Examen de Química Aplicada II UB 2010 · Juny

Exercici 1.A. Precipitació d'alumini amb oxina

L'ió alumini es pot quantificar gravimètricament en formar un compost insoluble amb la 8-hidroxiquinoleïna ($\text{C}_9\text{H}_7\text{NO}$), segons l'equació química següent:

$$\text{Al(NO}_3)_3 + 3\ \text{C}_9\text{H}_7\text{NO} \rightarrow \text{Al(C}_9\text{H}_6\text{NO})_3 \downarrow + 3\ \text{HNO}_3$$ En un procediment experimental, es dissolen 0,134 g de nitrat d'alumini anhidre en 100 mL d'aigua destil·lada i s'hi afegeixen 50 mL d'una solució que conté 0,522 g de 8-hidroxiquinoleïna. El precipitat obtingut es filtra, s'asseca i dona una massa final de 0,123 g de producte.

Masses atòmiques: $\text{Al} = 27{,}0$; $\text{C} = 12{,}0$; $\text{N} = 14{,}0$; $\text{O} = 16{,}0$; $\text{H} = 1{,}0$.

Exercici 1.A. Precipitació d'alumini amb oxina

L'ió alumini es pot quantificar gravimètricament en formar un compost insoluble amb la 8-hidroxiquinoleïna ($\text{C}_9\text{H}_7\text{NO}$), segons l'equació química següent:

$$\text{Al}(\text{NO}_3)_3 + 3\,\text{C}_9\text{H}_7\text{NO} \rightarrow \text{Al}(\text{C}_9\text{H}_6\text{NO})_3\downarrow + 3\,\text{HNO}_3$$

En un procediment experimental, es dissolen $0{,}134\text{ g}$ de nitrat d'alumini anhidre en $100\text{ mL}$ d'aigua destil·lada i s'hi afegeixen $50\text{ mL}$ d'una solució que conté $0{,}522\text{ g}$ de 8-hidroxiquinoleïna. El precipitat obtingut es filtra, s'asseca i dona una massa final de $0{,}123\text{ g}$ de producte.

Masses atòmiques

$\text{Al} = 27{,}0$; $\text{C} = 12{,}0$; $\text{N} = 14{,}0$; $\text{O} = 16{,}0$; $\text{H} = 1{,}0$

a.

Determineu el rendiment percentual assolit en aquesta reacció.

%

b.

Quin hauria estat el rendiment si, emprant la mateixa quantitat de reactiu en massa ($0{,}134\text{ g}$) de la forma cristal·lina nonahidratada $\text{Al}(\text{NO}_3)_3\cdot 9\text{H}_2\text{O}$ en lloc de la sal anhidra, s'obtingués idèntica massa de precipitat ($0{,}123\text{ g}$)?

%

Exercici 1.A. Precipitació d'alumini amb oxina

L'ió alumini es pot quantificar gravimètricament en formar un compost insoluble amb la 8-hidroxiquinoleïna ($\text{C}_9\text{H}_7\text{NO}$), segons l'equació química següent:

$$\text{Al(NO}_3)_3 + 3\ \text{C}_9\text{H}_7\text{NO} \rightarrow \text{Al(C}_9\text{H}_6\text{NO})_3 \downarrow + 3\ \text{HNO}_3$$ En un procediment experimental, es dissolen 0,134 g de nitrat d'alumini anhidre en 100 mL d'aigua destil·lada i s'hi afegeixen 50 mL d'una solució que conté 0,522 g de 8-hidroxiquinoleïna. El precipitat obtingut es filtra, s'asseca i dona una massa final de 0,123 g de producte.

Masses atòmiques: $\text{Al} = 27{,}0$; $\text{C} = 12{,}0$; $\text{N} = 14{,}0$; $\text{O} = 16{,}0$; $\text{H} = 1{,}0$.

Exercici 1.B. Estandardització i valoració àcid-base

Amb l'objectiu d'avaluar el títol exacte d'una solució aquosa d'àcid clorhídric, es preparen tres alíquotes de 20 mL de la mostra d'HCl i es valoren amb una dissolució d'hidròxid de sodi utilitzant fenolftaleïna com a indicador de viratge. Els volums de NaOH consumits en cada rèplica són:

$V_1 = 19{,}00\text{ mL}$

$V_2 = 18{,}70\text{ mL}$

$V_3 = 18{,}80\text{ mL}$

Prèviament, la dissolució de NaOH es va estandarditzar amb hidrogenftalat de potassi ($\mathrm{KHC_8H_4O_4}$) com a patró primari.

a)

Definiu el concepte de substància emprada com a patró primari i quins atributs químics ha de reunir.

b)

Formuleu i igualeu les equacions químiques que descriuen la neutralització durant l'estandardització del valorant i durant la determinació de l'HCl.

c)

Si una pesada de 0,473 g d'hidrogenftalat de potassi reacciona de forma estequiomètrica amb 19,50 mL de solució de NaOH, calculeu la concentració molar del valorant.

d)

A partir de les dades experimentals, deduïu la molaritat exacta de la mostra d'HCl expressada en $\mathrm{mol\cdot L^{-1}}$.

Masses atòmiques: $\text{C} = 12{,}0$; $\text{K} = 39{,}0$; $\text{H} = 1{,}0$; $\text{O} = 16{,}0$.

