72107765 quimica inorganica ejercicios de estequiometria resueltos

QUMICA GENERAL PROBLEMAS RESUELTOS Dr. D. Pedro A. Cordero Guerrero ESTEQUIOMETRAESTEQUIOMETRA CONCEPTOS TERICOS BSICOS ESTEQUIOMETRIA es la parte de la qumica que estudia las relaciones entre las cant idades (masas volmenes) de las diferentes sustancias (reactivos o productos) que intervienen en una reaccin qumica. Los clculos estequiomtricos son, por tanto, todas aquellas operaciones encaminadas a determinar las masas o volmenes con los que p articipan las sustancias en una determinada reaccin qumica. PUREZA DE UN REACTIVO es la proporcin del reactivo puro que tiene la sustancia utilizada. Solamente int ervienen en las reacciones los reactivos puros. El resto recibe el nombre de IMP UREZAS, y son sustancias que acompaan al reactivo puro, pero que no intervienen e n la reaccin RENDIMIENTO DE UNA REACCIN es el cociente entre la cantidad real obte nida en ese proceso y la cantidad terica que debera obtenerse si se cumplieran exa ctamente las relaciones entre las cantidades que aparecen en la ecuacin balancead a. Este rendimiento suele expresarse en %: AJUSTE DE LAS REACCIONES Se trata de colocar un coeficiente delante de la frmula o smbolo de cada reactivo y producto d e manera que exista el mismo nmero de tomos de cada elemento a cada lado. AGRUPACIN DE LOS PROBLEMAS RESUELTOS: (Algunos de ellos se podran incluir en varios grupos ) Los no sealados con asteriscos, son de baja dificultad: aplicacin directa de las frmulas y/o conceptos. Aquellos sealados con un asterisco, son de dificultad medi a, ya sea por los conceptos necesarios para resolverlos o por tener que relacion ar varios de ellos. Los sealados con dos asteriscos, se consideran ya de una cier ta dificultad ya sea conceptual o de clculo A: Ajuste de reacciones B: Clculos est equiomtricos directos C: Clculos esteuiomtricos que incluyen otros clculos previos o posteriores D: Clculos estequiomtricos en procesos industriales ENUNCIADOS DE LOS PROBLEMAS RESUELTOS SOBRE ESTEQUIOMETRA A: Ajuste de reacciones A-01 - Ajuste la siguiente reaccin por el mtodo de los coeficientes: CIDO CLORHDRICO + PERMANGANATO DE POTASIO > > CLORURO DE MANGANESO(II) + CLORURO DE POTASIO + CLO RO (Cl 2 ) + AGUA A-02 - Ajuste la siguiente reaccin por el mtodo de los coeficien tes: CIDO NTRICO + COBRE > NITRATO DE COBRE(II) + XIDO DE NITRGENO(II) + AGUA A-03 El cido ntrico reacciona con el cobre, obtenindose nitrato de cobre(II), xido de nit rgeno(IV) y agua. Escribir y ajustar la ecuacin qumica correspondiente. A-04 - Ajus te la siguiente reaccin por el mtodo de los coeficientes: CLORO(Cl 2 ) + HIDRXIDO D E SODIO -> CLORURO DE SODIO + HIPOCLORITO DE SODIO + AGUA A-05 - Ajuste la sigui ente reaccin por el mtodo de los coeficientes: KNO 3 + Al + KOH + H 2 O > NH 3 + K AlO 2 A-06 - Ajuste la siguiente reaccin por el mtodo de los coeficientes: HIPOCLO RITO DE CALCIO (Monoxoclorato(I) de calcio) + CIDO CLORHDRICO ----> ----> CLORURO DE CALCIO + CLORO (Cl 2 ) + AGUA A-07 - Ajuste la siguiente reaccin por el mtodo d e los coeficientes: PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 2 de 5 4MnO2 + Na2CO3 + NaNO3 6 Na MnO 2 4 + NaNO2 + CO2B: Clculos estequiomtricos directos B-01 - Se necesitan preparar 9 litros de nitrgeno, medidos e 20C y a una presin de 710 mm. La reaccin que se va a utilizar es: NH 4 Cl + NaNO 2 ----> 4 NaCI + 2 H 2 0 + N 2 Cuantos gramos de cloruro amnico deberemos emplear? B-02 - Qu volumen de di solucin 5,00 N de cido sulfrico se necesitar para neutralizar otra que contenga 2,5 g de hidrxido sdico? Cuntos gramos de cido sulfrico puro sern necesarios? B-03 - El ca buro de aluminio se descompone con el agua a ebullicin para dar hidrxido de alumin io y gas metano. Que cantidad de carburo de aluminio necesitaremos para obtener, mediante ste procedimiento, 20 litros de metano medidos a 10C y a una presin de 770 mm de mercurio? B-04 - Calclese el contenido, en tanto por ciento de carburo clci co puro, de un producto comercial que, tratado con agua, desprende 300 L. de ace tileno por kilogramo, medidos en condiciones normales. B-05 - Calcule la pureza de una muestra de sodio metlico, sabiendo que cuando 4,98 g de esa muestra reacci onan con agua se forma hidrxido de sodio y se desprenden 1,4 litros de hidrgeno, m edidos a 25C y 720 mm Hg. Calcule la molaridad de la disolucin de hidrxido de sodio resultante si el volumen total de la misma es 199 mL. B-06 - Se calientan en un recipiente cerrado, 6 g de magnesio con 2 litros de Nitrgeno, medidos en condici ones normales, para dar nitruro de magnesio slido. Cual ser la presin final, medida en Atm y a volumen constante suponiendo completa la reaccin si la temperatura fin al es de 27C? B-07 - Una roca caliza contiene carbonato de calcio. Hallar la riqu eza que tiene en CaCO 3 sabiendo que 0,35 g de esta roca reaccionan con 60 ml de una disolucin 0,1 M de cido ntrico B-08 - Si 350 g de bromo reaccionan con 40 g de fsforo, qu cantidad en gramos de bromuro de fsforo (III) se formar?. Datos: Masas atm icas Br = 80,0 ; P = 31,0 B-09 - Cuntos gramos de alcohol etlico puede obtenerse po r fermentacin de 1000 g de glucosa, C6H12O6? (Datos: P.A.: C = 12, H = 1, O = 16) . B-10 - Se hace reaccionar un trozo de 6 g de Zn con una disolucin de cido clorhdr ico 2 Molar, obtenindose cloruro de Zinc(II) e hidrgeno gaseoso (H 2 ). Escriba y ajuste la reaccin que tiene lugar. Cuantos gramos de H Cl se necesitan? Qu volumen d e la disolucin 2 Molar ser necesaria? Cuantos gramos de Hidrgeno se obtendrn? Qu volum n ocuparn, medidos a 3 atm y 37C? B-11 - Se neutralizan 25 ml de una disolucin de Na OH con 15,7 ml de H Cl 0,2 M.Calcular la concentracin del hidrxido de sodio y los gramos de NaOH existentes en ese volumen B-12 - Una forma de eliminar NO de las emisiones gaseosas es hacerlo reaccionar con amonaco, de acuerdo con la siguiente reaccin: NH3 + NO ---> N2 + H20 a) Ajustar la reaccin. b) Calcular los gramos de amonaco que se necesitarn para que reaccionen 16,5 moles de monxido de nitrgeno. B-1 3 - Se hacen reaccionar 1,6 gramos de hidrxido de sodio con una disolucin 0,5 mola r de cido clorhdrico a) Escribir la reaccin que tiene lugar, ajustada. b) Qu cantidad de cido reaccionar? c) Qu volumen de la disolucin del cido se necesita? B-14 - Calcul ar el volumen de una disolucin de cido clorhdrico 2 Molar que reaccionar con 10 gram os de carbonato de calcio. Qu volumen de dixido de carbono se desprender, medido en Condiciones Normales? (Se obtienen tambin cloruro de calcio y agua) B-15 - Qu volum en de disolucin 2 Molar de cido clorhdrico se necesitar para neutralizar otra que co ntenga 2,5 g de hidrxido sdico? Cuntos gramos de cido clorhdrico puro sern necesarios? PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 3 de 54B-16 (*) - Para valorar una disolucin de cido clorhdrico, se pesan exactamente 0,20 5 g de carbonato de sodio y se ponen en un erlenmeyer junto con 25 ml de agua y unas gotas de indicador Naranja de metilo. Se deja gotear desde la bureta la dis olucin de cido clorhdrico hasta el viraje permanente del indicador , momento en el cual se han gastado 15,4 ml de dicha disolucin. Calcular la concentracin de la dis olucin de cido clorhdrico si en la reaccin se obtienen como productos dixido de carbo no, cloruro de sodio y agua. C: Clculos estequiomtricos que incluyen otros clculos previos o posteriores C-01 - Dada la reaccin: 4 HCl + MnO2 ---------> Cl2 + MnCl2 + 2 H2O, calcule la m asa de dixido de manganeso que se necesita para obtener 2,5 litros de cloro medid os a 0,758 atm y 17 C, si el rendimiento del proceso es del 80%. C-02 - Se tratan 200 g de carbonato de calcio del 80% de pureza con una disolucin 4 Molar de cido clorhdrico. Calcular: a) El volumen de esta disolucin de H Cl que se necesita para completar la reaccin. B) Volumen de dixido de carbono desprendido, medido a 15C y 750 mm Hg de presin, sabiendo 1ue se obtienen, adems, cloruro de calcio y agua C-0 3 - Cuntos gr de MnO2 puro, y cuntos ml de cido clorhdrico de 36 % de riqueza en HCl y densidad 1'19 gr/cm3 sern necesarios para preparar 1 litro de cloro gaseoso med ido en C.N.?. La reaccin qumica (SIN AJUSTAR) que tiene lugar es: MnO2 + HCl ----- MnCl2 + H2O + Cl2 . C-04 (*) - Calclese el contenido, en tanto por ciento de carb uro clcico puro, de un producto comercial que, tratado con agua, desprende 300 L. de acetileno por kilogramo, medidos en condiciones normales Qu cantidad de hidrxid o de calcio se obtendr?. C-05 - El cloro se obtiene en el laboratorio segn la reac cin MnO 2 + 4 HCl ==> MnCl 2 + 2 H2O + Cl2 Calcule: a) La cantidad de reactivos n ecesarios para obtener 100 litros de cloro medidos a 15C y 720 mmHg. b) El volume n de cido clorhdrico 0,6 M que habr que utilizar. C-06 - Cuando se calienta en un h orno de piedra caliza (bsicamente carbonato de calcio), sta se descompone para dar xido de calcio y dixido de carbono. Si la conversin es del 75%, se desea saber: a) La composicin, en porcentaje en masa, del slido que se extrae del horno; b) La ma sa de dixido de carbono que se desprende por Kg de piedra caliza. C-07 (*) -El ap agado de la cal viva (xido de calcio) consiste en la reaccin: CaO (s) + H 2 O (l) > Ca(OH) 2 (s) . . Calcular la entalpa de esta reaccin conocidas las entalpas de for macin del xido de calcio slido, agua lquida e Hidrxido de sodio slido, que son, respec tivamente: - 152,0 ; - 68,52 y - 223,9 Kcal/mol. Qu cantidad de cal apagada (Hidrxi do de calcio) y qu cantidad de calor se desprende cuando se apaga 1 Kg de cal viv a? C-08 (*) - El cloro se prepara por electrlisis de una disolucin acuosa de cloru ro de sodio, obtenindose hidrxido de sodio, hidrgeno gaseoso y cloro gaseoso. A) Es cribir y ajustar la reaccin que tiene lugar. B) Si el hidrgeno y el cloro se recog en separados al 8 atm y 20C, Qu volumen de cada uno puede obtenerse a partir de 1,5 Kg de cloruro de sodio del 90% de riqueza? C) Si se recogieran ambos gases en u n recipiente de 15 litros a 25C, Cuales seran la presin parcial de cada gas en ese r ecipiente y cual sera la presin total? C-09 (*) - Una gasolina de 100 octanos cont iene 1, 00 mL de tetraetil -plomo Pb(C2 H5 ) 4 por litro. Sabiendo que la densid ad relativa de ste antidetonante vale 1, 66 g/mL, que se le obtiene por reaccin en tre el cloruro de etilo (C2H5Cl) y una aleacin sodio-plomo (PbNa 4 )Cuantos gramos de cloruro de etilo se necesitarn para obtener suficiente tetraetil~plomo para u n litro de gasolina? C-10 (*) - Una muestra de una aleacin de aluminio y cobre (I I), de un gramo de peso, fue disuelta en un cido; la disolucin resultante fue satu rada de cido sulfhdrico, posteriormente filtrada y el precipitado negro de sulfuro de cobre una vez seco pes 95,5 mg. Cual ser el tanto por ciento de cobre en esa al eacin? C-11 (*) - La hidrazina lquida (N 2 H 2 ) se obtiene a escala industrial ha ciendo reaccionar amoniaco con cloro y solucin de hidrxido sdico. Teniendo en cuent a que como productos de reaccin se obtienen tambin PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 4 de 5 4cloruro sdico y agua. Se pide: a) Escribir la reaccin ajustada. b) Si se hacen bur bujear 200 g de NH 3 gas y 175 