de bari se-parat? Considera coneguda la massa molecular del sulfat de bari (M).

Farem els càlculs següents:

x g BaSO4 1 mol BaSO4 1 mol SO422 x

[SO422] 5 ————— ? —————— ? —————— ? ———

V M g BaSO4 1 mol BaSO4 V ? M

0,01 [CrO422] 5 1,3 ? 10213

[CrO422] 5 1,3 ? 10211 mol?dm23

El cromat de plom precipita primer, ja que [CrO422] que necessi-

ta per precipitar és més petita que la del cromat de bari.

Quan comença a precipitar la segona sal, el cromat de bari, la concentració d’ió cromat és [CrO4

22] 5 3,95 ? 1028 mol?dm23 i, mitjançant la constant del producte de solubilitat de la sal més insoluble, calculem la concentració de l’ió plom(II):

Ks [PbCrO4] 5 [Pb21] [CrO422] 5 1,3 ? 10213

1,3 ? 10213 5 3,95 ? 1028 [Pb21]

[Pb21] 5 3,3 ? 1026 mol?dm23

El percentatge respecte de la concentració d’ió plom(II) inicial és:

3,3 ? 1026 mol?dm23——————————— ? 100 5 0,033 % 0,01 mol?dm23

Per tant, la resposta correcta és la a).

23. Alguns països �uoren l’aigua potable per prevenir la càries dental. Si en una planta potabilitzadora es volgués �uorar una aigua que conté 20 mg/L de Ca21, quants grams de �uo-rur de sodi per metre cúbic, com a màxim, s’hi haurien d’afegir si no volem que es formi un pre cipitat? El producte de solubilitat del CaF2 és 1 ? 10210.

a) 18,8 g b) 0,0084 g

c) 0,447 g d) 125 g

e) 17,6 g f) cap de les anteriors

Calculem la concentració d’ió Ca21 en mol?dm23:

20 mg Ca21 1 g 1 mol Ca21

——————— ? ————— ? —————— 5 5 ? 1024 mol?dm23

1 dm3 1 000 mg 40 g Ca21

Calculem la concentració d’ió �uorur mínima perquè precipiti el �uorur de calci:

CaF2(s) � Ca21(aq) 1 2 F2

(aq)

Ks [CaF2] 5 [Ca21] [F2]2 5 1 ? 10210

1 ? 10210 5 5 ? 1024 [F2]2

[F2] 5 4,47 ? 1024 mol?dm23

Calculem la concentració de �uorur de sodi en g/m3:

4,47 ? 1024 mol F2 1 mol NaF 42 g Na 1 000 dm3————————— ? ————— ? —————— ? ————— 5 1 dm3 1 mol F2 1 mol NaF 1 m3

5 18,774 g NaF


24. Justi�ca si apareixerà precipitat en mesclar 25 mL de disso-lució de nitrat de plata, de concentració 1,0 ? 1023 M, amb 75 mL de dissolució de carbonat de sodi, de concentració 1,0 ? 1023 M, a 25 °C.

Suposa que els volums són additius.

Dades: Ks (carbonat de plata): 6,2 ? 10212 a 25 °C


30. Quins dels precipitats que apareixen a la llista es podrien dissoldre en medi àcid? Raona-ho.

a) PbCl2

b) CaF2

c) Mg(OH)2

d) AgCl

e) CaCO3

f) CuBr

Els precipitats dels apartats c) i e).

c) Els ions hidròxid, OH2, quan es posen en contacte amb substàncies àcides, reaccionen per formar aigua. La conse-qüència és que la seva concentració disminueix i l’equilibri es desplaça cap a la dissolució de precipitat i així es com-pensa la disminució d’un dels ions.

e) L’ió carbonat en dissolució en presència d’àcids forma l’hidro-gen carbonat de calci, que és una substància força so luble.

CaCO3(s) 1 H1 � Ca(HCO3)2

31. La sal de carbonat d’estronci serà més soluble en dissolució d’àcid nítric o en aigua destil.lada?

En àcid nítric. Els carbonats, en presència de substàncies àci-des, se solubilitzen.

CO322

(aq) 1 H1(aq) � HCO3

2(aq)

32. Explica com resoldries de manera e�cient els problemes que causen els processos de precipitació següents en algunes empreses.

a) En unes clavegueres s’ha incrustat carbonat de calci.

L’ió carbonat en dissolució en presència d’àcids forma l’hidro-gen carbonat de calci, que és una substància força soluble.


b) Una quantitat d’argent utilitzada com a catalitzador ha precipitat en forma de AgCl.

L’ió argent, quan reacciona amb l’ió clorur, forma una sal insoluble, el AgCl.

Si hi afegim amoníac, reacciona amb l’ió Ag1 que hi ha en dissolució, i es forma l’ió complex soluble:

Ag1(aq) 1 2 NH3(aq) � [Ag(NH3)2]1

(aq)

Aleshores, la concentració d’ions Ag1 disminueix, ja que ara el trobem en forma de complex, amb la qual cosa, per man-tenir el valor de la constant Ks, s’ha d’incrementar la con-centració dels ions Ag1 i Cl2 mitjançant la redissolució del precipitat AgCl. És a dir, a mesura que es forma ió argent, es va formant el complex, de manera que el precipitat es va dissolent mentre hi hagi amoníac a la dissolució.

c) Ha precipitat ZnS i això di�culta que l’ió Zn pugui actuar en algunes reaccions per a les quals és imprescindible.

27. Per retenir gasos s’utilitza un aparell anomenat trampa. Consisteix en un recipient amb el qual es fa bombollejar el gas en qüestió sobre una solució que conté un reactiu que el reté. Aquest és el cas d’una trampa d’hidròxid de calci, que és capaç de retenir diòxid de carboni, ja que s’hi pro-dueix la reacció següent:

Ca(OH)2(aq) 1 CO2(g) � CaCO3(s) 1 H2O(l)

Si la solubilitat del Ca(OH)2 a 25 °C és de 0,18 g/L, quants litres de CO2 a 25 °C i 1 atm es poden recollir amb una trampa de 25 L de solució inicialment saturada de Ca(OH)2?

a) 15 b) 12 c) 2,7

d) 1,5 e) 0,061

0,18 g Ca(OH)2 1 mol Ca(OH)2 1 mol CO225 L ? ————————— ? ———————— ? ———————— 5 1 L 74 g Ca(OH)2 1 mol Ca(OH)2

5 0,0608 mol CO2

p V 5 n R T

0,0608 mol ? 0,082 atm?L/(K?mol) ? 298 KV 5 ————————————————————— 1 atm

V 5 1,486 L

La resposta correcta és la d.

28. Per a l’estudi de l’eliminació de les càries de la població volem saber la solubilitat del �uorur de calci, ja que és possible tenir problemes de precipitació del �uo rur en afe-gir-la a l’aigua. Expressa la solubilitat en gram per litre.

Dades: Ks (�uorur de calci) 5 3,7 ? 10211; masses atòmi-ques: F 5 19 g/mol i Ca 5 40,08 g/mol

Podem establir l’equilibri següent amb les concentracions cor-responents:

CaF2(s) � Ca21(aq) 1 2 F2

(aq)

s 2 s

Ks 5 [Ca21] [F2]2 5 s (2 s)2 5 4 s3

3,7 ? 10211 5 4 s3

s 5 2,1 ? 1024 mol?dm23

2,1 ? 1024 mol 78,08 g———————— ? ——————— 5 0,0164 g?dm23

1 dm3 1 mol Ca F2

29. Habitualment els hospitals fan demandes de sang a la po-blació per tenir su�cient estoc de cara, sobretot, a possi-bles accidents. A l’etiqueta dels recipients on s’emmagatze-ma la sang indica que hi ha oxalat de sodi. A què es deu la presència d’aquest component?

La funció d’aquest compost és mantenir la sang extreta sense que coaguli, per poder fer la transfusió en el moment adequat. L’oxalat de sodi és un compost capaç de captar els ions calci, i així s’evita que aquests ions facin coagular la sang.

87QUÍMICA 2 07

En el cas que Q sigui més gran que Ks, es forma precipitat.

Així, doncs, un mol de nitrat de plom(II) aporta un mol d’ions Pb21.

200 mL nitrat de plom(II) ? 1,0 ? 1023

————————————————— ? 1 000 mL nitrat de plom(II)

1 mol Pb21

? ——————————— 5 2 ? 1024 mols Pb21

1 mol nitrat de plom(II)

D’altra banda, la concentració d’ions clorur és la concentra-ció de la dissolució d’àcid clorhídric, perquè està totalment dissociat:

pH 5 3 [H1] 5 1023 M [Cl2] 5 1023 M

En 200 mL: 200 mL ? 1023

——————— 5 2 ? 1024 mols Cl2 1 000 mL

Si es consideren els volums aditius, 200 ml 1 200 ml (0,4 litres), teniu en els dos casos la mateixa concentració:

2 ? 1024 molsM 5 ——————— 5 5 ? 1024 M 0,4 litres

[Pb21] 5 5 ? 1024 M

[Cl2] 5 5 ? 1024 M

Substituint els valors a Q:

Q 5 [Pb21] [Cl2]2

Q 5 (5 ? 1024) ? (5 ? 1024)2 5 1,3 ? 10210

En la dissolució �nal, doncs, no hi hauria excés d’ions clorur i plom(II). Per tant, com que Q és inferior al producte de solubi litat, no precipitarà.

2. [Curs 10-11] L’hidròxid de magnesi, Mg(OH)2, és una subs-tància que es fa servir en petites quantitats com a antiàcid i també com a laxant.

Dades: Producte de solubilitat de l’hidròxid de magnesi a 25 °C: Kps 5 1,2 ? 10211.

Masses atòmiques relatives: Mg 5 24,3; O 5 16,0; H 5 1,0.

a) Calculeu-ne la solubilitat en aigua a 25 °C, i expres-seu-la en mg?L21.

L’equilibri que té lloc és

Mg(OH)2(s) � Mg21(aq) 1 2 OH2

(aq)

Inicial a

Equilibri a 2 s s 2 s

Kps 5 [Mg21] [OH2]2

Kps 5 (s) ? (2 s)2 5 4 s3

Kps 1,2 ? 10211

s 5 1——2 1––– 3

5 1——————2 1––– 3

5 1,44 ? 1024 mol?L21 4 4

Massa molecular de l’hidròxid de magnesi 5 58,3 g/mol

Si tenim ZnS (sal insoluble) i hi afegim una dissolució de Pb(NO3)2, es forma PbS i, per tant, disminueix la concentra-ció de l’ió S22 i l’equilibri es desplaçarà dissolent més ZnS. Això farà que quedi lliure Zn21.

33. L’hidròxid de magnesi s’utilitza en farmacologia per tractar problemes de restrenyiment. Precipitarà aquest compost en presència d’una dissolució 0,02 M de clorur de magnesi i 0,10 M d’acetat de sodi?

Dades: Kps (Mg(OH)2) 5 1,8 ? 10211; Ka (CH3COOH) 5 1,8 ? 1025

Primer cal calcular la concentració d’hidròxid de magnesi:

CH3COO2(aq) 1 H2O(l) � CH3COOH(aq) 1 OH2

(aq)

CI O,1 M — —CR x x xCF O,1 2 x M x x

1 ? 10214 x2—————— 5 ————— 1,8 ? 1025 0,1 2 x

x 5 7,45 ? 1026 M

Q 5 [Mg21] [OH2]2 5 0,02 ? (7,45 ? 1026)2 5 1,11 ? 10212

Es més petit que Kps (Mg(OH)2) 5 1,8 ? 10211; per tant, no pre-cipita.


1. [Curs 09-10] La contaminació de l’aigua per plom s’origina per les seves sals solubles en aigua, que són generades per les indústries que utilitzen sals de plom. Si el producte de solubilitat del clorur de plom(II) és 1,6 ? 1025, a 298 K:

a) Determineu la solubilitat del clorur de plom(II) a 298 K, expressada en mol ? L21.


Concentració en equilibri s 2 s

Ks 5 [Pb21] [Cl2]2 5 s (2 s)2 5 4 s3

Kss 5 3fvvvv—— 4

Si Ks 5 1,6 ? 1025. Teniu que la s 5 7,37 ? 1023 mol?L21

b) Es barregen, a 298 K, 200 mL d'una solució 1,0 ? 1023 M de Pb(NO3)2 i 200 mL d’una solució de HCl de pH 5 3. Suposant que els volums són additius, raoneu si precipi-tarà clorur de plom(II).

Per al clorur de plom(II), l’equilibri és:


Ks 5 [Pb21] [Cl2]2

Q 5 [Pb21] [Cl2]2


s 5 2,1 ? 1024 mol/L

78,08 g 1 000 mg2,1 ? 1024 mol/L ? ————— ? ————— 5 16,40 mg/L 1 mol 1 g

Per al �uorur de calci(II), l’equilibri és:

CaF2(s) � Ca21(aq) 1 2 F2

(aq)

Ks 5 [Ca21] [F2]2

1 g 1 mol[Ca21] 5 86,9 mg/litre ? ————— ? ———— 5 1 000 mg 40,08 g

5 2,168 ? 1023 M

3,7 ? 10211 5 2,168 ? 1023 [F2]2

[F2] 5 1,306 ? 1024 M

1,306 ? 1024 mol NaF 42 g NaF——————————— ? ————— 5 5,487 ? 1023 g/L NaF L 1 mol

b) Quants mil?ligrams de �uorur de sodi es necessitarien per habitant i dia (d’acord amb les dades de l’any 2011) per tenir l’aigua al màxim de �uoració sense que preci-piti? Si el preu del NaF és de 800 € per tona i conside-rem que l’àrea metro politana de Barcelona té 5 milions d’habitants aproximadament, quant costaria �uorar l’ai-gua a màxim nivell durant 1 any?

5,487 ? 1023 g/L NaF ? 107,1 L/habitant i dia ? ? 1 000 mg/1 g 5 587,66 mg NaF/habitant i dia

587,66 mg NaF/habitant i dia ? 5 ? 106 habitants ? 365 dies ? 1 tona——————————————————————————————— 5 109 mg ? 800 €/tona

5 857 983,6 €

4. Les aigües dures són un problema en les llars ja que es for-men compostos insolubles que provoquen avaries en con-duccions i aparells electrodomèstics.

Dades: Kps (CaCO3) 5 4,8 ? 1029 Massa atòmica del Ca 5 40,08 g/mol

a) Si l’aigua analitzada conté 50 mg/L de Ca21, quina és la concentració de CO3

22 necessària per precipitar CaCO3?

Podem establir l’equilibri següent:

CaCO3(s) � Ca21(aq) 1 CO3

22(aq)

Ks 5 [Ca21] [CO322]

4,8 ? 1029 5 [Ca21] [CO322]

0,050 g Ca21 1 mol Ca21

——————— ? ——————— 5 1,2475 ? 1023 mol?dm23

1 dm3 40,08 g Ca21

4,8 ? 1029 5 [1,2475 ? 1023] [CO322]

[CO322] 5 3,85 ? 1026 mol?dm23

1,44 ? 1024 mol Mg(OH)2s 5 ———————————— ? L

58,3 g Mg(OH)2 1 000 mg Mg(OH)2? ———————— ? ————————— 1 mol Mg(OH)2 1 g Mg(OH)2

Solubilitat del Mg(OH)2 5 8,4 mg?L21

b) Sense canviar la temperatura, expliqueu raonadament com variarà la solubilitat de l’hidròxid de magnesi si, en comptes de dissoldre’l en aigua, el dissolem en una solució de nitrat de magnesi. I si el dissolem en una so-lució d’àcid clorhídric?

Formulació: Mg(NO3)2

HCl

Si es dissol en una solució de nitrat de magnesi disminuirà la solubilitat per efecte de l’ió comú. L’ió Mg21 que prové del Mg(NO3)2 desplaça l’equilibri de solubilitat del Mg(OH)2 cap a l’esquerra, és a dir, cap a la formació de l’hidròxid de magnesi (sòlid).

(opcional)

Mg(OH)2(s) � Mg21(aq) 1 2 OH2

(aq)

Mg(NO3)2(aq) � Mg21(aq) 1 2 NO2

3 (aq)

Si es dissol en una solució de HCl augmentarà la solubilitat a causa de la reacció àcid-base entre els ions OH2 que pro-venen del Mg(OH)2 i els ions H1 de l’àcid clorhídric (HCl), per donar aigua.

(opcional)

Mg(OH)2(s) � Mg21(aq) 1 2 OH2

(aq)

OH2(aq) 1 H1

(aq) � H2O(l)

3. L’àrea metropolitana de Barcelona (�gura 7.11) és de les metròpolis europees que consumeix menys aigua, fruit d’una conscienciació de molts anys per la manca d’aigua i també de la crisi econòmica. L’any 2011 el consum es va xifrar en 107,1 litres per habitant i dia. Si es volgués fer una �uora-ció d’aigua en la població per prevenir la càries dental, a part les qüestions purament econòmiques, caldria conside-rar el problema de la precipitació del �uorur de calci. Per tal d’analitzar químicament el problema contesteu les pre-guntes següents:

Dades: Masses atòmiques relatives: Ca 5 40,08 g/mol F 5 19 g/mol; Na 5 23 g/mol; Ks (CaF2) 5 3,7 ? 10211

a) Quina és la solubilitat del �uorur de calci en mil?li grams per litre? Si la quantitat de calci en l’àrea metropolitana de Barcelona és de 86,9 mg d’ió calci per litre, quina quantitat de �uorur de sodi per litre es podria afegir com a màxim per evitar la precipitació de �uorur de calci?

Per al �uorur de calci(II), l’equilibri és:

CaF2(s) � Ca21(aq) 1 2 F2

(aq)

Ks 5 [Ca21] [F2]2 5 s (2 s)2 5 4 s3

89QUÍMICA 2 07

Quimitest

1. Les fortes precipitacions en forma de calamarsa que es van produir l’estiu del 2005 a Pequín i que van ocasionar greus problemes es van associar a la pràctica de bombardejar els núvols amb AgI per desencadenar la pluja. Aquesta pràctica, que s’ha plantejat també a Espanya, és molt controvertida, perquè suposa la mo di�cació del règim de pluges i té con-seqüències sobre la �ora i la fauna de la zona. Quina és la solubilitat del AgI?

Dades: Ks (AgI) 5 8,3 ? 10217

a) 2,75 ? 1026 M

b) 9,11 ? 1029 M

c) 4,36 ? 1026 M

d) 1,45 ? 1026 M


2. El cromat d’argent s’utilitza en el mètode de Mohr per detec-tar el punt �nal de valoració de precipitació de sals de plata. Calcula’n el producte de solubilitat (a una temperatura de-terminada) si la seva solubilitat és de 3,3 ? 1022 g/L.

a) Ks 5 9,9 ? 1025

b) Ks 5 9,82 ? 10213

c) Ks 5 9,9 ? 1029

d) Ks 5 3,93 ? 10212


3. Tenint en compte els valors de la taula 7.1, quina de les substàncies següents té menys solubilitat en aigua?

a) Sulfat de bari

b) Clorur de plom

c) Sulfat de plom

d) Carbonat de calci


4. L’hidròxid de ferro(III) és molt visible a l’aigua. Les aigües que contenen ferro, en forma d’aquest compost o d’altres, s’anomenen aigues ferruginoses. Aquest component s’elimi-na de l’aigua per �ltració. Quina és la concentració de l’ió Fe(III) a pH 5 9?

Dades: Ks 5 1,1 ? 10238

a) 6 ? 10228 M

b) 6 ? 10211 M

c) 1,1 ? 10223 M

d) 1 ? 1025 M


b) Expliqueu alguna manera de dissoldre aquest precipitat de CaCO3 i com es podria aplicar a les llars.

L’ió carbonat en dissolució en presència d’àcids forma l’hidro-gen carbonat de calci, que és una substància força soluble.


A casa es pot fer aplicant vinagre o suc de llimona als llocs amb incrustació de CaCO3. El salfumant és més e�caç, però cal anar amb cura, perquè és una dissolució d’àcid clorhídric.

5. En el segle XXI i en la societat occidental s’ha produït un gran augment en el consum d’aigües comercialitzades. Una de les anàlisis que es fan abans de comercialitzar una aigua nova és la determinació del contingut de SO4

22 per reacció amb ions bari.

Dades: el Reial decret 1423/1982 (BOE 29-6-1982) diu que perquè una aigua de beguda envasada pugui ser comercia-litzada com a mineromedicinal, la quantitat de SO4

22 no pot superar els 250 mg/L.

Kps (BaSO4) 5 1,13 ? 10210

Masses atòmiques: S 5 32 g/mol; O 5 16 g/mol

a) Calculeu la solubilitat del sulfat de bari expressat en mol?L21.

Per al sulfat de bari, l’equilibri és:


22(aq)

Ks 5 [Ba21] [SO422] 5 s ? s 5 s2

1,1 ? 10210 5 s2

s 5 1,05 ? 1025 M

b) Es mesuren 100 g d’aigua i s’analitzen afegint-hi una dissolució 5 ? 1024 M de clorur de bari. Si en un cas con-cret, en el moment que comença a precipitar el compost, s’han consumit 8 mL de la dissolució de la sal de bari, compleix aquesta aigua el requisit legal exigit per als sulfats?

5 ? 1024 mol Ba21

—————————— ? 8 ml Ba21 5 4 ? 1026 mol Ba21

1 000 mL

4 ? 1026 mol[Ba21] 5 ——————— 5 3,7 ? 1025 mol?dm23

0,108 L

Ks 5 [Ba21] [SO422]

1,1 ? 10210 5 [3,7 ? 1025] [SO422]

[SO422] 5 2,97 ? 1026 mol?dm23

2,97 ? 1026 mol SO422 96 g SO4

22

———————————— ? ——————— 5 1 L 1 mol SO4

22

5 2,85 ? 1024 g SO422 5 0,285 mg/L

Aquest valor està molt per sota del límit legal.


a) Clorur de plata

b) Nitrat de plata

c) Bromur de plata

d) Els dos a la vegada


7. A una solució amb un precipitat de clorur de plata s’hi afe-geix KI. Què succeeix?

Dades: Ks (AgCl) 5 1,8 ? 10210; Ks (AgI) 5 1,5 ? 10216

a) Es forma precipitat de iodur d’argent.

b) Es forma més precipitat de clorur d’argent.

c) No passa res.

d) Desapareixen els precipitats.


8. Cal eliminar un precipitat de carbonat de bari d’una pe ça d’un aparell industrial. De quina manera es podria fer?

a) Afegint-hi carbonat de sodi.

b) Afegint-hi amoníac.

c) Afegint-hi clorur de bari.

d) Afegint-hi àcid clorhídric.


5. Al registre de classi�cació de productes de l’Organització de les Nacions Unides hi �gura el iodat de bari amb el codi 523.39, que signi�ca:

— Secció 5: productes químics.

— Capítol 52: productes químics inorgànics.

— 523: sals metàl.liques.

— 523.3: hipoclorits, clorits, clorats, iodits, iodats...

— 523.39: altres clorats, iodats...

Si el producte de solubilitat del iodat de bari és Ks 5 1,57 ? 1029, quants grams d’ió Ba21 per cada 250 mL hi ha en una dissolució saturada de Ba(IO3)2?

a) 7,32 ? 1024 g

b) 2,5 ? 1022 g

c) 5 ? 1022 g

d) 1,98 ? 1025 g


6. El clorur, el bromur i el nitrat de plata s’utilitzen per fer pel.lícules fotosensibles i el líquid de revelatge en les foto-gra�es químiques. A una dissolució de clorur 0,1 M i de bromur 0,01 M hi afegim gota a gota una dissolució de ni-trat d’argent. Quin precipitat es pro duirà primer?

Dades: Ks (AgCl) 5 1,8 ? 10210; Ks (AgBr) 5 5 ? 10213

91QUÍMICA 2 08

j Unitat 8. Reaccions de transferència d’electrons

Activitats

1. El iode és un constituent essencial de la tiroxina, hormona de la tiroide. La de�ciència de iode en la dieta pot provocar una hipertrò�a en la glàndula. Per obtenir iode podem fer reaccionar el iodur de potassi en medi àcid amb el iodat de potassi.

a) Iguala la reacció.

KI 1 KIO3 � I2 1 K2SO4 1 H2O

L’ió iodat es redueix en disminuir el nombre d’oxidació de V a 0, mentre que l’ió iodur s’oxida i augmenta el nombre d’oxidació de 2I a 0.

