Unidad I – Núcleo II

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EXPRESIÓN DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO EN UNA REACCIÓN QUÍMICA

En tu netbook hay mucha información……Buscá en el Escritorio del Alumno – Actividades – Física y Química – Tipos de reacciones químicas.

1) Luego de la lectura, sintetiza en un cuadro las clases de reacciones químicas que se han nombrado, y escribe brevemente las diferencias entre ellas.

Trabajaremos con una reacción química de combinación: El hidrógeno (gas incoloro) , combinado con iodo en el mismo estado(color violeta) , a 445°C, da como producto de la reacción ioduro de hidrógeno, gas incoloro.

445°C

H2 (g) + I2 (g) → 2HI (g)

Al cabo de un tiempo, si la temperatura permanece constante, se vuelve a percibir el color violeta, señal de que el ioduro de hidrógeno se descompone en parte para volver a dar hidrógeno y iodo.

En un momento la coloración se estabiliza, pues ambas reacciones se están dando simultáneamente: la combinación y la descomposición.

Se ha llegado al punto de EQUILIBRIO QUÍMICO.

La expresión de la constante de equilibrio (Keq) para esa reacción química, está dada por la razón entre la concentración de los producto y la concentración de los

reaccionantes de la reacción química

En general Si A + B → C + D [C] . [D]

Keq = --- [A] . [B]

[A]a Si la reacción es m M + n N → a A entonces Keq = --- [M]m. [N]n

Para el caso de la combinación de iodo e hidrógeno, para formar ioduro de hidrógeno: [IH]2

Keq = --- [H2] [I2]

2) Exprese la constante de equilibrio para las siguientes reacciones químicas:

a) N2O5 (g) → 2NO2 (g) + ½ O2 (g) [O2]1/2 . [NO2]2

Rta: Keq = --- [N2O5]

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c) En el caso de que algunos de los reaccionantes o productos se encuentre en estado sólido, no aparecen en la expresión de la constante de equilibrio ya que los sólidos tienen concentración constante.

[SO2]

CuS (s) + O2 (g) → Cu (s) + SO2 (g) Keq = ---

[O2]

EL COMPORTAMIENTO DE ACIDOS Y BASES

LA LLUVIA ÁCIDA: Investigue en cualquier texto y con otro recurso en qué consiste el fenómeno de la lluvia ácida, y luego conteste:

a) ¿Cuáles son los ácidos que acidifican el agua de lluvia?.¿Cuál es su origen? b) ¿Qué ácido formará el dióxido de carbono?. Escriban la ecuación

correspondiente, indicando los números de oxidación.

c) Plantee las ecuaciones de formación del ácido nítrico y del ácido sulfúrico.

Dos tipos de sustancias: los ácidos y las bases

1. Armar un cuadro con los distintos ácidos y bases planteados en el siguiente texto. Encabece el cuadro con: Nombre del ácido Uso y característica

“Los ácidos y las bases son sustancias muy usadas en nuestras actividades. Algunos ácidos forman parte de nuestros alimentos, como el ácido cítrico que está en las naranjas y los limones; el ácido láctico en el yogurt y el ácido acético en el vinagre. La vitamina C, que es ácido ascórbico, está en los frutos cítricos, en los tomates, en los kiwis, etc. Las hormigas, cuando pican, inoculan bajo la piel ácido fórmico.

En nuestro estómago hay ácido clorhídrico, necesario para las primeras etapas de la digestión. Precisamente un exceso de este ácido produce la acidez gástrica que se busca aliviar tomando medicamentos antiácidos, de acción contraria a la de los ácidos, que se llaman bases. Ácidos y bases se neutralizan y así se alivia la acidez estomacal.

Los productos básicos que alguna vez habrán usado son, entre otros, el bicarbonato de sodio, el amoníaco, los detergentes, los limpiadores potentes como la soda cáustica, la leche de magnesia, la lavandina ,etc.

En este tema aprenderán a reconocer ácidos y bases, y profundizaremos el estudio de los más importantes. Ya los alquimistas observaron que muchas sustancias al disolverse en agua mostraban una serie de propiedades comunes, como un sabor agrio y la capacidad de reaccionar en contacto con metales, como el zinc o el magnesio, desprendiendo gas hidrógeno. A esas sustancias se las llamó ácidos”

Extraído del libro Química – Ed. Kapelusz – Autoras: Dora O.T. de Chandías y Catalina S. de Weitz

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2. ¿Qué característica presentaban los ácidos para los alquimistas?

