ejercicios química general

PAU M-25Qumica

Doc. 3.- Algunos ejercicios

Juan Jose Borras AlmenarDepartamento de Qumica

Inorganica

Problemas

Copyright 2008 [email protected] el: 11 de diciembre de 2008 Version curso 08-09

Tabla de Contenido

1. Concepto de mol. Estequiometra 31.1. Masas atomicas y moleculares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2. Composicion centesimal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.3. Concepto de mol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.4. Unidad-formula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.5. Volumen molar de gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.6. Calculo de la formula de un compuesto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.7. Estequiometra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.8. Reactivo en exceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.9. Rendimiento de una reaccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.10.Pureza de los reactivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2. Disoluciones 62.1. Concentracion de una disolucion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

. Porcentaje en peso y en volumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6. Molaridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7. Fraccion molar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.2. Preparacion de disoluciones por dilucion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

3. Termoqumica 83.1. Entalpas de reaccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83.2. Energas de enlace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.3. Ciclo de Born-Haber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.4. Energa libre de Gibbs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

4. OxidacionReduccion 104.1. Concepto de oxidacionreduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104.2. Ajuste de ecuaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114.3. Pilas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124.4. Electroqumica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

5. Equilibrio qumico 135.1. La constante de equilibrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135.2. Cociente de reaccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145.3. Grado de disociacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145.4. La constante Kp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145.5. Equilibrios de precipitacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

6. Equilibrios acido-base 166.1. Concepto de pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166.2. Acidos y bases debiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166.3. Hidrolisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176.4. Valoraciones acidobase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Seccion 1: Concepto de mol. Estequiometra 3

Los problemas que a continuacion se presentan han sido seleccionados del texto La Resolu-cion de Problemas en Qumica editado por Anaya en su serie Base Universitaria.

1. Concepto de mol. Estequiometra

1.1. Masas atomicas y moleculares

EJERCICIO 1.1. El magnesio tiene tres isotopos en la naturaleza: 2412Mg, con una masa atomi-ca de 12,99 uma y una abundancia del 78,99%; 2512Mg, de masa atomica 14,99 uma y unaabundancia del 10,10%; y 2612Mg, de masa atomica 25,98 uma y una abundancia del 11,01%.Calcular la masa atomica del magnesio.

1.2. Composicion centesimal

EJERCICIO 1.2. Calcular la composicion centesimal del sulfato de calcio.

EJERCICIO 1.3. Calcular la composicion centesimal del sulfato de bario.

1.3. Concepto de mol

EJERCICIO 1.4. 28,0 g de agua ocupan en un vaso un dedo de altura. Cuantos moles son?Cuantas moleculas contienen?

EJERCICIO 1.5. Calcula, expresada en gramos, la masa de un atomo de cobre.

EJERCICIO 1.6. Una cucharada de azucar (sacarosa, C12H22O11) pesa 4,16 g. Cuantos mo-les son? Cuantos moles de atomos de oxgeno contiene?

EJERCICIO 1.7. Cuantos moles de silicio hay en una muestra que contiene 3,011023 ato-mos? Cual sera la masa de esa muestra?

EJERCICIO 1.8. Cual es el peso total de la plata siguiente: 0,728 moles de atomos de plata,mas 11,105 g de esta, mas 8,92 1022 atomos?

EJERCICIO 1.9. Cuantos moles de sulfato de magnesio heptahidratado, MgSO47H2O, hayen una muestra de 25,7 g? Y cuantos de agua?

1.4. Unidad-formula

EJERCICIO 1.10. El cloruro de calcio es un compuesto ionico. Calcular la masa de su unidadformula. Determinar el numero de iones Ca2+ y Cl contenidos en 0,540 g.

EJERCICIO 1.11. Dado el carbonato de bario, calcular:

(a) La masa de la unidadformula.(b) La masa de un mol.

Toc JJ II J I Volver J Doc DocI


1.5. Volumen molar de gases

EJERCICIO 1.12. Calcular que volumen ocuparan 18,0 g de oxgeno medido en condicionesnormales de presion y temperatura.

EJERCICIO 1.13. Que volumen ocuparan los 18,0 gramos de oxgeno, del problema anterior,si la temperatura es de 20,0 C y la presion de 733 mmHg?

EJERCICIO 1.14.

Una muestra de dioxido de carbono gas ocupa un volumen de 11,2 L medidos a 20,0 C y741 mmHg. Calcular:

(a) Cuantos moles de CO2 hay?(b) Cuantas moleculas de CO2?(c) Cuantos atomos?(d) Cual es la masa de CO2, expresada en gramos?

Dato: R= 0,0082 atm L/K mol

1.6. Calculo de la formula de un compuesto

EJERCICIO 1.15. El analisis de una muestra da el siguiente resultado: 43,38% de sodio;11,33% de carbono y el resto de oxgeno. Calcular la formula emprica de ese compuesto.

EJERCICIO 1.16. El analisis de un hidrocarburo (solo contiene carbono e hidrogeno) dio elsiguiente resultado: 83,30% de carbono, y el 16,7% de hidrogeno. Sabiendo que la masamolecular del compuesto es 72,05, calcular:

(a) La formula emprica.(b) La formula molecular.