Oxidació I2 � I2

Reducció IO32 � I2

Oxidació (2 I2 � I2 1 2 e2) ? 5Reducció 2 IO3

2 1 12 H1 1 10 e2 � I2 1 6 H2O____________________________________________10 I2 1 2 IO3

2 1 12 H1 � 6 I2 1 6 H2O

5 KI 1 KIO3 1 3 H2SO4 � 3 I2 1 3 H2O 1 3 K2SO4

b) Indica quin ió és el reductor i quin l’oxidant.

L’ió iodur és el reductor i l’ió iodat és l’oxidant.

2. El dicromat de potassi reacciona amb el clorur de potassi i s’obté sulfat de crom(III) i clor. Iguala la reacció i indica quina és l’espècie reductora i quina l’oxidant.

El clor s’oxida de 2I a 0, mentre que el crom es redueix de VI a III.

Oxidació 2 Cl2 � Cl2Reducció Cr2O7

22 � 2 Cr31

Oxidació (2 Cl2 � Cl2 1 2 e2) ? 3Reducció Cr2O7

22 1 14 H1 1 6 e2 � 2 Cr31 1 7 H2O______________________________________________6 Cl2 1 Cr2O7

22 1 14 H1 � 3 Cl2 1 2 Cr31 1 7 H2O

Escrivim l’equació en forma molecular:

6 KCl 1 K2Cr2O7 1 7 H2SO4 � � 3 Cl2 1 Cr2(SO4)3 1 7 H2O 1 4 K2SO4

L’ió clorur és el reductor i l’ió dicromat és l’oxidant.

3. Podem obtenir àcid acètic fent reaccionar l’etanol amb el dicromat de potassi en medi àcid i s’obté una sal de crom(III). Iguala la reacció, considerant que el medi àcid prové de l’àcid sulfúric.


CH3CH2OH 1 K2Cr2O7 1 H2SO4 � Cr31 1 CH3COOH

La igualem pel mètode de l’ió-electró:

Oxidació (CH3CH2OH 1 H2O � CH3COOH 1 4 H1 1 4 e2) ? 3Reducció (Cr2O7

22 1 14 H1 1 6 e2 � 2 Cr31 1 7 H2O) ? 2___________________________________________________3 CH3CH2OH 1 2 Cr2O7

22 1 3 H2O 1 28 H1 �� 3 CH3COOH 1 4 Cr31 1 14 H2O 1 12 H1

Simpli�quem:

3 CH3CH2OH 1 2 Cr2O722 1 16 H1 �

� 3 CH3COOH 1 4 Cr31 1 11 H2O

I escrivim la reacció en forma molecular:

3 CH3CH2OH 1 2 K2Cr2O7 1 8 H2SO4 �� 3 CH3COOH 1 2 Cr2(SO4)3 1 11 H2O 1 2 K2SO4

4. En les proves d’alcoholèmia, la reacció que hi té lloc és l’oxidació de l’etanol a etanal de l’aire que es bufa. L’oxi-dant són els cristalls taronges de dicromat de potassi en medi àcid, que es redueixen a una sal de crom(III) de color verd. Escriu la reacció que es pro dueix, tenint en compte que el medi àcid ve donat per l’àcid sulfúric.


CH3CH2OH 1 K2Cr2O7 1 H2SO4 � CH3CHO 1 Cr31

La igualem pel mètode de l’ió-electró:

Oxidació (CH3CH2OH � CH3CHO 1 2 H1 1 2 e2) ? 3Reducció Cr2O7

22 1 14 H1 1 6 e2 � 2 Cr31 1 7 H2O_____________________________________________3 CH3CH2OH 1 Cr2O7

22 1 14 H1 �� 3 CH3CHO 1 2 Cr31 1 7 H2O 1 6 H1

Simpli�quem:

3 CH3CH2OH 1 Cr2O722 1 8 H1 � 3 CH3CHO 1 2 Cr31 1 7 H2O


3 CH3CH2OH 1 K2Cr2O7 1 4 H2SO4 �� 3 CH3CHO 1 Cr2(SO4)3 1 K2SO4 1 7 H2O

5. Si fem reaccionar l’1-butanol amb el permanganat de potas-si obtenim àcid butanoic i sulfat de manganès(II), tenint en compte que el medi àcid ve donat per l’àcid sulfúric. Iguala la reacció.


CH3CH2CH2CH2OH 1 KMnO4 1 H2SO4 � � CH3CH2CH2COOH 1 MnSO4

L’ió permanganat es redueix en disminuir el nombre d’oxidació de VII a II, mentre que l’1-butanol s’oxida.


Igualem la reacció pel mètode de l’ió-electró:

Oxidació (CH3CH2CH2CH2OH 1 H2O � � CH3CH2CH2COOH 1 4 H1 1 4 e2) ? 5

Reducció (MnO42 1 8 H1 1 5 e2 � Mn21 1 4 H2O) ? 4___________________________________________________

5 CH3CH2CH2CH2OH 1 4 MnO42 1 5 H2O 1 32 H1 �

� 5 CH3CH2CH2COOH 1 4 Mn21 1 16 H2O 1 20 H1

Simpli�quem:

5 CH3CH2CH2CH2OH 1 4 MnO42 1 12 H1 �

� 5 CH3CH2CH2COOH 1 4 Mn21 1 11 H2O


5 CH3CH2CH2CH2OH 1 4 KMnO4 1 6 H2SO4 �� 5 CH3CH2CH2COOH 1 4 MnSO4 1 2 K2SO4 1 11 H2O

6. El sulfur d’hidrogen és un gas d’olor desagradable, que es produeix en el clave gueram per putrefacció de la matèria orgànica en absència d’oxigen. La dissolució de sulfur d’hi-drogen en aigua és l’àcid sulfhídric, que es pot oxidar a so-fre si el fem reaccionar en medi àcid amb el permanganat de potassi, que es redueix a ió manganès(II).



H2S 1 KMnO4 1 H2SO4 � S 1 Mn21

L’ió permanganat es redueix en disminuir el nombre d’oxida-ció de VII a II, mentre que l’ió sulfur s’oxida.


Oxidació (S22 � S 1 2 e2) ? 5Reducció (MnO4

2 1 8 H1 1 5 e2 � Mn21 1 4 H2O) ? 2_____________________________________________5 S22 1 2 MnO4

2 1 16 H1 � 5 S 1 2 Mn21 1 8 H2O


5 H2S 1 2 KMnO4 1 3 H2SO4 �� 5 S 1 2 MnSO4 1 K2SO4 1 8 H2O

b) Determina la concentració de l’àcid sulfúric si 10 mL han ne cessitat 5 mL d’una dissolució 0,05 M de perman-ganat de potassi per reaccionar.

Per estequiometria, podem calcular la concentració de l’àcid sulfúric: 0,05 mol KMnO4 3 mol H2SO45 ? 1023 dm3 KMnO4 ? ———————— ? ——————— 5 1 dm3 KMnO4 2 mol KMnO4

5 3,75 ? 1024 mol H2SO4

3,75 ? 1024 mol H2SO4[H2SO4] 5 ——————————— 5 0,0625 M 10 ? 1023 dm3

7. El nitrat de potassi en àcid sulfúric reacciona amb el zinc i es produeixen sulfat d’amoni, sulfat de zinc, sulfat de po-tassi i aigua.



KNO3 1 Zn 1 H2SO4 � (NH4)2SO4 1 ZnSO4 1 K2SO4 1 H2O

L’ió nitrat es redueix en disminuir el nombre d’oxidació de V a 2III, mentre que el zinc s’oxida i augmenta el nombre d’oxidació de 0 a II.

Oxidació Zn � Zn21

Reducció NO32 � NH4

1


Oxidació (Zn � Zn21 1 2 e2) ? 4Reducció NO3

2 1 10 H1 1 8 e2 � NH41 1 3 H2O_____________________________________________

4 Zn 1 NO32 1 10 H1 � 4 Zn21 1 NH4

1 1 3 H2O

Escrivim la reacció en forma molecular:

4 Zn 1 KNO3 1 5 H2SO4 � 4 ZnSO4 1 (NH4)2SO4 1 3 H2O

Finalment, acabem d’igualar la reacció:

8 Zn 1 2 KNO3 1 10 H2SO4 �� 8 ZnSO4 1 (NH4)2SO4 1 K2SO4 1 6 H2O

b) Calcula quin volum de nitrat de potassi 0,1 M necessites per fer reaccionar 3,27 g de zinc.

1 mol Zn 2 mol KNO3 1 dm3

3,27 g Zn ? ————— ? —————— ? ——————— 5 65,4 g Zn 8 mol Zn 0,1 mol KNO3

5 0,125 dm3

8. El monòxid de carboni és un gas molt tòxic produït en les combustions amb de�ciència d’oxigen. L’òxid de iode(V) és capaç d’oxidar-lo a diòxid de carboni en absència d’aigua i es redueix a iode.



CO 1 I2O5 � CO2 1 I2


Oxidació (CO 1 H2O � CO2 1 2 H1 1 2 e2) ? 5Reducció I2O5 1 10 H1 1 10 e2 � I2 1 5 H2O________________________________________________5 CO 1 I2O5 1 5 H2O 1 10 H1 � 5 CO2 1 I2 1 5 H2O 1 10 H1

Finalment, simpli�quem:

5 CO 1 I2O5 � 5 CO2 1 I2

b) Calcula la massa de I2O5 necessària per oxidar 5 dm3 de monòxid de carboni mesurats a 1,01 ? 105 Pa i 20 °C.

93QUÍMICA 2 08

14. Antigament, per obtenir ferro i acer s’utilitzava la farga ca-talana. Busca informació de com funcionava i les caracterís-tiques que tenia.

Resposta oberta.

Activitats finals

1. Escriu i iguala les reaccions químiques següents:

a) L’ió ferro(II) reacciona amb l’ió dicromat en medi àcid i forma l’ió crom(III), ferro(III) i aigua.

Cr2O722 1 Fe21 � Cr31 1 Fe31 1 H2O

El ferro s’oxida de II a III, mentre que el crom es redueix de VI a III.

Oxidació Fe21 � Fe31

Reducció Cr2O722 � 2 Cr31

Oxidació (Fe21 � Fe31 1 1 e2) ? 6Reducció Cr2O7

22 1 14 H1 1 6 e2 � 2 Cr31 1 7 H2O______________________________________________Cr2O7

22 1 6 Fe21 1 14 H1 � 2 Cr31 1 6 Fe31 1 7 H2O

b) L’ió crom(III) reacciona amb l’ió nitrit en medi bàsic i forma l’ió cromat, monòxid de nitrogen i aigua.

NO22 1 Cr31 � NO 1 CrO4

22 1 H2O

El nitrogen es redueix en disminuir el nombre d’oxidació de III a II, mentre que el crom s’oxida i augmenta el nombre d’oxidació de III a VI.

Oxidació Cr31 � CrO422

Reducció NO22 � NO

Oxidació Cr31 1 8 OH2 � CrO422 1 4 H2O 1 3 e2

Reducció (NO22 1 H2O 1 1 e2 � NO 1 2 OH2) ? 3___________________________________________

Cr31 1 8 OH2 1 3 NO22 1 3 H2O �

� CrO422 1 4 H2O 1 3 NO 1 6 OH2

Cr31 1 3 NO22 1 2 OH2 � CrO4

22 1 3 NO 1 H2O

c) L’àcid nítric reacciona amb l’estany i forma diòxid d’es-tany, diòxid de nitrogen i aigua.

Sn 1 HNO3 � SnO2 1 NO2 1 H2OSn 1 H1 1 NO3

2 � SnO2 1 NO2 1 H2O

El nitrogen es redueix en disminuir el nombre d’oxidació de V a IV, mentre que l’estany s’oxida i augmenta el nombre d’oxidació de 0 a IV.

Oxidació Sn � SnO2

Reducció NO32 � NO2

Oxidació Sn 1 2 H2O � SnO2 1 4 H1 1 4 e2

Reducció (NO32 1 2 H1 1 1 e2 � NO2 1 H2O) ? 4___________________________________________

Sn 1 2 H2O 1 4 NO32 1 8 H1 �

� SnO2 1 4 H1 1 4 NO2 1 4 H2O

A partir de l’equació dels gasos ideals, calculem quants mols de monòxid de carboni volem oxidar:

p Vp V 5 n R T � n 5 —— R T

1,01 ? 105 Pa ? 5 ? 1023 m3

n 5 ———————————— 5 0,2 mol CO 8,31 J?K/mol ? 293 K

Finalment, per estequiometria calculem la massa de I2O5 que es necessita:

1 mol I2O5 334 g I2O50,2 mol CO ? —————— ? —————— 5 13,36 g I2O5 5 mol CO 1 mol I2O5

9. Un dels processos oxidants més importants, energèticament parlant, del nostre organisme és el cicle de l’àcid cítric o cicle de Krebs. Una de les reaccions redox d’aquest cicle és la transformació del succinat a fumarat mitjançant la reac-ció amb un enzim transportador d’electrons anomenat �avi-na adenina dinucleòtid, FAD. Escriu la reacció i indica quina espècie química es re dueix i quina s’oxida.

Esquemàticament podem escriure la reacció de la manera següent:

succinat 1 FAD � fumarat 1 FADH2

–OOC–CH2–CH2–COO2 1 FAD � –OOC–CH}}CH–COO2 1 FADH2

El FAD es redueix a FADH2. S’oxida el succinat, ja que perd dos hidrògens.

10. Quan hi ha una disposició limitada d’oxigen en les cèl.lules del nostre organisme, per exemple quan el múscul realitza una activitat física intensa, el piruvat, CH3COCOO2, es trans-forma en àcid làctic. L’acumulació d’aquest àcid causa el cruiximent. Busca informació de la reacció que es produeix i indica quina és la molècula oxidant i quina la reductora.


CH3COCOO2 1 NADPH 1 H1 � CH3CHOHCOO2 1 NADP

El piruvat és l’oxidant, ja que es redueix a àcid làctic, mentre que el reductor és el NADPH, ja que perd un hidrogen.

11. Quins són els principals factors atmosfèrics que afavoreixen la corrosió?

a) Humitat relativa alta i nivells elevats de diòxid de sofre i clorurs.

b) Humitat relativa alta i temperatura elevada.

c) Sol i el pas del temps.


12. Per què els materials es rovellen més en zones costaneres que en zones d’interior?

Bàsicament, perquè la humitat relativa de l’aire és molt més gran que en zones d’interior.

13. Quina funció realitza la pedra calcària en el procés d’obten-ció del ferro colat a l’alt forn?

La pedra calcària es combina amb les impureses del mineral per formar l’escòria.


La plata es redueix de I a 0, mentre que la hidroquinona s’oxida perquè perd hidrogen.

Oxidació C6H6O2 � C6H4O2

Reducció Ag1 � Ag

Oxidació C6H6O2 � C6H4O2 1 2 H1 1 2 e2

Reducció (Ag1 1 1 e2 � Ag) ? 2_____________________________________2 Ag1 1 C6H6O2 � 2 Ag 1 C6H4O2 1 2 H1

La reacció igualada és:

2 AgBr 1 C6H6O2 � 2 Ag 1 2 HBr 1 C6H4O2

4. Quan afegim una dissolució de permanganat de po tassi a una dissolució d’àcid oxàlic en presència d’àcid sulfúric, es formen unes bombolles de diòxid de carboni, mentre que el manganès el trobem dissolt en forma de sulfat de manga-nès(II). Escriu i iguala l’equació.


KMnO4 1 H2C2O4 1 H2SO4 � MnSO4 1 CO2

El carboni s’oxida de III a IV, mentre que el manganès es redueix de VII a II.

Oxidació C2O422 � CO2

Reducció MnO42 � Mn21

Oxidació (C2O422 � 2 CO2 1 2 e2) ? 5

Reducció (MnO42 1 8 H1 1 5 e2 � Mn21 1 4 H2O) ? 2_________________________________________________

5 C2O422 1 2 MnO4

2 1 16 H1 � 10 CO2 1 2 Mn21 1 8 H2O

5 H2C2O4 1 2 MnO42 1 6 H1 � 10 CO2 1 2 Mn21 1 8 H2O

Els protons que falten els afegim en forma d’àcid sulfúric i així igualem els sulfats i el potassi que falta com a producte en forma de sulfat de potassi:

5 H2C2O4 1 2 KMnO4 1 3 H2SO4 �� 10 CO2 1 2 MnSO4 1 8 H2O 1 K2SO4

5. Al laboratori, es vol determinar la concentració de ferro(II) d’una dissolució mitjançant una volumetria amb permanga-nat. Quan el permanganat reacciona amb els ions ferro(II) en medi àcid, s’obtenen ions man ga nès(II), ions ferro(III) i aigua.

Si valorem 10 cm3 d’una dissolució de sulfat de ferro(II) amb una dissolució 0,1 M de permanganat, s’assoleix el punt d’equivalència quan han reaccionat 11,5 cm3 de per-manganat de potassi. Calcula la concentració de ferro(II) en la dissolució.

Primer escrivim la reacció redox i la igualem:

Oxidació (Fe21 � Fe31 1 1 e2) ? 5Reducció MnO4

2 1 8 H1 1 5 e2 � Mn21 1 4 H2O____________________________________________5 Fe21 1 MnO4

2 1 8 H1 � 5 Fe31 1 Mn21 1 4 H2O

Sn 1 4 NO32 1 4 H1 � SnO2 1 4 NO2 1 2 H2O

Sn 1 4 HNO3 � SnO2 1 4 NO2 1 2 H2O

d) L’àcid sulfhídric reacciona amb l’àcid nítric i forma sofre, diòxid de nitrogen i aigua.

H2S 1 HNO3 � S 1 NO2 1 H2O2 H1 1 S22 1 H1 1 NO3

2 � S 1 NO2 1 H2O

El nitrogen es redueix en disminuir el nombre d’oxidació de V a IV, mentre que l’ió sulfur s’oxida i augmenta el nombre d’oxidació de 2II a 0.

Oxidació S22 � SReducció NO3

2 � NO2

Oxidació S22 � S 1 2 e2

Reducció (NO32 1 2 H1 1 1 e2 � NO2 1 H2O) ? 2___________________________________________

S22 1 2 NO32 1 4 H1 � S 1 2 NO2 1 2 H2O

H2S 1 2 HNO3 � S 1 2 NO2 1 2 H2O

e) L’àcid sulfúric reacciona amb el bromur de potassi i for-ma sulfat de potassi, brom, diòxid de sofre i aigua.

H2SO4 1 KBr � K2SO4 1 Br2 1 SO2 1 H2O

2 H1 1 SO422 1 K1 1 Br2 � 2 K1 1 SO4

22 1 Br2 1 SO2 1 H2O

El sofre es redueix en disminuir el nombre d’oxidació de VI a IV, mentre que l’ió bromur s’oxida i augmenta el nombre d’oxidació de 2I a 0.

Oxidació Br2 � Br2Reducció SO4

22 � SO2

Oxidació 2 Br2 � Br2 1 2 e2

Reducció SO422 1 4 H1 1 2 e2 � SO2 1 2 H2O_________________________________________

2 Br2 1 SO422 1 4 H1 � Br2 1 SO2 1 2 H2O

2 KBr 1 2 H2SO4 � K2SO4 1 Br2 1 SO2 1 2 H2O

2. Ordena els compostos següents en ordre creixent de nombre d’oxidació del carboni:

CH3OH, HCOOH, HCHO, CH4

De més oxidat a més reduït:

HCOOH . CH2O . CH3OH . CH4

II 0 2II 2IV

3. En el revelatge de la pel.lícula fotogrà�ca en blanc i negre es produeix un procés redox entre l’emulsió de la pel.lícula, constituïda per bromur de plata, i el revelador d’hidroqui-nona, C6H6O2. Aquest procés forma com a productes plata metàl.lica, àcid bromhídric i quinona, C6H4O2. Escriu i iguala la reacció.


AgBr 1 C6H6O2 � Ag 1 HBr 1 C6H4O2

95QUÍMICA 2 08

1,2 mol KNO3 8 mL Zn 65,38 g Zn15 mL KNO3 ? ——————— ? —————— ? —————— 5 1 000 mL KNO3 2 mol KNO3 1 mol Zn

5 4,71 g Zn

4,71 g Zn—————— ? 100 5 94,2 % 5 g mostra

8. El sulfur d’antimoni(III) és un sòlid de color negre que s’utilitza en pirotècnia i en la fabricació de llumins (forma part de la punta del fòsfor). Si es fa reaccionar sulfur d’an-timoni amb àcid nítric s’obté òxid d’anti moni(V), òxid de nitrogen(IV) i sofre. Iguala la reacció i indica quines espè-cies s’oxiden i quines es re dueixen.

S’oxiden dues espècies: el Sb31, que passa a Sb51, i el S22, que passa a S. Es redueix el NO3

2, que passa a NO2.

Oxidació: (Sb2S3 1 5 H2O � Sb2O5 1 3 S 1 10 H1 1 10 e2)Reducció: (NO3

2 1 2 H1 1 1 e2 � NO2 1 H2O) ? 10___________________________________________________Sb2S3 1 5 H2O 1 10 NO3

2 1 20 H1 1 10 e2 �� Sb2O5 1 3 S 1 10 H1 1 10 e2 1 10 NO2 1 10 H2O

Sb2S3 1 10 NO32 1 10 H1 � Sb2O5 1 3 S 1 10 NO2 1 5 H2O

Escrivim la reacció en forma molecular:

Sb2S3 1 10 HNO3 � Sb2O5 1 3 S 1 10 NO2 1 5 H2O

9. El brom, a temperatura ambient, és un element líquid de color marró vermellós. Provoca greus irritacions en els ulls, a la pell i a les mucoses. Si fem reaccionar brom amb hidrò-xid de potassi s’obté bromur de potassi, bromat de potassi i aigua.

a) Quina és l’espècie oxidant i quina la reductora?

L’espècie reductora és el Br2, que passa a BrO32.

L’espècie oxidant és el Br2, que passa a Br2.

b) Iguala la reacció en medi bàsic.

Oxidació: Br2 1 12 OH2 � 2 BrO32 1 6 H2O 1 10 e2

Reducció: (Br2 1 2 e2 � 2 Br2) ? 5______________________________________________Br2 1 12 OH2 1 5 Br2 1 10 e2 �

� 2 BrO32 1 6 H2O 1 10 e2 1 10 Br2

6 Br2 1 12 OH2 � 2 BrO32 1 6 H2O 1 10 Br2

6 Br2 1 12 OH2 � 2 KBrO3 1 6 H2O 1 10 Br2

c) Quin volum d’hidròxid de potassi 0,4 M necessitem per-què reaccioni amb 2 g de brom?

1 mol Br2 12 mol KOH 1 L2 g Br2 ? ————— ? ——————— ? ——————— 5 160 g Br2 6 mol Br2 0,4 mol KOH

5 0,0625 L KOH 5 62,5 mL KOH

10. Una de les maneres de reduir el ferro(III) a ferro(II) és fer reaccionar el clorur de ferro(III) amb àcid sulfurós. S’obté clorur de ferro(II) i àcid sulfúric. Iguala la reacció correspo-nent.

Escrivim i igualem la reacció en forma molecular:

10 FeSO4 1 2 KMnO4 1 8 H2SO4 �� 5 Fe2(SO4)3 1 2 MnSO4 1 8 H2O 1 K2SO4

Finalment, per estequiometria, podem calcular la concentració d’ions ferro(II): 0,1 mol KMnO4 10 mol FeSO40,0115 dm3 KMnO4 ? ———————— ? ——————— ? 1 dm3 KMnO4 2 mol KMnO4

1 mol Fe21

? ——————— 5 5,75 ? 1023 mol Fe21

1 mol FeSO4

5,75 ? 1023 mol Fe21

[Fe21] 5 —————————— 5 0,575 M 0,01 dm3

6. L’ió peroxodisulfat, S2O822, és un oxidant enèrgic. Volem oxi-

dar l’ió �uorur a �uor i l’ió manganès(II) a permanganat.

Iguala pel mètode de l’ió-electró l’equació o les equa cions corresponents a les reaccions esmentades.

