Ejercicio resuelto de Solubilidad · Química · Galicia · 2026

PREGUNTA 1. DESTREZAS BÁSICAS DE LA QUÍMICA / REACCIONES QUÍMICAS (2,5 puntos)

En el mundo se generan cerca de 50 millones de toneladas de residuos electrónicos al año, los cuales contienen materiales peligrosos como el plomo, níquel, cadmio o arsénico, entre otros, que pueden causar graves daños al medioambiente y a nuestra salud. El níquel está presente en las baterías de los teléfonos móviles, y cuando estos dispositivos se desechan incorrectamente, el níquel puede disolverse y contaminar el agua en forma de cloruro de níquel(II) ($\text{NiCl}_2$), sal soluble que libera iones $\text{Ni}^{2+}$. Se estima que una sola batería de un teléfono móvil puede llegar a contaminar hasta 20.000 litros de agua.

1.1. En un laboratorio se está diseñando un procedimiento para eliminar del agua el níquel que se encuentra disuelto como ion $\text{Ni}^{+2}$, procedente del cloruro de níquel(II). El método consiste en partir de una muestra de agua que contiene iones $\text{Ni}^{+2}$, y añadir una especie soluble en agua, el hidróxido de sodio (NaOH), con el objetivo de formar un precipitado de hidróxido de níquel(II), que resulta ser una sustancia muy poco soluble. Determine si podría formarse un precipitado de hidróxido de níquel(II) al mezclar una muestra de 200 mL de disolución $5\cdot 10^{-3}$ M de cloruro de níquel(II) con 200 mL de disolución 0,1 M de hidróxido de sodio, a 25 °C y 1 atmosfera de presión. (1 punto)

Nota: dada la pequeña concentración de las disoluciones empleadas podemos suponer que los volúmenes son aditivos. Dato: $K_s(\text{Ni(OH)}_2) = 6{,}0\cdot 10^{-16}$

1.2. Si el método resulta ser válido y se consigue precipitar el níquel disuelto en la muestra de agua como hidróxido de níquel(II), diseñe un procedimiento para llevar a cabo la separación de este precipitado de la muestra analizada, indicando el material que considere necesario y describiendo detalladamente los pasos a seguir. Puede detallar el procedimiento apoyándose en la elaboración de un dibujo o esquema si lo considera necesario. (1 punto)

1.3. ¿Cómo se podría incrementar la cantidad de hidróxido de níquel(II) precipitado durante el anterior procedimiento, sin modificar las condiciones de temperatura ni presión? (0,5 puntos)

$\textbf{1.1. Determine si podría formarse un precipitado de hidróxido de níquel(II). (1 punto)}$

La reacción que se estudia es la precipitación del hidróxido, cuyo equilibrio de solubilidad es:

$\mathrm{Ni(OH)_{2(s)} \rightleftharpoons Ni^{2+}_{(ac)} + 2\,OH^-_{(ac)}} \qquad K_s = [\mathrm{Ni^{2+}}][\mathrm{OH^-}]^2$

El criterio es comparar el $\textbf{producto iónico}$ $Q$, calculado con las concentraciones que hay justo después de mezclar, con la constante $K_s$. Si $Q > K_s$ la disolución está sobresaturada y precipita; si $Q < K_s$, no.

$\textbf{Paso 1: concentraciones tras la mezcla.}$ Este es el paso que no se puede saltar. Al juntar los dos volúmenes, cada disolución se diluye, y como el enunciado autoriza a sumar volúmenes, el total es:

$V_{\text{total}} = 200 + 200 = 400\ \mathrm{mL} = 0{,}400\ \mathrm{L}$

Los moles de cada especie no cambian al diluir, así que basta con recalcular la concentración:

$n(\mathrm{Ni^{2+}}) = 5\cdot10^{-3}\ \mathrm{M} \cdot 0{,}200\ \mathrm{L} = 1{,}0\cdot10^{-3}\ \mathrm{mol}$

$[\mathrm{Ni^{2+}}] = \dfrac{1{,}0\cdot10^{-3}}{0{,}400} = 2{,}5\cdot10^{-3}\ \mathrm{M}$

$n(\mathrm{OH^-}) = 0{,}1\ \mathrm{M} \cdot 0{,}200\ \mathrm{L} = 2{,}0\cdot10^{-2}\ \mathrm{mol}$

$[\mathrm{OH^-}] = \dfrac{2{,}0\cdot10^{-2}}{0{,}400} = 5{,}0\cdot10^{-2}\ \mathrm{M}$

Tanto el cloruro de níquel(II) como el hidróxido de sodio son sales solubles y electrolitos fuertes, de modo que están totalmente disociados y esas son las concentraciones reales de los iones.

$\textbf{Paso 2: producto iónico.}$

$Q = [\mathrm{Ni^{2+}}][\mathrm{OH^-}]^2 = 2{,}5\cdot10^{-3}\cdot(5{,}0\cdot10^{-2})^2$

$Q = 2{,}5\cdot10^{-3}\cdot 2{,}5\cdot10^{-3} = 6{,}25\cdot10^{-6}$

$\textbf{Paso 3: comparación.}$

$Q = 6{,}25\cdot10^{-6} \ \gg\ K_s = 6{,}0\cdot10^{-16}$

$\dfrac{Q}{K_s} = \dfrac{6{,}25\cdot10^{-6}}{6{,}0\cdot10^{-16}} \approx 1\cdot10^{10}$

El producto iónico supera al de solubilidad en $\textbf{diez órdenes de magnitud}$, así que $\textbf{sí se forma precipitado}$ de hidróxido de níquel(II), y de forma masiva. El método propuesto es válido.

