Ejercicio Bloc 2 - Exercici 1.3 · Química UB 2013

Bloc 2 - Exercici 1.2 (4 punts). Neutralització d'aigües residuals àcides

Una instal·lació industrial genera un efluent líquid àcid que s'ha de neutralitzar abans del seu abocament. El procés de neutralització es duu a terme en un dipòsit de $5\text{ m}^3$ que conté àcid clorhídric de $\text{pH} = 1{,}2$, mitjançant la utilització d'hidròxid de calci d'una puresa del $87\%$ en pes.

Dades

Masses atòmiques: $M(\text{H}) = 1\text{ g/mol}$; $M(\text{N}) = 14\text{ g/mol}$; $M(\text{O}) = 16\text{ g/mol}$; $M(\text{Cl}) = 35{,}5\text{ g/mol}$; $M(\text{Ca}) = 40\text{ g/mol}$; $\text{p}K_\text{b}(\text{NH}_3) = 4{,}75$.

Bloc 2 - Exercici 1.3 (3 punts). Cèl·lules galvàniques i reactivitat redox

Es disposa de tres elèctrodes metall/ió metàl·lic amb els següents potencials estàndard de reducció:

$$\mathcal{E}^\circ(\mathrm{Cu^{2+}/Cu}) = +0,34\text{ V},\quad \mathcal{E}^\circ(\mathrm{Zn^{2+}/Zn}) = -0,76\text{ V},\quad \mathcal{E}^\circ(\mathrm{Ag^{+}/Ag}) = +0,80\text{ V}$$

Dades addicionals: $\mathcal{E}^\circ(\mathrm{H^{+}/H_2}) = 0,00\text{ V}$; $\mathcal{E}^\circ(\mathrm{Cl_2/Cl^{-}}) = +1,36\text{ V}$; $\mathcal{E}^\circ(\mathrm{NO_3^{-}/NO_2}) = +0,90\text{ V}$.

Masses atòmiques: $M(\mathrm{Cu}) = 63,5\text{ g/mol}$; $M(\mathrm{Zn}) = 65,4\text{ g/mol}$; $M(\mathrm{Ag}) = 107,9\text{ g/mol}$.

a)

Quina combinació d'aquests elèctrodes permet constituir una pila amb una força electromotriu estàndard $\mathcal{E}^\circ > 1,5\text{ V}$? Indiqueu el valor d'aquest potencial de cel·la.

b)

Identifiqueu l'ànode i el càtode, escrivint les semireaccions corresponents i la reacció cel·lular global.

c)

Representeu l'esquema de la pila i escriviu la seva notació abreujada estàndard.

d)

Calculeu la constant d'equilibri ($K$) de la reacció redox global a $25\text{ }^\circ\text{C}$.

e)

Deduïu com es modifica el potencial de la pila si es duplica la concentració molar dels ions presents en ambdós compartiments.

f)

Determineu la variació de massa de cadascun dels elèctrodes després del pas d'una quantitat de càrrega de $0,01\text{ mols d'electrons}$ ($0,01\text{ Faradays}$).

g)

A partir dels potencials estàndard, justifiqueu quins dels tres metalls ($\mathrm{Cu}$, $\mathrm{Zn}$ i $\mathrm{Ag}$) poden reaccionar de forma espontània en contacte amb àcid clorhídric ($\mathrm{HCl}$) i amb àcid nítric ($\mathrm{HNO_3}$).