Per tal que es produeixin les oxidacions cal que es compleixi la condició següent:

E°pila 5 E°càtode 2 E°ànode . 0

E°pila 5 E° (S2O822/SO4

22) 2 E° (MnO42/Mn21)

E°pila 5 2,01 V 2 1,51 V 5 0,50 V


22) 2 E° (F2/F2)

E°pila 5 2,01 V 2 2,87 V , 0 No funciona

(2) Ànode Oxidació (4 H2O 1 Mn21 � MnO42 1 8 H1 1 5 e2) ? 2

(1) Càtode Reducció (S2O822 1 2 e2 � 2 SO4

22) ? 5___________________________________________________

8 H2O 1 2 Mn21 1 5 S2O822 � 2 MnO4

2 1 16 H1 1 10 SO422

7. El zinc és un element essencial per al desenvolupament dels organismes. En els humans, afavoreix el creixement i ajuda a cicatritzar ferides. En la indústria, és utilitzat per recobrir metalls i protegir-los de l’oxidació. El procés pel qual el ferro o l’acer es recobreixen d’un bany de zinc es coneix amb el nom de galvanitzat.

El zinc pot ser atacat pel nitrat de potassi en presència d’àcid sulfúric i dóna sulfat de zinc i amoni.

a) Ajusta la reacció pel mètode de l’ió-electró.

Zn 1 KNO3 1 H2SO4 � ZnSO4 1 (NH4)2SO4 1 K2SO4

b) Tenim 5 g d’una mostra d’un metall que conté zinc. Si hem utilitzat 15 mL de dissolució de nitrat de potassi 1,2 M, quin era el percentatge de zinc en la mostra?

Oxidació: (Zn � Zn21 1 2 e2) ? 4

Reducció: NO32 1 10 H1 1 8 e2 � NH4

1 1 3 H2O ________________________________________________

4 Zn 1 NO32 1 10 H1 � 4 Zn21 1 8 e2 1 NH4

1 1 3 H2O 1 8 e2

8 Zn 1 2 KNO3 1 10 H2SO4 �� 8 ZnSO4 1 (NH4)2SO4 1 6 H2O 1 K2SO4



1. [Curs 10-11] Quan es fabrica una reixa de ferro, per col-locar-la a l’exterior d’un habitatge, es pinta freqüentment amb una capa de vermell de plom (mini) per evitar la corro-sió del ferro.

Dades: suposeu que la temperatura ambiental és 298 K.

Parell redox Zn21 / Zn Ni21 / Ni Fe21 / Fe Ag1 / Ag O2 / H2O

Potencial estàndard de reducció, a 298 K E° (V)

20,76 20,24 0,36 0,80 1,23

a) Indiqueu, esquemàticament, els processos involucrats en la corrosió d’una reixa de ferro, sotmesa a les condi-cions ambientals d’humitat i oxigen atmosfèrics.

Els processos que tenen lloc són:

— L’oxigen gasós es dissol a l’aigua.

— Aquesta dissolució entra en contacte amb el ferro.

— Es produeix una reacció redox: el ferro s’oxida a Fe(II) i l’oxigen dissolt es redueix a aigua.

b) Si comparem els metalls ferro, níquel, plata i zinc, indi-queu quins d’ells son susceptibles de ser corroïts per les condicions ambientals. Quin d’aquests metalls té més facilitat per dur a terme un procés de corrosió? Justi�-queu les respostes.

Si la reacció entre l’oxigen i el metall (corrosió) es produís en una pila, el potencial de la cel·la seria:

E° 5 E° CÀTODE 2 E° ÀNODE 5 E° (O2/H2O) 2 E° (Mn1/M)

Segons l’equació: DG°5 2 n ? F ? E°, quan E° és positiu tenim una variació d’energia lliure negativa i el procés és espontani.

Per tant, tots els metalls donats (Zn, Ni, Fe i Ag) són sus-ceptibles de ser corroïts, ja que el potencial estàndard de reducció de l’espècie que es redueix (O2) es més gran que el de l’espècie que s’oxida (el metall).

El metall que tingui el potencial estàndard de reducció més petit és el que donarà un potencial de cel·la (E°) més gran i és el que tindrà més facilitat per dur a terme el procés de corrosió. Amb les dades de la taula, el Zn és el metall amb més facilitat per dur a terme el procés de corrosió.

2. El cinabri és un mineral que conté sulfur de mercuri(II). Una mostra de cinabri es fa reaccionar amb àcid nítric con-centrat de manera que el sulfur de mercuri(II) present en el mineral reacciona amb l’àcid formant aigua, monòxid de nitrogen i sulfat de mercuri(II).

Dades: Masses atòmiques: Hg 5 200,6; S 5 32,1

Oxidació: SO322 1 H2O � SO4

22 1 2 H1 1 2 e2

Reducció: (Fe31 1 1 e2 � Fe21) ? 2___________________________________________________SO3

22 1 H2O 1 2 Fe31 1 2 e2 � SO422 1 2 H1 1 2 e2 1 2 Fe21

H2SO3 1 H2O 1 2 FeCl3 � H2SO4 1 2 HCl 1 2 FeCl221

11. Escriu la reac ció redox entre l’àcid sulfhídric i el perman-ganat de potassi per produir sofre i sulfat de manga nès(II), i indica quin és l’oxidant i quin és el reductor.

L’espècie oxidant és el MnO42, que passa a Mn21. L’espècie re-

ductora és el S22, que passa a S.

Oxidació: (S22 � S 1 2 e2) ? 5Reducció: (MnO4

2 1 8 H1 1 5 e2 � Mn21 1 4 H2O) ? 2___________________________________________________5 S22 1 2 MnO4

2 1 16 H1 1 10 e2 �� 5 S 1 10 e2 1 2 Mn21 1 8 H2O

5 H2S 1 2 KMnO4 1 3 H2SO4 � � 5 S 1 2 MnSO4 1 8 H2O 1 2 K2SO4

12. El crom és un dels elements químics que s’afegeix a l’acer per augmentar-ne la duresa i la resistència al desgast. Te-nim un mineral que conté crom(III) i volem determinar-ne la quantitat. Per això, farem servir la reacció redox entre el crom(III), que s’oxida a cromat, i el clorat de potassi, que es redueix a ió clorur.

Determina el percentatge de crom d’una mostra d’1,5 g de mineral si han estat necessaris 12 mL d’una dissolució de clo-rat de potassi 0,05 M.

Oxidació: (Cr31 1 4 H2O � CrO422 1 8 H1 1 3 e2) ? 2

Reducció: (ClO32 1 6 H1 1 6 e2 � Cl2 1 3 H2O)___________________________________________________

2 Cr31 1 8 H2O 1 ClO32 1 6 H1 1 6 e2 �

� 2 CrO422 1 16 H1 1 Cl2 1 3 H2O 1 6 e2

2 Cr31 1 ClO32 1 5 H2O � 2 CrO4

22 1 Cl2 1 10 H1

Neutralitzem amb 10 OH2:

2 Cr31 1 5 H2O 1 ClO32 1 10 OH2 �

� 2 CrO422 1 10 H1 1 10 OH2 1 Cl2

2 Cr31 1 5 H2O 1 ClO32 1 10 OH2 � 2 CrO4

22 1 Cl2 1 10 H2O

2 Cr31 1 ClO32 1 10 OH2 � 2 CrO4

22 1 Cl2 1 5 H2O

2 CrCl3 1 KClO3 1 10 KOH � 2 K2CrO4 1 7 KCl 1 5 H2O

0,05 mol KClO3 2 mol CrCl3 1 mol Cr12 mL KClO ? ——————— ? —————— ? —————— ? 1 000 mL 1 mol KClO3 1 mol CrCl3

52 g Cr? ————— 5 0,0624 g Cr

1 mol Cr

0,0624 g Cr——————— ? 100 5 4,16 % 1,5 g mostra

97QUÍMICA 2 08

5. En medi sulfúric, el sul�t de potassi reacciona amb el permanganat de potassi i dóna sulfat de potassi i sulfat de manganès(II).

a) Indiqueu els estats d’oxidació del Mn i del S en el perman-ganat de potassi i el sul�t de potassi, respectivament.

Estats d’oxidació:

Mn en el MnO42: 17

S en el SO322: 14

b) Igualeu la reacció redox pel mètode de l’ió-electró.

Escriptura de les semireaccions:

SO322 1 H2O � SO4

22 1 2 H1 1 2 e2

MnO42 1 8 H1 1 5 e2 � Mn21 1 4 H2O

Reacció iònica ajustada:

5 SO322 1 2 MnO4

2 1 6 H1 � 5 SO422 1 2 Mn21 1 3 H2O

Reacció molecular ajustada:

5 K2SO3 1 3 H2SO4 1 2 KMnO4 � � 6 K2SO4 1 2 MnSO4 1 3 H2O

Al llarg de la seva reducció el MnO42 dóna lloc a Mn21, que

posseeix una certa toxicitat ambiental, mentre que en el de-curs de la seva reducció, el peròxid d’hidrogen forma aigua:

H2O2 1 2 H1 1 2 e2 � 2 H2O

que és atòxica per al medi ambient.

Quimitest 1. La fos�na, PH3, és un reductor potent de moltes sals me-

tàl.liques que passen a metall. És un gas incolor i molt veri-nós que crema en presència d’aire. El podem obtenir fent reaccionar en calent el fòsfor blanc segons la reacció següent:

P4(s) 1 3 NaOH(aq) 1 3 H2O(l) � 3 NaH2PO2(aq) 1 PH3(g)

Si disposem de 12,4 g de fòsfor blanc, el volum de NaOH 1,2 M que necessitem per fer-lo reaccionar totalment és de:

a) 120 mL

b) 250 mL

c) 330 mL

d) 8 mL


2. L’òxid de manganès(II) reacciona amb l’òxid de plom(IV) en medi àcid i dóna àcid permangànic i nitrat de plom(II). De les a�rmacions següents, quina és incorrecta?

a) Els ions permanganat s’oxiden.

b) En la semireacció d’oxidació es guanyen tres electrons.

c) En aquesta reacció el reductor és l’òxid de man ganès(II).

a) Igualeu la reacció pel mètode de l’ió-electró i indiqueu l’espècie que s’oxida i la que es redueix.

Reacció igualada:

8 HNO3 1 3 HgS � 8 NO 1 3 HgSO4 1 4 H2O

El compost que s’oxida és el HgS (de fet, l’anió sulfur) i el que es redueix és el HNO3 (de fet, l’anió NO3

2).

b) Calculeu el volum d’àcid nítric 13,0 M que reaccionarà amb el sulfur de mercuri(II) present en 10,0 g d’un cina-bri que té un 92,5 % de sulfur de mercuri(II).

Per factors de conversió: V 5 8,15 mL de dissolució d’àcid nítric.

3. L’estany metàl·lic reacciona amb l’àcid nítric concentrat i forma òxid d’estany(IV), diòxid de nitrogen i aigua.

Dades: Masses atòmiques: Sn 5 118,7; H 5 1,0; N 5 14,0; O 5 16,0

a) Ajusteu la reacció que té lloc pel mètode de l’ió-electró.

Reaccions d’oxidació i reducció:

oxidació: Sn 1 2 H2O � SnO2 1 4 H1 1 4 e2

reducció: HNO3 1 H1 1 e2 � NO2 1 H2O

Sn 1 4 HNO3 � SnO2 1 4 NO2 1 2 H2O

b) Calculeu el volum d’una solució d’àcid nítric del 16,0 % en massa i densitat 1,09 g?mL21, que reaccionarà este-quiomètricament amb 2,00 g d’estany.

Massa molecular del HNO3 5 63,0 g/mol

1 mol Sn 4 mol HNO3 63,0 g HNO32,00 g Sn ? —————— ? —————— ? —————— ? 118,7 g Sn 1 mol Sn 1 mol HNO3

100 g diss. 1 mL diss.? ——————— ? ——————— 5 24,35 mL 16,0 g HNO3 1,09 g diss.

4. El ZnSO4 es pot obtenir a partir del ZnS per oxidació amb HNO3, una reacció en la qual es produeix, a més, NO.

Dades: Masses atòmiques: H 5 1, O 5 16, N 5 14, S 5 32, Zn 5 65,4

a) Escriviu i ajusteu la reacció indicada, pel mètode de l’ió-electró.

Oxidació: S22 1 4 H2O � SO22 1 8 H1 1 8 e2

Reducció: NO32 1 4 H1 1 3 e2 � NO 1 2 H2O

Total:

3 S22 1 8 NO32 1 8 H1 � 3 SO4

22 1 8 NO 1 4 H2O

3 ZnS 1 8 HNO3 � 3 ZnSO4 1 8 NO 1 4 H2O

b) Calculeu el volum mínim de HNO3 de concentració 6 M necessari per reaccionar amb una mostra de 8 g del mi-neral blenda, que conté un 70 % en massa de ZnS.

Per factors de conversió: 25,6 cm3 HNO3


d) El coe�cient estequiomètric de l’òxid de plom(IV) en la reacció un cop igualada és 5.

e) L’òxid de plom(IV) actua com a oxidant donant l’ió plom(II).

La resposta és la b).

3. En medi àcid els ions sulfur i el dicromat reaccionen per donar sofre i ions crom(III). Quina quantitat de sofre s’ob-tindrà a partir de 7,8 g de dicromat de po tassi?

a) 1,53 g

b) 3,62 g

c) 2,55 g

d) 4,06 g


4. En solució aquosa i en medi àcid els ions dicromat reac-cionen amb els ions iodur i s’obté crom(III), iode i aigua. Quants mL de dissolució de dicromat de potassi 0,1 M són necessaris perquè reaccionin amb 3 g de iodur de potassi?

a) 21,25 mL

b) 12,84 mL

c) 30,12 mL

d) 19,12 mL


5. Dos grams de siderita, FeCO3, es dissolen en àcid sulfúric. Perquè reaccioni tot el ferro(II) present en el mineral calen 20 mL d’una dissolució 0,2 M de permanganat de potassi. El percentatge de ferro en el mineral és:

a) 35 %

b) 45 %

c) 56 %

d) 65 %


6. La reacció de l’òxid de sofre(IV) amb l’àcid iòdic i aigua dóna àcid sulfúric i iode. Quin és el volum d’àcid iòdic 2 M necessari perquè reaccioni amb 6,4 g d’òxid de sofre(IV)?

a) 21 mL

b) 28 mL

c) 20 mL

d) 25 mL


7. El dicromat de potassi reacciona amb el clorur d’es tany(II) en presència d’àcid clorhídric i s’obté clorur d’estany(IV) i clorur de crom(III). Quina és la concentració de dicromat de potassi si 60 mL d’una dissolució d’aquest producte han reaccionat amb 45 mL d’una dissolució de clorur d’estany(II) 0,5 M?

a) 0,125 M

b) 0,321 M

c) 0,185 M

d) 0,312 M


8. La fabricació de l’acer implica una reducció del ferro. El procés es pot simpli�car amb la reacció:

Fe2O3(s) 1 3 CO(g) � 3 CO2(g) 1 2 Fe(s)

D’aquesta reacció es dedueix que:

a) El Fe2O3 s’oxida.

b) El CO s’oxida.

c) El CO es redueix.

d) Cap de les opcions anteriors és certa, ja que la reacció va en sentit contrari.


99QUÍMICA 2 09

j Unitat 9. Aplicacions de les reaccions redox

Activitats

1. Si fem passar un corrent elèctric per una dissolució aquo sa de nitrat de cobalt(II) es desprèn oxigen i cobalt.

a) Indica les reaccions que hi ha en cada elèctrode.

1(2) Ànode Oxidació H2O � — 02 1 2 H1 1 2 e2

2

(1) Càtode Reducció Co21 1 2 e2 � Co________________________________________________ 1Reacció global Co21 1 H2O � Co 1 — 02 1 2 H1

2

b) Calcula la intensitat de corrent que es necessita per di-positar 10,72 g de cobalt en 33 minuts.

Per estequiometria:

1 mol Co 2 mol e2 96 500 C10,72 g Co ? ————— ? ————— ? ————— 5 59 g Co 1 mol Co 1 mol e2

5 35 067,12 C


Q 35 067,12 CQ 5 I ? t � I 5 — 5 —————— 5 17,71 A t 1 980 s

c) Calcula el volum d’oxigen gasós mesurat a 25 °C i 9,5 ? 104 Pa.

Per estequiometria, primer, i a partir de l’equació dels gasos ideals, després, esbrinem el volum d’oxigen que es desprèn:

1 mol Co 0,5 mol O210,72 g Co ? ————— ? ————— 5 0,09 mol O2 59 g Co 1 mol Co

n R Tp V 5 n R T � V 5 ——— p

0,09 mol ? 8,31 J/(K?mol) ? 298 KV 5 ————————————————— 5 2,3 ? 1023 m3 O2 9,5 ? 104 Pa

2. En l’electròlisi de 250 mL d’una dissolució 0,1 M de nitrat de plata es fa passar un corrent elèctric de 0,15 A durant 4 hores.

a) Determina la massa de plata dipositada en el càtode.

En el càtode es produeix la reacció de reducció següent:

Ag1 1 1 e2 � Ag


Q 5 I ? t � Q 5 0,15 A ? 14 400 s 5 2 160 C

Per estequiometria:

1 mol e2 1 mol Ag 108 g Ag2 160 C ? ————— ? ————— ? ————— 5 2,42 g Ag 96 500 C 1 mol e2 1 mol Ag

b) Calcula la concentració d’ió plata de la dissolució un cop acabada l’electròlisi. Suposa que el volum es manté.

Calculem la concentració d’ió plata que reacciona en l’elec-tròlisi: 1 mol e2 1 mol Ag1

2 160 C ? ————— ? —————— 5 0,022 mol Ag1

96 500 C 1 mol e2

0,022 mol Ag1

[Ag1]reacciona 5 ———————— 5 0,088 M 0,25 dm3

La concentració �nal la calculem de la manera següent:

[Ag1]�nal 5 [Ag1]inicial 2 [Ag1]reacciona

[Ag1]�nal 5 0,1 M 2 0,088 M 5 0,012 M

3. Volem conèixer la quantitat d’electricitat que circula a tra-vés de dues cel.les electrolítiques connectades en sèrie. La primera conté una dissolució de nitrat de plata, mentre que la segona conté una dissolució de clorur de ferro(II). Si en el càtode de la primera s’han dipositat 1,3 g de plata:

a) Determina el corrent elèctric que hi ha circulat.

En el càtode de la primera cel.la electrolítica es produeix la reacció de reducció següent:

Ag1 1 1 e2 � Ag

Per estequiometria:

1 mol Ag 1 mol e2 96 500 C1,3 g Ag ? —————— ? ————— ? ————— 5 1 162,65 C 107,9 g Ag 1 mol Ag 1 mol e2

b) Calcula l’augment de massa de la segona cel.la.

En el càtode de la segona cel.la electrolítica es produeix la reacció de reducció següent:

Fe21 1 2 e2 � Fe

Per estequiometria:

1 mol e2 1 mol Fe 58 g Fe1 162,65 C ? ————— ? ————— ? ————— 5 0,34 g Fe 96 500 C 2 mol e2 1 mol Fe

Per tant, el càtode ha augmentat 0,34 g.

4. Els aliatges de l’osmi s’empren per a la fabricació de puntes de bolígraf, ja que és un metall de gran duresa. Es fa pas-sar un corrent continu de 2,7 A durant dues hores i mitja per una dissolució aquosa de sal d’osmi.

Determina la càrrega de l’ió osmi en la dissolució si en l’electròlisi s’han dipositat 7,98 g d’osmi en el càtode.

En aquest cas, la reacció que es produeix en el càtode és:

(2) Càtode (reducció): Osx11 x e2 � Os


b) Indica les semireaccions que es produiran a cada elèctro-de, el sentit dels electrons i la reacció global de la pila.

Les reaccions que es produeixen en cada elèctrode són:

(2) Ànode Oxidació (Mg � Mg21 1 2 e2) ? 3(1) Càtode Reducció (Au31 1 3 e2 � Au) ? 2________________________________________________Reacció global 3 Mg 1 2 Au31 � 3 Mg21 1 2 Au

Dades: E° (Mg21/Mg) 5 22,34 V; E° (Al31/Al) 5 21,66 V; E° (Au31/Au) 5 1,50 V; E° (NO3

2/NO) 5 0,96 V

8. D’acord amb els potencials estàndard de reducció següents, indica:

E° (Cl2/Cl2) 5 1,36 V; E° (Br2/Br2) 5 1,06 V; E° (I2/I2) 5 0,54 V

a) Quina és l’espècie més oxidant?

El clor és l’espècie més oxidant, perquè el seu potencial es-tàndard de reducció és més gran i, per tant, té més tendèn-cia a reduir-se.

b) La reacció entre l’ió clorur i el iode molecular és espon-tània?

Per tal que la reacció sigui espontània, cal que es compleixi la condició següent:


L’ió clorur només es pot oxidar; per tant, ha d’actuar com a ànode:

E°pila 5 E°(I2/I2) 2 E°(Cl2/Cl2) 5 0,54 V 2 1,36 V 5 20,82 V

Per tant, la reacció no és espontània.

c) La reacció entre el clor molecular i l’ió bromur és espon-tània?

Per tal que la reacció sigui espontània, cal que es compleixi la condició següent:


El clor només es pot reduir; per tant, ha d’actuar com a cà-tode:

E°pila 5 E°(Cl2/Cl2) 2 E°(Br2/Br2) 5 1,36 V 2 1,06 V 5 0,30 V

Per tant, la reacció és espontània.

d) Indica les semireaccions i les reaccions globals possibles.


(2) Ànode Oxidació 2 Br2 � Br2 1 2 e2

(1) Càtode Reducció Cl2 1 2 e2 � 2 Cl2______________________________________________Reacció global 2 Br2 1 Cl2 � Br2 1 2 Cl2

Apliquem la fórmula:

Q 5 I ? t � Q 5 2,7 A ? 9 000 s 5 24 300 C

Per estequiometria:

1 mol e2 1 mol Os 190,2 g Os24 300 C ? ————— ? ————— ? ————— 5 7,98 g Os 96 500 C x mol e2 1 mol Os

24 300 C ? 190,2 g Osx 5 ——————————— 5 6 mol e2

7,98 g Os ? 96 500 C

Per tant, Os61 1 6 e2 � Os.

5. El tal.li és un element verinós que es troba present en rati-cides. Construïm una pila amb un elèctrode de tal.li sub-mergit en una dissolució de tal.li(I) i el càtode és de platí submergit en una dissolució de sulfat de ferro(II) i sulfat de ferro(III). Indica:

a) Les semireaccions dels elèctrodes i la seva polaritat.

(2) Ànode Oxidació Tl � Tl1 1 1 e2

(1) Càtode Reducció Fe31 1 1 e2 � Fe21

_____________________________________________Reacció global Tl 1 Fe31 � Tl1 1 Fe21

b) El diagrama de pila.

Tl(s) | Tl1(aq) (1 M) || Fe31(aq) (1 M), Fe21

(aq) (1 M) Pt(s)

6. D’acord amb les notacions de piles següents, indica les se-mireaccions dels elèctrodes i la seva la polaritat:

a) Fe(s) | Fe21(aq) (1 M) || H1

(aq) (1 M) | H2(g) (1 atm) (Pt)

(2) Ànode Oxidació Fe � Fe21 1 2 e2

(1) Càtode Reducció 2 H1 1 2 e2 � H2_____________________________________________Reacció global Fe 1 2 H1 � Fe21 1 H2

b) (Pt) I2(g) (1 atm) | I2(aq) (1 M) || AgI(s) | Ag(s)

(2) Ànode Oxidació 2 I2 � I2 1 2 e2

(1) Càtode Reducció Ag1 1 e2 � Ag______________________________________________Reacció global 2 I2 1 2 Ag1 � I2 1 2 Ag

7. En el laboratori disposem de magnesi, alumini, or i àcid nítric.

a) Quines espè cies escolliries per construir una pila amb el potencial més alt?

Per construir la pila amb el potencial més alt escollim l’or i el magnesi:


E°pila 5 E° (Au31/Au) 2 E° (Mg21/Mg)

E°pila 5 1,50 V 2 (22,34 V) 5 3,84 V

101QUÍMICA 2 09

b) Indica la reacció global i calcula’n la FEM.

La reacció global és:

2 Al 1 3 Cl2 � 2 Al31 1 6 Cl2

En calculem la FEM:

E°pila 5 E°càtode 2 E°ànode

E°pila 5 E° (Cl2/Cl2) 2 E°(Al31/Al) 5 1,36 V 2 (21,66 V)

E°pila 5 3,02 V

c) Si aquesta pila produeix un corrent de 80 mA, calcula el temps que durarà si el metall de l’ànode pesa 3 g.

