Ejercicios

Complete los cambios en las concentraciones para cada una de las siguientes reacciones:

(a)
$\begin{array}{ccc}\text{AgI}(s)⟶& {\text{Ag}}^{\text{+}}(aq)& +{\text{I}}^{\text{–}}(aq)\\ \\ & x& \_\_\_\_\_\end{array}$

(b)
$\begin{array}{ccc}{\text{CaCO}}_3(s)⟶& {\text{Ca}}^{\text{2+}}(aq)+& {\text{CO}}_3{}^{\text{2−}}(aq)\\ \\ & \_\_\_\_& x\end{array}$

(c)
$\begin{array}{ccc}\text{Mg}{(\text{OH})}_2(s)⟶& {\text{Mg}}^{\text{2+}}(aq)+& 2{\text{OH}}^{\text{–}}(aq)\\ \\ & x& \_\_\_\_\_\end{array}$

(d)
$\begin{array}{ccc}{\text{Mg}}_3({\text{PO}}_4{)}_2(s)⟶& 3{\text{Mg}}^{\text{2+}}(aq)+& 2{\text{PO}}_4{}^{\text{3−}}(aq)\\ \\ & x& \_\_\_\_\_\end{array}$

(e)
$\begin{array}{cccc}{\text{Ca}}_5({\text{PO}}_4{)}_3\text{OH}(s)⟶& 5{\text{Ca}}^{\text{2+}}(aq)+& 3{\text{PO}}_4{}^{\text{3−}}(aq)+& {\text{OH}}^{\text{–}}(aq)\\ \\ & \_\_\_\_\_& \_\_\_\_\_& x\end{array}$

¿Cómo son las concentraciones de Ag⁺ y ${\text{CrO}}_4{}^{\text{2−}}$ en una solución saturada por encima de 1,0 g de Ag₂CrO₄ sólido cambian cuando se añaden 100 g de Ag₂CrO₄ sólido al sistema? Explique.

¿Qué información adicional necesitamos para responder la siguiente pregunta? ¿Cómo se ve afectado el equilibrio del bromuro de plata sólido con una solución saturada de sus iones cuando se eleva la temperatura?

¿Cuál de los siguientes compuestos ligeramente solubles tiene una solubilidad mayor que la calculada a partir de su producto de solubilidad debido a la hidrólisis del anión presente: AgCl, BaSO₄, CaF₂, Hg₂I₂, MnCO₃ y ZnS?

Escriba la ecuación iónica para la disolución y la expresión K_sp para cada uno de los siguientes compuestos iónicos ligeramente solubles:

(a) LaF₃

(b) CaCO₃

(c) Ag₂SO₄

(d) Pb(OH)₂

La página web Manual de Química y Física muestra las solubilidades de los siguientes compuestos en gramos por 100 mL de agua. Como estos compuestos son solo ligeramente solubles, suponga que el volumen no cambia en la disolución y calcule el producto de solubilidad para cada uno.

(a) BaSeO₄, 0,0118 g/100 mL

(b) Ba(BrO₃)₂·H₂O, 0,30 g/100 mL

(c) NH₄MgAsO₄·6H₂O, 0,038 g/100 mL

(d) La₂(MoO₄)₃, 0,00179 g/100 mL

Suponiendo que no hay equilibrios distintos a la disolución, calcule la solubilidad molar de cada uno de los siguientes elementos a partir de su producto de solubilidad:

(a) KHC₄H₄O₆

(b) PbI₂

(c) Ag₄[Fe(CN)₆], una sal que contiene el ion de ${\text{Fe(CN)}}_6{}^{\text{4–}}$

(d) Hg₂I₂

Suponiendo que no intervienen otros equilibrios distintos de la disolución, calcule la concentración de todas las especies de solutos en cada una de las siguientes soluciones de sales en contacto con una solución que contiene un ion común. Demuestre que se pueden despreciar los cambios en las concentraciones iniciales de los iones comunes.

