Avaluació Continuada: Problemes i Fonaments de Laboratori de Química Aplicada

Exercici 1. Preparació de dissolucions de calci i àcid clorhídric

Resoleu els següents apartats referents a la preparació de reactius al laboratori:

a.

Es requereix preparar 150 mL d'una dissolució aquosa de nitrat de calci 0,25 M. Disposant al laboratori únicament de la sal tetrahidratada comercial amb una puresa del 98% en massa, determineu la massa en grams de sòlid que s'ha de pesar.

b.

En una etapa posterior cal disposar de 100 mL d'una dissolució d'àcid clorhídric. Per a això, es prenen 30 mL d'un àcid clorhídric concentrat comercial (37% en pes, densitat $d = 1{,}19\text{ g/mL}$) i s'enrasa amb aigua desionitzada fins al volum indicat. Calculeu la molaritat final obtinguda.

Dades

Masses molars: nitrat de calci tetrahidratat = 236,15 g/mol; àcid clorhídric = 36,46 g/mol.

Exercici 2. Càlcul de concentracions iòniques en mescla de sals

Es barregen 100 mL d'una dissolució al 5% en pes de bromur de magnesi amb 50 mL d'una dissolució 0,3 M de bromur de sodi. Assumint volums additius i que totes les dissolucions tenen una densitat igual a 1 g/mL, determineu la concentració molar final dels ions $\mathrm{Na^+}$, $\mathrm{Mg^{2+}}$ i $\mathrm{Br^-}$ en la barreja resultant.

Dades

Masses molars: $\mathrm{NaBr} = 102{,}9\text{ g/mol}$; $\mathrm{MgBr_2} = 184{,}1\text{ g/mol}$.

1.

2.

3.

Exercici 3. Conversió de percentatge en pes i dilució de sulfat de sodi

Es disposa al laboratori d'una dissolució aquosa de sulfat de sodi $0{,}25\text{ M}$. Prenent una densitat d'$1\text{ g/mL}$ per a les dissolucions:

a.

Calculeu la concentració expressada en percentatge en pes (% p/p).

%

b.

Quin volum d'aquesta dissolució inicial caldrà prendre per preparar $150\text{ mL}$ d'una nova dissolució de sulfat de sodi amb una concentració de $0{,}07\text{ M}$?

Dades:

Masses atòmiques: $\text{Na} = 23{,}0$; $\text{S} = 32{,}1$; $\text{O} = 16{,}0\text{ g/mol}$ ($M(\text{Na}_2\text{SO}_4) = 142{,}1\text{ g/mol}$).

Exercici 4. Ajust de reacció redox de peròxid amb iodur

En un assaig es tracta 1 mL d'una dissolució de peròxid d'hidrogen al 3% amb dues gotes d'àcid sulfúric 1 M. Tot seguit s'afegeixen gota a gota 5 gotes d'una solució de iodur de potassi 0,6 M, observant-se l'aparició de iode molecular ($\text{I}_2$). Escriviu i igualeu l'equació química del procés redox tant en forma iònica neta com en forma molecular.

a)

b)

Exercici 5. Càlcul de reactiu limitant i productes estequiomètrics

Considereu la següent reacció química:$$2\,\text{A} + 3\,\text{B} \rightarrow 4\,\text{C}$$Si s'introdueixen en un reactor 3 mols de A i 2 mols de B, indiqueu justificadament:

a)

b)

c)

Exercici 6. Síntesi i rendiment de l'òxid de molibdè(III)

L'òxid de molibdè(III) és utilitzat com a catalitzador industrial i es pot sintetitzar escalfant zinc metàl·lic amb òxid de molibdè(VI), donant com a productes l'òxid de molibdè(III) i òxid de zinc.

Dades:

Masses molars: $\text{MoO}_3 = 143{,}9\text{ g/mol}$; $\text{Zn} = 65{,}4\text{ g/mol}$; $\text{Mo}_2\text{O}_3 = 240{,}0\text{ g/mol}$.

a)

b)

Exercici 7. Volumetria d'àcid nítric i estudi del pH al punt d'equivalència

Es disposa d'una solució diluïda d'àcid nítric. Per conèixer-ne la concentració exacta es prenen 10,0 mL, es transfereixen a un erlenmeyer amb 50 mL d'aigua desionitzada i es valoren amb una dissolució d' NaOH prèviament estandarditzada.

a)

Si la concentració de la solució d' NaOH és 0,15 M i s'han consumit 21,0 mL en la valoració, trobeu la concentració de la dissolució diluïda d'$\text{HNO}_3$.

b)

Aquesta solució diluïda s'havia preparat prèviament agafant 50 mL d'una solució més concentrada i portant-la fins a 250 mL amb aigua. Quina era la concentració molar de la solució inicial concentrada?

c)

Quin és el valor de pH esperat al punt d'equivalència d'aquesta valoració? Justifiqueu la resposta triant entre: $\text{pH} < 7$, $\text{pH} = 7$ o $\text{pH} > 7$.

d)

S'esperaria el mateix pH al punt d'equivalència si en comptes d'àcid nítric s'hagués valorat àcid acètic? Justifiqueu detalladament la resposta.

