guia ejercicios qui 109

7/18/2019 Guia Ejercicios Qui 109

http://slidepdf.com/reader/full/guia-ejercicios-qui-109 1/242

Universidad Andrés Bello Facultad de Ciencias Exactas

Departamento de Ciencias Químicas

GUIA DE EJERCICIOS

QUIMICA GENERAL

QUI 109

Comp ilada po r: Prof. Lu is Raúl de la Nuez

Prof. Manuel Curito l

Revisada po r: Dra. Nancy Pizarro U.

Depar tamento de Cienc ias Quími cas

Versión Segun do Semestr e 2014



Guía de E jer c ic i os, Curso de “Química General”, Prim er Semestre 2014

Facultad de Ciencias ExactasDepar tamento d e Ciencias Quími cas

2

INDICE

GUIA Nº 1 UNIDAD Nº 1: MATERIA, ÁTOMOS, MOLÉCULAS E IONES 5

Objetivos específicos de la Unidad 1 5

Ejercicios Desarrollados 6Ejercicios Propuestos 9

Respuestas 17

GUIA Nº 2 UNIDAD Nº 1: MATERIA, ÁTOMOS, MOLÉCULAS E IONES 19


Ejercicios Desarrollados 20

Ejercicios Propuestos 22

Respuestas 25

GUIA Nº 3 UNIDAD Nº 2: ESTRUCTURA ELECTRÓNICA DE LOS ÁTOMOS 27




Respuestas 37

GUIA Nº 4 UNIDAD Nº 3: ENLACE, GEOMETRÍA MOLECULAR E

INTERACCIONES INTERMOLECULARES 40




Respuestas 57

GUIA Nº 5 UNIDAD Nº 4: ESTEQUIOMETRÍA 67




Respuestas 84

GUIA Nº 6 UNIDAD Nº 5: GASES Y SUS PROPIEDADES 87




Respuestas 100





3

GUIA Nº 7 UNIDAD Nº 6: REACCIONES ACUOSAS Y ESTEQUIOMETRÍA 102




Respuestas 116

GUIA Nº 8 UNIDAD Nº 7: TERMOQUÍMICA 117




Respuestas 129

GUIA Nº 9 UNIDAD Nº 8: EQUILIBRIO QUÍMICO 131




Respuestas 144

GUIA Nº 10 UNIDAD Nº 8: EQUILIBRIO QUÍMICO 146




Respuestas 164

GUIA Nº 11 UNIDAD Nº 9: EQUILIBRIOS DE SOLUBILIDAD Y

DE COMPLEJACIÓN 166




Respuestas 177

GUIA Nº 12 UNIDAD Nº 10: EQUILIBRIO REDOX 179




Respuestas 194





4

GUIA Nº 13 UNIDAD Nº 11: CINÉTICA QUÍMICA 197




Respuestas 217

APÉNDICE: TABLA PERIÓDICA 221

APÉNDICE 2: SOLEMNES Y EXAMEN SEMESTRE ANTERIOR 222





5

GUIA Nº 1

UNIDAD Nº 1

MATERIA, ÁTOMOS, MOLÉCULAS E IONES

Objetivos específicos de la Unidad 1

1. Clasificación y Propiedades de la Materia.

2. Unidades de medición. Sistema Internacional de medición.

3. Escalas de Temperatura.

4. Uso de prefijos, conversión de unidades.

LAS RESPUESTAS DEBEN ESTAR CORRECTAMENTE JUSTIFICADAS EN LOSCASOS EN QUE SE SOLICITA. (RESPUESTAS SIN JUSTIFICACIÓN NO TIENEN

VALIDEZ)

BIBLIOGRAFIA:

1. Capítulo 2. Química. R. Chang McGraw Hill. 7ª Edición, 2002.

2. Capítulo 1. Química. La Ciencia Central. Brown, Le May, Bursten Pearson.Prentice Hall. 9ª Edición, 2004.





6

EJERCICIOS DESARROLLADOS

1. El oro puede martillarse hasta formar láminas extremadamente delgadas llamadaspan de oro. Si un trozo de 1,00 g de oro (densidad = 19,2 g/cm 3) se martilla hastaformar una lámina que mide 8,0 x 5,0 pies, calcule el espesor medio de la lámina en

metros (1 pie = 0,3048 metros).

Desarrollo:

Utilizando la densidad del oro y su masa se determinará el volumen de éste.

Como:

OroV

Oromd

Por lo tanto el volumen es:

Orod

Orom V

3g/cm19,2

g1,00 V

V = 0,0521 cm3 (Como hay operación de división, se consideró lascifras significativas de la masa y la densidad, cada una tiene 3, porlo que el volumen se expresa con 3 cifras significativas)

Antes de realizar el cálculo del espesor se transformará las longitudes dadas en piesa metros, así como el volumen a m3.

Primero se convertirá 8,0 y 5,0 pies a metros, sabiendo que 1 pie = 0,3048 m yutilizando el factor de conversión o factor unitario:

m pie

m x pies 438,2

1

3048,00,8 = 2,4 m

Debido a que hay operaciones de multiplicación y división, seconsideró la cifra significativa menor de los datos dados en elejercicio, la cual es 2, por lo que la longitud es 2,4 m.

m pie

m x pies 524,1

1

3048,00,5 = 1,5 m





7

Por último, el volumen se convertirá a m3, sabiendo 1cm3 = 1,0 x 10-6 m3:

3

363

1

100,10521,0

cm

m x xcm = 5,21 x 10-8 m3

Si se considera que la lámina de oro es un cubo rectangular cuya altura es elespesor de la lámina:

El volumen es por lo tanto:

Volumen = Ancho x Largo x Espesor (ó altura)

La altura o en este caso espesor estará dado por:

AnchoxoargL

VolumenEspesor

m1,524xm2,438

m 10x5,21Espesor

3-8

Considerando que hay operaciones de multiplicación y división, se considerará lacifra significativa menor de los datos dados en el ejercicio, la cual es 2.

Espesor = 1,4 x 10-8 m

2. Calcule la masa de un cilindro de acero inoxidable (densidad = 7,75 g/cm 3) cuyaaltura mide 18,35 cm mientras que su radio 1,88 cm. Exprese el resultado enkilogramos.

Desarrollo:

d = 7,75 g/cm3 h = 18,35 cmr = 1,88 cm

El primer paso es calcular el volumen del cilindro, el cual es:

V= r 2 x h

V = 3,1416 x (1,88 cm)2 x 18,35 cm

V = 204 cm3





8

Luego se obtiene la masa usando el volumen del cilindro obtenido y la densidad:

V

m d

Despejando la masa se tiene:

m = d x V

3

3cm204x

cm

g 75,7m

m = 1581 g (expresado correctamente según cifras significativassería: 1,58 x 103 g)

Por último la conversión de la masa de g a kg:

kg g

kg x g x 58,1 1000

11058,1 3

Considerando que hay operaciones de multiplicación y división, se considerará lacifra significativa menor de los datos dados en el ejercicio, la cual es 3.

m = 1,58 kg





9

EJERCICIOS PROPUESTOS

1. La densidad del ácido acético es 1,05 g/mL. ¿Cuál es el volumen de 327 g de ácidoacético? Justifique su respuesta.

2. La densidad (d) del mercurio líquido es 13,5 g/cm3. ¿Qué masa (m) del mercuriollenará un recipiente con un volumen (V) de 0,500 L?

3. Cuando 24 pedazos de cobre se sumergen en agua, los pedazos desplazan 8,26cm3 de agua. ¿Si la masa combinada de los pedazos es 73,86 g, ¿cuál es ladensidad del cobre?

4. Un pedazo de 8,44 g de un metal desconocido tiene 1,25 centímetros de largo, 2,50centímetros de ancho, y 1,00 centímetro de grueso. ¿Cuál será la identidad posibledel elemento?

Indique cálculo de justificación:








10

5. Un cubo del hierro tiene una masa de 29,31 g. Si cada lado del cubo tienedimensiones de 1,55 centímetros, ¿cuál es la densidad del hierro?

6. Los termóstatos se fijan a menudo a 68ºF. ¿Cuál es esta temperatura en gradoscentígrados?

7. El punto de ebullición de helio líquido es 4 K. ¿Cuál es esta temperatura en gradoscentígrados?

8. La temperatura requerida para fundir el NaCl es 528 ºC. ¿Cuál es esta temperaturaen Kelvin?

9. Las reacciones químicas se estudian a menudo a 25 ºC. ¿Cuál es esta temperaturaen grados Fahrenheit?










11

10. El radio de un átomo del helio es 31 pm. ¿Cuál es el radio en nanómetros?

11. Un cilindro tiene un radio de 5,08 centímetros y una altura de 125 centímetros.Calcule el volumen del cilindro en litros.

12. Las dimensiones de una caja son 12 pulgadas por 11 pulgadas por 5,5 pulgadas.Calcule el volumen de la caja en cm3. Hay 2,54 centímetros por pulgada.

13. ¿Si la eficacia de combustible de un automóvil es 27 millas por galón, ¿cuál es sueficacia de combustible en kilómetros por litro? (1 kilómetro = 0,621 millas, 1,000 L =1,057 cuartos de galón, 4 cuartos de galón = 1 galón)









12

14. Un galón (3,78 L) de pintura de látex puede cubrir 385 pies2 de la superficie de unapared. ¿Cuál es el grosor promedio de una capa de pintura (en micrómetros)?

15. A 25 ºC, la densidad del oxígeno en aire es 0,275 g/L. ¿Qué volumen será ocupadopor 25 kilogramos de oxígeno a 25 ºC?

16. Una balanza electrónica se utiliza para determinar que una muestra tiene una masade 25,7171 g. Si la precisión de la balanza es de 0,1 mg, ¿cuál es el númerocorrecto de las cifras significativas para esta medida?

17. Convertir 5,000 x 10-2 metros a milímetros y expresar la respuesta en la notaciónexponencial usando el número correcto de cifras significativas.









13

18. ¿Cuál es la respuesta correcta a la expresión siguiente: (18 + 95) 0,077351? Nota:Realice la operación de adición primero.

19. La densidad del hielo (agua sólida) es de 0,92 g/cm3 y la del agua líquida es 1,00

g/cm3 (exactamente 0,99987 por lo que aproximamos a 1,00). Esta pequeña

diferencia en las densidades, hace que el hielo flote sobre agua líquida, y por lotanto frente a bajas temperaturas, los lagos se congelan desde arriba hacia abajo,permitiendo la vida de peces y plantas bajo la superficie de hielo. Sin embargo, estefenómeno también ocasiona problemas. ¿Qué volumen de hielo se obtiene por elcongelamiento de 5,00L de agua contenidos en el radiador de un automóvil?

20. El radio de un átomo del litio es 152 pm. ¿Cuál es el volumen de un átomo del litio sise considera que el átomo es una esfera? El volumen de una esfera es (4/3) π r 3.








14

21. Asumiendo que la vida humana promedio es de alrededor de 70 años. Dependiendoque si una persona ejercita, duerme, se relaja o se enoja presentará un promedio de10 respiraciones por minuto. Al respecto determine el número total de respiracionesque realiza durante su vida. Si la vida promedio varía a 80 años en vez de 70 años,¿cambiaría la estimación final?

22. Una importante compañía automotriz muestra un molde de su primer automóvil,hecho de 9,55 Kg de Hierro. Para celebrar sus 100 años en el negocio, un trabajadorfundirá el molde en oro a partir del original. ¿qué masa de oro se necesita parahacer el nuevo molde?

23. Un metro cúbico de aluminio (Al) tiene una masa de 2,70x103 kg, y el mismovolumen de hierro (Fe) tiene una masa de 7,86x103 kg. Encuentre el radio de unaesfera de aluminio sólida que equilibraría una esfera de hierro sólida de 2,00 cm deradio sobre una balanza de brazos iguales.








15

24. Las monedas de colección a veces se recubren con oro para mejorar su belleza yvalor. Considere un cuarto de dólar conmemorativo que se anuncia a la venta en$4,98 dólares. Tiene un diámetro de 24,1 mm y un grosor de 1,78 mm, y estácubierto por completo con una capa de oro puro de 0,180 µm de grueso. El volumendel recubrimiento es igual al grosor de la capa por el área a la que se aplica. Lospatrones en las caras de la moneda y los surcos en sus bordes tienen un efecto

despreciable sobre el área. Suponga que el precio del oro es de $10 dólares porcada gramo.

a) Encuentre el costo del oro agregado a la monedab) ¿el costo del oro aumenta significativamente el valor de la moneda?

25. Suponga que en cierto país existen 100 millones de automóviles y que el consumopromedio de combustible es de 20 mi/gal de gasolina. Si la distancia promedio querecorre cada automóvil es de 10000 mi/año, ¿cuánta gasolina se ahorraría al año siel consumo promedio de combustible pudiera aumentar a 25 mi/gal?

26. Suponga que Bill Gates le ofrece 1000 millones de dólares si es capaz de contarlosusando solamente billetes de un dólar, ¿Aceptaría esta oferta? (suponga que cuenta1 dólar por segundo y que debe dormir 8 horas al día). ¿Cuánto tiempo se demoraríaen contarlos?








16

27. Un centímetro cubico de agua tiene una masa de 1,0x10 -3 Kg. a) determine la masade 1 m3 de agua. b) suponiendo que las sustancias biológicas son 98 % de agua,estime las masas de una célula con diámetro de 1 µm. c) un riñón humano y d) unamosca. Suponga que un riñón es aproximadamente una esfera de 4,0 cm de radio, yuna mosca es casi un cilindro de 4,0 mm de largo y 2,0 mm de diámetro.

28. Un pescador captura dos róbalos listados. El menor de los dos tiene una longitudmedida de 93,46 cm y el mayor tiene una longitud medida de 135,3 cm. ¿Cuál es lalongitud total de peces capturados ese día?







17

RESPUESTAS

1. Respuesta: 3,11 x 102 mL

2. Respuesta: 6,75 x 10

3

g3. Respuesta: 8,94 g/cm3

4. Respuesta: Aluminio: 2,70 g/cm3

5. Respuesta: 7,87 g/cm3

6. Respuesta: 20 ºC

7. Respuesta: -269 ºC

8. Respuesta: 801 K

9. Respuesta: 77 ºF

10. Respuesta: 3,1 x 10-2 nm

11. Respuesta: 10,1 L

12. Respuesta: 1,2 × 104 cm3

13. Respuesta: 11 km/L

14. Respuesta: 106 μm

15. Respuesta: 9,1 x 104 L

16. Respuesta: 6

17. Respuesta: 50,00 mm

18. Respuesta: 8,74

19. Respuesta: 5,43 L. Se puede observar que el volumen que ocupa el hielo es

mayor que el del agua. Esta expansión que sufre el agua líquida al

congelarse ocasiona el deterioro del radiador y para evitar este

problema es necesario agregar al agua un anticongelante.

