Recull de Mini-Exàmens i Qüestionaris de Laboratori de Química

Qüestionari 13/3/24 - Exercici 1. Formulació química

Indiqueu la fórmula química correcta per a cadascuna de les següents substàncies:

Compost · Fórmula

Nitrat de plom(II)

Àcid acètic

Permanganat de potassi

Acetona

Hidrogencarbonat de sodi

Qüestionari 13/3/24 - Exercici 2. Nomenclatura química

Proporcioneu el nom sistemàtic o habitual corresponent a les fórmules següents:

Fórmula

Nom del compost

$\mathrm{CH_3CH_2OH}$

$\mathrm{CH_2Cl_2}$

$\mathrm{FeCl_2\cdot 4H_2O}$

$\mathrm{CH_3CH_2OCH_2CH_3}$

$\mathrm{CuSO_4}$

Qüestionari 13/3/24 - Exercici 3. Dissolució concentrada d'àcid sulfúric

Es disposa al laboratori d'una ampolla d'àcid sulfúric concentrat del 98% en massa (w/w) amb una densitat de 1,84 g/mL.

a.

Determineu la molaritat d'aquesta dissolució comercial.

b.

Indiqueu el volum d'àcid concentrat que cal mesurar per preparar exactament 100 mL d'una solució 2,0 M d'àcid sulfúric.

Exercicis 26/2/24. Reacció d'obtenció de l'òxid-hidròxid de ferro(III)

En una pràctica de laboratori es fa reaccionar nitrat de ferro(III) nonahidratat amb hidròxid de sodi per preparar òxid-hidròxid de ferro(III), $\mathrm{FeO(OH)}$.

Dades

Pesos atòmics: $\mathrm{Fe = 55{,}9}$; $\mathrm{N = 14{,}0}$; $\mathrm{O = 16{,}0}$; $\mathrm{Na = 23{,}0}$; $\mathrm{H = 1{,}0}$.

a.

Igualeu la reacció química següent:

$\mathrm{Fe(NO_3)_3\cdot 9H_2O\ (aq)} +$ $\mathrm{NaOH\ (aq)} \longrightarrow$ $\mathrm{FeO(OH)\ (s)} +$ $\mathrm{NaNO_3\ (aq)} +$ $\mathrm{H_2O}$

b.

En una dissolució que conté 10,0 g de $\mathrm{Fe(NO_3)_3\cdot 9H_2O}$ dissolts en 100 mL d'aigua, s'afegeixen 3,5 g de $\mathrm{NaOH}$. Calculeu la quantitat teòrica d'òxid-hidròxid de ferro(III) que es podria obtenir.

Pesos atòmics: Fe = 55,9; N = 14,0; O = 16,0; Na = 23,0; H = 1,0.

f.

Suposant que el rendiment després de purificar el sòlid és del 70%, quines quantitats de $\mathrm{Fe(NO_3)_3\cdot 9H_2O}$ i de $\mathrm{NaOH}$ caldria emprar si es volen aïllar 5,0 g de $\mathrm{FeO(OH)}$?

Exercicis 26/2/24. Reacció d'obtenció de l'òxid-hidròxid de ferro(III)

En una pràctica de laboratori es fa reaccionar nitrat de ferro(III) nonahidratat amb hidròxid de sodi per preparar òxid-hidròxid de ferro(III), $\mathrm{FeO(OH)}$.

Dades

Pesos atòmics: $\mathrm{Fe = 55{,}9}$; $\mathrm{N = 14{,}0}$; $\mathrm{O = 16{,}0}$; $\mathrm{Na = 23{,}0}$; $\mathrm{H = 1{,}0}$.

c.

Indiqueu quin pH tindrà la mescla de reacció en finalitzar la transformació (àcid, bàsic o neutre) i justifiqueu la resposta.

Exercicis 26/2/24. Reacció d'obtenció de l'òxid-hidròxid de ferro(III)

En una pràctica de laboratori es fa reaccionar nitrat de ferro(III) nonahidratat amb hidròxid de sodi per preparar òxid-hidròxid de ferro(III), $\mathrm{FeO(OH)}$.

