ACTIVIDADES TEMA 3. CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS IES Blas Cabrera. FyQ 1 Bach. Curso 2013-2014

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Introducción

A01 Clasificar los siguientes procesos como químicos o como físicos, señalando los criterios utilizados para ello:

■ Destilación del vino ■ Dilatación de un gas ■ Evaporación del agua ■ Combustión de la pólvora

■ Corrosión del hierro ■ Disolución de sal común en agua ■ Preparación de caramelo al calentar azúcar ■ Obtención de hierro a partir de sus minerales

Disoluciones

A02 Averiguar el número de moles, n, de HCl que habrá en 5 ml de disolución 10 M de HCl. (Sol: 0,05 mol) A03 Calcula cuántos gramos de cloruro de sodio hay en 250 cm3 de disolución 0,10 M de dicho compuesto. (Sol: 1,46 g) Datos: A (Cl) = 35,5 u; A (Na) = 23,0 u A04 Se disuelven 20 g de ácido sulfúrico en 0,10 litros de agua y la disolución alcanza un volumen de 0,111 litros.

a) Calcular la concentración de esta disolución en %. (Sol: 16,67 %) b) Calcular su molaridad. (Sol: 1´84 M) Datos: A (H) = 1,0 u; A (S) = 32,0 u; A (O) = 16,0 u. dagua = 1 g/mL

A05 Una disolución acuosa de hidrogeno(tetraoxidoclorato (ácido perclórico) al 40% en peso tiene una densidad de 1,2 g/cc.

Calcular la molaridad de dicha disolución. (Sol: 4,8 M) Datos: A (H) = 1,0 u; A (Cl) = 35,5 u; A (O) = 16,0 u. A06 Se disuelven 20 g de NaOH en 560 g de agua. Calcula la concentración de la disolución en % en masa. (Sol: 3,5 %) Datos: A (Na) = 23,0 u; A (O) = 16,0 u; A (H) = 1,0 u. A07 ¿Qué masa de glucosa, C6H12O6, se necesita para preparar 100 cm3 de disolución 0,20 molar? (Sol: 3,6 g) Datos: A (C) = 12,0 u, A (O) = 16,0 u, A (H) = 1,0 u. A08 Se tiene ácido sulfúrico del 49 % y densidad 1,1 g/cc. Calcular su molaridad. (Sol: 5,5 M) Datos: A (H) = 1,0 u; A (S) = 32,0 u; A (O) = 16,0 u. A09 Calcular la densidad de una disolución acuosa de tetraoxidosulfato de magnesio (sulfato de magnesio) 3,56 M y del 18 % en

peso. (Sol: 2,44∙103 g/L) Datos: A (S) = 32,0 u; A (O) = 16,0 u; A (Mg) = 24,3 u A10 En un recipiente se dispone de 0,50 L de H2SO4 10 M. Si extraemos 30 cm3 de dicha disolución y lo vertemos en una probeta

vacía a la que, posteriormente, añadimos agua hasta completar un volumen total de 80 cm3, ¿cuál será la molaridad de la disolución final? (Sol: 3,8 M) Datos: A (S) = 32,0 u; A (O) = 16,0 u; A (Mg) = 24,3 u

A11 ¿Qué volumen de una disolución de ácido fosfórico del 60 % de riqueza y cuya densidad es de 1,64 g/cm3 se necesita para

preparar 500 mL de una disolución 1,0 M? (Sol: 0,050 L) Datos: A (H) = 1,0 u; A (O) = 16,0 u; A (S) = 32,0 u A12 ¿Cuál es la molaridad de una disolución de ácido sulfúrico concentrado cuya densidad es de 1,84 g/cm3 y riqueza del 98,0 %?