Exercici 2. Electroquímica de la pila Daniell

Una cel·la galvànica tipus Daniell està formada per un parell redox $\mathrm{Cu^{2+}/Cu}$ i un altre $\mathrm{Zn^{2+}/Zn}$. Els respectius potencials estàndard de reducció són:$$E^\circ(\mathrm{Cu^{2+}/Cu}) = +0{,}34\text{ V}; \quad E^\circ(\mathrm{Zn^{2+}/Zn}) = -0{,}76\text{ V}$$

a)

Dibuixeu un diagrama funcional representant la configuració d'aquesta pila (elèctrodes, solucions, polaritats i pont salí).

b)

Formuleu les semireaccions que tenen lloc a l'ànode i al càtode, així com l'equació redox global espontània.

c)

Determineu el potencial estàndard de la pila ($E^\circ_{\text{pila}}$).

d)

Si es munta el dispositiu utilitzant dissolucions de concentracions $[\mathrm{Cu^{2+}}] = 0{,}1\text{ mol}\cdot\text{L}^{-1}$ i $[\mathrm{Zn^{2+}}] = 0{,}01\text{ mol}\cdot\text{L}^{-1}$, escriviu l'expressió de Nernst corresponent a $25\text{ }^\circ\text{C}$ i calculeu la força electromotriu (FEM) resultant.

e)

Quin valor pren el corrent elèctric que travessa el potenciòmetre en l'instant precís en què es registra la mesura de la FEM? S'observa l'avenç apreciable de la reacció química mentre es pren la lectura?

f)

Raoneu el fenomen físic i químic que tindria lloc si es posessin en contacte directe els extrems dels dos conductors metàl·lics sense cap càrrega externa intercalada.

Exercici 3. Dissolucions, cations i qüestions

a. Considereu una ampolla de reactiu comercial d'amoníac concentrat amb una riquesa del $30\text{ \%}$ en massa i una densitat d'aproximadament $0{,}897\text{ kg/L}$ ($0{,}897\text{ g/mL}$).

•

Calculeu el volum necessari d'aquesta solució mare concentrada per preparar $250\text{ mL}$ d'una dissolució de $\mathrm{NH_3}\text{ }5\text{ mol/L}$.

•

Descriviu el protocol experimental detallat i mostreu els càlculs requerits per preparar $250\text{ mL}$ d'una dissolució de $\mathrm{NH_3}\text{ }0{,}2\text{ mol/L}$ diluint la de $5\text{ mol/L}$ anterior.

Exercici 3. Dissolucions, cations i qüestions

b)

Indiqueu una seqüència analítica per separar els cations $\mathrm{Pb^{2+}}$ i $\mathrm{Ag^+}$ coexistents en una dissolució obtinguda a partir de les seves sals de nitrat. Escriviu les reaccions químiques necessàries tant per a la separació física com per a la confirmació identificativa de cadascun.

Exercici 3. Dissolucions, cations i qüestions

c. Classifiqueu com a vertaderes o falses les asseveracions següents, justificant breument cada resposta:

a.

En assolir el punt d'equivalència d'una volumetria de neutralització, el valor de pH obtingut no coincideix de forma invariable amb 7.

Vertader

Fals

Exercici 3. Dissolucions, cations i qüestions

c. Classifiqueu com a vertaderes o falses les asseveracions següents, justificant breument cada resposta:

b.

El $\text{MgSO}_4$ en forma hidratada actua eficaçment com a substància dessecant al laboratori.

Vertader

Fals

d.

L'ús de l'evaporador rotatori constitueix la tècnica d'elecció per fraccionar una barreja líquida amb diferents punts d'ebullició, atès que es destil·la primerament la fracció més volàtil.

Vertader

Fals

Exercici 3. Dissolucions, cations i qüestions

c. Classifiqueu com a vertaderes o falses les asseveracions següents, justificant breument cada resposta:

c.

L'entalpia de neutralització ($\Delta H$) que s'allibera en neutralitzar àcid clorhídric amb hidròxid de sodi difereix de la que resulta de fer reaccionar àcid nítric amb hidròxid de sodi.

Vertader

Fals

Exercici 4. Síntesi orgànica de la benzocaïna

A continuació es descriu la ruta sintètica de preparació al laboratori de l'anestèsic local benzocaïna (4-aminobenzoat d'etil), mitjançant l'esterificació de Fischer de l'àcid 4-aminobenzoic en presència d'àcid sulfúric:

$$\mathrm{H_2N\!-\!C_6H_4\!-\!COOH + CH_3CH_2OH \xrightarrow{H_2SO_4} H_2N\!-\!C_6H_4\!-\!COOCH_2CH_3 + H_2O}$$

Compost

Massa molar

Propietats tèrmiques

Àcid 4-aminobenzoic

137,14 g/mol

p.f.: 188-189 °C

Etanol

46,07 g/mol

p.f.: -130 °C; p.e.: 78 °C

Benzocaïna

165,19 g/mol

p.f.: 88-90 °C

Per a cadascuna de les 20 qüestions següents (1 punt cadascuna; encert = +1 punt, fallada = -1 punt, en blanc = 0 punts), seleccioneu l'opció tècnicament correcta:

.