Ejercicio resuelto de Valoraciones ácido-base · Química · 2023

a) Escriba el nombre del material de laboratorio utilizado en la realización de una volumetría ácido-base. [1,00 punto]

b) Escriba la expresión de la constante de equilibrio ($K_p$ o $K_c$) de los siguientes procesos: [1,00 punto]

b.1) $4{\text{NH}}_3(g)+5{\text{O}}_2(g)\rightleftharpoons 4\text{NO}(g)+6{\text{H}}_2\text{O}(g)$ [0,25 puntos]

b.2) ${\text{CaCO}}_3(s)\rightleftharpoons \text{CaO}(s)+{\text{CO}}_2(g)$ [0,25 puntos]

b.3) $2{\text{AgNO}}_3(aq)+2\text{NaOH}(aq)\rightleftharpoons {\text{Ag}}_2\text{O}(s)+2{\text{NaNO}}_3(aq)+{\text{H}}_2\text{O}(l)$ [0,25 puntos]

b.4) $\text{Ni}(s)+4\text{CO}(g)\rightleftharpoons {\text{Ni(CO)}}_4(g)$ [0,25 puntos]

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{nombre}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{material}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{laboratorio}}\mathbf{\text{utilizado}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{realizaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{volumetr}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido-base.}}\mathbf{\text{[1,00}}\mathbf{\text{punto]}}$

Una volumetría exige medir con precisión el volumen de la muestra y el del reactivo valorante, y disponer de un recipiente donde se produzca la reacción:

$\mathbf{\text{Bureta}}$, graduada y con llave, para el reactivo valorante de concentración conocida. Es la que da la medida del volumen añadido, que es el dato del cálculo.

$\mathbf{\text{Pipeta}}\mathbf{\text{aforada}}$, con su aspirador, para tomar exactamente la alícuota de muestra.

$\mathbf{\text{Matraz}}\mathbf{\text{Erlenmeyer}}$, donde se recoge la alícuota junto con el indicador y donde tiene lugar la reacción; su forma cónica permite agitar por rotación sin salpicar.

$\mathbf{\text{Soporte}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{pinza}}$ para sujetar la bureta vertical, $\mathbf{\text{embudo}}$ pequeño para llenarla, $\mathbf{\text{vaso}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{precipitados}}$ para los trasvases y $\mathbf{\text{frasco}}\mathbf{\text{lavador}}$ con agua destilada.

El $\mathbf{\text{indicador}}$ no es material sino reactivo, pero conviene recordar dónde va: en el Erlenmeyer, con la muestra, nunca en la bureta.

$\mathbf{\text{b.1)}}\mathbf{\text{4}}\mathbf{\text{NH₃(g)}}\mathbf{\text{+}}\mathbf{\text{5}}\mathbf{\text{O₂(g)}}\mathbf{\text{⇌}}\mathbf{\text{4}}\mathbf{\text{NO(g)}}\mathbf{\text{+}}\mathbf{\text{6}}\mathbf{\text{H₂O(g)}}\mathbf{\text{[0,25}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Todas las especies son gases, de modo que todas figuran en la expresión, cada una elevada a su coeficiente estequiométrico, los productos en el numerador y los reactivos en el denominador:

$K_p=\frac{p(\mathrm{N}\mathrm{O}{)}^{4}p({\mathrm{H}}_2\mathrm{O}{)}^6}{p(\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3{)}^{4}p({\mathrm{O}}_2{)}^5}$

$\mathbf{\text{b.2)}}\mathbf{\text{CaCO₃(s)}}\mathbf{\text{⇌}}\mathbf{\text{CaO(s)}}\mathbf{\text{+}}\mathbf{\text{CO₂(g)}}\mathbf{\text{[0,25}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Los sólidos puros no aparecen en la expresión de la constante: su actividad es la unidad y no cambia mientras quede algo de ellos. Solo queda el gas:

$K_p=p(\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2)$

Es un equilibrio heterogéneo, y su consecuencia práctica es notable: a una temperatura dada, la presión de $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ sobre la caliza es fija, independientemente de cuánto sólido haya.

$\mathbf{\text{b.3)}}\mathbf{\text{2}}\mathbf{\text{AgNO₃(aq)}}\mathbf{\text{+}}\mathbf{\text{2}}\mathbf{\text{NaOH(aq)}}\mathbf{\text{⇌}}\mathbf{\text{Ag₂O(s)}}\mathbf{\text{+}}\mathbf{\text{2}}\mathbf{\text{NaNO₃(aq)}}\mathbf{\text{+}}\mathbf{\text{H₂O(l)}}\mathbf{\text{[0,25}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Aquí se omiten dos cosas: el óxido de plata, por ser un sólido puro, y el agua, por ser el disolvente en el que ocurre todo (su concentración es prácticamente constante). Quedan las especies disueltas:

$K_c=\frac{[\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3{]}^2}{[\mathrm{A}\mathrm{g}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3{]}^2[\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}{]}^2}$

$\mathbf{\text{b.4)}}\mathbf{\text{Ni(s)}}\mathbf{\text{+}}\mathbf{\text{4}}\mathbf{\text{CO(g)}}\mathbf{\text{⇌}}\mathbf{\text{Ni(CO)₄(g)}}\mathbf{\text{[0,25}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Se omite el níquel metálico, que es un sólido puro:

$K_p=\frac{p(\mathrm{N}\mathrm{i}(\mathrm{C}\mathrm{O}{)}_4)}{p(\mathrm{C}\mathrm{O}{)}^4}$

Este equilibrio es la base del proceso Mond de purificación del níquel: el metal se convierte en un carbonilo volátil que luego se descompone en otro reactor.