Si echamos 10,0 mL de ese ácido concentrado sobre agua hasta completar un volumen total de 100 mL, ¿Qué molaridad tendrá la disolución final? (Sol: 18,4 M; 1,84 M) Datos: A (H) = 1,0 u; A (O) = 16,0 u; A (S) = 32,0 u

A13 Se desea preparar 1,0 litros de una disolución de ácido nítrico 0,20 M a partir de un ácido nítrico comercial de densidad 1,5

g/cm3 y 33´6 % de pureza en peso. a) ¿Qué volumen deberemos tomar de la disolución comercial? (Sol: 0,025 L) b) Explique el procedimiento que seguiría para su preparación y nombre el material necesario para ello. Datos: A (H) = 1,0 u; A (O) = 16,0 u; A (N) = 14,0 u

A14 Se desea preparar 250 cc de una disolución de ácido sulfúrico 3,0 M utilizando para ello el reactivo de una botella cuya

etiqueta señala una densidad para el ácido de partida de 1,84 g/ml, y una riqueza en peso del 96 %. a) Calcule el volumen que debemos tomar de la disolución comercial. (Sol: 0,042 L) b) Indique como prepararía la disolución y dibuje dos de las piezas imprescindibles. Datos: A (H) = 1,0 u; A (O) = 16,0 u; A (S) = 32,0 u

A15 Se dispone de un ácido nítrico concentrado de densidad 1,48 g.cm−3 y 60,0 % en masa. ¿Cuál será el volumen necesario de este ácido para preparar 250 cm3 de una solución de ácido diluido 1 M? (Sol: 1,63∙103 g/L; 3,0 mL) Datos: A (N) = 14,0 u, A (O) = 16,0 u; A (H) =1,0 u. A16 Un ácido sulfúrico concentrado de densidad 1,80 g/cm3 tiene una pureza del 90,5 %. Calcula: a) Su concentración en g/L. (Sol: 1,6∙103 g/L) b) El volumen necesario para preparar 1/4 L de disolución 0,20 M. (Sol: 3,0 mL) A (H) = 1,0 u; A (O) = 16,0 u; A (S) = 32,0 u

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A17 En 20 cm3 de una disolución de hidróxido de sodio hay 2,0 gramos de esta sustancia. Calcula: a) la molaridad de la disolución. b) el volumen de agua que hay que agregar a esta disolución para que su molaridad sea 0,40 mol/L. Masas atómicas: A (H) = 1,0 u; A (O) = 16,0 u; A (Na) = 23,0 u. CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS

A18 Ajustar las siguientes reacciones:

N2 + H2 NH3 Cl2 + NaBr NaCl + Br2 HNO3 + Ag AgNO3 + NO + H2 O

HCl + Zn ZnCl2 + H2 Fe + O2 FeO SO2 + H2O + HNO3 H2SO4 + NO

Fe2O3 + C Fe + CO2 FeO + O2 Fe2O3 HNO3 + C NO + CO2 + H2O

NH3 + O2 NO + H2O K + H2O KOH + H2 Cl2 + Na2SO3 + H2O Na2SO4 + HCl

NH4NO3 N2 + H2 + O2 NH3 + O2 NO + H2O Pb(NO3)2 + KI PbI2 + KNO3

HCl + O2 Cl2 + H2O HCl + Ca(OH)2 CaCl2 + H2O FeS2 + O2 SO2 + Fe2O3

Cl2 + H2S HCl + S CH4 + O2 CO2 + H2O FeCl3 + SnCl2 FeCl2 + SnCl4

Cl2 + Fe FeCl3 Zn + HCl ZnCl2 + H2O Cl2 + H2O HCl + HClO

H2 + Cl2 HCl Ca + O2 CaO CaCO3 + HCl CaCl2 + CO2 + H2O

Fe2O3 + CO Fe + CO2 H2 + O2 H2O Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO2 + H2O

C4H10 + O2 CO2 + H2O C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O Al(OH)3 + HCl AlCl3 + H2O