(a) AgCl(s) en 0,025 M de NaCl

(b) CaF₂(s) en 0,00133 M de KF

(c) Ag₂SO₄(s) en 0,500 L de una solución que contiene 19,50 g de K₂SO₄

(d) Zn(OH)₂(s) en una solución tamponada a un pH de 11,45

Suponiendo que no intervienen otros equilibrios distintos de la disolución, calcule la concentración de todas las especies de solutos en cada una de las siguientes soluciones de sales en contacto con una solución que contiene un ion común. Demuestre que no es adecuado despreciar los cambios en las concentraciones iniciales de los iones comunes.

(a) TlCl(s) en 0,025 M de TlNO₃

(b) BaF₂(s) en 0,0313 M de KF

(c) MgC₂O₄ en 2,250 L de una solución que contiene 8,156 g de Mg(NO₃)₂

(d) Ca(OH)₂(s) en una solución no tamponada con un pH inicial de 12,700

Explique por qué no se pueden despreciar los cambios en las concentraciones de los iones comunes en el Ejercicio 15.18.

Consulte en el Apéndice J los productos de solubilidad de las sales de calcio. Determine cuál de las sales de calcio enumeradas es más soluble en moles por litro y cuál es más soluble en gramos por litro.

Las normas del Servicio de Salud Pública para el agua potable establecen un máximo de 250 mg/L (2,60 $\times$ 10^–3 M) de ${\text{SO}}_4{}^{\text{2−}}$ por su acción catártica (es un laxante). ¿El agua natural saturada de CaSO₄ ("agua de yeso") que pasa por un suelo que contiene yeso, CaSO₄·2H₂O, cumple con estas normas? ¿Cuál es la concentración de ${\text{SO}}_4{}^{\text{2−}}$ en esta agua?

El producto de solubilidad del CaSO₄·2H₂O es 2,4 $\times$ 10^–5. ¿Qué masa de esta sal se disolverá en 1,0 L de 0,010 M de ${\text{SO}4}_{}{}^{\text{2−}}?$

Suponiendo que no intervienen otros equilibrios distintos de la disolución, calcule las concentraciones de iones en una solución saturada de cada uno de los siguientes elementos (vea el Apéndice J para los productos de solubilidad):

(a) AgI

(b) Ag₂SO₄

(c) Mn(OH)₂

(d) Sr(OH)₂·8H₂O

(e) el mineral brucita, Mg(OH)₂

Las siguientes concentraciones se encuentran en mezclas de iones en equilibrio con sólidos poco solubles. A partir de las concentraciones dadas, calcule la K_sp para cada uno de los sólidos ligeramente solubles indicados:

(a) TlCl: [Tl⁺] = 1,21 $\times$ 10^–2 M, [Cl^–] = 1,2 $\times$ 10^–2 M

(b) Ce(IO₃)₄: [Ce⁴⁺] = 1,8 $\times$ 10^–4 M, $[{\text{IO}}_3{}^{\text{–}}]$ = 2,6 $\times$ 10^–13 M

(c) Gd₂(SO₄)₃: [Gd³⁺] = 0,132 M, $[{\text{SO}}_{\text{4}}{}^{\text{2−}}]$ = 0,198 M

(d) Ag₂SO₄: [Ag⁺] = 2,40 $\times$ 10^–2 M, $[{\text{SO}}_{\text{4}}{}^{\text{2−}}]$ = 2,05 $\times$ 10^–2 M

(e) BaSO₄: [Ba²⁺] = 0,500 M, $[{\text{SO}}_{\text{4}}{}^{\text{2−}}]$ = 4,6 $\times$ 10⁻⁸ M

¿Cuál de los siguientes compuestos precipita de una solución que tiene las concentraciones indicadas? (Vea el Apéndice J para los valores de K_sp).