20. Respuesta: 1,47 × 10-23 cm3

21. Respuesta: 3,7 x 108 respiraciones

22. Respuesta: 23,0 Kg

23. Respuesta: 2,86 cm

24. Respuesta: a) $0.0364

b) es insignificante

25. Respuesta: 1 x 1010 gal/año

26. Respuesta: 47,5 años





18

27. Respuesta: a) 1000 kg

b) 5,2 x 10-16 Kg

c) 0,27 Kg

d) 1,3 x 10-5 Kg

28. Respuesta: 228,8 cm





19

GUIA Nº 2

UNIDAD Nº 1

MATERIA, ÁTOMOS, MOLÉCULAS E IONES


1. La teoría atómica. Protones, electrones, neutrones

2. Tamaño de los átomos. Número atómico, número de masa, isótopos, abundancia,

masa atómica promedio.

3. Tabla Periódica


VALIDEZ)

BIBLIOGRAFIA:







20


1. Calcular la masa atómica promedio del Silicio considerando que se encuentra en lanaturaleza formado por tres isótopos que tienen las siguientes masas y % de

abundancia.

Masa atómica (uma) % de abundancia

27,997 92,2328,977 4,6729.974 3,10

Desarrollo:

Cada isótopo contribuye a la masa atómica del Silicio de acuerdo con suabundancia. Por lo tanto, el primer paso es convertir los porcentajes en fracciones,

así:

9223,0100

23,92

0467,0100

67,4

0310,0100

10,3

Luego se calcula la masa atómica promedio como sigue:

Masa atómica promedio del Silicio =

(0,9223)(27,997 uma) + (0,0467)(28,977 uma) + (0,0310)(29,974 uma) = 28,104 uma

2. Indique el número de protones, neutrones y electrones para cada una de lassiguientes especies:

a) O178

b) 2178 O

c) Ca

40

20 d) 240

20Ca

Desarrollo:

Recuerde que el exponente de la izquierda se refiere al número de masa, elsubíndice al número atómico. En cambio, en los casos que lo hay, el exponente dellado derecho es la carga neta del elemento.





21

a) O178 : El número atómico es 8, por lo tanto hay 8 protones, el número de masa

17, por lo que el número de neutrones es 17 - 8 = 9. El número de electrones esigual al número de protones, es decir, 8, ya que es un átomo con carga netacero.

b) 2178 O : El número atómico es 8, por lo tanto hay 8 protones, el número de masa

17, por lo que el número de neutrones es 17 - 8 = 9. Como la carga neta es -2,existe un exceso de 2 electrones por lo que los electrones totales serán 10.

c) Ca4020 : El número atómico es 20 por lo tanto hay 20 protones, el número de masaes 40, por lo que el número de neutrones es 40 - 20 = 20. El número deelectrones es igual al número de protones, es decir, 20, ya que es un átomo concarga neta cero.

d) 24020Ca : El número atómico es 20 por lo tanto hay 20 protones, el número de

masa 40, por lo que el número de neutrones es 40 - 20 = 20. Como la carga netaes +2, existe un déficit de 2 electrones por lo que los electrones totales serán 18.





22


1. ¿Cómo se define una unidad de masa atómica (uma)?

2. ¿Cuántos protones, neutrones, y electrones están en un átomo de oxígeno-18?

3. ¿Cuál es el símbolo atómico para un elemento con 28 protones y 31 neutrones?

4. ¿Cuál es la identidad de 72

32 X ?

5. ¿Cuántos neutrones hay en cobalto-59?

6. ¿Cuál pareja entre los átomos siguientes tiene el mismo número de neutrones?

64

28 Ni , 63

29Cu , 64

30 Zn , 68

30 Zn

7. ¿Cuál es el número de masa de un átomo de bromo con 46 neutrones?

8. ¿Cuál de los siguientes átomos son isótopos?

45

21Sc , 48

22Ti , 50

22Ti , 50

23V

9. Complete la siguiente Tabla:

Símbolo 54 2

26 Fe

Protones 5 79 86

Neutrones 6 16 117 136Electrones 5 18 79Carga neta -3 0

10. Un elemento consiste en dos isótopos. La abundancia de un isótopo es 95,72% y sumasa atómica es 114,9041 uma. La masa atómica del segundo isótopo es 112,9043uma. ¿Cuál es la masa atómica media del elemento?






23

11. La plata tiene una masa atómica media de 107,87 uma. ¿Si 48,18% de Ag existecomo Ag-109 (108,9047 uma), ¿cuál es la identidad y la masa atómica del otroisótopo?

12. El litio tiene dos isótopos estables con las masas de 6.01512 uma y 7.01600 uma.La masa molar media del Li es 6.941 uma. ¿Cuál es el porcentaje de abundancia decada isótopo?

13. El oxígeno tiene dos isótopos: O-16 y O-17. Calcula el porcentaje de cada uno deellos sabiendo que la masa atómica del oxígeno es 15, 9994 uma. Datos: masa deO-16 = 15,9949 uma; masa de O-17 = 16,9991 uma.








24

14. Para determinar la masa atómica de cada uno de los isótopos del silicio que integranuna mezcla, se analizó ésta en un espectrómetro de masas. Con la información de latabla siguiente, calcule el porcentaje de abundancia de los isótopos 28Si y 29Si.Considere que la masa atómica relativa promedio del silicio es de 28.086 [uma].

Isótopo [%] de abundancia Masa atómica [uma]28Si A 27,976929

Si B 28.976530

Si 3,09 29,9738

15. ¿Qué elemento gaseoso abarca sobre tres cuartos de la atmósfera de la tierra?

16. Identifique el metal alcalinotérreo situado en el cuarto período. (Use una tablaperiódica).

17. ¿Qué halógeno está situado en el cuarto período? (Use una tabla periódica).

18. ¿Cuál de los siguientes grupos se compone completamente de no metales?Yodo, indio y xenón; aluminio, silicio y neón; azufre, fósforo y bromo; galio, argón, yoxígeno.

19. ¿Cuál de los siguientes grupos se compone completamente de metaloides?B, As, y Sb; Silicio, P, y Ge; As, Ge, y Pb; In, Sn, y Ge

20. Identifique en la Tabla Periódica:

a) tres elementos alcalinosb) tres elementos alcalinotérreosc) cinco metales de transiciónd) tres halógenosd) tres calcógenose) tres gases noblesf) cinco no metalesg) cinco metalesf) cinco metaloides.






25

RESPUESTAS

1. Respuesta: 1/12 de la masa de un átomo de carbono-12.

2. Respuesta: 8 protones, 10 neutrones, 8 electrones

3. Respuesta: 5928 Ni

4. Respuesta: Ge

5. Respuesta: 32

6 Respuesta: 63

29Cu y 64

30 Zn

7. Respuesta: 81

8. Respuesta: 48

22Ti y 50

22Ti

9.Símbolo 11

5B 54 2

26 Fe

31

15P3- 196

79 Au 222

86Rn

Protones 5 26 15 79 86Neutrones 6 28 16 117 136Electrones 5 24 18 79 86Carga neta 0 +2 -3 0 0

10. Respuesta: 114,8 uma

11. Respuesta: Ag-107; 106,9 uma

12. Respuesta: 7,49% Li-6 y 92,51% Li-7

13. Respuesta: O-16 hay 99,55% y de O-17 hay 0,45%

14. Respuesta: A = 92.1684 [%]B = 4.7416 [%]

15. Respuesta: El nitrógeno, el cual es un elemento químico, de número atómico 7,

símbolo N y que en condiciones normales forma un gas diatómico

(nitrógeno diatómico o molecular) que constituye del orden del 78%

del aire atmosférico.

16. Respuesta: Ca

17. Respuesta: Br

18. Respuesta: azufre, fósforo y bromo

19. Respuesta: B, As, y Sb

20. Respuesta:a) tres elementos alcalinos Li, Na y Kb) tres elementos alcalinotérreos Be, Mg y Cac) cinco metales de transición Ti, V, Cr, Mn y Fed) tres halógenos F, Cl, y Br

http://es.wikipedia.org/wiki/Elemento_qu%C3%ADmico

http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_at%C3%B3mico

http://es.wikipedia.org/wiki/Gas

http://es.wikipedia.org/wiki/Nitr%C3%B3geno_diat%C3%B3mico

http://es.wikipedia.org/wiki/Aire

http://es.wikipedia.org/wiki/Atm%C3%B3sfera

http://es.wikipedia.org/wiki/Atm%C3%B3sfera

http://es.wikipedia.org/wiki/Aire

http://es.wikipedia.org/wiki/Nitr%C3%B3geno_diat%C3%B3mico

http://es.wikipedia.org/wiki/Gas

http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_at%C3%B3mico

http://es.wikipedia.org/wiki/Elemento_qu%C3%ADmico





26

d) tres calcógenos O, S y See) tres gases nobles He, Ne y Arf) cinco no metales O, S, C, N y Pg) cinco metales Li, Cu, Na, K y Mgf) cinco metaloides B, Si, Ge, As y Sb





27

GUIA Nº 3

UNIDAD Nº 2

ESTRUCTURA ELECTRÓNICA DE LOS ÁTOMOS


1. Espectro de radiación electromagnética. Naturaleza ondulatoria

2. Energía cuantizada. Efecto fotoeléctrico y fotones. Naturaleza dual de la luz

3. Espectro de emisión del átomo de H. Modelo de Bohr

4. Comportamiento ondulatorio de la materia. Principio de incerteza

5. Mecánica cuántica, orbitales atómicos. Números cuánticos

6. Representación de orbitales. Espin electrónico. Principio de exclusión de Pauli.

7. Configuraciones electrónicas.

8. Sistema periódico. Grupos y periodos. Propiedades periódicas.

LAS RESPUESTAS DEBEN ESTAR CORRECTAMENTE JUSTIFICADAS EN LOS

CASOS EN QUE SE SOLICITA. (RESPUESTAS SIN JUSTIFICACIÓN NO TIENENVALIDEZ)

BIBLIOGRAFIA:







28


1. Calcule la longitud de onda (λ) y la energía ( E) que corresponde a la transición delelectrón desde el estado n = 3 hasta el estado fundamental en el átomo dehidrógeno. ¿Se trata de luz absorbida o emitida?

Desarrol lo:

El cambio de energía, y por tanto, la energía del fotón emitido se obtiene con laecuación:

2f

2

i

Hn

1

n

1 RE

Recordemos que en el estado fundamental n = 1.

ni = 3, nf = 1

22

18-

11

31 J2,18x10E

9

8 - J2,18x10E 18-

E = 1,94 x 10-18 J

El signo negativo indica que esta energía se asocia a un proceso d e emisión .

Para calcular la longitud de onda se omite el signo menos de ΔE porque la longitudde onda del fotón debe ser positiva.

Como: ΔE = h x Ecuación 1

Despejando la frecuencia de la ecuación 1 tendríamos:

h

E Ecuación 2

Además sabemos que la frecuencia es también:

λ

c

Ecuación 3Por lo tanto, reemplazando la frecuencia en la ecuación 2 con la ecuación 3tendríamos:

λ

c

h

E Ecuación 4





29

Por último despejando la longitud de onda en la ecuación 4, ésta se calcula con laecuación 5:

E

hc xλ Ecuación 5

J10 x1,94

Js)(6,63x10 x)s

m (3,00x10

λ 18-

34-8

λ = 1,03 x 10-7 m

2. a) Escriba la configuración electrónica para el flúor, Z = 9b) Escriba los cuatro números cuánticos para cada uno de estos electrones en su

estado fundamental.

Desarrollo:

a)

i) El flúor tiene Z = 9.

ii) Como el flúor no está ionizado tiene 9 electrones.

iii) Con dos electrones se completa el primer nivel (1s2)

iv) Quedan 7 electrones para llenar el orbital 2s y llenar parcialmente los orbitales

2p.

Por lo tanto la configuración electrónica de F es:

1s2 2s2 2p5

b)

i) Se comienza por n = 1, así que l = 0, un subnivel que corresponde a un orbital1s. Este orbital puede acomodar un total de dos electrones.

ii) En seguida, n = 2, y l puede ser 0 o bien 1.iii) El subnivel l = 0 tiene un orbital 2s, capaz de acomodar dos electrones.iv) Los cinco electrones restantes se acomodan en el subnivel l = 1, que tiene tres

orbitales 2p.v) El Diagrama orbital es:

1s2 2s2 2p5





30

Los resultados de los números cuánticos se resumen en la tabla siguiente:

Electrón n l m l m s

1 1 0 0 +½2 1 0 0 -½3 2 0 0 +½4 2 0 0 -½5 2 1 -1 +½6 2 1 0 +½7 2 1 +1 +½8 2 1 -1 -½9 2 1 0 -½

1s

2s

2px, 2py, 2pz





31


1. Calcula la longitud de onda, la frecuencia y el número de ondas de una radiacióncuyos cuantos tienen una energía de 3·10-10 J. ¿A qué zona del espectroelectromagnético pertenece esta radiación?

2. Si cada átomo de un mol de átomos emite un fotón con una longitud de onda de4,15x103 A, ¿cuánta energía se pierde? Expresa la respuesta en kJ/mol.

3. Calcula la longitud de onda correspondiente a la 2ª línea de la serie de Balmer delespectro de hidrógeno.

4. Calcula la longitud de onda que corresponde a un 1 neutrón emitido en la fisión deluranio en una pila atómica, con una energía de 8,0 x 10 21 J.









32

5. ¿Cuál es la frecuencia (Hz) de la línea del espectro de hidrógeno que corresponde ala transición de n = 6 a n = 2?

6. Para ionizar el átomo de sodio se necesitan 118 kcal/mol. Si esta energía es deprocedencia luminosa, ¿cuál será la frecuencia más baja del haz luminoso capaz deefectuar la ionización? y ¿la longitud de onda?

7. ¿Para un átomo de hidrógeno, cuál de las siguientes transiciones electrónicasrequiere absorber una energía más alta para producirse? Justifique su elección.a) n = 4 a n = 7; b) n = 6 a n = 7; c) n = 4 a n = 6; d) n = 3 a n = 6 y e) n = 2 a n = 3.

8. La luz UV que broncea la piel cae en la región de 320 a 400 nm. Calcule la energíatotal (en joules) que absorbe una persona expuesta a esta radiación durante 2,0horas, dado que en un intervalo de 80 nm (320 a 400 nm) chocan un total de 2,0 x1016 fotones en la superficie de la Tierra por centímetro cuadrado por segundo y elárea corporal expuesta es 0.45 m2. Suponga que el cuerpo absorbe sólo la mitad dela radiación y refleja el resto. (Sugerencia: utilice una longitud de onda promedio de360 nm para calcular la energía de un fotón).









33

9. ¿Cuál de las posibles combinaciones de los números cuánticos son incorrectas?Justifique su elección.

a) El orbital 3s tiene los números cuánticos n = 3, l = 0, ml = 1.b) El orbital 2s tiene los números cuánticos n = 2, l = 0 y ml = 0.c) La combinación de números cuánticos n = 4, l = 3 y ml = −3.

d) La combinación de números cuánticos n = 7, l = 7 y ml = 7.e) La combinación de números cuánticos n = 3, l = −1 y ml = 0.

