PAU Química 2021 · Setembre · Sèrie 1 · Exercici 5

5. En una activitat duta a terme al laboratori per a estudiar la solubilitat de diferents carbo­ nats metàŀlics, un grup d’estudiants realitza l’experiment següent: transfereixen a un vas de precipitats 20 mL d’una solució de CaCl2 1,0 × 10–2 mol L–1; lentament, mentre escalfen una mica la solució, hi afegeixen 80 mL d’una solució de Na2CO3 2,0 × 10–3 mol L–1. Ho remenen bé, ho deixen refredar fins a la temperatura ambient (19 °C) i observen que s’ha format un precipitat de color blanc de carbonat de calci. a) Justifiqueu, a partir dels càlculs necessaris, la formació del precipitat. Considereu additius els volums de les solucions aquoses. [1,25 punts] b) Mitjançant un procés de filtració, els estudiants separen el precipitat de carbonat de calci de la solució aquosa. D’aquesta solució, en fan quatre parts i les coŀloquen en tubs d’assaig. Afegeixen al primer tub una solució de Na2CO3, al segon una solució de Ca(NO3)2, al tercer una solució d’àcid clorhídric, i al quart tub no hi afegeixen res, però l’escalfen fins a 70 °C. Expliqueu raonadament si en algun dels quatre tubs hi apareix un precipitat de carbonat de calci. [1,25 punts] Dades:  Producte de solubilitat del carbonat de calci a 19 °C: Kps = 4,8 × 10–9. Entalpia de dissolució del carbonat de calci a 19 °C: ΔH° < 0.

Pregunta 5a Formulació. Carbonat de calci: CaCO3 [– 0,5 p si no formulen bé] Justificar, a partir de càlculs, la formació del precipitat Reacció de solubilitat del CaCO3: CaCO3(s) ⇄ Ca2+(aq) + CO32-(aq)  Opcionalment es pot escriure la reacció de precipitació El producte de solubilitat del CaCO3 es pot escriure com: Kps = [Ca2+] [CO32-] [0,25 p] Perquè una sal precipiti cal que el valor del quocient de reacció, Q (que incorpora les concentracions inicials) sigui superior a la Kps: Condició de precipitació: Q > Kps [0,2 p] Calculem les concentracions inicials en barrejar les dues solucions, tenint en compte que per cada mol de Na2CO3 tenim un mol de CO32-, i per cada mol de CaCl2 tenim un mol de Ca2+. Suposem els volums additius. [Ca2+]o = (20 mL · 1,0 x10-2 mols/L) / (20 + 80) mL = 2,0 x 10-3 M [CO32-]o = (80 mL · 2,0 x 10-3 mols/L) / (20 + 80) mL = 1,6 x 10-3 M [0,4 p] Q = [Ca2+]o · [CO32-]o = (2,0 x 10-3) · (1,6 x 10-3) Q = 3,2 x 10-6 [0,2 p] Dada: Kps = 4,8 x 10-9 Q > Kps  Per tan […]