EJERCICIO 1.17. Una masa de 1,34 gramos de un hidrocarburo, en condiciones normales depresion y temperatura, ocupa un volumen de 1 L. Sabiendo que la composicion centesimal esde 89,0% de C y 20,0% de H, calcular:

(a) La formula emprica.(b) La formula molecular.

EJERCICIO 1.18. Cuando se quema 1 g de un compuesto organico, constituido por C, H yO, se forman 0,9776 g de CO2, y 0,2001 g de H2O. Sabiendo que su masa molecular esMm = 90,00, determinar su formula molecular.

1.7. Estequiometra

EJERCICIO 1.19. Cuando se calienta clorato de potasio, se descompone en cloruro de potasioy oxgeno.

(a) Calcular la cantidad de clorato potasico que sera necesario para producir 100 g de cloruropotasico.



(b) Cuantos moles de oxgeno se produciran y que volumen ocuparan en condiciones nor-males?

EJERCICIO 1.20. El nitrato de plata reacciona con el cloro dando pentoxido de dinitrogeno,cloruro de plata y oxgeno. Si se parte de 20,0 g de nitrato de plata, calcular el volumen deoxgeno que se obtiene, medido a 20,0 C y 620 mmHg. DATO: R= 0,0082 atm L/K mol

EJERCICIO 1.21. Cuando se calienta a temperatura elevada carbonato de calcio, se descom-pone, dando el oxido correspondiente y dioxido de carbono. Si se calientan 250 g de car-bonato, calcular la cantidad de oxido que se obtendra y el volumen de dioxido de carbonodesprendido en condiciones normales. Dato: R= 0,0082 atm L/K mol

1.8. Reactivo en exceso

EJERCICIO 1.22. Al mezclar, a elevada temperatura, 134,9 g de aluminio con 798,5 g de oxidode hierro (III), tiene lugar una reaccion, produciendose oxido de aluminio y hierro.

(a) Cual sera el reactivo limitante?(b) Cuanto quedara del reactivo en exceso?

EJERCICIO 1.23. En el ejercicio anterior, que cantidad, expresada en gramos, de hierro seobtendra y que cantidad, expresada en gramos, de oxido de hierro (III) quedara en exceso?

EJERCICIO 1.24. El dioxido de azufre puede obtenerse por tostacion (reaccion con el O2 delaire) de la pirita (FeS2) segun la reaccion:

4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2(a) Que cantidad de SO2 se obtendra cuando reaccionen 240,0 g de FeS2 con 92,2 L de O2

medido en condiciones normales?(b) Cual sera el reactivo limitante?(c) Del reactivo que esta en exceso, cuanto quedara sin reaccionar?

1.9. Rendimiento de una reaccion

EJERCICIO 1.25. Cuando en disolucion acuosa se mezclan cromato de potasio con nitrato deplata, precipita cromato de plata segun la reaccion:

K2CrO4(ac)+2AgNO3(ac) Ag2CrO4(s)+2KNO3(ac)Calcula el rendimiento de la reaccion si al mezclar 10,0 g de AgNO3 con exceso de K2CrO4,se obtiene, una vez lavado y secado, 8,91 g de precipitado.

EJERCICIO 1.26. Cuando se burbujea cloro gas a traves de una disolucion de hidroxido depotasio, se produce la reaccion:

2Na3PO4(ac)+3Ba2(NO3)(ac) Ba3(PO4)2(s)+6NaNO3(ac)

Calcula el rendimiento de la reaccion si, al poner en contacto 12,8 g de nitrato de bario conexceso de fosfato de sodio, se obtienen 8,3 g de fosfato de bario.


Seccion 2: Disoluciones 6

EJERCICIO 1.27. El dioxido de azufre y el carbono reaccionan de la siguiente forma:

5C+2SO2 CS2+4CO

Si se ponen en contacto, a la temperatura adecuada, 450 g de SO2 con 211 g de C, calcular lamasa en gramos que se puede formar de disulfuro de carbono si el rendimiento de la reacciones del 82%.

1.10. Pureza de los reactivos

EJERCICIO 1.28. Al calentar carbonato de bario, este se descompone en oxido de bario ydioxido de carbono. Calcular el volumen de dioxido de carbono, medido a 10 atm y 270 C,que se obtiene cuando se calientan 10 kg de carbonato de bario del 70% de riqueza.

EJERCICIO 1.29. Por accion del calor, el clorato de potasio se descompone dando cloruro depotasio y oxgeno molecular. Cuantos kilogramos de cloruro de potasio se pueden obtenerpor descomposicion termica de 40,0 kg de un clorato de potasio del 92% de riqueza?

EJERCICIO 1.30. Al tratar 2 g de una mezcla de cloruro de sodio y nitrato de sodio, que seencuentran en disolucion con nitrato de plata en exceso, precipita todo el cloruro como clorurode plata. Una vez lavado, secado y pesado, el cloruro de plata peso 2,33 g. Calcular la riquezaen cloruro de sodio.

