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Equilibrios de-solubilidad

SOLUBILIDAD, PROBLEMAS

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EQUILIBRIOS DE SOLUBILIDAD
EJERCICIOS Y PROBLEMAS RESUELTOS
PROBLEMA 1.- Una disolución saturada de tetraoxofosfato (V) de plata,
contiene 3,4·10
−5
moles por litro de ion fosfato. Calcula el producto de
solubilidad de dicha sal.
Solución:
Si la disolución está saturada el Ag
3
PO
4
(s) está en equilibrio con sus iones
disueltos, y llamando “S” a la solubilidad:
Ag
3
PO
4
(s) ⇔ 3 Ag
+
(aq) + PO
4
3−
(aq)
(Eq) 3S S
Kps = [Ag
+
]
3
[PO
4
3−
] Kps = (3S)
3
· S = 3
3
· S
4
= 27 (3,4·10
−5
)
4
Kps = 3,61·10
−17
PROBLEMA 2.- Para preparar 250 ml de disolución saturada de bromato de
plata se usaron 1,75 g de esta sal. Hallar el Kps del bromato de plata.(Ar:Br=80
Ag=107,87 O=16)
Solución
La solubilidad del AgBrO
3
será:
Equilibrio de solubilidad:
AgBrO
3
(s) ⇔ Ag
+
(aq) + BrO
3
−
(aq)
(Eq) S S
Kps = S·S = 0,03
2
= 9·10
−4
PROBLEMA 3- Una disolución saturada de CaF
2
(aq) está en equilibrio con
CaF
2
(s). Indica qué sucederá si: A) Se añaden 1,5 g de fluoruro de sodio
soluble. B) Se añaden 1,5 g de fluoruro de calcio. C) Se añaden 5 ml de agua.
Solución:
Aplicando el Principio de Le Chatelier al equilibrio heterogéneo:
CaF
2
(s) ⇔ 2 F
−
(aq) + Ca
2+
(aq)
A) El NaF en disolución se disocia según: NaF(s) → Na
+
(aq) + F
−
(aq) luego
producirá un aumento en la concentración de F
−
(aq), por tanto, el equilibrio se
desplazará en el sentido inverso para minimizar la perturbación producida, esto
es, para consumir F
−
.
B) El aumento de la cantidad de CaF
2
(s) no modifica el equilibrio, ya que, una
vez saturada una disolución, es indiferente la cantidad de soluto sólido que
haya en contacto con la disolución.
C) Al añadir agua las concentraciones se hacen menores, y el sistema
evolucionará en el sentido directo para restablecerlas.
PROBLEMA 4.- Una disolución saturada de hidróxido de cinc tiene un pH =
8,35. Hallar su pKs
Ecuación del equilibrio: Zn(OH)
2
(s) ⇔ Zn
2+
(aq) + 2 OH
−
(aq)
S 2S
El pH = 8,35 ⇒ pOH = 14-8,35 = 5,65 ⇒ [OH
−
] = 2S = 10
−5,65
⇒ S = 1,12·10
−6
M
Kps= S (2S)
2
= 4S
3
= 4·(1,1·10
−6
)
3
Kps = 5,61·10
−18
pKps = -log 5,61·10
−18
=
17,251
PROBLEMA 5.- La solubilidad del Mn(OH)
2
en agua es de 0,0032 g/l. Hallar su
Kps y el pH necesario para que no precipite el hidróxido de manganeso (II) en
una disolución que es 0'06 M en Mn
2+
(Masa molecular (Mr) del Mn(OH)
2
= 89)
Expresemos la solubilidad en mol/litro:
Mn(OH)
2
(s) ⇔ Mn
2+
(aq) + 2 OH
−
(aq)
Eq) S 2S
Kps = 3,6·10
−5
(2·3,6·10
−5
)
2
= 1,86·10
−13
La precipitación comienza en el momento en que se satura la disolución,
entonces se cumple: Kps = [Mn
2+
] [OH
−
]
2
, si [Mn
2+
] = 0,06 M:
[ ] √ 1,76.10-6
pH = 14-pOH = 14 + log 1,76·10
−6
= 8,245
Para que no haya precipitación: [OH
−
] < 1,76·10
−6
M, luego pH < 8,245
PROBLEMA 6.- Se mezclan 3.10
−5
moles de sulfato de hierro (III) y 10
−5
moles
de hidróxido de bárico, con agua hasta un litro de disolución. ¿Se formará
precipitado?. Justificar la respuesta numéricamente.