Per estequiometria:

1 mol Al 3 mol e2 96 500 C3 g Al ? ————— ? ————— ? ————— 5 32 166,67 C 27 g Al 1 mol Al 1 mol e2

Apliquem la fórmula següent: QQ 5 I ? t � t 5 — I

32 166,67 Ct 5 —————— 5 439 583,38 s 5 111,7 h 80 ? 1023 A

Dades: E° (Al31/Al) 5 21,66 V; E° (Cl2/Cl2) 5 1,36 V

12. Explica què pot passar quan en una dissolució de sulfat de ferro(II) s’introdueix una làmina de:

a) Níquel

b) Zinc

c) Alumini

d) Plata

Dades: Eº (Fe21/Fe) 5 20,44 V; Eº (Fe31/Fe21) 5 0,77 V; Eº (Ni21/Ni) 5 20,25 V; Eº (Zn21/Zn) 5 20,76 V; Eº (Al31/Al) 5 21,66 V; Eº (Ag1/Ag) 5 0,8 V

El Fe21 pot actuar com a càtode, reduint-se a Fe, i com a ànode, oxidant-se a Fe31:

(2) Ànode Oxidació Fe21 � Fe31 1 e2

(1) Càtode Reducció Fe21 1 2 e2 � Fe

Els metalls níquel, zinc, alumini i plata només poden oxidar-se i, per tant, actuen com a ànode. En conseqüència, el ferro ac-tua com a càtode. Sempre s’ha de complir que:


a) Níquel

Quan s’introdueix una làmina de níquel no hi ha reacció, ja que:


E°pila 5 E° (Fe21/Fe) 2 E° (Ni21/Ni) 5 20,44 V 2 (20,25 V)

E°pila 5 20,19 V , 0

b) Zinc

Quan s’introdueix una làmina de zinc hi ha reacció:


E°pila 5 E° (Fe21/Fe) 2 E° (Zn21/Zn) 5 20,44 V 2 (20,76 V)

E°pila 5 0,32 V . 0

9. Tenint en compte el potencial E° (Ni21/Ni) 5 20,25 V i la força electromotriu de les piles següents:

Cd(s) | Cd21(aq) (1 M) || Ni21

(aq) (1 M) | Ni(s) E°pila 5 0,15 V

Cd(s) | Cd21(aq) (1 M) || S2O8

22(aq) (1 M) | SO4

22(aq) (1 M) (Pt)

E°pila 5 2,41 V

a) Dedueix E° (S2O822/SO4

22).

De la FEM de la primera pila, deduïm el potencial estàndard de reducció del cadmi:


0,15 V 5 E° (Ni21/ Ni) 2 E° (Cd21/ Cd)

0,15 V 5 20,25 V 2 E° (Cd21/ Cd)

E° (Cd21/ Cd) 5 20,4 V

A partir de la FEM de la segona pila, deduïm el potencial estàndard de reducció que ens demana l’enunciat:


2,41 V 5 E° (S2O822/ SO4

22) 2 E° (Cd21/Cd)

2,41 V 5 E°(S2O822/ SO4

22) 2 (20,4 V)

E° (S2O822/ SO4

22) 5 2,01 V

b) Escriu les semireaccions de les piles.

Les semireaccions de la primera pila són:

(2) Ànode Oxidació Cd � Cd21 1 2 e2

(1) Càtode Reducció Ni21 1 2 e2 � Ni___________________________________________Reacció global Cd 1 Ni21 � Cd21 1 Ni

I les de la segona pila:


(1) Càtode Reducció S2O822 1 2 e2 � 2 SO4

22

________________________________________________Reacció global Cd 1 S2O8

22 � Cd21 1 2 SO422

10. Busca informació sobre els avantatges i els inconvenients de les piles fotovoltaiques. Quines aplicacions quotidianes en coneixes?

Resposta oberta.

11. Donada la pila següent:

Al | Al31(aq) || Cl2

(aq) | Cl2(g) (Pt)

en condicions estàndards:

a) Indica les semireaccions dels elèctrodes i la seva polaritat.

Les semireaccions de la primera pila són:

(2) Ànode Oxidació (Al � Al31 1 3 e2) ? 2(1) Càtode Reducció (Cl2 1 2 e2 � 2 Cl2) ? 3________________________________________________Reacció global 2 Al 1 3 Cl2 � 2 Al31 1 6 Cl2


14. El llautó és un aliatge de zinc i coure. Una mostra de 10 g de llautó és atacada per àcid clorhídric i es desprenen 1,4 L d’hidrogen mesurats a 1,01 ? 105 Pa i 25 °C.

a) Escriu les reaccions que tenen lloc tenint en compte que: E° (Zn21/Zn) 5 20,76 V; E° (Cu21/Cu) 5 0,34 V; E° (H2/H1) 5 0,00 V.

El zinc i el coure només es poden oxidar; per tant, els pro-tons de l’àcid clorhídric s’han de reduir. S’ha de complir que:


El zinc es redueix segons:

(2) Ànode Oxidació Zn � Zn21 1 2 e2 E° 5 0,76 V(1) Càtode Reducció 2 H1 1 2 e2 � H2 E° 5 0,00 V________________________________________________Reacció global Zn 1 2 H1 � Zn21 1 H2 E° 5 0,76 V

En el cas del coure:

(2) Ànode Oxidació Cu � Cu21 1 2 e2 E° 5 20,34 V(1) Càtode Reducció 2 H1 1 2 e2 � H2 E° 5 0,00 V________________________________________________Reacció global Cu 1 2 H1 � Cu21 1 H2 E° 5 20,34 V

El coure no reacciona, ja que E°pila , 0.

Per tant:Zn 1 2 HCl � ZnCl2 1 H2

b) Calcula el percentatge de cada metall present en l’aliatge.

Apliquem l’equació d’estat dels gasos ideals per esbrinar el nombre de mols d’hidrogen que s’han desprès:

p Vp V 5 n R T � n 5 —— R T

1,01 ? 105 Pa ? 1,4 ? 1023 m3

n 5 —————————————— 5 0,057 mol H2 8,31 J/(K?mol) ? 298 K

Per estequiometria:

1 mol Zn 65,4 g Zn0,057 mol H2 ? ————— ? ————— 5 3,73 g Zn 1 mol H2 1 mol Zn

Calculem el percentatge de cada metall en la mostra de llautó:

3,73 g Zn—————— ? 100 5 37,3 % Zn 10 g mostra

El llautó té un 37,3 % de Zn i un 62,7 % de Cu.

15. Si E° (Hg21/Hg) 5 0,85 V; E° (Cu21/Cu) 5 0,34 V:

a) Indica quin és el càtode i quin és l’ànode i el sentit en què es mouen els electrons pel circuit exterior.

(2) Ànode Oxidació Cu � Cu21 1 2 e2

(1) Càtode Reducció Hg21 1 2 e2 � Hg___________________________________________Reacció global Cu 1 Hg21 � Cu21 1 Hg

Al circuit exterior els electrons van de l’ànode al càtode.


(2) Ànode Oxidació Zn � Zn21 1 2 e2

(1) Càtode Reducció Fe21 1 2 e2 � Fe___________________________________________Reacció global Zn 1 Fe21 � Zn21 1 Fe

c) Alumini

Quan s’introdueix una làmina d’alumini hi ha reacció:


E°pila 5 E° (Fe21/Fe) 2 E° (Al31/Al) 5 20,44 V 2 (21,66 V)

E°pila 5 1,22 V . 0


(2) Ànode Oxidació (Al � Al31 1 3 e2) ? 2(1) Càtode Reducció (Fe21 1 2 e2 � Fe) ? 3________________________________________________Reacció global 2 Al 1 3 Fe21 � 2 Al31 1 3 Fe

d) Plata

Quan s’introdueix una làmina de plata no hi ha reacció, ja que:


E°pila 5 E° (Fe21/Fe) 2 E° (Ag1/Ag) 5 20,44 V 2 0,8 V

E°pila 5 21,24 V , 0

Dades: E° (Fe21/Fe) 5 20,44 V; E° (Fe31/Fe21) 5 0,77 V; E° (Ni21/Ni) 5 20,25 V; E° (Zn21/Zn) 5 20,76 V; E° (Al31/Al) 5 21,66 V; E° (Ag1/Ag) 5 0,8 V

13. El �uor reacciona amb els iodurs per donar els �uorurs cor-responents.

a) Escriu les equacions de les semireaccions que tenen lloc.


(2) Ànode Oxidació 2 I2 � I2 1 2 e2

(1) Càtode Reducció F2 1 2 e2 � 2 F2

_________________________________________Reacció global 2 I2 1 F2 � I2 1 2 F2

b) Si E° (I2/I2) 5 0,54 V, justi�ca quin dels tres valors de E° següents correspon a E° (F2/F2): 2,87 V; 10,52 V i 20,67 V.

Sabem que perquè la reacció s’esdevingui, cal que es com-pleixi la condició següent:


E°pila 5 E° (F2/F2) 2 E° (I2/I2) 5 E° (F2/F2) 2 0,54 V . 0

L’únic valor que compleix aquesta condició és 2,87 V:

E°pila 5 E° (F2/F2) 2 E° (I2/I2) 5 2,87 V 2 0,54 V . 0

Per tant:E°(F2/F2) 5 2,87 V

103QUÍMICA 2 09

Seguim el mateix procediment per als ions hidrogen:

1 mol e2 1 mol H1

5 400 C ? ————— ? ————— 5 0,056 mol H1

96 500 C 1 mol e2

0,2 mol HCl 1 mol H1

0,3 dm3 HCl ? ——————— ? —————— 5 0,06 mol H1

1 dm3 HCl 1 mol HCl

0,06 mol H1 2 0,056 mol H1 5 4 ? 1023 mol H1

4 ? 1023 mol H1

[H1] 5 ———————— 5 0,013 M 0,3 dm3

b) Determina la variació de pH produïda a la segona cel.la.

pH 5 2log [H1]

pHinicial 5 2log 0,2 5 0,698

pH�nal 5 2log 0,013 5 1,886

DpH 5 1,886 2 0,698 5 1,188

3. Una cel.la electrolítica conté una dissolució concentrada de clorur de potassi. Quan s’hi fa passar un corrent elèctric de 3 kA durant 1 h, a l’ànode s’obté clor i al càtode, hidro-gen i ions hidròxid provinents de la reducció de l’aigua.

Calcula les masses d’hidròxid de potassi i de clor obtingudes.


Q 5 I ? t 5 3 000 A ? 3 600 s 5 1,08 ? 107 C

1 mol e2

1,08 ? 107 C ? ————— 5 111,92 mol e2

96 500 C

1 mol Cl2 71 g Cl2111,92 mol e2 ? ————— ? ————— 5 3 973,16 g Cl2 2 mol e2 1 mol Cl2

1 mol H1 1 mol OH2

111,92 mol e2 ? ————— ? —————— ? 1 mol e2 1 mol H1

1 mol KOH 56 g KOH? —————— ? —————— 5 6 267,52 g KOH 1 mol OH2 1 mol KOH

4. Una cel.la electrolítica conté sulfat de cadmi.

a) Indica el nom i la polaritat de l’elèctrode en què es pro-duirà la transformació dels ions cadmi.

Cd21 1 2 e2 � Cd càtode(2)

b) Calcula el temps necessari perquè es dipositin 6 ? 1021 ions cadmi si utilitzem un corrent elèctric de 2 A.

1 mol Cd21

6 ? 1021 ions Cd21 ? ——————————— ? 6,02 ? 1023 ions Cd21

2 mol e2 96 500 C? —————— ? —————— 5 1 923,6 C

1 mol Cd21 1 mol KOH

Apliquem la fórmula:

Q 1 923,6 CQ 5 I ? t � t 5 — 5 ————— 5 961,8 s 5 16 min 1,8 s I 2 A

b) Fes un diagrama de pila.

(2) Cu(s) | Cu21 (1 M) || Hg21 (1 M) | Hg(s) (1)

c) Calcula’n la FEM.

Calculem la FEM de la pila:


E°pila 5 E° (Hg21/Hg) 2 E° (Cu21/Cu) 5 0,85 V 2 0,34 V

E°pila 5 0,51 V

d) Calcula l’energia lliure de Gibbs de la reacció.

Calculem la variació d’energia lliure de Gibbs:

DG° 5 2n F E° 5 22 ? 96 500 ? 0,51 5 98 430 J 5 98,43 kJ

Activitats finals

1. En l’electròlisi de l’aigua, en quin elèctrode es forma l’oxi-gen? I l’hidrogen? En quin dels dos elèctrodes s’allibera més gas?

L’oxigen migra cap a l’ànode(1), elèctrode on es produeix l’oxi-dació, i l’hidrogen migra cap al càtode(2), on hi ha la reducció. Cal destacar que els ions migren a l’elèctrode de signe contrari. L’oxigen es forma, doncs, en l’ànode.

S’allibera més gas en el càtode, ja que per a una mateixa quan-titat de corrent elèctric s’obté el doble d’hidrogen.

2. Es fa passar un corrent elèctric de 3 A durant mitja hora a través de dues cel.les electrolítiques connectades en sèrie que contenen 200 cm3 de dissolució de sulfat de coure(II) 0,5 M i 300 cm3 de dissolució d’àcid clorhídric 0,2 M.

a) Calcula la concentració �nal d’ions coure(II) a la primera cel.la i d’ions hidrogen a la segona, suposant que el vo-lum de la dissolució es manté constant.


Q 5 I ? t 5 3 A ? 1 800 s 5 5 400 C

Calculem el nombre de mols d’ió Cu21 que reaccionen:

1 mol e2 1 mol Cu21

5 400 C ? ————— ? ————— 5 0,028 mol Cu21

96 500 C 2 mol e2

Per estequiometria, calculem els mols d’ió Cu21 inicials:

0,5 mol CuSO4 1 mol Cu21

0,2 dm3 CuSO4 ? ——————— ? —————— 5 1 dm3 CuSO4 1 mol CuSO4

5 0,1 mol Cu21

Ara ja podem calcular els mols d’ió Cu21 �nals:

0,1 mol Cu21 2 0,028 mol Cu21 5 0,072 mol Cu21

I la concentració respectiva:

0,072 mol Cu21

[Cu21] 5 ———————— 5 0,36 M 0,2 dm3


1 mol e2 2 mol OH2

900 C ? ————— ? —————— 5 9,33 ? 1023 mol OH2

96 500 C 2 mol e2

9,33 ? 1023 mol OH2

[OH2] 5 —————————— 5 0,093 M 0,1 dm3

p0H 5 2log [OH2] 5 2log 0,093 5 1,03

pH 5 14 2 pOH 5 12,97

9. Indica si són certes o falses les a�rmacions següents i jus-ti�ca la resposta:

a) Al càtode es produeix la reducció en l’electròlisi i l’oxi-dació en una pila.

Falsa, en el càtode sempre es produeix la reducció.

b) Mitjançant l’electròlisi es produeixen reaccions redox no espontànies.

Certa, mitjançant el pas d’electricitat aconseguim que es produeixin reaccions redox no espontànies.

c) A l’ànode sempre es produeix la reacció d’oxidació.

Certa.

d) En una pila, en la qual una de les espècies implicades és l’ió clorur, el trobem al càtode.

Falsa, depèn del potencial estàndard de reducció de l’altra espècie.

e) Tots els elements amb potencial normal de reducció po-sitiu són oxidats per l’ió hidrogen, H1.

Falsa, és a l’inrevés.

10. Una pila té en una cel.la una vareta de platí submer gida en una solució 1 M de Fe21 i 1 M de Fe31. L’altra cel.la consis-teix en un elèctrode de tal.li metàl.lic en una solució 1 M de Tl1.

a) Escriu les equacions de les reaccions que tenen lloc a l’ànode i al càtode, i la reacció global.

(2) Ànode Oxidació Tl � Tl1 1 1 e2 E° 5 0,34 V(1) Càtode Reducció Fe31 1 1 e2 � Fe21 E° 5 0,77 V________________________________________________Reacció global Fe31 1 Tl � Fe21 1 Tl1 E° 5 1,11 V

b) Escriu la notació de la pila i calcula’n la FEM.

(2) Tl(s) | Tl1(aq) (1 M) || Fe31(aq) (1 M), Fe21

(aq) (1 M) | Pt(s) (1)

c) Calcula el valor de la variació de l’energia lliure de Gibbs estàndard de la reacció.

DG° 5 2n F E° 5 21 ? 96 500 ? 1,11 5 5 2107 115 J 5 2107,12 kJ

Dades: E° (Tl1/Tl) 5 20,34 V; E° (Fe31/Fe21) 5 0,77 V

5. Dues cel.les electrolítiques contenen dissolucions aquo ses de nitrat de plata i d’àcid sulfúric, respectivament. Si hi fem passar la mateixa intensitat de corrent durant el ma-teix temps, obtenim a la primera 0,12 g de plata.

Calcula els mols d’hidrogen alliberats a la segona cel.la.

1 mol Ag 1 mol e2 96 500 C0,12 g Ag ? ————— ? ————— ? ————— 5 107,32 C 107,9 g Ag 1 mol Ag 1 mol e2

1 mol e2 2 mol H2107,32 C ? ————— ? ————— 5 5,56 ? 1024 mol H2 96 500 C 1 mol e2

6. Dues cel.les electrolítiques connectades en sèrie contenen una dissolució de clorur de coure(II) i una de nitrat de pla-ta, respectivament. En circular-hi el corrent elèctric, a la primera cel.la es dipositen 3 ? 1022 àtoms de coure. Determi-na la massa de plata dipositada a la segona cel.la.

1 mol Cu 2 mol e2

3 ? 1022 àtoms Cu ? —————————— ? —————— 5 6,02 ? 1023 àtoms Cu 1 mol Cu

5 0,0996 mol e2

1 mol Ag 107,9 g Ag0,0996 mol e2 ? ————— ? —————— 5 10,75 g Ag 1 mol e2 1 mol Ag

7. En passar un corrent continu de 10 A d’intensitat per una cuba electrolítica que conté una dissolució d’una sal de níquel(II), s’obtenen 58 g de níquel metàl.lic al cap de 5 h i 20 min. Calcula, a partir d’aquestes dades, el nombre d’Avo-gadro.


Q 5 I ? t 5 10 A ? 19 200 s 5 192 000 C

1 mol Ni 2 mol e2

58 g Ni ? —————— ? ————— 5 1,976 mol e2

58,71 g Ni 1 mol Ni

192 000 C 1 e2

1 mol e2 ? ——————— ? ——————— 5 6,065 ? 1023 e2

1,976 mol e2 1,602 ? 10219 C

8. En l’electròlisi del clorur de sodi en dissolució aquosa s’ob-té clor a l’ànode, i hidrogen i medi bàsic al càtode. Fem circular un corrent de 3 A durant 5 min per 100 mL d’una dissolució aquosa de clorur de sodi.

a) Indica les equacions dels processos anòdic i catòdic i de la reacció global.

(1) Ànode Oxidació 2 Cl2 � Cl2 1 2 e2

(2) Càtode Reducció 2 H2O 1 2 e2 � H2 1 2 OH2

________________________________________________Reacció global 2 Cl2 1 2 H2O � Cl2 1 H2 1 2 OH2

b) Calcula el pH de la solució �nal suposant que el volum de la solució es manté constant.


Q 5 I ? t 5 3 A ? 300 s 5 900 C

105QUÍMICA 2 09

c) Calcula la disminució de massa de l’ànode quan la pila hagi subministrat un corrent de 0,05 A durant mitja hora.


Q 5 I ? t 5 0,05 A ? 1 800 s 5 90 C

1 mol e2 1 mol Cd 112,4 g Cd90 C ? ————— ? ————— ? —————— 5 0,05 g Cd 96 500 C 2 mol e2 1 mol Cd

Dades: E° (Cd/Cd21) 5 20,40 V; E° (S2O822/SO4

22) 5 2,01 V

13. a) Dissenya i escriu la notació d’una pila basada en la reac-ció següent:

2 Ag1(aq) 1 Sn21

(aq) � 2 Ag(s) 1 Sn41(aq)

Pt | Sn21(aq) (1 M), Sn41

(aq) (1 M) || Ag1(aq) (1 M) | Ag(s)

càtodeànode

V– e–

Pt Ag

Sn21

Ag1 (1 M)Sn41

b) Indica la polaritat dels elèctrodes i escriu les equacions de les semireaccions que tenen lloc al càtode i a l’ànode.

(2) Ànode Oxidació Sn21 � Sn41 1 2 e2

(1) Càtode Reducció Ag1 1 1 e2 � Ag_____________________________________________Reacció global Sn21 1 2 Ag1 � Sn41 1 2 Ag

c) Calcula la FEM estàndard de la pila.


E°pila 5 E° (Ag1/Ag) 2 E° (Sn41/Sn21)

E°pila 5 0,80 V 2 0,15 V 5 0,65 V

Dades: E° (Sn41/Sn21) 5 0,15 V; E° (Ag1/Ag) 5 0,80 V

14. Donades les reaccions següents:

Zn21(aq) 1 2 Ag(s) � 2 Ag1

(aq) 1 Zn(s)

Cu21(aq) 1 Zn(s) � Zn21

(aq) 1 Cu(s)

11. Una pila té la notació següent:

(Pt) H2(1,01 ? 105 Pa) | H1 (1 M) || Ag1 (1 M) | Ag(s)

Indica:

a) La polaritat, el nom dels elèctrodes i les reaccions es-pontànies de cada elèctrode i de la pila.

(2) Ànode Oxidació H2 � 2 H1 1 2 e2 E° 5 0,0 V(1) Càtode Reducció Ag1 1 e2 � Ag E° 5 0,80 V________________________________________________Reacció global 2 Ag1 1 H2 � 2 Ag 1 2 H1

b) El valor de la FEM de la pila.

E°pila 5 E°càtode 2 E°ànode 5 0,80 V 2 0 V 5 0,80 V

c) El valor de la variació de l’energia lliure de Gibbs estàn-dard de la reacció.

DG° 5 2n F E° 5 22 ? 96 500 ? 0,80 5 2154 400 J 5 5 2154,4 kJ

Dades: E° (Ag1/Ag) 5 0,80 V

12. Per a una pila la notació de la qual és:

Cd | Cd21 (1 M) || S2O822 (1 M), SO4

22 (1 M) (Pt)

a) Dibuixa el muntatge que faries i indica el material i els reactius que empraries per construir la pila.

càtodeànode

V– e–

Cd Pt

Cd21 1 M

S2O822 (1 M)

SO422 (1 M)

b) Calcula la força electromotriu de la pila.


(1) Càtode Reducció S2O822 1 2 e2 � 2 SO4

22

______________________________________________Reacció global Cd 1 S2O8

22 � Cd21 1 2 SO422



22) 2 E° (Cd/Cd21)

E°pila 5 2,01 V 2 (20,40 V) 5 2,41 V


Dades: E° (S2O822/SO4

22) 5 2,01 V; E° (MnO4

2/Mn21) 5 1,51 V; E° (F2/F2) 5 2,87 V

Perquè es produeixin les oxidacions cal que es compleixi la condició següent:


E°pila 5 E° (S2O822/ SO4

22) 2 E° (MnO42/Mn21)

E°pila 5 2,01 V 2 1,51 V 5 0,50 V

E°pila 5 E° (S2O822/ SO4

22) 2 E° (F2/F2)

E°pila 5 2,01 V 2 2,87 V , 0 No funciona

(2) Ànode Oxidació (4 H2O 1 Mn21 � MnO4

2 1 8 H1 1 5 e2) ? 2

(1) Càtode Reducció (S2O822 1 2 e2 � 2 SO4

22) ? 5___________________________________________________8 H2O 1 2 Mn21 1 5 S2O8

22 � 2 MnO42 1 16 H1 1 10 SO4

22

18. Sabent que:

E° (Cd21/Cd) 5 20,40 V i E° (Cu21/Cu) 5 0,34 V

a) Calcula el potencial de la pila, indica’n el càtode i l’àno-de i el sentit en què es mouen els electrons pel circuit exterior.


(1) Càtode Reducció Cu21 1 2 e2 � Cu__________________________________________Reacció global Cd 1 Cu21 � Cd21 1 Cu


E°pila 5 E° (Cu21/Cu) 2 E° (Cd21/Cd)

E°pila 5 0,34 V 2 (20,40 V) 5 0,74 V

b) Justi�ca quin dels dos cations és més oxidant.

El Cu21 és més oxidant, perquè el seu potencial normal de reducció és més gran.

c) Si aquesta pila produeix un corrent de 4,6 mA, calcula el temps que durarà si el metall de l’ànode pesa 2 g.