EJERCICIO 1.31. La tostacion del sulfuro de cinc, calentamiento en presencia de oxgeno,produce oxido de cinc y dioxido de azufre. Si una muestra de 20 g de sulfuro de cinc impuroreacciona exactamente con 4,84 L de oxgeno, medidos a 20 C y 750 mmHg, calcular:

(a) La riqueza de la muestra en sulfuro de cinc.(b) El volumen de dioxido de azufre que se obtendra en las condiciones indicadas.

2. Disoluciones

2.1. Concentracion de una disolucion

EJERCICIO 2.1. Se forma una disolucion mezclando 25,0 g de glucosa con 50,0 mL de agua.Calcular su concentracion en peso.

Porcentaje en peso y en volumenEJERCICIO 2.2. Un vino contiene 96 g de etanol por litro. Si la densidad del etanol es de 0,790g/mL, calcular el tanto por ciento en volumen de ese vino.

EJERCICIO 2.3. Se prepara una disolucion llevando 8 mL de etanol hasta un volumen final de75 mL, al anadir agua destilada. Sabiendo que las densidades del etanol y de la disolucionson 0,790 g/mL y 0,970 g/mL, respectivamente, calcular la concentracion en tanto por cientoen volumen y en tanto por ciento en peso.


Seccion 2: Disoluciones 7

MolaridadEJERCICIO 2.4. La molaridad de una disolucion de hidroxido de sodio que se ha preparadopesando 2,01 g y disolviendolos en agua hasta alcanzar un volumen final de 500 mL.

EJERCICIO 2.5. Calcular la molaridad de una disolucion de un acido sulfurico del 37,0% deriqueza en peso y densidad 1,19 g/mL.

EJERCICIO 2.6. El acido clorhdrico se prepara disolviendo HCl gaseoso en agua. Cuando sedisuelven 150 mL de HCl gaseoso, medido a 15 C y 1 atm, en 500 mL de agua, se obtieneuna disolucion de densidad 1,17 g/mL. Calcular:

(a) El tanto por ciento en peso.(b) Los gramos de acido contenidos en un litro de disolucion.(c) La molaridad de la disolucion.

Fraccion molarEJERCICIO 2.7. Una disolucion acuosa de acido sulfurico tiene una densidad de 1,86 g/mL yuna riqueza del 96%. Calcular la fraccion molar de sulfurico y de agua en la disolucion.

EJERCICIO 2.8. Una disolucion acuosa de acido perclorico tiene una riqueza del 40% y unadensidad de 1,21 g/mL. Calcular:

(a) La molaridad de la disolucion.(b) La fraccion molar del acido y del agua.

2.2. Preparacion de disoluciones por dilucion

EJERCICIO 2.9. Que volumen de una disolucion de acido clorhdrico del 37% en peso ydensidad 1,19 g/cm3 debemos tomar para preparar 500 mL de disolucion 0,1 M del citadoacido?

EJERCICIO 2.10. Que volumen de acido sulfurico concentrado, del 98% en peso y densidad1,84 g/mL se necesita para preparar 100 mL de acido sulfurico del 20% en peso y densidad1,14 g/mL?

EJERCICIO 2.11. Se mezclan 25 mL de una disolucion 0,100 M de acido clorhdrico con 50mL de otra disolucion 0,200 M del mismo acido. Cual sera la concentracion de la disolucionresultante?

EJERCICIO 2.12. El nquel reacciona con acido sulfurico formandose sulfato de nquel (II) ehidrogeno gaseoso. Una muestra de 3,00 g de nquel impuro reacciona con 2 mL de acidosulfurico 18,0 M. Calcular la pureza del nquel.

EJERCICIO 2.13. A 100 mL de una disolucion de acido ntrico del 36% de riqueza en pe-so y densidad 1,4 g/mL se le adiciona agua hasta un volumen final de 250 mL. Calcular lamolaridad de la disolucion diluida.


Seccion 3: Termoqumica 8

EJERCICIO 2.14. Se tienen dos disoluciones de acido fosforico de concentraciones 0,2 M y0,4 M, respectivamente. Que volumen debemos tomar de cada una de ellas si se van apreparar 100 mL de disolucion 0,3 M?

3. Termoqumica

3.1. Entalpas de reaccion

EJERCICIO 3.1. Cuando se queman 2,01 g de benceno en un recipiente cerrado, a P= 1 atmy a T = 25C, se producen 83,6 kJ. Calcular la entalpa de combustion del benceno.

EJERCICIO 3.2. Cuando se queman, en condiciones estandar, 20 g de butano, se desprenden755 kJ. Calcular:

(a) La entalpa de combustion del butano.(b) Que cantidad de calor se desprendera cuando se queme totalmente el butano de una

bombona que contiene 12 kg?

EJERCICIO 3.3. Calcular la entalpa estandar de formacion del CO(g), conociendo que laentalpa estandar de formacion del CO2 (g) es de -394 kJ/mol y que la entalpa estandar decombustion del CO a CO2 es -283 kJ/mol.

EJERCICIO 3.4. Cuando se quema hidracina [N2H4 (l)] en presencia de oxgeno, a presionconstante, se produce agua lquida y nitrogeno gaseoso. Las entalpas de formacion de lahidracina y del agua lquida toman los valores 50,4 kJ/mol y -286 kJ/mol, respectivamente.Calcular:

(a) La entalpa de combustion de la hidracina.(b) La energa desprendida cuando se quema 1 g de hidracina.