Puede verse también por el otro lado, comprobando cuánto níquel queda en disolución cuando el equilibrio se restablece. Hay hidróxido de sobra: se consumen $2\cdot 10^{-3}$ mol de $\mathrm{OH^-}$ para precipitar todo el níquel, y había $2\cdot10^{-2}$ mol, de modo que sobreviven unos $4{,}5\cdot10^{-2}$ M de $\mathrm{OH^-}$. Con esa concentración:

$[\mathrm{Ni^{2+}}]_{\text{final}} = \dfrac{K_s}{[\mathrm{OH^-}]^2} = \dfrac{6{,}0\cdot10^{-16}}{(4{,}5\cdot10^{-2})^2} = 3\cdot10^{-13}\ \mathrm{M}$

Prácticamente todo el níquel abandona la disolución: queda una concentración diez mil millones de veces menor que la de partida.

$\textbf{1.2. Diseñe un procedimiento para separar el precipitado. (1 punto)}$

La operación adecuada para separar un sólido en suspensión de un líquido es la $\textbf{filtración}$. Como el hidróxido de níquel(II) es un precipitado gelatinoso y fino, lo razonable es una filtración a vacío con embudo Büchner, aunque el esquema por gravedad sirve igual para describir el fundamento.



$\textbf{Material necesario:}$ soporte con aro (o pinza), embudo cónico, papel de filtro, dos vasos de precipitados, varilla de vidrio, frasco lavador con agua destilada, vidrio de reloj y estufa o desecador. Para la variante a vacío, embudo Büchner, kitasatos y trompa de vacío.

$\textbf{Pasos:}$

i) $\textbf{Preparar el filtro.}$ Se dobla el papel de filtro en cuatro, se abre en forma de cono y se ajusta al embudo. Se humedece con un poco de agua destilada para que quede adherido a las paredes y no dejar pasar líquido por los bordes.

ii) $\textbf{Montar el equipo.}$ Se coloca el embudo sobre el aro sujeto al soporte y debajo un vaso de precipitados limpio, que recogerá el filtrado. El vástago del embudo debe tocar la pared interior del vaso, para que el líquido resbale y no salpique.

iii) $\textbf{Dejar sedimentar y decantar.}$ Conviene esperar unos minutos a que el precipitado se deposite en el fondo, y verter primero el líquido claro. Así el filtro no se colmata desde el principio.

iv) $\textbf{Verter la mezcla.}$ Se vierte ayudándose de una varilla de vidrio apoyada en el pico del vaso, para dirigir el chorro y evitar pérdidas. Nunca se llena el filtro hasta el borde.

v) $\textbf{Arrastrar los restos.}$ Con el frasco lavador se arrastran al filtro los restos de precipitado que hayan quedado en las paredes del vaso.

vi) $\textbf{Lavar el precipitado.}$ Ya sobre el filtro, se lava con pequeñas porciones de agua destilada fría, para eliminar los iones $\mathrm{Na^+}$ y $\mathrm{Cl^-}$ que quedan retenidos entre el sólido. Con agua fría, porque el hidróxido es poco soluble pero no del todo insoluble.

vii) $\textbf{Secar.}$ Se extrae el papel con el sólido, se coloca sobre un vidrio de reloj y se seca en estufa a temperatura moderada o en un desecador, hasta masa constante si se quiere pesar.

Al final del proceso quedan separados el $\textbf{residuo}$, que es el $\mathrm{Ni(OH)_2}$ retenido en el papel, y el $\textbf{filtrado}$, el agua ya descontaminada, que contiene solo NaCl y el exceso de NaOH.

$\textbf{1.3. ¿Cómo incrementar la cantidad de precipitado sin cambiar la temperatura ni la presión? (0,5 puntos)}$

Añadiendo $\textbf{más hidróxido de sodio}$ a la disolución, es decir, aumentando la concentración de iones $\mathrm{OH^-}$.

La justificación es el $\textbf{efecto del ion común}$, un caso particular del principio de Le Châtelier. El equilibrio en juego es:

$\mathrm{Ni(OH)_{2(s)} \rightleftharpoons Ni^{2+}_{(ac)} + 2\,OH^-_{(ac)}}$

Al aumentar la concentración de uno de los productos, el sistema evoluciona en el sentido que la reduce, es decir, hacia la izquierda, favoreciendo la formación de sólido. Cuantitativamente, la concentración de níquel que puede permanecer disuelta es:

$[\mathrm{Ni^{2+}}] = \dfrac{K_s}{[\mathrm{OH^-}]^2}$

Como $K_s$ solo depende de la temperatura y esta no se toca, al subir $[\mathrm{OH^-}]$ tiene que bajar $[\mathrm{Ni^{2+}}]$, y el níquel que sobra pasa al precipitado. Además el efecto es cuadrático: duplicar la concentración de hidroxilo divide por cuatro el níquel que queda en disolución.

Cualquier otra base soluble, o cualquier sal soluble de níquel si de lo que se tratase fuera de precipitar el hidróxido sobrante, produciría el mismo desplazamiento. Lo que $\textbf{no}$ funcionaría es añadir un ácido: consumiría los hidroxilos y redisolvería el precipitado.