Dades

Pesos atòmics: $\mathrm{Fe = 55{,}9}$; $\mathrm{N = 14{,}0}$; $\mathrm{O = 16{,}0}$; $\mathrm{Na = 23{,}0}$; $\mathrm{H = 1{,}0}$.

d.

Quina tècnica de separació emprareu per aïllar el precipitat de $\mathrm{FeO(OH)}$ obtingut?

e.

Indiqueu a quin contenidor de residus cal abocar els líquids resultants de la reacció:

Exercicis 1/3/24 - Exercici 1. Ajust de reaccions d'oxidació-reducció

Ajusteu pel mètode de l'ió-electró les dues reaccions redox següents, indicant primer l'equació iònica i posteriorment l'equació molecular final:

a.

Reacció en medi àcid:

$$\mathrm{HCl + KMnO_4 \longrightarrow MnCl_2 + Cl_2}$$

b.

Reacció en medi bàsic:

$$\mathrm{NaNO_3 + Al + NaOH \longrightarrow NH_3 + Na[Al(OH)_4]}$$

(Suggeriment: igualeu primer la reacció en medi àcid i neutralitzeu els protons afegint ions $\mathrm{OH^-}$ a ambdós costats).

c.

Completeu la taula indicant quina espècie actua com a oxidant i quina com a reductora en cadascuna d'aquestes dues reaccions:

Reacció · Oxidant · Reductor

Reacció a

Reacció b

Exercicis 6/3/24 - Exercici 2. Muntatge d'una cel·la galvànica i càlcul de la força electromotriu

Al laboratori es disposa del següent material i reactius:

Vasos de precipitats de 100 mL

Dissolució saturada de KCl i un pont salí

50 mL de dissolució de $\text{Pb(NO}_3)_2$ 0,2 M

25 mL de dissolució de $\text{FeSO}_4$ 0,2 M

25 mL de dissolució de $\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3$ 0,25 M

Una barra de grafit i una placa de plom metàl·lic

Dades addicionals:

$E^\circ(\text{Pb}^{2+}/\text{Pb}) = -0{,}125\text{ V}$; $E^\circ(\text{Fe}^{3+}/\text{Fe}^{2+}) = +0{,}77\text{ V}$

$R = 8{,}314\text{ J}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}$; $F = 96485\text{ C/mol}$

a)

Descriviu el muntatge de la pila especificant els components de l'ànode i del càtode.

b)

Escriviu les semireaccions de cada elèctrode i la reacció global de la cel·la.

c)

Calculeu la força electromotriu (fem) d'aquesta pila a 20 °C.

Exercicis 8/3/24. Procediment experimental per a la síntesi de la 4-fenil-3-buten-2-ona

A continuació es descriu la preparació de la 4-fenil-3-buten-2-ona mitjançant una condensació aldòlica creuada, segons l'esquema de reacció i dades fisicoquímiques següents:

Completeu el text següent emplenant els espais en blanc indicant el material, l'operació o el valor numèric requerit, i detalleu tots els càlculs estequiomètrics realitzats:

En un erlenmeyer de [1] mL s'aboquen 4,20 g ( [2] mols) de benzaldehid recentment destil·lat i 75 mL ( [3] mols) d'acetona mesurats amb una [4]. La mescla resultant es manté amb agitació constant dins d'un bany d'aigua i gel per evitar al màxim l'evaporació de [5]. A continuació, s'hi addiciona lentament amb [6] 2 mL d'una solució aquosa al 10% (p/v) de NaOH ( [7] g en 100 mL). Un cop s'ha finalitzat l'addició, la mescla de reacció s'agita a temperatura ambient durant 2,5 h i a continuació se li afegeix una solució aquosa diluïda de [8] fins a neutralitzar el medi. A continuació, es transfereix la mescla a un [9] i s'afegeixen 30 mL de diclorometà. La barreja s'agita i se separa la fase [10] de color groc i es guarda. Seguidament, la fase [11] es tracta amb 30 mL addicionals de diclorometà. Es decanta la fase [12] i s'ajunta amb la fase groga extreta anteriorment. La fase resultant es renta amb [13] i un cop decantada, s'asseca amb [14] i es filtra a través d'un [15]. El filtrat es recull en un [16] i se n'elimina el dissolvent al [17] a pressió reduïda, obtenint-se [18] g d'un [19] groc. Donat que el punt de fusió mesurat és de 40-42 °C es considera que el producte obtingut és [20]. El rendiment global de 4-fenil-3-buten-2-ona així preparada resulta ser del 65%.