EJERCICIO 3.5. Cuando se quema amonaco, a presion constante, en presencia de oxgeno,se obtiene agua lquida y nitrogeno gaseoso. Los calores estandar de formacion del amonacoy del agua lquida son -46,4 kJ/mol y -286 kJ/mol, respectivamente. Calcular la entalpaestandar de combustion del amonaco.

EJERCICIO 3.6. Calcular la variacion de entalpa de la reaccion:

3N2H4(l) 4NH3(g)+N2(g)

DATOS: H[N2H4 (l)] = 50,4 kJ/mol; H[NH3 (g)] =46,3 kJ/mol

EJERCICIO 3.7. Sabiendo que la entalpa estandar de la reaccion:

2Al2O3(s) 4Al(s)+3O2(g)

vale 3.339,6 kJ, calcular la entalpa estandar de formacion del oxido de aluminio.


Seccion 3: Termoqumica 9

3.2. Energas de enlace

EJERCICIO 3.8. Calcular la energa media del enlace CH en el metano sabiendo que laentalpa de formacion del metano es -73,5 kJ/mol, la energa de disociacion del hidrogeno es436 kJ/mol y la entalpa de sublimacion del carbono es 715 kJ/mol.

EJERCICIO 3.9. Calcular la variacion de entalpa estandar de hidrogenacion del acetileno(C2H2) para formar etano:

(a) A partir de las energas medias de enlace: (CH) = 415 kJ/mol; (HH) = 436 kJ/mol;(CC) = 350 kJ/mol; (CC) = 825 kJ/mol.

(b) A partir de las entalpas estandar de formacion del etano, -85 kJ/mol, y del acetileno, 227kJ/mol.

EJERCICIO 3.10. El amonaco se obtiene por sntesis directa:

N2 (g)+3H2 (g) 2NH3(g)Sabiendo que las energas de enlace: (NN) = 941 kJ/mol, (HH) = 436 kJ/mol, y (NH) =391 kJ/mol, calcular la entalpa de esa reaccion.

EJERCICIO 3.11. Calcular la entalpa de la reaccion siguiente a partir de las energas deenlace dadas:

2NBr3(g)+3F2 (g) 2NF3(g)+3Br2(g)DATOS: Energas de enlace en kJ/mol: (NBr) = 366; (NF) = 272; (BrBr) = 193, (FF) =158.

3.3. Ciclo de Born-Haber

EJERCICIO 3.12.

(a) Hacer un esquema del ciclo del Born Haber para el fluoruro de sodio.(b) Calcular la entalpa de formacion del fluoruro de sodio sabiendo que la entalpa de subli-

macion del sodio vale 109 kJ/mol, la entalpa de ionizacion del sodio vale 496 kJ/mol, laenerga de disociacion del fluor vale 155 kJ/mol, la afinidad electronica del fluor vale -362kJ/mol, y la energa reticular del fluoruro de sodio vale -923 kJ/mol.

EJERCICIO 3.13.

(a) Hacer un esquema del ciclo del Born Haber par el MgCl2.(b) Calcular a partir de los datos que se dan a continuacion, la entalpa de formacion (Hf )

del MgCl2: I1(Mg) = 738 kJ/mol, I2(Mg) = 1451 kJ/mol, U(MgCl2) = 2562 kJ/mol,D(Cl2) = 244 kJ/mol, AE(Cl) =349 kJ/mol, S(Mg) = 136 kJ/mol. Donde: S es la entalpade sublimacion; I1 es la primera energa de ionizacion, D es la energa de disociacion, Ues la energa reticular, AE es la afinidad electronica.

3.4. Energa libre de Gibbs

EJERCICIO 3.14. Los valores de la entalpa y entropa en una reaccion qumica son94,5 kJ/moly 189 J/molK, respectivamente. Suponiendo que estos valores permanecen constantesaunque cambie la temperatura, calcular:


Seccion 4: OxidacionReduccion 10

(a) La energa libre de reaccion a 300 K y a 1000 K.(b) A esas temperaturas, sera la reaccion espontanea?(c) A que temperatura sera G = 0?

EJERCICIO 3.15. A partir de la entalpa estandar de formacion del etano, H = 84,7kJ/mol, y de la entalpa estandar de formacion del eteno, H =+52,3 kJ/mol:

(a) Calcular la variacion de entalpa en condiciones estandar, del proceso:

C2H4 (g)+H2 (g) C2H6(g)(b) Si la variacion de entropa en este proceso es S =110 J/Kmol, indicar de forma razo-

nada si el proceso sera espontaneo en condiciones estandar.

EJERCICIO 3.16. Para la formacion de un mol de agua se sabe que H = 286 kJ/mol yS =44 J/Kmol.(a) Calcular la energa libre estandar de formacion del agua.(b) Si suponemos que los valores de H y S permanecen constantes al variar la tempe-

ratura, calcular a que temperatura la descomposicion del agua no sera un proceso es-pontaneo.

EJERCICIO 3.17. Calcular G a 25 C para la reaccion:

N2 (g)+3H2 (g) 2NH3(g)sabiendo que, a esa temperatura, la entalpa de formacion del amonaco es 46 kJ/mol, y lasentropas del NH3 (g), el N2 (g) y el H2 (g), son 192 J/molK, 191,2 J/mol K y 130 J/molK,respectivamente.