K
ps
(BaSO
4
)= 1,5·10
−9
, K
ps
(Fe(OH)
3
) = 6·10
−38
.
El sulfato de hierro(III) es soluble, luego:
Fe
2
(SO
4
)
3
(s) → 2 Fe
3+
(aq) + 3 SO
4
2−
(aq)
2S 3S
3·10
−5
M → 6·10
−5
M 9·10
−5
M
El hidróxido de bario es soluble,luego:
Ba(OH)
2
(s) → 2 OH
−
(aq) + Ba
2+
(aq)
2S S
10
−5
M → 2·10
−5
M 10
−5
M
a) K
ps
(BaSO
4
)= 1,5·10−9, BaSO4(s) ⇔ Ba2+(aq) + SO4
2− (aq)
Qs= [ ][ ] 9.10-10 Qs < Kps ;
El BaSO4 no precipita
b) K
ps
(Fe(OH)
3
) = 6·10
−38
. Fe(OH)3(s) ⇔ Fe3+(aq) + 3 OH− (aq)
[ ][ ] = ( 6.10-5
)(2.10-5
)2
= 9.10-9
Qs > K
ps:
El Fe(OH)3 precipita
PROBLEMA 7.- A una disolución 0,1 M en Ca
2+
y 0,1 M en Ba
2+
se añade
lentamente sulfato de sodio.
(A) Hallar la concentración de SO
4
2−
cuando aparece el primer precipitado.
(B) Hallar las concentraciones de Ca
2+
y Ba
2+
cuando comienza a aparecer el
segundo precipitado.
K
ps
(CaSO
4
) = 2,4·10
−5
, K
ps
(BaSO
4
) = 1,1·10
−10
Solución
El sulfato de sodio es una sal soluble, luego a medida que llegue a la
disolución se disolverá y se disociará completamente : Na
2
SO
4
(s) → 2 Na
+
(aq)
+ SO
4
=
(aq)
El CaSO
4
(s) comenzará a precipitar cuando: 2,4·10
−5
= 0,1·[SO
4
=
] ⇒[SO
4
=
] =
2,4·10
−4
M
El BaSO
4
(s) comenzará a precipitar cuando: 1,1·10
−10
= 0,1·[SO
4
=
] ⇒[SO
4
=
] =
1,1·10
−9
M
Es evidente que precipitará primero el BaSO
4
(s), pues precisa de una menor
concentración de anión sulfato, esta concentración es: [SO
4
=
] = 1,1·10
−9
M
Para que empiece a precipitar el CaSO
4
(s):
[SO
4
=
] = 2,4·10
-4
M, y [Ca
2+
] = 0,1 M.
Como la disolución sigue estando saturada en BaSO
4
, tenemos ahora una
disolución en la que hay dos equilibrios de solubilidad simultáneos. Por tanto
deberá seguir cumpliéndose:
1,1·10
−10
= [Ba
2+
] [SO
4
=
] = [Ba
2+
]·2,4·10
−4
⇒ [Ba
2+
]·= 4,58·10
−7
M
EJERCICIOS Y PROBLEMAS PROPUESTOS
1.- Una disolución de AgCl está saturada cuando la concentración de Ag
+
es
1,3·10
−5
M, hallar el Kps del AgCl. R// 1,69·10
−10
2.- ¿Cuántos moles de yodato de cobre (II) se pueden disolver en 5 litros de
agua si su producto de solubilidad es Kps = 7,4·10
−8
?. R// 0,013 moles
3.- Sabiendo que los Kps del cloruro de plata y del fosfato de plata son,
respectivamente, 1,7·10
−10
y 1,8·10
−18
, ¿cuál de estas sales es más soluble?
R// El fosfato de plata
4.- Se tiene el sistema en equilibrio: Fe(OH)
2
(s) = Fe
+2
(aq) + 2 OH
−
(aq). Explica
cómo se modifica la solubilidad del Fe(OH)
2
: 1) Cuando se añade Fe(OH)
2
(s).