g de Cl 2 en una solucin que contiene exceso de hi drxido de sodio y se obtiene hidrazina con un rendimiento del 90%. Qu cantidad en g ramos de hidrazina se recuperar? C-12 (*) - Se tiene una muestra de 200 g de calc ita que contiene un 80% de carbonato clcico puro y se trata con cido sulfrico, prod ucindose en la reaccin correspondiente sulfato clcico, dixido de carbono y agua. Se pide calcular: a) el volumen -en litros- de un cido sulfrico del 98% en peso y den sidad 1,836 g/mL que es necesario para que reaccione todo el carbonato clcico pre sente en esa muestra de mineral. b) los gramos de sulfato clcico producidos en es a reaccin. e) los litros de dixido de carbono que se forman, medidos a 30C y 720 mm de mercurio de presin. Datos: Masas atmicas: S=32; C=12; 0=16; Ca= 40 C-13 (*) Se quieren preparar 0,50 moles de un compuesto Z puro mediante la siguiente secu encia de reacciones: X ----> 2Y ;; 3Y ----> 2Z Se espera un rendimiento del 70% en la primera etapa y del 65% en la segunda. Purificando el compuesto Z por recr istalizacin en agua caliente, se estima que se pierde un 20% de este compuesto. Co n cuntos moles de X debemos comenzar? C-14 (*) - La gasolina es una mezcla de hid rocarburos entre los que se encuentra el octano. A) Escriba la ecuacin ajustada p ara la combustin del octano; B) Calcule el volumen de O 2 a 50C y 750 mm Hg necesa rio para quemar 1,00 g de octano. C) Sabiendo que el porcentaje molar de Oxgeno e n el aire es igual a 21, calcule el volumen de aire, medido en C.N., necesario p ara quemar 100 ml de octano, cuya densidad es 0,730 g/ml. (Considrese que el aire se comporta como un gas ideal) C-15 (*) - Calcinamos 25,50 g de cloruro amnico a la temperatura de 400,0C y 700,0 mm de Hg de presin, condiciones en las que el cl oruro amnico cristalizado se disocia totalmente en cloruro de hidrgeno y amoniaco gaseosos. Calcular la cantidad que se forma de cada reactivo, el volumen que ocu parn los gases y las presiones parciales de cada gas al final de la reaccin. (DATO S: Tmense los siguientes valores para las masas atmicas: CI = 35,5; N = 14,0; H = 1,01) C-16 (*) - El primer paso en la preparacin del cido ntrico es la produccin de x ido ntrico a partir del amoniaco y oxgeno, segn la reaccin: 4 NH 3 (g) + 5 O 2 (g) ) )))< 4 NO (g) + 6 H 2 O (g) . Supuesto que 3,00 litros de amoniaco a 802C y 1,30 atm reaccionan completamente con oxgeno, A) Cuantos litros de vapor de agua medido s a 125C y 1,00 atm se forman? B) Cuantos litros de aire, medido en C.N. se necesi tarn si el aire tiene un 80% en volumen de Nitrgeno y un 20% de Oxgeno? C-17 (*) Se mezclan 2 litros de acetileno y 9 de oxgeno que estn en iguales condiciones. De spus de la combustin completa del acetileno, se vuelve a las condiciones iniciales de los gases, quedando el agua en estado gaseoso. Conocidas las masas atmicas de : H=1, C=12 y 0=16, Calcule: a) El volumen final de la mezcla; b) La composicin d e esa mezcla gaseosa expresndola como % en volumen y en peso C-18 (*) - Se tiene una corriente de gas formada por una mezcla de metano y propano. Para conocer su composicin se queman 0,364 g de dicha mezcla con exceso de oxgeno y se obtienen 1 ,09 g de dixido de carbono y 0,606 g de agua. Determine la composicin de la mezcla C-19 (*) - Al quemar 60 cm 3 de una mezcla de metano y etano, medidos a 0C y 1 a tm de presin, con cantidad suficiente de oxgeno, se producen 80 cm 3 de dixido de c arbono, medidos en las citadas condiciones, y agua. A) Cual es la composicin porce ntual de la mezcla, expresada en volumen? B) Cantidad de oxgeno, expresada en mol es, necesaria para la combustin total de la mezcla. C-20 - Para determinar la riq ueza de una partida de zinc se tomaron 50,0 g de una muestra homognea y se tratar on con cido clorhdrico del 37 % en peso y densidad 1,18 g/mL, consumindose 126 mL d e cido. La reaccin de zinc con cido clorhdrico produce cloruro de zinc e hidrgeno (H2 ). Calcle: a) La molaridad de la disolucin de cido clorhdrico. B) El porcentaje de z inc en la muestra. C-21 (*) - Una mezcla de propano y butano de 100 cm 3 se quem a en presencia de suficiente cantidad de oxgeno, obtenindose 380 cm 3 de dixido de carbono. Calcule: a) El tanto por ciento en volumen de propano y butano en la me zcla inicial. b) El volumen de oxgeno necesario para efectuar la combustin. Nota: Considere que todos los gases estn medidos en las mismas condiciones de presin y t emperatura. PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 5 de 54 PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERALC-22 - a) Calcule los moles de cloruro de sodio y de cido sulfrico que hay en 500 g de cloruro de sodio del 71 % de riqueza y en 100 mL de cido sulfrico del 98 % de riqueza y densidad 1,83 g/ml. b) Qu cantidad de cloruro de hidrgeno, dado en gramo s, podemos obtener si se hacen reaccionar, en caliente, los compuestos antes men cionados y en las cantidades indicadas? DATOS: Pesos atmicos: Cl = 35,45 ; H = 1, 00 ; Na = 23,00 ; O = 16,00 ; S = 32,06 D: Clculos estequiomtricos en procesos industriales D-01 (*) - El anlisis de una piedra caliza refleja que est compuesta de un 94,52% de CaCO 3 , un 4,16% de MgCO 3 y un 1,32% de inertes. La descomposicin trmica de l a piedra genera CaO, MgO y CO 2 , con un rendimiento de un 56%. Calcular: a) Cuan tas Tm de CaO se obtendrn a partir de 4 Tm de dicha caliza?, b) Qu volumen de CO 2 recogido sobre agua a 760 mm Hg y 20C se obtiene con 100 g de caliza? DATOS: Peso s atmicos: C = 12,0 ; Ca = 40,0 ; Mg = 24,3 ; O = 16,0 Presin de vapor del agua a 20C = 17,54 mm Hg D-02 (*) - En un proceso continuo de fabricacin de cal viva (Ca0 ), se introducen en un horno a 1000C 1 t/h de caliza impura con un 90% de carbona to clcico (CaCO 3 ), un 5% de materia inerte y un 5% de humedad. Se pide: a) Escr iba la reaccin que tiene lugar en el horno b) Los flujos msicos de salida de slidos y de gases del horno e) Pureza de la cal viva considerando que la materia inert e de la caliza est incluida en el slido. d) Volumen del gas seco a la salida del h orno en condiciones normales DATOS: Masas atmicas del H, C; 0 y Ca: 1,0; 12,0; 16 ,0 y 40,0 g/mol. V molar = 22,4 m 3 /kmol. D-03 (*) - Cuantos litros de aire sern necesarios para quemar 1 m 3 de una mezcla gaseosa cuya composicin volumtrica es: 28% de monxido de carbono, 62% de Nitrgeno, 6% de hidrgeno y 4% de dixido de carbono si consideramos que 1/5 del volumen de aire es Oxgeno? D-04 (**) - Se quieren ob tener 110 toneladas/da de SO 3 a partir de una pirita impura (FeS 2) que tiene un a composicin centesimal del: 52% en S, 40% en Fe, 1,8% en Cu y 6,2% en SiO 2 En s u tostacin, el hierro y el cobre pasan respectivamente a Fe 2 O 3 y CuO Calcular las toneladas de pirita que se consumen diariamente. b) Qu volumen de aire, medido en C.N. se necesita diariamente?, c) Cuantas Tm de cenizas se obtienen diariamen te en esa fbrica? DATOS: masas atmicas: S = 32, O = 16, Fe = 56 y Cu = 63,5, D-05 (*) - Se tiene una muestra de 0,712 g de carburo de calcio (CaC 2 ) impuro el cu al al reaccionar con el agua origina hidrxido de calcio y libera 195 ml de acetil eno (C 2 H 2) que se recogen sobre agua a 15C y a una presin de 748 mm Hg. Conside rando que las impurezas de la muestra no reaccionan con el agua, se desea saber: a) El volumen de acetileno formado, medido en C.N. B) El porcentaje en peso del carburo de calcio en la muestra inicial c) Si el hidrxido de calcio que se forma se recoge sobre 30 ml de agua, sin variacin apreciable de volumen, calcular la N ormalidad y la Molaridad de la disolucin resultante. DATOS: Masas atmicas: H = 1,0 0 ; C = 12,00 ; Ca = 40,10 ; O = 16,00 Presin de vapor del agua a 15C : 13 mm Hg D -06 (**) - La sntesis del monxido de nitrgeno (NO), es el primer paso para la fabri cacin del cido ntrico. Para obtenerlo, se hace pasar rpidamente una corriente de air e purificado sobre un reactor trmico a una temperatura de 2500C. Considerando que el grado de conversin del N2 es del 10%, se pide: a) Escribir la reaccin ajustada que se produce b) La composicin en volumen de los gases a la salida del reactor D ATO: La composicin en volumen del aire: 78,0 % N2; 21,0 % O2 y 1,0 % de Gases Nob les. D-07 (**) - Un reactor de fabricacin de abonos procesa 50 Tm/da de fosforita (Ortofosfato tricalcico) con una riqueza del 70%, haciendola reaccionar con cido sulfrico concentrado del 98%, para obtener un superfosfato en el cual el fosfato de la fosforita se ha transformado en monohidrgeno fosfato de calcio. Calcular: a ) La reaccin ajustada que tiene lugar ; b) Las Tm/da de superfosfato que se obtien en ; c) Las Tm/da de cido sulfrico consumidas; d) El contenido en fsforo del superfo sfato, expresado en P 2 O 5 . DATOS: Pesos atmicos: Ca = 40,0 ; H = 1,0 ; O = 16, 0 ; P = 31,0 ; S = 32,0 D-08 (**) - Un proceso siderrgico se alimenta en continuo con un mineral de hierro de la siguiente composicin: Fe 2 O 3 = 80%; SiO 2 = 10% ; Al 2 O 3 = 5% y el 5% de humedad. Como combustible y agente reductor se PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 6 de 5 4alimenta tambin con carbn de coque en una proporcin 1:2, es decir 1 de coque por ca da 2 de mineral, cuya composicin es la siguiente: 90% de C, 4% de cenizas y 6% de humedad. Como consecuencia del proceso siderrgico, se obtiene una fundicin de hie rro con una composicin de 92% de Fe, 2% de Si y 6% de C, y una escoria formada po r un 2% del Fe contenido en el mineral de partrida, por la totalidad del Al 2 O 3 del mismo mineral, por el resto de silicio en forma de SiO 2 , que no se ha in corporado a la fundicin, y por la totalidad de las cenizas del coque. Se pide: 1) Los Kg de mineral necesarios para obtener 1 Tm/h de fundicin 2) Los Kmoles/h de carbono y de silicio que se han incorporado a la fundicin 3) Los Kg/h de escoria formados y su composicin porcentual DATOS: Masas atmicas del Al = 27,0 ; C = 12,0 ; Fe = 55,9 ; O = 16,0 ; Si = 28,1 D-09 (*) - Se disuelve 1 g de una aleacin de d uraluminio (Al-Cu) en 20 mL de solucin acuosa de HNO 3 . La solucin resultante se satura con una corriente de H 2 S, con lo que precipita cuantitativamente todo e l Cu 2 + como CuS, ste una vez separado y seco arroja un peso de 95,5 mg. Cual es la composicin en % de la aleacin inicial? DATOS: Masas atmicas : S = 32,0 ; Cu = 63 ,5 g/mol) D-10 (**) - El SO 2 procedente de las emisiones de una central trmica d e carbn, se pueden eliminar mezclando el carbn con caliza (CARBONATO DE CALCIO) y quemndolo con exceso de aire en un horno con lecho fluidizado. Si consideramos qu e el contenido medio de azufre en el carbn es del 3% en peso y que el consumo de carbn de la central es de 200 Tm/da . Se pide: a) Las reacciones que tienen lugar en el horno de combustin b) Las Tm/da de caliza necesarias para retener el 95% del SO 2 generado por el azufre del carbn, considerando que la eficiencia de retencin es del 80% c) Las Tm/da de SO 2 que se escapan a la atmsfera por la chimenea y la s Tm/da de sulfito/sulfato de calcio obtenidas como residuo (expresadas como sulf ato de calcio anhidro DATOS: Masas atmicas del C = 12.0 ; O = 16.0 ; S = 32.0 y C a = 40.0 g/mol D-11 (**) - Para obtener ferrocromo (aleacin de Fe-2Cr) a escala de laboratorio, se mezclan uniformemente en un crisol 150g del mineral cromita (FeOACr2O3), del 95% de riqueza y 52g de aluminio en polvo. Se introduce una cinta de magnesio me tal en la mezcla y se prende, la energa de la combustin de la cinta inicia el proc eso de reduccin que continua hasta que se agota el reactivo limitante. Una vez en friado el crisol, se recupera el ferrocromo. Se pide: 1) La reaccin ajustada que s e produce en el crisol: De que tipo es, cmo se denomina y cual es el papel del Mg ?. 