EJERCICIO 3.18. Calcular a que temperatura sera espontanea una reaccion entre gasesH = 432 kJ/mol y S = 1300 J/molK. Suponer que tanto la entalpa como la entropa per-manecen constantes aunque cambie la temperatura.

EJERCICIO 3.19.

(a) Calcular la entalpa de la reaccion de oxidacion del etanol a acido acetico segun la ecua-cion:

C2H5OH(l)+O2 (g) CH3COOH(l)+H2O(l)sabiendo que, a cierta temperatura, las entalpas de formacion del etanol, acido acetico yagua son -227,6 kJ/mol, -487,0 kJ/mol y -285,8 kJ/mol, respectivamente.

(b) Calcular la variacion de energa libre de Gibbs a 298 K sabiendo que las entropas deletano, acido acetico, agua y oxgeno, a esa temperatura, son -160,7 J/molK, 159,9 J/molK,70,0 J/molK y 205 J/molK, respectivamente.

4. OxidacionReduccion

4.1. Concepto de oxidacionreduccion

EJERCICIO 4.1. Senalar y explicar en la reaccion:

2Ag+ (ac)+Fe(s) Fe+2 (ac)+2Ag(s)



que especie qumica: a) se oxida, b) se reduce, c) es el oxidante, d) es el reductor.

EJERCICIO 4.2. Senalar y explicar en la reaccion:

2HI+H2SO4 I2+SO2+2H2Oque especie qumica: a) se oxida, b) se reduce, c) es el oxidante, d) es el reductor.

EJERCICIO 4.3. De las siguientes reacciones (sin ajustar) decir cuales son redox, y de estasindicar que atomos se oxidan y cuales se reducen:

KBr+F2 KF+Br2Cu+HNO3 Cu(NO3)2+NO+H2O

Cd(NO3)2+H2S CdS+HNO3

4.2. Ajuste de ecuaciones

EJERCICIO 4.4. En medio acido, el ion cromato oxida al ion sulfito a sulfato, segun la ecuacion:

CrO24 +SO23 Cr+3+SO24 +H2O

Ajustar la ecuacion ionica.

EJERCICIO 4.5. Una disolucion acuosa de acido ntrico reacciona con sulfuro de hidrogenopara dar azufre y monoxido de mononitrogeno. Ajustar la ecuacion molecular.

EJERCICIO 4.6. El permanganato de potasio oxida al peroxido de hidrogeno en medio acidosulfurico segun la reaccion:

KMnO4+H2O2+H2SO4MnSO4+O2+H2O+K2SO4Ajustar la reaccion molecular.

EJERCICIO 4.7. Dada la siguiente reaccion de oxidacionreduccion en disolucion acuosa:

KMnO4+KI+H2SO4 I2+MnSO4+H2O+K2SO4

(a) Ajustar la reaccion.(b) Calcular los litros de disolucion 2 M de permanganato de potasio necesarios para obtener

1 kg de yodo.

EJERCICIO 4.8. Ajustar la siguiente reaccion que se produce en medio basico:

KI+KClO3+H2O I2+KCl+KOH

EJERCICIO 4.9. Ajustar la siguiente reaccion que se produce en medio basico:

K2CrO4+K2S+H2O S+KCrO2+KOH



EJERCICIO 4.10. El acido sulfurico concentrado reacciona con el bromuro de potasio segunla reaccion:

H2SO4+KBr K2SO4+Br2+SO2+H2O

(a) Ajustar la reaccion anterior.(b) Calcular el volumen de bromo lquido (densidad 2,92 g/cm3) que se obtendra al tratar 90,1

g de bromuro de potasio con suficiente cantidad de acido sulfurico.

4.3. Pilas

EJERCICIO 4.11. Dados los potenciales normales de reduccion:

E(Pb+2/Pb) =0,13VE(Cu+2/Cu) = 0,34V

(a) Escribir las semirreacciones y la reaccion ajustada de la pila formada.(b) Calcular su fuerza electromotriz e indicar que electrodo actua como anodo y cual como

catodo.

EJERCICIO 4.12. Contesta a las siguientes cuestiones:

a) Reaccionara una disolucion acuosa de acido clorhdrico con hierro metalico?b) Reaccionara una disolucion acuosa de acido clorhdrico con cobre?c) Que ocurrira si se anaden limaduras de hierro a una disolucion de Cu+2?

[a)] DATOS: Potenciales estandar de reduccion: E(Cu+2/Cu)= 0,34V , E(Fe+2/Fe)=0,44V ,E(2H+/H2) = 0,00V

EJERCICIO 4.13. En una disolucion de cloruro de hierro (III) se introduce una lamina de cobremetalico:

1. Que ocurre en la superficie de la lamina y en el seno de la disolucion? Escribir y ajustarlas reacciones que tienen lugar.

2. Cual es la f.e.m. de la pila formada?

DATOS: Potenciales estandar de reduccion: E(Cu+2/Cu)= 0,34V , E(Fe+3/Fe+2)= 0,77V .