2) Al disminuir el pH.
R// 1) No se altera 2) Aumenta
5.- El hidróxido de calcio es poco soluble. Se dispone de 100 ml. de una
disolución saturada de dicho hidróxido. Razonar si la masa del sólido, en esa
disolución aumenta, disminuye o no se altera al añadir : a) agua b)disolución de
NaOH c) disolución de HCl d) disolución de CaCl
2
.
R// a)Disminuye b)aumenta c)disminuye d)aumenta
6- Tenemos hidróxido de manganeso(II)(s) en el fondo de una disolución del
mismo y en equilibrio con sus correspondientes iones. Explica que sustancia
podríamos añadir si queremos: a)Disolver el precipitado. b)Aumentar la
cantidad de precipitado.
R// a)Un ácido, (p.ej.HCl(aq)) b)Un hidróxido soluble, (p.ej NaOH) o un
compuesto de Mn
2+
7.- El Kps del sulfato de plomo (II) es 2·10
-8
. Hallar la concentración de Pb
+2
en
una disolución en la que la concentración de sulfato de sodio es 0'142 g/l.
(Ar:Na=23 S=32 O=16) R// 2.10
-5
8.- Se tiene una disolución de nitrato de plata y se añade cromato potásico
sólido hasta que la concentración de CrO
4
=
= 0,001 M. Calcular la
concentración de Ag
+
en la disolución resultante.
Producto de solubilidad del cromato de plata es 2·10
-12
R// 4,47·10
-5
M
9.- El Kps del BaF
2
es 1,7·10
-6
. Hallar la solubilidad en g/l del fluoruro de bario y
los gramos de NaF(s) que se deben añadir a 100 ml de disolución 0,005 M de
nitrato de bario para iniciar la precipitación de fluoruro de bario. (Ar:F=19
Ba=137,34 Na=23) R// 1,32 g/l 0,07745 g.
10.- ¿Precipitará carbonato de cinc al mezclar 50 ml de carbonato de sodio
0,01 M con 200 ml de nitrato de cinc 0,05 M?. Kps del carbonato de cinc =
2,2·10
-11
. R// Se formará precipitado
11-.- La solubilidad del carbonato de plata es 0,0032 g/100 ml. Halla su Kps.
¿Se formará precipitado cuando se mezclan 30 ml de disolución de carbonato
de sodio 0,8 M con 450 ml de disolución de nitrato de plata 0,5 M?.(Ar:
Ag=1O7,87 O=16 C=12)
R// Kps=6,24.10
-12
Habrá precipitación
12- Se mezclan volúmenes iguales de disoluciones, 10
-3
M de carbonato de
sodio, y 10
-4
M de cloruro de bario. Determinarar si precipitará carbonato de
bario, si su Kps es 8·10
-9
.
R// Se formará precipitado
13.- Una disolución acuosa tiene, en idénticas concentraciones, iones cloruro,
yoduro y cromato, que pueden precipitar con el ion plata. ¿En qué orden
precipitarán las correspondientes sales de plata al ir agregando paulatinamente
una disolución acuosa de nitrato de plata?. Los Kps del cloruro de plata, yoduro
de plata y cromato de plata son respectivamente, 1,7·10
-10
1,5·10
-16
y 1,9·10
-12
.
R// 1º yoduro de plata, 2º cloruro de plata y 3º cromato de plata
14.- Se tiene una disolución que es 0,001 M en Sr
+2
y 2 M en Ca
+2
y se le añade
lentamente sulfato de sodio sólido, que es soluble. Hallar el catión que
precipitará en primer lugar y su concentración cuando empiece a precipitar el
otro catión. Los Kps del sulfato de estroncio y sulfato de calcio son
respectivamente 7,6·10
-7
y 2,4·10
-5
. R// precipita el Ca
+2
0,0316 M
15- El pH de una disolución saturada de hidróxido de calcio tiene el valor de
12,434. Calcular la solubilidad y el pK
ps
del hidróxido de calcio. ¿Cuántos
gramos de hidróxido de calcio precipitan si se mezclan 250 ml de disolución
0,01 M de nitrato de calcio con 50 ml de disolución 0,1 M de hidróxido de sodio.