10. ¿Cuáles de las siguientes combinaciones de números cuánticos son correctas? Deel nombre de los orbitales que representan.

a) (4, 4, -1, ½)b) (3, 2, 1, ½)c) (3, -2, 1,- ½)d) (2, 1, -1,- ½)

11. Justifica el orden de los siguientes átomos (Ba, Cs, Cl, Ag, I, He) según su radioatómico, su energía de ionización y su afinidad electrónica.

12. a) Indique razonadamente los números cuánticos para los electrones 3p del cloro(Z = 17) en su estado fundamental.

b) En el apartado anterior, indique razonadamente los números cuánticos quecorresponden a los electrones desapareados que haya.

c) Indica razonadamente, de acuerdo con los apartados anteriores los números

cuánticos del último electrón que completa la configuración electrónica del ioncloruro (Cl ) en su estado fundamental.

Indique justificación:








34

13. Escribe la estructura electrónica de los elementos con número atómico 11, 35 y 54.Responda a las siguientes preguntas.

a) ¿A qué grupo del sistema periódico pertenece cada elemento?b) ¿Qué estados de oxidación serán los más frecuentes?c) ¿Cuáles son metales y cuáles no metales?

14. Ordena razonadamente los siguientes elementos: Fe, Cs, F, N y Si de menor amayor de acuerdo a: a) radio atómico; b) electronegatividad; c) energía deionización.

15. Dadas las siguientes configuraciones electrónicas pertenecientes a elementosneutros:

A (1s2 2s2 2p2); B (1s2 2s2 2p5); C (1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1); D (1s2 2s2 2p4).

Indique razonadamente:

a) El grupo y periodo al que pertenece cada elemento.b) El elemento de mayor y de menor energía de ionización.c) El elemento de mayor y de menor radio atómico.








35

16. Para cada una de las siguientes transiciones en el átomo de hidrógeno, calcule laenergía, λ y de la radiación asociada y determine si la radiación se emite o seabsorbe durante la transición:

a) De n = 5 a n = 1b) De n = 6 a n = 2

c) De n = 4 a n = 5.

17. Utilizando diagrama de orbitales, determine el número de electrones no apareadoque hay en cada uno de los átomos siguientes:

a) Ge

b) Inc) Nid) Kre) Br

18. Suponiendo que Superman tuviera una masa de 91 kg, ¿cuál es la longitud de ondaasociada con él si se mueve a una velocidad igual a la quinta parte de la velocidad

de la luz? (J = kgm2

/s2

)

19. Calcula en joule, J, la diferencia de energías entre las órbitas 1s y 2p del átomo decobre, sabiendo que la longitud de onda de la radiación emitida cuándo el electrónsalta entre estos niveles es = 1,54 A.









36

20. Escriba la configuración electrónica del estado fundamental de los átomos e ionessiguientes: N3-, Mg2+, Cl , K+ y Fe. ¿Cuáles de ellos son isoelectrónicos? ¿Hay algúncaso en el que existan electrones desapareados?

DATOS IMPORTANTES: h = 6,63 x 10 -34 J.s; c = 3,00 x 108 m/s; 1 nm = 1 x 10-9m;RH = 2,18 x 10-18 J; 1 eV = 1,6 x 10-19 J






37

RESPUESTAS

1. Respuesta: = 6,62 x 10-16 m; = 4,53 x 1023 s-1; 1/ = 1,51 x 1015 cm-1.

La radiación es rayos gamma

2. Respuesta: 2,82 x 102 kJ/mol3. Respuesta: 4,86 x 10-7m

4. Respuesta: 1,3 x 10-10 m

5. Respuesta: 7,31 x 1014 s-1

6. Respuesta: = 1,24 x 1015 s-1; = 2,42 x 10-7 m

7. Respuesta: n = 2 a n = 3, ya que la energía es la mayor, 3,0 x 10-19 J.

8. Respuesta: 1,8 x 105 J

9. Respuesta: a) Incorrecta, porque l = 0 ml sólo puede ser 0, orbital s.

d) Incorrecta. No existe el número cuántico l = 7 ni ml = 710. Respuesta: Correcta la b) representa el orbital 3d

Correcta la d) representa el orbital 2p

11. Respuesta: Radio: He < Cl < I < Ag < Ba < Cs; Energía de ionización: Cs <

Ba< Ag < I < Cl < He; Afinidad electrónica: (es menor cuanto más

negativa, es decir cuanto más energía se desprenda al capturar un

e ) Cl< I < Ag < Cs < Ba < He. Así, el cloro es el elemento de los

descritos que más energía desprende al capturar el e – por ser

mayor su Z* y menor su tamaño. En el caso del Ba y el He laafinidad electrónica será positiva, y aunque en teoría el He debería

ser el elemento al que cuesta más introducir un e , también es cierto

que los metales alcalino-térreos tienen afinidades electrónicas

positivas por tener el nivel “s” completo.

12. Respuesta: a) (3p5): (3,1,-1,+½); (3,1,0,+½); (3,1,1,+½); (3,1,-1,-½); (3,1,0,-½)

b) (3,1,1,+½)

c) (3,1,1,-½)

13. Respuesta: Z = 11: 1s22s22p63s1;

Z = 35: 1s22s22p63s23p63d104s24p5;

Z = 54: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6

a) Z = 11: Grupo IA (Metales alcalinos); Z = 35: Grupo VIIA

(Halógenos); Z = 54: Grupo VIIIA (Gases nobles)

b) Z = 11: + 1; Z = 35: - 1; Z = 54: 0





38

c) Z = 11: Metal; Z = 35: No metal; Z = 54: Gas noble

14. Respuesta: a) F < N < Si < Fe < Cs; los átomos de menor tamaño son los del

periodo 2 (F y N) siendo el F menor por tener una mayor carga

nuclear efectiva sobre los electrones de valencia, por un

menor apantallamiento, al tener más e – en la última capa. ElSi es del periodo 3 y es por tanto mayor al tener más capas

electrónicas. Lo mismo le sucede al Fe del periodo 4 y en

mucha mayor medida al Cs del periodo 6.

b) Cs < Fe < Si < N < F; la electronegatividad crece según se

sube en la tabla y según se desplaza hacia la derecha dentro

de un mismo periodo. Así mientras el Cs es uno de los

elementos menos electronegativos, el F es el elemento más

electronegativo.c) Cs < Fe < Si < N < F; sigue el mismo orden que la

electronegatividad, puesto que en los metales es más sencillo

extraer un electrón y más cuanto más alejado se encuentre del

núcleo, mientras que los no metales tienen altas energía de

ionización y mayores cuanto más a la derecha y más hacia

arriba se encuentren en la Tabla Periódica.

15. Respuesta: a) A: 2º período y grupo IVA (Carbono); B: 2º período, grupo VIIA

(Flúor); C: 4º período, grupo IA (Potasio); D: 2º período, grupoVIA (Oxígeno).

b) Como la energía de ionización decrece con el tamaño, el de

menor energía de ionización será el C (K) y el de mayor será

el B (F).

c) Dado que el tamaño del átomo viene dado fundamentalmente

por el número cuántico principal, el mayor será el C(K). Los

otros tres pertenecen a un mismo período en el que debido al

aumento de carga nuclear efectiva y, por tanto, mayoratracción entre los electrones y el núcleo, a medida que se

avanza hacia la derecha en el período disminuirá el radio

atómico por lo que el más pequeño será el B (F).





39

16. Respuesta:

Transiciónelectrónica E (J) ν (s-1) λ (m) Emisión o Absorción

n = 5 a n = 1 -2,09 x 10 –18 3,15 x 1015 9,52 x 10-8 Emisión

n = 6 a n = 2 -4,84 x 10 –19 7,30 x 1014 4,11 x 10-7 Emisión

n = 4 a n = 5 4,91 x 10 –20 7,40 x 1013 4,10 x 10-6 Absorción

17. Respuesta:

18. Respuesta: 1,2 x 10-43 m

19. Respuesta: 1,29 x 10 15J

20. Respuesta: N3 : 1s2 2s2 2p6 es isoelectrónico con Mg2+;

Cl : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 es isoelectrónico con K+.

Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d8 4s2 tiene electrones desapareados en

los orbitales 3d.





40

GUIA Nº 4

UNIDAD Nº 3

ENLACE, GEOMETRÍA MOLECULAR E INTERACCIONES INTERMOLECULARES


1. Enlaces químicos. Símbolos de Lewis y Regla de octeto.

2. Enlaces iónicos. Iones y compuestos iónicos. Predicción de cargas iónicas.

3. Enlaces covalentes. Estructuras de Lewis. Enlaces múltiples.

4. Polaridad de los enlaces y electronegatividad.

5. Geometría molecular

6. Polaridad Molecular

7. Interacciones Intermoleculares: interacciones iónicas, dipolo-dipolo, dipolo inducido –

dipolo inducido, uniones por puente de hidrógeno.

8. Relación entre tipo de enlace y propiedades físicas.


VALIDEZ)

BIBLIOGRAFIA:

1. Capítulo 8 y 9. Química. R. Chang McGraw Hill. 7ª Edición, 2002.

2. Capítulo 7 y 8. Química. La Ciencia Central. Brown, Le May, Bursten Pearson.Prentice Hall. 9ª Edición, 2004.





41


1. a) Escriba la estructura de Lewis del ión perclorato, ClO4 b) Calcule las cargas formalesc) ¿Cuál es la estructura más razonable de acuerdo a las cargas formales que

presenta?

Desarrollo:

a) Como sabemos:

El O tiene Z = 8, por lo cual su configuración electrónica es: 1s22s22p4 y los

electrones del último nivel o los de valencia serán 6; El Cl tiene Z = 17, por lo

cual su configuración electrónica es: 1s22s22p63s23p5 y los electrones del último

nivel o los de valencia serán 7, además la estructura tiene un electrón más.

Por lo tanto, los electrones de valencia totales de la estructura del perclorato,

ClO4-, será: (O) 6 x 4 + (Cl) 7 x 1 + 1 electrón más = 32 electrones, lo que esta

de acuerdo a la siguiente estructura de Lewis:

b)

enlacede enlazadosno libreátomoelen Lewisdeestructura

electronede 2

1 electrones de valenciadeelectrones unaenátomoun

totaNúmero Número de total número de Formal aargC

CF (Cl) = 7 - 0 - 8/2 = +3

CF(O) = 6 – 6 - 2/2 = -1 (4)

Desde un punto de vista electrostático, los sistemas que presentan una gran

separación de cargas eléctricas son poco estables. En general, por tanto, se

prefieren estructuras de Lewis en las que los átomos tengan cargas formales 0 o

a lo sumo ± 1. Por tanto esta estructura será poco probable.





42

c) Al adecuarla para llegar a distribuciones electrónicas más razonables de la

estructura se debe considerar:

i) El Cl pertenece al 3er periodo y por tanto puede ampliar el octeto, por lo

tanto, puede alojar más de 8 electrones. Uno de los átomos de O

periféricos puede ceder un par de electrones, que contribuyen a un dobleenlace:

Podemos recalcular las cargas formales:CF (Cl) = 7 – 0 - 10/2 = +2

CF(O) = 6 – 6 - 2/2 = -1 (3)

CF (O’) = 6 – 4 - 4/2 = 0

ii) Esta distribución electrónica todavía presenta una elevada separación de

cargas y por tanto cabe esperar que sea poco estable.

El proceso de ceder electrones desde los O periféricos hacia el Cl para

formar nuevos enlaces puede continuar:

Carga Formal de estructura III:

CF(Cl) = 7 – 0 - 12/2 = +1

CF(O) = 6 – 6 - 2/2 = -1 (2)

CF(O’) = 6 – 4 - 4/2 = 0 (2)

Carga Formal de estructura IV:

CF(Cl) = 7 – 0 -14/2 = 0

CF(O) = 6 – 6 - 2/2 = -1

CF(O’) = 6 – 4 - 4/2 = 0 (3)

Carga Formal de estructura V:

CF(Cl) = 7 – 0 - 16/2 = -1





43

CF(O’) = 6 – 4 - 4/2 = 0 (4)

iii) Las estructuras (III), (IV) y (V) son correctas desde el punto de vista de una

distribución electrónica adecuada. La decisión sobre cual es la más

representativa no es fácil. Podemos recurrir al siguiente argumento

electrostático: en una esfera conductora, las cargas eléctricas se sitúan enla superficie. Según este argumento aquella distribución que coloque las

cargas formales negativa sobre los átomos periféricos (la número IV)

podemos pensar que será la más estable.

iv) No se puede olvidar que cada una de las estructuras anteriormente

descritas (II), (III), (IV) y (V) presentan estructuras resonantes. Por ejemplo,

para la (IV) tenemos las estructuras siguientes:

2. Indicar la polarización de los enlaces en la molécula de metano, CH4, mediante el

uso de flechas que indique el desplazamiento de la densidad electrónica.

El enlace carbono – hidrógeno está polarizado, con una densidad de carga negativa

sobre el átomo de carbono y una densidad de carga positiva sobre el átomo dehidrógeno, debido a la diferencia entre la electronegatividad del carbono e

hidrógeno. La electronegatividad del C es 2,5 y la del H es 2,1; la diferencia es 0,4.





44


1. a) Escriba la estructura electrónica de los átomos de los elementos cuyos númerosatómicos son 11, 13 y 16.

b) Indique, justificando la respuesta, el elemento de mayor carácter metálico.

c) ¿En qué grupo y período del sistema periódico está situado cada elemento?

2. Dados los elementos A, B, y C de números atómicos 9, 19 y 35, respectivamente:

a) Escriba la estructura electrónica de esos elementos.b) Determine el grupo y período a los que pertenecen.c) Indique cual es el más electronegativo.

3. Dados los siguientes compuestos: CaF2, CO2, H2O.

Indique el tipo de enlace predominante en cada uno de ellos.

4. Explique, en función del tipo de enlace que presentan, las afirmaciones siguientes:

a) El cloruro de sodio es soluble en agua.

b) El hierro es conductor de la electricidad.









45

5. Comente, razonadamente, la conductividad eléctrica de los siguientes sistemas:

a) Un hilo de cobre.b) Un cristal de Cu(NO3)2 .c) Una disolución de Cu(NO3)2 .

6. Defina los conceptos, de los valores y estructura para los elementos siguientes: Mg(Z = 12), Cl (Z = 17), Al (Z = 13) y O (Z = 8).

a) Capa de Valenciab) Electrones de Valencia

c) Valenciad) Estructura de Lewis

7. A partir de las configuraciones electrónicas de los átomos correspondientes, de lasestructuras de Lewis de las especies químicas: NF3, NO2

- y NO3-.

8. Escribir las fórmulas de Lewis para las moléculas: Cloruro de sodio, NaCl; catiónamonio, NH4

+ y Amoníaco, NH3.