C2H4 + O2 CO2 + H2O C2H6 + O2 CO2 + H2O Na2CO3 + HCl NaCl + CO2 + H2O

HBr + KOH KBr + H2O Na + 1/2 O2 Na2O Ca(NO3)2 + Na2SO4 CaSO4 + NaNO3

KClO3 KCl + O2 FeS + C CS2 + Fe Pb + PbO2 + H2SO4 PbSO4 + H2O

Fe + O2 Fe2O3 Na + HCl NaCl + H2 MnO2 + NaOH + O2 Na2MnO4 + H2O

NaOH + HCl NaCl + H2O Fe2O3 + C CO + Fe H2SO4 + NaOH Na2SO4 + H2O

A19 Explicita las diversas maneras de calcular la cantidad de sustancia, ya sea en estado sólido, líquido, o en disolución. A20 ¿Qué masa de tetraoxidosulfato de cobre (sulfato de cobre (II), CuSO4) podemos obtener por la acción de 2,95 g de ácido sulfúrico concentrado y caliente sobre un exceso de cobre metal? La reacción del cobre con el ácido sulfúrico es:

Cu (s) + H2SO4 (l) CuSO4 (s) + H2 (g)

Datos: A (Cu) = 63,5 u; A (S) = 32,0 u; A (O) = 16,0 u; A (H) = 1,0 u. A21 La fermentación de la glucosa para producir alcohol etílico tiene lugar de acuerdo con la ecuación:

C6H12O6 (s) 2 CH3CH2OH (l) + 2 CO2 (g)

¿Qué cantidad de alcohol se producirá a partir de 4,25 kg de glucosa? Datos: A (C) = 12,0 u; A (O) = 16,0 u; A (H) = 1,0 u. A22 Una bombona de butano, CH3CH2CH2CH3, contiene 12,5 kg del mismo. ¿Qué volumen de oxígeno medido a 27 ºC y 740 mm

de Hg será necesario para la combustión de todo el butano? Datos: A (C) = 12 u; A (H) = 1,0 u; A (O) = 16,0 u. A23 Al “disolver” cinc en ácido sulfúrico se desprenden 250 mL de H2 medidos en c.n. ¿Qué masa de cinc ha reaccionado? La

reacción del cinc con el ácido sulfúrico es: Zn (s) + H2SO4 (l) ZnSO4 (s) + H2 (g) Datos: A (Zn) = 65,4 u; A (S) = 32,0 u; A (O) = 16,0 u; A (H) = 1,0 u. A24 Se descompone por el calor 13,0 g de clorato potásico (trioxidoclorato de potasio) según el proceso:

2 KClO3 (s) 2 KCl (s) + 3 O2 (g)

Calcular la masa y el volumen de oxígeno gas (dioxígeno), medido a 27 ºC y 1 atmósfera, que se produce. Datos: A (K) = 39,1 u; A (Cl) = 35,5 u; A (O) = 16,0 u. A25 Calcular la cantidad de monocloruro de potasio que puede obtenerse por la descomposición térmica de 4,0 kg de clorato

potásico (trioxidoclorato de potasio) según la reacción: 2 KClO3 (s) 2 KCl (s) + 3 O2 (g). Datos: A (K) = 39,1 u; A (Cl) = 35,5 u; A (O) = 16,0 u. A26 ¿Qué volumen de una disolución de ácido sulfúrico 0,10 M se necesitará para que reaccione con 0,5 g de hidróxido sódico?

La reacción entre ambos es: H2SO4 (ac) + 2 NaOH (ac) Na2SO4 (ac) + 2 H2O (l) Datos: A (Na) = 23,0 u; A (O) = 16,0 u; A (S) = 32,0 u; A (H) = 1,0 u.

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A27 La combustión del C12H26 tiene lugar según la ecuación: 2 C12H26 (g) + 37 O2 (g) 24 CO2 (g) + 26 H2O (g). Calcular: a) la masa de oxígeno necesaria para producir 1,75 kg de CO2. b) El volumen de oxígeno en c.n. necesario para quemar 50 g de C12H26. A (C) = 12,0 u; A (H) = 1,0 u; A (O) = 16,0 u.

