Práctica 13. Equilibrios de solubilidad. Química General II

Práctica 13.Equilibrio de solubilidad RESULTADOS DE LA PRIMERA PARTE. Solubilidad de distintos compuestos de Cu (II). Tabla 3. Solubilidad de distintos compuestos de cobre. Ecuación química de precipitación Observaciones CuSO4(ac) + Na2CO3(ac) → 1 + Na2SO4(ac) Se produce un precipitado azul verdoso. 1 + K4[Fe(CN)6](ac) → 2 + K2CO3(ac) Se forma un precipitado color café. 2 + NaOH(ac) → 3 + Na4[Fe(CN)6](ac) Se forma un precipitado azul. 3 + Na2S(ac) → 4 + NaOH(ac) Se forma un precipitado café oscuro. CUESTIONARIO 1. Considerando que todas las reacciones son de doble sustitución, escribe en la Tabla 4 las fórmulas y los nombres de los compuestos 1,2,3 y 4 Tabla 4. Compuestos de cobre (ll) como productos de precipitación 1 CuCO3 (Carbonato de cobre (II)) 3 Cu(OH)2 (Hidróxido de cobre (II)) 2 Cu2[Fe(CN)6] (Hexacianoferrato de cobre (II)) 4 CuS (Sulfuro de cobre (II)) 2. En las siguientes expresiones, en las que las concentraciones de las especies se expresan entre paréntesis cuadrados, coloca en cada caso el coeficiente necesario para expresar la relación entre la concentración de los aniones y los cationes al disolverse cada uno de los compuestos de cobre (ll) formados durante la práctica. [Cu2+] = 2 [OH-] 1/2 [Cu2+] = [OH-] [Cu2+] = 1/2 [Fe(CN)64-] 2 [Cu2+] = [Fe(CN)64-] 1 [Cu2+] = [CO32-] [Cu2+]= 1 [S-2] 3. En la Tabla 5 escribe los equilibrios de solubilidad para cada uno de los precipitados (pp) de cobre (ll) observados, así como la correspondiente expresión matemática de la constante de solubilidad en cada caso. Tabla 5. Equilibrios de solubilidad de los precipitados de sales de cobre (ll)  pp Equilibrios de solubilidad Expresión de la K ps Valor de la Kps Solubilidad molar de [Cu2+] 1 CuCO3(s) → Cu2+(ac)+CO2-3(ac) [𝐶𝑂₃2− ][𝐶𝑢2+ ] 1.4x10-10 1.18x10-10 M 1 2 Cu2[Fe(CN)6](s) → 2Cu2+(ac)+ [Fe(CN)6]4- [𝐶𝑢 ] [[Fe(𝐶𝑁)6 ]4− ] 2+ 2 1.3 x 10−16 6.38x10-6 M (ac) 1 3 Cu(OH)2(s) → Cu2+(ac)+2OH-(ac) 2.2 x 10−20 1.76x10-7 M [𝑂𝐻 − ]2 [𝐶𝑢2+ ] 1 4 CuS(s) → Cu2+(ac)+S2-(ac) [𝑆 2− ][𝐶𝑢2+ ] 6.3x10-36 2.44x10-18 M 1 4. En la Tabla 6 y para cada caso expresa las ecuaciones que te permiten calcular los valores de solubilidad molar para cada uno de los compuestos poco solubles de cobre (ll). Tabla 6. Ecuaciones para el cálculo de los valores de solubilidad molar de los compuestos de cobre (ll) pp Operaciones pp Operaciones En la molécula CuCO3 , al disociarse, la Kps tiene un , En la molécula Cu2[Fe(CN)6]( , al disociarse, la Kps tiene valor x2 de acuerdo al balance de materia :- un valor 4x3 de acuerdo al balance de materia : 1 CuCO3(s) → Cu2+(ac) + CO2-3(ac) 2 Cu2[Fe(CN)6](s) → 2Cu2+(ac) + [Fe(CN)6]4-(ac) Conc.I. “A” Conc.I. “A” Se dis: X Se dis: X Al Eq: A-X X X Al Eq: A-X 2X X Despejando Despejando 1.4x10-10 = x2, 𝑥 = √1.4x10−10 = 1.18x10-5 M 3 1 1.3x10-16 = 4x3, 𝑥 = √ 1.3x10⁻ⁱ⁶ = 3.19x10-6 M 4 La molécula Cu(OH)2 al disociarse, la Kps tiene un En la molécula CuS, al