Ayudantía Clase 1,2 y 3

QUÍMICA AMBIENTAL II

2(Fuente: Mihelcic, 1999)

Ley de Gas Ideal

� Es utilizada para convertir concentraciones de gas de masa/volumen a volumen/volumen

PV=nRT� La constante universal de los gases puede ser

expresada en

3(Fuente: Mihelcic, 1999)

1. Ejercicio Concentración de Gas en fracción volumétrica

� Una mezcla de gas contiene 0,001 moles de SO2 y 0,999 moles de aire. ¿Qué concentración de SO2 expresada en unidades de ppmV?

� SOLUCIÓN

4(Fuente: Mihelcic, 1999)

Propuesto: Ejercicio Concentración de Gas de ppb a µg/m3

� La concentración de SO2 es medida en el aire es de 100 ppb. ¿Cuál es la concentración en unidades de µg/m3?

� Asumir que la temperatura es de 28°C y al presión es de 1 atm.

5

� A) Calcular el flujo másico promedio (kg/día) del pesticida Alchlor que pasa por un punto del un río que riega una extensa área agrícola. La concentración media del pesticida es 1,0 µg/L y el flujo es de 50 m3/s.

� B) ¿Esta es una estimación precisa de la masa total que pasa por este punto durante el año, teniendo en cuenta los actos de gran escorrentía?

� SOLUCIÓN

díakgJ

QCJ

3,4=

=

2. FENOMENOS DE TRANSPORTE: Advección

6

3. EQUILIBRIO QUÍMICO: Calculo de la energía libre de Gibbs en condiciones estándar

� La lluvia ácida es el resultado de la combustión de combustibles fósiles. El sulfuro contenido en los combustibles es oxidado a dióxido de azufre, SO2. En la atmósfera el SO2 se disuelve con las gotas de agua, donde forma el ácido sulfuroso, H2SO3. Este ácido puede ser oxidado por otras sustancias que se encuentran en la atmósfera (peróxidos, hierro, cobre, etc.) formando ácido sulfúrico, H2SO4.

¿Podrían las siguientes reacciones, la combustión de la FeS2 (pirita) en el carbón producir SO2, y posteriormente la oxidación del SO3

2- por Fe3+

en las nubes para producir acido sulfúrico en forma espontanea, bajo condiciones normales?

+++ ++⇔++

+⇔+

HFeSOHOHFeSOH

SOOFeOFeSCombustión

acaclacac

gsgs

2)()(42)(2

3)()(32

)(2)(32)(2)(2

2

)4)((

7

Compuesto G°f(kJ/mol)

FeS2(s) 160

O2(g) 0

Fe2O3(s) -743

SO2(g) -300

H2SO3(ac) -534

Fe3+(ac) -4,60

H2O(l) -273

H2SO4(ac) -745

Fe2+(ac) -78,9

H+(ac) 0

8

4. EQUILIBRIO QUÍMICO: Calculo de la energía libre de Gibbs en condiciones no estándar

� Determine si la oxidación del ácido sulfuroso a ácido sulfúrico, puede proceder en las nubes bajo las siguientes condiciones. Asuma que las nubes en un día de otoño existe T= 30°C

Compuesto C (M)

H2SO3(ac) 10-6

Fe3+(ac) 10-8

H2SO4(ac) 10-3,7

Fe2+(ac) 10-10

H+(ac) 10-4

9

5. Equilibrio Ácidos-Bases

¿Qué porcentaje del total de especies nitrogenadasestá presente en forma de NH 3 a un pH = 7? El pK apara NH4

+ es 9,3.SOLUCIÓN [ ][ ]

[ ]+

+− ==

4

33,910NH

HNHKa

[ ][ ][ ] [ ] [ ]34

4

733,9 200

1010 NHNH

NH

NH ⋅=⇒= ++

−−

[ ][ ]( ) [ ] %5,0100

200 33

3 =×+⋅ NHNH

NH

10

6. Equilibrio Ácidos-Bases

Un camión transportaba 400 litros de ácidoclorhídrico concentrado (14 [M]). Por excesode velocidad vuelca y provoca la totaldescarga del ácido en el caudal de un río (Q=100 [m3/s]) durante una 1 hora.Determine el pH del río mientras se produce elderrame. Asuma que en el río no existen otrosácidos o bases. pK a HCL es -3