46

9. a) Escriba las estructuras contribuyentes del ion SCN-.b) ¿Cuál de ellas es más estable y porqué?

10. a) Escriba la estructura de Lewis del ión nitrato, NO3-

b) Calcule las cargas formalesc) ¿Presenta estructuras resonantes, si es afirmativo, escriba los híbridos

resonantes del ión?

11. a) Escriba la estructura de Lewis y,b) Calcule la carga formal de las moléculas siguientes:

i) PCl3; ii) ICl4-; iii) ClF3; iv) OSF4

12. Indicar la polarización de los enlaces en H2O, SO y IBr mediante el uso de flechasque señalen el desplazamiento de la densidad electrónica.









47

13. Indique si las siguientes propiedades del amoníaco son ciertas o falsas, razonandola respuesta en cada caso:

a) Es mal disolvente de compuestos iónicos.b) La molécula de amoníaco es polar.

14. Responda de modo razonado a las siguientes preguntas:

a) ¿Qué compuesto será más soluble en agua: óxido de calcio o yoduro de cesio?b) ¿Quién tendrá un punto de fusión más elevado: Bromuro de potasio o fluoruro de

sodio?c) Justifique por qué, en condiciones estándar, el agua es un líquido y el sulfuro de

hidrógeno es un gas.

15. Para la molécula de BF3 indique:

a) Geometría molecularb) Polaridad de la molécula








48

16. ¿Qué clases de fuerzas intermoleculares existen entre las moléculas de los paressiguientes?

a) Amoníaco y agua.b) Dióxido de carbono y cloruro de telurio (IV).c) Nitrógeno gaseoso y bromuro de fósforo (V).

d) Ion carbonato y ozono.

17. Con base en la geometría molecular y los tipos de enlace, determine cuáles de lasmoléculas siguientes son polares:

NH3, CH4, H2O, CH2Cl2, CCl4, CaCl2

18. Explicar en términos de fuerzas intermoleculares por qué:

a) El HF tiene mayor temperatura de ebullición que el HBr.b) Las moléculas simétricas suelen hervir a temperaturas más bajas que las no

simétricas de masa molar similar.c) Un cubito de hielo flota en un vaso de H2O.








49

19. Para las siguientes moléculas PbO32 –; XeCl5

+ y XeCl2, determine:

a) La estructura de Lewisb) La geometría molecular del átomo central.

20. Con base en la molécula hipotética siguiente:

Determine la geometría molecular con respecto a los átomos de C, Si, Te, Cl y N.







50

21. Señale seis propiedades que son afectadas por las interacciones intermoleculares ycinco factores que influyen en las fuerzas intermoleculares

22. Clasifique las siguientes fuerzas intermoleculares atractivas en términos de fuerzasión-dipolo o fuerzas entre moléculas covalentes

a) dipolo-dipolob) ión-dipolo permanentec) dipolo-dipolo inducidod) ión-dipolo permanentee) dispersión o fuerzas de Londonf ) puente de hidrógeno

23. Señale el tipo de interacciones intermoleculares que presentan cada uno de lospares de moléculas que se indican a continuación

a) NaCl en H20b) K+ en SF6 c) ¿Cómo se ve influenciada la solubilidad en cada par de moléculas?







51

24. Dibuje las estructuras de Lewis para el cis 2,3-diclorometano y el trans 2,3-diclorometano

a) Señale si el momento dipolar es igual o diferente a cero en ambas moléculas

b) Señale el tipo de interacción intermolecular en ambas moléculasc) ¿Cuál isómero presenta mayor punto de ebullición?d) ¿ambas presentan la misma solubilidad en el mismo tipo de solvente?

25. En la siguiente tabla se listan moléculas orgánicas que presentan masas molaressimilares con sus respectivos valores de momento dipolar

Molécula orgánica Masa Molar (g/mol) Momento dipolar µ (Debye)Propano 44 0,1Dietil éter 46 1,3

Acetaldehído 44 2,7 Acetonitrilo 41 3,9







52

a) Dibuje las estructuras de Lewis para cada molécula y señale que tipo deinteracciones intermoleculares presenta cada una de ellas

b) ¿Cuál molécula presenta la mayor fuerza de atracción?c) Ordene las moléculas desde mayor a menor punto de ebullición?

26. Explique qué tipo de interacciones moleculares permiten que sea posible licuar elN2 y el O2.

27. En la siguiente tabla se listan los puntos de fusión y de ebullición de los gasesnobles, en términos de interacciones intermoleculares explique las diferencias enestas propiedades

Gas noble Punto de fusión °C Punto de Ebullición °CHe -270 -269

Ne -249 -246 Ar -189 -186Kr -159 -153Xe -112 -108







53

28. En la siguiente tabla se listan los puntos de fusión y de ebullición de los halogenos,en términos de interacciones intermoleculares explique las diferencias encontradasen estas dos propiedades

Halógeno Punto de Fusión °C Punto de Ebullición °CF2 -220 -188Cl2 -101 -34Br 2 -7 59I2 114 184

29. En los hidrocarburos alifáticos lineales se presenta el siguiente comportamiento depunto de ebullición en función del número de átomos de carbono (número de

electrones). Al respecto señale que tipo de fuerzas están involucradas en estaspropiedades







54

30. En el siguiente gráfico de temperatura de ebullición versus período, para diferenteshidruros moleculares

Variación de los puntos de ebullición de hidruros moleculares

Al respecto:a) ¿Qué especie se encuentra en estado gaseoso a temperatura ambiente?b) ¿Qué tipo de interacciones están presentes en estas moléculas?






55

c) ¿Por qué los compuestos formados por los elementos del grupo VI presentan mayorpunto de ebullición que los compuestos formados por los elementos del grupo VII?

d) En el caso de hidruros formados por los átomos de N, O y F presentan anomalíascon respecto a los puntos de ebullición. ¿Qué tipos de interacciones producen estaanomalía?.

31. Las cargas explosivas que contienen TNT (trinitrotolueno) no explotan portratamiento mecánico, pero lo hacen violentamente cuando se hacen detonar. El tipomás frecuente de detonador es una cápsula de percusión que contiene Fulminato de

mercurio, Hg(CNO)2, que explota cuando se golpea.El ión fulminato (CON)- es isoelectrónico e isoestructural con el ión azida (N 3)-. La

excepcional semejanza que existe entre el ión fulminato y el ión azida tiene relacióncon la naturaleza explosiva del fulminato de mercurio y de las azidas de metalespesados, que también son explosivos por choque como el azida de plomo, Pb(N 3)2,al respecto:

a) dibuje las estructuras de lewis de ambos detonantesb) en caso de presentar más de una estructura, señale cual es la más estable en

ambos detonantes.

32. Existe una gran cantidad de especies que se comportan como ácidos y bases según

la teoría de Lewis. Una base de Lewis es una especia que puede donar electrones.¿Cuál de las siguientes especies debe exhibir la menor capacidad como base deLewis?

a) PCl3 b) CN

-

c) I-

d) I+







56

e) SCl2

33. Una especie aceptora de electrones se llama ácido de Lewis, ¿Cuál de lassiguientes especies no debería considerarse como un ácido de Lewis?

a) AlBr 3

b) Ag+ c) SO3

d) BH4-

e) SiCl4







57

RESPUESTAS

1. Respuesta: a) Na: 1s2 2s2 2p6 3s1

Al: 1s

2

2s

2

2p

6

3s

2

3p

1

S: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4

b) El elemento de mayor carácter metálico es el Na, porque tiene

una gran tendencia a perder el electrón que tiene en su último

nivel, para alcanzar la configuración estable del gas noble del

período anterior.

c) Na: grupo I A, período 3; Al: grupo III A, período 3; S: grupo VI

A, período 3.

2. Respuesta: a) A: 1s2 2s2 2p5

B: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1

C: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p5

b) A: grupo VII A, período 2; B: grupo I A, período 4; C: grupo VII A,

período 4.

c) La tendencia es mayor en A que en C, porque es más pequeño

y el núcleo atrae con mayor fuerza al electrón que necesita

captar.

3. Respuesta: CaF2: Iónico, Diferencia de Electronegatividad ( EN ) = 3;

CO2: covalente, EN = 1 y H2O covalente, EN = 1,4.

4. Respuesta: a) Los compuestos iónicos son solubles en disolventes polares

como el agua.

b) Las sustancias metálicas conducen la corriente eléctrica

gracias a la movilidad de la nube de electrones.

5. Respuesta: a) Conduce la corriente eléctrica en estado sólido y fundido

gracias a la movilidad de la nube electrónica.

b) No conduce la corriente eléctrica porque los iones están

ocupando posiciones fijas y no tienen libertad de

movimiento.

c) Al disolverse el cristal, los iones tienen libertad de

movimiento y pueden conducir la corriente eléctrica.

6. Respuesta: a) Representación del último nivel de energía de la





58

configuración electrónica de un elemento.

b) Electrones que se encuentran en la Capa de Valencia.

c) Número de electrones encontrados en el nivel más externo

de un átomo (último nivel de energía). (Tabla Nº 1).

Este valor representa por lo tanto, la capacidad de unátomo individual para combinarse con otros átomos. El

valor expresa el número de electrones que un átomo puede

dar a o aceptar de otro átomo. (Tabla Nº 1).

d) Estructura de Lewis es la representación gráfica del símbolo

del elemento con los electrones de valencia alrededor del

símbolo, empleando puntos o asteriscos. (Tabla Nº 2).

Tabla Nº1Elemento Capa deValencia

Electronesde Valencia

Valencia

Mg 3s2 2 +2

Cl 3s2 3p5 7 -1

Al 3s2 3p1 3 +3

O 2s2 2p4 6 -2

Tabla Nº2





59

7. Respuestas: N: 1s2 2s2 2p3

O: 1s2 2s2 2p4 F: 1s2 2s2 2p5

8. Respuesta:





60

9. Respuesta: a)

b) La estructura (III) es la más inestable puesto que representa

la molécula con una gran separación de cargas formales.

Las estructuras de más peso en el híbrido de resonancia

serán la (I) y (II). De entre ellas podemos decir que la que

contribuirá de forma más eficaz es la (II) puesto que sitúa la

carga formal -1 sobre el átomo más electronegativo mientras

que la (I) lo sitúa sobre el S. Por tanto el peso relativo decada una de estas estructuras en el híbrido de resonancia

sería el siguiente: (II) > (I) >>> (III).

10. Respuesta: a)

b) las cargas formales:

CF(N) = 5 – 0 - 8/2 = 1; CF(O) = 6 – 4 - 4/2 = 0 (1)

CF (O’) = 6 – 6 - 2/2 = -1 (2)

c) Si presenta resonancia. En este caso podemos imaginar 3

estructuras resonantes:





61

11. Respuesta: i) a)

b) CF (P) = 5 - 2 - 6/2 = 0

CF (F) = 7 - 6 - 2/2 = 0 (3)

ii) a)

b) CF (I) = 7 – 4 - 8/2 = -1

CF (Cl) = 7 – 6 - 2/2 = 0 (3)

iii)

a)

b) CF(Cl) = 7 - 4 - 6/2 = 0

CF(F) = 7 - 6 - 2/2 = 0 (3)

iv) a)

b) Como átomo central colocamos al S.





62

CF(O) = 6 – 6 - 2/2 = -1

CF(S) = 6 – 0 -10/2 = 1

CF (F) = 7 – 6 - 2/2 = 0 (4)

Aunque en este caso hay otra distribución posible queno sitúa cargas formales sobre ningún átomo y que por

lo anteriormente expuesto será la más probable:

y las cargas formales son:CF(O) = 6 – 4 - 4/2 = 0

CF(S) = 6 – 0 - 12/2 = 0

CF(F) = 7 – 6 - 2/2 = 0 (4)

12. Respuesta: H2O: La densidad electrónica está desplazada hacia el átomo de

oxígeno (E.N. O = 3,5); (E.N. H = 2,1); diferencia 1,4.

SO: La densidad electrónica está desplazada hacia el átomo de

oxígeno (E.N. O = 3,5); (E.N. S = 2,5); la diferencia es 1.

IBr: La densidad electrónica está desplazada hacia el átomo de

bromo, (E.N. Br = 2,8); (E.N. I = 2,5); la diferencia es 0,3.

13. Respuesta: a) y b) Para que un disolvente sea adecuado para los compuestos

iónicos, debe tener sus moléculas polarizadas. Si tenemos en

cuenta las electronegatividades del N (3,0) y del H (2,1) sus enlaces

estarán polarizados con un exceso de carga más cerca del N que

del H; de esa forma, y dado que, además el N tiene un par de





63

electrones desapareados, la molécula en su conjunto presentará

una cierta carga negativa en el vértice del tetraedro, y un exceso de

carga positiva en la cara tetraédrica en la que se sitúan los H, por

ello, sí disolverá a los compuestos iónicos, aunque menos que el

agua.

14. Respuesta: a) La proporción de carácter iónico en un enlace entre dos átomos

es tanto mayor cuanto mayor sea la diferencia de

electronegatividades entre los átomos enlazados, y sabemos

que esta propiedad aumenta en la Tabla periódica de abajo a

arriba en los grupos, y de izquierda a derecha en las periodos.

La solubilidad en agua es una propiedad que es mucho más

notable cuanto mayor sea el carácter iónico del enlace. En este

caso el yoduro de Cesio tiene una proporción de carácter iónicomayor que el óxido de calcio, por lo que será más soluble en

agua.

b) El punto o temperatura de fusión de un determinado compuesto

es tanto mayor cuanto mayor sea el carácter iónico del enlace

que los une. En el caso de los dos compuestos que nos dan, la

mayor diferencia de electronegatividades se da en el caso del

Fluoruro de sodio, por lo que será éste el que tiene un punto de

fusión más elevado.c) En los dos compuestos que nos dan, el enlace intermolecular,

de tipo puente de hidrógeno, estará más polarizado en el caso

del enlace O H que en el S H, ya que la diferencia de

electronegatividades entre O e H es mayor que en el caso del S

y el H.





64

Debido a ello, aparecen enlaces intermoleculares por puente de

hidrógeno entre un átomo de O de una molécula de agua y un H

de una molécula vecina, mientras que este enlace por puente de

hidrógeno no aparece en el caso del H2S.Como consecuencia de ello, las “agrupaciones moleculares” en

el caso del agua son mayores que en el sulfuro de hidrógeno

debido a la existencia de enlaces por puente de Hidrógeno, lo

que hacen que el estado físico del agua sea líquido, mientras

que el sulfuro de hidrógeno es un gas en condiciones estándar.

15. Respuesta: a) En este caso estamos ante una excepción a la regla del octeto.

El boro tiene 3 pares de electrones compartidos. La forma de

disponer esos tres pares de electrones lo mas lejos posible eshacia los vértices de un triangulo equilátero. Las tres uniones

quedan en un plano. Esa geometría se denomina PLANA

TRIGONAL y los ángulos entre los enlaces son de 120º.

b) Los tres momentos dipolares de las uniones boro – flúor son

iguales en módulo, pero al estar dispuestos en el espacio en

forma simétrica (existe un centro de simetría), su suma es igual

a cero. Es una molécula NO POLAR.