(a) CaCO₃: [Ca²⁺] = 0,003 M, $[{\text{CO}}_{\text{3}}{}^{\text{2−}}]$ = 0,003 M

(b) Co(OH)₂: [Co²⁺] = 0,01 M, [OH^–] = 1 $\times$ 10^–7 M

(c) CaHPO₄: [Ca²⁺] = 0,01 M, $[{\text{HPO}}_{\text{4}}{}^{\text{2−}}]$ = 2 $\times$ 10^–6 M

(d) Pb₃(PO₄)₂: [Pb²⁺] = 0,01 M, $[{\text{PO}}_{\text{4}}{}^{\text{3−}}]$= 1 $\times$ 10^–13 M

Calcule la concentración de ion de sulfato cuando el BaSO₄ apenas comienza a precipitar de una solución que es 0,0758 M en Ba²⁺.

Calcule la concentración de ${\text{PO}}_4{}^{\text{3−}}$ cuando el Ag₃PO₄ comienza a precipitar de una solución que es 0,0125 M en Ag⁺.

Calcule la concentración de Ag⁺ necesaria para que comience la precipitación de Ag₂CO₃ en una solución de 2,50 $\times$ 10^–6 M en ${\text{CO}}_3{}^{\text{2−}}.$

¿Qué concentración de [F^–] se necesita para reducir [Ca²⁺] a 1,0 $\times$ 10^–4 M por precipitación de CaF₂?

Realice estos cálculos para el carbonato de níquel(II). (a) ¿Con qué volumen de agua hay que lavar un precipitado que contiene NiCO₃ para disolver 0,100 g de este compuesto? Supongamos que el agua de lavado se satura con NiCO₃ (K_sp = 1,36 $\times$ 10^–7).

(b) Si el NiCO₃ fuera un contaminante en una muestra de CoCO₃ (K_sp = 1,0 $\times$ 10^–12), ¿qué masa de CoCO₃ se habría perdido? Tenga en cuenta que tanto el NiCO₃ como el CoCO₃ se disuelven en la misma solución.

Una solución tiene una concentración de 0,010 M tanto en Cu²⁺ como en Cd²⁺. ¿Qué porcentaje de Cd²⁺ queda en la solución cuando el 99,9% del Cu²⁺ se ha precipitado como CuS al añadir sulfuro?

¿Qué reactivo podría utilizarse para separar los iones en cada una de las siguientes mezclas, que tienen una concentración de 0,1 M con respecto a cada ion? En algunos casos puede ser necesario controlar el pH. (Pista: Considere los valores de K_sp que aparecen en el Apéndice J)

(a) ${\text{Hg}}_2{}^{\text{2+}}$ y Cu²⁺

(b) ${\text{SO}}_4{}^{\text{2−}}$ y Cl^–

(c) Hg²⁺ y Co²⁺

(d) Zn²⁺ y Sr²⁺

(e) Ba²⁺ y Mg²⁺

(f) ${\text{CO}}_3{}^{\text{2−}}$ y OH^–

Una solución contiene 1,0 $\times$ 10^–2 mol de KI y 0,10 mol de KCl por litro. A esta solución se le añade gradualmente AgNO₃. ¿Qué se forma primero, el AgI sólido o el AgCl sólido?

Alrededor del 50% de los cálculos urinarios (piedras en el riñón) están formados por fosfato de calcio, Ca₃(PO₄)₂. El contenido de medio rango normal de calcio excretado en la orina es de 0,10 g de Ca²⁺ al día. El contenido de medio rango normal de orina que se expulsa puede considerarse como 1,4 L al día. ¿Cuál es la concentración máxima de iones de fosfato que puede contener la orina antes de que se forme un cálculo?