2) Cual es el reactivo limitante y cual es el porcentaje del reactivo en exceso ? 3) El peso de ferrocromo obtenido y su composicin en centesimal considerando que el rendimiento del proceso es del 95%. 4) El calor producido en el proceso en co ndiciones estndar. Considere despreciable el calor desprendido en la combustin de la cinta de magnesio. DATOS: Masas atmicas del O; Al; Cr y Fe: 16,00; 26,98; 52,0 0 y 55,85 g/mol. Las /\ H0 de los compuestos FeO; Cr 2 O 3 y Al 2 O 3 , son resp ectivamente: -266,2; - 1139,7 y - 1675,7 kJ/mol. D-12 (**) - Se quiere fabricar un cemento con la siguiente composicin final: 70% de S3C (silicato triclcico); 20% de S2C (silicato diclcico) y 10% de Al3C (aluminato triclcico). Se parte como mat eria prima de caliza; slice y almina hidratada, cuyas composiciones respectivas so n las siguientes: Caliza: 90% de CaCO3; 5% SiO2 y 5% de humedad. Slice: %100 SiO2 . Almina hidratada: 90% Al2O3. 2H20 y 10% SiO2 Se pide: 1) Las t/h de cada uno de los componentes de la materia prima necesarias para obtener 1 t/h del cemento. 2) El caudal en t/h de la corriente de gases (CO2 y vapor de agua) que salen del horno y su composicin en volumen. DATOS: Masas atmicas del H; O; Al; Si y Ca: 1,9 ; 16,0; 27,0; 28 y 40,0 g/mol. PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 7 de 54A: Ajuste de reacciones A-01 Ajuste la siguiente reaccin por el mtodo de los coeficientes: CIDO CLORHDRICO + PERMANGANATO DE POTASIO > > CLORURO DE MANGANESO(II) + CLORURO DE POTASIO + CLORO (Cl 2 ) + AGUA RESOLUCIN 1) Se escribe la reaccin poniendo los coeficientes: a, b , c, d... a cada uno de los compuestos a H Cl + b KMnO 4 ----> c MnCl 2 + d K Cl + e Cl 2 + f H 2 O 2) se escribe una ecuacin para cada elemento, teniendoi en cuenta que el nmero de t omos de cada uno en ambos miembros de la reaccin debe ser el mismo: H a = 2f Cl a = 2c + d + 2e K b= d Mn b = c O 4b = f A la vista del sistema, hemos de asignar valore a una de las incognitas, ya que hay una incognita ms que ecuaciones, por ello, y dado que b es la que ms veces apa rece, le vamos a asignar a sta el valor: b = 1. De esta forma deducimos directame nte los valores de los siguientes coeficientes: b = d ===> d = 1 ; b = c ===> c = 1 ; 4b = f ===> f = 4 As, solamente nos quedan ya las ecuaciones correspondientes al H yal Cl, en las q ue se encuentran los coeficientes a y e: a = 8 16 b = 1 2 c = 1 2 d = 1 2 5 5 2 f =48 e= Y dado que deben establecerse coeficientes a= 8 a = 24 enteros, multiplicamos to dos por 2, para que 5 a = 2 + 1 + 2e 8 = 3 + 2e e = nos quede e como entero, resu ltndonos:: 2 Con lo que la reaccin a ajustar nos queda: 16 H Cl + 2 KMnO 4 ----> 2 MnCl 2 + 2 K Cl + 5 Cl 2 + 8 H 2 O A-02 Ajuste la siguiente reaccin por el mtodo de los coeficientes: CIDO NTRICO + COB RE > NITRATO DE COBRE(II) + XIDO DE NITRGENO(II) + AGUA RESOLUCIN: La reaccin que tie ne lugar es: HNO 3 + Cu > Cu(NO 3 ) 2 + NO + H 2 O Colocamos un coeficiente delante de cada una de las sustancias que aparecen en l a reaccin: a.HNO 3 + b.Cu > c.Cu(NO 3 ) 2 + d.NO + e.H 2 O Planteamos ahora una ecuacin para cada uno de los elementos que nos aparecen: PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 8 de 54H: a = 2.e N: a = 2.c + d O: 3.a = 6.c + d + e Cu: b = c Le asignamos el valor 2 a la incgnita a, con lo que: 2 = 2.e ; e = 1 y sustituimo s ahora estos dos valores en las ecuaciones restantes, con lo que nos queda: a=2 b= c= d= e=1 2 = 2.c + d 3.2 = 6.c + d + 1 b=c Despejando d en la primera: d = 2 - 2.c y sustituyendo en segunda, nos queda: 6 = 6.c + 2 - 2.c + 1 de donde: 6 - 2 - 1 = 6.c - 2.c 3 3 3 = 4.c; c = c = y por t anto b = 4 4 3 2 y d = 2 - 2. = 4 4 a=2 3 b= 4 3 c= 4 2 d= 4 e=1 Y para que todos estos coeficientes sean nmeros enteros, los multiplicamos todos por 4, as: a=2.4=8 3 b= .4=3 4 3 c = .4 = 3 4 2 d = .4 = 2 4 e=1.4=4 Y sustituimos estos coeficientes en la reaccin dada, la cual nos quedar: 8.HNO 3 + 3Cu > 3Cu(NO 3 ) 2 + 2NO + 4H 2 O A-03 El cido ntrico reacciona con el cobre, obtenindose nitrato de cobre(II), xido d e nitrgeno(IV) y agua. Escribir y ajustar la ecuacin qumica correspondiente. RESOLU CIN: La reaccin que tiene lugar es: HNO 3 + Cu > Cu(NO 3 ) 2 + NO 2 + H 2 O Colocamos un coeficiente delante de cada una de las sustancias que aparecen en l a reaccin: a.HNO 3 + b.Cu > c.Cu(NO 3 ) 2 + d.NO 2 + e.H 2 O Planteamos ahora una ecuacin para cada uno de los elementos que nos aparecen: H: a = 2.e N: a = 2.c + d O: 3.a = 6.c + 2.d + e Cu: b = c Le asignamos el valor 2 a la incgnita a, con lo que: 2 = 2.e ; e = 1 y sustituimos ahora estos dos valore s en las ecuaciones restantes, con lo que nos queda: a=2 b= c= d= e=1 PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 9 de 542 = 2.c + d 3.2 = 6.c + 2.d + 1 b=c Despejando d en ella: d = 2 - 2.c y sustituyendo en segunda, nos queda: 6 = 6.c + 2(2 - 2.c) + 1 ; 6 = 6.c + 4 - 4.c + 1 de donde: 6 - 4 - 1 = 6.c - 4.c 1 1 1 = 2.c; c c = y por tanto b = 2 2 1 y d = 2 - 2. = 1 2 a=2 1 b= 2 1 c= 2 d=1 e=1 Y para que todos estos coeficientes sean nmeros enteros, los multiplicamos todos por 2, as: a=2.2=4 1 b= .2=1 2 1 c= .2=1 2 d=1.2=2 e=1.2=2 Y sustituimos estos coeficientes en la reaccin dada, la cual nos quedar: 4.HNO 3 + Cu > Cu(NO 3 ) 2 + 2NO 2 + 2.H 2 O A-04 Ajuste la siguiente reaccin por el mtodo de los coeficientes: CLORO(Cl 2 ) + HIDRXIDO DE SODIO > CLORURO DE SODIO + HIPOCLORITO DE SODIO + AGUA RESOLUCIN: La re accin que tiene lugar es: Cl 2 + NaOH > NaCl + NaClO + H 2 O Colocamos un coeficiente delante de cada una de las sustancias que aparecen en l a reaccin: a. Cl 2 + b. NaOH > c. NaCl + d. NaClO + e. H 2 O Planteamos ahora una ecuacin para cada uno de los elementos que nos aparecen: Cl: 2.a = c + d Na: b=c+d O: b= d+e H: b = 2.e Le asignamos el valor 2 a la incgnita b, con lo que: 2 = 2.e ; e = 1 y sustituimos ahora estos dos valores en las ecu aciones restantes, con lo que nos queda: a= b=2 c= d= e=1 2.a = c + d 2=c+d 2= d+1 Despejando d en la ltima ecuacin: d = 2 - 1 = 1 y sustituyendo esta valor en la se gunda, nos queda: 2=c+1 de donde: 2 - 1 = c ; c = 1 Y as, en la primera quedar: 2. a = 1 + 1 ; a = 1 a=1 b=2 c=1 d=1 e=1 Y sustituimos estos coeficientes en la reaccin dada, la cual nos quedar: Cl 2 + 2. NaOH > NaCl + NaClO + H 2 O PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 10 de 54A-05 Ajuste la siguiente reaccin por el mtodo de los coeficientes: KNO 3 + Al + KO H + H 2 O > NH 3 + K AlO 2 RESOLUCIN Colocamos un coeficiente delante de cada uno de los compuestos que intervienen: a.KNO 3 + b.Al + c.KOH + d.H 2 O > e.NH 3 + f.K AlO 2 Planteamos una ecuacin para cada uno de los elementos que intervienen en la reacc in: K: a + c = f N: a = e O: 3.a + c + d = 2.f Al: b = f H: c + 2.d = 3.e Le damo s a a el valor 1y as: a + c = f............................. 1 + c = f a = e..... ..............de donde e = 1 3.a + c + d = 2.f ............... 3 + c + d = 2.f b =f c + 2.d = 3.e.....................c + 2.d = 3 a=1 b c d e=1 f a=1 b c 2 3 e=1 1+c=f 3 + c + d = 2.f b=f c + 2.d = 3 Sustituyendo f por 1+c 3 + c + d = 2.(1 + c)==> 3 + c + d = 2 + 2c ==> 1 + d = c b=1+c c + 2d = 3 donde al sustituir c por 1 + d en esta ltima: 1 + d + 2.d = 3 = => 3.d = 2 Y de ah: d= d= 2 3 a=1 .3= 3 8 3 5 c= 3 2 d= 3 e=1 8 f= 3 f 1+d=c c=1+ 2 5 = 3 3 5 8 = 3 3 b= .3= 8 .3= 5 .3= 2 .3= 3 .3=8 b=1+c b=1+ b=f 8 f= 3 (Multiplicamos todos los coeficientes por 3 para que sean nmeros enteros) Al sustituir en la reaccin dada, queda: 3.KNO 3 + 8.Al + 5.KOH + 2.H 2 O > 3.NH 3 + 8.K AlO 2 A-06 Ajuste la siguiente reaccin por el mtodo de los coeficientes: HIP OCLORITO DE CALCIO (Monoxoclorato(I) de calcio) + CIDO CLORHDRICO ----> ----> CLOR URO DE CALCIO + CLORO (Cl 2 ) + AGUA RESOLUCIN La reaccin que tiene lugar es: Ca(ClO) 2 + H Cl > CaCl 2 + Cl 2 + H 2 O Colocamos un coeficiente delante de cada una de las sustancias que aparecen en l a reaccin: a. Ca(ClO) 2 + b. H Cl > c. CaCl 2 + d. Cl 2 + e. H 2 O Planteamos ahora una ecuacin para cada uno de los elementos que nos aparecen: PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 11 de 54Ca: Cl: O: H: a=c 2.a + b = 2.c + 2.d 2.a = e b = 2.e Le asignamos el valor 1 a la incgnita a, con lo que: 1 = c ; c = 1 2.1 = e ; e = 2 y con este valor de e: b = 2.2 ; b = 4 Sustituyendo em la ecuacin que nos queda : 2.1 + 4 = 2.1 + 2.d 2 + 4 - 2 = 2.d ==> 4 = 2.d ; d = 2 a=1 b=4 c=1 d= e=2 2.a + b = 2.c + 2.d a=1 b=4 c=1 d=2 e=2 Y sustituimos estos coeficientes en la reaccin dada, la cual nos quedar: Ca(ClO) 2 + 4. H Cl > CaCl 2 + 2. Cl 2 + 2. H 2 O A-07 Ajuste la siguiente reaccin por el mtodo de los coeficientes: MnO2 + Na2CO3 + NaNO3 RESOLUCIN Colocamos un coeficiente delante de cada una de las sustancias q ue aparecen en la reaccin: 6 Na MnO 2 4 + NaNO2 + CO2 a. MnO 2 + b. Na 2 CO 3 + c. NaNO 3 > d. Na 2 MnO 4 + e. NaNO 2 + f. CO 2 Planteamos ahora una ecuacin para cada uno de los elementos que nos aparecen: Mn: a = d O: 2.a + 3.b + 3.c = 4.d + 2.e + 2.f Na: 2.b + c = 2.d + e C: b = f N: c = e Le asignamos el valor 1 a la incgnita a, con lo que: 1 = d ; d = 1 a=1 b= c= d=1 e= f= Sustituyendo en las dems ecuaciones estos valores de a y d 2 + 3.b + 3.c = 4 + 2. e + 2.f 2.b + c = 2 + e b=f c=e Sustituyendo f por b (3 ecuacin) y e por c (4 ecuac in) a=1 b= c= d=1 e= f= 2 + 3.b + 3.c = 4 + 2.c + 2.b 2.b + c = 2 + c De la segunda ecuacin sacamos que: 2.b = 2 ==> b = 1 y al sustituir b por su valo r en la primera: 2 + 3 + 3.c = 4 + 2.c + 2 ==> c = 1 y por tanto como tambin: b = f ==> f = 1 c = e ==> e = 1 a=1 b=1 c=1 d=1 e=1 f=1 Y sustituimos estos coeficientes en la reaccin dada, la cual nos quedar: MnO 2 + Na 2 CO 3 + NaNO 3 > Na 2 MnO 4 + NaNO 2 + CO 2 PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERALPROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 12 de 54B: Clculos estequiomtricos directos B-01 Se necesitan preparar 9 litros de nitrgeno, medidos e 20C y a una presin de 71 0 mm. La reaccin que se va a utilizar es: NH 4 Cl + NaNO 2 ----> 4 NaCI + 2 H 2 0 + N 2 Cuantos gramos de cloruro amnico deberemos emplear? RESOLUCIN Para poder rea lizar los clculos estequiomtricos en la reaccin, hemos de determinar el nmero de mol es (o gramos) de Nitrogeno que hemos de obtener, para lo cual le aplicamos la ec uacin general, de los gases ideales (consideraremos el comportamiento del Nitrgeno como ideal): P. V = n.R.T 710 .9 = n.0,082.293 n = 0,35 moles de N2 = 9,80 g de N2 760 Y teniendo en cuenta la estequiometra de la reaccin que nos dan, tendremos: NH 4 C l + 1 mol x por lo que, de ah, deducimos: NaNO 2 1 mol ---> 4 NaCI + 4 moles 2 H20 + 2 moles N2 1 mol 0,35 N moles de NH 4 Cl = N moles de N 2 = 0,35 moles de NH 4 Cl sern necesarias. Y dado que su masa molecular es: (1.14,00 + 4.1,00 + 1.35,50 = 53,5 ), tendremos:N de gramos de NH 4 Cl = 0,35 moles . 