1 mol Cd 2 mol e2 96 500 C2 g Cd ? ————— ? ————— ? ————— 5

112,4 g Cd 1 mol Cd 1 mol e2

5 3 434,16 C

Apliquem la fórmula: Q 3 434,16 C

Q 5 I ? t � t 5 — 5 —————— 5 I 4,6 ? 1023 A

5 746 556,5 s 5 207,4 h

19. En electrolitzar una dissolució de clorur de coure(II) s’obté clor i coure.

S’electrolitzen 500 mL d’una dissolució de clorur de coure(II) 0,1 M emprant un corrent de 5 A durant 30 min.

a) Justi�ca si es pot muntar una pila o no i calcula’n la FEM estàndard.

E°pila 5 E° (Zn21/Zn) 2 E° (Ag1/Ag)

E°pila 5 20,76 V 2 0,80 V , 0 no funciona

E°pila 5 E° (Cu21/ Cu) 2 E° (Zn21/ Zn)

E°pila 5 0,34 V 2 (20,76 V) 5 1,10 V

b) Fes un esquema del muntatge experimental de la pila i indica el material, els productes i les dissolucions que empraries.

Consulteu la �gura 9.5 de la pàgina 176 del llibre de text.

Dades: E° (Zn21/Zn) 5 20,76 V; E° (Cu21/Cu) 5 0,34 V; E° (Ag1/Ag) 5 0,80 V

15. Al laboratori, disposem de plata, iode, ferro i �uor. Segons els potencials estàndard de reducció, quins dels compostos següents podem preparar mitjançant una reacció redox es-pontània? Justi�ca les respostes.

a) AgI b) FeI3 c) AgF

Dades: E° (Ag1/Ag) 5 0,80 V; E° (I2/I2) 5 0,54 V; E° (Fe31/Fe21) 5 0,77 V; E° (F2/F2) 5 2,87 V

Mitjançant una reacció redox espontània podem preparar el compost AgF. La resposta correcta és la c).

Perquè la pila funcioni, cal que es compleixi la condició següent:


E°pila 5 E° (I2/I2) 2 E° (Ag1/Ag) 5 0,54 V 2 0,80 V , 0

E°pila 5 E° (I2/I2) 2 E° (Fe31/Fe21) 5 0,54 V 2 0,77 V , 0

E°pila 5 E° (F2/F2) 2 E° (Ag1/Ag) 5 2,87 V 2 0,80 V 5 2,07 V

16. Justi�ca quines de les reaccions següents es pro duiran es-pontàniament en condicions es tàndards:

a) Ag(s) 1 H1(aq) � Ag1

(aq) 1 1/2 H2(g)

E°pila 5 E° (H2/H1) 2 E° (Ag1/Ag)

E°pila 5 0 V 2 0,80 V 5 20,80 V No funciona

b) Ag1(aq) 1 I2

(aq) � Ag(s) 1 1/2 I2(aq)

E°pila 5 E° (Ag1/Ag) 2 E° (I2/I2) 5 0,80 V 2 0,54 V 5 0,26 V

c) Fe31(aq) 1 I2

(aq) � Fe21(aq) 1 1/2 I2(aq)

E°pila 5 E° (Fe31/Fe21) 2 E° (I2/I2) 5 0,77 V 2 0,54 V 5 5 0,23 V

Dades: E° (Ag1/Ag) 5 0,80 V; E° (I2/I2) 5 0,54 V; E° (Fe31/Fe21) 5 0,77 V

17. L’ió peroxodisulfat és un oxidant enèrgic. Volem oxidar l’ió �uorur a �uor i l’ió manganès(II) a permanganat.

Serà capaç l’ió peroxodisulfat de provocar aquestes oxida-cions en condicions estàndard? Justi�ca la resposta.

107QUÍMICA 2 09

ZnCu NaNO3(aq)

CuSO4(aq) 1 M ZnSO4(aq) 1 M

ZnSO4(aq) 1 M

Fe

potenciòmetre

Figura A Figura B

ZnCu NaNO3(aq)

CuSO4(aq) 1 M ZnSO4(aq) 1 M

ZnSO4(aq) 1 M

Fe

potenciòmetre

Figura A Figura B

Dades:

Parell redox Zn21 / Zn Fe21 / Fe Cu21 / Cu

E° (V), a 25 °C 20,76 20,44 0,34

a) En l’experiència de la �gura A, introduïm una peça de ferro en una solució aquosa de ZnSO4. La peça de ferro quedarà recoberta d’una capa de zinc sòlid?

Si això succeís, voldria dir que la reacció de formació de zinc sòlid a partir d’una solució de Zn21 seria espontània en presència de Fe(s):

Fe(s) 1 Zn21(aq) � Fe21

(aq) 1 Zn(s)

Raonament 1:

Per saber si la reacció redox és espontània cal calcular la força electromotriu de la pila en què tingués lloc aquesta reacció en condicions estàndards (E°). Tenim:

E° . 0 � reacció redox espontània

(opcional: espontani � DG , 0)

Calculem el valor de E°.

El càtode és Zn21/Zn (reducció) i l’ànode és el Fe21/Fe (oxi-dació).

E° 5 E°càtode 2 E°ànode 5 E°(Zn21/Zn) 2 E°(Fe21/Fe)

E° 5 (20,76) 2 (20,44) 5 20,32 V , 0

E° , 0 Reacció no espontània. El ferro no es recobreix de zinc sòlid.

a) Escriu les reaccions que tenen lloc als elèctrodes.

(1) Ànode Oxidació 2 Cl2 � Cl2 1 2 e2

(2) Càtode Reducció Cu21 1 2 e2 � Cu__________________________________________Reacció global 2 Cl2 1 Cu21 � Cl2 1 Cu

b) Calcula la massa de coure i el volum de clor mesurat a 27 °C i 1 atm.


Q 5 I ? t 5 5 A ? 1 800 s 5 9 000 C

Per estequiometria:

1 mol e2 1 mol Cu 63,5 g Cu9 000 C ? ————— ? ————— ? —————— 5 96 500 C 2 mol e2 1 mol Cu

5 2,96 g Cu

1 mol e2 1 mol Cl29 000 C ? ————— ? ————— 5 0,047 mol Cl2 96 500 C 2 mol e2

Apliquem l’equació dels gasos ideals:

n R Tp V 5 n R T � V 5 ——— p

0,047 mol ? 0,082 atm?L/(K?mol) ? 300 KV 5 ——————————————————— 5 1,16 L 1 atm

c) Calcula la concentració en mol/L de la dissolució de coure(II) en acabar el procés d’electròlisi.

Per estequiometria, calculem els mols d’ió Cu21 inicials:

0,1 mol CuCl2 1 mol Cu21

0,5 dm3 CuCl2 ? ——————— ? —————— 5 1 dm3 CuCl2 1 mol CuCl2

5 0,05 mol Cu21

Calculem el nombre de mols d’ió Cu21 que reaccionen:

1 mol e2 1 mol Cu21

9 000 C ? ————— ? —————— 5 0,047 mol Cu21

96 500 C 2 mol e2

Ara ja podem calcular els mols d’ió Cu21 �nals:

0,05 mol Cu21 2 0,047 mol Cu21 5 0,003 mol Cu21

I la concentració corresponent:

0,003 mol Cu21

[Cu21] 5 ———————— 5 0,006 M 0,5 dm3


1. [Curs 11-12] Amb l’ajut de les �gures (�g. 9.22), que re-presenten experiències dutes a terme al laboratori, con-testeu les qüestions següents i justi�queu les respostes. (Experiències realitzades al laboratori, a 25 °C.)


La notació de la pila ens indica que el primer elèctrode (Zn) fa d’ànode (oxidació) i que el segon (Ag) fa de càtode (re-ducció).

Les semireaccions seran:

Oxidació: Zn(s) � Zn21(aq) 1 2 e2

Reducció: Ag1 1 1 e2 � Ag(s)

La reacció iònica global de la pila la trobarem sumant les dues semireaccions, havent doblat prèviament la de reduc-ció per ajustar el nombre d’electrons intercanviats en el procés redox:

Zn(s) 1 2 Ag1 � Zn21(aq) 1 2 Ag(s)

La força electromotriu (E°):

E° 5 E°càtode 2 E°ànode

E° 5 (10,80) 2 (20,76)

E° 5 1,56 V

b) Dibuixeu un esquema de la pila. Indiqueu-hi la polaritat i el nom de cada elèctrode i assenyaleu en quin sentit es mouen els ions del pont salí.

Dades: Parell redox Zn21/ Zn Ag1/Ag

E°(V), a 25 °C 20,76 10,80

Parell redox Zn21 / Zn Ag1 / Ag

E° (V), a 25 °C 20,76 10,80

Zn ànodepolaritat –

Ag càtodeKNO3 2 M

Ag+ 1 M Zn2+ 1 M

polaritat +

Esquema de la pila: dues cel?les, elèctrodes i solucions i pont salí Ag (càtode) polaritat positiva (1)

Zn (ànode) polaritat negativa (2)

Els ions K1 del pont salí es mouran cap al càtode per com-pensar la càrrega positiva que reacciona, mentre que els ions NO3

2 es mouran cap a l’ànode per compensar la càrrega positiva que es genera. (No cal que indiquin el raonament.)

3. [Curs 09-10] Al laboratori disposem d’una solució aquosa de Zn21 1,0 M, d’una solució aquosa de Cu21 1,0 M i de ferro i alumini sòlids.

Dades: Considereu que les reaccions es produeixen a 25 °C. F 5 9,65 ? 104 C?mol21.

Raonament 2:

També es pot raonar indicant que el potencial de reducció del parell que es redueix (Zn21/Zn, càtode) hauria de ser més gran que el que s’oxida (Fe21/Fe, ànode) perquè la reac-ció sigui espontània.

Tenim: E°(Zn21/Zn) , E°(Fe21/Fe) ó E°càtode , E°ànode

Reacció no espontània. El ferro no es recobreix de zinc sòlid.

b) En l’experiència de la �gura B, es connecten les solucions aquoses de CuSO4 i ZnSO4 amb un pont salí de NaNO3. Què marcarà el potenciòmetre? Cap a on es mouran els ions Na1 i NO3

2?

Hem de buscar quin parell redox fa de càtode i quin fa d’ànode. Entre el Cu i el Zn, el que tingui el potencial de reducció més alt fa de càtode: E0 (Cu21/Cu) . E0 (Zn21/Zn)

Cu21/Sn Càtode

Zn21/Zn Ànode

• També és correcte si indiquen que la pila ha de donar una força electromotriu positiva (E°), i fan càlculs per deduir que el parell Cu21/Cu ha de ser el càtode.

La força electromotriu (FEM) d’aquesta pila és:

E° 5 E°càtode 2 E°ànode 5 E°(Cu21/Cu) 2 E°(Zn21/Zn)

E° 5 (0,34) 2 (20,76) 5 1,10 V

El potenciòmetre marcarà: 1,10 V

• Si no indiquen les unitats (o són errònies) es penalitzarà 0,2 p.

Els ions Na1 del pont salí aniran cap la cel?la on dismi-nueixi la concentració d’ions positius. En el càtode reac-cionen ions Cu21 (ions positius) per donar Cu(s):

Cu21 1 2 e2 � Cu

Els ions Na1 aniran cap a la cel?la on hi ha el parell Cu21/Cu (càtode) per compensar el descens de càrrega positiva de la semireacció de reducció.

Els ions NO32 del pont salí aniran cap la cel?la on augmen-

ti la concentració d’ions positius. En l’ànode reacciona el Zn(s) per donar Zn21 (ions positius):

Zn � Zn21 1 2 e2

Els ions NO32 aniran cap a la cel?la on hi ha el parell

Zn21/Zn (ànode) per compensar l’augment de càrrega po-sitiva de la semireacció d’oxidació.

2. [Curs 09-10] A partir de solucions de Zn21 1,0 M i Ag1 1,0 M, i emprant una solució de KNO3 2,0 M com a pont salí, es construeix al laboratori la pila següent, a una tem-peratura de 25 °C:

Zn(s)u Zn21(aq) u u Ag1

(aq)u Ag(s)

a) Escriviu les equacions de les semireaccions d’oxidació i reducció, i l’equació de la reacció iònica global de la pila. Calculeu-ne la força electromotriu (FEM).

109QUÍMICA 2 09

DG° 5 2n ? F ? E° 5 26 ? 9,65 ? 104 ? 2,02

DG° 5 21 169 580 J (o 21 169,58 kJ)

4. [Curs 10-11] Quan es fabrica una reixa de ferro per col-locar-la a l’exterior d’un habitatge, es pinta freqüentment amb una capa de vermell de plom (mini) per evitar la cor-rosió del ferro.

Dades: Suposeu que la temperatura ambiental és de 298 K.

Parell redox Zn21 / Zn

Ni21 / Ni

Fe21 / Fe

Ag1 / Ag

O2 / H2O

Potencial estàndard de reducció, a 298 K, E° (V)

20,76 20,24 0,36 0,80 1,23

a) Si comparem els metalls ferro, níquel, plata i zinc, indi-queu quins són susceptibles de ser corroïts per les con-dicions ambientals.

Si la reacció entre l’oxigen i el metall (corrosió) es produís en una pila, el potencial de la cel?la seria:

E° 5 E°càtode 2 E°ànode 5 E°(O2/H2O) 2 E°(Mn1/M)

Segons l’equació: DG° 5 2n ? F ? E°, quan E° és positiu tenim una variació d’energia lliure negativa i el procés és espontani.

Per tant, tots els metalls donats (Zn, Ni, Fe i Ag) són sus-ceptibles de ser corroïts, ja que el potencial estàndard de reducció de l’espècie que es redueix (O2) és més gran que el de l’espècie que s’oxida (el metall).

b) Quin d’aquests metalls té més facilitat per dur a terme un procés de corrosió? Justi�queu les respostes.

El metall que tingui el potencial estàndard de reducció més petit és el que donarà un potencial de cel?la (E°) més gran i és el que tindrà més facilitat per dur a terme el procés de corrosió. Amb les dades de la taula, el Zn és el metall amb més facilitat per dur a terme el procés de corrosió.

5. [Curs 09-10] El procés electrolític de producció de Cl2 i NaOH a partir de l’aigua de mar (solució salina constituïda principalment de NaCl) es basa en el següent esquema (�g. 9.23) i semireaccions:

Dades: F 5 9,65 ? 104 C?mol21 Massa atòmica relativa del clor 5 35,5

+ –

Na+ Cl–

H2O

Temperatura 5 5 25 °C Cu21 / Cu Fe21 / Fe Zn21 / Zn Al31 / Al

E° (V) 10,34 20,44 20,76 21,68

a) Quina reacció faríeu per obtenir zinc sòlid? Justi�queu la resposta.

Per obtenir Zn sòlid cal fer reaccionar la solució de Zn21 amb Fe o Al sòlids.

Reaccions possibles:

Zn21 1 Al(s) � Zn(s) 1 Al31 (reacció no igualada)

Zn21 1 Fe(s) � Zn(s) 1 Fe21

Cal saber el signe de E°.

Si E° . 0 � 1DG , 0 (reacció espontània)

Possibilitat 1: calcular els valor de E° per a les dues reac-cions.

Per a la primera reacció:


E°(Zn21/Zn) 2 E°(Al31/Al)

E° 5 (20,76) 2 (21,68) 5 0,92 V . 0

Si calculem el valor de E° per a la segona reacció (amb Fe), trobem E° , 0.

Cal afegir alumini sòlid.

Possibilitat 2: perquè E° sigui positiu, cal que l’espècie que es redueix (Zn) tingui un potencial més alt que la que s’oxi-da (Fe o Al). Això succeeix amb l’alumini:

E°(Zn21/ Zn) , E°(Fe31/ Fe) � reacció no espontània

E°(Zn21/ Zn) . E°(Al31/Al) � reacció espontània

Cal afegir alumini sòlid.

b) Escriviu l’equació de la reacció entre la solució aquosa de Cu21 i l’alumini sòlid i calculeu l’energia lliure es-tàndard d’aquesta reacció.

Semireaccions:

Reducció: Cu21 1 2 e2 � Cu(s)

Oxidació: Al(s) � Al31 1 3 e2

Cal multiplicar la primera equació per 3 i la segona per 2 per poder igualar els electrons que intervenen en el procés redox.

3 Cu21 1 2 Al(s) � 3 Cu(s) 1 2 Al31 (reacció igualada)

És correcte si igualen sense les semireaccions (per tempteig).

És correcta qualsevol altra equació igualada que sigui múl-tiple o submúltiple de l’anterior.

L’energia lliure es calcula amb l’expressió: DG° 5 2n ? F ? E°

n 5 6


E°(Cu21/Cu) 2 E°(Al31/Al) 5 E° 5

5 (10,34) 2 (21,68) 5 2,02 V


a) La concentració de Zn21 disminueix a mesura que té lloc la reacció.

b) El potencial estàndard de la pila és 1,01 V.

c) La massa de l’elèctrode de Ni disminueix a mesura que té lloc la reacció.

d) La concentració de Ni21 disminueix a mesura que té lloc la reacció.


4. L’alumini es pot obtenir mitjançant l’electròlisi de Al2O3. Quina és la càrrega necessària per obtenir 100 g d’alumini?

a) 10,72 ? 105 C

b) 5,12 ? 105 C

c) 8,70 ? 106 C

d) 9,16 ? 104 C


5. Indica quina de les a�rmacions és incorrecta:

Dades: E° (Mg21/Mg) 5 22,34 V; E° (Zn21/Zn) 5 20,76 V; E° (Ag1/Ag) 5 0,8 V; E° (Cd21/Cd) 5 20,40 V

a) En una pila, el zinc fa de càtode, i el magnesi, d’ànode.

b) La FEM d’una pila formada per cadmi i plata té el valor d’1,2 V.

c) El cadmi davant del magnesi es comporta com un reductor.

d) El magnesi és molt més reductor que el cadmi.

La resposta incorrecta és la c).

6. Tenint en compte els valors dels potencials normals de re-ducció, E°, els metalls de la llista següent que es dissoldran espontàniament en una dissolució aquosa de HCl 1 M són:

Dades: E° (Fe21/Fe) 5 20,44 V; E° (Ag1/Ag) 5 0,8 V; E° (Zn21/Zn) 5 20,76 V; E° (Al31/Al) 5 21,66 V; E° (Cu21/Cu) 5 0,34 V

a) L’alumini, el coure i el zinc.

b) El coure i la plata.

c) El ferro, el zinc i el coure.

d) El ferro, el zinc i l’alumini.


7. Què passa si posem una dissolució de sulfat de cou re(II) en un recipient de zinc? I en un de plata?

Dades: E° (Ag1/Ag) 5 0,8 V; E° (Zn21/Zn) 5 20,76 V; E° (Cu21/Cu) 5 0,34 V

a) El recipient de plata es desfà.

a) Indica quina reacció té lloc a l’ànode i quina al càtode, i la polaritat d’aquests elèctrodes. Explica per què en aquest procés es forma NaOH.

(1) Ànode Cl2 � 1/2 Cl2 1 1 e2

(2) Càtode H2O 1 1 e2 � 1/2 H2 1 OH2

——————————————————————————————Na1 1 Cl2 1 H2O � 1/2 H2 1 1/2 Cl2 1 Na1 1 OH2

En el procés es forma NaOH, ja que el potencial de reducció del sodi és més petit que el de l’hidrogen.

b) Quina massa de Cl2(g) es produeix en la cel?la electrolíti-ca si hi fem passar un corrent de 100 mA durant 1 hora?

Q 5 I ? t Q 5 0,1 A ? 3 600 s 5 360 C

1 mol e2 1/2 mol Cl2 71 g360 C —————— ? —————— ? ————— 5 0,1324 g 96 500 C 1 mol e2 1 mol Cl2

Quimitest

1. Quina de les reaccions següents no es produeix en condi-cions estàndards?

Dades: E° (Fe31/Fe21) 5 0,77 V; E° (Br2/Br2) 5 1,06 V; E° (MnO4

2/Mn21) 5 1,51 V; E° (F2/F2) 5 2,87 V; E° (I2/I2) 5 0,54 V; E° (NO3

2/NO2) 5 0,78 V; E° (Ag1/Ag) 5 0,8 V; E° (H2O2/H2O) 5 1,78 V

a) 2 FeBr2 1 Br2 � 2 FeBr3

b) 2 KMnO4 1 10 KF 1 8 H2SO4 � � 5 F2 1 2 MnSO4 1 6 K2SO4 1 8 H2O

c) 2 HI 1 2 HNO3 � I2 1 2 NO2 1 2 H2O

d) 2 Ag 1 H2O2 1 H2SO4 � Ag2SO4 1 2 H2O


2. Quin és el valor de l’energia lliure de Gibbs a la pila següent?

(2) Sn(s) | Sn21 (1 M) || Pb21 (1 M) | Pb(s) (1)

Dades: E° (Sn21/Sn) 5 20,14 V; E° (Pb21/Pb) 5 20,13 V

a) 21,9 kJ?mol21

b) 22,9 kJ?mol21

c) 20,9 kJ?mol21

d) 2,9 kJ?mol21


3. Una pila consta d’una semicel.la amb un elèctrode de zinc submergit en una dissolució 1 M de Zn21. L’altra semicel.la consisteix en un elèctrode de níquel submergit en una dis-solució 1 M de Ni21. Quina de les a�rmacions següents és correcta?

Dades: E° (Zn21/Zn) 5 20,76 V; E°(Ni21/Ni) 5 20,25 V

111QUÍMICA 2 09

da, pot ser recarregada fàcilment mitjançant un corrent elèctric. La reacció global del procés és:

Pb(s) 1 PbO2(s) 1 2 H2SO4(aq) � 2 PbSO4(s) 1 2 H2O(l)

Si es recarrega l’acumulador amb un corrent elèctric d’1,5 A durant 3 hores, la variació en la massa del plom és de:

a) 16,2 g b) 17,4 g c) 23,2 g d) 25,3 g


b) El recipient de zinc es desfà.

c) El coure es redueix en el recipient de plata.

d) El zinc es redueix en contacte amb el sulfat de coure(II).


8. L’acumulador de plom és una cel.la electroquímica que ser-veix per posar en marxa el motor d’un cotxe. Un cop esgota-


j Unitat 10. Propietats periòdiques dels elements

Activitats

1. Un element pertany al grup 2 i al tercer període. Quina és la seva con�guració electrònica?

1 s2 2 s2 2 p6 3 s2

2. L’urani torna a ser un element molt controvertit, perquè la crisi econòmica provocada per l’augment incontrolat del preu del petroli l’ha tornat a posar damunt la taula com a alternativa energètica a les centrals nuclears. Tenint en compte que el seu nombre atòmic és 92, on el situaries en la taula periòdica?

En el període 7 i dins el actínids.

3. [Curs 09-10] Amb l’ajut de la grà�ca (�g. 10.9), en què es mostra l’energia d’ionització dels seixanta primers elements de la taula periòdica, responeu a les qüestions següents:

2500

2000

1500

1000

500

10 20 30 40 50 60

Prim

era

ener

gia

d’io

nitz

ació

(kJ

· mol

–1)

Nombre atòmic (Z)

Z = 10

Z = 11

Z = 18

Z = 36

Fig. 10.9. Primera energia d’ionització en funció del nombre atòmic.

a) De�niu el concepte d’energia d’ionització d’un element. Justi�queu, a partir de l’estructura electrònica dels àtoms, per què la primera energia d’ionització és tan alta en els elements situats en els pics de la �gura.

L’energia d'ionització és l’energia que cal subministrar a un element en estat gasós per arrencar-ne un electró:

A(g) � A1(g) 1 1 e2 (primera energia d’ionització)

Els elements situats als pics de la �gura tenen aquestes con�guracions electròniques:

Z 5 10 1 s2 2 s2 2 p6

Z 5 18 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p6

Z 5 36 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p6 4 s2 3 d10 3 p6

Observem que totes les con�guracions acaben amb un orbi-tal p ple, és a dir, 6 electrons (grup dels gasos nobles).

El fet de tenir el darrer orbital complet d’electrons fa que costi molt arrencar-ne un i, per tant, aquests elements te-nen valors de la primera energia d’ionització molt alts, com-parats amb els altres elements de la taula periòdica.

b) Compareu l’energia d’ionització del sodi (Z 5 11) amb la del magnesi (Z 5 12) i justi�queu-ne els valors segons les estructures electròniques d’aquests dos elements.

La primera energia d’ionització del magnesi és més alta que la del sodi, com s’observa a la �gura; per tant, cal donar més energia al magnesi que al sodi per arrencar-ne un electró.

Si fem les con�guracions electròniques dels dos elements:

Na: 1 s2 2 s2 2 p6 3 s1

Mg: 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2

Observem que els dos elements tenen l’electró més extern (electró que s’arrencarà) en l’orbital 3 s.

