cuestiones iniciales- pÁg. 9 - editex...unidad 1: las bases de la química solucionario química...

Unidad 1: Las bases de la Química

Solucionario

Química 2º

Bachillerato

1 © Editorial Editex. Este archivo es para uso exclusivo y personal del profesorado. Cualquier forma de reproducción o distribución solo puede ser realizada con la autorización del titular del copyright, salvo las excepciones previstas legalmente.

CUESTIONES INICIALES- PÁG. 9

1. Se realiza la autopsia a una víctima de asesinato. En su pelo se obtiene una cantidad de arsénico igual a 0,2 mg en una muestra de 15 g de cabello. Calcula

el % de arsénico que contiene ese cabello. 2. La concentración de CO, gas venenoso,

en el humo de un cigarrillo es del 2 %. Calcula el volumen de este gas en 1 litro de humo procedente de un cigarrillo.

2 de COV =1L humo · = 0,02 L de CO

100 de humo

3. El medicamento alucol, utilizado como antiácido estomacal, contiene hidróxido de aluminio y verifica la siguiente reacción química con el ácido clorhídrico del estómago: Al(OH)3 + HCl → AlCl3 + H2O. a) Ajusta la ecuación química de la reacción química anterior. b) Si cada comprimido contiene 375 mg de hidróxido de aluminio, calcula la cantidad de ácido clorhídrico que reacciona con un comprimido. a) Al(OH)3 + 3 HCl → AlCl3 + 3 H2O b) Por la estequiometria de la ecuación química ajustada se verifica:

3n de Al(OH) n de HCl=

1 3 e igualmente:

3

m mde Al(OH) de HCl

M M=1 3

Como la masa molar del Al(OH)3 es 78g

mol y la del HCl 36,5

g

mol, entonces:

3

0,375 g mde Al(OH) de HCl

g g78 36,5

mol mol=1 3

m de HCl = 0,526 g de HCl

ACTIVIDADES FINALES. PÁG. 36

1. Un recipiente cerrado contiene oxígeno. Después de vaciarlo se llena de gas amoníaco a la misma presión y temperatura. Razona cada una de las siguientes afirmaciones: a) El recipiente contiene el mismo número de moléculas de ambos gases. b) La masa del recipiente lleno es la misma en los dos casos. c) En las dos situaciones, el recipiente contiene el mismo número de átomos.

3-3

g0,2 mg ·

10 mg% ·100 = 1,33·10 %

15 g


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


a) Verdadera: Para los gases según la hipótesis de Avogadro, dos recipientes de igual volumen, en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas, independientemente del tipo de sustancia contenida en ellos. b) Falsa: Aunque existe el mismo número de moléculas, la masa molar de cada gas es diferente y la masa del recipiente también lo será. c) Falsa: Ya que aunque existe el mismo número de moléculas, la molécula de O2 contiene distinto número de átomos que la de NH3. 2. Se dispone de 200 L de gas hidrógeno medidos en condiciones normales de presión y temperatura. Halla: a) La cantidad de hidrógeno que hay en mol y en g, así como el número de moléculas y de átomos del mismo. b) El volumen que ocuparía el gas a 294 K y 98000 N/m2 y su volumen molar en dichas condiciones.

a) m

V 200 Ln = = = 8,93 mol

LV22,4

mol

Como la masa molar del H2 es 2 g

mol, entonces:

g

m= 8,93 mol ·2 =17,86 gmol

mn

M

Igualmente: 23 23

A

N moléculasn = Þ N= 8,93 mol ·6,02·10 = 53,75·10 moléculas

N mol

Como cada molécula de H2 contiene 2 átomos, entonces:

53,75 · 1023 moléculas · 2 23átomos=107,50·10 átomos

molécula

b) p · V = n · R · T, luego:

2

2

N98000

atm ·Lm ·V = 8,93 mol ·0,082 ·294 KN mol ·K

m101300atm

V = 222,53 L

Y Finalmente: m

222,53 L LV = = 24,92

8,93 mol molm

Vn

V


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


3. Una bombona de butano contiene 12 kg de este gas. Calcula: a) la cantidad, en mol, de gas existente en la bombona. b) El número de átomos de carbono y de hidrógeno que contiene. c) La composición centesimal del butano.

a) La masa molar del butano de fórmula C4H10 es 58 g g

mol

Por tanto: m 12000 g

n = = = 206,9 molgM

58mol

b) 23 26moléculasN= 206,9 mol ·6,02·10 =1,25·10 moléculas

molA

Nn

N

De la fórmula del butano se deduce:

1,25 · 1026 moléculas · 4 átomos de C

molécula = 4,98 · 1026 átomos de C

1,25 · 1026 moléculas · 10 átomos de C

molécula = 1,25 · 1027 átomos de H

c) Como la masa molar atómica del C es 12 g

moly la del H 1

g

mol, del dato del valor

de la masa molar del butano se deduce que en 58 g de butano hay: 4 · 12 g = 48 g de C y: 10 · 1 g = 10 g de H, luego:

% de C = 48 g

·100 = 82,76 %58 g

% de H = 10 g

·100 =17,24 %58 g

4. Al quemar totalmente 2,371 g de carbono se forman 8,688 g de un óxido gaseoso de este elemento químico. Si en condiciones normales, 1 L de este óxido tiene una masa de 1,9768 g, halla la fórmula empírica y molecular de dicho compuesto químico. Como el óxido sólo contiene carbono y oxígeno, resulta que en el óxido contiene: 2,371 g de C y 8,688 g – 2,371 g de O = 6,317 g de O

Por tanto: % de C = 2,371g

·100 = 27,29 %8,688 g

% de O = 6,317 g

·100 = 72,71%8,688 g

Las masas molares atómicas del C y el O son, respectivamente: 12 g/mol y 16 g/mol. Al conocer los tantos por ciento de cada elemento químico, se calcula la cantidad de


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


cada elemento químico, en mol, en el compuesto químico de la siguiente forma:

27,29 g

= 2,27 mol de C12g/mol

; 72,71g

= 4,54 mol de O16g/mol

Es decir, la proporción del número de átomos de cada elemento químico en el óxido de carbono es de 2,27 de C por cada 4,54 de O, o cualquier múltiplo o submúltiplo de esta relación. Puesto que la fórmula química de un compuesto químico expresa esta relación en números enteros, se toma como dato de referencia el menor de los cocientes obtenidos anteriormente y se divide el otro valor entre él. Con ello se obtiene la proporción relativa en la que se encuentran los átomos de los dos elementos químicos en el óxido de carbono. De forma que:

2,27 mol

= 1de C2,27 mol

; 4,54 mol

= 2 de O2,27 mol

;

Luego la fórmula empírica del óxido de carbono es: CO2, o mejor: (CO2)n Para hallar la fórmula molecular se sabe que: p · V = n · R ·T, luego:

1,9768 g 1atm·1 Ln de óxido = = = 0,80 mol

atm·LM0,082 ·273 K

mol ·K

M = 44,3 g

mol

Como la masa molar de CO2 es 44 g/mol, entonces:

g44,3

moln =g

44mol

1, luego la fórmula molecular es CO2, que coincide con la fórmula

empírica en este caso. 5. Un compuesto orgánico está formado únicamente por carbono, hidrógeno y azufre. a) Determina la composición centesimal y su fórmula empírica, si cuando se queman 3,00 g del mismo se obtienen 6,00 g de dióxido de carbono y 2,46 g de agua. b) Establece su fórmula molecular, si cuando se vaporizan 1,50 g de dicho compuesto ocupan un volumen de 1,13 L, medidos a 120 °C y 0,485 atm. a) En la combustión completa todo el C pasa a CO2 y todo el H a H2O. Sabiendo que

la masa molar atómica del C es 12 g

mol, la del S 32

g

mol y la del H 1

g

mol y las masas

molares del CO2 44 g

moly del H2O 18

g

mol, entonces.

n de CO2 que se obtiene = 6,00 g

g44

mol

, de forma que:


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


m de C existente en el CO2 obtenido = 12 g

mol ·

6,00 g

g44

mol

= 1,636 g de C

Igualmente para el H:

n de H2O que se obtiene = 2,46 g

g18

mol

, de forma que:

m de H existente en el H2O obtenido = 2 · 1 g

mol ·

2,46 g

g18

mol

= 0,273 g de H

Asimismo 1,636 g de C es la masa de C que hay en la muestra inicial del compuesto del que se desea averiguar su fórmula molecular y 0,273 g es la de H. Por tanto, la masa de S se halla a partir de la diferencia: 3,00 g – (1,636 g + 0,273 g) = 1,091 g.