disociarse, la Kps tiene un valor x2 valor de 4x3 según el balance: de acuerdo al balance de materia : 3 Cu(OH)2(s) → Cu2+(ac) + 2OH-(ac) 4 CuS(s) Cu2+(ac)+S2-(ac) Conc.I. “A” Conc.I. “A” Se dis: X Se dis: X Al Eq: A-X X 2X Al Eq: A-X X X Despejando 3 1 Despejando 2.2x10-20 = 4x3, 𝑥 = √ 2.2x10−20 = 1.76x10-7 M 6.3x10-36 = x2, 𝑥 = √6.3x10−36 = 2.51x10-18 M 4 5. Escribe la expresión de la constante de equilibrio para cada una de las siguientes reacciones y calcula su valor utilizando los datos de Kps de la Tabla 5. (Sugerencia: conviene multiplicar el numerador y el denominador en estas expresiones por [Cu2+] o por [Cu2+]2). Predecir hacia qué lado se desplazará el equilibrio en cada caso. NOTA: No olvides balancear las ecuaciones. Tabla 5.  [𝑆 2− ] Keq= [𝐶𝑂32− ] CuS(s) + CO32-(ac) CuCO3(S) + S2-(ac) [𝑆 2− ] [𝐶𝑢2+ ] 6.3𝑥10−36 Operaciones: [𝐶𝑂32− ] [𝐶𝑢2+ ] = = 4.5x10-26 1.4𝑥10−10 El equilibrio se desplaza hacia: reactivos [[[Fe(𝐶𝑁)6 ]4− ]] Cu2[Fe(CN)6](s) + 4OH-(ac) 2Cu(OH)2(s) + [Fe(CN)6] 4- (ac) Keq= [𝑂𝐻 − ]4 [[[Fe(𝐶𝑁)6 ]4− ]] [𝐶𝑢2+ ]2 1.3𝑥10−16 Operaciones: [𝑂𝐻 − ]4 [𝐶𝑢2+ ]2 = = 2.69x1023 (2.2𝑥10−20 )2 El equilibrio se desplaza hacia: productos 6. Ordena de menor a mayor solubilidad, los siguientes compuestos de cobre (ll): Cu(OH) 2, CuCO3, CuSO4, CuS y Cu2[Fe(CN)6]. CuS < CuCO3 < Cu(OH)2 < Cu2[Fe(CN)6] RESULTADOS DE LA SGUNDA PARTE. Factores que afectan la solubilidad. EFECTO DE LA TEMPERATURA 1. Escribe la ecuación química de la reacción que se llevó a cabo entre el nitrato de plomo(ll) y el yoduro de potasio. Anota las observaciones del experimento a 90°C. Ecuación química: 𝑃𝑏(𝑁𝑂3 )2 (𝑎𝑐) + 2𝐾𝐼(𝑎𝑐) → 𝑃𝑏𝐼2 (𝑠) ↓ + 2𝐾𝑁𝑂3 (𝑎𝑐) Observaciones: Al combinar los reactivos indicados del lado izquierdo de la ecuación, se formó un precipitado amarillo intenso, mismo que elevado a altas temperaturas, comenzó a disolverse, proceso revertido en un baño de agua fría. 2. Escribe la ecuación del equilibrio de solubilidad del producto poco soluble de la reacción anterior, y la correspondiente expresión del equilibrio de solubilidad. 𝑃𝑏𝐼2 (𝑠) ←→ 𝑃𝑏 2+ (𝑎𝑐) + 2𝐼 − (𝑎𝑐) [𝐼 − ]2 [𝑃𝑏 2+ ] 1 3. ¿Cómo afecta la temperatura a la solubilidad de las sales de plomo(ll)? La temperatura estimula las fuerzas de interacción entre los iones, lo que permite que las moléculas del solvente rompan con más efectividad los enlaces iónicos. EFECTO DEL IÓN COMÚN 4. Escribe la ecuación química de la reacción que se llevó a cabo entre el nitrato de plomo (ll) y el cloruro de sodio. Anota las observaciones antes y después de añadir más cloruro de sodio  Ecuación química: 𝑃𝑏(𝑁𝑂3 )2 (𝑎𝑐) + 2𝑁𝑎𝐶𝑙(𝑎𝑐) → 𝑃𝑏𝐶𝑙2 (𝑠) ↓ + 2𝑁𝑎𝑁𝑂3 (𝑎𝑐) Antes: La cantidad de precipitado blanquecino en ambos tubos es muy parecida. Después: Al añadir un exceso de ión cloruro, inmediatamente se produce más precipitado en ese tubo. 5. Escribe la ecuación del equilibrio de solubilidad del producto poco soluble de la reacción anterior, y la correspondiente expresión del producto de solubilidad. 