A28 Calcula el volumen de disolución de Ca(OH)2 0,02 M (solución saturada) necesario para neutralizar una muestra de 25 cm3 de

H3PO4 0,05 M dando bis(tetraoxidofosfato) de tricalcio y agua. La reacción (neutralización ácido-base) ajustada es:

3 Ca(OH)2 (ac) + 2 H3PO4 (aq) 1 Ca3(PO4)2 (s) + 6 H2O (l).

Datos: A (Ca) = 40,0 u; A (P) = 30,1 u; A (O) = 16,0 u; A (C) = 12,0 u; A (H) = 1,0 u. A29 El sulfuro de hidrógeno (monosulfuro de dihidrógeno) emitido por las sustancias orgánicas en descomposición (por ejemplo,

los huevos podridos), al pasar a la atmósfera, se convierte en dióxido de azufre (uno de los contaminantes ambientales

causantes de la lluvia ácida), mediante la reacción sin ajustar: H2S (g) + O2 (g) SO2 (g) + H2O (g). Calcula el volumen de SO2 que se producirá, a 1,0 atm y 27 ºC por cada kilogramo de sulfuro de hidrógeno que reaccione. Datos: A (S) = 32,0 u; A (O) = 16,0 u; A (H) = 1,0 u. A30 El cloro (dicloro) es un gas verde amarillento de olor picante y muy venenoso. Se trata de un elemento muy reactivo que mata

rápidamente a las plantas. Hoy en día es un producto necesario que tiene múltiples usos (plásticos, anestésicos, insecticidas , desinfección del agua, blanqueador de papel, etc.) El cloro se puede obtener en el laboratorio hac iendo reaccionar permanganato de potasio (tetraoxidomanganato de potasio) con ácido clorhídrico. La reacción que tiene lugar puede representarse por medio de la siguiente ecuación química:

2 KMnO4 (s) + 16 HCl 2 KCl + 2 MnCl2 + 5 Cl2 (g) + 8 H2O (l)

a) Calcula la masa, en gramos, de permanganato que habrá reaccionado para obtener un volumen de 100 cm3 de cloro medido a 25 ºC y 500 mm de Hg de presión. b) Calcula el volumen de cloro (dicloro), en condiciones normales, que puede obtenerse mediante la reacción de 100 cm3 de una disolución de permanganato 0,50 M con exceso de ácido clorhídrico.

Datos: A (Mn) = 54,9 u; A (Cl) = 35,5 u; A (O) = 16,0 u; A (C) = 12,0 u; A (H) = 1,0 u. A31 Todos conocemos el hecho de que no debemos dejar trozos de limón sobre el mármol de la cocina, ya que los ácidos atacan

al mármol (trióxido carbonato de calcio o carbonato de calcio) desprendiendo dióxido de carbono. También es sabido que el salfumán (ácido clorhídrico comercial) ataca el mármol para formar dicloruro de calcio, agua y dióxido de carbono. Calcular la masa de mármol que se puede disgregar con una botella de salfumán (500 cm3 de HCl, 16,5 mol/L) así como la masa de dicloruro de calcio y el volumen de dióxido de carbono, medido a 25 ºC y 1 atm, que se obtendrán.

Datos: A (Ca) = 40 u; A (C) = 12 u, A (O) = 16 u; A (Cl) = 35,5 u A32 Se dispone de una solución de HCl 2,0 M que se va a adicionar a CaCO3 para obtener CO2 según la ecuación química:

CaCO3 (s) + 2 HCl (ac) CaCl2 (ac) + CO2 (g) + H2O (l)

Se dispone para recoger el gas de una probeta de 250 cm3. Predecir la masa mínima de CaCO3 que se debe hacer reaccionar para llenar la probeta y calcular el volumen de ácido necesario. Tómense P y T en c.n. Datos: Datos: A (Ca) = 40,0 u; A (C) = 12,0 u, A (O) = 16,0 u; A (Cl) = 35,5 u; A (H) = 1,0 u.