53,50 g/mol = 18,725 gramos de NH 4 Cl se n ecesitan B-02 Qu volumen de disolucin 5,00 N de cido sulfrico se necesitar para neutralizar otr a que contenga 2,5 g de hidrxido sdico? Cuntos gramos de cido sulfrico puro sern neces rios? RESOLUCIN La reaccin que tiene lugar es: H 2 SO 4 + Cantidades estequiomtrica s Cantidades reaccionantes donde X = (2,5 . 98 ) 1 mol = 98 g x 2 NaOH 2 moles = 2.40 g 2,5 > Na 2 SO 4 + 1 mol 2 H2O 2 moles / 2.40 = 3,06 g de cido sulfrico Si se parte de una disolucin 5,00 Normal, hemos de utilizar la cantidad de esa di solucin que contenga 3,06 g de c. Sulfrico, lo cual podemos calcular partiendo de l a frmula que nos da la Normalidad, sabiendo que la valencia del cido sulfrico es 2 (n de H que contiene) y as: N= gsoluto . v 3,06.2 ;5= ; Ldisolucion = 0,0125 litros de la disolucion 5N Pmsolut o . Ldisolucion 98. Ldisolucion Tambin se pueden realizar todos estos clculos sin necesidad de escribir la reaccin, simplemente teniendo en cuenta que en cualquier reaccin qumica el nmero de equival entes de cada reactivo ha de ser el mismo, lo cual en este caso nos llevara a que el nmero de equivalentes de hidrxido de sodio, que calcularamos devidiendo el nmero de gramos de que se dispone entre el peso equivalente y que ste coincide con su peso molecular ya que la valencia del NaOH es 1 (N de OH que contiene) ha de ser el mismo que el n de equivalentes de cido sulfrico, que podemos determinar a partir de la definicin de Normalidad (N de equivalentes de soluto que hay PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 13 de 54por cada litro de disolucin): N eq NaOH = gNaOH 2,5 = = 0,0625 equivalentes de NaOH PeqNaOH 40 , es decir, que necesitamos 0,0625 equivalentes de cido sulfrico, y as: N= N eqsoluto 0,0625 ;5= ; Ldisolucion = 0,0125 litros de la disolucion 5N Ldisoluci on Ldisolucion B-03 El carburo de aluminio se descompone con el agua a ebullicin para dar hidrxid o de aluminio y gas metano. Que cantidad de carburo de aluminio necesitaremos par a obtener, mediante ste procedimiento, 20 litros de metano medidos a 10C y a una p resin de 770 mm de mercurio? RESOLUCIN La reaccin qumica que tiene lugar, una vez aj ustada, es: Al 4 Cl 3 + 12 H 2 O -------> 4 Al(OH) 3 + 3 CH 4 en la cual vemos que para obtener TRES moles de gas metano se necesita UN mol de carburo de aluminio. El nmero de moles de metano se calcula por medio de la ecua cin general de los gases ideales: P. V = n.R.T 770 .20 = n.0,082.283 ; n = 0,873 moles de CH4 760 La cantidad de carburo de aluminio, expresada en moles, ser la tercera parte de 0 ,873: moles de Al4 C3 = 0,873 = 0,291 moles de Al4 C3 3 Para expresar esta cantidad en gramos, hemos de multiplicar por su masa molecula r (143,92), y es gramos de Al 4 C 3 = 0,291 . 143,92 = 41,89 gramos de Al 4 C 3 B-04 Calclese el contenido, en tanto por ciento de carburo clcico puro, de un prod ucto comercial que, tratado con agua, desprende 300 L. de acetileno por kilogram o, medidos en condiciones normales. RESOLUCIN Una de las formas de obtener acetil eno es haciendo reaccionar carburo de calcio (CaC 2 ) con agua, proceso que tran scurre segn la reaccin: CaC 2 + 2 H 2 O > C 2 H 2 + Ca(OH) 2 En esta reaccin podemos ver que por cada mol de carburo de calcio (64 g, que es s u masa molar) se obtiene un mol de acetileno (22,4 litros medidos en C.N.) Por l o que podemos realizar la proporcin correspondiente ya que nos indicas que se obt ienen 300 litros de acetileno medidos en Condiciones Normales: 64g de CaC2 - - - 22,4 litros C2H2 x = 857,14 g de CaC2 existentes en la muestra inicial x - - - 300 litros y dado que nos dicen que partamos de un kilogramo de muestra del carburo de calci o comercial, nos quedar:PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 14 de 54% = 857,14 .100 = 85,714% de riqueza en CaC2 de la muestra inicial 1000 B-05 Calcule la pureza de una muestra de sodio metlico, sabiendo que cuando 4,98 g de esa muestra reaccionan con agua se forma hidrxido de sodio y se desprenden 1 ,4 litros de hidrgeno, medidos a 25C y 720 mm Hg. Calcule la molaridad de la disol ucin de hidrxido de sodio resultante si el volumen total de la misma es 199 Ml. RE SOLUCIN La masa de hidrgeno desprendido se calcula utilizando la ecuacin general de los gases ideales: P.V = g . R. T Pm ==> 720 g .1,4 = .0,082.298 760 2 de donde g = 0,109 g de H 2 La reaccin que tiene lugar, ya ajustada, y las cantidades que intervienen en ella son: 2 Na + cantidades estequiomtricas Cantidades del problema 2 moles = 2.23 = 46 g X + 2 H2O 2 moles = 2.18 = 36 g Y ----> 2 NaOH + 2 moles = 2.40 = 80 g Z H2 1 mol = 2g 0,109 g Y de estas relaciones estequiomtricas, determinamos la cantidad inicial de sodio: X = 46.0,109 2 X = 2,497 g de sodio que hay en la muestra inicial Dado que la muestra inicial tena una masa de 4,98 g, la riqueza en sodio de la mi sma ser: RIQUEZA EN SODIO = 2,497 .100 .= 50,14% DE SODIO 4.98 La cantidad de hidrxido de sodio que se obtiene, de acuerdo con la estequiometra d e la reaccin es: X = 80.0,109 2 = 4,36 g de hidrxido de sodio que se obtienen en la reaccin. La Molaridad de la disolucin de hidrxido de sodio resultante de la reaccin ser: M= 4,36 g = Pm. L 40.0,199 = 0,55 Molar en Hidrxido de sodio B-06 Se calientan en un recipiente cerrado, 6 g de magnesio con 2 litros de Nitrg eno, medidos en condiciones normales, para dar nitruro de magnesio slido. Cual ser la presin final, medida en Atm y a volumen constante suponiendo completa la reacc in si la temperatura final es de 27C? RESOLUCIN El nmero de moles que tenemos inicialmente de ambos reactivos: Mg y N es: Mg: N moles = 6 =0,247 moles de Mg Moles de N 2 : 1.2 = n.0,082.273 ; n = 0,0893 moles de N 2 24,3 PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 15 de 54 PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERALLa reaccin que tiene lugar es: 3 Mg + 3 moles N2 1 mol 0,0893 0,007 > Mg 3 N 2 1 mol Cantidades iniciales(moles) Cantidades finales (moles) 0,247 0 0,0823 El reactivo limitante es el Mg, pues al producirse la reaccin se gasta todo, ya q ue de acuerdo con la reaccin estequiomtrica, cada 3 moles de Mg reaccionan con 1 m ol de N 2 , y as: N moles de N 2 que reaccionan:3molesMg - - - 1molN 2 0,247 = 0,823 moles de N 2 que reaccionan x = 0,247 - - - - - x 3 Como tenamos 0,0893 moles, nos quedarn: 0,0893 - 0,0823 = 0,007 moles de N 2 que s obran. El nico compuesto gaseoso que hay al final de la reaccin es el N 2 , por lo que si se mantiene el volumen inicial (2 litros, y la temperatura es de 27C = 30 0K, determinamos la presin final por medio de la ecuacin general de,los gases, y no s quedar: P.V = n.R.T ==> P.2 = 0,007 . 0,082 . 300 ; P = 0,0861 atm B-07 Una roca caliza contiene carbonato de calcio. Hallar la riqueza que tiene e n CaCO 3 sabiendo que 0,35 g de esta roca reaccionan con 60 ml de una disolucin 0 ,1 M de cido ntrico RESOLUCIN La reaccin que tiene lugar es: CaCO 3 + HNO 3 > Ca(NO 3 ) 2 + CO 2 + H 2 O en la cual la cantidad de cido ntrico que tenemos en la cantid ad dada reaccionar con el carbonato de calcio de la muestra, pero no con el resto de las impurezas, por lo que partiendo de la cantidad de cido que reacciona, vam os a calcular la cantidad de carbonato de calcio que tenamos en la muestra dada. La cantidad de cido que interviene en la reaccin se determina a partir de la defin icin de Molaridad de una disolucin: M= nSOLUTO nSOLUTO ; 0,1 = 0,06 LDISOLUC ; n SOLUTO = 0,006 moles de HNO 3 que intervienen en la reaccin De acuerdo con la estequiometra de la reaccin, tenemos CaCO 3 + 1 mol = 100 g x y de ah: g de CaCO 3 = 2 . HNO 3 > Ca(NO 3 ) 2 + CO 2 + H2O 2 moles = 2.63 = 126 g 0,006 moles0,006100 . = 0,30 gramos de CaCO 3 que haba en la muestra inicial 2 Como tenamos 0,35 g de muestra, la riqueza de la misma es: % de CaCO 3 = 0,30 .100 = 85,71% de riqueza en CaCO 3 0,35 PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 16 de 54B-08 Si 350 g de bromo reaccionan con 40 g de fsforo, qu cantidad en gramos de brom uro de fsforo (III) se formar?. Datos: Masas atmicas Br = 80,0 ; P = 31,0 RESOLUCIN La reaccin que tiene lugar entre ambos elementos es: 2 P + 3 Br 2 > 2 P Br 3 , por tanto si nos dan las cantidades de cada uno que mezclamos para hacerlas reaccio nar hemos de tener en cuenta si son las cantidades estequiomtricas o no. Con las dos cantidades conocidas:40 g de Fsforo y 350 g de Bromo, vamos a utilizar como r eferencia, por ejemplo, los 40 g de Fsforo y calculamos cuanto Bromo es necesario , que ha de ser siempre menos de 350 g 2P+ 2 mol = 2.31 = 62 g 40 g 3 Br 2 > 3 mo l = 3.2.80 = 480 g X 2 P Br 3 2 mol = 2.271 = 542 g Y X= 40.480 = 309,68 g de Bromo que se necesitan ; 62 Dado que efectivamente se necesita menos cantidad de bromo de la que tenamos inic ialmente, el fsforo ser el reactivo que reacciona completamente (REACTIVO LIMITANT E) mientras que sobrar una cierta cantidad de bromo: 350 - 309,68 = 40,32 g de Br omo sobrantes. La cantidad de bromuro de fsforo(III) formado la calculamos bien a partir de la reaccin: Y= 40.542 = 349,68 g de P Br 3 que se formarn, 62 O bien sumando las cantidades de fsforo (40 g) y de bromo (309,68 g) que reaccion an: 40 + 309,68 = 349,68 g de P Br 3 que se formarn, B-09 Cuntos gramos de alcohol etlico puede obtenerse por fermentacin de 1000 g de glucosa, C6H12O6? (Datos: P.A. : C = 12, H = 1, O = 16). RESOLUCIN La reaccin de fermentacin de la glucosa que tie ne lugar es: C6H12O6 > 2 C 2 H 6 O + 2 CO 2 . Por tanto, segn la estequiometra de l a reaccin tendremos: C6H12O6 1 mol = 180 g 1000 g > 2 C2H6O + 2 CO 2 . 2 moles = 2 .44 = 88 g y 2 moles = 2.46 = 92 g x Donde x= 92.1000 = 511,11 g de etanol se obtendrn 180B-10 Se hace reaccionar un trozo de 6 g de Zn con una disolucin de cido clorhdrico 2 Molar, obtenindose cloruro de Zinc(II) e hidrgeno gaseoso (H 2 ). Escriba y ajus te la reaccin que tiene lugar. Cuantos gramos de H Cl se necesitan? Qu volumen de la disolucin 2 Molar ser necesaria? Cuantos gramos de Hidrgeno se obtendrn? Qu volumen o uparn, medidos a 3 atm y 37C? RESOLUCIN La reaccin que tiene lugar, ya ajustada, es: Zn + 2 H Cl PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL > Zn Cl 2 + H 2 PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 17 de 54Para calcular las cantidades de los diferentes reactivos y/o productos que inter vienen hemos de tener en cuenta la estequiometra de la reaccin, que es: Zn + 2 H Cl > Zn Cl 2 1 mol = 136,4 g Y + H2 1 mol = 2g Z 1 mol = 65,4 g 6g 2 moles = 2.36,5 = 73 g X La cantidad de H Cl que se necesita es: X = 6.73 = 6,70 g de H Cl se necesitan 65,4 Para determinar el volumen de disolucin, hemos de tener en cuenta la expresin que nos da la Molaridad de una g SOLUTO expresin en la que conocemos todo excepto el volumen de la Pm SOLUTO . L DISOLUCION 6,70 6,70 disolucin, y as: 2 = de donde : LDISOLUCIN = = 0,092 Litros. 