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SOLUCIÓNEs un acido fuerte (Ka alta) por lo que se disociatotalmente liberando protones. Así, por dilución enel río la concentración de protones está dada por:

)(,acidorío

ácidoacidototalacidoprotones QQ

xCQCC

+==

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Como se asume que no existe otros ácidos y bases. Laúnica fuente de H+ proviene de la disociación de ácidoclorhídrico. Por lo tanto, un mol de HCl genera un mol deH+

[ ] [ ] [ ]( ) 8,4106,1log106,1 55 =×−=⇒×= −−+ MpHMH

13

7. Influencia del pH en la Precipitación de Metales

� Los metales pueden ser eliminados de las aguas residuales como hidróxidos precipitando mediante el incremento del pH a valores entre 8 y 11.

� Determine en qué orden de los cationes divalentes, Cd2+, Zn2+, Mg2+ y Cu2+, se retira cuando el pH de una solución se eleva. Suponga que la concentración molar de todos los metales es igual a 9,6 X10-6. Los K ps para la formación de precipitados de hidróxido del metal son 5,0 x10 -15, 3,2 x10-16, 6,9X10-12 y 7,8 X10-20, respectivamente.

14

� SOLUCIÓN

Catión pH en el cual comienza a precipitar

Cd2+ 9,36

Zn2+ 8,76

Mg2+ 10,9

Cu2+, 6,95

15

8. ¿Cuál es el pH requerido para reducir a 43 mg/L una alta concentración de Mg 2+ disuelto?. El Kps para la reacción es de 10 -11,16

� SOLUCIÓN

−+ +⇔ OHMgOHMg s 2)( 2)(2

[ ] [ ] [ ][ ]

[ ][ ] [ ]Mg

molMg mg

gL

mg 0018,024

143 1000

2 =××=+

[ ][ ] [ ] [ ]MOHOH 5

2

16,11 102,60018,0

10 −−−

− ×=⇒=

[ ] 79,910 79,9 =⇒= −+ pHH

16

9. Propuesto.

� En la región de Los Volcanes se encuentra el sistema hídrico del río Ancol, la cual se compone por sus afluentes, el río Cids(noreste) y el río Niles (sureste).

� Datos: Masa Molecular de X3-=30 g/mol; Ca2+=20 g/mol; C=12g/mol; O=16g/mol

Río Ancol

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� Los cursos de aguas superficiales del sistema hídrico tienen las siguientes características:

� A unos 13 km aguas debajo de la confluencia, una industria descarga al río Ancol su RIL, con las siguientes características: un caudal = 140 [L/s], pH = 8 y un contenido de [X3-]=300[ppm]. Se sabe que en condiciones de pH > 8 la especie X forma un precipitado con Ca2+ (Kps = 1,4x10-5), siendo de alto riesgo para los ecosistemas que se encuentran en el sedimento.

� Ecuaciones químicas de equilibrio de solubilidad del precipitado.

Parámetro Río Cids Río Niles Río AncolCaudal [m3/s] 6,7 7,3 14

pH 8,1 8,5

+− +↔ 23)(23 CaXXCa s

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a) Determine el pH en el punto de confluencia y en el punto de descarga industrial

b) Determine si hay formación de precipitado en el punto de descarga si la concentración de Ca+2 es 11 gr/lt.

19

10. LEY DE HENRY: Ejercicio

� Calcular la concentración del oxígeno disuelto (Unidades de Moles/L y mg/L) en el agua que se encuentra equilibrada con un atmosfera a 25°C. La constante de Henry para el oxígeno a 25°C es de 1,29X10-3 mole /L atm.

� SOLUCIÓN

[ ] ( )L

moleatmOPK atmLacOH

4

moles3)(2 107,2 21,01029,1

2

−− ×=××==×

20

11. LEY DE HENRY: Ejercicio

� El valor de la concentración del oxígeno disuelto en equilibrio entre el agua y la atmosfera es 14,4 mg/L a 0°C y 9,2 mg/L a unos 20°C. Esto se puede expresar de la siguiente forma.

� Explique cualitativamente la importancia que tiene la temperatura sobre el equilibrio de la ecuación presentada anteriormente

CalorOO acg +⇔ )(2)(2