A33 Los ácidos pueden reaccionar con hidróxidos metálicos dando una sal y agua, de modo que sus propiedades ácidas quedan

neutralizadas. Un enfermo de úlcera de estómago se toma un medicamento que contiene hidróxido de aluminio para neutralizar la acidez (debida al ácido clorhídrico presente en los jugos gástricos). La ecuación que representa esa neutralización es:

Al(OH)3 + 3 HCl AlCl3 + 3 H2O

Supón que cada día en su estómago recibe 3 litros de jugo gástrico con una concentración de 0,080 mol/L de HCl e imagínate que eres su médico. ¿Cuántos cm3 de un medicamento consistente en una disolución de Al(OH)3 de concentración 0,80 mol/L le recetarías como dosis diaria? Datos: A (Al) = 40,0 u; A (H) = 1,0 u, A (O) = 16,0 u; A (Cl) = 35,5 u

A34 El cloro se obtienen según la reacción: HCl (aq) + MnO2 (s) MnCl2 (s) + H2O (l) + Cl2 (g) a) Ajusta la reacción anterior. b) Calcular la cantidad de MnO2 necesaria para obtener 10 L de Cl2 a 710 mm Hg y 25 ºC. c) El volumen de ácido clorhídrico 0,50 M que habrá que usar. Datos: A (Mn) = 54,9 u, A (O) = 16,0 u, A (Cl) = 35,5 u, A (H) = 1,0 u

A35 El ácido clorhídrico reacciona con el aluminio y se produce cloruro de aluminio (tricloruro de aluminio) e hidrógeno gas

(dihidrógeno). Se quiere obtener 140 L de hidrógeno, medidos a 20 ºC y 740 mm de presión: a) Ajusta la reacción química. b) Calcula la masa de aluminio que se necesitará. c) Calcula la masa de cloruro de aluminio que se obtendrá. Datos: A (Cl) = 35,5 u; A (Al) = 27,0 u; A (H) = 1,0 u; 1 atm = 760 mm de Hg

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A36 Cuando el ácido clorhídrico reacciona con el aluminio se produce tricloruro de aluminio e hidrógeno gas (dihidrógeno). Se hacen reaccionar 70 g de aluminio: a) Escribe y ajusta la reacción química. (0,5 p) b) Calcula el volumen de la disolución de HCl 2,0 M que se necesitará. c) Calcula el volumen de hidrógeno, medido a 20 ºC y 740 mm de presión que se obtendrá. Datos: A (Cl) = 35,5 u; A (Al) = 27,0 u; A (H) = 1,0 u; 1 atm = 760 mm de Hg RIQUEZA, RENDIMIENTO, REACTIVO LIMITANTE

A37 En la reacción entre el ácido clorhídrico y el cadmio se producen hidrógeno (dihidrógeno) y cloruro de cadmio (dicloruro de cadmio). Si disponemos en un matraz 18,0 g de HCl y 12,0 g de Cd:

a) Escribe y ajuste la reacción. b) ¿Se encuentra en exceso alguno de los reactivos?

c) ¿Cuánto cloruro de cadmio se formará si la reacción es total? Datos: A (Cd) = 112,4 u, A (Cl) = 35,5 u, A (H) = 1,0 u. A38 En un recipiente que contiene 200 cm3 de disolución 2,0 M de HCl se introduce un trozo de cinc de 16,35 g de masa. a) Determina el volumen máximo de hidrógeno gas (medido a 1,0 atm y 20 º C) producido.

b) Sabiendo que los 200 cm3 de disolución de HCl 2,0 M se obtuvieron a partir de una botella de ácido clorhídrico concentrado en la que la densidad de la disolución era 1,18 g/cm3 y la riqueza en HCl puro del 35 %, halla que volumen de dicha disolución concentrada se utilizó. Datos: A (Zn) = 65,4 u; A Cl) = 35,5 u; A (H) = 1,0 u.