Raonament 1

Com que el radi atòmic del magnesi és més petit que el del sodi (els dos tenen els electrons més externs en la capa 3, però el magnesi té un protó i un electró més, i això en fa disminuir el radi), costarà més arrencar un electró de l’or-bital 3 s en el magnesi que no en el sodi.

Raonament 2

El magnesi té l’orbital 3 s ple (complet amb els 2 electrons), mentre que el sodi no el té complet. Això farà que costi més arrencar l’electró al magnesi que al sodi, ja que el magnesi té una configuració electrònica més estable.

4. [Curs 10-11] El clorur de sodi és un compost molt present a les nostres vides, ja que és el component majoritari de la sal de cuina.

a) Raoneu, a partir de les dades que teniu a continuació, si el procés de dissolució del clorur de sodi en aigua és un procés endotèrmic o exotèrmic. Quins noms reben les variacions d’entalpia DH1 i DH2?

Na1(g) 1 Cl2

(g) � NaCl(s) DH1 5 2788 kJ?mol21

Na(g) 1 Cl(g) � Na(aq) 1 Cl(aq) DH2 5 2784 kJ?mol21

Tenim les equacions següents:

Na1(g) 1 Cl2(g) � NaCl(s) DH1 5 2788 kJ?mol21

Na(g) 1 Cl(g) � Na(aq) 1 Cl(aq) DH2 5 2784 kJ?mol21

113QUÍMICA 2 10

Cl: 12,97 eV; C: 11,26 eV; Na: 5,14 eV; Rb: 4,18 eV. Es pot explicar perquè la més alta ha de ser la del clor (més a la dreta i més amunt) i la més baixa ha de ser la del rubidi. La del car-boni ha de ser més alta que la del sodi perquè està situat més a la dreta.

7. L’obtenció d’energia elèctrica a partir de cel.les fotovoltai-ques s’ha incrementat considerablement en els darrers anys. Malgrat que s’està investigant amb diversos materials per substituir-lo, el silici encara és l’element de referència amb el qual es fabriquen la majoria de les plaques fotovoltai-ques. Quin dels elements següents té una a�nitat electròni-ca més elevada que la del silici: l’alumini, el potassi, el bari o el sofre?

És el sofre, perquè és l’únic que és més a la dreta del silici en la taula periòdica.

8. Indica quin és l’error en l’a�rmació següent: «El radi atòmic de l’argó és superior al del clor, però inferior al del criptó; en canvi, el caràcter oxidant del clor és superior al de l’argó».

El radi atòmic de l’argó és inferior al del clor perquè el clor és més a l’esquerra en la taula periòdica.

9. Dels elements següents, quin té un caràcter més metàl.lic i quin un de més no metàl.lic: Co, Pt, Ba, Cl, He, Ar i Cu?

Caràcter més metàl.lic: l’element de més a l’esquerra i més avall és el bari. Caràcter menys metàl.lic o més no metàl.lic: l’element més a la dreta i més amunt (excepte els gasos nobles) és el clor.

10. Qui oxidaria a qui en les parelles d’elements següents: S/Ca, Na/N, Fe/Cl, O/F?

S/Ca: el sofre oxida el calci.

Na/N: el nitrogen oxida el sodi.

Fe/Cl: el clor oxida el ferro.

O/F: el �uor oxida l’oxigen.

Activitats finals

1. Per als tancaments metàl.lics s’utilitza l’alumini per les se-ves propietats. L’alumini té un nombre atòmic de 13.

a) Escriu-ne la con�guració electrònica.

1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p1

b) Indica el període i el grup al qual pertany.

Període 3 i grup 13.

2. La con�guració electrònica d’un element és 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p1. Indica’n:

a) El nombre atòmic.

Nombre atòmic 15.

b) El període i el grup.

Període 3 i grup 15.

Aplicant la llei de Hess, es pot trobar que si invertim la pri-mera equació i li sumem la segona, obtenim l’equació de la reacció de dissolució del NaCl(s):

NaCl(s) � Na(aq) 1 Cl(aq)

DH3 entalpia de dissolució del NaCl

Per tant, la variació d’entalpia del procés de dissolució del clorur de sodi serà:

DH3 5 (2DH1) 1 (DH2) 5 2(2788) 1 (2784)

DH3 5 4 kJ?mol21

El procés de dissolució és un procés endotèrmic, ja que la variació d’entalpia és superior a zero.

DH1 és l’entalpia reticular del clorur de sodi i DH2 és la va ria-ció d’entalpia del procés d’hidratació dels ions sodi i clorur.

Una altra manera de visualitzar el càlcul de l’entalpia de dissolució seria amb el diagrama d’entalpies següent:

Entalpia

ions gasosos

ions hidratats en solució

ions en el cristall

H1 = –788 kJ · mol–1

H2 =

–784 kJ · mol –1

H3 ?

b) Expliqueu per què el procés de dissolució del clorur de sodi és espontani.

Perquè el procés de dissolució del clorur de sodi sigui es-pontani cal que la variació d’energia lliure del procés sigui negativa:

DG , 0

A pressió i temperatura constants:

DG 5 DH 2 T ? DS

Tot i que la variació d’entalpia del procés de dissolució del NaCl és positiva (4 kJ?mol21), tenim una variació d’entropia positiva, ja que en el procés hi ha un augment impor-tant del desordre molecular. A temperatura ambient podem suposar que el terme T ? DS és superior al terme DH i, per tant, la variació d’energia és negativa (procés espontani).

5. Dels elements següents, quin és menys electronegatiu que el ferro: el sofre, el brom, el titani, el coure, el zinc, l’hidro-gen o l’oxigen?

El titani, que és l’únic que és més a l’esquerra del ferro en la taula periòdica. Tots els altres són més a la dreta, i alguns més amunt, de la taula periòdica.

6. Les primeres energies d’ionització dels elements clor, carbo-ni, sodi i rubidi són: 5,14 eV; 11,26 eV; 4,18 eV; 12,97 eV. Relaciona cada energia amb l’element que hi correspon.


Grup 17

Període 4

Ió més estable: 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p6 4 s2 3 d10 4 p6 (Br2)

Nombre atòmic 38

Con�guració electrònica: 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p6 4 s2 3 d10 4 p6 5 s2

Grup 2

Període 5

Ió més estable: 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p6 4 s2 3 d10 4 p6 (Sr21)

6. Només una de les a�rmacions següents —referides a la primera energia d’ionització— és correcta. Indica quina.

a) El Na té més energia d’ionització que el Cs.

b) El F té menys energia d’ionització que el K.

c) El Na i el Li tenen la mateixa energia d’ionització.

d) El Se té una energia d’ionització més gran que el O.

e) L’element que té més energia d’ionització és el Cs.

L’única a�rmació correcta és la a).

7. Quants kJ es necessiten per arrencar un electró a 1 250 àtoms de Fe?

Dades: Ei (Fe) 5 7,87 eV/àtom

7,87 eV 1,602 ? 10219 J 1 kJ1 250 àtoms Fe ? —————— ? ———————— ? ———— 5 1 àtom Fe 1 eV 1 000 J

5 1,58 ? 10218 kJ

8. Com expliques el fet que la segona energia d’ionització del Mg és de 15,03 eV mentre que la del Li és de 75,62 eV?

Amb la segona energia d’ionització el magnesi passa a Mg21 i assoleix una con�guració electrònica estable; per això, l’ener-gia és baixa. En canvi, la segona energia d’ionització del liti és alta, perquè passa a Li21, que no presenta una con�guració electrònica estable.

9. Quanta energia, expressada en kJ, es desprèn quan tots els àtoms d’un mol de silici capten un electró?

Dades: Eaf (Si) 5 21,24 eV/àtom

6,02 ? 1023 àtom Si 1,24 eV 1,602 ? 10219 J1 mol Si ? ————————— ? ————— ? ——————— ? 1 mol Si 1 àtom Si 1 eV

1 kJ? ———— 5 119,59 kJ/mol

1 000 J

10. Ordena de menor a major l’electroa�nitat dels elements següents: Ge, Si, Pb, C i Sn.

L’electroa�nitat augmenta de baix a dalt en un grup; per tant: Pb , Sn , Ge , Si , C.

3. Associa les con�guracions electròniques següents a la solu-ció correcta:

a) 1 s2 2 s2 2 p6

(5) Gas noble

b) 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p6 4 s2 3 d2

(2) Element de transició

c) [Xe] 6 s1

(3) Alcalí

d) [Kr] 5 s2 4 d10 5 p5

(6) Grup 17

e) [Xe] 6 s2 4 f 14

(5) Gas noble

f) 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2

(1) 3r període

Possibles solucions:

(1) 3r període

(2) Element de transició

(3) Alcalí

(4) Lantànid

(5) Gas noble

(6) Grup 17

4. Quines de les a�rmacions següents són correctes?

a) La con�guració electrònica de l’última capa d’un halogen és ns2 np6.

b) Un element de transició omple els orbitals p.

c) L’element de nombre atòmic 20 pertany al quart període.

d) La con�guració electrònica externa d’un metall alcalí és ns1.

e) L’últim element conegut de la taula periòdica és del setè període.

Les respostes c), d) i e) són correctes.

5. Determina la con�guració electrònica, el grup, el pe ríode i l’ió més estable dels elements de nombres atòmics 30, 35 i 38.

Nombre atòmic 30

Con�guració electrònica: 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p6 4 s2 3 d10

Grup 12

Període 4

Ió més estable: 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p6 3 d10 (Zn21)

Nombre atòmic 35

Con�guració electrònica: 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p6 4 s2 3 d10 4 p5

115QUÍMICA 2 10

c) 2, 3, 5

d) 1, 2, 4, 5

e) 1, 2, 3, 5

f) 2, 4

L’única a�rmació errònia és la 4; per tant, la resposta correcta és la e).

16. Quin dels elements següents és el més reductor: Cl, B, Mg o Rb? Per què?

El poder reductor augmenta de dalt a baix en un grup, i de dre-ta a esquerra en un període; per tant, l’element més reductor és el Rb, perquè és més a l’esquerra i més avall que els altres elements.

17. Un element A i un altre B tenen les con�guracions electrò-niques següents:

A: 1 s2 2 s2 2 p6 3 s1

B: 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p6 4 s2 3 d10 4 p5

Compara’n les propietats periòdiques. Justi�ca les respostes.

L’element A és a l’esquerra de la taula periòdica (metall alcalí) i l’element B és a la dreta (halogen); per tant:

— L’energia d’ionització, l’a�nitat electrònica, l’electronegati-vitat i el caràcter oxidant de l’element A és inferior a l’ele-ment B.

— El caràcter metàl.lic i el poder reductor són més elevats en l’element A.

— El radi atòmic és difícil de determinar, ja que l’element A és més a l’esquerra i l’element B més avall de la taula periò-dica. En realitat, A té un radi atòmic més gran que B.

18. Les espècies H, He1 i Li21 són isoelectròniques (tenen el mateix nombre d’electrons). Quina tindrà:

a) El radi més gran?

En el cas dels àtoms, el Li és el que té un radi més gran. En esdevenir cations, es produeix una contracció i es pot dir que tindran volums similars; però, teòricament, el H, com que té menys càrrega nuclear, és el que hauria de tenir un radi més gran.

b) L’energia d’ionització més gran?

L’ió He1 és el que probablement tindrà una energia d’io-nització més gran, ja que és un gas noble i el fet de passar a ió He1 ja és molt costós energèticament. També serà bastant costós energèticament passar de Li21 a Li31. L’energia d’ionització més petita, amb diferència, serà la del H.


19. Dos elements X i Y tenen els nombres atòmics 17 i 19, res-pectivament.

11. L’ió potassi és més gran, igual o més petit que l’àtom de potassi? Raona la resposta.

L’ió potassi és més petit que l’àtom de potassi, perquè té un nivell energètic menys:

[K] 5 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p6 4 s1 (4 nivells)

[K1] 5 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p6 (3 nivells)

12. Ordena els elements Ca, Sr, Ba i Be en ordre creixent de:

a) Primera energia d’ionització.

La primera energia d’ionització augmenta de baix a dalt en un grup: Ba , Sr , Ca , Be.

b) Volum atòmic.

El volum atòmic augmenta de dalt a baix en un grup: Be , Ca , Sr , Ba.

c) Caràcter reductor.

El caràcter reductor augmenta de dalt a baix en un grup: Be , Ca , Sr , Ba.

13. Ordena, en ordre creixent, els radis atòmics dels elements Si, Cl, S i P.

El radi atòmic augmenta de dreta a esquerra al llarg d’un perío-de: Cl , S , P , Si.

14. Ordena els elements P, F, Fe, O, Mg i Rb, de menys a més electronegativitat.

L’electronegativitat augmenta d’esquerra a dreta al llarg d’un pe-ríode, i de baix a dalt en un grup: Rb , Mg , Fe , P , O , F.

[56] 5 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p6 4 s2 3 d10 4 p6 5 s2 4 d10 5 p6 6 s2

És del grup 2, alcalinoterris, i del període 6. La con�guració electrònica acaba en 6 s2.

15. Els nombres atòmics de quatre elements són 8, 16, 17, 52. Quines de les a�rmacions següents són cor rectes?

1) L’element de nombre atòmic 8 és més electronegatiu que l’element de nombre atòmic 16.

2) El radi atòmic de l’element de nombre atòmic 16 és més gran que el radi de l’element de nombre atòmic 8, però més petit que el radi de l’element de nombre atòmic 52.

3) El primer potencial d’ionització de l’element de nombre atòmic 16 és més petit que el potencial de l’element de nombre atòmic 17.

4) L’electronegativitat de l’element de nombre atòmic 16 és més gran que l’electronegativitat de l’element de nombre atòmic 17.

5) Els elements de nombre atòmic 8, 16 i 52 pertanyen al mateix grup de la taula periòdica.

Indica el conjunt d’a�rmacions correctes:

a) 1, 2, 5

b) 1, 3, 5


del iodur de potassi i la del �uorur de potassi, a partir del model electrostàtic del sòlid iònic.

Dades:

Nombres atòmics (Z). Fluor: Z 5 9; Iode: Z 5 53

Energia reticular del iodur de potassi (KI): DH°ret1 5 2631,8 kJ?mol21

Energia reticular del �uorur de potassi (KF): DH°ret2 5 2812,5 kJ?mol21

Entalpia de formació del iodur de potassi: DH°f 5 2330,5 kJ?mol21

Entalpia de sublimació

del potassi: DH°sub 5 87,9 kJ?mol21

Entalpia de sublimació

del iode, I2(s): DH°sub 5 43,5 kJ?mol21

Entalpia de dissociació

del iode, I2(g): DH°dis 5 150,9 kJ?mol21

Primera energia

d’ionització del potassi: DH°i 5 418,3 kJ?mol21

L’energia reticular d’un compost iònic és l’energia emma-gatzemada per la seva estructura tridimensional. Es calcula aplicant la llei de Hess al cicle de Born-Haber. Aquest cicle descompon la reacció directa de pas del compost iònic cap als seus elements ionitzats en tres etapes: la descomposició del compost iònic sòlid en els seus elements en estat gasós; la descomposició dels elements en estat gasós en els seus àtoms, i la ionització dels àtoms �ns a donar els elements ionitzats.

Segons el cicle de Born-Haber:

Ereticular 5 DH°f 2 Eatomització 2 Esublimació 2 (Ei 1 Ae)

Energia reticular 5 Entalpia de formació 2 Energia d’atomització 2 (Energia d’ionització 1 A�nitat electrònica)

Energia reticular del iodur de potassi (KI):

DH°ret1 5 2631,8 kJ?mol21

Energia reticular del �uorur de potassi (KF):

DH°ret1 5 2812,5 kJ?mol21

La diferència és deguda al fet que el �uor té una a�nitat electrònica més elevada que el iode (l’a�nitat electrònica augmenta cap amunt dins del grup).

F: 1 s2 2 s2 2 p5

I: ... 5 s2 5 p5

Això in�ueix en l’energia reticular en aquest cas. A més, l’energia de sublimació i atomització del iode és més baixa que la del �uor.

b) Calculeu l’a�nitat electrònica del iode.

Segons el cicle de Born-Haber per al iodur de potassi:

Ereticular 5 DH°f 2 Edis 2 Esub 2 (Ei 1 Ae)

a) Indica si tenen caràcter metàl.lic o no metàl.lic.

Con�guracions electròniques:

X (Z 5 17): 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p5

Y (Z 5 19): 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p6 4 s1

L’element de nombre atòmic 19 és un metall alcalí (caràcter metàl.lic) i el de nombre atòmic 17 és un halogen (caràc- ter no metàl.lic).

b) Compara’n les energies d’ionització i les a�nitats elec-tròniques.

L’element de nombre atòmic 17 és més a la dreta i més amunt en la taula periòdica; per tant, té més energia d’io-nització i a�nitat electrònica.

20. Ordena segons el volum atòmic les espècies Na1, Mg21 i Al31. Justi�ca l’ordenació.

Els tres ions tenen la mateixa con�guració electrònica, 1 s2 2 s2 2 p6. Per tant, tenen menys volum els que tenen més protons al nucli, perquè atrauen més els electrons. Així, l’ordre creixent de volum és el següent:

Al31 , Mg21 , Na1

21. En cuina la sal comuna es considera el saboritzant per excel?lència. A més, la seva alta temperatura de fusió per-met utilitzar-la per a receptes com l’orada a la sal. Aquesta propietat és deguda a l’energia associada a la seva xarxa cristal?lina. Calculeu aquesta energia reticular.

Dades:

Entalpia de formació del clorur de sodi: DH°f 5 2411 kJ?mol21

Entalpia de sublimació del sodi: DH°sub 5 107,5 kJ?mol21

Entalpia de dissociació del clor: DH°dis 5 121,3 kJ?mol21

Primera energia d’ionització del sodi: DH°i 5 493,7 kJ?mol21

A�nitat electrònica del clor: DH°af 5 2364,5 kJ?mol21

Segons el cicle de Born-Haber:

Ereticular 5 DH°f 2 Edis 2 Esub 2 (Ei 1 Ae)

Energia reticular 5 Entalpia de formació2 Energia de dissociació 2 Energia de sublimació 2

2 (Energia d’ionització 1 A�nitat electrònica)

Ereticular 5 2411 2 121,3 2 107,5 2 493,7 1 364,5 5

5 2769 kJ?mol21

22. [Curs 10-11] El iodur de potassi és un compost iònic que es presenta en forma de cristalls incolors. S’addiciona en peti-tes quantitats a la sal de cuina per prevenir malalties de carència de iode que poden afectar la glàndula tiroide, i les seves dissolucions saturades s’empren, en medicina, com a expectorant i en el tractament de l’esporotricosi, una infec-ció causada per fongs.

a) De�niu el concepte d’energia reticular d’un compost iònic. Justi�queu la diferència entre l’energia reticular

117QUÍMICA 2 10

a) Quin dels dos elements té un radi atòmic més gran?

Segons les seves con�guracions electròniques:

X: 1 s2 2 s2 2 p2 Y: 1 s2 2 s2 2 p4

Pertanyen al segon període: l’element X al grup 14 i el Y al grup 16. Com que el radi atòmic augmenta de la dreta a l’esquerra dins el mateix període, l’element X té un radi més gran que Y.

b) Assigneu els valors de la primera energia d’ionització a cadascun dels elements, X i Y.

La primera energia d’ionització augmenta cap a la dreta en el mateix període i, per tant, cal assignar:

EiY 5 1 310 kJ?mol21

EiX 5 1 090 kJ?mol21

3. [Curs 09-10] La �gura 10.23 mostra el radi atòmic dels quaranta-cinc primers elements de la taula periòdica:

200

100

10 30

Nombre atòmic Z

Z = 9

Z = 33

Z = 3

Z = 19

Radi atòmic(pm)

Fig. 10.23. Radi atòmic d’alguns elements en funció del nombre atòmic.

a) Justi�queu, a partir de l’estructura electrònica dels àtoms, la variació del radi atòmic al llarg del segon pe-ríode de la taula periòdica (nombres atòmics del 3 al 9).

La con�guració electrònica dels elements del segon perío- de és:

Z 5 3 1 s2 2 s1 Z 5 4 1 s2 2 s2

Z 5 5 1 s2 2 s2 2 p1 Z 5 6 1 s2 2 s2 2 p2

Z 5 7 1 s2 2 s2 2 p3 Z 5 8 1 s2 2 s2 2 p4

Z 5 9 1 s2 2 s2 2 p5

Tots tenen els electrons més externs a la capa 2 (orbital 2 s o 2 p).

La càrrega nuclear augmenta en passar de Z 5 3 a Z 5 9 (cada vegada hi ha un protó més i un electró més), i això provoca una contracció del núvol electrònic.

Energia reticular 5 Entalpia de formació 2 Energia de dissociació 2 Energies de sublimació 2

2 (Energia d’ionització 1 A�nitat electrònica)

2631,8 kJ?mol21 5 2330,5 kJ?mol21 2

2 150,9 kJ?mol21 2 87,9 kJ?mol21 2 43,5 kJ?mol21 2

2 418,3 kJ?mol21 2 A�nitat electrònica

A�nitat electrònica 5 2399,3 kJ?mol21


1. [Curs 09-10] El �uor (nombre atòmic 9) i el sodi (nombre atòmic 11) són dos elements que es troben en grups allu-nyats entre si a la taula periòdica (grups 17 i 1, respecti-vament).

a) Cal més energia per arrencar un electró d’un àtom de �uor gasós o d’un àtom de sodi gasós? Raoneu la respos-ta en funció de les seves estructures electròniques.

Segons les seves con�guracions electròniques:

F: 1 s2 2 s2 2 p5 Na: 1 s2 2 s2 2 p6 3 s1

Com diu l’enunciat, el �uor pertany al grup 17 i el sodi al grup 1. La primera energia d’ionització augmenta cap a la dreta i cap amunt. Això és degut al fet que si el sodi perd el seu electró es queda amb una con�guració electrònica estable:

Na1: 1 s2 2 s2 2 p6

En canvi, en el cas del �uor:

F1: 1 s2 2 s2 2 p4

La con�guració electrònica resultant no és es table.

Per tant, cal assignar al �uor una energia d’ionització (ener-gia necessària per arrencar un electró) més elevada que al sodi.

b) Tot i que l’ió �uorur i l’ió sodi tenen el mateix nombre d’electrons, quin d’aquests dos ions té el radi més gran? Per què?

L’àtom de sodi és més gran que el de �uor, perquè l’àtom de sodi té 3 capes (3r període) i el de �uor dues (2n període). En el cas del ions, els dos tenen 2 capes, perquè el sodi ha perdut la seva tercera capa:

Na1: 1 s2 2 s2 2 p

F2: 1 s2 2 s2 2 p6

Aleshores, el nombre de protons del nucli fa que l’ió sodi sigui més petit (augmenta l’atracció nuclear). Per tant, l’ió �uorur és més gran.

2. [Curs 10-11] Dos elements tenen les con�guracions elec-tròniques següents en l’estat fonamental: element X: 1 s2 2 s2 2 p2; element Y: 1 s2 2 s2 2 p4.

La primera energia d’ionització d’un dels elements és 1 310 kJ?mol21, mentre que la de l’altre és 1 090 kJ?mol21.


Dades: Liti: Z 5 3; Fluor: Z 5 9; Potassi: Z 5 19; Iode: Z 5 53

Per comparar els valors de l’energia reticular del KI i del LiF cal tenir en compte que l’energia reticular dóna una idea de la força d’atracció entre els ions del compost iònic. Aquesta atracció depèn, segons el model electrostàtic del sòlid iònic (llei de Coulomb), de la càrrega dels ions i de la distància que els separa:

k (q1 ? q2)F 5 ————— r2

Com més alta sigui la càrrega dels ions i més petita la dis-tància entre ells (ions més petits), hi haurà més atracció.

En els compostos KI i LiF les càrregues són les mateixes. Pel que fa a la mida, el ions K1 i I2 són, tots dos, més grans que els ions Li1 i F2, i això fa que l’atracció entre els ions K1 i I2 sigui més petita que entre els ions Li1 i F2. L’energia alli berada en la formació d’un mol del compost iònic KI será més petita (en valor absolut) que en el compost iònic LiF, cosa que implica que l’energia reticular del KI serà més gran (tenint en compte el signe) que la del LiF.