16. Respuesta: a) Dipolo-dipolo y puentes de hidrógeno

b) Dipolo-dipolo inducido

c) Dipolo-dipolo inducido

d) Ion-dipolo inducido

17. Respuesta: NH3, H2O, CH2Cl2

18. Respuesta: a) El F forma puentes de hidrógeno (pequeño tamaño y alta

electronegatividad).

b) Las moléculas no simétricas que son polares tienen la

capacidad de establecer interacciones intermoleculares de tipo

dipolo-dipolo que son más fuertes que las de dispersión que





65

presentan las moléculas simétricas, ya que son apolares.

c) La densidad del agua en estado sólido es menor que en

estado líquido, debido a que al estar sus moléculas más

ordenadas producto de su cercanía, esto facilita que se

intensifiquen las interacciones intermoleculares.19. Respuesta: a)

b) Plana trigonal; Piramidal cuadrada y Lineal.

20. Respuesta C: Plana trigonalSi: TetraédricaTe: AngularCl: Piramidal trigonalN: Piramidal trigonal

21. Respuesta Punto de fusión, punto de ebullición, presión de vapor, solubilidad,densidad, viscosidad. Distribución de la densidad electrónica,electronegatividad de los átomos, forma de las moléculas, tamañode las moléculas

22. Respuesta a) fuerza entre moléculas covalentesb) fuerza entre iones y dipolos (covalentes)c) fuerza entre moléculas covalentesd) fuerza entre iones y dipolos (covalentes)e) fuerza entre moléculas covalentesf) fuerza entre moléculas covalentes

23. Respuesta a) íon – dipolo permanenteb) íon – dipolo inducidoc) la solubilidad de NaCl em H2O ES mayor debido a que lamolécula de água presenta momento dipolar distinto de cero a

diferencia del SF6 que presenta momento dipolar resultante 024. Respuesta a) El isómero Cis presenta momento dipolar resultante distinto de

cero, en cambio el momento dipolar resultante del isómero Transes = 0b) En el caso del isómero Cis presenta interacción dipolo-dipoloc) Isómero Cis presenta mayor punto de ebullición





66

d) Depende exclusivamente del tipo de solvente, em solvente polarel isómero Cis mayor solubilidad, en solvente apokar isómeroTrans mayor solubilidad.

25. Respuesta a) el compuesto que presenta mayor fuerza de atracción es el quepresenta mayor polaridad, por lo tanto el acetonitrilo presenta

mayor fuerza de atracciónc) mayor polaridad, mayor fuerza de atracción, mayor punto deebullición, esto implica que el orden de mayor a menor punto deebullición es el siguiente:

Acetonitrilo, acetaldehído, dietil éter, propano

26. Respuesta Debido a interacciones de tipo London

27. Respuesta Interacciones de tipo London, a mayor Masa Molar, mayor es lafuerza de atracción y mayor será el punto de fusión y de ebulliciónen moléculas similares

28. Respuesta Se deben a interacciones de tipo London. Son atracciones que sedan entre cualquier tipo de moléculas debido a los dipolosinstantáneos que se forman producidos por las fluctuaciones en ladensidad electrónica que rodea a los átomos. Las fuerzas deLondon dependen de la forma de la molécula. Para moléculas deforma semejante, crecen con la masa molecular y con lapolarizabilidad ya que esos dos factores facilitan la fluctuación delos electrones

29. Respuesta En hidrocarburos alifáticos se presentan Fuerzas de dispersión oLondon, y estas fuerzas se vem influenciadas por la forma de lamolécula. A mayor superfície, mayor interacción de London, de

esta manera los hidrocarburos lineales presenta mayor interacciónque las moléculas ramificadas

30. Respuesta a) aguab) en La mayoría de estos compuestos existen interacciones deltipo dipolo-dipolo, pero en el caso de lãs moléculas formadas porelementos del período 2 (N, O y F) además presentaninteracciones por puente de hidrogenoc) se deben a que estas moléculas presentan interacciones depuente de hidrógeno

31. Respuesta Tres estructuras resonantes

32. Respuesta d) I+

33. Respuesta d) BH4-





67

GUIA Nº 5

UNIDAD Nº 4

ESTEQUIOMETRÍA


1. Ecuaciones químicas: Escritura y balanceo de ecuaciones

2. Pesos atómicos y moleculares. Escala de masas atómicas

3. El mol y número de Avogadro

4. Masas molares. Fórmulas moleculares y empíricas

5. Cálculos con fórmulas químicas y ecuaciones

6. Reactivo limitante, rendimiento de una reacción.


VALIDEZ)

BIBLIOGRAFIA:







68


1. El mentol, la sustancia que podemos oler en las pastillas mentoladas para la tos, secompone de C, H y O. Una muestra de 0,1005 g de mentol se quema, produciendo0,2829 g de CO2 y 0,1159 g de H2O. Determine la fórmula empírica del mentol. Si elcompuesto tiene una masa molar de 156 g/mol, ¿qué fórmula molecular tiene?

CxHyOz + O2 → CO2 + H2O0,1005 g 0,2829 g 0,1159 g

M H = 1,01 g/mol A. Masas mo lares de CO

2 y H

2 O: M C = 12,01 g/mol

M O = 16,00 g/mol M CO

2 = 44,01 g/mol

M H2O = 18,02 g/mol

B. Moles y masa de carbono : Sabiendo que: n = m / M

3

2 10428,6/01,44

2829,0 x

mol g

g COn mol

2

2

3-

COmol 1

Cmol 1COdemoles10x6,428 x 6,428 x 10-3 moles de C

n de Carbono = 6,428 x 10-3 moles de C

m de Carbono = 6,428 x 10

-3

moles de C Cmol 1

01,12 g

x

m de Carbono = 0,07720 g

C. Moles y masa de hidrógeno:

mol10x6,432g/mol18,02

g0,1159OH 3-

2n

OHmol1

Hmol 2OHdemoles10x6,432

2

2

3- x 0,01286 moles de H

n de Hidrógeno = 0,01286 moles de H

m de Hidrógeno = 0,01286 moles de HHmol 1

01,1 g x = 0,01299 g

m de Hidrógeno = 0,01299 g





69

D. Mo les y mas a de Oxígeno

m total = m O + m C + m H

m O = m total – (m C + m H)

m O = 0,1005 g – (0,07720 g + 0,01299 g)

m O = 0,0103 g

mol g

g On

/ 6,001

,01030

n de Oxígeno = 6,44 x 10-4 moles de O

E. Determ inación de Fórmu la empíric a:

n de Carbono = 6,428 x 10

-3

moles de Cn de Hidrógeno = 0,01286 moles de H

n de Oxígeno = 6,44 x 10 -4 moles de O

Una vez determinado el número de moles, se divide por el menor de ellos paratransformarlos en números enteros.

2019,97Odemoles1044,6

Hdemoles0,01286

Oxígenoden

Hidrógenoden4 x

109,98Odemoles1044,6

Cdemoles10x6,428

Oxígenoden

Carbonoden

4

-3

x

1Odemoles1044,6

Odemoles1044,6

Oxígenoden

Oxígenoden4

4

x

x

Fórmula empírica = C10

H20

O

F. Determin ación de Fórmula molecular:

Ahora se determina el número de unidades (C10

H20

O) presentes en la fórmula

molecular.

Masa de la fórmula empírica = (12,01 g / mol x 10) + (1,01 g / mol x 20) + (16,00

g / mol x 1)

Masa de la fórmula empírica = 156 g / mol





70

Masa molar = 156 g/mol

1mol/g156

mol/g156

empíricafórmulaladeMasa

molar Masa

Fórmula molecular = C10H20O

2. En la reacción de obtención de fosfina, a partir de fosfuro de calcio, en presenciade agua, según la siguiente ecuación no balanceada:

Se hacen reaccionar 461 g de fosfuro de calcio, Ca 3P2, en presencia de 360 gde agua. Según estos datos, calcule:

a) La masa de fosfina, PH3, obtenida.b) La cantidad de materia de hidróxido de calcio, Ca(OH)2, obtenida.c) Si el rendimiento de la reacción es de 72%, calcule la masa de fosfina, PH 3,

realmente obtenida.

a) Cálculo de la masa de fosfina, PH3, obtenida:.

Lo primero que debemos hacer siempre cuando hay una ecuación químicaes balancear la ecuación.

La ecuación correctamente balanceada es:

Una vez balanceada correctamente nuestra ecuación, calculamos la masasmolares de reactantes y productos involucrados en la reacción.

Las masas molares de los reactantes y productos involucrados siempre sondatos, en caso contrario, deben ser determinadas previamente antes decualquier cálculo estequiométrico.

Masa molar fosfuro de calcio, Ca3P2 = 182 g/mol

Masa molar agua, H2O = 18 g/mol

Masa molar fosfina, PH3 = 34 g/mol

Masa molar hidróxido de calcio, Ca(OH) 2 = 74 g/mol

Ahora determinaremos el reactivo limitante de la reacción.





71

Para este efecto, vamos a calcular la cantidad de materia, moles, de cadareactante involucrado en la reacción.

g 182

mol 1 x g 461PCan 23

n Ca3P2 = 2,53 mol

Análogamente para el agua:

Según, los coeficientes estequiométricos de la reacción, nos indican que:

23

2232

PCa mol 1

OH mol 6 x PCa mol 53,2 OnH

n H2O= 15,2 moles

Inicialmente se tienen 20 moles de agua y solamente reaccionan 15,2 molespara consumir los 2,53 moles de fosfuro de calcio disponible.

Luego, el limitante de la reacción es el fosfuro de calcio. Por lo tanto, elfosfuro de calcio será nuestra base de cálculo.

Ahora hay que calcular la masa de fosfina, PH3, obtenida:

Basándose en los coeficientes estequiométricos de la reacción, podemosdecir que:

23

3233

PCamol 1

PH mol 2 x PCa mol 53,2 PH n

n PH3 = 5,06 mol

La masa teórica de la fosfina:

mol 1

g 34 x PCa mol 06,5 PH m 233

m PH3 = 172 g

La cantidad de fosfina obtenida es 172 g, si la reacción tuviese un 100% derendimiento. Por esta razón, se llama rendimiento teórico..

b) Cálculo de la cantidad de materia de hidróxido de calcio, Ca(OH)2, obtenida.

El primer paso a seguir es calcular la cantidad de materia teórica dehidróxido de calcio.





72

Para lograr este objetivo debemos considerar los coeficientesestequiométricos de la reacción:

23

2232

PCa mol 1

)H(O aColm 3 x PCa mol 53,2 )Ha(OC n

n Ca(OH)2 = 7,59 mol

La cantidad de hidróxido de calcio, Ca(OH)2, obtenida si hubiese un 100 %de reacción es 7,59 mol.

c) Cálculo de la masa de fosfina, PH3, realmente obtenida, si el rendimiento dela reacción es de 72 %.

Rendimiento en porcentaje, se puede expresar de la siguiente manera:

Para nuestro caso,

Recordemos que la cantidad de fosfina obtenida es 172 g.

Entonces:

001

72 x g 172 PHm 3

m PH3 = 124 g

La masa de fosfina obtenida, PH3, para un rendimiento del 72 % es 124 g.





73


1. En los prospectos de varios medicamentos se informa que una cantidad de diversoscompuestos (por comprimido, sobre o cucharada) equivale a cierta cantidad decalcio, según se indica entre paréntesis. Verificar las citadas equivalencias:a) Medicamento A: 1250 mg carbonato cálcico (500 mg Ca).

b) Medicamento B: 1260 mg carbonato cálcico (500 mg Ca).c) Medicamento C: 2500 mg carbonato cálcico (1000 mg ó 25 mmol Ca).d) Medicamento D: 3,30 mg fosfato cálcico (1,2 g Ca).e) Medicamento E: 1 cucharada (=15 mL) de disolución en la que por 100 mL hay

1671 mg de fosfato cálcico (100 mg Ca).f) Medicamento F: 1 cucharada (=15 mL) de disolución en la que por 100 mL hay

2088 mg de fosfato cálcico (125 mg Ca).g) Medicamento G: 3750 mg pidolato cálcico, Ca(C5H6O3N)2, (500 mg Ca).

2. La densidad del hierro es 7,87 g/cm3. Calcule el número de los átomos del hierropresentes en un cubo que tenga un borde de 3,00 centímetros.

3. Una gota de agua a 4,00ºC cuyo volumen es de 0,0500 cm3, ¿cuántas moléculas deagua contiene?

4. El cianuro de hidrógeno, HCN, es un líquido incoloro, volátil, con el olor de ciertoshuesos de frutas (por ejemplo los huesos del durazno y cereza). El compuesto es

sumamente venenoso. ¿Cuántas moléculas hay en 56 mg de HCN, la dosis tóxicapromedio?









74

5. ¿Cuántos moles de sulfuro de sodio, Na2S corresponden a 2,709 x 1024 moléculasde Na2S y a cuántos moles de sodio?

6. El prospecto de un medicamento indica, en una versión A, que cada comprimidocontiene 256,30 mg de sulfato ferroso sesquihidratado, FeSO4·1,5H2O, equivalentea 80 mg de hierro. En otra versión B de ese mismo medicamento, se indica que elcontenido de dicha sal, por comprimido, es de 270 mg, también equivalente a 80mg de hierro. Razónese cuál de los dos prospectos indica la equivalencia correcta.

7. La hemoglobina, una proteína que se encuentra en los eritrocitos transporta el O2 delos pulmones hasta las células de los tejidos. El hierro (como ión Fe2+) es el 0,33%de la masa de la hemoglobina. Si la masa molar de la hemoglobina es 6,8 x 104 g/mol. ¿Cuántos moles de iones Fe2+ hay en un mol de la molécula?








75

8. Determinar la fórmula empírica de los minerales que tienen la siguiente composición:

a) Na 12,1%; Al 14,19%; Si 22,14%; O 42,09%; H2O 9,48%.b) ZnSO4 56,14%; H2O 43,86%

9. Una muestra de 1,367 g de un compuesto orgánico se quemó en corriente de aire y

dio 3,002 g de CO2 y 1,640 g de H2O. Si el compuesto sólo contenía C, H y O:a) ¿Cuál es su fórmula empírica?b) Si su masa molar determinada experimentalmente es 60 g/mol. ¿Cuál es su

fórmula molecular?

10. El análisis de una muestra de ácido ascórbico (vitamina C) cuya masa es 1,274 g diola siguiente composición: C 0,521 g; H 0,058 g y el resto es oxígeno. Determinar lafórmula molecular de la vitamina C si se conoce que su masa molar es de 176g/mol.