A39 En un matraz dejamos caer una disolución de ácido clorhídrico (HCl) 2,0 M sobre 100 g de mármol que contiene un 60 % de carbonato de calcio (trioxidocarbonato de calcio, CaCO3). Como productos se obtienen dicloruro de calcio, dióxido de carbono y agua. Las condiciones ambientales son 20 ºC de temperatura y una presión de 750 mm de Hg.

a) Ajusta la reacción química. b) Determina el volumen de CO2 producido. c) Determina el volumen de disolución de HCl consumido. Datos: A (Cl) = 35,5 u; A (C) = 12,0 u; A (Ca) = 40,1 u; A (O) = 16,0 u; A (H) = 1,0 u.

A40 a) Escribir ajustada la ecuación correspondiente a la reacción: Na2CO3 (s) + HCl (aq) NaCl (aq) + CO2 (g) + H2O (l) b) ¿Cuántos gramos de Na2CO3 reaccionaran con 450 mL de disolución de clorhídrico 0,80 M? c) ¿Qué volumen de CO2 se forma en el reacción si se suponen c.n. se presión y temperatura? Datos: A (Na) = 23,0 u; A (C) = 12,0 u; A (Ca) = 40,1 u; A (O) = 16,0 u; A (H) = 1,0 u. A41 Cuando se calienta una mezcla de clorato potásico (trioxidoclorato de potasio, KClO3) y azufre se produce una reacción muy exotérmica que conduce a la formación de cloruro potásico (KCl) y dióxido de azufre. Si la mezcla contiene 10,0 g de clorato potásico y 5,0 g de azufre, ¿qué reactivo estará en exceso?, ¿qué cantidad de dióxido de azufre se formará? Datos: A (K) = 39,1 u; A (Cl) = 35,5 u; A (O) = 16,0 u.

A42 Al reaccionar 500 g de bis(trioxidonitrato) de plomo (nitrato de plomo (II)) con 920 g de monoyoduro de potasio, se obtienen 600 g de diyoduro de plomo así como trioxidonitrato de potasio (nitrato de potasio). Determina el rendimiento de la reacción y establece cuál de los reactivos está en exceso. Datos: A (Pb) = 207,2 u; A (I) = 126,9 u; A (K) = 39,1 u; A (O) = 16,0 u; A (N) = 14,0 u; A (H) = 1,0 u. A43 Para analizar una muestra de cinc, se trató con HCl 7,5 M y el hidrógeno desprendido ocupó 30,0 L en condiciones normales. ¿Qué masa de cinc contenía la muestra y que volumen de HCl se utilizó? Datos: A (Zn) = 65,4 u; A (Cl) = 35,5 u; A (H) = 1,0 u. A44 Calcula la cantidad mínima de mineral de cinc del 20 % de pureza que se necesita para que reaccione totalmente con 0,50 L de disolución 1,0 M de HCl. Datos: A (Zn) = 65,4 u; A (Cl) = 35,5 u; A (H) = 1,0 u. A45 Las lámparas antiguas de mineros funcionaban quemando gas acetileno que proporciona una luz blanca brillante. El acetileno se producía al reaccionar el agua (se regulaba gota a gota) con carburo de calcio, CaC2, según la siguiente reacción:

CaC2 (s) + 2 H2O (l) C2H2 (g) + Ca(OH)2 (s) Calcula:

a) La cantidad de agua (en gramos) que se necesita para reaccionar con 50 g de CaC2 del 80 %

de pureza. b) El volumen de acetileno (en L) medido a 30 ºC y 740 mm Hg producido como consecuencia de la anterior reacción.

c) La cantidad en gramos de Ca(OH)2 producida como consecuencia de la anterior reacción.

Datos: A (H) = 1,0 u; A (Ca) = 40,0 u; A (C) = 12 u; A (O) = 16,0 u; R = 0,082 atm·L·mol-1·K-1.