El magnesio metálico (un componente de las aleaciones utilizadas en los aviones y un agente reductor utilizado en la producción de uranio, titanio y otros metales activos) se aísla del agua de mar mediante la siguiente secuencia de reacciones:

${\text{Mg}}^{\text{2+}}(aq)+{\text{Ca(OH)}}_2(aq)⟶{\text{Mg(OH)}}_2(s)+{\text{Ca}}^{\text{2+}}(aq)$

${\text{Mg(OH)}}_2(s)+\text{2HCl(}aq)⟶{\text{MgCl}}_2(s)+{\text{2H}}_2\text{O}(l)$

${\text{MgCl}}_2(l)\stackrel{\text{electrólisis}}{\to }\text{Mg}(s)+{\text{Cl}}_2(g)$

El agua de mar tiene una densidad de 1,026 g/cm³ y contiene 1,272 partes por millón de magnesio como Mg²⁺(aq) en masa. ¿Qué masa, en kilogramos, de Ca(OH)₂ se necesita para precipitar el 99,9% del magnesio en 1,00 $\times$ 10³ L de agua de mar?

Realice los siguientes cálculos con las concentraciones de iones de yodato:

(a) La concentración de iones de yodato de una solución saturada de La(IO₃)₃ resultó ser de 3,1 $\times$ 10^–3 mol/L. Calcule la K_sp.

(b) Calcule la concentración de iones de yodato en una solución saturada de Cu(IO₃)₂ (K_sp = 7,4 $\times$ 10^–8).

¿Cuántos gramos de Pb(OH)₂ se disolverán en 500 mL de una solución de 0,050-M de PbCl₂ (K_sp = 1,2 $\times$ 10^–15)?

¿Cuántos gramos de leche de magnesia, Mg(OH)₂ (s) (58,3 g/mol), serían solubles en 200 mL de agua? K_sp = 7,1 $\times$ 10^–12. Incluya en su respuesta la reacción iónica y la expresión de K_sp (K_w = 1 $\times$ 10^–14 = [H₃O⁺][OH^–])

La concentración de iones de carbonato se incrementa gradualmente en una solución que contiene concentraciones iguales de los cationes divalentes de magnesio, calcio, estroncio, bario y manganeso. ¿Cuál de los siguientes carbonatos precipitará primero? ¿Cuál será el último en precipitarse? Explique.

(a) ${\text{MgCO}}_3•3{\text{H}}_2\text{O}{K}_{\text{sp}}=1\times 10^{–5}$

(b) ${\text{CaCO}}_3{K}_{\text{sp}}=\mathrm{8,7}\times 10^{–9}$

(c) ${\text{SrCO}}_3{K}_{\text{sp}}=7\times 10^{–10}$

(d) ${\text{BaCO}}_3{K}_{\text{sp}}=\mathrm{1,6}\times 10^{–9}$

(e) ${\text{MnCO}}_3{K}_{\text{sp}}=\mathrm{8,8}\times 10^{–11}$

¿En qué circunstancias, si las hay, se disuelve completamente una muestra de AgCl sólido en agua pura?

Calcule la concentración de iones de cadmio, [Cd²⁺], en una solución preparada mezclando 0,100 L de 0,0100 M Cd(NO₃)₂ con 0,150 L de 0,100 de NH₃(aq).

A veces, los equilibrios de los iones complejos se describen en términos de constantes de disociación, K_d. Para el ion complejo ${\text{AlF}}_6{}^{\text{3−}}$ la reacción de disociación es:

${\text{AlF}}_6{}^{\text{3−}}\rightleftharpoons {\text{Al}}^{\text{3+}}+6{\text{F}}^{\text{–}}$ y $K_{\text{d}}=\frac{[{\text{Al}}^{\text{3+}}]{[{\text{F}}^{\text{–}}]}^6}{[{\text{AlF}}_6{}^{\text{3−}}]}=2\times {10}^{–24}$

Calcule el valor de la constante de formación, K_f, para ${\text{AlF}}_{\text{6}}{}^{\text{3−}}.$

Utilizando la constante de disociación, K_d = 7,8 $\times$ 10^–18, calcule las concentraciones de equilibrio de Cd²⁺ y CN^– en una solución 0,250-M de $\text{Cd}{(\text{CN})}_4{}^{\text{2−}}.$

Utilizando la constante de disociación, K_d = 2,2 $\times$ 10^–34, calcule las concentraciones de equilibrio de Co³⁺ y NH₃ en una solución de 0,500-M de $\text{Co}{({\text{NH}}_3)}_6{}^{\text{3+}}.$

Calcule la masa de ion de cianuro de potasio que debe añadirse a 100 mL de solución para disolver 2,0 $\times$ 10^–2 mol de cianuro de plata, AgCN.