𝑃𝑏𝐶𝑙2 (𝑠) ←→ 𝑃𝑏 2+ (𝑎𝑐) + 2𝐶𝑙 − (𝑎𝑐) [𝐶𝑙− ]2 [𝑃𝑏 2+ ] 1 6. Expresa la concentración de iones Cl en función de la concentración de iones Pb 2+, en una disolución saturada de - PbCl2. [Cl-] = 2 [Pb2+] 7. Expresa la concentración de iones Pb2+ en función de la concentración de iones Cl - en una disolución saturada de PbCl2. [Pb2+] = ½ [Cl-] 8. Calcula la solubilidad molar (S) del Pb2+ en una disolución saturada de PbCl2, sabiendo que su Kps es 2.4X10-4. Operaciones: La molécula Cu(OH)2 al disociarse, la Kps tiene un valor de 4x3 según el balance: 𝑃𝑏𝐶𝑙2 (𝑠) ←→ 𝑃𝑏 2+ (𝑎𝑐) + 2𝐶𝑙 − (𝑎𝑐) Despejando Conc.I. “A” Se dis: X 3 1 Al Eq: A-X X 2X 2.4x10-4 = 4x3, 𝑥 = √ 2.4x10−4 = 0.0391 M 4 9. ¿Cuál es la concentración de Cl- en estas mismas condiciones? 2(0.0391 M) = 0.0782M 10. Calcula la concentración de Pb2+ en una solución de Pb(NO3)2 a la que se ha añadido un excesos de NaCl, tal que la concentración final del ion cloruro, [Cl-]=0.1M 𝑃𝑏𝐶𝑙2 (𝑠) ←→ 𝑃𝑏 2+ (𝑎𝑐) + 2𝐶𝑙− (𝑎𝑐) [0.1]2 [X] = 2.4X10-4  0.024M 1 11. ¿Cómo afecta la presencia de un ion común a la solubilidad de las sales de plomo (ll)? Provoca que disminuya, ya que la constante de equilibrio relaciona el producto de las concentraciones de los iones, es decir, al aumentar una, disminuye la otra. Visto desde la ecuación química, si aumentamos la concentración de alguno de los productos, es decir, algún ión, el equilibrio se desplazará a la izquierda para compensarlo, generando más precipitado. EFECTO DEL PH 12. Escriba la ecuación química de la reacción que se llevó a cabo entre el sulfato de cobre (ll) y el hidróxido de sodio. Anota las observaciones después de agregar NaOH 0.1 M y H2SO4 6 M  Ecuación química: 𝐶𝑢𝑆𝑂4 (𝑎𝑐) + 2𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑎𝑐) → 𝐶𝑢(𝑂𝐻)2 (𝑠) ↓ + 𝑁𝑎2𝑆𝑂4 (𝑎𝑐) Al añadir NaOH 0.1 M: Precipitó un sólido gelatinoso azul. Al añadir H2SO4 6 M: En un principio, se disolvió el precipitado antes de agitar, y posterior a ello, la disolución se tornó de un color azul claro. 13. Escribe la ecuación del equilibrio de solubilidad del producto poco soluble de la reacción anterior y la correspondiente expresión del punto de solubilidad. 𝐶𝑢(𝑂𝐻)2 (𝑠) ←→ 𝐶𝑢2+ (𝑎𝑐) + 2𝑂𝐻 − (𝑎𝑐) [𝑂𝐻 − ]2 [𝐶𝑢2+ ] 1 14. Escribe la ecuación química dela reacción que se llevó a cabo entre este producto y el ácido sulfúrico. 𝐶𝑢(𝑂𝐻)2 (𝑠) + 𝐻2𝑆𝑂4 (𝑎𝑐) → 𝐶𝑢𝑆𝑂4 (𝑎𝑐) + 2𝐻20(𝑙) 15. ¿Cómo afecta el pH a la solubilidad de sales de cobre (II)? Las sales de cobre se vuelven más solubles en presencia de un ácido, ya que la adición de iones OH -, resultan en la producción de compuestos insolubles. PREGUNTA FINAL En sales poco solubles cuando el valor de Kps disminuye la solubilidad molar de la sal es menor REFERENCIAS  Brown, T., LeMay, H., Bursten, B. & Burdge, J. (2004). Química. La ciencia central. México: Pearson educación. pp 678-684.  Coello, R. Equilibrio químico homogéneo (en fase gas) y equilibrio químico heterogéneo (en dos fases). pp 19-22.