Por tanto: % de C = 1,636 g

·100 = 54,53 %3,00 g

% de H = 0,273 g

·100 = 9,10 %3,00 g

% de S = 1,091g

·100 = 36,37 %3,00 g

Como las masas molares atómicas del C, H y S son, respectivamente: 12 g/mol, 1 g/mol y 32 g/mol. Al conocer los tantos por ciento de cada elemento químico, se calcula la cantidad de cada elemento químico, en mol, en el compuesto químico de la siguiente forma:

54,53 g

= 4,54 mol de C12g/mol

; 9,10 g

= 9,10 mol de H1g/mol

; 36,37 g

= 1,14 mol de S32 g/mol

Es decir, la proporción del número de átomos de cada elemento químico en el compuesto químico original es de 4,54 de C por cada 9,10 de H y 1,14 de S, o cualquier múltiplo o submúltiplo de esta relación. Puesto que la fórmula química de un compuesto químico expresa esta relación en números enteros, se toma como dato de referencia el menor de los cocientes obtenidos anteriormente y se divide los otros dos valores entre él. Con ello se obtiene la proporción relativa en la que se encuentran los átomos de los tres elementos químicos en el compuesto químico original. De forma que:

4,54 mol

= 3,98 de C1,14 mol

; 9,10 mol

= 7,98 de H1,14 mol

; 1,14 mol

= 1,00 de S1,14 mol

Redondeando, resulta que la fórmula empírica del compuesto químico es: C4H8S, o mejor: (C4H8S)n


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


b) Para hallar la fórmula molecular se sabe que para el vapor de dicho compuesto químico se cumple: p · V = n · R ·T, luego:

atm·L0,485 atm·1,13 L = n ·0,082 ·393 K

mol ·K n = 0,017 mol

Por tanto: 1,50 g g

0,017 mol = M= 88,2M mol

Como la masa molar correspondiente a la fórmula empírica es:

M = 4 · 12 g

mol + 8 · 1

g

mol+ 32

g

mol= 88

g

mol, resulta que este valor es

prácticamente igual que el obtenido a partir de la ecuación general de los gases, por lo que la fórmula molecular es: C4H8S

6. Prepara 250 cm3 de una disolución de ácido clorhídrico 2 molar, si el frasco comercial del laboratorio tiene las siguientes indicaciones: densidad 1,18 g/cm3 y riqueza del 35 %.

Como la masa molar del HCl es 36 g

mol, entonces:

m

g36,5

mol mol2 =L 0,250 L

m = 18,3 g de HCl

18,3 g de HCl es la masa de HCl requerida para preparar una disolución de dicho ácido, supuesta una riqueza del 100 %, pero como la riqueza es del 35 %, la cantidad de HCl necesaria es:

100m impuro =18,3 g · = 52,1g

35

Como en los líquidos es más fácil medir volúmenes, entonces:

m impurod =

V 3

3

52,3 gV = = 44,2 cm

g1,18

cm

, que es el volumen que ocupa 52,1 g de HCl

7. Se dispone de 100 mL de una disolución de ácido clorhídrico 0,5 molar y se desea preparar 100 mL de otra disolución del mismo ácido pero de concentración 0,05 molar. Cómo se prepara y se realiza en el laboratorio. En 100 mL de HCl 0,05 molar hay:

-3

M

mol Ln = C ·V = 0,05 ·100 mL· = 5·10 mol de HCl puro

L 1000 mL


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


Esta cantidad se debe tomar del HCl más concentrado, de molaridad 0,5 molar, y para ello se necesita un volumen de:

-3

M

moln = C ·V 5·10 mol =0,5 ·V V= 0,01L

L

De esta forma el procedimiento a realizar en el laboratorio es el siguiente: 1º. Se pipetea (nunca con la boca) 10 mL de la muestra original de HCl de concentración 0,5 molar. 2º. Se vierten los anteriores 10 mL con la pipeta en un matraz aforado de 100 mL 3º. Se enrasa con agua destilada el matraz hasta los 100 mL de capacidad y así se obtienen finalmente 100 mL de una disolución de HCl de concentración 0,05 molar. 8. Se toman 100 mL de una disolución de ácido nítrico del 42 % de riqueza en masa y densidad 1,85 g/mL y se diluyen hasta un volumen de 1 L de disolución. La disolución resultante tiene una densidad de 0,854 g/mL. a) Calcula la fracción molar del ácido nítrico resultante. b) Determina la molalidad de la disolución resultante. a) Los 100 mL de la disolución inicial del ácido nítrico tienen una masa de:

m disolución inicial = d · V = 1,85 g

mL· 100 mL = 185 g de disolución de HNO3.

Luego m puro de HNO3 = 185 g · 100

42 = 77,7 g

Como la masa molar del HNO3 es 63 g

mol, entonces: 3

77,7 gn de HNO = = 1,23 mol

g63

mol

Al diluir los 100 mL hasta 1 L tendremos esta cantidad de HNO3 y otra de agua que hay que calcular.

m disolución final = d · V = 0,854 g

mL· 1000 mL = 854 g de disolución final de HNO3.

Como al final existen 77,7 g de HNO3, entonces de agua habrá: m de agua = 854 g – 77,7 g = 776,3 g

Como la masa molar del H2O es 18 g

mol, entonces:


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


2

776,3 gn de H O = = 43,13 mol

g18

mol

De esta forma: 3

1,23 molx de HNO = = 0,028

1,23 mol + 43,13 mol

b) 3n de HNO 1,23 mol molm = = =1,58

masa de disolvente en kg 0,7763 kg kg

9. Se dispone de una botella de ácido sulfúrico cuya etiqueta aporta los siguientes datos: densidad 1,84 g/cm3 y riqueza en masa 96 %. a) Calcula e indica cómo prepararías 100 mL de una disolución 7 M de dicho ácido. b) ¿Hay que tomar alguna precaución especial?

a) V

nCM n = 7

mol

L · 100 mL ·

L

1000 mL= 0,7 mol

Como la masa molar del H2SO4 es 98 g

mol, entonces la masa de H2SO4 puro que

hace falta es: M

mn m = 0,7 mol · 98

g

mol= 68,6 g

De esta forma de la botella de H2SO4 de riqueza del 96 % hay que tomar una cantidad de:

m disolución de H2SO4 = 68,6 g de H2SO4 · 2 4

2 4

100 g disolución de H SO

96 g de H SO= 71,46 g

pero lo que se toma es un volumen, luego: m disolución

d disolución =V

Por tanto: 3

3

71,46 gV = = 38,84 cm

g1,84

cm

De esta forma hay que realizar los siguientes pasos: 1º. Pipetear (nunca con la boca) de la botella un volumen de 38,84 cm3 de la disolución de dicho ácido. 2º. Sobre un matraz aforado de 100 mL se vierte aproximadamente 50 mL de agua destilada y sobre el agua y de forma lenta se echan los 38,84 cm3 del ácido sulfúrico y se agita el matraz con la mano para favorecer la disolución.