R// 0,0136 M pKps=5 No hay precipitación

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Equilibrios de-solubilidad

  • 1. EQUILIBRIOS DE SOLUBILIDAD EJERCICIOS Y PROBLEMAS RESUELTOS PROBLEMA 1.- Una disolución saturada de tetraoxofosfato (V) de plata, contiene 3,4·10 −5 moles por litro de ion fosfato. Calcula el producto de solubilidad de dicha sal. Solución: Si la disolución está saturada el Ag 3 PO 4 (s) está en equilibrio con sus iones disueltos, y llamando “S” a la solubilidad: Ag 3 PO 4 (s) ⇔ 3 Ag + (aq) + PO 4 3− (aq) (Eq) 3S S Kps = [Ag + ] 3 [PO 4 3− ] Kps = (3S) 3 · S = 3 3 · S 4 = 27 (3,4·10 −5 ) 4 Kps = 3,61·10 −17 PROBLEMA 2.- Para preparar 250 ml de disolución saturada de bromato de plata se usaron 1,75 g de esta sal. Hallar el Kps del bromato de plata.(Ar:Br=80 Ag=107,87 O=16) Solución La solubilidad del AgBrO 3 será: Equilibrio de solubilidad: AgBrO 3 (s) ⇔ Ag + (aq) + BrO 3 − (aq) (Eq) S S Kps = S·S = 0,03 2 = 9·10 −4 PROBLEMA 3- Una disolución saturada de CaF 2 (aq) está en equilibrio con CaF 2 (s). Indica qué sucederá si: A) Se añaden 1,5 g de fluoruro de sodio soluble. B) Se añaden 1,5 g de fluoruro de calcio. C) Se añaden 5 ml de agua. Solución: Aplicando el Principio de Le Chatelier al equilibrio heterogéneo: CaF 2 (s) ⇔ 2 F − (aq) + Ca 2+ (aq) A) El NaF en disolución se disocia según: NaF(s) → Na + (aq) + F − (aq) luego producirá un aumento en la concentración de F − (aq), por tanto, el equilibrio se desplazará en el sentido inverso para minimizar la perturbación producida, esto es, para consumir F − .
  • 2. B) El aumento de la cantidad de CaF 2 (s) no modifica el equilibrio, ya que, una vez saturada una disolución, es indiferente la cantidad de soluto sólido que haya en contacto con la disolución. C) Al añadir agua las concentraciones se hacen menores, y el sistema evolucionará en el sentido directo para restablecerlas. PROBLEMA 4.- Una disolución saturada de hidróxido de cinc tiene un pH = 8,35. Hallar su pKs Ecuación del equilibrio: Zn(OH) 2 (s) ⇔ Zn 2+ (aq) + 2 OH − (aq) S 2S El pH = 8,35 ⇒ pOH = 14-8,35 = 5,65 ⇒ [OH − ] = 2S = 10 −5,65 ⇒ S = 1,12·10 −6 M Kps= S (2S) 2 = 4S 3 = 4·(1,1·10 −6 ) 3 Kps = 5,61·10 −18 pKps = -log 5,61·10 −18 = 17,251 PROBLEMA 5.- La solubilidad del Mn(OH) 2 en agua es de 0,0032 g/l. Hallar su Kps y el pH necesario para que no precipite el hidróxido de manganeso (II) en una disolución que es 0'06 M en Mn 2+ (Masa molecular (Mr) del Mn(OH) 2 = 89) Expresemos la solubilidad en mol/litro: Mn(OH) 2 (s) ⇔ Mn 2+ (aq) + 2 OH − (aq) Eq) S 2S Kps = 3,6·10 −5 (2·3,6·10 −5 ) 2 = 1,86·10 −13 La precipitación comienza en el momento en que se satura la disolución, entonces se cumple: Kps = [Mn 2+ ] [OH − ] 2 , si [Mn 2+ ] = 0,06 M: [ ] √ 1,76.10-6 pH = 14-pOH = 14 + log 1,76·10 −6 = 8,245 Para que no haya precipitación: [OH − ] < 1,76·10 −6 M, luego pH < 8,245 PROBLEMA 6.- Se mezclan 3.10 −5 moles de sulfato de hierro (III) y 10 −5 moles de hidróxido de bárico, con agua hasta un litro de disolución. ¿Se formará precipitado?. Justificar la respuesta numéricamente. K ps (BaSO 4 )= 1,5·10 −9 , K ps (Fe(OH) 3 ) = 6·10 −38 . El sulfato de hierro(III) es soluble, luego: Fe 2 (SO 4 ) 3 (s) → 2 Fe 3+ (aq) + 3 SO 4 2− (aq) 2S 3S