76

11. Una muestra de 7,61 g de ácido p-aminobenzoico (compuesto utilizado en loscosméticos con filtros solares) se quemó en corriente de oxígeno y se obtuvo 17,1 gde CO2, 3,50 g de H2O y 0,777 g de N2. El compuesto contiene carbono, hidrógeno,nitrógeno y oxígeno.

a) ¿Cuántos moles de átomos de carbono, hidrógeno y nitrógeno contenía la

muestra?b) ¿Qué masa de C, H y N contenía la muestra?c) Basado en la masa de la muestra original, ¿qué masa de oxígeno contenía la

muestra?d) ¿Cuál es la fórmula empírica del ácido p-aminobenzoico?

12. El prospecto de un medicamento indica que cada comprimido contiene 525 mg desulfato ferroso, equivalente a 105 mg de hierro elemento. Asumiendo que el sulfatoferroso tiene cierto grado de hidratación, determine la fórmula de la salcorrespondiente.

13. Equilibrar las siguientes ecuaciones químicas:

a) _

Fe + _

O2 _FeO

b) _

Fe + _

O2 _Fe2O3

c) _ Cu + _ O2 _ Cu2O

d) _

S + _

O2 _SO2

e) _

Cl2 + _

O2 _Cl2O5

f)

_ Mn +

_O2

_MnO3







77

g) _

I2 + _

O2 _I2O7

h) _

FeO + _

H2O _Fe(OH)2

i) _

Fe2O3 + _

H2O _Fe(OH)3

) _

Li2O + _

H2O _LiOH

k) _

Cl2O + _

H2O _HClO

l) _

Cl2O3 + _

H2O _HClO2

ll) _

Cl2O5 + _

H2O _HClO3

m) _

Cl2O7 + _

H2O _HClO4

n) _

SO2 + _

H2O _H2SO3

o) _ SO3 + _ H2O _ H2SO4

p) _

HClO3 + _

NaOH _

NaClO3 + _

H2O

q) _

HNO3 + _

Ca(OH)2 _Ca(NO3)2 +

_H2O

r) _

H2CO3 + _

NaOH _

Na2CO3 + _

H2O

14. El fluoruro de hidrógeno se fabrica para la producción de freones, según la siguientereacción (no balanceada):

CaF2 (s) + H2SO4 (ac) → CaSO4 (s) + HF (g)

Si reaccionan 1 kg de fluorita de 70% de pureza en fluoruro de calcio, con 2 litros desolución de ácido sulfúrico al 50% en masa de densidad 1,5 g/mL, calcular:a) el reactivo limitanteb) el reactivo en exceso y qué cantidad queda sin reaccionarc) la masa de fluoruro de hidrógeno formadod) el número de moles de la sal que se obtiene como producto.






78

15. Bajo ciertas condiciones la reacción de formación de amoníaco a partir de nitrógenoe hidrogeno tiene un rendimiento de 38.2%. Cuántos gramos de NH3 debenreaccionar con un exceso de de oxígeno para producir 17,5 g de NO?

4 NH3(g) + 5 O2(g) → 4 NO(g) + 6 H2O(g)

16. El trióxido de azufre se obtiene de la reacción del dióxido de azufre y oxígeno.Cuántos gramos de SO3 pueden producirse de la reacción de 3,00 g SO2 con 2,02 gde O2?

2 SO2 (g) + O2 (g) → 2 SO3 (g)

17. El magnesio reacciona con el yodo gaseoso a altas temperaturas para produciryoduro de magnesio. Qué masa de MgI2 puede ser producida a partir de la reacciónde 4,44 g Mg y 13,4 de I2?








79

18. La reacción de 10,0 H2(g) con 10,0 g de O2(g) dan 8,43 g de H2O(g). ¿Cuál es elporcentaje de rendimiento de de esta reacción?

19. El vidrio común se obtiene fundiendo en hornos una mezcla molida de arena decuarzo (SiO2), carbonato de sodio (Na2CO3) y carbonato de calcio (CaCO3) a 1500 -1600°C:

Na2CO3

CaCO3

Na2O + CO2 (g)

CaO + CO2 (g)calor

El Na2O y el CaO reaccionan con el SiO2 obteniéndose:

Na2O + CaO + 6SiO2calor Na2O . CaO . 6SiO2

vidrio

Calcular cuántos gramos de SiO2, Na2CO3 y CaCO3 se necesitan para obtener 1 kgde vidrio.







80

20. Una muestra de 10,50 g de una mezcla de carbonato de calcio (CaCO3) y sulfato decalcio se calentó para descomponer el carbonato, de acuerdo a la ecuaciónsiguiente:

CO2+CaOCaCO3

El CO2 gaseoso escapó y el CaSO4 no se descompone por el calentamiento. Lamasa final de la muestra es 7,64 g ¿Qué porcentaje de la mezcla original esCaCO3?

21. Una mezcla de clorato y perclorato de potasio de masa 4,0 g se descompone porcalentamiento formandosé 2,40 g de cloruro de potasio y oxígeno en ambasreacciones. Las ecuaciones involucradas (sin balancear) en esta reacción dedescomposición son las siguientes

KClO3 → KCl + O2

KClO4 → KCl + O2

a) Balancee las ecuaciónes

b) Calcule los moles totales de KCl obtenidos

c) Calcule la masa de cada uno de los reactantes en la mezcla







81

22. Una mezcla de 0,156g compuesta por alumino y zinc se trata con un exceso deH2SO4, formandosé en ambas reacciones 0,114 L de hidrógeno gaseoso a unatemperatura de 27°C y a una presión de 725 mm Hg. Las reacciones involucradasson las siguientes

Al + H2SO4 → Al2(SO4)3 + H2

Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2

a) Balancee las ecuaciones químicasb) Calcule la cantidad de moles totales obtenidos en la reacciónc) Calcule las masas iniciales de Aluminio y Zinc

23. Uno de los métodos utilizados para el tratamiento de aguas residuales se denominadigestión bacteriana. Este método consiste en que las bacterias nitrosomonasmetabolizan la conversión de amoniaco a nitritos según la siguiente reacción global:

CO2(ac) + NH4+

(ac) → C5H7O2N(biomasa) + NO2-(ac) + H+

(ac)

si se tiene un tanque de tratamiento de residuos inoculados con bacterias de100000 L (ρ=1,008 g/mL) y que contiene 4,5% p/p de iones amonio y se consume el90% de dichos iones:a) Balancee la ecuación químicab) ¿Qué masa en kg de biomasa se producirá?c) ¿Cuál será la concentración en mol/L suponiendo que el volumen inicial no

cambia por efecto de la reacción?

a) Balancee la ecuaciónb) ¿Qué masa en Kg de biomasa se producirá? R: 466,0 Kg

c) ¿Cuál será su concentración en mol/L suponiendo que el volumen inicial nocambia por efecto de la reacción? R: 0,0412 mol/L







82

24. En el proceso de fluoración del agua se suelen emplear diferentes compuestosquímicos, entre ellos se encuentran el ácido fluorosilícico (H 2SiF6), el fluoruro sódico(NaF) y el fluorosilicato sódico (Na2SiF6), los dos últimos reactivos sólidos. Alrespecto:

a) Determine el porcentaje en masa de fluor contenida en una disolución comercial

de ácido fluorosilícico (15% en masa en la solución)b) Determine el porcentaje en masa de fluor contenida en el NaFc) Determine el porcentaje en masa de fluor contenida en el Na2SiF6

25. El cloruro de potasio es uno de los compuestos químicos utilizados en el área de laagricultura debido a sus grandes ventajas como fertilizante. Se obtieneprincipalmente en forma natural a partir de diferentes minerales como silvinita,silvita, kainita y carnilita. En forma artificial se obtiene como subproducto en laobtención del HNO3 mediante la siguiente reacción:

KNO3 + HCl → HNO3 + KCl

Cuando se hace reaccionar 25 g de KNO3 con 25 mL. de una solución de HCl de

concentración 36 % en peso y densidad 1,2 g/mL.

a) Determine el reactivo Limitante y reactivo en excesob) ¿Cuántos g de KCl se obtienen si el rendimiento de la reacción es de un 78 %?

Además de utilizar el KCl como fertilizante en la agricultura, se utiliza en la medicinapara tratar enfermedades como la Hipokalemia (disminución de potasio en elorganismo). Sin embargo, la sobredosis de este compuesto en el organismo puedeproducir el efecto contrario que es la Hiperkalemia (aumento de potasio) cuyo efectoprincipal es producir un bloqueo de la conducción cardiaca (paro cardíaco).

Aprovechando este efecto es que en algunos países donde aún se aplica la pena demuerte mediante inyección letal se utiliza en combinación con Tiopental sódico y

bromuro de pancuronio. La dosis letal al ingerirse en forma oral es de 2500 mg/Kg yla dosis letal por vía intravenosa se reduce a 100 mg/Kg. Si la ejecución de lospresos se realiza por vía intravenosa determine:

c) La cantidad de KCl necesaria para producir un paro cardíaco en un preso de 90kg

d) La cantidad de KNO3 que se necesita para obtener la masa de KCl en c)sabiendo que el rendimiento de la reacción es de un 78%






83

26. Algunas aguas de ríos presentan altos contenidos de carbonatos, bicarbonatos ysulfatos de Calcio y Magnesio lo que provoca que no se forme espumas al utilizardetergentes. Este tipo de aguas se denominan aguas duras. Para eliminar la durezadel agua, ésta es tratada antes de ser utilizadas en calderas o generadores devapor. Un tratamiento eficaz consiste en adicionar hidróxido de sodio (NaOH) y decalcio (Ca(OH)2) para eliminar la dureza temporal provenientes de los bicarbonatosmediante la siguiente reacción

Ca(HCO3)2 + NaOH → CaCO3 + Na2CO3 + H2O

Además, el hidróxido de Calcio elimina la dureza permanente proveniente delsulfato de magnesio (MgSO4) según la siguiente reacción

MgSO4 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + CaSO4

A su vez el CaSO4 formado se elimina al reaccionar con el Na 2CO3 de acuerdo a lasiguiente reacción

CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3 + Na2SO4

¿Cuánto NaOH y Ca(OH)2 se tiene que agregar para eliminar por completo la durezadel agua?






84

RESPUESTAS

1. Respuesta: a) A (500,5 mg)

b) B (505 mg)c) C (1001 mg ó 25 mmol)

d) D (1,28 g)

e) E (97 mg)

f) F (122 mg)

g) G (508 mg)

2. Respuesta: 2,29 x 1024 átomos

3. Respuesta: 1,67 x 1021 moléculas

4. Respuesta: 1,25 x 1021 moléculas de HCN

5. Respuesta: 4,5 mol de Na2S; 9 mol de Na

6. Respuesta: Versión A

7. Respuesta: 4 mol de iones hierro

8. Respuesta: a) Na2 Al2Si3O10.2H2O;

b) ZnSO4.7H2O

9. Respuesta: a) C3H8O;

b) C3H8O

10. Respuesta: C6H8O6

11. Respuesta: a) 0,389 moles de átomos de C, 0,389 moles de átomos de H y

0,0555 moles de átomos de N;

b) 4,6 g de C; 0,39 g de H y 0,78 g de N

c) 1,77 g de O;

d) C7H7NO2

12. Respuesta: FeSO4·7H2O

13. Respuesta:

a)2 Fe + O2 2 FeO

b)4 Fe + 3 O2 2 Fe2O3

c)4 Cu + O2 2 Cu2O

d) S + O2 SO2





85

e)2 Cl2 + 5 O2 2 Cl2O5

f)2 Mn + 3 O2 2 MnO3

g)

2 I2 + 7 O2 2 I2O7 h)

FeO + H2O Fe(OH)2

i)Fe2O3 + 3 H2O 2 Fe(OH)3

)Li2O + H2O 2 LiOH

k)Cl2O + H2O 2 HClO

l)Cl2O3 + H2O 2 HClO2

ll)Cl2O5 + H2O

2HClO3

m)Cl2O7 + H2O 2 HClO4

n)SO2 + H2O H2SO3

o)SO3 + H2O H2SO4

p)HClO3 + NaOH NaClO3 + H2O

q)2 HNO3 + Ca(OH)2 Ca(NO3)2 + 2 H2O

r)H2CO3 +

2NaOH Na2CO3 +

2H2O

14. Respuesta: a) CaF2

b) H2SO4, sobran 621 g

c) 359 g

d) 9 moles

15. Respuesta: 26,0 g



18. Respuesta: 74,9%

19. Respuesta: 753 g SiO2

209,2 g CaCO3

221,7 g Na2CO3

20. Respuesta: 61,9%





86

21. Respuesta: a) 2 KClO3 → 2 KCl + 3 O2 KClO4 → KCl + 2 O2 b) 0,0322 moles

c) 3,542 g clorato y 0,457 g de perclorato

22. Respuesta: a) 2 Al + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3 H2

b) 0,00442 moles

c) 0,05 g de Al y 0,106 g Zn

23. Respuesta: a) 5 CO2(ac) + 5 NH4+

(ac) → C5H7O2N(biomasa) + 4 NO2-(ac) + 13 H+

(ac)

b) 466,0 Kg

c) 0,0412 mol/L

24. Respuesta: a) 11,9 %

b) 45,2 %

c) 60,6 %

25. Respuesta: a) KNO3 reactivo limitante y HCl reactivo en exceso

b) 14,35 g KCl

c) 9 g KCl

d) 15,66 g KNO3

26. Respuesta: 88,83 g de NaOH y 12,31 g de Ca(OH)2





87

GUIA Nº 6

UNIDAD Nº 5

GASES Y SUS PROPIEDADES


1. Características generales de los gases

2. Teoría Cinética de los gases

3. Presión de gases y el manómetro

4. Leyes de los gases. Ley de Boyle. Ley de Charles. Ley de Avogadro

5. Ecuación de los gases ideales y su relación con las leyes de los gases

6. Peso Molecular y densidad de los gases7. Mezclas de gases y presiones parciales. Ley de Dalton

8. Difusión y Efusión de un gas.

9. Solubilidad de gases, Ley de Henry.


VALIDEZ)

BIBLIOGRAFIA:







88


1. La densidad del gas butano (C4H10) es 1,71 g. Calcular su masa molar cuando sutemperatura es 75 ºC y la presión en el recinto en que se encuentra es 640 mm Hg.

Desarrollo:Como sabemos el número de moles es:

)H(Cmolar Masa

masan

104

Ecuación 1

y la densidad:Volumen

masaHCd 104 Ecuación 2

Además sabemos que ecuación del gas ideal:

P V = n R T Ecuación 3

Si sustituimos en número de moles de la ecuación 1, en la ecuación 3:

TR )H(Cmolar Masa

masaPV

104

Ecuación 4

Si despejamos la Masa molar de la Ecuación 4 tendremos:

TR PresiónxVolumen

masa )H(Cmolar Masa 104 Ecuación 5

Por último sustituyendo la ecuación 2 en la ecuación 5, la masa molar queda:

TR Presión

densidad )H(Cmolar Masa 104

Datos:

d = 1,71 g / L

P = 640 mm HgHgmm760

1atm x = 0,842 atm

T = 75ºC (K/ºC) + 273 K = 348 K

R = 0,0821 L atm / K mol

K 348xmolK

atmL0,082x

atm0,842

71,1

)H(CmolarMasa 104 L

g

= 58,0 g / mol





89

2. Si 10 g de peróxido de sodio reaccionan con agua para producir hidróxido de sodio yoxígeno, según la siguiente ecuación:

Na2O2 + H2O → NaOH + O2

a) Escribir la reacción química balanceada.

b) ¿Cuántos litros de oxígeno se producirán a 20 ºC y 740 mm Hg?