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


3º. Se enrasa el matraz, añadiendo lentamente más agua destilada hasta alcanzar los 100 mL de disolución. b) Sí, pues nunca se debe verter agua sobre el ácido sulfúrico concentrado, pues se pueden producir sobrecalentamientos locales con proyección de ácido hirviendo e incluso hasta violentas explosiones en algunos casos. Por ello siempre se debe echar el ácido sobre el agua. 10. La presión de vapor del agua a 20 °C es de 17,53 mm de Hg. Se disuelven 36 g de glucosa en 400 cm3 de agua a 20 °C. Halla: a) La presión de vapor de la disolución. b) Las temperaturas de solidificación y de ebullición de la disolución. Datos: constante crioscópica y ebulloscópica del agua 1,86 °C/molal y 0,512 °C/molal, respectivamente.

a) Sabiendo que la masa molar de la glucosa de fórmula C6H12O6 es 180g

mol y la del

agua 18 g

mol y admitiendo que la densidad del agua a 20 °C es 1

3

g

cm, resulta que:

36 gn de glucosa = = 0,2 mol

g180

mol

y

3

3

g400 cm ·1

cmn de agua = = 22,22 molg

18mol

22,22 molx de agua = = 0,99

22,22 mol + 0,2 mol

De esta forma: p disolución = p0 · x de agua = 17,53 mm de Hg · 0,99 = 17,35 mm de Hg b) La molalidad de la disolución es:

n de glucosa 0,2, mol mol

m = = = 0,5masa de disolvente en kg 0,4 kg kg

tc = Kc · m = 1,86 0 C

mol/kg · 0,5

mol

kg = 0,93 °C

Ahora: 0,93 °C = 0°C – t solidificación t solidificación = - 0,93 °C

te = Ke · m = 0,512 0 C

mol/kg · 0,5

mol

kg = 0,25 °C

Ahora: 0,25 °C = t ebullición – 100 °C t ebullición = 100,25 °C 11. Al tratar dióxido de manganeso con ácido clorhídrico se obtiene cloruro de manganeso, agua y cloro. Halla: a) la cantidad de dióxido de manganeso, en g, y b) el volumen de disolución de ácido clorhídrico 1 molar, que se precisan para obtener 20 L de cloro a la temperatura de 15 °C y presión de 720 mm de Hg.


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


Sistema de cuatro ecuaciones con cinco incógnitas

Primero hay que ajustar la ecuación de la reacción química que tiene lugar, para ello se procede de la siguiente forma mediante el método algebraico: La ecuación química de la reacción se puede escribir mediante: a MnO2 + b HCl c MnCl2 + d Cl2 + e H2O El ajuste consiste en determinar los coeficientes estequiométricos: a, b, c, d, e, aplicando balances de materia a cada elemento químico, resultando: Para el Mn: a = c Para el O: 2 a = e Para el H: b = 2 e Para el Cl: b = 2 c + 2 d Dado que los coeficientes estequiométricos muestran la proporción existente entre las diversas sustancias que intervienen en la reacción química, por simplicidad de cálculos se puede admitir que, por ejemplo: a = 1. Luego: c = 1 y de esta forma resulta que: e = 2 y b = 4. Y por último: d = 1 Por tanto la ecuación química ajustada es: MnO2 + 4 HCl MnCl2 + Cl2 + 2 H2O A continuación, se identifican los reactivos y los productos de la reacción química que describe el proceso: Ecuación

química

ajustada

MnO2 (s) + 4 HCl (aq)

MnCl2 (aq) + Cl2 (g) + 2 H2O (l)

Cantidades

que

intervienen

en la

reacción

2n de MnO

1

n de HCl

4 2n de MnCl

1

2n de Cl

1 2n de H O

2

Datos e

incógnitas ¿m MnO2? CM = 1 M

¿V HCl? 20 L a

t = 15 ºC p = 720 mm

Se determina la masa molar de la sustancia que interviene en el proceso a partir de la

información que proporciona la tabla periódica, de forma que la del MnO2 es 87 mol

g

a) En este caso: 2 2n de MnO n de Cl=

1 1y, además, se cumple para el gas Cl2 que:

p · V = n · R · T, luego: 2

720 mm·20 L

mm760

atmn de Cl = = 0,80 molatm ·L

0,082 ·288 Kmol ·K


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


Sistema de seis ecuaciones con siete incógnitas

Como: 2 2n de MnO n de Cl=

1 1 n de MnO2 = 0,80 mol

Y, por tanto: 2 2

m g0,80 mol de MnO = m = 0,80 mol ·87 = 69,6 g de MnO

M mol

b) Para el HCl resulta que: 2n de Cln de HCl=

4 1, luego:

20,80 mol de Cln de HCl=

4 1 n de HCl = 4 · 0,80 mol = 3,20 mol

Y el volumen de la disolución de dicho ácido es:

mol 3,20 mol1 =

L V V = 3,20 L

12. El dicromato de potasio reacciona con el cloruro de estaño(II), en ácido clorhídrico, para producir cloruro de estaño(IV), cloruro de cromo(III) y agua. a) Escribe y ajusta la ecuación química de la reacción que tiene lugar. b) Si 45 cm3 de una disolución de cloruro de estaño 0,05 molar reaccionan completamente con 60 cm3 de una disolución de dicromato de potasio, halla la molaridad de esa disolución. a) La ecuación química de la reacción química que ocurre es: a K2Cr2O7 (aq) + b SnCl2 (s) + c HCl (aq) → → d KCl (aq) + e SnCl4 (aq) + f CrCl3 (aq) + g H2O (l) El ajuste consiste en determinar los coeficientes estequiométricos: a, b, c, d, e, f, g, aplicando balances de materia a cada elemento químico, resultando: Para el K: 2 a = d Para el Cr: 2 a = f Para el O: 7 a = g Para el Sn: b = e Para el Cl: 2 b + c = d + 4 e + 3 f Para el H: c = 2 g Dado que los coeficientes estequiométricos muestran la proporción existente entre las diversas sustancias que intervienen en la reacción química, por simplicidad de cálculos se puede admitir que, por ejemplo: a = 1. Luego: d = 2, f = 2, g = 7, c= 14, b = 3, e = 3 Por tanto la ecuación química ajustada es: K2Cr2O7 (aq) + 3 SnCl2 (s) + 14 HCl (aq) → → 2 KCl (aq) + 3 SnCl4 (aq) + 2 CrCl3 (aq) + 7 H2O (l)


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


b) Según la estequiometría de la ecuación química resulta que:

2 2 7 2n de K Cr O n de SnCl

=1 3

, e igualmente:

2 2 7 2 2 7 2 2C de K Cr O ·V de K Cr O C de SnCl ·V de SnCl

=1 3

, luego:

33

2 2 7

mol0,05 ·45 cm

C de K Cr O ·60 cm L=1 3

C de K2Cr2O7 = 0,0125 mol

L

13. Se descomponen totalmente 3,16 mol de clorato de potasio hasta que se libera todo el oxígeno de dicho compuesto químico. El oxígeno se utiliza para oxidar arsénico y producir pentaóxido de diarsénico. Calcula la cantidad, en mol, de pentaóxido de arsénico que se obtiene. Al descomponerse el clorato de potasio se origina: KClO3 (s) → KCl (s) + 3/2 O2 (g) Por lo que:

3 2n de KClO n de O

=1 3/2

3 23,16 mol de KClO n de O

=1 3/2

n de O2 = 4,74 mol de O2

Ahora: 5/2 O2 (g) + 2 As (s) → As2O5 (s) y se cumple que:

2 52n de As On de O

=5/2 1

2 52n de As O4,74 mol de O

=5/2 1

n de As2O5 = 1,90 mol

14. La reacción química de obtención del amoníaco a partir del hidrógeno y el nitrógeno tiene lugar con una extensión al término de la misma del 32 %, si las cantidades iniciales de hidrógeno y nitrógeno presentes son 0,200 mol y 0,500 mol, respectivamente. Halla: a) El rendimiento de la reacción y el avance máximo. b) El avance de la reacción y la cantidad de NH3 que se obtiene realmente, en mol. a) La extensión al término de la reacción es lo mismo que rendimiento de la reacción, por lo que éste tiene el valor del 32 %.