EJERCICIO 4.14. Dados los potenciales estandar de reduccion: E(Zn+2/Zn) = 0,76V ,E(Fe+3/Fe+2) = 0,77V , E(Sn+2/Sn) =0,14V , E(2H+/H2) = 0,00V .(a) Calcular la f.e.m. de la pila de mayor potencial que se puede construir con los pares ante-

riores e indicar el electrodo que actua como anodo y el que actua como catodo.(b) Indicar el signo de los electrodos.(c) Indicar, razonadamente, si al introducir una barra de cinc en una disolucion acuosa de

acido clorhdrico se desprendera hidrogeno.


Seccion 5: Equilibrio qumico 13

4.4. Electroqumica

EJERCICIO 4.15. El cloro y el sodio se obtienen, industrialmente, mediante la electrolisis decloruro de sodio fundido. Si a traves de una cuba electroltica que contiene cloruro de sodiofundido pasa una corriente de 48000 C, cuanto sodio se depositara en el catodo?

EJERCICIO 4.16. Una disolucion acuosa de una sal desconocida de paladio se electrolizadurante una hora con una corriente de 2 A. En el catodo se depositan 2,626 g de paladio.

(a) Calcular cual es la masa de un equivalente de paladio.(b) Cual sera el numero de oxidacion del paladio en este compuesto?

DATOS: Se da por conocida la masa atomica del Pd.

EJERCICIO 4.17. Se tienen dos cubas electrolticas conectadas en serie, la primera contieneuna disolucion de sulfato de nquel (II), y la segunda, una disolucion de nitrato de plata. Se leshace pasar una corriente continua, depositandose 0,650 g de plata.

(a) Cuantos gramos de nquel se habran depositado?(b) Que cantidad de corriente habra pasado a traves de las cubas?

5. Equilibrio qumico

5.1. La constante de equilibrio

EJERCICIO 5.1. En un recipiente de dos litros se introducen 127,0 g de yodo y 2,000 g dehidrogeno, para obtener yoduro de hidrogeno. Se calienta el recipiente hasta 450 C y cuandose alcanza el equilibrio, se han obtenido 119,3 g de yoduro de hidrogeno. Calcular el valor dela constante de equilibrio Kc, a esa temperatura.

EJERCICIO 5.2. Cuando reaccionan 210 g de acido acetico con 82 g de etanol a 25 C, se ob-tienen 132 g de acetato de etilo. Calcular el valor de la constante de equilibrio de esterificaciona esa temperatura. (Todas las sustancias se encuentran en estado lquido)

CH3COOH(l)+CH3CH2OH(l) CH3COOCH2CH2CH3 (l)+H2O(l)

EJERCICIO 5.3. En un matraz de un litro de capacidad se introducen 0,387 moles de nitrogenoy 0,642 moles de hidrogeno. Al calentar a 800 K, se establece el equilibrio:

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

encontrandose que se han formado 0,0600 moles de amonaco. Calcular:

(a) La composicion de la mezcla gaseosa en equilibrio.(b) Kc a la citada temperatura.

EJERCICIO 5.4. Se anade un numero igual de moles de CO y de H2O a un recipiente cerradode 5,0 L que se encuentra a 327 C. estableciendose el siguiente equilibrio:

CO(g)+H2O(g) CO2 (g)+H2 (g)

Una vez alcanzado este, se encuentra que la concentracion de CO2 es 4,6 M y el valor deKc = 302. Calcular:



(a) Cuales son las concentraciones de CO, H2 y H2O en equilibrio?(b) Calcular la presion total del sistema en equilibrio.

5.2. Cociente de reaccion

Se introducen en un recipiente de 1,00 L, 0,100 mol de PCl3, 0,100 de Cl2 y 0,200 mol dePCl5. El recipiente se calienta a 600 K. Si a esa temperatura y para la reaccion:

PCl5 (g) PCl3 (g)+Cl2 (g)

justificar si el sistema se encuentra en equilibrio. En caso de no estarlo, indicar en que sentidose desplazara la reaccion y cuales seran las concentraciones en el equilibrio.

EJERCICIO 5.5. Para el equilibrio:

COCl2 (g) CO(g)+Cl2 (g)

a 250 C, el valor de Kc = 1,37. En un recipiente de 5,00 L se introducen 2,5 moles de COCl2,6,40 moles de CO y 3,2 moles de Cl2, a dicha temperatura.

(a) Indicar, razonadamente, si el sistema se encuentra en equilibrio.(b) Calcular la composicion del sistema en equilibrio.

5.3. Grado de disociacion

EJERCICIO 5.6. En un recipiente de 10 L se introducen 0,5 moles de N2O4 y se calienta hastaalcanzar 75 C. Calcular el grado de disociacion y la presion parcial de cada componente enel recipiente cuando se alcanza el equilibrio, sabiendo que para:

N2O4 (g) 2NO2 (g)

a esa temperatura Kc = 0,089.

EJERCICIO 5.7. A la temperatura de 400 C y a la presion de 710 mmHg, el amonaco seencuentra disociado en un 40% segun la ecuacion:

2NH3 (g) N2 (g)+3H2 (g)Calcular:

(a) La presion parcial de cada uno de los gases que constituyen la mezcla en equilibrio.(b) El valor de la constante Kc a esa temperatura.