3 6,5. LDISOLUCION 2.36,5 Volumen de disolucin = 0,092 L = 92 ml disolucin: M= Para determinar la cantidad de Hidrgeno, volvemos a tener en cuenta la estequiome tra de la reaccin, y as: Z= 2.6 = 0,18 g de H 2 se deprenden 65,4 El volumen que ocupa esta cantidad de Hidrgeno gaseoso lo calculamos partiendo de la ecuacin general de los gases ideales, y as: g 0,18 P.V = .R.T ; 3.V = .0,082.3 10; de donde V = 0,76 litros de H 2 2 Pm B-11 Se neutralizan 25 ml de una disolucin de NaOH con 15,7 ml de H Cl 0,2 M.Calcu lar la concentracin del hidrxido de sodio y los gramos de NaOH existentes en ese v olumen RESOLUCIN La reaccin que tiene lugar es: H Cl + Cantidades estequiomtricas C antidades reaccionantes 1 mol = 36,5 g 0,115 NaOH 1 moles = 40 g x > Na Cl + 1 mo l H2O 2 moles Sabiendo que se gastan 15,7 ml de H Cl 0,2 Molar, vamos a calcular los gramos de este ( H Cl) que habr, partiendo de la frmula que nos da la Molaridad de esa diso lucin: M= g soluto g soluto ; 0,2 = ; g SOLUTO = 0,2 . 36,5 . 0,0157 = 0,115 g de H Cl Pm soluto .L disolucion 36,5.0,0157y a partir de ese dato, calculamos los gramos que tenamos de NaOH: 36,5gHCl - - - -40gNaOH 0,115.40 = 0,126 g de NaOH hay en la cantidad que ha reaccionado x = 0,115gHCl - - - - - x 36,5 PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 18 de 54Y como sabemos que esa cantidad de NaOH se encuentra en los 25 mL que habamos cog ido, podemos calcular so molaridad partiendo de la frmula que nos la da: g soluto 0,126 ; M = 0,126 Molar en NaOH M= ; M= 40.0,025 Pm soluto .L disolucion B-12 Una forma de eliminar NO de las emisiones gaseosas es hacerlo reaccionar co n amonaco, de acuerdo con la siguiente reaccin: NH3 + NO ---> N2 + H20 a) Ajustar la reaccin. b) Calcular los gramos de amonaco que se necesitarn para que reaccionen 16,5 moles de monxido de nitrgeno. RESOLUCIN Le ponemos los coeficientes a cada co mpuesto y queda: a.NH 3 + b.NO ---> c.N 2 + d.H 2 0 Planteamos una ecuacin para c ada uno de los tres elementos: N : a + b = 2.c H : 3.a = 2.d O:b=d Le damos a b el valor 1: por lo que tambin es: d = 1 Sustituyendo en la segunda: 3.a = 2.1, de donde a sustituir en la primera: = 2 y al 3 5 2 + 1 = 2.c de donde c = 6 3 2 ==> 3 b = 1 ==> 5 c = ==> 6 d = 1 ==> a= 2 .6 ==> a = 4 3 1.6 ==> b = 6 5 .6 ==> c = 5 6 1.6 ==> d = 6 y al sustituir en la reaccin sta quedar ajustada: 4.NH 3 + 6.NO ---> 5.N 2 + 6.H20 La cantidad de amoniaco necesaria para reaccionar con las 16,5 moles de NO la ca lculamos partiendo de la estequiometra de la reaccin: 4.NH 3 + 4 moles = 4.17 = 68 g X 6.NO ---> 6 moles 16,5 moles 5.N 2 + 5 moles 6.H 2 0 6 moles68gNH 3 - - - -6molesNO 68.16,5 = 187 gramos de amoniaco se necesitan x = x - - - - - 16,5 B-13 Se hacen reaccionar 1,6 gramos de hidrxido de sodio con una disolucin 0,5 mol ar de cido clorhdrico a) Escribir la reaccin que tiene lugar, ajustada. b) Qu cantida d de cido reaccionar? c) Qu volumen de la disolucin del cido se necesita? RESOLUCIN La reaccin que tiene lugar es: H Cl + Cantidades estequiomtricas Cantidades reacciona ntes 1 mol = 36,5 g X NaOH 1 moles = 40 g 1,6 > Na Cl + 1 mol H2O 2 moles :y a partir del dato de NaOH que reacciona (1,6 g), calculamos los gramos de H C l que haba en la disolucin que PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 19 de 54reacciona:36,5gHCl - - - - 40gNaOH 36,5.1,6 = 1,46 g de H Cl hay en la disolucin de H Cl x = X - - NaOH 40 Partiendo de la expresin de la Molaridad, podemos determinar el volumen de la mis ma que contiene esos 1,46 g de H Cl: M= g soluto 1,46 ; 0,5 = ; L DISOLUCIN = 0,08 Litros = 8 mL de disolucin de H Cl Pm s oluto .L disolucion 36,5.L disolucion B-14 Calcular el volumen de una disolucin de cido clorhdrico 2 Molar que reaccionar con 10 gramos de carbonato de calcio. Qu volumen de dixido de carbono se desprender, medido en Condiciones Normales? (Se obtienen tambin cloruro de calcio y agua) RE SOLUCIN La reaccin que tiene lugar, ya ajustada, es: CaCO 3 + 2 H Cl > Ca Cl 2 + CO 2 + H 2 O Para calcular las cantidades de los diferentes reactivos y/o producto s que intervienen hemos de tener en cuenta la estequiometra de la reaccin, que es: CaCO 3 + 2 H Cl > Ca Cl 2 Y + CO 2 Z + H2O 1 mol = 18 g 1 mol = 100 g 10 g 2 moles = 2.36,5 = 73 g X 1 mol = 111 g 1 mol = 44 g La cantidad de H Cl que se necesita es: X = 10.73 = 7,3 g de H Cl se necesitan 100 Para determinar el volumen de disolucin, hemos de tener en cuenta la expresin que nos da la Molaridad de una disolucin: M = g SOLUTO expresin en la que conocemos todo excepto el volumen de la Pm SOLUTO . L DISOLUCION 7,3 7,3 de donde : LDISOLUCIN = = 0,10 Litros. 36,5. LDISOLUCION 2.36,5 disolucin, y as: 2 =Volumen de disolucin = 0,10 L = 100 ml Para determinar la cantidad de dixido de carbono, volvemos a tener en cuenta la e stequiometra de la reaccin, y as: 10.44 Z= = 4,4 g de CO 2 se deprenden 100 El volu men que ocupa esta cantidad de Hidrgeno gaseoso lo calculamos partiendo de la ecu acin general de los gases ideales, teniendo en cuenta que P = 1 atm y T = 273K y a s: g 4,4 P.V = .R.T ; 1.V = .0,082.273; de donde V = 2,24 litros de CO 2 44 Pm B-15 Qu volumen de disolucin 2 Molar de cido clorhdrico se necesitar para neutralizar otra que contenga 2,5 g de hidrxido sdico? Cuntos gramos de cido clorhdrico puro sern ecesarios? RESOLUCIN La reaccin que tiene lugar es: PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 20 de 54H Cl + Cantidades estequiomtricas Cantidades reaccionantes donde 1 mol = 36,5 g x NaOH 1 mol = 40 g 25 > Na Cl + 1 mol H2O 1 mol X = (2,5 . 36,5 ) / 40 = 0,975 g de cido clorhdrico Si se parte de una disolucin 2 Molar, hemos de utilizar la cantidad de esa disolu cin que contenga 0975 g de c. Clorhdrico, lo cual podemos calcular partiendo de la frmula que nos da la Molaridad : M= g soluto 0,975 0,975 ; 2= ;L disolucion = Pm soluto .L disolucion 36,5.L disoluc ion 36,5.2 = 0,0133 litros de H Cl 2 M B-16 Para valorar una disolucin de cido clorhdrico, se pesan exactamente 0,205 g de carbonato de sodio y se ponen en un erlenmeyer junto con 25 ml de agua y unas g otas de indicador Naranja de metilo. Se deja gotear desde la bureta la disolucin de cido clorhdrico hasta el viraje permanente del indicador , momento en el cual s e han gastado 15,4 ml de dicha disolucin. Calcular la concentracin de la disolucin de cido clorhdrico si en la reaccin se obtienen como productos dixido de carbono, cl oruro de sodio y agua RESOLUCIN: La reaccin que tiene lugar, ya ajustada, es: Na 2 CO 3 + 2 H Cl 2 Na Cl + CO 2 + H 2 O De acuerdo con la estequiometra de la misma, vamos a determinar los gramos de H Cl que reaccionan con los 0,205 g de Na 2 CO 3 106 g de Na 2 CO 3 ----- 2.36,5 g de H Cl 0,205 ------- X X= 0,205.2.36,5 = 0,141 g de H Cl que reaccionan 106 Como nos dicen que se gastan 15,4 ml de la disolucin de H Cl, resultar que en esos 15,4 ml de disolucin hay 0,141 g del H Cl, por lo que la concentracin de esa diso lucin la calculamos aplicando la expresin de la Molaridad: M= g SOLUTO 0,141 M= ; Pm SOLUTO .L DISOLUCION 36,5.0,0154 M = 0,25 Molar PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 21 de 54C: Clculos estequiomtricos que incluyen otros clculos previos o posteriores C-01 Dada la reaccin: 4 HCl + MnO2 ---------> Cl2 + MnCl2 + 2 H2O, calcule la mas a de dixido de manganeso que se necesita para obtener 2,5 litros de cloro medidos a 0,758 atm y 17 C, si el rendimiento del proceso es del 80%. RESOLUCIN La cantid ad de cloro que se obtiene hemos de expresarla en moles, gramos o litros en CN p ara poder aplicarle la estequiometra de la reaccin, lo cual conseguimos aplicndole la ecuacin general de los gases ideales: P.V = n.R. T ; 0,758.2,5 = n.0,082.290 : n = 0,758.2,5 = 0,080 moles 0,082.290 lo cual nos indica que hemos de obtener 0,080 moles de Cl 2 , que son 0,080 . 71 = 5,68 gramos de Cl 2 Teniendo en cuenta la estequiometra de la reaccin: 4 HCl + 4 moles MnO2 1 mol = 87 g X ---------> Cl2 + 1 mol 0,080 moles MnCl2 + 1 mol 2 H 2 O 2 moles X= 0,080 . 87 = 6,96 g de MnO2 Y esta es la cantidad de MnO 2 1 Que se necesitara para obtener esa cantidad de cloro si el proceso transcurriera con un 100% de rendimiento, pero como el rendimiento de la reaccin es solamente d el 80%, necesitaremos una cantidad mayor de reactivo para compensar las prdidas, por lo que los clculos a realizar son: 100 - - - - - 80 100.6,96 = 8,7 g de MnO 2 que se necesitan x = 80 x - - - - - 6,9 6 C-02 Se tratan 200 g de carbonato de calcio del 80% de pureza con una disolucin 4 Molar de cido clorhdrico. Calcular: a) El volumen de esta disolucin de H Cl que se necesita para compretar la reaccin. B) Volumen de dixido de carbono desprendido, medido a 15C y 750 mm Hg de presin, sabiendo 1ue se obtienen, adems, cloruro de cal cio y agua RESOLUCIN La reaccin tiene lugar entre los productos puros, por lo que previamente a cualquier clculo hemos de determinar la cantidad de carbonato de ca lcio puro de que se dispone, que ser el 80% de los 200 g de producto de que se di spone: 200. 80 = 160 g de CaCO 3 puro . Y sern estos 160 g los que intervienen y hemos de ten er en 100 cuenta para la estequiometra de la reaccin, que es: CaCO 3 + 2 HCl 2 moles = 73 g X ----> CaCl 2 + CO 2 + H2O 1 mol = 18 g V 1 mol = 100 g 160 g 1 mol = 111 g Y 1 mol = 44 g Z PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 22 de 54Donde, al resolver las reglas de tres, nos queda: X= 73.160 = 116,8 g de HCl que se necesitan 100 Para determinar el volumen de esta disolucin, hemos de tener en cuenta la definic in de Molaridad: M= gsoluto 116,8 116,8 ;4= ; l disolucion = = 0,8 litros de la disoluc. de HCl Pmso luto .l disolucion 36,5. l disolucion 4.36,5 Para determinar la cantidad de CO 2 desprendido, volvemos a tener en cuenta la e stequiometra de la reaccin: Z= 44.160 = 7,04 g de CO2 que se obtienen 100 Y para determinar el volumen que ocupa esta cantidad de gas, le aplicamos la ecuacin general de los gases ideales: P. V = g 750 7,04 .R.T .V = .0,082.288 V = 37,59 litros de CO 2 Pm 760 44 C-03 Cuntos gr de MnO2 puro, y cuntos ml de cido clorhdrico de 36 % de riqueza en HCl y densidad 1'19 gr/cm3 sern necesarios para preparar 1 litro de cloro gaseoso me dido en C.N.?. La reaccin qumica (SIN AJUSTAR) que tiene lugar es: MnO2 + HCl ---- MnCl2 + H2O + Cl2 . RESOLUCIN La reaccin dada, ajustada por el mtodo del cambio de valencia, con los nmeros de oxidacin de todos los elementos es: 4+ 4+ 2- 41+ 1Mn O 2 + H Cl 1+ 1 Mn Cl 2 + H2 O 2+ 22+ 2+ 11+ 20 + Cl 2 0 2En la que como podemos ver, cambian sus nmeros de oxidacin tanto el Mn, que gana 2 electrones al pasar de Mn 4 + a Mn 2 + mientras que el Cloro pierde 2 electrone s al pasar desde Cl 1 - hasta Cl2 0, y as, las semirreacciones de ambos son: Mn4 + +2e Mn2 + al sumarlas: Mn4 + + 2.Cl1- Mn2+ + Cl0 y al sustituir estos va en la 2 - 1- 0 - 2e 2.Cl Cl2 reaccin dada, ajustando despus los elementos que no intervienen en ella nos queda: MnO2 + 4 HCl ----- MnCl2 + 2 H2O + Cl2 . Y es en esta reaccin en la que tenemos que aplicarle las relaciones estequiomtrica s, para lo cual, previamente vamos a calcular la masa de Cloro que hemos de obte ner, y que debe ocupar 1 litro en C.N., aplicando la ecuacin g .0,082.273 g = 3,1 7 g de Cl2 general de los gases: P. V = n.R.T 1.1 = 71 MnO2 + 1 mol = 87 g 4 HCl 4 moles = 4.36,5 g -- MnCl2 + 1 mol = 128 g 2 H2O + 2 moles = 2.18 g Cl2 . 