5. [Curs 10-11] Per calcular l’energia reticular del clorur de sodi (2787 kJ?mol21) cal conèixer les dades termodinàmi-ques que apareixen en la taula següent:

Magnituds termodinàmiques Valor (kJ?mol21)

Entalpia de sublimació del Na(s) 107

Primera energia d’ionització del Na 496

Entalpia de formació del Cl(g) 122

Afinitat electrònica del Cl 2349

Entalpia de formació del NaCl(s) 2411

Taula 10.5. Dades termodinàmiques en condicions estàndards i a 298 K.

Dades: Nombres atòmics (Z): Z (Na) 5 11; Z (Cl) 5 17; Z (K) 5 19; Z (Br) 5 35

a) Expliqueu la diferència que hi ha entre els conceptes energia d’ionització i a�nitat electrònica d’un element, i entre els conceptes energia reticular i entalpia de forma-ció d’un compost iònic.

La diferència entre l’energia d’ionització i l’afinitat electrò-nica és que en el primer cas es tracta de l’energia del procés d’arrencar un electró a un àtom gasós, i en el segon cas es tracta de l’energia del procés de captar un electró per part d’un àtom en estat gasós.

(opcional)

Energia d’ionització d’un element A:

A(g) � A1(g) 1 1 e2 DH1 5 energia d’ionització

Afinitat electrònica d’un element A:

A(g) 1 1 e2 � A2(g) DH2 5 afinitat electrònica

La diferència entre l’energia reticular i l’entalpia de formació és que en el primer cas es tracta de l’energia del procés per formar el compost a partir dels seus ions en estat gasós i en

Per tant, en el període disminueix el radi atòmic en passar de Z 5 3 a Z 5 9, com es veu a la �gura.

b) Compareu el radi atòmic del liti (Z 5 3) i el del potassi (Z 5 19) i justi�queu aquests valors a partir de l’estruc-tura electrònica dels dos àtoms.

Les con�guracions electròniques del liti i del potassi són:

Li (Z 5 3): 1 s2 2 s1

K (Z 5 19): 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p6 3 s1

Els dos elements estan situats en un mateix grup a la taula periòdica. Tenen l’electró més extern en l’orbital s, però el liti a la capa 2 i el potassi a la capa 3. Com més gran sigui la capa, el radi atòmic és més alt.

Per tant, com es veu a la figura, el radi del potassi és més gran que el del liti.

4. [Curs 10-11] El �uorur de liti, LiF, és un compost iònic que s’utilitza en òptica per la seva transparència a la llum ultra-violada. A partir del següent grà�c (�g. 10.24):

Ent

alp

ia (k

J)

+

–

Li+(g) + F(g)

Li+(g) + F–(g)

LiF(s)

Li+(g) + ½ F2(g)

Li(g) + ½ F2(g)

Li(s) + ½ F2(g)

520 kJ

161 kJ

–617 kJ

–1047 kJ–328 kJ

77 kJ

Fig. 10.24. Diagrama d’entalpies del fluorur de liti.

a) Indiqueu quin valor tenen l’energia d’ionització del liti i l’a� nitat electrònica del �uor. De�niu el concepte d’ener-gia reticular d’un sòlid iònic i indiqueu quin valor té per al �uorur de liti.

L’energia d’ionització del liti és 520 kJ?mol21, segons el dia-grama d’entalpies, ja que correspon a la reacció:

Li(g) � Li1(g) 1 1 e2

L’a�nitat electrònica del �uor és 2328 kJ?mol21, segons el diagrama d’entalpies, ja que correspon a la reacció:

F(g) 1 1 e2 � F2(g)

L’energia reticular és la variació d’entalpia de la reacció de formació d’un mol d’un compost iònic sòlid a partir dels ions en estat gasós i en condicions estàndards.

Li1(g) 1 F2(g) � LiF(s)

A partir del diagrama d’entalpies del LiF es dedueix que:

Energia reticular del LiF 5 21 047 kJ?mol21

b) L’energia reticular del iodur de potassi (KI) serà més petita o més gran que la del �uorur de liti? Justi�-queu-ho a partir del model electrostàtic del sòlid iònic.

119QUÍMICA 2 10

a) Potassi.

b) Fluor.

c) Carboni.

d) Liti.


3. L’electronegativitat del liti és 0,98. Quina és la del potassi?

a) 0,82

b) 0,25

c) 1,05

d) 3,04


4. Dels elements següents, quin és el que té la segona energia d’ionització més baixa:

a) Liti.

b) Sodi.

c) Alumini.

d) Calci.


5. El clorur de sodi forma una xarxa tridimensional iònica. En la construcció d’un model d’aquest compost, quin compo-nent seria més gran que l’altre?

a) Els dos tenen les mateixes dimensions.

b) L’ió sodi.

c) L’àtom de sodi.

d) L’ió clorur.


6. Quin dels elements següents té l’energia d’ionització més petita?

a) Ferro.

b) Crom.

c) Rubidi.

d) Or.


7. La paraula oxidant deriva d’oxigen. Existeix algun element de la taula periòdica més oxidant que l’oxigen?

a) Sí, el �uor.

b) Sí, l’heli.

el segon cas es tracta de l’energia per formar el compost a partir dels seus elements en la seva forma més estable en les condicions fixades.

(opcional)

Energia reticular d’un compost iònic AB:

A1(g) 1 B2

(g) � AB(s) DH3 5 energia reticular

Entalpia de formació d’un compost iònic AB:

A 1 B � AB(s) DH4 5 entalpia de formació

b) Expliqueu raonadament, a partir del model electrostàtic del sòlid iònic, si l’energia reticular del bromur de potas-si serà més gran o més petita que la del clorur de sodi.

Formulació: KBr

Per justi�car els valors de l’energia reticular del KBr i del NaCl, cal tenir en compte que l’energia reticular dóna una idea de la força d’atracció entre els ions del compost iònic. Aquesta atracció depèn, segons el model electrostàtic del sòlid iònic (llei de Coulomb), de la càrrega dels ions i de la distància que els separa:

k (q1 ? q2)F 5 ————— r2

Com més alta sigui la càrrega dels ions i més petita la dis-tància entre ells (ions més petits), hi haurà més atracció.

En el cas del KBr i del NaCl les càrregues són les mateixes. Pel que fa a la mida, el catió K1 és més gran que el catió Na1, i l’anió Br2 és més gran que l’ió Cl2 (es pot deduir de la configuració electrònica dels àtoms). Això fa que l’atrac-ció entre els ions K1 i Br2 sigui més petita que en els ions Na1 i Cl2; l’energia alliberada en la formació d’un mol del compost iònic KBr serà més petita (en valor absolut) que en el compost iònic NaCl.

Per tant, si tenim en compte el signe negatiu, el valor de l’energia reticular del KBr serà més gran que en el cas del NaCl:

Energia reticular KBr . 2787 kJ o ZEnergia reticular KBr Z , 787 kJ

Quimitest

1. A quin grup pertany l’element de nombre atòmic 10 que va fer molt coneguts uns llums �uorescents vermells i que té de nombre atòmic 10?

a) 8

b) 10

c) 18

d) 2


2. Dels elements següents, quin té la primera energia d’ionit-zació més alta: potassi, �uor, carboni i liti?


a) És un element molt electronegatiu.

b) Té una primera energia d’ionització més alta que la se-gona.

c) El seu radi és més gran que el de l’element que té una con�guració electrònica 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p6.

d) El seu caràcter metàl.lic és més gran que el del sodi.


c) Sí, el clor.

d) No.


8. La con�guració electrònica d’un element és:

1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p6 4 s2

Quina de les a�rmacions següents és correcta?

121QUÍMICA 2 11

j Unitat 11. Quantificació de l’energia. Anàlisi espectroscòpica. Enllaç químic

Activitats

1. En alguns adobs, la urea, CO(NH2)2, és el component que aporta el nitrogen. Quina és la seva estructura de Lewis?

H

]N

H C}}

]O]H

N]H

–

–

–

––

–

Urea CO (NH2)2

2. El freó-11 (CCl3F) i el freó-12 (CCl2F2) eren propel.lents d’aerosols, utilitzats en laques, desodorants, colònies, etc. Són compostos que incideixen en la destrucció de la capa d’ozó. Per sort, pràcticament han deixat d’utilitzar-se, per-què han estat prohibits, i s’han anat substituint per altres propel.lents que no destrueixen la capa d’ozó. Dibuixa les estructures de Lewis del freó-11 i del freó-12.

|]Cl| |

]Cl| | |

|]Cl]

–C–]Cl]

| |]F]

–C–]F]

| | |

| F]

| |Cl]

|

Freó-11 (CCl3F) Freó-12 (CCl2F2)

3. L’OMS aconsella no consumir més de 6 grams de sal al dia, que equivalen a uns 50 grams de pernil salat. El 2008, un grup de cientí�cs catalans de l’Institut de Recerca i Tec-nologia Alimentàries (IRTA) van descobrir una modi�cació tècnica per tal d’aconseguir pernils salats amb la meitat de la proporció de sal, conservant-ne el gust. Dibuixa l’estruc-tura de Lewis de la sal (clorur de sodi).

Na! |]Cl]

|@

Clorur de sodi (compost iònic)

4. Un dels verins més utilitzats al llarg de la història és l’àcid cianhídric. Per exemple, es va utilitzar a les cambres de gas durant la Segona Guerra Mundial. S’obté de la reacció entre el cianur de sodi i l’àcid sulfúric.

a) Quin és el seu angle d’enllaç.

N;C–HÀcid cianhídric HCN

b) I la seva geometria?

Té geometria lineal i l’angle d’enllaç és de 180°.

5. Una manera de classi�car els hidrocarburs és dividir-los en alcans, alquens i alquins segons que tinguin tots els enlla-ços simples, o algun enllaç doble o triple. Comparant l’età, l’etè o etilè, i l’etí o acetilè:

a) Quins són els seus angles d’enllaç.

H H | |

C–CHH

HH

xx

cc

H HC}}C

H H

–––

–H–C;C–H

Età Etè Etí

b) I les formes de cada molècula?

CH3–CH3 Angle 109° Estructura tetraèdrica

CH2}}CH2 Angle 120° Piràmide trigonal

HC;CH Angle 180° Lineal

6. Quina és la geometria dels compostos BeF2 i PCl5? Digues també si tindran moment dipolar i raona-ho.

El BeF2 és lineal. L’electronegativitat dels dos �uors és igual i de sentit contrari, cosa que fa que la molècula tingui moment dipolar nul. El BeF2 és una molècula apolar.

El PCl5 és una bipiràmide trigonal, com la del pentabromur de fòsfor dibuixada al llibre. El clor és fortament electronegatiu. Cada clor genera amb el fòsfor un moment dipolar. El moment dipolar total dels tres clor coplanars equatorials s’anul·la per geometria de forces, i alhora també s’anul·len entre si els dos moments dipolars dels clors dels vèrtexs piramidals, ja que són iguals i de sentit contrari. El PCl5 és una molècula apolar.

7. El freó-11 (�uorotriclorometà) havia tingut molta accepta-ció com a propel.lent d’aerosols, però la seva contribució a la destrucció de la capa d’ozó l’ha fet pràcticament desapa-rèixer. Sabries dir si els enllaços que forma són polars? I la molècula?

Els enllaços C–Cl i C–F són polars, perquè existeix diferència d’electronegativitat entre els àtoms (el �uor i el clor són més electronegatius que el carboni).

La molècula també és polar, ja que no s’anul.len les polaritats de l’enllaç, tal com podeu observar a la �gura següent:

|]Cl| |

|]Cl]

–C–]F]

| |

|Cl]

| m Þ 0

�m

�m

�m

�m

En el freó-11 els moments dipolars no s’anul.len.

8. De les molècules següents, digues quines són polars: tri-clorur de bor, clor, alcohol metílic, clorur d’hidrogen, metà i monòxid de carboni.

Són polars l’alcohol metílic, el clorur d’hidrogen i el monòxid de carboni, tal com podeu observar en les estructures de Lewis següents:

|] |

B |

|Cl]

|m 5 0

��

�

Cl Cl––

| ]|

En el triclorur de bor, Cl3B, els moments dipolars s’anul.len.

|]Cl]

–]Cl]

| m 5 0


En la molècula de clor, Cl2, no existeix polaritat d’enllaç, ja que l’electronegativitat dels dos àtoms és la mateixa.

H |

H–C–]O]

–H |

H m Þ 0�

��

En l’alcohol metílic, CH3OH, existeix polaritat d’enllaç, ja que els moments dipolars no s’anul.len.

H–]Cl]

| m Þ 0�

En el clorur d’hidrogen, existeix polaritat d’enllaç, ja que l’elec-tronegativitat de l’àtom de clor és major que la de l’àtom d’hi-drogen.

|C}}]O]

m Þ 0�

En el monòxid de carboni, CO, existeix polaritat d’enllaç, ja que l’electronegativitat de l’oxigen és més gran que la del carboni.

9. Per determinar la fórmula d’un anestèsic, es realitza la com-bustió de 4,2 g del producte, que ens dóna 13,2 g de CO2 i 5,4 g de H2O. A més, el seu estudi espectròscòpic revela la informació següent:

— L’espectre de masses indica que la massa molecular és 42 i la RMN, la IR i la UV indiquen que no té cap doble enllaç.

De quin compost es tracta?

Primer hem d’esbrinar la fórmula empírica del compost:

A partir dels 13,2 g de CO2, per estequiometria, deduïm que conté 3,6 g de carboni:

12 g C13,2 g CO2 ? ————— 5 3,6 g C

44 g CO2

A partir dels 5,4 g d’aigua deduïm que conté 0,6 g d’hidrogen:

2 g H5,4 g H2O ? ————— 5 0,6 g H

18 g H2O

La suma dels grams de C i H és 4,2 g i, per tant, és un hidrocar-bur. Podem trobar-ne, doncs, la fórmula empírica dividint per les masses atòmiques i així tenim que és CH2.

3,6 g C 0,3————— 5 0,3 � —— 5 1 12 g C 0,3

0,6 g H 0,6————— 5 0,6 � —— 5 2 1 g H 0,3

Com que la massa molecular és 42, deduïm que la fórmula mo-lecular és C3H6.

També sabem que no conté cap doble enllaç, i si consultem dades bibliogrà�ques, deduïm que l’anestèsic és el ciclopropà.

Activitats finals

1. A partir de l’estructura electrònica del Br, sabries dibuixar el diagrama de Lewis del Br2?

|]Br]

–]Br]

|

2. a) Escriu l’estructura electrònica del B i la del N.

B (Z 5 5): 1 s2 2 s2 2 p1 i N (Z 5 7): 1 s2 2 s2 2 p3

b) Compara les estructures de Lewis del tri�uorur de bor i de l’amoníac.

El tri�uorur de bor té una estructura de Lewis amb de�cièn-cia d’electrons en el bor i no compleix la regla de l’octet.

L’amoníac té un parell d’electrons no enllaçats i compleix la regla de l’octet.

B |

| F]

|

––|]F]

]F]

|H

NH H

x

c–

�

BF3 NH3

3. a) Dibuixa les estructures de Lewis de les molècules de sul-fur d’hidrogen, triclorur de bor, etè i pentaclorur de fòsfor.

H–]S]

–H B |

|Cl]

|

––|]Cl]

]Cl]

|

H2S BCl3

H HC}}C

H H

–––

– |]Cl]

|]Cl]

|]Cl| |

P |

|Cl]

|

x

c–]Cl]

|

CH2}}CH2 PCl5

b) Explica, a partir de les estructures de Lewis ante riors, la geometria d’aquestes molècules.

La molècula de sulfur d’hidrogen (H2S) és lineal, la de triclo-rur de bor (BCl3) és plana triangular; la d’etè (CH2}}CH2) és plana triangular en els dos carbonis, i la del pentaclorur de fòsfor (PCl5) té geometria de bipiràmide trigonal.

4. Els nombres atòmics del H, del C, del N i del O són, respec-tivament, 1, 6, 7 i 8. Escriu l’estructura de Lewis i justi�ca la geometria de les espècies químiques següents: NO3

2, CH3–CH3 i NH4

1.

| |N!

@|]O]

]O]

|@––

|O|3 42

H H | |

C–CH Hx

x

c

c

H H–

H |N1

Hx

cH H

NO32 ió nitrat CH3–CH3 età NH4

1 ió amoni

La geometria de l’ió nitrat NO32 és plana triangular, la de l’età

CH3–CH3 és tetraèdrica en els dos carbonis i la de l’ió amoni és tetraèdrica.

5. Escriu les estructures de Lewis de totes les espècies que participen en la reacció:

BF3 1 F2 � BF42

–

|]F | |

|]F]

–B–]F]

| |

| F]

|3 4

@

B–]F]

|–

1 |]F]

|@ �| F]

|

|]F |

123QUÍMICA 2 11

10. Escriu les estructures de Lewis dels anions següents:

a) anió nitrat

| |N!

@|]O]

]O]

|@––

|O|3 42

Anió nitrat

b) anió carbonat

| |C

O@ @

O––

|O|3 422

Anió carbonat|]||]

|

c) anió fosfat

| |P

@|]O]

@|]O]

]O]

|@

–

|O|

3 432

Anió fosfatx

c

d) anió cianur

[|C@;N|]2 Anió cianur

Indica la geometria de cada anió segons la teoria de repul-sió dels electrons de valència.

La geometria de l’anió nitrat NO32, i la de l’anió carbonat, CO3

22, és plana triangular; la de l’anió fosfat, PO4

32, és tetraèdrica, i la de l’anió cianur, CN2, és lineal.

11. D’acord amb la teoria de repulsió dels electrons de valència, indica la geometria de les molècules següents: BF3, BeI2, CCl4 i NH3. N’hi ha cap de polar? Justi�ca la resposta.

|]F | |

B

�

|]F]

]F]

|– �–

�|]I]

–Be–]I]

|�

� –|]Cl]

|]Cl]

|]Cl| |

Cx

c ]Cl]

|�

�

�

�

NH–

�

x

c�

�

�

HH

m 5 0 m 5 0 m 5 0 m Þ 0

BF3 BeI2 CCl4 NH3

BF3: plana triangular. No polar.

BeI2: lineal. No polar.

CCl4: tetraèdrica. No polar.

NH3: piràmide trigonal. Polar.

12. a) Indica les geometries possibles d’un compost de fórmula XY3, si sabem que entre els àtoms X i Y s’estableix un enllaç de tipus covalent.

Per exemple: BF3 (plana triangular) o NH3 (piràmide trigonal).

b) Assigna a les molècules de NCl3 i BCl3 la geometria que els pertoca i digues, justi�cant la resposta, quin d’aquests dos compostos pot ser soluble en un dissolvent polar.

NCl3: piràmide trigonal. Polar.

BCl3: plana triangular. No polar.

6. Escriu les estructures de Lewis dels àcids següents:

a) àcid nítric

H–]O]

–N! HNO3 Àcid nítricO @

O

–}}

|]|

| |

b) àcid sulfúric

|O| | |

H–]O]

–S–]O]

–H H2SO4 Àcid sulfúric | |

|O|

c) àcid nitrós

H–]O]

–]N]

}}]O]

HNO2 Àcid nitrós

d) àcid clòric

H–]O]

–Cl}}]O]

HClO3 Àcid clòric | |

|O|

En tots aquests casos, els àtoms d’hidrogen es troben units a àtoms d’oxigen.

7. Un dels tres àtoms d’hidrogen de l’àcid fosforós no es troba unit a cap àtom d’oxigen. Això fa que només dos dels àtoms d’hidrogen presentin característiques àcides. Amb aquesta informació, troba:

a) L’estructura de Lewis de l’àcid fosforós.

H |

|O| |

H–]O]

–P]

–]O]

–H H3PO3 Àcid fosforós

b) La fórmula dels compostos fos�t de potassi i hidrogen-fos�t de potassi.

K3 PO3 (fos�t de potassi) i K2HPO3 (hidrogenfos�t de potassi).

8. La formació de l’ió Mg21(g) a partir d’un àtom de Mg(s) reque-

reix energia, i la formació de l’ió O22(g) a partir de l’oxigen

molecular O2(g) també en requereix. Com podem explicar, aleshores, que l’òxid de magnesi, MgO(g), sigui més estable que els elements que el componen?

L’energia reticular de l’òxid de magnesi, MgO, és superior al re-queriment d’energia de formació dels ions Mg21 i O22, i per tant, l’estat energètic del MgO és inferior i més estable que el dels àtoms per separat.

9. L’energia de l’enllaç C}}C és més gran que la del C−C. En les longituds d’enllaç també passa el mateix?

En les longituds d’enllaç passa a l’inrevés: la longitud de l’en-llaç doble és més petita que la de l’enllaç senzill.


c) Quines són solubles en aigua?

Només és soluble en aigua l’àcid clorhídric, perquè és polar. Les altres molècules són molt poc solubles, perquè són mo-lècules apolars.


17. De les molècules següents: diclorometà, tetraclorur de car-boni, triclorur de bor, cloroform i aigua, justi�ca’n la geome-tria molecular i indica quines molècules presenten moment dipolar.

CH2Cl2: tetraèdrica. No polar.

CCl4: tetraèdrica. No polar.

BCl3: plana triangular. No polar.

CHCl3: tetraèdrica. Polar.

H2O: angular. Polar.

18. Ordena les molècules d’età, etilè i acetilè segons la longi-tud d’enllaç carboni-carboni.

En ordre de longitud d’enllaç decreixent:

CH3–CH3 . CH2}}CH2 . HC;CH

19. Indica raonadament si són certes o falses les a�rma cions següents:

a) La molècula de PF3 és apolar.

Falsa. La molècula de PF3 és polar, ja que té geometria de pi-ràmide trigonal, i per tant, els moments dipolars no s’anul.len.

b) L’anió carbonat es representa amb tres estructures.

Certa, té tres estructures ressonants.

c) La molècula de sulfur d’hidrogen és angular.

Certa, el H2S forma dos enllaços en forma angular.

d) El bromur de potassi és soluble en tetraclorur de carbo-ni, dissolvent amb fort caràcter polar.

Falsa. El CCl4 és tetraèdric i apolar; per tant, no solubilitza un compost iònic.

20. Justi�ca el motiu pel qual existeixen molècules de PCl5 i, en canvi, no n’hi ha de NCl5.

Perquè el fòsfor, P, té la possibilitat d’ocupar orbitals 3 d i, en canvi, el nitrogen, N, no en té.

21. D’un compost orgànic tenim les dades següents: bon dissol-vent orgànic, Te 5 34,6 °C i fórmula empírica C4H10O. Els estudis espectroscòpics ens indiquen que la massa molecu-lar és 74 i que conté un grup èter i radicals etil. De quin compost es tracta?

Si coneixem la fórmula empírica i la massa molecular, podem esbrinar la fórmula molecular:

(MM fórmula empírica) ? n 5 MM fórmula molecular

74 n 5 74

Per tant, el NCl3, com que és polar, és soluble en dissolvents polars com per exemple l’aigua.

13. Justi�ca el motiu pel qual l’anió carbonat té geometria pla-na i l’anió clorat és piramidal.

L’anió carbonat, CO322, té geometria plana triangular i hibri-

dació sp2, mentre que l’anió clorat, ClO32, té estructura de pirà-

mide trigonal amb hibridació sp3 i un parell d’electrons no en-llaçants.

14. Justifica la forma de les molècules de cadascuna de les espècies químiques següents:

a) NCl3

Piràmide trigonal, ja que el nitrogen té un parell d’electrons no enllaçants.

b) NH41

Tetraèdrica, ja que és una molècula no polar.

c) CHCl3

Piràmide trigonal, ja que és una molècula polar.

d) CO2

Lineal, ja que el carboni presenta hibridació sp2.

15. a) Justi�ca el caràcter polar o apolar de les molècules se-güents: Br2, HCl, H2S i CCl4.

b) Justi�ca la geometria de les molècules emprant la teoria de repulsió dels electrons de valència.

El Br2 és una molècula apolar, ja que és un enllaç amb elements iguals que tenen la mateixa electronegativitat.

El HCl és polar, ja que forma un enllaç amb elements diferents i, per tant, de diferent electronegativitat.

El H2S és polar, ja que forma dos enllaços en forma angular, i per tant, els vectors de moment dipolar no s’anul.len. Geome-tria angular.

El CCl4 és una molècula apolar, ja que forma quatre enllaços en forma tetraèdrica, i per tant, els vectors de moment dipolar s’anul.len. Geometria tetraèdrica.

16. De les molècules següents: clor, àcid clorhídric, metà, aigua i diòxid de carboni, digues:

a) Quines tenen moment dipolar?