Reacción química 3 H2 (g) + N2 (g) 2 NH3 (g)

Relación estequiométrica 3 mol 1 mol 2 mol

Estado inicial (en mol) 0,200 0,500 0

Avance (en mol) x 0,200 - 3x 0,500 – x 2x

Avance máximo (en mol) xmáx = 0,067 0,000 0,433 0,133

ya que como: 0,200 - 3x 0 x 0,067 mol y también: 0,500 - x 0 x 0,250 mol.


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


Por lo que ambas inecuaciones son satisfechas para: x 0,067 mol o bien: xmáx = 0,067 mol. Hay que tener en cuenta que si la reacción ocurriese con una extensión del 100 % y como en este caso el reactivo limitante es el H2, resulta:

32n de NHn de H

=3 2

32n de NH0,200 mol de H

=3 2

n de NH3 = 0,133 mol

b) x

32 = · 1000,067 mol

x = 0,021 mol

La cantidad de NH3 que se obtiene es: 2x = 2 · 0,021 mol = 0,043 mol de NH3. 15. La reacción del amoníaco con el ácido nítrico origina nitrato de amonio. Si se parte de 1 t de amoníaco y de 2 m3 de ácido nítrico puro de densidad 1520 kg/m3. Calcula: a) El reactivo limitante de la reacción. b) La masa de nitrato de amonio que se puede obtener. c) Este nitrato es utilizado para abonar un terreno que va a ser cultivado para obtener patatas y se necesitan 130 kg de nitrato de amonio por hectárea, ¿qué superficie se podrá abonar? a) La ecuación química de la reacción es: NH3 (g) + HNO3 (aq) → NH4NO3 (aq) La cantidad de HNO3, en kg, de que se dispone es:

3

3

m kgd = m =1520 ·2 m = 3040 kg

V m

Como la masa molar del NH3 es 17 g

mol y la del HNO3 es 63

g

mol, entonces la

estequiometria de la reacción indica que:

3 3n de NH n de HNO=

1 1

3 3

m mde NH de HNO

M M=1 1

, luego:

3 3

m 3040 kgde NH de HNO

g g17 63

mol mol=1 1

m de NH3 = 820,3 kg de NH3 que reacciona.

Como se parte de 1 t de NH3 hay exceso de amoníaco y el reactivo limitante es el HNO3, pues se consume todo él. b) Aplicando la ley de Lavoisier se cumple que: 820,3 kg de NH3 + 3040 kg de HNO3 = 3860,3 kg de NH4NO3


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


c) La superficie total a abonar es: 3860,3 kg

S = = 29,7 hectáreaskg

130hectárea

16. En un recipiente de 1 dm3 hay una mezcla de oxígeno e hidrógeno, sometida a una presión de 0,1 atm y a 300 K. Sabiendo que en la mezcla hay 20 % en masa de hidrógeno. a) Determina la presión parcial de cada componente en la mezcla. b) Si se hace saltar la chispa, la mezcla reacciona para originar vapor de agua. Calcula la masa de agua que se forma y la composición en porcentaje de la mezcla final. a) La cantidad total, en mol, que hay en el recipiente suponiendo un comportamiento ideal se obtiene a partir de: p · V = n · R · T, luego:

0,1 atm · 1 L = n · 0,082 atm ·L

mol ·K· 300 K n = 4,07 · 10-3 mol

Sabiendo que la masa molar del H2 es 2 g

mol y la del O2 32

g

mol, entonces:

Del porcentaje del 20 % en masa del H2 se concluye:

-32 20,2· x g H 0,8· x g O+ = 4,07 ·10 mol

g g2 32

mol mol

x = 0,033 g. Por tanto:

-322

0,2·0,033 g Hn de H = = 3,30·10 mol

g2

mol

y -422

0,8·0,033 g On de O = = 8,25·10 mol

g32

mol

De esta forma:

-3

2 -3

3,30·10 molp H = ·0,1atm = 0,08 atm

4,07 ·10 mol y

-4

2 -3

8,25·10 molp O = ·0,1atm = 0,02 atm

4,07 ·10 mol

b) La ecuación química ajustada de la reacción es: H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (g) Los reactivos no se encuentran en proporciones estequiométricas, ya que:

Ecuación química ajustada

H2 (g) + ½ O2 (g) H2O (g)

Cantidades que intervienen en la reacción

2n de H

1 2n de O

1/2 2n de H O

1

Datos e Incógnitas

3,30 · 10-3 mol 8,25 · 10-4 mol ¿m vapor?


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


De los valores de las cantidades existentes de H2 y O2 se deduce que el O2 es el reactivo limitante, ya que:

2 2n de O n de H=

1/2 1

-4

2 28,25·10 mol de O n de H=

1/2 1, luego:

n de H2 que reacciona es:1,65 · 10-3 mol. Además se cumple:

2 2n de O n de H O=

1/2 1

-4-3

2

8,25·10 moln de H O = =1,65·10 mol

1/2 que se obtiene.

Como la masa molar del agua es 18 g

mol, entonces:

-3 -3

2

gm de H O =n ·M =1,65·10 mol ·18 = 29,7 ·10 g

mol

La cantidad, en mol, de H2 que queda sin reaccionar es: 3,30 · 10-3 mol - 1,65 · 10-3 mol = 1,65 · 10-3 mol Por tanto al final se consume todo el oxígeno y hay: 1,65 · 10-3 mol de H2O y 1,65 · 10-3 mol de H2 Luego: n total = 1,65 · 10-3 mol de H2O + 1,65 · 10-3 mol de H2 = 3,30 · 10-3 mol

-3

2 -3

1,65·10 mol% de H O = ·100= 50 %

3,30·10 mol y

-3

2 -3

1,65·10 mol% de H = ·100= 50 %

3,30·10 mol

17. El cloro se puede obtener según la reacción: óxido de manganeso(IV) más ácido clorhídrico para originar cloruro de manganeso(II), agua y cloro. Calcula: a) La cantidad de óxido de manganeso(IV), en mol, necesaria para obtener 100 L de cloro medidos a 15 °C y 720 mm de Hg. b) El volumen de ácido clorhídrico de concentración 2 molar que se usa. a) La ecuación química ajustada de la reacción que tiene lugar es: MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + Cl2 + 2 H2O

Se verifica: 2 2n de MnO n de Cl=

1 1


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


Para el Cl2 se cumple que: 2

720 mm atm·L·100 L = n de Cl ·0,082 ·288 K

mm mol ·K760

atm

de donde n de Cl2 = 4,0 mol. Por tanto: n de Cl2 = n de MnO2 = 4,0 mol

b) En este caso: 2n de MnO n de HCl=

1 4 n de HCl = 4 · 4,0 mol = 16,0 mol

Por tanto: M

n 16,0 molC = V = = 8 L

molV2

L

18. Una muestra de 0,56 g está formada por bromuro de sodio y bromuro de potasio y se trata con una disolución acuosa de nitrato de plata. Suponiendo que todo el bromo presente en la muestra precipita en forma de bromuro de plata y se obtiene 0,97 g de este compuesto químico. a) Calcula la fracción molar del bromuro de potasio presente en la mezcla inicial. b) Halla el volumen de la disolución de nitrato de plata 1 M que se necesita para realizar dicha transformación. a) Las ecuaciones químicas ajustadas de las reacciones que tienen lugar son: NaBr + AgNO3 → AgBr + NaNO3 KBr + AgNO3 → AgBr + KNO3 Si se llama x a la masa en g que hay de NaBr en la muestra, entonces 0,56 g – x es la masa que existe de KBr en la misma.