Exercici 8. Anàlisi volumètrica i calorimetria de neutralització d'un salfumant

Es vol avaluar la concentració d'àcid clorhídric en un salfumant d'ús comercial:

Es prenen $10\text{ mL}$ del producte mitjançant un instrument volumètric adient i es dilueixen fins a $100\text{ mL}$ en un recipient d'aforament. D'aquesta solució es transvasen $5\text{ mL}$ a un matràs per valorar, s'hi afegeixen $40\text{ mL}$ d'aigua desionitzada i unes gotes de fenolftaleïna. La mostra es valora amb una solució de $\text{NaOH}\ 0{,}10\text{ M}$ prèviament contrastada amb hidrogenftalat de potassi, observant-se el viratge en consumir $14{,}9\text{ mL}$ de reactiu.

a)

b)

Indiqueu quin material volumètric s'ha d'emprar per a cadascuna de les operacions següents:

c)

En un assaig calorimètric independent s'introdueixen $150{,}0\text{ g}$ del salfumant comercial i $150{,}0\text{ g}$ d'una dissolució aquosa d'$\text{KOH}\ 2{,}5\text{ M}$. Calculeu l'increment de temperatura ($\Delta T$) que registrarà la mescla si l'entalpia molar de neutralització és $\Delta H_{\text{neut}} = -13{,}6\text{ kcal}\cdot\text{mol}^{-1}$.

Dades:

densitat de les dissolucions = $1\text{ g/mL}$; calor específica de les dissolucions = $1\text{ cal}\cdot\text{g}^{-1}\cdot{^\circ\text{C}}^{-1}$; equivalent en aigua del calorímetre $m_c = 20\text{ g}$.

Exercici 9. Càlcul de la força electromotriu d'una pila de níquel i plata

Es construeix una pila galvànica amb un elèctrode de níquel submergit en dissolució de $\text{Ni}^{2+}$ i un elèctrode de plata submergit en dissolució d'$\text{Ag}^+$, interconnectats mitjançant un pont salí. Els potencials estàndard de reducció són $E^\circ(\text{Ni}^{2+}/\text{Ni}) = -0{,}25\text{ V}$ i $E^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = +0{,}80\text{ V}$.

a)

Escriviu i igualeu les semireaccions d'ànode i càtode, així com la reacció global de la pila:

b)

c)

Calculeu la força electromotriu de la pila a $298\text{ K}$ si s'empren dissolucions amb concentracions $[\text{Ni}^{2+}] = 0{,}025\text{ M}$ i $[\text{Ag}^+] = 0{,}15\text{ M}$.

Dades:

$R = 8{,}314\text{ J}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 0{,}082\text{ atm}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}$; $F = 96485\text{ C/mol}$; $T = 298\text{ K}$.

Exercici 10

a. Reconeixement de plom(II): En un tub d'assaig s'afegeix gota a gota amb pipeta Pasteur 1 mL d'$\text{HCl}$ 2 M sobre 1 mL de solució de $\text{Pb(NO}_3)_2$, formant-se un precipitat blanc. Indiqueu la reacció química produïda. En escalfar el tub amb aigua bullent, el precipitat es dissol; quina és la reacció química que té lloc durant aquest escalfament?

Exercici 10

b. Preparació i contrast de NaOH: Completeu el procediment seleccionant les opcions i materials correctes:

Per preparar 250 mL de solució 0,75 M de $\text{NaOH}$, es pesa el sòlid en un

amb una precisió de

,

es dissol i es transfereix a un

de 250 mL. Per estandarditzar-la, es pren una alíquota de 25 mL amb

.

D'altra banda, es pesa hidrogenftalat de potassi amb una precisió de

en un

,

s'hi afegeixen 50 mL d'aigua i indicador, i es valora afegint el valorant amb una

.

Exercici 10

c. Muntatge de destil·lació fraccionada: Identifiqueu el material assenyalat a l'esquema següent i indiqueu quin és el sentit de circulació del refrigerant (entrada i sortida d'aigua):

Exercici 10

d. Mesura de fem: Completeu la frase seleccionant les opcions correctes:

En connectar els extrems d'una pila a un potenciòmetre per mesurar-ne la força electromotriu, la pila

atès que la intensitat que hi circula és

.

Exercici 10

e. Força relativa i pH: L'àcid acètic és un àcid

,

mentre que l'àcid nítric és

.

A igual concentració, el pH de l'acètic és

que el del nítric.

El pH d'una solució de $\mathrm{KCl}$ és

,

mentre que el de $\mathrm{NH_4Cl}$ és

.

Si a una solució tampó formada per $20\text{ mL}$ de $\mathrm{CH_3COOH}\ 0{,}1\text{ M}$ i $20\text{ mL}$ de $\mathrm{CH_3COONa}\ 0{,}1\text{ M}$ ($\mathrm{p}K_a = 4{,}78$) s'afegeixen $10\text{ mL}$ d'$\mathrm{HCl}\ 0{,}1\text{ M}$, el pH final és

.

Exercici 10

Exercici 10.f - Síntesi orgànica

f. Síntesi orgànica del benzoat de propil: Donada la reacció:

Trieu l'opció correcta en el procediment experimental següent: La mescla d'àcid benzoic, 1-propanol i àcid sulfúric s'introdueix en un matràs

,

s'adapta

i s'escalfa a reflux amb

.

En la purificació per destil·lació simple es recull

.

En l'extracció amb diclorometà, la fase aquosa és la fase

i la rentada amb solució de

elimina les restes d'àcid. S'asseca la fase orgànica amb

i es filtra amb un

.

Finalment s'elimina el dissolvent amb

.

En la CCF, la placa de sílice actua com a

.

Si la mostra presenta dues taques a la CCF, el producte

i el seu punt de fusió serà

al de la bibliografia.