1 mol = 71 g 3,17 g z x y v Teniendo en cuenta la estequiometra de esta reaccin, la cantidad de MnO 2 ser: PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 23 de 54z= 87.3,17 = 3,88 g de MnO2 se necesitan 71 = 4.36,5.3,17 = 6,52 g de HCl se necesitan 71 Para el H Cl, hacemos clculos anlogos: x y esta cantidad debe tomarse de la disolucin del 36%, por lo que la masa de disol ucin ser: 100 gdisolucion - - - 36 gHCl x = 18,12 g de disolucion los cuales debemos expre sar en forma de x - - - - - - - - - 6,52 volumen, para lo cual utilizamos la densidad, que es: d = m 18,12 18,12 V= ; 1,19 = = 15,22 ml de la disolucion de HCl V V 1,19 C-04 Calclese el contenido, en tanto por ciento de carburo clcico puro, de un prod ucto comercial que, tratado con agua, desprende 300 L. de acetileno por kilogram o, medidos en condiciones normales Qu cantidad de hidrxido de calcio se obtendr?. RE SOLUCIN Una de las formas de obtener acetileno es haciendo reaccionar carburo de calcio (CaC 2 ) con agua, proceso que transcurre segn la reaccin: CaC 2 + 2 H 2 O > C 2 H 2 + Ca(OH) 2 En esta reaccin podemos ver que por cada mol de carburo de calcio (64 g, que es s u masa molar) se obtiene un mol de acetileno (22,4 litros medidos en C.N.) Por l o que podemos realizar la proporcin correspondiente ya que nos indicas que se obt ienen 300 litros de acetileno medidos en Condiciones Normales: 64g de CaC2 - - - 22,4 litros C2H2 x = 857,14 g de CaC2 que se necesita x - - - 3 00 litros y dado que nos dicen que partamos de un kilogramo de muestra del carburo de calci o comercial, nos quedar: % = 857,14 .100 = 85,714% de riqueza en CaC2 de la muestra inicial 1000 Para calcular la cantidad de hidrxido de calcio hemos de tener en cuenta que en e sa reaccin por cada mol de C 2 H 2 que se obtenga (22,4 l en C.N.), tambin se obti ene un mol de hidrxido de calcio (Pm = 74 gramos), y as: 74g de Ca(OH)2 - - - 22,4 litros C2H2 x = 991,10 g de Ca(OH)2 que se obtienen x - - 300 litros C-05 El cloro se obtiene en el laboratorio segn la reaccin MnO 2 + 4 HCl ==> MnCl 2 + 2 H2O + Cl2 Calcule: a) La cantidad de reactivos necesarios para obtener 100 litros de cloro medidos a 15C y 720 mmHg. b) El volumen de cido clorhdrico 0,6 M q ue habr que utilizar. RESOLUCIN La cantidad de cloro que se obtiene hemos de expre sarla en moles, gramos o litros en CN para poder aplicarle la estequiometra de la reaccin, lo cual conseguimos aplicndole la ecuacin general de los gases ideales: P.V = n.R.T ; 720.100 720 .100 = n.0,082.288 : n = = 4,01 moles de Cloro 760.0,082.288 760 PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 24 de 54 PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERALlo cual nos indica que hemos de obtener 4,01 moles de Cl 2 , que son 4,01 . 71 = 284,82 gramos de Cl 2 Teniendo en cuenta la estequiometra de la reaccin: 4 HCl + 4 moles X MnO2 1 mol = 87 g Y ---------> Cl2 + 1 mol 4,01 moles MnCl2 + 1 mol 2 H2 O 2 moles Y= X= 4,01 . 87 = 348,87 g de MnO2 Y esta es la cantidad de MnO 2 1 4,01 . 4 = 16,04 moles de HCl Con este dato y la expresin de la molaridad, podemo s determinar el 1 volumen de la misma que ser necesario: M= nHCl VDISOLUCION ; 0,6 = 16,04 VDISOLUCION VDISOLUCION = 16,04 = 26,73 litros de disolucion 0,6 C-06 Cuando se calienta en un horno de piedra caliza (bsicamente carbonato de cal cio), sta se descompone para dar xido de calcio y dixido de carbono. Si la conversin es del 75%, se desea saber: a) La composicin, en porcentaje en masa, del slido qu e se extrae del horno; b) La masa de dixido de carbono que se desprende por Kg de piedra caliza. (Selectividad LOGSE CyL septiembre-2001) RESOLUCIN Dado que nos p iden las cantidades finales en porcentaje, en un caso, y en otro referido a una muestra de 1 Kg, vamos a partir de una muestra de 1 Kg y dado que nos indica el enunciado que se convierte solamente el 75% (750 gramos), quiere decir que el 25 % restante (250 gramos) son impurezas que van a quedar en el horno mezcladas con el CaO que se forme en el transcurso de la reaccin, ya que el dixido de carbono e s un gas que desprender. La reaccin que tiene lugar se adapta a la ecuacin qumica si guiente: CaCO 3 1 mol = 100 g 750 g > CaO 1 mol = 56 g X + CO 2 1 mol = 44 g Y De estas relaciones obtenemos las cantidades de CaO y de CO 2 que se obtienen a partir de ese Kg de caliza 750 . 56 = 420 g de CaO obtenidos 100 750 . 44 Para el CO 2 : y = = 330 g de CO 2 obtenidos 100 Para el CaO: X = La cantidad total de slido que se obtiene ser la resultante de sumar los 250 g de impurezas que proceden de la muestra inicial y los 420 g de xido de calcio que se forman en la reaccin: (670 gramos) por lo que sus porcentajes en masa sern: % impurezas =250 420 = 37,31% ; % CaO = = 62,69% 670 670 PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 25 de 54C-07 El apagado de la cal viva (xido de calcio) consiste en la reaccin: CaO (s) + H 2 O (l) > Ca(OH) 2 (s) . . Calcular la entalpa de esta reaccin conocidas las enta lpas de formacin del xido de calcio slido, agua lquida e Hidrxido de sodio slido, que on, respectivamente: - 152,0 ; - 68,52 y - 223,9 Kcal/mol. Qu cantidad de cal apag ada (Hidrxido de calcio) y qu cantidad de calor se desprende cuando se apaga 1 Kg de cal viva? RESOLUCIN Las reacciones que nos dan, todas ellas de formacin, son: > CaO ; /\ H = -152,0 Kcal a) Ca + 1/2 O 2 b) H 2 + 1/2 O 2 > H 2 O ; /\ H = - 68,5 2 Kcal c) Ca + O 2 + H 2 > Ca(OH) 2 ; /\ H = - 223,9 Kcal Las cuales, para obtene r la reaccin que nos piden, hemos de combinar de la forma siguiente: - a) CaO > Ca + 1/2 O 2 - b) H 2 O > H 2 + 1/2 O 2 C) Ca + O 2 + H 2 > Ca(OH) 2 ; Las cuales al sumarlas, queda: CaO + H 2 O > Ca(OH) 2 Y de acuerdo con la estequiometra de la r eaccin, tenemos: CaO + H2O 1 mol = 18 g V Y -----> Ca(OH) 2 1 mol = 74 g Z /\ H = - 3,38 Kcal - 3,38 Kcal x /\ H = +152,0 Kcal /\ H = + 68,52 Kcal; /\ H = - 223, 9 Kcal /\ H = - 3,38 Kcal 1 mol = 56 g 1000 g de donde, al despejar: X= 1000.(-3,38) = -60,38 Kcal desprendidas con 1 Kg de CaO 56 Para calcular la cantidad de cal apagada Ca(OH) 2 la obtenemos tambin partiendo d e la estequiometra de la reaccin: z= C-08 1000.74) = 1321,4 g de Ca(OH)2 que se obtienen con 1 Kg de CaO 56 El cloro se prepara por electrlisis de una disolucin acuosa de cloruro de sodio, o btenindose hidrxido de sodio, hidrgeno gaseoso y cloro gaseoso. A) Escribir y ajust ar la reaccin que tiene lugar. B) Si el hidrgeno y el cloro se recogen separados a l 8 atm y 20C, Qu volumen de cada uno puede obtenerse a partir de 1,5 Kg de cloruro de sodio del 90% de riqueza? C) Si se recogieran ambos gases en un recipiente d e 15 litros a 25C, Cuales seran la presin parcial de cada gas en ese recipiente y cu al sera la presin total? RESOLUCIN a) La reaccin, ajustada ya, es: 2.NaCl (aq) + 2.H 2 O electrolisis > 2.NaOH + H 2 (g) + Cl 2 (g) b) La cantidad de cloruro de sodio puro es el 90% de 1500 g: 1350 g de cloruro d e sodio puro. Las relaciones estequiomtricas en la reaccin son: PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 26 de 542.NaCl (aq) + 2 moles = 2.58,45 = 116,9 g 1350 g 2.H 2 O 2 moles = 2.18 = 36 g electrolisis > 2.NaOH + 2 moles = 2.40 = 80 g H 2 (g) + 1 mol = 2g X moles Cl 2 (g) 1 mol = 70,90 g Y moles donde vemos que el n de moles de Cloro y de Hidrgeno (X e Y) son iguales : X = Y = 1.1350 = 11,55 moles de H2 y de Cl 2 se obtienen 116,9 las cuales se recogen a 8 atm y 20C, por lo que ocuparn: P.V = n.R.T ==> 8.V = 11,55.0,082.293 ; V = 34,69 l itros de H 2 y de Cl 2 c) Si se recogen conjuntamente en un recipiente de 15 l a 25C, la presin parcial de cada uno ser P.V = n.R.T ==> P PARCIAL..15 = 11,55 . 0,0 82 . 298 ; P PARCIAL = 18,82 atm para el H 2 y para el Cl 2 La Presin total ser la suma de las presiones parciales de ambos: P TOTAL = P H 2 + P Cl 2 = 18,82 + 18,82 = 37,64 atm C-09 Una gasolina de 100 octanos contiene 1, 00 mL de tetraetil -plomo Pb(C2 H5 ) 4 por litro. Sabiendo que la densidad relativa de ste antidetonante vale 1, 66 g/mL, que se le obtiene por reaccin entre el cloruro de etilo (C2H5Cl) y una alea cin sodio-plomo (PbNa 4 )Cuantos gramos de cloruro de etilo se necesitarn para obte ner suficiente tetraetil~plomo para un litro de gasolina? RESOLUCIN Si se necesit a 1 ml de tetraetilplomo para cada litro de gasolina, y si su densidad es 1,66 g /ml, los gramos que son necesarios son: g = 1 ml . 1,66 g/ml = 1,66 g de tetraet ilplomo. La reaccin de obtencin del tetraetilplomo es: 4 C 2 H 5 Cl + Cantidades e stequiomtricas Cantidades reaccionantes donde X = (1,66 . 4 . 64,45 ) 4 moles = 4 .64,45 g x PbNa 4 > Pb(C 2 H 5 ) 4 + 1 mol = 323,19 g 1,66 g 4 NaCl / 323,19 = 1,324 g de cloruro de etilo se necesitan C-10 Una muestra de una aleacin de aluminio y cobre (II), de un gramo de peso, fu e disuelta en un cido; la disolucin resultante fue saturada de cido sulfhdrico, post eriormente filtrada y el precipitado negro de sulfuro de cobre una vez seco pes 9 5,5 mg. Cual ser el tanto por ciento de cobre en esa aleacin? RESOLUCIN La cantidad de cobre existente en la muestra inicial se mantiene a travs de todos los proceso s, por lo que es la misma que existir en el precipitado seco de sulfuro de cobre que obtenemos al final del anlisis. Esta cantidad se deduce del hecho que en cada mol de sulfuro de cobre(II) (CuS) (95,54 g que es su masa molecular) hay 1 tomogramo de cobre (63,54). As: PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 27 de 54g de Cu en el CuS = 0,0955. 63,54 = 0,0635 g de Cu 95,54 y esos mismos 0,0635 g de cobre sern los existentes en 1 gramo de la muestra inicial de esa aleacin, por lo que el porcent aje de cobre en la aleacin objeto de anlisis ser: % de Cu = 0,0635 .100 = 6,35% de Cu 1,0000 y por tanto: % de Al = 100 - 6,35 = 93, 65% de Al C-11 La hidrazina lquida (N 2 H 2 ) se obtiene a escala industrial haciendo reacc ionar amoniaco con cloro y solucin de hidrxido sdico. Teniendo en cuenta que como p roductos de reaccin se obtienen tambin cloruro sdico y agua. Se pide: a) Escribir l a reaccin ajustada. b) Si se hacen burbujear 200 g de NH 3 gas y 175 g de Cl 2 en una solucin que contiene exceso de hidrxido de sodio y se obtiene hidrazina con u n rendimiento del 90%. Qu cantidad en gramos de hidrazina se recuperar? RESOLUCIN a) La reaccin, ajustada, que tiene lugar es: 2 NH 3 + 2 Cl 2 + 4 NaOH ----> N 2 H 2 + 4 NaCl + 4 H 2 O Puede hacerse por el mtodo de los coeficientes, planteando una ecuacin para cada e lemento, igualando el nmero de tomos del mismo en los reactivos y productos. Para ello suponemos unos coeficientes para cada sustancia y con ellos planteamos las correspondientes ecuaciones:: a NH 3 + b Cl 2 + c NaOH ----> d N 2 H 2 + e NaCl + f H 2 O Suponemos, por ejemplo: b = 1, con lo que a = 2.d N: a = 2.d 3.a+2=2d+2.2 => 3.a =2.d + 2 al sustituir nos quedar: H: 3.a + c = 2.d + 2.f al resolver este sistema : 2.1 = e e = 2 y as Cl: 2.b = e 3.a = a + 2; 2.a = 2 ; a = 1 y as c=e=2 c=2 Na: c =e 1=2d ; d= 1/2 c=f=2 f=2 O: c=f pero como todos los coeficientes deben ser nmer os enteros, al obtener para d un valor fraccionario, multiplicamos todos los coe ficientes por 2, con lo que nos quedarn: a = 2 ; b = 2 ; c = 4 ; d = 1 ; e = 4 ; f = 4, valores que colocaramos en la reaccin original. B) Si se introducen 200 g d e NH 3 y 175 g de Cl 2 , tenemos que comprobar, segn la estequiometra de la reaccin si stas son las cantidades estequiomtricas o si tenemos exceso de alguno de los d os. As: 2 NH 3 + estequiom este caso 2 mol = 34 g 200? 