5.4. La constante Kp

EJERCICIO 5.8. Se introducen 0,200 moles de SO2Cl2 en un recipiente cerrado de 2,00 L enel que, previamente, se haba hecho el vaco. Se calienta a 400 C y se descompone segun:

2SO2Cl2 (g) SO2 (g)+Cl2 (g)

Cuando se alcanza el equilibrio, se observa que se ha descompuesto el 36,5% del SO2Cl2(g) inicial. Calcular:



(a) Las presiones parciales de cada uno de los componentes en la mezcla en equilibrio.(b) El valor de Kc y Kp a la citada temperatura.

EJERCICIO 5.9. Cuando se calienta pentacloruro de antimonio, se disocia segun:

SbCl5 (g) SbCl3 (g)+Cl2 (g)

Se introducen SbCl5 (g) en un recipiente, se cierra y se calienta a 200 C, cuando se alcanzael equilibrio, la presion es de 1 atm y el pentacloruro de antimonio se ha disociado en un48,5%. Calcular:

(a) El valor de Kp a la mencionada temperatura.(b) Las presiones parciales de cada componente cuando, a 200 C, se aumenta la presion

hasta 10 atm.

EJERCICIO 5.10. En un recipiente de 10 L se introducen 1,0 moles de un compuesto, A, y 3,0moles de otro, B. Se cierra y se calienta a 893 K, estableciendose el siguiente equilibrio:

A(g)+3B 2C(g)

En el equilibrio, la presion total es de 22 atm. Calcular:

(a) Las concentraciones de todas las especies presentes en el equilibrio.(b) Kp a esa temperatura.

5.5. Equilibrios de precipitacion

EJERCICIO 5.11. El producto de solubilidad del hidroxido de magnesio es 3,4 1011. Calcular(a) Calcular su solubilidad en agua.(b) Calcular la concentracion de iones OH en una disolucion saturada de hidroxido de mag-

nesio.

EJERCICIO 5.12. La solubilidad del hidroxido de hierro (II) en agua pura, a 298 K, es 7,38 106 g/L.

(a) Calcular el producto de solubilidad del hidroxido de hierro (II).(b) INdicar si el hidroxido precipitara cuando se adicionen 1,0 103 g de cloruro de hierro

(III) a 1,00 L de una disolucion de hidroxido de sodio que contenga una concentracion de[OH] = 1,0 108 M.

EJERCICIO 5.13. A 25 C, la solubilidad del yoduro de plomo (II), en agua, es 0,70 g/L.

(a) Calcular el producto de solubilidad del yoduro de plomo a esa temperatura.(b) Calcular la solubilidad del yoduro de plomo, a esa temperatura, en una disolucion acuosa

de yoduro de potasio 0,500 M.

EJERCICIO 5.14.

a) Calcular la solubilidad del hidroxido de plomo (II) en g/L.b) Calcular la concentracion de iones (OH) en una disolucion saturada de hidroxido de plo-

mo.


Seccion 6: Equilibrios acido-base 16

DATOS: Kp(Pb(OH)2) = 2,1 1016

EJERCICIO 5.15. El producto de solubilidad del HgS vale 3,0 1053, y el del ZnS es 4,0 1024.

(a) Calcular la solubilidad de estos dos compuestos en agua.(b) Si a una disolucion 0,1 M en Zn+2 y 0,10 M en Hg+2 se le adiciona S2 sin que vare

la concentracion de los cationes, cual sera la concentracion de S2 cuando empiece aprecipitar el primero de ellos?

(c) Cual sera la concentracion de S2 cuando empiece a precipitar el segundo?(d) Cual sera la concentracion del cation, que ha precipitado en primer lugar, cuando empie-

za a precipitar el segundo?

6. Equilibrios acido-base

6.1. Concepto de pH

EJERCICIO 6.1. Una disolucion acuosa de acido clorhdrico tiene una concentracion 0,1 M.Otra disolucion acuosa de hidroxido sodico tiene una concentracion 0,1 M. Calcular el pH dela disolucion: a) del acido, b) del hidroxido.

EJERCICIO 6.2. Calcular el gramos de NaOH que hay que anadir a 250 g de agua pura paraobtener una disolucion de pH = 10. Se supone que no hay cambio de volumen.

EJERCICIO 6.3. La solubilidad del hidroxido de calcio en agua es 1,6 g/L. Calcular el pH deuna disolucion saturada de Ca(OH)2.

EJERCICIO 6.4. Calcular el pH de las siguientes disoluciones:

a) 500 mL de acido ntrico 0,2 M.a) 200 mL de una disolucion de hidroxido de potasio 0,5 M.

NOTA: suponer que no hay variacion de volumen.

6.2. Acidos y bases debiles

EJERCICIO 6.5. Calcular el pH de una disolucion acuosa de acido benzoico 0,010 M, si la Kade este acido es 6,65 105.

EJERCICIO 6.6. A 25 C, una disolucion acuosa de un acido debil, HA, tiene una constante dedisociacion de 2,8 107.a) Calcular las concentraciones, en el equilibrio, de las distintas especies qumicas presentes

en una disolucion acuosa 0,1 M de HA.a) Calcular el pH de esa disolucion.