  • 3. 3·10 −5 M → 6·10 −5 M 9·10 −5 M El hidróxido de bario es soluble,luego: Ba(OH) 2 (s) → 2 OH − (aq) + Ba 2+ (aq) 2S S 10 −5 M → 2·10 −5 M 10 −5 M a) K ps (BaSO 4 )= 1,5·10−9, BaSO4(s) ⇔ Ba2+(aq) + SO4 2− (aq) Qs= [ ][ ] 9.10-10 Qs < Kps ; El BaSO4 no precipita b) K ps (Fe(OH) 3 ) = 6·10 −38 . Fe(OH)3(s) ⇔ Fe3+(aq) + 3 OH− (aq) [ ][ ] = ( 6.10-5 )(2.10-5 )2 = 9.10-9 Qs > K ps: El Fe(OH)3 precipita PROBLEMA 7.- A una disolución 0,1 M en Ca 2+ y 0,1 M en Ba 2+ se añade lentamente sulfato de sodio. (A) Hallar la concentración de SO 4 2− cuando aparece el primer precipitado. (B) Hallar las concentraciones de Ca 2+ y Ba 2+ cuando comienza a aparecer el segundo precipitado. K ps (CaSO 4 ) = 2,4·10 −5 , K ps (BaSO 4 ) = 1,1·10 −10 Solución El sulfato de sodio es una sal soluble, luego a medida que llegue a la disolución se disolverá y se disociará completamente : Na 2 SO 4 (s) → 2 Na + (aq) + SO 4 = (aq) El CaSO 4 (s) comenzará a precipitar cuando: 2,4·10 −5 = 0,1·[SO 4 = ] ⇒[SO 4 = ] = 2,4·10 −4 M El BaSO 4 (s) comenzará a precipitar cuando: 1,1·10 −10 = 0,1·[SO 4 = ] ⇒[SO 4 = ] = 1,1·10 −9 M
  • 4. Es evidente que precipitará primero el BaSO 4 (s), pues precisa de una menor concentración de anión sulfato, esta concentración es: [SO 4 = ] = 1,1·10 −9 M Para que empiece a precipitar el CaSO 4 (s): [SO 4 = ] = 2,4·10 -4 M, y [Ca 2+ ] = 0,1 M. Como la disolución sigue estando saturada en BaSO 4 , tenemos ahora una disolución en la que hay dos equilibrios de solubilidad simultáneos. Por tanto deberá seguir cumpliéndose: 1,1·10 −10 = [Ba 2+ ] [SO 4 = ] = [Ba 2+ ]·2,4·10 −4 ⇒ [Ba 2+ ]·= 4,58·10 −7 M
  • 5. EJERCICIOS Y PROBLEMAS PROPUESTOS 1.- Una disolución de AgCl está saturada cuando la concentración de Ag + es 1,3·10 −5 M, hallar el Kps del AgCl. R// 1,69·10 −10 2.- ¿Cuántos moles de yodato de cobre (II) se pueden disolver en 5 litros de agua si su producto de solubilidad es Kps = 7,4·10 −8 ?. R// 0,013 moles 3.- Sabiendo que los Kps del cloruro de plata y del fosfato de plata son, respectivamente, 1,7·10 −10 y 1,8·10 −18 , ¿cuál de estas sales es más soluble? R// El fosfato de plata 4.- Se tiene el sistema en equilibrio: Fe(OH) 2 (s) = Fe +2 (aq) + 2 OH − (aq). Explica cómo se modifica la solubilidad del Fe(OH) 2 : 1) Cuando se añade Fe(OH) 2 (s). 2) Al disminuir el pH. R// 1) No se altera 2) Aumenta 5.- El hidróxido de calcio es poco soluble. Se dispone de 100 ml. de una disolución saturada de dicho hidróxido. Razonar si la masa del sólido, en esa disolución aumenta, disminuye o no se altera al añadir : a) agua b)disolución de NaOH c) disolución de HCl d) disolución de CaCl 2 . R// a)Disminuye b)aumenta c)disminuye d)aumenta 6- Tenemos hidróxido de manganeso(II)(s) en el fondo de una disolución del mismo y en equilibrio con sus correspondientes iones. Explica que sustancia podríamos añadir si queremos: a)Disolver el precipitado. b)Aumentar la cantidad de precipitado. R// a)Un ácido, (p.ej.HCl(aq)) b)Un hidróxido soluble, (p.ej NaOH) o un compuesto de Mn 2+ 7.