L’àcid clorhídric i l’aigua tenen moment dipolar. En el clor el moment dipolar és zero, i en el metà i en el diòxid de carbo-ni, els moments dipolars dels enllaços s’anul.len.

b) Indica’n la geometria.

El metà és tetragonal, l’aigua és angular i el diòxid de carbo-ni és lineal. El clor i l’àcid clorhídric només tenen un enllaç i, per tant, no es pot parlar de geometria.

125QUÍMICA 2 11

A partir dels 1,64 g d’aigua deduïm que conté 0,182 g d’hidrogen:

2 g H1,64 g H2O ? ———— 5 0,182 g H 18 g H2O

La suma dels grams de C i H és 1,272 g i, per tant, hi ha 2 2 1,272 5 0,728 g de O. En podem trobar la fórmula empí-rica dividint per les masses atòmiques:

1,09 g C 0,091———— 5 0,091 � ————— 5 2 12 g C 0,0455

0,182 g H 0,182———— 5 0,182 � ————— 5 4 1 g H 0,0455

0,728 g O 0,0455———— 5 0,0455 � ———— 5 1 16 g O 0,0455

Si dividim pel més petit, obtenim que la fórmula empírica és C2H4O.

Si coneixem la fórmula empírica, C2H4O, i la massa molecular, podem esbrinar la fórmula molecular:


44 n 5 88

Com que n 5 2, la fórmula molecular és C4H8O2.

Les dades espectroscòpiques ens informen de la presència d’un grup carboxil; per tant, es tracta de l’àcid butanoic:

CH3–CH2–CH2–COOH


25. Digues quin dels compostos següents és polar:

a) El metà és l’hidrocarbur més petit.

b) El diòxid de carboni és el gas present en les begudes carbòniques.

c) El clor és un gas tòxic.

d) El metanol és un compost perillós si s’ingereix.

e) L’oxigen ens permet respirar.

El metanol.

26. Respon a les qüestions següents de forma qualitativa:

a) El metanol i l’etanol presenten diferents punts d’ebullició?

Els dos tenen enllaços covalents amb enllaços intermolecu-lars de pont d’hidrogen, però el metanol té una massa mole-cular més baixa i, per tant, el seu punt d’ebullició és més baix.

b) El metà té un punt d’ebullició més gran o més petit que el metanol? Per què?

El metanol té enllaços de pont d’hidrogen i, per tant, el seu punt d’ebullició és més elevat que el del metà. A més, te una massa molecular més elevada.

Com que n 5 1, la fórmula molecular coincideix amb la fórmula empírica i el compost orgànic té per fórmula C4H10O.

Com que els estudis espectroscòpics indiquen que conté un grup èter i radicals etil, només es pot tractar de l’èter etílic: CH3CH2–O–CH2CH3.

22. En un compost orgànic de punt d’ebullició 27,5 °C es de-tecta espectroscòpicament la presència de nitrogen i la massa molecular, que és 31. De quin compost parlem?

Com que és un compost orgànic, ha de tenir C i H, a més del nitrogen detectat espectroscòpicament.

Per tant, si la massa molecular és 31:

12 (C) 1 14 (N) 1 x (H) 5 31

x 5 5

La fórmula molecular del compost que busquem és CNH5, que correspon a la metilamina, CH3NH2.

23. Tenim un compost desconegut i cal esbrinar quina substàn-cia és. Primer, en busquem el punt d’ebullició, que és de 44 °C, però amb aquesta dada encara no n’hi ha prou. Per aquest motiu, fem una combustió controlada i n’obtenim la fórmula empírica, que és C3H5. Ara ja sabem que es tracta d’un hidrocarbur, però encara ens calen més dades. Final-ment fem una anàlisi espectroscòpica, que ens indica que el compost és cíclic, que té un doble enllaç, una massa mo-lecular de 82 i que no conté radicals. Saps de quin compost es tracta?

Si coneixem la fórmula empírica, C3H5, i la massa molecular, podem esbrinar la fórmula molecular:


41 n 5 82

Com que n 5 2, la fórmula molecular és C6H10.

Com que sabem que és un compost cíclic i que té un doble en-llaç, només pot ser el ciclohexè.

24. Dos grams d’un compost orgànic es cremen per combustió controlada i s’obtenen 4 g de diòxid de carboni i 1,64 g d’aigua. Espectroscòpicament es detecta la presència d’un grup carboxil i determinem que té una massa molecular de 88 amb l’espectròmetre de masses. Indica de quin compost es tracta:

a) Àcid butanoic

b) Acetaldehid

c) Acetona (propanona)

d) Àcid acètic

Primer hem d’esbrinar la fórmula empírica del compost:

A partir dels 4 g de CO2, per estequiometria, deduïm que con- té 1,09 g de carboni:

12 g C4 g CO2 ? ———— 5 1,09 g C 44 g CO2


— La RMN, la IR i la UV indiquen que hi ha una cadena benzènica, enllaços N–H, –O– i que la seva fórmula molecular és C11H16O2N.

j Anàlisi elemental: 68 % C; 8,25 % H; 7,22 % N i la resta d’oxigen.

Per calcular la fórmula empírica:

C: 68 g C———— 5 5,67 12 g C

H: 8,25 g H————— 5 8,25 1 g H

N: 7,22 g N————— 5 0,516 14 g N

C: 16,53 g C————— 5 1,033 16 g C

Dividim pel nombre més petit:

C: 5,67———— 5 11 0,516

H: 8,25———— 5 16 0,516

N: 0,516———— 5 1 0,516

C: 1,033———— 5 2 0,516

C11H16NO2

Per tant, la fórmula empírica coincideix amb la de MDMA. Les pastilles són d’èxtasi.

29. Identi�ca i corregeix la frase que és incorrecta:

a) El SO2 té geometria lineal.

b) El HF presenta ponts d’hidrogen intermoleculars.

c) El SO2 presenta estructures en forma ressonant.

d) Cadascun dels enllaços del tetraclorur de carboni és po-lar, però la molècula és no polar.

e) La IR ens dóna informació de l’existència de grups fun-cionals orgànics.

f) L’aigua és un dissolvent polar.

La primera a�rmació és falsa.

a) El SO2 té una geometria angular, a causa dels parells d’elec-trons no enllaçants que té el S.

30. La �gura 11.25 és la grà�ca corresponent a un espectre de l’acetat d’etil.

c) El butanol té un punt d’ebullició més gran o més petit que l’etanol? Per què?

Els dos tenen enllaços covalents amb enllaços intermole-culars de pont d’hidrogen, però l’etanol té una massa mo-lecular més baixa i, per tant, el seu punt d’ebullició és més baix.

d) Per què l’etanol té un punt d’ebullició més alt que l’èter etílic?

Malgrat que la massa molecular de l’èter etílic és superior a la de l’etanol, el seu punt d’ebullició és més baix, per la manca o poca abundància d’enllaços intermoleculars de pont d’hidrogen.

27. Un grup d’investigadors ha estat fent recerca amb aplica-cions de compostos d’argent que es poden utilitzar en me-dicina. Entre aquests compostos hi ha una sal de plata. A més, les dades espectroscòpiques indiquen que té enlla-ços C-H, un grup carbonil (C}}O) i que és lineal.

Per tal d’acabar d’esbrinar el compost se n’escalfen 0,5 g i s’obtenen 0,24215 g d’argent. Quin és aquest compost?

Dades: Masses atòmiques: C 5 12 g/mol; H 5 1 g/mol; Ag 5 108 g/mol

108 g/mol Ag 0,24215 g Ag——————— 5 ———————— x 0,5 g compost

x 5 223 g/mol compost

La plata té una massa atòmica de 108 g/mol i, per tant, l’àcid carboxílic orgànic que ens indica l’espectroscòpia és:

223 2 108 5 115

Cal sumar-hi 1 de l’hidrogen; per tant, són 116 g/mol.

Així, doncs, tenim:

CH3–CH2–CH2–CH2–CH2–COOH

I el compost és:

CH3–CH2–CH2–CH2–CH2–COOAg

28. El consum d’amfetamines és molt preocupant entre els joves des de ja fa molt temps. Una de les variants de l’am-fetamina és l’anomenada tècnicament MDMA o èxtasi. Evidentment, és prohibida i hi ha estudis rigorosos que detallen els problemes greus que ocasiona a curt i llarg ter-mini.

Per tal de saber si unes pastilles són d’aquest compost es fan diferents proves, entre les quals podem destacar:

j Anàlisis espectroscòpiques:

— L’espectre de masses indica que la massa molecular és 194.

127QUÍMICA 2 11

a) Quina mena d’espectre és? Què indiquen i signi�quen les abscisses?

És un RMN.

És d, el desplaçament químic (en ppm).

b) Si fos del 1,2-dicloroetà, hi hauria alguna diferència? En cas a�rmatiu, digues quina i raona-ho.

En el 1,2-dicloroetà, com que és una molècula simètrica, només apareixeria un sol pic. Aquest pic estaria més des-plaçat cap a l’esquerra, ja que el clor és més electronegatiu que el brom i desapantalla més.

32. Una aigua absorbeix radiació electromagnètica de freqüèn-cia 5,0 ? 1014 s21.

Tipus de radiació

Tipus de canvi

Interval d’energia (J)

Microones Nivells d’energia de rotació

1 ? 10222 a 1 ? 10220

Infraroja Nivells d’energia de vibració

1 ? 10220 a 1 ? 10219

Visible i UV Nivells d’energia electrònica

1 ? 10219 a 1 ? 10216

Taula 11.11. Interacció entre la radiació electromagnètica i les mo lècules.

Dades: Velocitat de la llum: c 5 3,0 ? 108 m?s21

Constant de Planck: h 5 6,63 ? 10234 J?s

a) Calcula la longitud d’ona (en nm) i el nombre d’ona (en cm21) de la radiació absorbida per l’aigua.

c 3 ? 108 m/sl 5 — 5 —————— 5 6,0 ? 1027 m 5 y 5,0 ? 1014 s

5 600 nm 5 6,0 ? 1025 cm

E 5 h y 5 (6,63 ? 10234 J?s) ? (5,0 ? 1014 s) 5 3,315 ? 10219 J

b) Tenint en compte la taula anterior, explica, a nivell mo-lecular i atòmic, quina mena de canvi produirà aquesta radiació en les molècules d’aigua.

1 1Nombre d’ona 5 — 5 ——————— 5 16 666,6 cm21

l 6,0 ? 1025 cm

La radiació produirà canvis de nivell d’energia electrònica.

33. El CO2 de l’atmosfera absorbeix una petita part de la radia-ció infraroja emesa per la superfície del nostre planeta.

Dades: Constant de Planck: h 5 6,63 ? 10234 J?s

Velocitat de la llum: c 5 3 ? 108 m?s21

a) Explica què li succeeix a la molècula de CO2 quan absor-beix un fotó d’infraroig. Per què les molècules de diòxid de carboni absorbeixen només algunes freqüències de-terminades de radiació infraroja?

5 4 3 2 1

1300

1200

1100

1000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

0

-100

H O

H

H HOC C C C

H H

HH

H

H

H

Fig. 11.25

a) A quina mena d’espectre correspon: IR, de masses o RMN?

És un RMN.

b) Digues què es representa a les abscisses.

És d, el desplaçament químic (en ppm).

c) Raona per què no correspon a un dels dos isòmers se-güents:

H3C–CH2–CO–CH2OH H3C–CO–CH2–O–CH3

d) Sabries dir quants pics apareixerien en els espectres de cadascun d’aquests compostos?

c) i d) El H3C–CH2–CO–CH2OH generaria els següents grups: un grup de 3 pics del –CH2–; un grup de 4 pics del –CH3; dos grups d’1 pic, de diferent alçària, dels hidrògens del –CH2OH.

El H3C–CO–CH2–O–CH3 generaria els següents grups: tres grups d’un sol pic. El pic del –CH3, més alt que el del –CH2.

31. L’espectre de la �gura 11.26 correspon al 1,1-dibromoetà.

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

1,00

6,00

Fig. 11.26



1. Per passar un mol de molècules de HCl des del nivell més baix de vibració (estat fonamental) �ns al nivell de vibració següent es requereix una energia de 32,7 kJ.

Dades: Constant d’Avogadro 5 NA 5 6,02 ? 1023 mol21

Constant de Planck 5 h 5 6,63 ? 10234 J?s

Velocitat de la llum 5 c 5 3,0 ? 108 m?s21

a) Calculeu l’energia, expressada en J, que es necessita per passar una molècula de HCl des de l’estat fonamental �ns al nivell de vibració següent. Quin tipus de radiació electromagnètica hauria d’absorbir una molècula de HCl per realitzar aquest procés?

Ens donen l’energia per fer la transició vibracional d’un mol de molècules de HCl i ens demanen l’energia per a una molè-cula:

32,7 kJ 1 000 J 1 mol HCl————— ? ———— ? ————————————— 5 mol HCl 1 kJ 6,02 ? 1023 molècules HCl

5 5,432 ? 10220 J/molècula

Energia: 5,432 ? 10220 J/molècula

Un molècula de HCl hauria d’absorbir una radiació infraroja (IR), ja que aporten l’energia su�cient per provocar transi-cions vibracionals en un molècula.

b) Calculeu la freqüència i la longitud d’ona de la radiació electromagnètica que hauria d’absorbir una molècula de HCl per passar de l’estat fonamental al nivell de vibració següent.

A partir de l’equació de Planck relacionarem l’energia de la radiació amb la freqüència (y), i la longitud d’ona (l):

E 5 h y

Freqüència: E 5,432 ? 10220 Jy 5 — 5 ———————— h 6,63 ? 10234 J?s

Freqüència 5 8,19 ? 1013 s21

Longitud d’ona: c h cl 5 — 1o l 5 ——2 y E

l 5 3 ? 108 m?s21———————— 8,19 ? 1013 s21

Longitud d’ona 5 3,66 ? 1026 m

2. El diòxid de carboni, CO2, és un dels gasos d’efecte d’hiver-nacle més coneguts, ja que absorbeix part de la radiació infraroja emesa per la superfície de la Terra. L’espectre d’infraroig del CO2 mostra que aquest gas absorbeix inten-sament la radiació electromagnètica de 4,237 mm de lon-gitud d’ona.

Quan la molècula de CO2 absorbeix radiació infraroja (IR) es produeixen canvis d’energia vibracional. L’energia d’aquest tipus de radiació és capaç de provocar un salt des del nivell fonamental d’energia vibracional �ns a un nivell excitat.

Les molècules de CO2 només absorbeixen certes radiacions IR perquè per passar una molècula d’un nivell de vibració a un altre nivell de vibració ens cal una determinada energia (diferència d’energies dels dos nivells vibracionals).

Aquesta energia l’aporta una determinada freqüència de la radiació electromagnètica que, per tant, pot ser absorbida.

b) Calcula la freqüència i la longitud d’ona d’un fotó de ra-diació infraroja que té una energia d’1,33 ? 10220 J.

A partir de l’equació de Planck relacionarem l’energia de la radiació amb la freqüència (y) o la longitud d’ona (l).

E 5 h y

E 1,33 ? 10220 JFreqüència y 5 — 5 ———————— h 6,63 ? 10234 J?s

Freqüència 5 2,01 ? 1013 s21

Longitud d’ona:

c h c c 3 ? 108 m?s21

l 5 — 1o l 5 ——2 l 5 — 5 ———————— y E y 2,01 ? 1013 s21

Longitud d’ona 5 1,49 ? 1025 m

34. Al laboratori disposem d’un dissolvent líquid incolor, d’olor característica i amb un punt d’ebullició de 114 °C, que cor-respon a un compost de fórmula molecular C2H3Cl3. Per de-terminar-ne l’estructura, s’enregistra l’espectre de resso-nància magnètica nuclear de protó (RMN) d’aquest compost.

a) En l’eix d’abscisses d’un espectre de ressonància magnè-tica nuclear es representa el desplaçament químic. De�-neix aquest concepte.

El desplaçament químic està relacionat amb la freqüència de la radiació absorbida per un nucli (H, protó), en comparar-la amb la d’un patró (TMS, tetrametilsilà), quan la molècula està exposada a un camp magnètic extern i s’ha irradiat amb radiació electromagnètica de radiofreqüències.

b) Explica com es deduiria, a partir de l’espectre de resso-nància magnètica nuclear, si el dissolvent es correspon a l’1,1,2-tricloroetà o a l’1,1,1-tricloroetà.

En la molècula d’1,1,1-tricloroetà, Cl3C–CH3, només hi ha un tipus de protons (grup CH3), i això implica un únic pic a l’espectre de RMN.

En la molècula d’1,1,2-tricloroetà, Cl2CH–CH2Cl, tenim dos tipus de protons: els del grup CH2 i els del grup CH. En l’espectre s’observarien dos pics, amb una relació d’àrees de 2 a 1.

129QUÍMICA 2 11

Aquesta energia l’aporta una determinada longitud d’ona de radiació electromagnètica que, per tant, pot ser absorbida.

3. La fórmula molecular d’un compost orgànic és C5H10O. Es tracta d’un compost lineal que pot tenir un doble enllaç C }}C, o un doble enllaç C }}O. A partir de la �gura i taula se-güents:

Tran

smità

ncia

4000 3000 2500 2000 1500 1300 1200 1100 1000 900 800 700

Nombre d’ona cm–1

Fig. 11.30. Espectre d’absorció a l’infraroig (IR) del compost C5H10O.

Nombre d’ona (cm21) Grup funcional

3 400 O–H o N–H

3 100 C–H(carboni enllaçat a un altre

carboni amb enllaç doble, C}}C)

2 900 C–H(carboni enllaçat a un altre

carboni amb enllaç simple, C–C)

1 710 C}}O

1 610 C}}C

Taula 11.10. Absorcions de diversos grups funcionals a l’infraroig (IR).

a) Argumenteu quin dels següents compostos, X, Y o Z, és compatible amb la fórmula i l’espectre infraroig donat:

Compost X, 3-pentanona, CH3CH2COCH2CH3

Compost Y, àcid pentanoic, CH3CH2CH2CH2COOH

Compost Z, 2-penten-1-ol, CH3CH2CH}}CHCH2OH

Hem de descartar, d’entrada, el compost Y (àcid pentanoic), ja que la seva fórmula molecular és C5H10O2, i té un oxigen més que el compost orgànic que analitzem.

Per decidir si el compost desconegut és el compost X o el Z cal comprovar si es tracta d’una cetona (compost X) o d’un alcohol amb un doble enllaç carboni-carboni (compost Z). En l’espectre infraroig (IR) del compost desconegut, s’ob-serva un pic al voltant de 1 710 cm21 i no s’observa cap pic al voltant de 1 610 cm21; això, segons la taula d’absorcions de diversos grups funcionals a l’infraroig, ens permet deduir que el compost desconegut té un grup carbonil (C }}O) i no té cap doble enllaç entre carbonis (C }}C).

També podem observar en l’espectre infraroig un pic al vol-tant de 2 900 cm21 que correspondria als enllaços C–H amb el carboni unit a enllaços C–C. Per tant, el compost desco-negut és el compost X, la 3-pentanona.

Tran

smità

ncia

%

3 4 5 6 7 8 9 12 16

Longitud d’ona (µm)

100

80

60

40

20

0

Fig. 11.29. Espectre IR del CO2.

Dades: Constant de Planck: h 5 6,63 ? 10234 J?s Velocitat de la llum: c 5 3,00 ? 108 m?s21

a) Calculeu la freqüència i l’energia d’aquesta radiació ab-sorbida pel diòxid de carboni.

Freqüència: cy 5 — l

Transformem les unitats de la longitud d’ona:

1 ml 5 4,237 mm ? ———— 5 4,237 ? 1026 m 106 mm

3 ? 108

y 5 —————— 4,237 ? 1026

y 5 7,08 ? 1013 s21 (o Hz)

Energia de la radiació:

Procediment 1E 5 h y

E 5 h y 5 (6,63 ? 10234) ? (7,08 ? 1013)

E 5 4,69 ? 10220 J

Procediment 2 h cE 5 —— l

(6,63 ? 10234) ? (3,00 ? 108)E 5 ————————————— 4,237 ? 1026

E 5 4,69 ? 10220 J

b) Expliqueu breument què produeix la radiació electro-magnètica infraroja en una molècula de diòxid de car-boni. Per què les molècules d’aquest gas absorbeixen només certes longituds d’ona de radiació infraroja?

Aquesta radiació infraroja (IR) produeix un canvi d’estat (o nivell) vibracional de les molècules de CO2. Les molècules passen d’un estat vibracional de menys energia a un altre de més energia.

Les molècules de CO2 gas només absorbeixen certes radia-cions IR, perquè per passar una molècula d’un nivell de vi-bració a un altre nivell de vibració ens cal una determinada energia (diferència d’energies dels dos nivells vibracionals).


4. La nitroglicerina és una substància tremendament explosi-va. Alfred Nobel va mesclar-la amb una varietat de sílice (SiO2) i va obtenir la dinamita. Quin és l’angle d’enllaç del diòxid de silici?

a) 120°

b) 109°

c) 180°

d) 90°


5. En la Primera Guerra Mundial, el gas clor va causar milers de morts. Quina és l’estructura de Lewis resumida d’aquesta molècula?

a) |Cl;Cl |

b) |Cl}}Cl |

c) |Cl}}]Cl]

|

d) |]Cl]

−]Cl]

|


6. En les combustions es produeix diòxid de carboni i monòxid de carboni. Quina de les a�rmacions següents és correcta?

a) Són polars les dues substàncies.

b) Només és polar el diòxid de carboni.

c) Només és polar el monòxid de carboni.

d) Cap de les dues substàncies és polar.


7. De les molècules següents, quina té una estructura tetraè-drica i és no polar?

a) Tetraclorur de carboni

b) Freó-11

c) Metanal

d) Cloroform


8. El semen utilitzat per a reproduccions assistides es guarda congelat a baixes temperatures amb nitrogen líquid per un procés anomenat crionització. Abans de congelar-lo cal bar-rejar-lo amb una altra substància per evitar la cristal.lit-zació de l’aigua quan es forma gel. Si s’analitza espectros-còpicament aquesta substància, es veu que es tracta d’una molècula de massa molecular 92, amb enllaços senzills i tres grups alcohol situats un a cada carboni. Quina és la fórmula d’aquest compost?

a) 1,2,3-benzentriol

b) 1,2,4-butantriol

c) Glicerina

d) Glucosa


b) Expliqueu, breument, en què es basa l’espectroscòpia infraroja. Quina és la causa dels pics que apareixen en un espectre d’infraroig (IR)?

L’espectroscòpia d’infraroig es basa a fer interaccionar una molècula amb radiació electromagnètica de la zona de l’in-fraroig, per determinar quines radiacions concretes és capaç d’absorbir. Amb aquesta tècnica s’obté un espectre d’infra-roig (espectre IR) on es representa l’absorbància (o transmi-tància) per a cada radiació infraroja, mesurada habitualment pel seu nombre d’ona (o a vegades per la seva longitud d’ona o freqüència).

Quan una molècula absorbeix radiació infraroja es produei-xen canvis d’energia vibracional a causa de les deforma- cions dels enllaços per tensió i �exió. L’energia d’aquest tipus de radiació és capaç de provocar un salt des del nivell fonamental d’energia vibracional �ns a un nivell excitat. L’espectre IR obtingut per a una molècula es caracteritza per a una sèrie de pics, de diferents alçades, que correspo-nen a les diferents transicions vibracionals dels enllaços de la molècula.

Quimitest

1. El monòxid de carboni és un dels components del fum del tabac. Quan entra en contacte amb els pulmons fa que dis-minueixi l’oxigen en sang transportat per l’hemoglobina i, per tant, és nociu per a l’organisme. Quina de les a�rma-cions és correcta?

a) És una molècula covalent polar.

b) És una molècula iònica.

c) És una molècula covalent pura.

d) És una molècula amb enllaç de pont d’hidrogen.


2. L’ozó de l’estratosfera protegeix dels raigs ultraviolats que ens arriben del Sol. Quina és la molècula d’ozó i quin tipus d’enllaç té?

a) O2 1 O, covalent

b) O, iònic

c) O3, iònic

d) O3, covalent


3. Quines de les substàncies següents són covalents?

a) Or i aigua

b) Sucre i aigua

c) Sucre i sal

d) Aigua i sal


SOLUCIONARI - moodle.cendrassos.net · Química 2 · Batxillerat · Solucionari No és permesa la...

Documents

Transcript of SOLUCIONARI - moodle.cendrassos.net · Química 2 · Batxillerat · Solucionari No és permesa la...