2 Cl 2 + 2 mol=142 g 175 4 NaOH 4 mol=160 g --> N2H2 + 1 mol=30 g X 4 NaCl + 4 mol=234 g 4 H2O 4 mol=72 g Con estas cantidades, y teniendo en cuenta las que reaccionan, segn la estequiome tra podemos ver que sobrar amoniaco, por lo que vamos a determinar qu cantidad del mismo se necesitar para reaccionar con los 175 g de Cloro, y que, obviamente, deb e ser menor de los 200 g de que disponemos:g de NH3 = 34.175 = 41,90 g de NH3 que reaccionan 142 PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 28 de 54 Por tanto, el reactivo limitante es el Cloro, y es el que vamos a utilizar para los clculos estequiomtricos. PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERALLa cantidad de Hidrazina se determina a partir de la estequiometra de la reaccin: x= 175.30 = 36,97 g de N2H2 pero esta es la cantidad que se obtendra si el rendimien to del proceso fuera 142 del 100%, pero dado que se nos indica que el rendimiento del proceso es solament e del 90%, en la realidad obtendramos el 90% de esa cantidad, es decir: g de N2H2 realmente obtenidos = 36,97. 90 = 33,27 gramos 100 C-12 Se tiene una muestra de 200 g de calcita que contiene un 80% de carbonato cl cico puro y se trata con cido sulfrico, producindose en la reaccin correspondiente s ulfato clcico, dixido de carbono y agua. Se pide calcular: a) el volumen -en litro s- de un cido sulfrico del 98% en peso y densidad 1,836 g/mL que es necesario para que reaccione todo el carbonato clcico presente en esa muestra de mineral. b) lo s gramos de sulfato clcico producidos en esa reaccin. e) los litros de dixido de ca rbono que se forman, medidos a 30C y 720 mm de mercurio de presin. Datos: Masas atm icas: S=32; C=12; 0=16; Ca=40. RESOLUCIN Si tenemos 200 g de calcita con un 80% d e carbonato de calcio, la cantidad e este reactivo puro que tendremos para reacc ionar es: 200. 80 = 160 g de CaCO 3 100 De acuerdo con la reaccin estequiomtrica tenemos que: CaCO 3 + Cantidades estequio mtricas Cantidades reaccionantes 1 mol=100 g 160 g H 2 SO 4 1 mol=98 g X ---> CaS O 4 + 1 mol=136 g Y CO 2 + H2O 1 mol=18 g V 1 mol=44 g Z Y a partir de estas relaciones podemos deducir todas las cantidades de las difer entes sustancias, reactivos o productos, que intervienen en la reaccin. A) Cantid ad de cido sulfrico: X= 160.98 = 156,8 g de H2 SO 4 puro 100 y con esta cantidad y las caractersticas de la disolucin que nos dan: 98% y d= 1,836 g/ml, deducimos el volumen de esa disolucin: SOLUTO MASA VOLUMEN 156,8 DISOLVENTE 3,2 DISOLUCIN 160 87,14 Gramos mL Si la disolucin es del 98% y se tienen 156,8 g de c. Sulfrico puro: 158,6. 100 = 160 g de disolucion 98 es decir, se necesitan 0,087 litrosY dado que la densidad de la misma es 1,836 g/ml, nos quedar: d= masa 160 160 ; 1,836 = ; V= = 87,14 mL volumen V 1,836 B) Gramos de sulfato de calcio obtenidos: los deducimos tambin a partir de las re laciones estequiomtricas anteriores: PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 29 de 54Y= 160.136 = 217,6 g de CaSO 4 obtenidos 100 C) Cantidad de dixido de carbono obtenida la cual obtenemos de la misma manera Z= 1 mol.160 = 1,6 moles de CO 2 obtenidos 100 y dado que nos piden el volumen que ocupan en unas determinadas condiciones, lo calculamos mediante la ecuacin general de los gases: P. V = n.R.T ==> 720 .V = 1,6.0,082.303 ; 760 V= 1,6.0,082.303.760 = 41,96 Litros de CO 2 720 C-13 Se quieren preparar 0,50 moles de un compuesto Z puro mediante la siguiente secuencia de reacciones X ----> 2Y 3Y ----> 2Z Se espera un rendimiento del 70% en la primera etapa y del 65% en la segunda. Purificando el compuesto Z por rec ristalizacin en agua caliente, se estima que se pierde un 20% de este compuesto. C on cuntos moles de X debemos comenzar? RESOLUCIN Vamos a analizar las sucesivas et apas en orden inverso: Si hemos de obtener 0,50 moles y en la purificacin se pier de un 20% del compuesto, la cantidad obtenida es el 80% de la sustancia Z impura , por lo que la cantidad de sta debera ser: 100 moles de ZIMPURO --------- 80 moles de ZPURO X --------- 0,50 y de ah: X = 0,50100 . = 0,625 moles de Z IMPURO 80 que es la cantidad de Z que se obtiene en el segundo proceso. Teniendo en cuenta ahora la estequiometra de ste, vamos a determinar la cantidad de Y que ser necesar ia para obtener esas 0,625 moles de Z, suponiendo un rendimiento del 100%: 3 moles de Y -------- 2 moles de Z Y -------- 0,625 De donde: Y = 0,625.3 = 0,937 g de Y que seran necesarios si el 2 rendimiento fuera del 100%, pero como solamente es del 65%, y teniendo en cuenta que hemos de obtener los 0,625 g de Z, resultar que hemos de utilizar un exceso de la sustancia Y (un 35% de exceso), para compensar ese bajo rendimiento, y as: 100 moles de Y iniciales --------- 65 moles de Y reaccionan Y ----------- 0,937 y as: Y = 0,937.100 65 = 1,442 moles de Y Teniendo en cuenta ahora la estequiometra de este primer proceso, vamos a determinar la cantidad de X que ser necesaria para obtener esas 1,442 moles de Y, suponi endo un rendimiento del 100%: 1 mol de X -------- 2 moles de Y Y -------- 1,442 De donde: Y = 1,442 = 0,721 g de X que seran necesarios si el 2 PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 30 de 54 PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERALrendimiento fuera del 100%, pero como solamente es del 70%, y teniendo en cuenta que hemos de obtener los 1,442 g de Y, resultar que hemos de utilizar un exceso de la sustancia X (un 30% de exceso), para compensar ese bajo rendimiento, y as: 100 moles de X iniciales --------- 70 moles de Y reaccionan Y ----------- 0,721 y as: Y = 0,721100 . = 1,030 moles de X 70 Es decir, se necesita partir de 1,030 moles de la sustancia X para obtener 0,50 moles de Z puro C-14 La gasolina es una mezcla de hidrocarburos entre los que se encuentra el oc tano. A) Escriba la ecuacin ajustada para la combustin del octano; B) Calcule el v olumen de O 2 a 50C y 750 mm Hg necesario para quemar 1,00 g de octano. C) Sabien do que el porcentaje molar de Oxgeno en el aire es igual a 21, calcule el volumen de aire, medido en C.N., necesario para quemar 100 ml de octano, cuya densidad es 0,730 g/ml. (Considrese que el aire se comporta como un gas ideal) RESOLUCIN C 8 H 18 + 25/2 .O 2 > 8 CO 2 + 9 H 2 O Segn la estequiometra de la reaccin, para quemar completamente 1 mol de octano (Pes o molecular = 114) se necesitan 12,5 moles de Oxgeno. N moles de octano = 1 = 8,77.10 - 3 moles de octano, por lo que el nmero de moles de oxgeno que se 114 necesitan es: N moles O 2 = 12,5 . 8.77.10 - 3 = 0,11 moles de oxgeno que se neces itan El volumen que ocupan esas 0,11 moles de oxgeno lo calculamos por medio de l a ecuacin general de los gases ideales, y es: 750 .V = 0,110,082.323 ; V = 2,95 litros de O 2 . 760 c) La cantidad de octano que tenemos en esos 100 ml la calculamos utilizando la definicin de densidad: d= m 73 m ==> 0,730 = ; m = 73 g de octano = = 0,64 moles de octano los cuales, de acuerdo con la V 114 100 Si el aire tiene un 21% en moles, de oxgeno el nmero de moles de aire (*) necesari o es: estequiometra de su reaccin de combustin, necesitarn: 12,5 . 0,64 = 8 moles de O 2 Moles de aire necesarias = 8. 100 = 38,12 moles de aire que se necesitan 21 Si calculamos su volumen en condiciones normales (1 mol de cualquier gas en CN o cupa 22,4 l) tenemos Volumen de aire = 38,12 . 22,4 = 853,8 litros de aire que s e necesitan (*) En el caso del aire, que es una mezcla y no un compuesto, no pod emos hablar de moles en el sentido estricto del concepto, sino que en este caso y dado que nos indican que se comporta como un gas ideal, al utilizar el concept o de mol para esta mezcla, nos estamos refiriendo a un mol medio, como si se tra tara de un nico compuesto gaseoso C-15 Calcinamos 25,50 g de cloruro amnico a la temperatura de 400,0C y 700,0 mm deHg de presin, condiciones en las que el cloruro amnico cristalizado se disocia to talmente en cloruro de hidrgeno y amoniaco gaseosos. Calcular la cantidad que se forma de cada producto, el volumen que ocuparn los PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 31 de 54gases y las presiones parciales de cada gas al final de la reaccin. (DATOS: Tmense los siguientes valores para las masas atmicas: CI = 35,5; N = 14,0; H = 1,01) RE SOLUCIN El n de moles de cloruro de amonio que tenemos es: n = g 25,50 = = 0,477 moles de NH 4 Cl Pm 53,5 De acuerdo con la estequiometra de la reaccin de descomposicin de esta sal: NH 4 Cl H Cl + NH 3 en la que podemos ver que por cada mol de NH 4 Cl que se desc ompone se forma 1 mol de H Cl y un mol de NH 3 . Por tanto, de cada uno de los r eactivos se formarn: moles = 0,477.36,5 = 17,41g se forman de H Cl NH 3 = 0,477 moles = 0,477.17 = 8, 109 g se forman de NH 3 Para determinar el volumen que ocuparn los gases hemos de tener en cuenta las con diciones de presin y temperatura a las que se encuentran: 400,0 C y 700,0 mm Hg y el nmero total de moles de gas: N total de moles de gas = 0,477 + 0,477 = 0,954 mo les totales. A los cuales le aplicamos la ecuacin general de los gases ideales: P .V = n.R.T ==> H Cl = 0,477 700 . V = 0,954.0,082.673; 760 V = 57,16 litros 0,477 = 0,50 y as: 0,954 Para determinar la presin parcial d cada gas, aplicamos la Ley de Dalton de las p resiones parciales, teniendo en cuanta que las fracciones molares de ambos gases son iguales: X = PHCl = X HCl .PTOTAL = 0,5.700; PH Cl = 350 mm Hg PNH3 = X NH3 .PTOTAL = 0,5.700; PNH3 = 350 mm Hg C-16 El primer paso en la preparacin del cido ntrico es la produccin de xido ntrico a partir del amoniaco y oxgeno, segn la reaccin: 4 NH 3 (g) + 5 O 2 (g) ))))< 4 NO (g ) + 6 H 2 O (g) . Supuesto que 3,00 litros de amoniaco a 802C y 1,30 atm reaccion an completamente con oxgeno, A) Cuantos litros de vapor de agua medidos a 125C y 1, 00 atm se forman? B) Cuantos litros de aire, medido en C.N. se necesitarn si el ai re tiene un 80% en volumen de Nitrgeno y un 20% de Oxgeno? RESOLUCIN Para poder rea lizar los clculos estequiomtricos en la reaccin dada, vamos a calcular la cantidad de amoniaco que va a reaccionar, en moles y gramos, aplicando la ecuacin general de los gases ideales, que es: P. V = n.R. T 1,30.3,00 = n.0,082.1075 , de donde n = con 8 g + 4 0,044 moles de amoniaco = 0,752 g de amoniaco lo que la estequiometra de la reaccin dada es: 4 NH 3 (g) + 4 moles = 4.17 = 6 0,044 moles = 0,752 g 5 O 2 (g) ))))< 5 mol = 5.32 = 160 g X moles 4 NO (g) mol = 4.30 = 120 g 6 H 2 O (g) 6 mol = 6.18 = 108 g Y molespuesto que nos piden datos sobre volumenes, vamos a calcular el nmero de moles de agua y oxgeno que intervienen, para, posteriormente con la ecuacin general de los gases calcular los correspondientes volmenes: PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 32 de 54H 2 O: Y= 0,044.6 = 0,066 moles de H2 O 4 los cuales, a 125C (a esta temperatura el agua se encuentra en estado de vapor) y 1,00 atm ocuparn un volumen de: 1. V = 0,066.0,082.398 ; V = 2,15 litros de vapor de agua que se obtienen 0,044.5 = 0,055 