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Producto de solubilidad
Problema
2017 · Ordinaria · Titular
5B
Examen

El producto de solubilidad del carbonato de calcio, CaCOX3\ce{CaCO3}, a 25C25^\circ\text{C}, es 4,81094,8 \cdot 10^{-9}. Calcule:

a) La solubilidad molar de la sal a 25C25^\circ\text{C}.b) La masa de carbonato de calcio necesaria para preparar 250 mL250 \text{ mL} de una disolución saturada de dicha sal.

Datos: Masas atómicas C=12\ce{C} = 12; O=16\ce{O} = 16; Ca=40\ce{Ca} = 40.

Equilibrio químicoSolubilidad
a) La sal CaCOX3\ce{CaCO3} se disocia en disolución acuosa según el equilibrio:
CaCOX3(s)CaX2+(aq)+COX3X2(aq)\ce{CaCO3(s) <=> Ca^2+(aq) + CO3^2-(aq)}

Si la solubilidad molar del CaCOX3\ce{CaCO3} es ss, entonces en el equilibrio, las concentraciones de los iones son [CaX2+]=s\ce{[Ca^2+] = s} y [COX3X2]=s\ce{[CO3^2-] = s}. El producto de solubilidad KpsK_{ps} se expresa como:

Kps=[CaX2+] [COX3X2]=ss=s2K_{ps} = \ce{[Ca^2+] [CO3^2-]} = s \cdot s = s^2

Dado Kps=4,8109K_{ps} = 4,8 \cdot 10^{-9}:

s2=4,8109s^2 = 4,8 \cdot 10^{-9}
s=4,8109=6,93105 molL1s = \sqrt{4,8 \cdot 10^{-9}} = 6,93 \cdot 10^{-5} \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1}
b) Para calcular la masa de CaCOX3\ce{CaCO3} necesaria para preparar 250 mL250 \text{ mL} de una disolución saturada, se utiliza la solubilidad molar calculada en el apartado anterior. Primero se calcula la masa molar del CaCOX3\ce{CaCO3}:
Masa molar(CaCOX3)=40+12+(316)=40+12+48=100 gmol1\text{Masa molar}(\ce{CaCO3}) = 40 + 12 + (3 \cdot 16) = 40 + 12 + 48 = 100 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1}

Ahora se calcula el número de moles de CaCOX3\ce{CaCO3} en 250 mL250 \text{ mL} (0,250 L0,250 \text{ L}) de disolución saturada:

Moles=sVolumen=6,93105 molL10,250 L=1,73105 mol\text{Moles} = s \cdot \text{Volumen} = 6,93 \cdot 10^{-5} \text{ mol} \cdot \text{L}^{-1} \cdot 0,250 \text{ L} = 1,73 \cdot 10^{-5} \text{ mol}

Finalmente, se convierte la cantidad de moles a masa:

Masa=MolesMasa molar=1,73105 mol100 gmol1=1,73103 g\text{Masa} = \text{Moles} \cdot \text{Masa molar} = 1,73 \cdot 10^{-5} \text{ mol} \cdot 100 \text{ g} \cdot \text{mol}^{-1} = 1,73 \cdot 10^{-3} \text{ g}