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Solubilidad y precipitación

Castilla y León · 2022 · Julio
Enunciado
A 25 °C, el producto de solubilidad del cloruro de plata, AgCl, es 1,7⋅10−101{,}7\cdot10^{-10}. Determine:

a) (0,8 puntos) La solubilidad del compuesto en agua, expresando el resultado en mg/L.

b) (1,2 puntos) La solubilidad del compuesto en una disolución de NaCl 0,1 M y justifique la diferencia encontrada con respecto al apartado anterior.

Datos: masas atómicas: Ag = 107,87; Cl = 35,45.
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Resultado
  a) s=1,30⋅10−5 mol/L=1,87 mg/Lb) s′=1,7⋅10−9 mol/L  \boxed{\;\text{a) } s = 1{,}30\cdot10^{-5}\ \text{mol/L} = 1{,}87\ \text{mg/L}\qquad \text{b) } s' = 1{,}7\cdot10^{-9}\ \text{mol/L}\;}
  • b) Mucho menor por el efecto del ion común: el Cl−\text{Cl}^- del NaCl desplaza el equilibrio hacia el AgCl sólido.
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Estrategia

Se escribe el equilibrio de solubilidad del AgCl y la expresión de KsK_s en función de la solubilidad molar ss. En agua pura los dos iones proceden solo de la sal, así que Ks=s2K_s = s^2; se pasa después a mg/L con la masa molar. En la disolución de NaCl ya hay Cl−\text{Cl}^- de partida (efecto del ion común): se repite el planteamiento con [Cl−]=0,1+s′[\text{Cl}^-] = 0{,}1 + s' y se aproxima.
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Desarrollo

a) Solubilidad en aguaAgCl(s)⇌Ag+(aq)+Cl−(aq)\text{AgCl}(s) \rightleftharpoons \text{Ag}^+(aq) + \text{Cl}^-(aq)Si se disuelven ss mol/L de AgCl, en el equilibrio [Ag+]=[Cl−]=s[\text{Ag}^+] = [\text{Cl}^-] = s:Ks=[Ag+][Cl−]=s2  ⇒  s=Ks=1,7⋅10−10=1,30⋅10−5 mol/LK_s = [\text{Ag}^+][\text{Cl}^-] = s^2 \;\Rightarrow\; s = \sqrt{K_s} = \sqrt{1{,}7\cdot10^{-10}} = 1{,}30\cdot10^{-5}\ \text{mol/L}Masa molar del AgCl: M=107,87+35,45=143,32 g/molM = 107{,}87 + 35{,}45 = 143{,}32\ \text{g/mol}.s=1,30⋅10−5 molL⋅143,32 gmol⋅103 mgg=1,87 mg/Ls = 1{,}30\cdot10^{-5}\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot 143{,}32\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}\cdot 10^3\ \frac{\text{mg}}{\text{g}} = 1{,}87\ \text{mg/L}b) Solubilidad en NaCl 0,1 M

El NaCl es una sal soluble y está totalmente disociada: aporta [Cl−]0=0,1[\text{Cl}^-]_0 = 0{,}1 M. Si ahora se disuelven s′s' mol/L de AgCl:
Ag+\text{Ag}^+Cl−\text{Cl}^-
Inicio (mol/L)000,10{,}1
Equilibrios′s'0,1+s′0{,}1 + s'
Ks=s′ (0,1+s′)=1,7⋅10−10K_s = s'\,(0{,}1 + s') = 1{,}7\cdot10^{-10}Como s′s' será mucho menor que 0,1, aproximamos 0,1+s′≈0,10{,}1 + s' \approx 0{,}1:s′=1,7⋅10−100,1=1,7⋅10−9 mol/Ls' = \frac{1{,}7\cdot10^{-10}}{0{,}1} = 1{,}7\cdot10^{-9}\ \text{mol/L}La aproximación es válida (1,7⋅10−9≪0,11{,}7\cdot10^{-9} \ll 0{,}1). En masa: s′=1,7⋅10−9⋅143,32⋅103=2,4⋅10−4 mg/Ls' = 1{,}7\cdot10^{-9}\cdot 143{,}32\cdot 10^3 = 2{,}4\cdot10^{-4}\ \text{mg/L}.

Justificación de la diferencia. La solubilidad en NaCl 0,1 M es unas 7700 veces menor que en agua pura. Es el efecto del ion común: el Cl−\text{Cl}^- procedente del NaCl aumenta la concentración de uno de los productos del equilibrio de solubilidad y, según el principio de Le Châtelier, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda, hacia la formación de AgCl sólido. Como el producto [Ag+][Cl−][\text{Ag}^+][\text{Cl}^-] debe seguir valiendo KsK_s, con mucho Cl−\text{Cl}^- en la disolución solo puede quedar disuelto muy poco Ag+\text{Ag}^+.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

En b) el error típico es volver a hacer s=Kss = \sqrt{K_s}: con un ion común, uno de los iones ya está en la disolución y su concentración la fija la otra sal. Plantea siempre la tabla con la concentración inicial del ion común.

Y fíjate en las unidades que pide el enunciado: aquí la solubilidad en mg/L, no en mol/L.
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