Sabiendo que la masa molar del AgBr es 187,8 g

mol, entonces la cantidad, en mol,

que se obtiene de AgBr es:

-30,97 gn de AgBr = = 5,17 ·10 mol

g187,8

mol

En este caso:n de NaBr n de KBr n de AgBr

+ =1 1 1

Como la masa molar del NaBr es 103 g

mol y la del KBr 119

g

mol, entonces:


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


-3

x g (0,56 - x) gde NaBr de KBr

g g103 119

5,17 ·10 mol de AgBrmol mol+ =1 1 1

x = 0,36 g

Es decir la muestra inicial contiene 0,36 g de NaBr y 0,56 g – 0,36 g = 0,20 g de KBr

De esta forma:

0,20 g

g119

molx de KBr = = 0,320,20 g 0,36 g

+g g

119 103mol mol

b) En este caso: 3n de AgNO n de AgBr=

1 1 n de AgNO3 = 5,17 · 10-3 mol

Como: -3

-3

M

n 5,17 ·10 molC = V = = 5,17 ·10 L = 5,17 mL

molV1

L

19. Una muestra impura de óxido de hierro(III) sólido, reacciona con ácido clorhídrico comercial de 1,19 g/mL de densidad y 35 % de riqueza en masa. a) Escribe y ajusta la ecuación química de la reacción que se produce, si se obtiene cloruro de hierro (III) y agua. b) Calcula la pureza del óxido si 5,0 g de este compuesto reaccionan exactamente con 10 mL de ácido. c) Determina la masa de cloruro de hierro que se obtiene. a) La ecuación química de la reacción que tiene lugar es: a Fe2O3 + b HCl → c FeCl3 + d H2O El ajuste consiste en determinar los coeficientes estequiométricos: a, b, c, d, aplicando balances de materia a cada elemento químico, resultando: Para el Fe: 2 a = c Para el O: 3 a = d Para el H: b = 2 d Para el Cl: b = 3 c Dado que los coeficientes estequiométricos muestran la proporción existente entre las diversas sustancias que intervienen en la reacción química, por simplicidad de cálculos se puede admitir que, por ejemplo: a = 1. Luego: c = 2 y de esta forma resulta que: d = 3, b = 6. Y por último: c = 2 Por tanto la ecuación química ajustada es: Fe2O3 + 6 HCl → 2 FeCl3 + 3 H2O b) La cantidad, en mol, de HCl puros que hay en 10 mL de disolución de HCl se


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


calcula de la siguiente forma:

m de los 10 mL de disolución de HCl = 1,19 g

mL · 10 mL = 11,9 g de disolución

Como la disolución contiene 35 % en masa de ácido puro, la masa de HCl puro gastada en la reacción es:

m puro de HCl = 11,9 g · 100

35 = 4,165 g

Como la masa molar del HCl es 36,5 g

mol, entonces:

4,165 gn de HCl = = 0,114 mol

g36,5

mol

De la estequiometria de la reacción se cumple que:

2 3n de Fe O n de HCl=

1 6 n de Fe2O3 =

0,114 mol= 0,019 mol

6

Como la masa molar del Fe2O3 es 159,6 g

mol, entonces:

m que reacciona de Fe2O3 = 0,019 mol · 159,6 g

mol = 3,03 g

Dado que se parte de 5,0 g de Fe2O3 entonces:

3,03 gpureza = ·100 = 60,6 %

5,0 g

c) De la estequiometría de la reacción se cumple que:

3n de FeCln de HCl=

6 2 n de FeCl3 =

3

1· 0,114 mol = 0,038 mol

Como la masa molar del FeCl3 es 162,3 g

mol, entonces:

m que se obtiene de FeCl3 = 0,038 mol · 162,3 g

mol = 6,17 g

20. El ácido sulfúrico puede obtenerse por el siguiente proceso:

ZnS + O2 + H2O → ZnO + H2SO4 Si el rendimiento de la reacción es del 75 %, calcula: a) La cantidad de ZnS, en mol, necesaria para obtener 1 t de ácido. b) El volumen de aire consumido,


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


medido a 20 °C y 1 atm de presión, para producir esa cantidad de ácido, sabiendo que el contenido en O2 del aire es del 20 % en volumen. a) La ecuación química ajustada es: ZnS + 2 O2 + H2O → ZnO + H2SO4

Sabiendo que la masa molar del H2SO4 es 98 g

mol y que 1 t = 106 g , entonces la

cantidad, en mol, de H2SO4 que se debe obtener es:

64

2 4

10 gn de H SO = = 1,02·10 mol

g98

mol

Si el rendimiento fuese del 100 %, por la estequiometría de la reacción:

2 4n de H SOn de ZnS=

1 1 n de ZnS = 1,02 · 104 mol

Pero como el rendimiento de la reacción es del 75 %, entonces:

4 4100n de ZnS =1,02·10 mol · =1,36·10 mol que hace falta

75

b) En este caso: 2n de On de ZnS=

1 2

4

2n de O1,36·10 mol de ZnS=

1 2

de donde n de O2 = 2,72 · 104 mol Suponiendo un comportamiento ideal para el oxigeno, entonces:

4 atm·L1atm·V = 2,72·10 mol ·0,082 ·293 K

mol ·K V = 653,5 · 103 L = 653,5 m3 de O2

Dado que el porcentaje del oxígeno en el aire es del 20 %, resulta:

V aire = 653,5 m3 de O2 · 3

3

2

100 m de aire

20 m de O= 3267,5 m3 de aire

21. Se añade exceso de ácido clorhídrico sobre 75 g de cinc con un 7 % de impurezas inertes. a) ¿Qué volumen de hidrógeno, medido en las condiciones de 27 °C y presión de 740 mm de Hg se obtiene? b) ¿Qué cantidad, en g, de cloruro de cinc se obtiene? a) La ecuación química ajustada es: 2 HCl + Zn → ZnCl2 + H2 A continuación, se identifican los reactivos y los productos de la reacción química que describe el proceso:


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


Ecuación

química ajustada 2 HCl (aq)

+ Zn (s) ZnCl2 (aq) + H2 (g)

Cantidades

que

intervienen

en la reacción

n de HCl

2

n de Zn

1 2n de ZnCl

1 2n de H

1

Datos e

Incógnitas 75 g y 7 %

impurezas ¿m de ZnCl2?

¿V a t = 27 ºC p = 740 mm?

Se determina las masas molares de las sustancias que intervienen en el proceso a partir de la información que proporciona la tabla periódica, de forma que la del Zn es

65,4 g

mol y la del ZnCl2 136,4

g

mol.

En este caso: 2n de Hn de Zn=

1 1

Igualmente se cumple que: m

n de Zn =M

, pero m es la masa de Zn que realmente

reacciona, por tanto: m = 75 g · 100

)7100( = 69,75 g de Zn que reaccionan realmente,

luego:

2

69,75 gde Zn

g65,4

n de Hmol =1 1

n de H2 = 1,07 mol

y, además, se cumple para el gas H2 que: p · V = n · R · T

luego:740 mm atm·L

·V =1,07 mol ·0,082 ·300 Kmm mol ·K

760atm

V = 26,95 L

b) Además se cumple: 2n de ZnCln de Zn=

1 1, luego:

2

69,75 gde Zn

g m65,4 de ZnCl

mol M=1 1

2

69,75 g mde Zn de ZnCl

g g65,4 136,4

mol mol=1 1

m de ZnCl2 = 145,47 g 22. Se dispone de 20 g de nitrato de plata que reaccionan con el gas cloro para originar óxido de nitrógeno(V), cloruro de plata y oxígeno. Cuando la reacción ha tenido lugar con una extensión del 30 %, calcula: a) La cantidad de óxido de nitrógeno obtenido, en mol. b) El volumen de oxígeno producido, medido en las condiciones de 20 °C y 620 mm de Hg.


