Exercicis resolts de química: Valoracions i piles electroquímiques
Valoració d'una solució d'amoníac
Es valoren 5,00 mL d'una solució d'amoníac amb una solució d'HCl 0,114 M i la corba de valoració obtinguda és la que es representa en la figura.
pH inicial i punt d'equivalència
Observeu la corba de valoració, indiqueu el pH inicial de la solució d'amoníac i raoneu el valor del pH en el punt d'equivalència.
- pH de la dissolució de NH₃: 11,50 (ordinada en l'origen).
- Raonament del pH en el punt d'equivalència: El pH és proper a 5 (regió àcida). En aquest punt, l'espècie predominant és el NH₄Cl. El catió amoni (NH₄⁺) és l'àcid conjugat de l'amoníac i experimenta la següent reacció d'hidròlisi: NH₄⁺ + H₂O ⇌ H₃O⁺ + NH₃, la qual justifica el caràcter àcid.
Càlcul de la concentració de NH₃
Segons la corba, el punt d'equivalència s'assoleix amb 25 mL d'HCl:
0,005 L · [NH₃] = 0,025 L · 0,114 M ⟹ [NH₃] = 0,570 M
Valoració de NaOH 0,456 M
Per a 5 mL de NaOH 0,456 M amb HCl 0,114 M:
- pH inicial: [OH⁻] = 0,456 M; pOH = -log(0,456) = 0,34; pH = 13,66.
- Punt d'equivalència: pH = 7,0 (base forta amb àcid fort).
- Volum d'HCl consumit: 0,005 L · 0,456 M = V · 0,114 M ⟹ V = 0,02 L = 20 mL.
Reaccions redox i piles electroquímiques
Disposem d'una làmina de zinc en una solució 1 M de sulfat de coure(II). Dades: E°(Zn²⁺/Zn) = -0,76 V i E°(Cu²⁺/Cu) = 0,34 V.
Reacció en el vas de precipitats
La reacció redox és: Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s).
Sobre el zinc es dipositarà una pàtina vermellosa de coure metàl·lic i la solució blava perdrà la seva coloració, quedant pràcticament incolora.
Esquema de la pila
L'esquema de la pila és: Zn(s) | Zn²⁺ (1 M) || Cu²⁺ (1 M) | Cu(s).
Força electromotriu (FEM) i càtode
El càtode és l'elèctrode amb el potencial de reducció més alt: Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s).
Càlcul de la FEM estàndard:
E°pila = E°càtode - E°ànode = 0,34 V - (-0,76 V) = 1,10 V