PROBLEMAS SOBRE REACCIONES DE PRECIPITACIÓN

PROBLEMAS SOBRE REACCIONES DE PRECIPITACIÓN

1. Las soluciones acuosas de nitrato de plata se suelen utilizar, en análisis químicos, para detectar la presencia de iones cloruro, en soluciones problema, a causa de la precipitación del cloruro de plata de color blanco.

a) Tenemos una solución problema de iones cloruro muy diluida (3∙10-7 M). Deduce si detectaremos la presencia de cloruro al añadir, a 20 mL de la solución anterior, 10 mL de una solución 9∙10-4 M de nitrato de plata.

b) En los frascos de nitrato de plata podemos encontrar estos pictogramas de seguridad:        [pic 1]

¿Qué significan estos pictogramas? ¿Qué precauciones deberíamos tomar en la manipulación de las soluciones de nitrato de plata?

Ks(cloruro de plata) = 2,8∙10-10 a 298 K.

R: Detectaremos iones cloruro si se forma precipitado de cloruro de plata.

a) El nitrato de plata es una sal totalmente disociada: AgNO3 → Ag+ + NO3- . Con la molaridad de la sal y su volumen calculamos sus moles (M =  ) que son los mismos que los de ion plata porque, en la reacción, la proporción en moles es 1 a 1:[pic 2]

 = 10·10-3 L · 9·10-4 M = 9·10-6 mol =  [pic 3][pic 4]

Los moles que tenemos de ion cloruro los calculamos igual:

 = 20·10-3L · 3·10-7M = 6·10-9 mol[pic 5]

Al mezclar los iones cloruro con los iones plata se añaden los volúmenes (20 mL + 10 mL = 30 mL). Las concentraciones de los iones al mezclarlos serán:

 =  = 2·10-7 M  ,    =  = 3·10-4 M[pic 6][pic 7][pic 8][pic 9]

A continuación calculamos el valor de la Qs y lo comparamos con el valor de la Ks. Si se supera el valor de la Ks se formará precipitado. Como la reacción es Ag+ + Cl- → AgCl :

Qs = ·  = 2·10-7 · 3·10-4 = 6·10-11  Ks . Por lo tanto no se forma precipitado de cloruro de plata y no se detectarán los iones cloruro.[pic 10][pic 11][pic 12]

b) El primer pictograma significa corrosivo. Como el contacto con estas sustancias puede destruir tejidos vivos u otros materiales hay que evitar el contacto del nitrato de plata con la piel, los ojos o la ropa y su inhalación. Para tomar estas precauciones se requiere trabajar con bata, guantes, gafas y manipular la sustancia en una campana extractora.

 El segundo pictograma significa peligroso para el medio ambiente. Estas sustancias afectan de forma irreversible al medio ambiente por lo que hay que evitar su eliminación de forma incontrolada (el nitrato de plata no hay que verterlo por la pica).

2. A 25 °C, se prepara una solución saturada de hidróxido de zinc en agua y su pH es 8,5.

a) Calcula el valor de la Ks del hidróxido de zinc a 25 °C y la masa de hidróxido de zinc que hay disuelta en 5 L de una solución saturada de hidróxido de zinc en agua.

b) Calcula la solubilidad del hidróxido de zinc en una solución de cloruro de zinc 1,5·10-2 M.

H:1, O:16, Zn:65,4

R: Como la disolución está saturada tenemos el equilibrio entre el sólido y los iones por lo que la reacción es reversible. Llamando S a la solubilidad:

a) La reacción es: Zn(OH)2(s)    Zn2+(aq) + 2OH-(aq)[pic 13]

                                  S                      S               2S

Como el pH = 8,5 deducimos la concentración de OH- a partir del pOH:

pOH = 14 – pH = 14 – 8,5 = 5,5 = -log   =  = 3,16·10-6 M = 2S[pic 14][pic 15][pic 16][pic 17]

 = S = 1,58·10-6 M[pic 18]

Por el ajuste de la reacción, la Ks será:

Ks =  ·  = 1,58·10-6 · (3,16·10-6)2 = 1,58·10-17  [pic 19][pic 20]

La masa de hidróxido de zinc disuelta la calcularemos a partir de los moles del compuesto:

 = 1,58·10-6 M· 5 L = 7,9·10-6 mol  7,9·10-6 mol Zn(OH)2 ·  = 7,85·10-4 g Zn(OH)2[pic 21][pic 22][pic 23]

b) En una disolución de ZnCl2 tenemos el ion común Zn2+:  ZnCl2 → Zn2+ +2Cl-. Mediante el efecto del ion común aumenta la concentración de uno de los iones de la disolución saturada con lo que el equilibrio se desplaza hacia la izquierda y se favorece la formación del precipitado, es decir, disminuye la solubilidad de la sal. Si llamamos S’ a la nueva solubilidad que tendrá el hidróxido de zinc:

Zn(OH)2     Zn2+    +   2OH-[pic 24]

                                                                      S’        S’+1,5·10-2     2S’

Como la disolución ya estaba saturada, podemos considerar que la cantidad añadida de Zn2+ es mucho mayor que la solubilidad que tenía el hidróxido anteriormente. Por lo tanto, está justificada la siguiente aproximación:    = S’ + 1,5·10-2  1,5·10-2 M. Como el valor de la Ks no cambia (no variamos la temperatura), aplicando su definición calcularemos S’:[pic 25][pic 26]

Ks =  ·  = 1,5·10-2 · (2S’)2 = 0,06 ·S’2  S’ =  =  = 1,62·10-8 M[pic 27][pic 28][pic 29][pic 30][pic 31]

3. Mezclamos 25 mL de una disolución que contiene fluoruro de sodio 0,5 M con 50 mL de una disolución que contiene nitrato de bario 0,3 M.

a) Demuestra que se forma precipitado.  

b) Encuentra la masa de precipitado formada.  

c) Calcula la concentración final de los iones que forman el precipitado.  

Datos: KS(fluoruro de bario) = 2·10-6 , F:19 , Ba:137,3 .

R:

a) La reacción es la siguiente:   2NaF + Ba(NO3)2 → BaF2 + 2NaNO3 .

Calculamos los moles de fluoruro de sodio (son los mismos que los de ion fluoruro) y los de nitrato de bario (son los mismos que los de ion bario). Mezclamos los dos compuestos (los volúmenes son aditivos) y demostramos que se forma precipitado del compuesto del que nos dan su Ks, es decir, del fluoruro de bario:

 = 0,025 L  ·0,5 M = 0,0125 mol =    =  = 0,167 M[pic 32][pic 33][pic 34][pic 35][pic 36]

 = 0,050 L · 0,3 M = 0,015 mol =    =  = 0,2 M[pic 37][pic 38][pic 39][pic 40][pic 41]

Como la reacción del equilibrio saturado es BaF2    Ba2+ +2F- calculamos la QS y comprobamos que supera el valor de la KS:   QS =  ·  = 0,2 · 0,167 = 0,033  KS[pic 42][pic 43][pic 44][pic 45]

b) El cálculo de la masa de precipitado es un cálculo estequiométrico tradicional en el que hay que deducir el reactivo limitante para obtener la masa del producto:

Ba2+  +  2F - →  BaF2

                                                           ni:  0,015    0,0125

Nos planteamos la pregunta, ¿si reaccionara todo el F-, qué cantidad de Ba2+ reaccionaría? (he elegido este sentido porque se ve que, por la proporción en moles de la reacción, el F- será el reactivo limitante:

0,0125 mol F- ·  = 6,25·10-3 mol Ba2+  0,015 mol Ba2+  sobra Ba2+, por lo que el reactivo limitante es el F- y el reactivo en exceso es el Ba2+. La masa del precipitado de BaF2 formada será:   0,0125 mol F- ·  ·  = 1,096 g BaF2[pic 46][pic 47][pic 48][pic 49][pic 50]

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