moles de O 2 4 Para calcular la cantidad de aire, vamos a determinar el oxgeno que se necesita p ara la reaccin, que es: Y= los cuales, en C.N. ocuparn: 1.V =0,055.0,082.273; V = 1,23 litros de O 2 en C.N. Dado que el aire tiene un 2 0% de oxgeno, la cantidad de aire necesaria es: VAIRE = 1,23.100 ; 20 V AIRE = 6,15 Litros de aire se necesitan C-17 Se mezclan 2 litros de acetileno y 9 de oxgeno que estn en iguales condicione s. Despus de la combustin completa del acetileno, se vuelve a las condiciones inic iales de los gases, quedando el agua en estado gaseoso. Conocidas las masas atmic as de: H=1, C=12 y 0=16, Calcule: a) El volumen final de la mezcla; b) La compos icin de esa mezcla gaseosa expresndola como % en volumen y en peso. RESOLUCIN De ac uerdo con la hiptesis de Avogadro, las relaciones entre moles de diferentes gases son las mismas que sus relaciones en volumen, siempre que se encuentren en las mismas condiciones de P y T, lo cual se cumple en este caso. La reaccin es: 2 C2H 2 + Cantidad inicial Cantidades finales 2 litros ---5 O2 9 litros 9 - 5 = 4 litr os > 4 CO 2 ---4 litros 2 litros + 2 H2O Del anlisis de la estequiometra de la reaccin deducimos que cada 2 litros de C 2 H 2 reaccionarn con 5 litros de O 2 para dar 4 litros de CO 2 y 2 litros de H 2 O, por lo que en este caso, se terminar el C 2 H 2 , se gastarn 5 litros de O 2 (nos quedarn de ste 9 - 5 = 4 litros) y se formarn 4 litros de CO 2 y 2 litros de H 2 O. Por tanto, el volumen final de la mezcla ser: VTOTAL FINAL = 4 + 4 + 2 = 10 litr os La composicin de la mezcla, expresada como % en volumen, ser: 4 .100 = 40% de O 2 en volumen 10 4 % CO 2 = .100 = 40% de CO 2 en volumen 10 % O2 = % H 2O = 2 10 .100 = 20% de H 2 O en volumen Para determinar su composicin en peso, vamos a calcular la masa de todos los gase s en CN (por ejemplo), y as: 4 l de O 2 : 1.4 = g .0,082.273; g = 5,72 g de O 2 32 PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 33 de 54PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL4 l de CO 2 : 1.4 = 2 l de H 2 O: 1.2 = g .0,082.273; g = 7,86 g de CO 2 44 g .0,082.273; g = 1,61 g de H 2 O 18 lo cual hace una masa total de 15,19 g si la mezcla estuviera en C.N. ( Si lo hu bieramos calculado en cualquiera otras condiciones, P y T, la masa de O 2 sera g = 4.32.P P P. P. = 1561. gramos; para el CO 2 sera la 2146,3 y para el agua: 439, 02 , lo cual nos dar un T 0,082. T T T total de 4146,32 P. T % de O 2 : 5,72 .100 => 37,66% de O 2 15,19 1561. Con los otros datos es: P T P 4146,32. T 2146,3. .100 = 37,65% 7,86 % de CO 2 : .100 => 51,74% de CO 2 Con los otros datos es: 15,19 P T .100 = 51,76% P 4146,32. T 439,02. 1,61 % de H 2 O: .100 => 10,60% de H 2O Con los otros datos es: 15,19 P T .100 = 10,59% P 4146,32. TC-18 Se tiene una corriente de gas formada por una mezcla de metano y propano. P ara conocer su composicin se queman 0,364 g de dicha mezcla con exceso de oxgeno y se obtienen 1,09 g de dixido de carbono y 0,606 g de agua. Determine la composic in de la mezcla RESOLUCIN Suponemos que la mezcla est formada por x gramos de CH 4 e y gramos de C 3 H 8 . Teniendo en cuenta la Ley de conservacin de la masa, la suma de ambas cantidades es igual la cantidad total de la muestra inicial. Por otra p arte, dado que al quemarse originan CO 2 y H 2 O, tambin se han de conservar las cantidades totales de Carbono e Hidrgeno, por lo que la cantidad total de carbono existente entre los dos hidrocarburos tiene que ser la misma que se encuentra d espus en el CO 2 , y anlogamente, la cantidad total de hidrgeno existente entre amb os hidrocarburos es la que se encuentra despus formando parte del agua. De estas tres ecuaciones: el balance total de metano y propano, el balance del C y el del H tenemos suficiente con dos de ellas. No obstante, vamos a calcular las cantid ades de C e H que hay al principio y al final. Cantidades iniciales: METANO: De su frmula CH 4 deducimos que por cada 16 g (peso molecular) hay 12 g de C y 4 g d e H, y as, dado que disponemos de x gramos de METANO: g. de C = x. PROPANO: 12 16 ; g. de H = x. 4 16 De su frmula C 3 H 8 deducimos que por cada 44 g (peso molecular) hay 36 g de C y8 g de H, y PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 34 de 54 PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERALas, dado que disponemos de y gramos de PROPANO: g. de C = Cantidades finales: x. 12 8 ; g. de H = y. 16 44 CO 2 La cantidad de C que obtenemos al final la deducimos teniendo en cuenta que se obtienen 1,09 g de CO 2 y que, teniendo en cuenta la frmula, en cada 44 g de CO 2 (peso molecular) hay 12 g de C, y as: g de C en el CO 2 = 1,09. 12 = 0,297 g de C 44 H 2 O La cantidad de H que obtenemos al final la deducimos teniendo en cuenta qu e se obtienen 0,606 g de H 2O y que, teniendo en cuenta la frmula, en cada 18 g d e H 2 O (peso molecular) hay 2 g de H, y as: g de H en el H 2 O = 0,606. 2 = 0,0673 g de H 18 Con todo ello el sistema de ecuaciones a resolver con las cantidades totales y l a de Carbono, son: x + y = 0,364 x + y = 0,364 x + y = 0,364 12 36 0,091.y = 0,032 .x+ y = 0,297 52 8. x + 576y = 209,088 x + 1,091y = 0,396 16 44 y = 0,352 g de propano en la muestra inicial x = 0,364 - 0,352 = 0,012 g de meta no en la muestra inicial % de propano = % de metano = 0,352 .100 = 96,70% 0,352 + 0,012 0,012 .100 = 3,30% 0,352 + 0,012 C-19 Al quemar 60 cm 3 de una mezcla de metano y etano, medidos a 0C y 1 atm de p resin, con cantidad suficiente de oxgeno, se producen 80 cm 3 de dixido de carbono, medidos en las citadas condiciones, y agua. A) Cual es la composicin porcentual d e la mezcla, expresada en volumen? B) Cantidad de oxgeno, expresada en moles, nec esaria para la combustin total de la mezcla. RESOLUCIN Suponemos que la mezcla est formada por x gramos de CH 4 e y gramos de C 2 H 6 . Teniendo en cuenta la Ley de co nservacin de la masa, la suma de ambas cantidades es igual la cantidad total de l a muestra inicial. Por otra parte, dado que al quemarse originan CO 2 y H 2 O, t ambin se han de conservar las cantidades totales de Carbono e Hidrgeno, por lo que la cantidad total de carbono existente entre los dos hidrocarburos tiene que se r la misma que se encuentra despus en el CO 2 , Cantidades iniciales: El numero t otal inicial de moles que tenemos lo obtenemos a partir de la ecuacin general de los gases ideales: P.V = n . R . T ; 1 . 0,060 = n TOTAL . 0,082 . 273 ; n TOTAL = 2,68.10 - 3 moles totales iniciales -3 por lo que la primera de las ec uaciones nos queda: x + y = 2,68.10 La cantidad de CO 2 final obtenida, la deducimos tambin con la ecuacin general de los gases ideales: : P.V = n . R . T ; 1 . 0,080 = n CO2 . 0,082 . 273 ; n CO2 = 3,57.10 - 3 moles totales de CO 2 que se obtienen A partir de las respectivas reacciones de combustin ajustadas, deducimos las cant idades de CO 2 procedentes de la combustin de ambos hidrocarburos, que son: PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 35 de 54CH 4 + 2. O 2 > CO 2 + 2 H 2 O C 2 H 6 + 7/2 O 2 es decir, que por cada mol de metano que se quema, se necesitan 2 moles de O 2 y se obtiene 1 mol de CO 2 , por lo que partiendo de las x moles que tenamos de meta no obtendremos x moles de CO 2 y se necesitan 2.x moles de Oxgeno > 2.CO 2 + 3 H 2 O es decir, que por cada mol de etano que se quema, se necesitan 7/2 mol de O 2 y se obtienen 2 moles de CO 2 , por lo que partiendo de las y moles que tenamos de e tano obtendremos 2.y moles de CO 2 y se necesitarn 7/2.y moles de Oxgeno -3 Y la suma de ambas cantidades ha de ser la cantidad de CO 2 final obtenida: x + 2.y = 3,57.10 Y se resuelve el sistema de ecuaciones obtenido: x + y = 2,6810 - 3 . Restando la primera a la segunda: x + 2 y = 3,57.10 - 3 x = 2,68.10 -3 - 0,89.10 -3 y = 0,89.10 - 3 moles iniciales de C 2 H 6 -3 ; x = 1,79.10 moles iniciales de C H 4 y desde aqu: La composicin porcentual en volumene es la misma que la composicin porcentual en m oles, como consecuencia de la hiptesis de Avogadro (Volumenes iguales de gases di ferentes en las mismas condiciones de presin y temperatura contienen el mismo nmer o de molculas). As: METANO: % = 1,79.10 - 3 .100 = 66,8% de METANO hay en la mezcla inicial 2,6810 - 3 . ETANO: % = 0,89.10 - 3 .100 = 33,2% de ETANO hay en la mezcla inicial 2,6810 - 3 . La cantidad total de oxgeno que se necesita para la combustin total de la mezcla l a obtenemos tambin de las correspondientes reacciones de combustin: N moles de O 2 necesarias = 2.x + 7/2 y = 2.1,79.10 - 3 + 7/2 . 0,89.10 - 3 = 6,69.10 - 3 moles de O 2 se necesitan C-20 Para determinar la riqueza de una partida de zinc se tomaron 50,0 g de una muestra homognea y se trataron con cido clorhdrico del 37 % en peso y densidad 1,18 g/mL, consumindose 126 mL de cido. La reaccin de zinc con cido clorhdrico produce cl oruro de zinc e hidrgeno (H2). Calcle: a) La molaridad de la disolucin de cido clorhd rico. B) El porcentaje de zinc en la muestra. RESOLUCIN a) Para determinar la Mol aridad del cido clorhdrico, vamos a partir de 1 litro de disolucin Soluto (H Cl) Ma sa (g) Volumen (mL) 436,6 g + Disolvente (agua) 743,4 = Disolucin 1180 g 1 L= 100 0 mL A partir de la densidad calculamos la masa: m = V.d = 1000.1,18 = m = 1180 g de disolucin y el 37% son de soluto = 0,37.1180=436,6 g La Molaridad viene dada por: M = g SOLUTO PmSOLUTO . LDISOLUCION= 436,6 ; M = 11,98 Molar 36,451 . b) Para calcular el porcentaje de zinc en la muestra vamos a calcular la cantidad d e Zinc puro que haba en ella y que es el que reacciona con los 126 mL de la disol ucin de H Cl. PROB RESUELTOS - ESTEQUIOMETRA - Pgina 36 de 54 PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERALLa reaccin que tiene lugar es: Zn + 2 H Cl > ZnCl 2 + H 2 . Teniendo en cuenta la estequiometra de esta reaccin y sabiendo que se emplean 126 mL de la disolucin de H Cl, hemos de calcular previamente la cantidad de H Cl que hay en esta cantidad, para lo cual si utilizamos los datos que nos ofrecen ( d = 1,18 g/mL y 37%), te nemos: 1,18 = g ; g = 148,68 g de disolucin, la cual contiene 126 un 37% de soluto: g de H Cl = 0,37 . 148,68 = 55,02 g de H Cl reaccionan. Estos clculos los podemos realizar tambin partiendo de la Molaridad que hemos determinad o en el apartado anterior, utilizando la expresin de la Molaridad de una disolucin para los 126 mL: 11,98 = g SOLUTO 36,45.0,126 Zn + ; g H Cl = 11,98 . 36,45 . 0,126 = 55,02 g de H Cl reaccionan y este dato lo llevamos a la estequiometra de la reaccin: 2 H Cl > 2 moles = 2.36,45 g 55,02 ZnCl 2 + 1 mol = 136,27 g H2 1 mol = 2 g 1 mol = 65,37 g X Donde X = 65,37.55,02 = 49,34 g de Zinc haba en los 50 g de la muestra analizada. 2.36,45 4 9,34 .100 = 98,68 % de Zinc 50,0 El porcentaje de Zinc ser, por tanto: % Zn = C-21 Una mezcla de propano y butano de 100 cm 3 se quema en presencia de suficie nte cantidad de oxgeno, obtenindose 380 cm 3 de dixido de carbono. Calcule: a) El t anto por ciento en volumen de propano y butano en la mezcla inicial. b) El volum en de oxgeno necesario para efectuar la combustin. Nota: Considere que todos los g ases estn medidos en las mismas condiciones de presin y temperatura. RESOLUCIN Supo nemos que la mezcla est formada por x moles de prop