8. Exercicis 8/3/24. Anàlisi cromatogràfica i purificació del producte de reacció

Suposeu que en repetir l'experiment de síntesi anterior s'obté un producte final que presenta l'aspecte d'un oli espès a temperatura ambient en comptes d'un sòlid. En analitzar-lo per cromatografia en capa fina (CCF) emprant $\text{CH}_2\text{Cl}_2$ com a fase mòbil es visualitzen dues taques (A i B), tal com mostra l'esquema:

a)

Expliqueu per quina raó el producte obtingut té aspecte d'oli espès en lloc de ser un sòlid cristal·lí.

b)

Interpreteu el cromatograma identificant quina substància correspon a la taca A i quina a la B.

c)

Proposeu dos mètodes per a purificar el producte desitjat a partir d'aquest oli.

d)

Indiqueu quina composició d'eluent caldria emprar si es volgués reduir els valors de $R_f$ dels compostos analitzats a la CCF, triant entre les següents opcions i justificant la resposta:

9. Exercici. Extracció líquid-líquid i comparativa d'eficiència

En una extracció líquid-líquid s'utilitzen dos líquids immiscibles per transferir un solut d'una fase a una altra, procés regit pel coeficient de partició $K$:

$$K = \frac{[\text{S}]_{\text{org}}}{[\text{S}]_{\text{aq}}}$$ Es disposa de $100\text{ mL}$ d'una dissolució aquosa $0{,}01\text{ M}$ d'un compost A, el qual es vol extreure emprant toluè ($K = 3$). Calculeu:

a)

El percentatge de compost A que romandrà a la fase aquosa després de realitzar tres extraccions successives amb $100\text{ mL}$ de toluè cadascuna.

%

b)

El percentatge de compost A que romandrà a la fase aquosa si es realitza una única extracció emprant $300\text{ mL}$ de toluè.

%

Exercicis 21/3/24 - Exercici 1. Síntesi i càlcul de rendiment de l'àcid bòric

L'àcid bòric es prepara en medi aquós segons la reacció estequiomètrica següent:

$$\mathrm{Na_2B_4O_7 + 2\,HCl + 5\,H_2O \longrightarrow 4\,H_3BO_3 + 2\,NaCl}$$

Suposant que el rendiment d'aquesta reacció és del 65%, quants grams de tetraborat de sodi ($\mathrm{Na_2B_4O_7}$) cal emprar per obtenir exactament $10\text{ g}$ d'àcid bòric?

Exercicis 21/3/24 - Exercici 2. Caracterització per CCF i anàlisi de polaritat

Un estudiant aïlla un producte al laboratori i l'analitza mitjançant cromatografia en capa fina (CCF) sobre gel de sílice utilitzant com a eluent $\mathrm{CH_2Cl_2:MeOH}$ (98:2), obtenint les plaques cromatogràfiques següents respecte als patrons purs A i B:

a)

Calculeu el factor de retenció ($R_f$) del patró A, del patró B i del producte aïllat per l'estudiant.

b)

Quin producte ha aïllat l'estudiant, el compost A o el B?

c)

Si l'eluent de la CCF hagués estat $\mathrm{CH_2Cl_2}$ pur en lloc de la barreja $\mathrm{CH_2Cl_2:MeOH}$ (98:2), el valor de $R_f$ del producte obtingut hauria estat més gran o més petit?

d)

Quin dels dos compostos és més polar, l'A o el B?