TEMA: TRABAJO COLABORATIVO No.1

TAREA 3

TRABAJO COLABORATIVO No.1

1. Un mecanismo rápido y que ha sido propuesto para la formación del ácido nítrico en la eliminación de los óxidos de nitrógeno provenientes de algunos procesos de combustión, incluye una reacción entre el NO2 y el ozono atmosférico que genera el compuesto intermedio N2O5. Este último se disuelve en agua para dar HNO3. Las ecuaciones que representan esta secuencia propuesta son:

     (1)[pic 5]

                  (2)[pic 6]

Calcular entonces para el proceso:

1. El calor liberado o absorbido por cada una de las reacciones a temperatura ambiente
2. Serán reacciones espontáneas a temperatura ambiente
3. ¿Cómo será el cambio de entropía para cada una de las reacciones a temperatura ambiente?
4. Si se mantienen ∆HRXN  y ∆SRXN  constantes, ¿cómo será la variación de la energía libre de Gibbs en las reacciones, para un rango de temperatura de 50°C a 500°C, en intervalos de 50°C?, ¿se afectará la espontaneidad de las reacciones?

1. El dióxido de carbono es un componente normal de todas las aguas naturales. Penetra a las aguas superficiales por la absorción de la atmósfera, pero solo cuando su concentración en el agua es menor que la concentración en equilibrio con el dióxido de carbono en agua puede exceder el equilibrio con su concentración en la atmósfera, de acuerdo con la Ley de Henry. El dióxido de carbono también se puede producir en el agua por oxidación biológica de la materia orgánica, especialmente en las aguas contaminadas. En consecuencia se puede concluir que las aguas superficiales están constantemente absorbiendo o cediendo dióxido de carbono para mantener en equilibrio con la atmósfera. El CO2 reacciona con el agua y con las rocas, cuya naturaleza química se encuentra asociada al carbonato de calcio CaCO3, siguiendo la reacción:

  (3)[pic 7]

Sin embargo es de aclararse que primero se da lugar a la formación del ácido carbónico (H2CO3) antes que el ión bicarbonato (HCO3-), sustancia que por lo general no se incluye en la reacción 3, debido a la dificultad para establecer la diferencia entre el CO2 libre y el H2CO3 (se suman las dos concentraciones). Puesto que el dióxido de carbono libre representa  cerca del 99 % de ese total, la expresión es sólo una aproximación de una expresión de equilibrio real pero es muy buena. Es importante recalcar que este fenómeno tiene una importancia a nivel ambiental, básicamente por los problemas de corrosión que se pueden presentar por la acidez elevada de las aguas con altos contenidos de CO2. En las reacciones 4 y 5 se ilustra el proceso de disociación del ácido carbónico:

    Ka1=4.45x10-7   M    (4)[pic 8]

 Ka2=4.69x10-11    M        (5)[pic 9]

Teniendo en cuenta lo anterior, entonces:

1. Calcule el contenido de dióxido de carbono de una muestra de agua natural que tiene un pH de 7.3 y una concentración de ion bicarbonato de 30 mg/L. La temperatura del agua es 25 °C.
2. Se observó que un abastecimiento de agua tenía una concentración de ión bicarbonato de 50 mg/L y un contenido de CO2 de 30 mg/L. Calcule el pH aproximado del agua a una temperatura de 25 °C.
3. Si para la muestra de agua se mide un valor de pOH de 11.3 unidades, ¿Cuál será el valor del pH?, teniendo en cuenta la figura 1 ¿Qué tipo de acidez podría asociarse al valor del pH?

[pic 10]

Figura 1. Acidez y pH.

1. El agua de dilución es una solución que se prepara para realizar a nivel de laboratorio la prueba de la demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) y estimar la cantidad de materia orgánica que puede ser oxidada por los microorganismos. Sin embargo es una solución especial que requiere de cierta cantidad de nutrientes y que su pH se conserve en un rango entre 6.5 y 8.5 unidades. Para ello esta solución debe tener un comportamiento del tipo amortiguador, donde se emplea un sistema fosfato, que además aporta el fósforo necesario para que los microorganismos logren mantenerse en el medio. Entonces si se necesita preparar 2 L de agua de dilución a una concentración de 0.5 M y un pH de 7, ¿qué cantidades se requieren pesar de KH2PO4 (fosfato monobásico de potasio) y K2HPO4 (fosfato dibásico de potasio)?

1. El método de Mohr se emplea para la determinación de cloruros en aguas. Este principio se basa en la presencia de un exceso de plata (Ag2+), que cuando la concentración de cloruro se va extinguiendo, la concentración del ion plata aumenta a un nivel en el cual se excede el producto de solubilidad del cromato de plata y se comienza a formar un precipitado marrón rojizo.

   (Ksp=3x10-10 M2)               (6)[pic 11]

  (Ksp=5x10-12M3)  (7)[pic 12]

Esto se toma como evidencia de que todo el cloruro se ha precipitado. Puesto que se necesita un exceso de Ag2+ para producir una cantidad visible de Ag2CrO4.

1. ¿Cuál será la concentración en equilibrio de los iones de plata en mg/L, con base en el producto de solubilidad, cuando la concentración de cloruro se reduce a 0.2 mg/L?
2. Si la concentración del indicador cromato (CrO42-) usado es 5x10-3 moles/L, ¿Cuánto es el exceso de ion plata en mg/L que tiene que haber antes de que comience a formarse un precipitado rojo?

1. Por requerimientos de la Corporación Autónoma se realizó un muestreo isocinético (medición de contaminantes en gases de chimenea) para una empresa, donde se usa un determinado biocombustible. Siendo el informe final el que aparece en la tabla 1, sin embargo para verificar el cumplimiento o el incumplimiento con los valores de norma, los cuales han sido consultados en la Resolución 909 de 2008, se presenta el inconveniente con las unidades del reporte que se encuentran en partes por millón (ppm) y deben ser transformadas a mg/m3 (asumir que la medición se hace a condiciones estándar de T y P).

1. Transformar las unidades de ppm a mg/m3
2. Establecer el cumplimiento o incumplimiento por parte de la empresa.

Tabla 1. Reporte de resultados y valores establecidos por la Resolución 909 de 2008 para fuentes fijas.

 Nota: Sustentar todas las respuestas e incluir los cálculos.

BIBLIOGRAFÍA

Chang, R. (2002). Química. México,D.F: Mc Graw Hill.

Sawyer, C. N., & McCarty, P. L. (2001). Química para ingeniería ambiental. Bogotá: Mc Graw Hill.

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