Desarrollo:

a)

2 Na2O2 + 2 H2O → 4 NaOH + O2

Una vez balanceada correctamente nuestra ecuación, calculamos la masamolar del reactante Na2O2:

Masa molar, Na2O2 = 78 g/mol

b)

Ahora se calculan los moles de Na2O2:

g/mol78

g10 ONan 22

n Na2O2 = 0,128 mol

Según los coeficientes estequiométricos de la reacción, la cantidad de O2

formada será:

2

22

222 Odemol,0640

O Nademol2

Odemol1O Nademol0,128 x

n O2 = 0,064 mol

Utilizando la ecuación de gas ideal, se puede determinar el volumen de O 2 según la ecuación siguiente:

P

RT n

V

2O

Datos:

n O2 = 0,064 mol





90

P = 740 mm HgHgmm760

1atm x = 0,974 atm

T = 20 ºC (K/ºC) + 273 K = 293 K

R = 0,0821 L atm / K mol

K293xmolK

atmL0,0821x

atm0,974

mol0,064 OV 2

V O2 = 1,6 L





91


1. Una balsa inflable se llena con gas a una presión de 800 mm Hg a 16ºC. Cuando labalsa se expone al sol, el gas se calienta hasta 44ºC, ¿cuál es la presión del gasdentro de la balsa, en estas condiciones?

2. Al hacer una perforación profunda, se descubre en depósito de gas. El gas tiene unatemperatura de 480ºC y está a una presión de 12,8 atm. Considerando uncomportamiento ideal, ¿qué volumen de gas se requiere en la superficie paraproducir 18,0 L a 1,00 atm y 22,0ºC?

3. El volumen de un tanque irregular se determina de la siguiente forma: el tanque selleva al vacío y luego se conecta a un cilindro de 50,0 litros de nitrógeno comprimido.La presión del gas en el cilindro originalmente de 21,5 atm., baja hasta 1,55 atm.¿Cuál es el volumen del tanque?








92

4. Se tiene un cilindro de 30,0 L con Helio a una presión de 132 atm y a unatemperatura de 24°C. Dicho cilindro se utiliza para llenar globos de 3,00 L a 1,07 atmy 29°C. ¿Cuántos globos se podrán llenar? Asuma que el cilindro puedeproporcionar helio hasta que su presión interna alcanza 1,00 atm (es decir, hay 131atmósferas de He disponible en el cilindro).

5. ¿Qué volumen de CO2 a 15°C y 1.50 atm contiene el mismo número de moléculasque 0,410 L de O2 a 35°C y 3,00 atmósferas?

6. Si un cilindro de 3,44 L de SO2 a 1,65 atm contiene el mismo número de moléculasque un cilindro de 5,00 L de H2 a -7°C y 1,00 atm, cuál es la temperatura (en °C) delSO2?

7. Si 3,67 g CO2 (g) se introduce en un cilindro vacío de 2,50 L a 65°C, ¿cuál será lapresión dentro del cilindro?









93

8. La presión en un recipiente cerrado de 20,0 L es de 0,512 atmósferas a 72 °C.¿Cuántas moles de gas contienen dicho recipiente?

9. El NH3 y el HBr, ambos gaseosos, se difunden en sentidos opuestos, a lo largo deun tubo estrecho de longitud l (ver figura). ¿En qué parte del tubo se encontraránpara formar NH4Br? [M (Br) = 79,904, M (H) = 1,008, M (N) = 14,007].

10. Una masa de 1.663 g de un gas desconocido se introduce en un cilindro vacío de2.00 L. Si la presión en el cilindro es de 0.544 atmósferas a 78°C, ¿cuál de los gasessiguientes podría estar en el cilindro?a) N2; b) C2H2; c) NH3; d) HCl; e) N2O








94

11. ¿Qué volumen de O2(g), medido a 91.2 °C y 743 mm Hg, será producido por ladescomposición de 4,88 g KClO3?

2 KClO3(s) → 2 KCl (s) + 3 O2(g)

12. ¿Qué volumen de O2 (g), medido a 17,7°C y 0,978 atm reacciona con 15,1 g deC4H10(g) para producir CO2(g) y H2O(l)?

13. Una muestra de 2,55 g de nitrito de amonio (NH4NO2) se calienta en un tubo deensayo y se espera que el NH4NO2 se descomponga de acuerdo con la siguiente

ecuación:

NH4NO2 (g) N2 (g) + 2 H2O (g)

Si se descompone de esta forma, ¿qué volumen de N 2 debe recogerse si latemperatura es de 26,0°C y la presión barométrica es de 745 mm Hg? La presiónparcial de agua (presión de vapor) a 26,0°C es 25,0 mm Hg.








95

14. La fórmula empírica de cierto hidrocarburo es CH2. Cuando 0,120 moles de dichohidrocarburo se queman por completo en un exceso de oxígeno, se producen 17,7 Lde CO2 (g) a 27 °C y 1,00 atm. ¿Cuál es la fórmula molecular del hidrocarburo?

15. Calcular la fórmula molecular de una sustancia formada por C, H y N sabiendo que

0,067 g de ella ocupan 63 mL a 37ºC y 1,0 atm. Por otra parte, se sabe que alquemar 0,216 g de la misma se obtienen 0,0720 g de agua y 0,351 g de CO 2. Asímismo 0,136 g de la sustancia producen 56,2 mL de nitrógeno medidos encondiciones normales (0,0ºC y 1,0 atm).

16. La solubilidad del N2 en la sangre a 37ºC y una presión parcial de 0,80 atm es 5,6 x10-4 mol /L. Un buzo marino respira aire comprimido con una presión parcial de N 2 igual a 4,0 atm. Suponga que el volumen total de sangre en el cuerpo es de 5,0 L.Calcule la cantidad de N2 gaseoso desprendido (en litros, a 37ºC y 1 atm) cuando elbuzo regresa a la superficie del agua, en donde la presión parcial del N2 es 0,80 atm.








96

17. El monóxido de carbono reacciona con oxígeno para producir dióxido de carbono:

2 CO (g) + O2 (g) → 2 CO2 (g)

En un cilindro de 1,00 L, 2,40 atm de CO reaccionan con 4,50 atm de O 2. Si seasume que la temperatura permanece constante, ¿cuál será la presión final en el

cilindro?

18. Un pistón se desplaza en un cilindro de gas en el que hay un agujero pequeño, através del cual se produce la difusión del gas en el vacío. Cuando hay oxígeno (M =32,0 g/mol) en el cilindro, el tiempo empleado por el pistón en recorrer ciertadistancia es 38,3 s. Con otro gas en iguales condiciones, el pistón se desplaza lamisma distancia en 82,0 s. ¿Cuál es la masa relativa del segundo gas?

19. Un cilindro de 1,00 L a 298 K contiene una mezcla de Kr y de N2 a una presión totalde 0,940 atm. Si la fracción molar de Kr es 0,455 ¿cuál es la fracción molar del N2?








97

20. Un recipiente de 20 mL contiene nitrógeno a 25ºC y 0,80 atm y otro de 50 mL helio a25ºC y 0,40 atm. Calcular:a) El número de moles, moléculas y átomos de cada recipiente.b) Si se conectan los dos recipientes a través de un tubo capilar, ¿cuáles serán laspresiones parciales de cada gas y cuál la presión total?c) La concentración de cada gas en la mezcla y expresarla en fracción molar y en

porcentaje en peso.

21. El trinitrato de glicerilo, conocido como nitroglicerina, es un explosivo de granpotencia. Esto se debe principalmente a que su descomposición genera un enormeaumento de volumen. La nitroglicerina se utiliza también como medicamentocontra la angina de pecho, que es una insuficiencia transitoria del aporte desangre, oxígeno y nutrientes al corazón, acompañada de dolores intensos. Suacción es tan eficaz, que inmediatamente después de masticar una cápsula denitroglicerina, sucede una vasodilatación coronaria que incrementa el flujosanguíneo y mejora la irrigación al corazón. La reacción de descomposición de lanitroglicerina es:

C3H5(ONO2)3 (l) → CO2 (g) + H2O (g) + N2 (g) + O2 (g)

Si cada cápsula de nitroglicerina contiene 0,8 mg de ésta,a) Balancee la ecuación químicab) ¿Cuántos moles de gas se producen en la reacción?c) ¿Qué volumen ocuparán a la temperatura del cuerpo humano y a una presión

de 1 atm?La posología en adultos establece que la dosis máxima de nitroglicerina es de 500µg/minuto, d) calcule el volumen y la cantidad de oxígeno en moles que seproducen al descomponerse la dosis máxima en las mismas condiciones que c).







98

22. De los óxidos de carbono el más nocivo para la salud es sin duda el monóxido decarbono, CO, ya que modifica el transporte de oxígeno a las células del organismo.El CO inhabilita a la hemoglobina por lo cual no se puede llevar el oxígeno a todoel organismo, y sobreviene la muerte por asfixia. Una fuente de CO es lacombustión automotriz. Se establece que los automóviles pueden generaraproximadamente 30 g de monóxido de carbono por cada 100 litros de gasolina

quemada. En una de las ciudades del mundo más contaminadas como el caso deMéxico, en el año 1982 ocurrió una intoxicación masiva en la Ciudad de México,cuando cientos de automóviles querían salir al mismo tiempo de unestacionamiento subterráneo. Sí cada coche quemó en promedio 3 litros degasolina durante la espera, ¿cuántos automóviles había en la fila si laconcentración de CO en el estacionamiento llegó a la dosis peligrosa de 46mg/m3? El estacionamiento mide 50 m x 30 m x 3 m y la temperatura interior es de30°C.

23. El cianuro de hidrógeno HCN es un gas que se utiliza en la cámara de gasesdebido a que es un poderoso veneno. Su forma de acción es similar a la del CO, loque indica que también forma un compuesto muy estable con la hemoglobina y lapersona muere por no poder transportar oxígeno al organismo. Si la fragancia de

un perfume tiene una masa molar de 400 g/mol,

a) ¿podrá el condenado a muerte oler el perfume antes de morir?.Si la dosis letal es de aproximadamente 300 mg/Kg de aire inhalado:b) Determine la masa de HCN que representa la dosis letal en un laboratorio que

mide 3,6 m x 4,5 m x 2,4 m. La densidad del aire a 26°C es 1,18 x 10 -3 g/cm3.c) Si el HCN se forma por la reacción del NaCN con el H2SO4, ¿Qué masa de

NaCN produce la dosis letal en el laboratorio?







99

24. Una manifestación estudiantil en la Alameda ha formado una columna de 1000m delongitud. Las fuerzas policiales vienen por delante de ellos a dispersarlos, para locual llevan dos tipos de gases: hilarante, N2O, que hace reír; y lacrimógenoC6H11OBr, que hace llorar (esto ocurre solamente en un mundo ficticio). Después desoltar los gases, ¿qué hacen primero los estudiantes, reír o llorar?






100

RESPUESTAS

1. Respuesta: 878 mm Hg


3. Respuesta: 694 L4. Respuesta: 1,24 ×103


6. Respuesta: 29 °C

7. Respuesta: 0,925 atm

8. Respuesta: 0,362 mol

9. Respuesta: A 0,69 l de la entrada de NH3 y 0,31 l de la de HBr.

10. Respuesta: N2O




14. Respuesta: C6H12

15. Respuesta: HCN



18. Respuesta: M = 147 g/mol

19. Respuesta: 0,545

20. Respuesta: a) N2: 6,5 x 10-4 moles; 3,9 x 1020 moléculas y 7,8 x 1020 átomos;

He: 8,2 x 10-4 moles; 4,9 x 1020 moléculas e igual nº de átomos por

ser monoatómico

b) Presión parcial de N2: 0,23 atm; Presión parcial de He: 0,28 atm;

Presión total: 0,51 atm

c) Fracción molar de nitrógeno: 0,44; Fracción molar de He: 0,56;

%N2: 85,4 %; %He: 15,6 %

21. Respuesta: a)

b) 2,56 x 10-5 moles

c) 0,65 mL

d) 5,5 x 10-7 moles; 1,40 x 10-5 L

22. Respuesta: 230 automóviles

23. Respuesta: a) no puede oler el perfume porque llega primero el HCN





101

b) 13763,52 mg de HCN

c) 24,978 g

24. Respuesta: Reír





102

GUIA Nº 7

UNIDAD Nº 6

REACCIONES ACUOSAS Y ESTEQUIOMETRÍA


1. Composición de soluciones.

2. Unidades de concentración de las disoluciones % m/m, % m/v, ppm, M, m.

3. Diluciones.

4. Electrólitos fuertes y débiles: bases, ácidos y sales.

5. Reacciones en solución. Reacciones de precipitación. Concepto de solubilidad.

6. Reacciones de metátesis. Reacciones ácido-base.

7. Propiedades Coligativas: Descenso de la presión de vapor, Aumento del punto de

Ebullición, Descenso del punto de Congelación, Presión Osmótica.

8. Soluciones isotónicas e hipotónicas. Factor de Van’t Hoff.

9. Osmolaridad.


VALIDEZ)

BIBLIOGRAFIA:







103


1. a) ¿Qué volumen de disolución concentrada de ácido clorhídrico (HCl) de 40,0% enmasa y densidad 1,20 g/mL hace falta para preparar dos litros de disolución0,10 M de dicho ácido?

b) Una vez preparada dicha disolución, se toman 100 mL y se valoran con unadisolución de NaOH 0,40 M gastándose, hasta llegar al viraje del indicador, 25,5mL de esta última disolución. ¿Cuál será la concentración real del ácidoclorhídrico (HCl)?

a)

Paso 1: Ordenar los datos:

Masa molar del HCl = Masa molar del H + Masa molar del Cl

Masa molar del HCl = 1,01 g/mol + 35,5 g/mol

Masa molar del HCl = 36,51 g/mol

Concentración de la disolución concentrada de HCl = 40,0% m/m

d = 1,20 g/mL

Paso 2 :

Se determinará primero la molaridad del HCl concentrado:

Como sabemos:

solución de g100

HCl de g0,40 m/m %0,40

Para obtener la molaridad, primero obtendremos los moles de HCl:

Molar asaM

HCl de masanHCl

g/mol 51,36

HCl g0,40nHCl

n HCl = 1,10 mol

Luego se obtendrá el volumen que corresponden los 100 g de disolución usando

la densidad:

V

m d

Por lo tanto el volumen es:





104

soluciónladedensidad

HCldesoluciónlademasa V

3g/cm1,20

g100 V

V = 83,3 mLmL

L x

1000

1 = 0,0833 L

Con estos datos y sabiendo que la molaridad es:

ó Molaridad litros)(ensoluciónVolumen

HCldesoluto de moles

V

n M

Por lo tanto, la molaridad será:

soluciónde L

moles M

0833,0

HCl de ,10113,2 M

Luego debemos obtener el volumen necesario para diluir la solución de 13,2 M a

0.10 M.

Sabemos que:

Moles antes de diluir = Moles después de diluir

n = M x V (Litros)

Por lo tanto:

M antes de diluir x V antes de diluir = M después de diluir x V después de diluir

Así, el volumen necesario de la disolución 13,2 M, para preparar 2 L de la

solución 0,10 M es:

diluir deantes

diluir dedespuésdiluir dedespués

diluir deantesV

M xV V

M 13,2

M 0,10 xL2 V diluir deantes

V antes de diluir = 0,015 L L

mL x

1

1000 = 15 mL





105

b)

Para obtener la verdadera concentración de HCl se realiza una titulación ácidobase que involucra la siguiente reacción:

HCl(ac) + NaOH(ac) → NaC(ac) + H2O(l)

Paso 1: Ordenar los datos.