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


a) La ecuación química ajustada de la reacción que tiene lugar es: 2 AgNO3 + Cl2 → N2O5 + 2 AgCl + ½ O2 De esta forma:

Reacción química 2 AgNO3 + Cl2 N2O5 + 2 AgCl + ½ O2

Relación estequiométrica 2 mol 1 mol 1 mol 2 mol ½ mol

Estado inicial (en mol) a b 0 0 0

Avance (en mol) x a – 2x b – x x 2x ½ x

Avance máximo (en mol)

xmáx = 0,059 0 b - xmáx xmáx 2xmáx ½ xmáx

Sabiendo que la masa molar de AgNO3 es 169,9 mol

g, entonces la cantidad inicial en

mol de AgNO3 que hay es:

m 20 ga = = = 0,118 mol

gM169,9

mol

Suponiendo que las condiciones de la extensión de la reacción fuesen del 100 % se consumiría todo el nitrato de plata y en este caso: 0,118 - 2xmáx = 0 xmáx = 0,059 mol

Por tanto: 100 mol 0,

x = 3 ·

1180 x = 0,035 mol, luego:

n de N2O5 = x = 0,035 mol b) n de O2 = ½ x = ½ · 0,035 mol = 0,018 mol

Luego: 620 mm atm·L

·V = 0,018 mol ·0,082 ·293 Kmm mol ·K

760atm

V = 0,53 L

23. Una mezcla de propano y butano de 100 cm3 se quema en presencia de suficiente cantidad de oxígeno, obteniéndose 380 cm3 de dióxido de carbono y se considera que los volúmenes de todos los gases se han medido en las


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


mismas condiciones de presión y temperatura. Calcula: a) El % en volumen de propano y butano en la mezcla inicial. b) El volumen de oxígeno necesario para efectuar la combustión. a) Las reacciones de combustión completas del propano y del butano vienen descritas por las siguientes ecuaciones químicas ajustadas: C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O C4H10 + 13/2 O2 → 4 CO2 + 5 H2O Como todas las especies químicas que intervienen son gases y están en las mismas condiciones de presión y temperatura, las cantidades estequométricas se pueden referir también a los volúmenes de los mismos, por lo que: Si llamamos x al volumen inicial de propano en cm3, entonces 100 – x es el volumen del butano que hay en la mezcla inicial. Por tanto:

2V de COV de propano=

1 3 V de CO2 originado por el propano= 3 x en cm3

2V de COV de butano=

1 4 V de CO2 originado por el butano= 4 (100 – x) en cm3

El volumen total obtenido de CO2 es 380 cm3, luego: 3 x cm3 + 4 (100 – x) cm3 = 380 cm3 x = 20 cm3. Es decir la mezcla contiene 20 cm3 de propano y 80 cm3 de butano.

El % en volumen es: 3

3

20 cm·100 = 20 %

100 cm de propano

3

3

80 cm·100 = 80 %

100 cm de butano

b) Según la estequiometria de las reacciones:

2V de OV de propano=

1 5 V de O2 que reacciona con el propano= 5 · 20 cm3

2V de OV de butano=

1 13/2 V de O2 que reacciona con el butano=

2

13 · 80 cm3

Luego el V de O2 necesario es: 5 · 20 cm3 + 2

13 · 80 cm3 = 620 cm3


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


INVESTIGA- PÁG. 38

1. Pon un título alternativo a la lectura anterior y explica el significado de los términos: fertilizante, genoma humano, Biología molecular e impacto ambiental. Se pueden poner varios títulos alternativos semejantes tales como los beneficios de la química para la humanidad, la química en el avance del conocimiento científico y sus beneficios para la sociedad, el uso positivo de la química, etc. Fertilizante. Es una sustancia o mezcla de diversas sustancias, de origen natural o sintético, que se utiliza para enriquecer el suelo y favorecer el crecimiento vegetal. Las plantas no necesitan compuestos complejos, del tipo de las vitaminas o los aminoácidos esenciales en la nutrición humana, pues sintetizan todos los que precisan. Sólo exigen una docena de elementos químicos, que deben presentarse en una forma que la planta pueda absorber. Dentro de esta limitación, el nitrógeno, por ejemplo, puede administrarse con igual eficacia en forma de urea, nitratos, compuestos de amonio o amoníaco puro. Genoma humano. Es el genoma del Homo sapiens y está formado por 24 secuencias cromosómicas distintas (22 autosomas + 2 cromosomas sexuales: X e Y) con un tamaño total aproximado de 3200 millones de pares de bases de ADN (3200 Mb) que contienen unos 20.000 -25.000 genes. De las 3200 Mb unas 2950 Mb corresponden a eucromatina y unas 250 Mb a heterocromatina. El Proyecto Genoma Humano produjo una secuencia de referencia del genoma humano eucromático, usado en todo el mundo en las ciencias biomédicas. La secuencia de ADN que conforma el genoma humano contiene codificada la información necesaria para la expresión, altamente coordinada y adaptable al ambiente, del proteoma humano, es decir, del conjunto de proteínas del ser humano. Las proteínas, y no el ADN, son las principales biomoléculas efectoras; poseen funciones estructurales, enzimáticas, metabólicas, reguladoras, señalizadoras..., organizándose en enormes redes funcionales de interacciones. En definitiva, el proteoma fundamenta la particular morfología y funcionalidad de cada célula. Asimismo, la organización estructural y funcional de las distintas células conforma cada tejido y cada órgano, y, finalmente, el organismo vivo en su conjunto. Así, el genoma humano contiene la información necesaria para el desarrollo básico de un ser humano completo. Biología molecular. Es el estudio de la vida a un nivel molecular. Esta área esta relacionada con otros campos de la Biología y de la Química, particularmente Genética y Bioquímica. La Biología molecular concierne principalmente al entendimiento de las interacciones de los diferentes sistemas de la célula, lo que incluye muchísimas relaciones, entre ellas las del ADN con el ARN, la síntesis de proteínas, el metabolismo, y el cómo todas esas interacciones son reguladas para conseguir un afinado funcionamiento de la célula. Impacto ambiental. Es el efecto que produce una determinada acción humana sobre el medio ambiente en sus distintos aspectos. El concepto puede extenderse, con poca