- El Kps del sulfato de plomo (II) es 2·10 -8 . Hallar la concentración de Pb +2 en una disolución en la que la concentración de sulfato de sodio es 0'142 g/l. (Ar:Na=23 S=32 O=16) R// 2.10 -5 8.- Se tiene una disolución de nitrato de plata y se añade cromato potásico sólido hasta que la concentración de CrO 4 = = 0,001 M. Calcular la concentración de Ag + en la disolución resultante. Producto de solubilidad del cromato de plata es 2·10 -12 R// 4,47·10 -5 M 9.- El Kps del BaF 2 es 1,7·10 -6 . Hallar la solubilidad en g/l del fluoruro de bario y los gramos de NaF(s) que se deben añadir a 100 ml de disolución 0,005 M de nitrato de bario para iniciar la precipitación de fluoruro de bario. (Ar:F=19 Ba=137,34 Na=23) R// 1,32 g/l 0,07745 g.
  • 6. 10.- ¿Precipitará carbonato de cinc al mezclar 50 ml de carbonato de sodio 0,01 M con 200 ml de nitrato de cinc 0,05 M?. Kps del carbonato de cinc = 2,2·10 -11 . R// Se formará precipitado 11-.- La solubilidad del carbonato de plata es 0,0032 g/100 ml. Halla su Kps. ¿Se formará precipitado cuando se mezclan 30 ml de disolución de carbonato de sodio 0,8 M con 450 ml de disolución de nitrato de plata 0,5 M?.(Ar: Ag=1O7,87 O=16 C=12) R// Kps=6,24.10 -12 Habrá precipitación 12- Se mezclan volúmenes iguales de disoluciones, 10 -3 M de carbonato de sodio, y 10 -4 M de cloruro de bario. Determinarar si precipitará carbonato de bario, si su Kps es 8·10 -9 . R// Se formará precipitado 13.- Una disolución acuosa tiene, en idénticas concentraciones, iones cloruro, yoduro y cromato, que pueden precipitar con el ion plata. ¿En qué orden precipitarán las correspondientes sales de plata al ir agregando paulatinamente una disolución acuosa de nitrato de plata?. Los Kps del cloruro de plata, yoduro de plata y cromato de plata son respectivamente, 1,7·10 -10 1,5·10 -16 y 1,9·10 -12 . R// 1º yoduro de plata, 2º cloruro de plata y 3º cromato de plata 14.- Se tiene una disolución que es 0,001 M en Sr +2 y 2 M en Ca +2 y se le añade lentamente sulfato de sodio sólido, que es soluble. Hallar el catión que precipitará en primer lugar y su concentración cuando empiece a precipitar el otro catión. Los Kps del sulfato de estroncio y sulfato de calcio son respectivamente 7,6·10 -7 y 2,4·10 -5 . R// precipita el Ca +2 0,0316 M 15- El pH de una disolución saturada de hidróxido de calcio tiene el valor de 12,434. Calcular la solubilidad y el pK ps del hidróxido de calcio. ¿Cuántos gramos de hidróxido de calcio precipitan si se mezclan 250 ml de disolución 0,01 M de nitrato de calcio con 50 ml de disolución 0,1 M de hidróxido de sodio. R// 0,0136 M pKps=5 No hay precipitación