Avaluació Continuada: Química Aplicada II

1.- Preparació de dissolució de Cu(NO3)2 i mescla amb KNO3

Es vol dur a terme la preparació al laboratori d'una sèrie de dissolucions salines:

Dades de masses moleculars:

nitrat de coure(II) trihidratat = 241,60 g/mol; nitrat de potassi = 101,10 g/mol.

a)

Es necessita preparar un volum de 250 mL d'una dissolució aquosa de nitrat de coure(II) amb una concentració de 0,50 M. A l'armari de reactius només es disposa del producte en forma de sal trihidratada, amb una riquesa en massa del 98%. Quina massa exacta d'aquest reactiu sòlid haurà de pesar l'alumne?

b)

Seguidament, es prenen 50 mL de la dissolució obtinguda a l'apartat anterior i es barregen amb 50 mL d'una altra dissolució aquosa al 5% en pes de nitrat de potassi. Suposant volums additius i que la densitat de totes les dissolucions és igual a 1 g/mL, determineu la concentració molar resultant de cadascun dels ions presents a la mescla final.

2.- Estequiometria i rendiment de la reacció termita FeO + Al

En un gresol es barregen 3,0 g d'òxid de ferro(II) amb 2,0 g d'alumini en pols. El recipient s'escalfa a alta temperatura en un forn, produint-se la reacció següent:

$$3\ \mathrm{FeO} + 2\ \mathrm{Al} \longrightarrow 3\ \mathrm{Fe} + \mathrm{Al_2O_3}$$

Masses moleculars (g/mol)

PM[FeO]: 71,8 | PM[Al]: 27,0 | PM[Fe]: 55,8 | PM[Al₂O₃]: 102,0

A partir d'aquestes dades:

a)

Identifiqueu quin és el reactiu limitant i calculeu la massa teòrica màxima d'òxid d'alumini que es pot formar.

b)

Si un cop completat el procés s'arriben a aïllar 2,0 g de ferro metàl·lic, quin ha estat el rendiment percentual de la reacció?

3.- Dilució d'àcid clorhídric i neutralització parcial

Es disposa al laboratori d'una ampolla comercial d'àcid clorhídric concentrat (37% en pes, densitat = $1{,}19\text{ g/mL}$).

Dada: Massa molecular del $\text{HCl} = 36{,}5\text{ g/mol}$.

a. Un estudiant mesura 10 mL d'aquest àcid concentrat i els porta fins a un volum final de 100 mL amb aigua desionitzada. Trobeu la molaritat exacta de la dissolució que ha preparat.

3.- Dilució d'àcid clorhídric i neutralització parcial

Es disposa al laboratori d'una ampolla comercial d'àcid clorhídric concentrat (37% en pes, densitat = $1{,}19\text{ g/mL}$).

Dada: Massa molecular del $\text{HCl} = 36{,}5\text{ g/mol}$.

b. Tot seguit, agafa 50 mL d'aquesta dissolució diluïda i els barreja amb 10 mL d'una solució de NaOH 0,6 M. Indiqueu de manera raonada quin serà el caràcter del pH de la solució final, triant entre les opcions següents:

4.- Ajust de reaccions redox en medis àcid i bàsic

Ajusteu pel mètode de l'ió-electró les següents equacions d'oxidació-reducció en la forma molecular o iònica que es requereix:

a.

$\mathrm{Cr^{3+} + MnO_2 \longrightarrow Mn^{2+} + CrO_4^{2-}}$ (en medi bàsic)

b.

$\mathrm{I^- + H_2O_2 \longrightarrow I_2 + H_2O}$ (en medi àcid)

5.- Càlculs d'àcid-base: àcid feble i neutralització amb excés de base

Resoleu els següents apartats d'equilibris en dissolució aquosa:

a.

Trobeu el valor de pH d'una solució 0,1 M d'àcid nitrós ($\mathrm{HNO_2}$). Dada: $K_a = 4{,}5 \times 10^{-4}$.

b.

Es barregen 50 mL d'una dissolució 0,05 M d'àcid clorhídric amb 20 mL d'una dissolució 0,15 M d'hidròxid de sodi. Calculeu el pH final de la solució resultant.