Un rollo de película fotográfica de 35 mm en blanco y negro contiene unos 0,27 g de AgBr sin exponer antes del revelado. ¿Qué masa de Na₂S₂O₃·5H₂O (tiosulfato de sodio pentahidratado o hipo) en 1,0 L de revelador se necesita para disolver el AgBr como $\text{Ag}{({\text{S}}_2{\text{O}}_3)}_2{}^{\text{3−}}$ (K_f = 4,7 $\times$ 10¹³)?

Escriba las estructuras de Lewis de los reactivos y del producto de cada una de las siguientes ecuaciones, e identifique el ácido de Lewis y la base de Lewis en cada una de ellas:

(a) ${\text{CO}}_2+{\text{OH}}^{\text{–}}⟶{\text{HCO}}_3{}^{\text{–}}$

(b) $\text{B}{(\text{OH})}_3+{\text{OH}}^{\text{–}}⟶\text{B}{(\text{OH})}_4{}^{\text{–}}$

(c) ${\text{I}}^{\text{–}}+{\text{I}}_2⟶{\text{I}}_3{}^{\text{–}}$

(d) ${\text{AlCl}}_3+{\text{Cl}}^{\text{–}}⟶{\text{AlCl}}_4{}^{\text{–}}$ (utilice enlaces simples de Al-Cl)

(e) ${\text{O}}^{\text{2−}}+{\text{SO}}_3⟶{\text{SO}}_4{}^{\text{2−}}$

Utilizando las estructuras de Lewis, escriba ecuaciones balanceadas para las siguientes reacciones:

(a) $\text{HCl}(g)+{\text{PH}}_3(g)⟶$

(b) ${\text{H}}_3{\text{O}}^{\mathrm{+}}+{\text{CH}}_3{}^{\text{–}}⟶$

(c) $\text{CaO}+{\text{SO}}_3⟶$

(d) ${\text{NH}}_4{}^{\mathrm{+}}+{\text{C}}_2{\text{H}}_5{\text{O}}^{\text{–}}⟶$

En una titulación del ion de cianuro, se añaden 28,72 mL de 0,0100 M de AgNO₃ antes de que comience la precipitación [La reacción de Ag⁺ con CN^– llega a completarse, produciendo el complejo $\text{Ag}{(\text{CN})}_2{}^{\text{–}}$]. La precipitación de AgCN sólido tiene lugar cuando se añade un exceso de Ag⁺ a la solución, por encima de la cantidad necesaria para completar la formación de $\text{Ag}{(\text{CN})}_2{}^{\text{–}}.$ ¿Cuántos gramos de NaCN había en la muestra original?

En solución acuosa diluida, el HF actúa como un ácido débil. Sin embargo, el HF líquido puro (punto de ebullición = 19,5 °C) es un ácido fuerte. En el HF líquido, el HNO₃ actúa como una base y acepta protones. La acidez del HF líquido puede aumentarse añadiendo uno de los diversos fluoruros inorgánicos que son ácidos de Lewis y aceptan el ion de F^– (por ejemplo, BF₃ o SbF₅). Escriba ecuaciones químicas balanceadas para la reacción del HNO₃ puro con el HF puro y del HF puro con el BF₃.

El ácido bórico, H₃BO₃, no es un ácido de Brønsted-Lowry sino un ácido de Lewis.

(a) Escriba una ecuación para su reacción con el agua.

(b) Prediga la forma del anión formado de esta manera.

(c) ¿Cuál es la hibridación en el boro consistente con la forma que ha predicho?