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


utilidad, a los efectos de un fenómeno natural catastrófico. Técnicamente, es la alteración del medio ambiente, debido a la acción antrópica o a eventos naturales. Las acciones humanas, motivadas por la consecución de diversos fines, provocan efectos colaterales sobre el medio natural o social. Mientras los efectos perseguidos suelen ser positivos, al menos para quienes promueven la actuación, los efectos secundarios pueden ser positivos y, más a menudo, negativos. La evaluación del impacto ambiental (EIA) es el análisis de las consecuencias predecibles de la acción; y la declaración del impacto ambiental (DIA) es la comunicación previa, que las leyes ambientales exigen bajo ciertos supuestos, de las consecuencias ambientales predichas por la evaluación. 2. Si la química es una ciencia benefactora, ¿por qué hay personas que la consideran una ciencia villana? Cita algunos ejemplos en los que se basan estas personas para calificarla de ciencia villana. Porque hay sustancias químicas con propiedades de corrosividad, reactividad, explosividad, toxicidad e inflamabilidad que representan un peligro para la salud humana y el medio ambiente. Y por ello existen ejemplos que hacen que la sociedad perciba la Química como algo negativo. Como tales ejemplos se pueden citar los siguientes: a) Accidentes en plantas químicas industriales como el de Bophal (La India) en 1984, donde murieron alrededor de 2500 personas, el de Sevesso (Italia) en 1976. b) La exposición a sustancias peligrosas, siendo el caso más sonado el de las ciudades japonesas de Minamata (1956) y Niigata (1965), en donde la industria arrojaba mercurio al agua de la bahía, que se acumuló en la cadena alimenticia. c) Contaminación del aire, sobre todo en las grandes ciudades, por el uso de los combustibles, que al quemar empobrecen la calidad del aire. d) Productos no biodegradables, como los detergentes o los desperdicios plásticos, que permanecen mucho tiempo inalterables en el ambiente y no pueden ser destruidos por lo microorganismos. e) Plaguicidas como el DDT que son muy nocivos en animales superiores y pasan a la cadena alimentaría. f) Armas químicas, como el gas mostaza empleado en la Primera Guerra Mundial, el agente naranja usado en la guerra de Vietnam y otros más poderosos usados en guerras locales como la que tuvo lugar entre Irán e Irak en la década de 1980. 3. Consulta una hemeroteca o en internet y amplia cada uno de los siete apartados que sirven para calificar a la química como ciencia benefactora. a) Alimentación. La química es hoy en día uno de las ciencias más aplicadas en la


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


industria de los alimentos. Hay que tener en cuenta que mediante la química los alimentos sufren ciertas transformaciones y se pueden modificar para su propia conservación mejorando así las propiedades que los constituyen. Actualmente la población consume aditivos químicos que se encuentran en los alimentos elaborados (edulcorantes, colorantes artificiales, antioxidantes, conservantes, etc. Pero también las industrias de alimentos han desarrollado nuevos productos como flavoides, folatos y ácidos grasos polinsaturados (como el omega 3) para alimentos funcionales y suplementos alimenticios. También ofrece suplementos de vitaminas y minerales, además de todo tipo de alimentos enriquecidos con enzimas y suplementos energéticos para deportistas o personas enfermas. Todo esto sin tener en cuenta la gran importancia de la química en la producción de fertilizantes sintéticos, plaguicidas, e insecticidas para la agricultura, lo que ha hecho elevar mucho el rendimiento de las tierra dedicadas a la producción de alimentos. b) Origen de la vida y del universo. La química también participa en las investigaciones sobre el origen del la vida y del Universo. Según parece la vida apareció en nuestro planeta hace 3500 millones de años, al darse las condiciones prebióticas necesarias para que, a partir de unos ingredientes químicos y de unas condiciones físicas determinadas, se iniciara la vida. Para los defensores de esta hipótesis, este fue un hecho excepcional, único y probablemente irrepetible en la historia del Universo. La atmósfera primitiva del planeta carecía de oxígeno, contenía vapor de agua, hidrógeno, amoníaco y metano, por lo que en 1953, el norteamericano Stanley Miller construye un dispositivo que permite la circulación de una mezcla de metano, hidrógeno, amoníaco y agua, que mantiene hirviendo y en la que, a su vez, produce una serie de descargas eléctricas. Este sistema lo tuvo funcionando una semana, y al término de la misma se detectaron cuatro aminoácidos, comunes en la mayoría de las proteínas, urea y varios ácidos grasos simples, que son compuestos químicos que se hallan en los seres vivos y se concluyó que las condiciones primitivas de la Tierra no debían ser muy diferentes de las que este científico simuló en su laboratorio. En la actualidad se cree que la atmósfera existente en el planeta no debió ser exactamente la que utilizó Miller, pero experimentos posteriores similares con otras atmósferas sin oxígeno condujeron al mismo tipo de resultados: la obtención de compuestos orgánicos a partir de sustancias inorgánicas. Las primeras moléculas simples orgánicas están lejos de ser lo que es un ser vivo autorreplicante funcional y aún no existe un modelo satisfactorio que explique la transición del estadio prebiótico, propio de los compuestos orgánicos, a la formación de las primeras células, que son las unidades caracterizadas por tener las funciones vitales de un ser vivo (mundo de la Biología). En cuanto al origen del Universo, gracias al análisis de la luz procedente de las estrellas se deduce que el Universo se encuentra en expansión, lo que implica que alguna vez todo debió estar unido en un punto, y es así como se desarrolló la hipótesis explosiva del Universo, al visualizar la existencia de un Universo inicial en un punto en el que se concentra toda la masa y energía, que estalla y origina las galaxias, que se alejan entre sí. El espacio se expande, como al hinchar un globo con distintas manchas pintadas en su superficie, de forma que a medida que el volumen va


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


creciendo las manchas se van alejando unas de otras. c) Biología molecular: Desde que en 1953 se descifró el ADN por Watson y Crick la química ha estado en primera fila en las investigaciones sobre Biología molecular, y sin la química no se habría podido desarrollar el Proyecto del Genoma Humano, que consiste en determinar las posiciones relativas de todos los nucleótidos (o pares de bases) e identificar los 20.000 a 25.000 genes presentes en él. El conocimiento de la secuencia completa del genoma humano es una potente herramienta para la investigación en biomedicina y genética clínica, potenciando el avance en el conocimiento de la patogenia de enfermedades poco conocidas, en el desarrollo de nuevos tratamientos y de mejores diagnósticos. No obstante el conocimiento de la secuencia del genoma, es decir, del genotipo completo de un organismo, es tan sólo un primer paso para la comprensión, en última instancia, de su fenotipo. En consecuencia, en la actualidad la ciencia de la genómica está aun bastante lejos de poder plantear seriamente los problemas éticos, sociales y jurídicos que sin embargo están siendo ya ampliamente debatidos. Por ejemplo, hipotéticamente el conocimiento del genoma humano podría facilitar la realización de prácticas eugenésicas, de selección sistemática de embriones, la discriminación laboral o en la suscripción de seguros de vida, basada en la diferente predisposición a padecer ciertas enfermedades, etc. Esto exige una exhaustiva regulación legislativa relativa al uso del conocimiento del genoma humano, pero no debería suponer un impedimento al avance en dicho conocimiento, que es en sí mismo inocuo. d) Medicamentos y salud. La industria farmacéutica se basa en la química para producir nuevos medicamentos que sirvan para mejorar la salud de las personas. Hoy en vez de utilizar la química tradicional en la industria farmacéutica se usa la llamada química combinatoria o conjunto de procedimientos que permiten sintetizar rápida, eficiente y simultáneamente una gran cantidad de compuestos orgánicos diferentes entre sí llamados colecciones o bibliotecas. Más que una nueva técnica, la química combinatoria es una manera novedosa de utilizar procedimientos ya conocidos. A diferencia de los métodos tradicionales de síntesis química, que dan lugar a un único producto, la química combinatoria genera deliberadamente una gran cantidad de substancias, para luego determinar si alguna de ellas tiene efectos biológicos que indiquen una potencial utilidad que justifique su ulterior estudio para examinar su capacidad de servir de base para el desarrollo de un nuevo medicamento. La intensa competencia que caracteriza a la industria de los medicamentos hace que llegar primero a patentar de un determinado producto, asegurándose así la exclusividad de su comercialización por un periodo que depende de cada país, sea una meta primordial de la estrategia empresaria que puede determinar el éxito o fracaso comercial de una empresa farmacéutica. Con la utilización de procedimientos convencionales, en la actualidad transcurren en promedio doce años hasta completar el desarrollo de un medicamento apto para uso humano. La posibilidad de reducir ese tiempo en cuatro o cinco años mediante el uso de la química combinatoria explica la importancia que esta ha adquirido, la que trasciende a lo económico, ya que el acceso más rápido a nuevos medicamentos es un instrumento para mejorar la calidad de vida de la gente. La primera meta en el camino que conduce al descubrimiento de substancias con