6.- Volumetria redox de determinació de ferro amb permanganat

La riquesa en ferro d'una mostra de mineral es determina analíticament mitjançant una valoració d'òxid-reducció. En primer lloc, el ferro de la mostra es dissol en medi àcid per donar ions $\text{Fe}^{2+}$. Posteriorment, aquests ions es titulen amb una dissolució contrastada de permanganat de potassi ($\text{KMnO}_4$), obtenint-se com a productes de la reacció $\text{Fe}^{3+}$ i $\text{Mn}^{2+}$.

a)

Formuleu i ajusteu la reacció redox iònica global que té lloc durant la valoració.

b)

Calculeu el percentatge en massa de ferro al mineral si la valoració de $0{,}202\text{ g}$ de mostra requereix exactament $16{,}7\text{ mL}$ d'agent valorant de concentració $0{,}0108\text{ M}$.

Dada: Massa molecular del ferro: $\text{PM}[\text{Fe}] = 55{,}8\text{ g/mol}$.

%

7.- Anàlisi volumètrica de salfumant comercial i conceptes de valoració

Per valorar la concentració d'àcid clorhídric en una mostra de salfumant comercial, es segueix el protocol de laboratori següent: es prenen 10,00 mL del producte amb un instrument volumètric precís i es dilueixen fins a 100,00 mL en un recipient adequat. Tot seguit, es transfereixen 5,00 mL d'aquesta dissolució diluïda a un matràs d'erlenmeyer, s'hi afegeixen 40 mL d'aigua desionitzada mesurats amb un cilindre graduat, i s'incorporen 3-4 gotes d'indicador fenolftaleïna. La solució es valora mitjançant una dissolució d'hidròxid de sodi 0,095 M dipositada a la bureta, prèviament contrastada amb hidrogenftalat de potassi. El consum mitjà de NaOH registrat és de 14,9 mL.

a.

Determineu la concentració molar d'àcid clorhídric en el salfumant d'origen (expressada en mol/L).

b.

Indiqueu el material volumètric específic de laboratori que s'ha d'utilitzar en cadascun dels passos de l'operació analítica descrita.

c.

Expliqueu per quina raó cal estandarditzar prèviament la solució de NaOH abans d'utilitzar-la com a reactiu valorant.

d.

Si es dugués a terme la valoració de la concentració d'àcid acètic d'un vinagre comercial emprant la mateixa solució patró de NaOH, indiqueu quin comportament tindrà el pH al punt d'equivalència (pH < 7, pH = 7 o pH > 7) i justifiqueu-ho qualitativament sense necessitat de fer càlculs.

pH < 7

pH = 7

pH > 7

8.- Formulació de compostos inorgànics i orgànics

Escriu la fórmula química (molecular o semidesenvolupada, i estructural en els casos que s'indica) dels següents compostos d'ús comú en el laboratori:

Nom del compost · Fórmula química / Estructura

Hidrogenftalat de potassi (dibuixeu l'estructura desenvolupada)

Àcid salicílic (àcid 2-hidroxibenzoic) (dibuixeu l'estructura desenvolupada)

Oxalat de sodi

Cromat de plata

Nitrat de mercuri(I)

Diclorometà

Acetat d'etil

Permanganat de coure(II)

Bismutat de potassi

9.- Calorimetria de neutralització d'àcid sulfúric amb hidròxid sòdic

En un calorímetre d'equivalent en aigua conegut ($m_c = 10\text{ g}$) s'introdueixen $30\text{ mL}$ d'una solució aquosa d'àcid sulfúric $0,5\text{ M}$ i $30\text{ mL}$ d'una solució aquosa d'hidròxid de sodi $0,5\text{ M}$, ambdues estabilitzades inicialment a una temperatura de $20,0\text{ }^\circ\text{C}$.

Calculeu la temperatura final assolida per la mescla de reacció assumint que:

L'entalpia de la reacció de neutralització $\mathrm{H_3O^+ + OH^- \longrightarrow 2\ H_2O}$ és de $-13,6\text{ kcal}\cdot\text{mol}^{-1}$.

La dissociació de tots dos protons de l'àcid sulfúric és completa en aquestes condicions.

La densitat de la mescla líquida és d'$1\text{ g}\cdot\text{mL}^{-1}$ i la seva capacitat calorífica específica és d'$1\text{ cal}\cdot\text{g}^{-1}\cdot^\circ\text{C}^{-1}$.