Calcule la concentración de equilibrio de Ni²⁺ en una solución 1,0-M de [Ni(NH₃)₆](NO₃)₂.

Calcule la concentración de equilibrio de Cu²⁺ en una solución inicialmente con 0,050 M de Cu²⁺ y 1,00 M de NH₃.

Calcule la concentración de equilibrio de Fe³⁺ cuando se añade 0,0888 mol de K₃[Fe(CN)₆] a una solución con 0,00010 M de CN^–.

Calcule la solubilidad molar del Al(OH)₃ en una solución tampón con 0,100 M de NH₃ y 0,400 M ${\text{NH}}_4{}^{\mathrm{+}}.$

¿Cuál es la solubilidad molar del BaSO₄ en una solución de 0,250-M de NaHSO₄? K_a para ${\text{HSO}}_4{}^{\text{–}}$ = 1,2 $\times$ 10^–2.

¿Cuál es la solubilidad molar del Pb(OH)₂ en una solución 0,138-M de CH₃NH₂?

Una solución 0,125-M de Mn(NO₃)₂ está saturada de H₂S ([H₂S] = 0,10 M). ¿A qué pH empieza a precipitar el MnS?

$\text{MnS}(s)\rightleftharpoons {\text{Mn}}^{\text{2+}}(aq)+{\text{S}}^{\text{2−}}(aq)K_{\text{sp}}=\mathrm{2,3}\times {10}^{\text{-13}}$

${\text{H}}_2\text{S}(aq)+2{\text{H}}_2\text{O}(l)\rightleftharpoons 2{\text{H}}_3{\text{O}}^{\text{+}}(aq)+{\text{S}}^{\text{2−}}(aq)K=\mathrm{1,0}\times {10}^{\text{-26}}$

La siguiente pregunta fue tomada de un examen de Química de nivel avanzado y se utiliza con el permiso del Educational Testing Service.

Resuelva el siguiente problema:

${\text{MgF}}_2(s)\rightleftharpoons {\text{Mg}}^{\text{2+}}(aq)+2{\text{F}}^{\text{–}}(aq)$

En una solución saturada de MgF₂ a 18 °C, la concentración de Mg²⁺ es de 1,21 $\times$ 10^–3 M. El equilibrio viene representado por la ecuación anterior.

(a) Escriba la expresión de la constante de solubilidad-producto, K_sp, y calcula su valor a 18 °C.

(b) Calcule la concentración de equilibrio de Mg²⁺ en 1,000 L de solución saturada de MgF₂ a 18 °C a la que se han añadido 0,100 mol de KF sólido. El KF se disuelve completamente. Supongamos que el cambio de volumen es insignificante.

(c) Prediga si se formará un precipitado de MgF₂ cuando 100,0 mL de una solución 3,00 $\times$ 10^–3-M de Mg(NO₃)₂ se mezcla con 200,0 mL de una solución 2,00 $\times$ 10^–3-M de NaF a 18 °C. Muestre los cálculos para respaldar su predicción.

(d) A 27 °C la concentración de Mg²⁺ en una solución saturada de MgF₂ es de 1,17 $\times$ 10^–3 M. ¿La disolución de MgF₂ en agua es un proceso endotérmico o exotérmico? Dé una explicación para respaldar su conclusión.

¿Cuál de los siguientes compuestos, cuando se disuelve en una solución 0,01-M de HClO₄, tiene una solubilidad mayor que en el agua pura: AgBr, BaF₂, Ca₃(PO₄)₂, ZnS, PbI₂? Explique su respuesta.

¿Cuál es el efecto sobre la cantidad de CaHPO₄ que se disuelve y las concentraciones de Ca²⁺ y ${\text{HPO}}_4{}^{\text{2−}}$ cuando se añade cada uno de los siguientes elementos a una mezcla de CaHPO₄ sólido y agua en equilibrio?

(a) CaCl₂

(b) HCl

(c) KClO₄

(d) NaOH

(e) CaHPO₄