3. Los alquimistas llegaron a la conclusión, de que los ácidos deberían tener algo en su composición química que los hacía actuar de la misma manera. Hoy sabemos que los ácidos tienen en común la presencia de un átomo de H

4. Con los siguientes ejemplos planteados: plantear las ecuaciones de disociación, indicar los números de oxidación de cada caso.

HNO3 ácido nítrico

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HCl ácido clorhídrico CH3COOH ácido acético

H2SO4 ácido sulfúrico

H2S ácido sulfhídrico

5. Entre las sustancias que el texto denomina “bases” un grupo que se destacan son los hidróxidos. Los hidróxidos tienen el común el grupo OH (llamado grupo hidroxilo u oxhidrilo). Plantea la ecuación de disociación e indica los números de oxidación de cada caso:

Recuerda O-2H+1 por lo tanto el grupo tiene número de oxidación -1 (OH)-1

NaOH hidróxido de sodio KOH hidróxido de potasio Ca(OH)2 hidróxido de calcio

Al(OH)3 hidróxido de aluminio

Mg(OH)2 hidróxido de magnesio

Fe(OH)3 hidróxido de hierro (III) o hidróxido férrico

Lea atentamente el siguiente texto:

“Estas dos clases de compuestos (ácidos y bases) son muy usados en los laboratorios, y para reconocerlos se usan ciertas sustancias que tienen la propiedad de tomar un color cuando están en contacto con un ácido y otro diferente con las bases. Esas sustancias, muy útiles, se llaman indicadores. Hay indicadores que pueden obtenerse de vegetales, como algunas flores, el repollo rojo o las remolachas; otros son sintéticos. En el

laboratorio, el más conocido es el tornasol que se extrae de ciertos líquenes”.

Extraído del libro Química – Ed. Kapelusz – Autoras: Dora O.T. de Chandías y Catalina S. de Weitz

Indicador del Medio Medio ácido Medio básico Tornasol Varía de azul a rojo Varía de rojo a Azul

Fenolftaleína incoloro Rojo-violáceo

Rojo de Metilo rojo Amarillo

Azul de bromotimol amarillo azul

6. ¿Qué son los indicadores? Ejemplifique.

PARA LAS SIGUIENTES PREGUNTAS PUEDE RECURRIR AL TEXTO MENCIONADO (a disposición en la Biblioteca de la Escuela) o cualquier otro texto o material de consulta.

7. Definir electrolitos

8. Explicar la teoría de Arrhenius para los ácidos y para las bases. Ejemplifique las ecuaciones.

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11. A partir del siguiente cuadro, y con los textos transcriptos más arriba…….

Extraído del libro Química – Ed. Kapelusz – Autoras: Dora O.T. de Chandías y Catalina S. de Weitz

Completar:

El ácido……… que se encuentra en el vinagre se utiliza con los alimentos. El ácido sulfúrico destruye los…………..orgánicos.

El ………..son capaces de disolver metales. En las bebidas gaseosas se encuentra……….. La potasa cáustica……….quema a los tejidos orgánicos. 12.- A elección señalar características de 3 ácidos y 3 bases.

13. Definir ácido y base según la Química, indicar concentración de iones. 14. ¿Cuándo un ácido es fuerte? ¿Cuándo una base es fuerte?

15. Explicar los ácidos y las bases débiles. Escribir ecuaciones.

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El comportamiento ácido-base del agua. Auto protólisis del agua

Las moléculas de agua, en una proporción pequeña, reaccionan entre sí para dar iones hidroxilo e hidronio. Una molécula actúa como base y otra como ácido. La que actúa como ácido transfiere un protón a otra molécula que se comporta como una base, y equilibra la reacción.

H2O (l) + H2O (l) ↔ OH- (aq) + H3O+ (aq)

Dos moléculas de agua ión hidroxilo ión hidronio

[H3O+] . [OH-]

La expresión de su constante de equilibrio es Keq = --- [H2O]2

Como las moléculas de agua que actúan, son pocas, la concentración de agua puede considerarse constante. Si la multiplicamos por la Keq, entonces la expresión es:

Kw = [H3O+] .[ OH-]

Este constante de equilibrio del agua, se denomina producto iónico del agua. Su valor a temperatura de 25°C es 1,00 . 10-14. Como en el agua pura, la concentración de ambos iones es la misma, se puede considerar que:

[H3O+] = [OH-] = 1,00 . 10 -7 mol/l

 Si una solución acuosa tiene la misma concentración de iones hidronios que de iones hidroxilos, se considera neutra.

