PAU Química 2023 · Juny · Sèrie 5 · Exercici 5

5. Arran de la pandèmia provocada pel coronavirus SARS-CoV-2, a mitjans de març de 2020 l’Agència Catalana de Seguretat Alimentària va publicar al seu web un conjunt de recomanacions de neteja i desinfecció d’instaŀlacions d’empreses alimentàries per a la prevenció d’aquest virus. L’Agència va recomanar l’ús, com a desinfectant, d’una solució d’hipoclorit de sodi (NaClO) al 0,1 % en massa, després de la neteja amb un detergent neutre. a) Escriviu la reacció de l’ió hipoclorit en aigua. Calculeu el pH, a 25 °C, de la solució desinfectant que recomanava l’Agència. Suposeu que la densitat de la solució és 1,00 g cm–3. [1,25 punts] b) Per a seguir un dels mètodes de fabricació d’hipoclorit de sodi, necessitem clor gasós (Cl2). Podem obtenir aquest clor principalment mitjançant l’electròlisi de clorur de sodi, emprant un càtode de mercuri i un ànode de titani: 2 Cl–(aq) + 2 Na+(aq) + Hg(l) → Cl2(g) + 2 NaHg(s) Efectuem l’electròlisi de 2,00 L d’una solució de NaCl emprant un corrent cons- tant de 4,00 A. Quina és la concentració de clor que hi haurà a la ceŀla electrolítica després de 180 minuts? [1,25 punts] Dades: Massa molar de l’hipoclorit de sodi (NaClO) = 74,5 g mol–1. Constant d’acidesa de l’àcid hipoclorós (HClO) a 25 °C: Ka = 3,2 × 10–8. Constant d’ionització de l’aigua a 25 °C: Kw = 1,0 × 10–14. Constant de Faraday: F = 9,65 × 104 C mol–1.

Pregunta 5a Escriure la reacció de l’ió hipoclorit en aigua ClO− + H2O ⇄ HClO + OH- [0,2 p] Calcular el pH de la solució de NaClO Dades: [NaClO] = 0,1% en massa Densitat de la solució de NaClO al 0,1% = 1,00 g/mL Massa molecular (NaClO) = 74,5 g/mol Calculem la concentració inicial de NaClO (o de ClO-) en mols/L [NaClO]o = (0,1 g NaClO / 100 g solució) x (1 mol NaClO / 74,5 g NaClO) x x (1 g solució / 1 mL solució) x (1000 mL solució / 1 L solució)  [NaClO]o = [ClO-]o = 0,0134 M [0,2 p] Càlcul de la Kb Ka · Kb = Kw  Kb = 1,0 x 10-14 / 3,2 x 10-8 Kb = 3,1 x 10-7 [0,2 p] Reacció d’equilibri àcid – base de l’ió ClO− (suposem 1 L de solució) ClO− + H2O ⇄ HClO + OH- Inicial 0,0134 Equilibri 0,0134 – x x x [0,1 p] Càlcul de la [OH-] Kb = [HClO] [OH-] / [ClO−] [0,1 p] 3,1x10-7 = [(x) · (x)] / (0,0134 – x) (Equació 1) Suposant que 0,0134 – x ≈ 0,0134  3,1x10-7 = x2 / 0,0134  x = (3,1x10-7 x 0,0134)1/2  x = 6,45 x 10-5  [OH-] = 6,45 x 10-5 M [0,25 p] Càlcul del pH Kw = [H3O+] · [OH-] = 1, […]