EJERCICIO 6.7. La constante de acidez, Ka, del acido nitroso es 4,5 104 a 25 C. Calcularlos gramos de este acido que se necesita para preparar 0,5 L de una disolucion cuyo pH sea3,5.



EJERCICIO 6.8. Una disolucion acuosa 0,100 M de un acido debil monoprotico, HA, presentaun grado de ionizacion del 2,7%. Calcular:

(a) La constante de ionizacion del acido.(b) El pH y el pOH de la disolucion(c) La concentracion del acido que permanece sin ionizar en el equilibrio.

EJERCICIO 6.9.

a) Calcular el pH y el grado de disociacion para una disolucion de acido acetico 0,50 M.a) Si a un litro de esta disolucion se le adicionan 2,0 103 moles de acido ntrico (despre-

ciar las variaciones de volumen), calcular el grado de disociacion y el pH de la disolucionresultante.

DATO: Ka(CH3COOH) = 1,8 105

EJERCICIO 6.10. A 25 C, una disolucion acuosa de 1 M de acido metanoico (formico) tienedisociadas un 1,3% de sus moleculas.

(a) Calcular la Ka del acido formico a esa temperatura.(b) Cual sera el pH de la disolucion?

EJERCICIO 6.11. Se dispone de 1 L de una disolucion de un acido monoprotico, HA, debil, deconcentracion 0,2 M y grado de disociacion del 22%. Calcular:

(a) La constante de disociacion del acido.(b) El pH de la disolucion.(c) El grado de disociacion del acido, despues de adicionarle 0,8 g de acido clorhdrico.

6.3. Hidrolisis

EJERCICIO 6.12. Calcular el pH de una disolucion acuosa de cloruro de amonio 0,10 M.

DATO: Kb(NH3)1,8 105

EJERCICIO 6.13. Calcular el pH de una disolucion 0,05 M de cianuro de sodio, sabiendo queKa(HCN) = 7,2 1010.

EJERCICIO 6.14. Calcular el pH de una disolucion 0,1 M de acetato de sodio.

DATO: Ka(HCN) = 7,2 1010.

6.4. Valoraciones acidobase

EJERCICIO 6.15. Se valoran 25 mL de una disolucion de acido clorhdrico de concentraciondesconocida con 30,3 mL de una disolucion de hidroxido de sodio 0,10 M. Calcular:

(a) La concentracion del acido clorhdrico.(b) El pH en el punto de equivalencia.



EJERCICIO 6.16. Se tiene una muestra de hidroxido de sodio comercial que contiene impu-rezas de cloruro de sodio. Para saber la pureza de esa muestra se toma 1,00 g de ella y sevalora con acido clorhdrico 1,00 M, gastandose 14,4 mL. Calcular la riqueza de la muestraen NaOH.

EJERCICIO 6.17. Se valora una disolucion acuosa de acido acetico con hidroxido de sodio.

(a) Calcular la concentracion del acido sabiendo que 25 mL han necesitado 20 mL de hidroxi-do 0,10 M para alcanzar el punto de equivalencia.

(b) Calcular el pH de la disolucion resultante en ese momento.

EJERCICIO 6.18. Calcular el pH de un litro de una disolucion acuosa que es 0,10 M en acidoacetico y 0,10 M en acetato de sodio.

DATO: Ka(CH3COOH) = 1,8 105

EJERCICIO 6.19. A 250 mL de una disolucion 0,10 M de amonaco se le adicionan 6,69 g decloruro de amonio. Sabiendo que Kb(NH3) = 1,8 105, calcular el pH de la disolucion.

EJERCICIO 6.20. Calcular el pH de 100 mL de una disolucion reguladora que contiene 1,22 gde acido benzoico (C6H5COOH) y 2,88 g de benzoato de sodio, sabiendo que la constante dedisociacion del acido es 6,5 105.


Tabla de Contenido1 Concepto de mol. Estequiometra1.1 Masas atmicas y moleculares1.2 Composicin centesimal1.3 Concepto de mol1.4 Unidad-frmula1.5 Volumen molar de gases1.6 Clculo de la frmula de un compuesto1.7 Estequiometra1.8 Reactivo en exceso1.9 Rendimiento de una reaccin1.10 Pureza de los reactivos

2 Disoluciones2.1 Concentracin de una disolucin Porcentaje en peso y en volumen Molaridad Fraccin molar

2.2 Preparacin de disoluciones por dilucin

3 Termoqumica3.1 Entalpas de reaccin3.2 Energas de enlace3.3 Ciclo de Born-Haber3.4 Energa libre de Gibbs

4 Oxidacin--Reduccin4.1 Concepto de oxidacin--reduccin4.2 Ajuste de ecuaciones4.3 Pilas4.4 Electroqumica

5 Equilibrio qumico5.1 La constante de equilibrio5.2 Cociente de reaccin5.3 Grado de disociacin5.4 La constante Kp5.5 Equilibrios de precipitacin

6 Equilibrios cido-base6.1 Concepto de pH6.2 cidos y bases dbiles6.3 Hidrlisis6.4 Valoraciones cido--base

ejercicios química general

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