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


efecto terapéutico es el hallazgo del llamado compuesto líder, término que designa a una sustancia prototipo que está dotada de la actividad biológica o farmacológica deseada, pero que puede poseer propiedades inconvenientes, tales como alta toxicidad, insolubilidad y efectos biológicos secundarios perjudiciales. Por eso, el paso siguiente es la optimización del compuesto líder, mediante modificaciones de su estructura química que eliminen o reduzcan a un nivel tolerable sus efectos indeseables y conserven o mejoren sus propiedades favorables. La aplicación exitosa del procedimiento de optimización conduce al llamado compuesto candidato, que es el elegido para ser sometido a las pruebas necesarias para su aprobación por parte de las autoridades de control de la salud pública. El uso de la química combinatoria aumenta el número de compuestos que pueden probarse simultáneamente y reduce tanto los tiempos de búsqueda del compuesto líder como los requeridos para su optimización. e) Materiales. Son muy diversos los materiales que la química ha introducido. En primer lugar hay que citar los plásticos, que exhiben una combinación de propiedades no observadas en los productos naturales y que eran exigidas como consecuencia de las nuevas invenciones del siglo XX en los artículos eléctricos, de la telefonía, la automotriz, la conquista del aire y del espacio. Sus sorprendentes sus propiedades, tales como elevada dureza de algunos de ellos, inercia frente a los más enérgicos disolventes, termoestabilidad, baja conductividad eléctrica y térmica y capacidad de moldearse al ser calentadas dan la posibilidad de fabricar una gran cantidad de artículos con ellos. Pero la química ha aportado soluciones al estudio de los semiconductores, lo que ha revolucionado el mundo de la informática y de las telecomunicaciones y hoy en día están apareciendo otros materiales como las nuevas cerámicas con propiedades sobresalientes y todo ello sin olvidar que se está a las puertas de la nanotecnología donde la física y la química tendrán un papel relevante. f) Energía. Se esta en la era del petróleo y hablar de petróleo y de combustibles fósiles es hablar de química, pero en el campo de las pilas y acumuladores también la Química tiene un papel relevante y en campos nuevos como el de las células solares fotovoltaicas también la química está aportando soluciones importantes, todo ello nos lleva a afirmar que hay una relación directa entre química y utilización de la energía. g) Reducción del impacto ambiental: Si bien los procesos químicos y la combustión de combustibles fósiles han contribuido a aumentar la contaminación ambiental, también la química es protagonista fundamental en la búsqueda de soluciones para mitigar el impacto ambiental. Primero desde soluciones sencillas ubicando las plantas químicas en áreas industriales donde se facilite la acción de los servicios ambientales locales, con depuradoras, plantas de tratamientos de residuos sólidos, etc, y la utilización de tecnologías que disminuyan o reduzcan drásticamente la emisión de contaminantes, y utilizando nuevos compuestos químicos alternativos con un menor impacto ambiental que otros más tradicionales.


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


TEST DE EVALUACIÓN- PÁG. 39

1. Indique en qué apartado hay menor número de átomos: a) 2 moles de hidrógeno. b) 6,02 · 1023 átomos de hidrógeno. c) 28 gramos de nitrógeno. d) 67,2 L de neón en condiciones normales de presión y temperatura.

a) 23

A

N moléculas2 mol = N = 2 mol ·6,0210

N mol = 12,04 · 1023 moléculas de H2

Por tanto: 12,04 · 1023 moléculas de H2 · 2 átomos

molécula= 24,08 · 1023 átomos de H

b) 6,02 · 1023 átomos de H

c) Como la masa molar del N2 es 28 g

mol, entonces:

23

A

m N 28 g moléculasn = = N = ·6,0210

gM N mol28

mol

= 6,02 · 1023 moléculas de N2

Por tanto: 6,02 · 1023 moléculas de N2 · 2 átomos

molécula= 12,04 · 1023 átomos de N

d) 23

m A

V N 67,2 L átomosn = = N = ·6,0210

LV N mol22,4

mol

= 18,06 · 1023 átomos de Ne

Luego la respuesta correcta es la b). 2. Marca como V (verdadera) o F (falsa) cada uno de las siguientes posibles respuestas a la pregunta: Cuando aumenta la temperatura de un sólido: a) Disminuye el volumen. b) Aumenta la densidad. c) Disminuye la densidad. d) Aumenta la masa. a) Disminuye el volumen es F (falsa), pues aumenta el volumen.

b) Aumenta la densidad es F (falsa), pues m

d =V

, y lo que ocurre es que disminuye la

densidad. c) Disminuye la densidad es V (verdadera), por el razonamiento anterior. d) Aumenta la masa es F (falsa), pues la cantidad de materia no depende de la temperatura.


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


3. Completa en tu cuaderno el siguiente enunciado: La masa molar es la masa de un ____ de una _______ y se expresa en _________. La respuesta es: La masa molar es la masa de un mol de una sustancia y se expresa

en g

mol.

4. ¿Cual es la composición centesimal del H2O?: a) 75 % de H y 25 % de O. b) 25 % de H y 75 % de O. c) 50 % de H y 50 % de O. d) 11,11 % de H y 88,89 % de O.

La masa molar del H2O es 18 g

mol, y como las masas molares atómicas del H y del O

son, respectivamente 1mol

g y 16,

g

mol entonces:

g2·1

mol% de H = ·100 = 11,11%g

18mol

y

g16

mol% de O = ·100 = 88,89 %g

18mol

Luego la respuesta correcta es la d).

5. El número de neutrones en un núcleo de un átomo de U23892 es de: a) 92. b)

330. c) 238. d) 146.

U23892 contiene 92 protones y 238 – 92 = 146 neutrones, luego la respuesta correcta es

la d). 6. ¿Cuántos gramos de NaF hay en 0,15 kg de una disolución acuosa al 5 %? a) 3 g. b) 15 g. c) 7,5 g. d) 30 g.

m5 = ·100

150 g m = 7,5 g, luego la respuesta correcta es la c).

7. Indica cuál de las siguientes respuestas son falsas a la pregunta: Una ecuación química muestra: a) Los reactivos y productos de una reacción química. b) Las fórmulas de las sustancias que intervienen en la reacción química. c) La composición centesimal de las sustancias que aparecen en una reacción. d) Los reactivos y productos de la reacción con sus coeficientes estequiométricos. La única respuesta verdadera es: d), luego son falsas: a), b) y c). 8. ¿Cuántos moles de HCl se requieren para preparar 250 mL de una disolución 5 molar?: a) 5 moles. b) 2,5 moles. c) 1,25 moles. d) 1 mol.

V

nCM n = 5

L

mol · 0,250 L = 1,25 mol, luego la respuesta correcta es la c).


Solucionario

Química 2º

Bachillerato


9. Completa en tu cuaderno el siguiente enunciado: Extensión de una _________ química ____ ________ de la misma y ___________ de la reacción son conceptos _________. La respuesta es: Extensión de una reacción química al término de la misma y rendimiento de la reacción son conceptos análogos. 10. A qué se llama reactivo limitante: a) Al reactivo cuyo coeficiente estequiométrico es el menor de toda la ecuación química. b) Al que controla la marcha de la reacción. c) Al que aparece al final de la reacción química. a) Al reactivo cuyo coeficiente estequiométrico es el menor de toda la ecuación química es una afirmación falsa. b) Al que controla la marcha de la reacción es la respuesta correcta. c) Al que aparece al final de la reacción química es una afirmación falsa.

cuestiones iniciales- pÁg. 9 - editex...unidad 1: las bases de la química solucionario química...

Documents