 Si al agregar una sustancia, la concentración de iones hidronios aumenta (y por lo tanto disminuye la concentración de iones hidroxilos para equilibrar), se dice que la solución es ácida [H3O+] > 1,00 . 10-7

 Si al agregar una sustancia, la concentración de iones hidroxilos aumenta (y por lo tanto disminuye la concentración de iones hidronio para equilibar), se dice que la solución es básica [OH-] > 1,00 . 10-7

Entonces……para expresar el grado de acidez de una solución acuosa, se utiliza la expresión del pH, ya que utilizar las concentraciones no tiene sentido por ser estas muy pequeñas.

El pH de una solución se define como el logaritmo decimal de la concentración molar de iones hidronio, cambiado de signo.

ACTUALMENTE EL IÓN HIDRONIO (H3O+) HA SIDO CAMBIADO POR LA EXPRESIÓN H+

Escalas de pH:

A continuación te presentamos una escala de pH (Extraído del libro Química – Ed. Kapelusz –

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ALGUNOS CÁLCULOS DE pH

1.- Calcule el pH y el pOH de soluciones en las cuales la concentración Ión hidrógeno, expresada en mol/l de Sc es:

a) 2,5.10-3 b) 1,8.10-10 c) 1,0 . 10-7 d) 1,0 . 10-14

1

Rta: a) pH = log --- pH = 2,6 pOH = 11,4 2,5 . 10-3

Recuerde que el pOH es la diferencia entre 14 y el valor del pOH Uso de la calculadora:

Log (1 / (2,5x10-3)) = 2,6 Calcula vos el b) c) y d).

Respuestas: b) pH = 9,74 pOH = 4,26 c) pH = 7 pOH = 7 d) pH = 14 pOH = 0

2) Calcule la concentración de ión hidrógeno en soluciones cuyos pH son:

a) 0,7 b) 2,8 c) 12,3 d) 14,1

1 1 Respuesta de a) si pH = log --- 0,7 = log --- [ H+] [H+]

Con la calculadora: 1 : schift log 0,7 = 0,1996 = 0,2 = 2.10-1

Entonces [H+] = 2. 10 -1 es la concentración de hidrógeno presente en la solución

Calcula vos el b) c) y d)

Respuestas: b) [H+] = 1,6 . 10-3 c) [H+] = 5.10-13 d) [H+] = 7,94.10-5

3) Clasifique las soluciones de los puntos anteriores en básicas o ácidas según valor de pH.

4) Suponiendo disociación electrolítica total, calcule el pH de =

a) la solución de ácido nítrico 3 M. Formule el ácido y plantee la ecuación de disociación

HNO3 ---H+ + NO3- 3M pH = log 1 / 3

pH = -0,47 pOH = 14,47 (14 – (-0,47))

b) Una solución de ácido sulfúrico 2.10-2 M. Formule el ácido y plantee la ecuación. Recordar que para el ácido diprótico se multiplica la [H+] . 2

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1

pH = log --- pH = 1,39 pOH= 12,61 0,04

c)Una solución de hidróxido de sodio 1M. Formule el hidróxido y plantee la ecuación. Recordar que pH + pOH = 14

Respuesta: pH = 14 pOH = 0

d) una solución de hidróxido de bario que presenta 2 moles de St en 3 l de Sc.. Formule el hidróxido, plantee la ecuación. Recuerde: 1) cuando el hidróxido es del tipo

Metal(OH)2, deberá multiplicar por 2 la [OH-] (igual que en el ejercicio anterior). 2) la

concentración para calculo de pH o pOH es mol/l; analizar los datos.

Respuesta: pH = -0,12 pOH = 14,12

Calcular el pH:

a. Para una solución de ácido clorhídrico al 1%m/m cuya densidad es de 1, 002 g/cm3 (considerar 1 g/cm3) Nota: deberá calcular: el volumen de Sc, en número de moles de St presentes en la Sc, el pH.

b. Para una Sc de ácido sulfúrico contiene 6 gramos de St disueltos en 750 gramos de agua, siendo la densidad de la Sc 1,05 g /cm

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Referencias

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