VHCl a titular = 100 mL = 0,100 L

[NaOH] = 0,40 M

VNaOH gastado = 25,5 mL = 0,0255 L

Paso 2:

Obtener los moles de NaOH que serán neutralizados y luego por la

estequiometría de la reacción los moles de HCl requeridos.

Recordemos:

n = M x V (Litros)

nNaOH = 0,40L

mol x 0.0255 L

n NaOH = 0,0102 mol

Por lo tanto los moles de HCl requeridos serán:

NaOH 1

demol 1x NaOHdemol 0102,0

demol

HCl = 0,0102 mol de HCl

Paso3:

La concentración real de HCl se determina sabiendo el concepto de molaridad

antes dado:

M L

mol

soluciónde L M 102,0102,0

100,0

HCldemol 0102,0

[HCl] = 0,102 M





106

2. Se disuelven 0,572 g de resorcina en 19,31 g de agua y la solución hierve a 100,14°C.Calcular la masa molar de la resorcina, Keb del agua es 0,52 °C/m.

Paso 1: Ordenar los datos.

Soluto resorcina : masa = 0,572 g

Solvente agua : masa = 19,31 g

Keb = 0,52 °C/m

Tºeb = 100,00 °C

Solución: Teb = 100,14 °C

Paso 2 : Pregunta concreta determinar la masa molar de la resorcina

Paso 3: Aplicamos las ecuaciones

Teb = Teb - Tºeb Ecuación 1

Teb = Keb m Ecuación 2

Para poder calcular la masa molar del soluto necesitamos saber cual es la masa deun mol de moléculas de resorcina.Luego necesitamos saber que molalidad tiene la solución, para lo cual utilizamosentonces la ecuación 1, para determinar el aumento del punto de ebullición y laecuación 2 para calcular la molalidad.

Paso 4: Cálculo de la molalidad

Teb = Teb - Tºeb

Teb = 100,14 °C - 100,00 °C

Teb = 0,14 °C

Teb = Keb m

0,14 °C = (0,52 °C/molal) m

m = 0,269 molal

Esto significa que 0,269 moles de soluto (resorcina) se disolvieron en 1 kg desolvente (H2O).

Paso 5 : Cálculo de moles de resorcina presentes en 19,31 g de H2O (0,01931kg).

)(kg disolventemasa

solutomolesmolalidad )(kg disolventemasa xmolalidad solutomoles





107

OdeH kg xmolal solutomoles 201931,0 269,0 = 5,194 x 10-3 moles de resorcinaPaso 6 : Cálculo de la masa molar.

Molar asaM

resorcina de masanresorcina

Molar asaM

g 0,572moles10x5,194 3-

moles10x5,194

g 0,572Molar asaM

3-

Masa molar = 110 g/mol

3. Un médico se encuentra frente a un paciente que tiene una concentraciónplasmática de K+ por debajo de lo normal. Para compensar este déficit, procede acombinar 2 soluciones electrolíticas:

Solución a) NaCl 0,9% m/VSolución b) 1,5 g KCl / 100 mL

A 500 mL de la solución (a) el médico le agrega 10 mL de la solución (b), pero antesde inyectarla, decide calcular la osmolaridad de la nueva solución:

Desarrollo:

Recordemos que:

Osmol es la cantidad de cualquier sustancia que, agregado a 1 litro de agua, hacedescender la temperatura de congelación ( tc) del agua en 1,86°C.(1 Osm = 1000 mOsm)

Entonces:

Osmolaridad = osmoles / Litro = mmol / L x v x g

Donde v = Nº de partículas disociadas

Y g es el coeficiente osmótico

g =calculado

observado

tc

tc





108

Osmolaridad de la solución (a):

x

mmol 1000

g 0,9

g 5,58

x = 154 mmol

Entonces:

Osmolaridad (Osm) = mmol / L x v x g

Como el NaCl se disocia en Na+ + Cl , v = 2

Y para esta concentración de NaCl el coeficiente osmótico, g , es 0,9266 (datotomado de tabla)

Osm NaCl = 154 mmol/L x 2 x 0,9266

Osm NaCl = 285 mOsm/L

Osmolaridad de la solución (b):

x

mmol 1000

g 5,01

g 4,57

x = 201 mmol

Osm KCl = 201 mmol x 2 x 1

Osm KCl = 402 mOsm/L

A esta concentración, el coeficiente osmótico del KCl no es 1, pero se tomará esevalor ya que el KCl estará diluido en la solución de NaCl.

Cálculo de la osmolaridad de la solución preparada con (a) + (b):

Osmoles provenientes de (a):

Como se prepararon 500 mL (0,50 L) los mOsmoles de esta solución son:

x

mOsm 285

L ,500

L 1,0

x = 142,5 mOsm





109

Osmoles provenientes de (b):

x

mOsm 024

L0,010

L 1,0

x = 4,02 mOsm

Osm =L 010,0 L 50,0

mOsm 02,4 mOsm 5,142

Osm = 287 mOsm / L





110


1. Una muestra de agua de mar contiene 15,0 g de NaCI (cloruro de sodio) en 300 g deagua. Expresar su concentración en:

a) masa de soluto/100 g de aguab) % m/mc) molalidad

2. Se prepara una solución que contiene 6,0 g de un soluto cuya M = 60,0 g/mol en 500mL de solución. Expresar su concentración en:a) % m/Vb) molaridad

3. Se disuelven 7,46 g de cloruro potásico, 1,4625 g de cloruro sódico y 3,4840 g desulfato potásico en agua hasta obtener un volumen total de disolución de 500 mL.Suponiendo que todas las sales se disocian totalmente, ¿cuál será la concentraciónde cada uno de los iones en la disolución final?








111

4. ¿Cuál es la fracción molar de Fe(NO3)3(ac) 1,98 m ? La masa molar de Fe(NO3)3 es241,9 g/mol y la masa molar del agua es 18,02 g/mol.

5. Un ácido clorhídrico comercial contiene un 37% en peso de ácido, con una densidadde 1,19 g/mL. ¿Qué cantidad de agua debe añadirse a 20 mL de este ácido paraque la disolución resultante sea 1,0 M?

6. El jugo gástrico humano contiene ácido clorhídrico (HCI). Cuando una muestra de26,2 g de jugo gástrico se diluye con agua hasta un volumen final de solución de 200mL se obtiene una solución 5,28 x 10 3 M en HCI. Calcular el % m/m de HCI en el

jugo gástrico.

7. Se trata un exceso de NaOH en disolución con 1,12 L de cloruro de hidrógenogaseoso medidos a 30ºC y 820 mm de Hg. Calcular:a) El peso de NaCl obtenido, supuesta la reacción completa.b) Calcule la cantidad de AgCl obtenido, si a la disolución anterior se le añade nitrato

de plata de concentración 0,50 M.









112

8. Calcular, ¿qué masa de agua debe agregarse a 1200 g de solución 2,50 m de K2SO4 para obtener una solución 1,50 m?

9. Una muestra de 7,33 g de cloruro de bario dihidratado puro, se disuelve en agua,añadiéndosele después con una bureta disolución valorada de ácido sulfúrico. Estaúltima disolución tiene una concentración de 60% de riqueza en peso y unadensidad de 1,5 g/mL. Calcula:a) La reacción que tiene lugar.b) La molaridad de la disolución de ácido sulfúrico.c) El volumen de ésta, en mL, que se consumirá en la precipitación de todo el iónBa2+ contenido en la muestra.

10. Una muestra de 25,00 mL de ácido sulfúrico, H 2SO4, requiere 42,13 mL de NaOH0,1533 M para la titulación en el punto de equivalencia. ¿Cuál es la concentracióndel ácido sulfúrico?

H2SO4(ac) + 2 NaOH → Na2SO4(ac) + 2 H2O (l)

11. ¿Cuántos mL de solución de H2SO4 al 80% m/m y d = 1,74 g/mL se necesitan paraque reaccionen completamente 50 g de zinc?

Zn(s) + H2SO4(ac) → ZnSO4(ac) + H2(g)









113

12. a) ¿Qué volumen de ácido sulfúrico concentrado (densidad = 1,84 g/mL y 96% deácido), será necesario para disolver una muestra de 10 g de cinc que contiene 80%de cinc puro?b) ¿Cuántos gramos de sulfato de cinc se producirán?c) ¿Cuántos litros de hidrógeno se desprenderán, medidos a 740 mm de Hg y 37ºC?

13. La presión de vapor de agua pura a 45°C es 71,9 mm Hg. ¿Cuál es la presión devapor de una mezcla de 21,0 g de sacarosa (C12H22O11, masa molar 342,3 g/mol) y

79,0 g de agua?

14. ¿Cuál es el punto de congelación de una solución que contiene 4,78 gramos denaftalina (masa molar = 128,2 g/mol) disuelta en 32,0 gramos de p-dicloro-benceno?El punto de congelación del p-dicloro-benceno puro es 53,0°C y la constante dedisminución del punto de congelación, K f , es -7,10 °C/m.








114

15. ¿Cuál es la masa molar de un compuesto molecular no polar si 5,52 gramosdisueltos en 36,0 gramos de benceno comienzan a congelar a – 1,87 °C? El puntode congelación del benceno puro es de 5,50 °C y la constante crioscópica, K f , es – 5,12 °C/m.

16. ¿Cuál es el punto de ebullición de una solución que contiene 2,33 g de cafeína,C8H10N4O2, disuelta en 15,0 g de benceno? El punto de ebullición de benceno puro

es 80,1°C y su constante ebulloscópica, Keb, es 2,53 °C/m.

17. ¿Cuál es la masa molar de un compuesto, si 6,21 gramos se disuelven en 24,0gramos de cloroformo para formar una solución que tiene un punto de ebullición de68,04°C? El punto de ebullición del cloroformo puro es 61,70 °C y su constanteebulloscópica, Keb, es 3,63 °C/m.








115

18. A 25 °C, ¿cuál es la presión osmótica de 8,65 g de urea (CON2H4) diluida con aguaa 1,50 L? (R = 0.08206 L·atm/mol·K)

19. Una solución se prepara disolviendo 4,78 g de un no electrolito desconocido ensuficiente agua para tener 0,500 L de solución. La presión osmótica de la soluciónes 1,98 atmósferas a 27 °C. ¿Cuál es la masa molar del soluto? (R = 0,08206L·atm/mol·K)

20. Calcular la osmolaridad de la solución conocida como "Ringer-Lactato" o Solución deHartmann.

Su composición es:

NaCl..........................................0,60 gKCl............................................0,03 gCaCl2.........................................0,02 gLactato de Na............................0,31 g

Agua para inyección c.s.p.........100 mL








116

RESPUESTAS

1. Respuesta: a) 5,0 g/100 g de agua

b) 4,8 % m/m

c) 0,85 m2. Respuesta: a) 1,2% m/V

b) 0,20 M

3. Respuesta: [K+] = 0,280 M; [Cl-] = 0,250 M; [Na+] = 0,0500 M; [SO2-] = 0,0400 M


5. Respuesta: 220 mL

6. Respuesta: 0,147 % m/m

7. Respuesta: a) 2,8 g NaCl

b) 6,9 g de precipitado de AgCl8. Respuesta: 557, 5 g

9. Respuesta: a) BaCl2 + H2SO4 BaSO4 + 2 HCl

b) 9,18 M

c) 3,27 mL

10. Respuesta: 0,1292 M

11. Respuesta: 53,869 mL

12. Respuesta: a) 6,79 mL

b) 19,75 g ZnSO4 c) 3,19 litros de H2

13. Respuesta: 70,9 mm Hg

14. Respuesta: 44,7 °C

15. Respuesta: 107 g/mol

16. Respuesta: 82,1 °C

17. Respuesta: 148 g/mol


19. Respuesta: 119 g/mol20. Respuesta: 261 mOsm/L





117

GUIA Nº 8

UNIDAD Nº 7

TERMOQUÍMICA


1. Formas de energía. Sistemas. Variables de Estado, Ecuaciones de Estado.

2. Leyes de la termodinámica. Energía Interna. Calor y Trabajo. Entalpía.

3. Entalpía de reacción, de formación y de combustión. Ley de Hess.

4. Concepto de Entropía, Energía Libre y Espontaneidad de una reacción química.


VALIDEZ)

BIBLIOGRAFIA:


2. Capítulo 6 y 18. Química. R. Chang McGraw Hill. 7ª Edición, 2002.





118


1. Una muestra de 1,435 g de naftaleno (C10H8), una sustancia de olor penetrante quese utiliza en los repelentes contra polillas, se quema en una bomba calorimétrica avolumen constante. Como consecuencia, la temperatura del agua se eleva de 20,17

a 25,84ºC. Si la masa de agua que rodea al calorímetro es exactamente 2000 g y lacapacidad calórico de la bomba calorimétrica es 1,80 kJ/ºC, calcule el calor decombustión del naftaleno sobre una base molar; es decir, encuentre el calor decombustión molar.

Desarrollo:

Como se trata de un sistema aislado, el calor generado por la combustión debe serigual al calor ganado por el agua y el calorímetro. Primero se calculan los cambiosde calor del agua y para el calorímetro, utilizando la siguiente ecuación:

q agua = m cp t

q agua = (2000 g) (4,184 J/g ºC) (25,84ºC – 20,17ºC)

q agua = 4,74 x 104 J

q bomba = C t

q bomba = (1,80 x 103 J/ºC) (25,84ºC – 20,17ºC)

q agua = 1,02 x 104 J

Entonces utilizando la siguiente ecuación para calcular q reacción:

q reacción = - (q agua + q bomba)

q reacción = - (4,74 x 104 J + 1,02 x 104 J)

q reacción = - 5,76 x 104 J

La masa molar del naftaleno es 128,2 g/mol, por lo que el calor de combustión de 1mol de naftaleno es:

mol

g2,128

combustión de molar calor

HC g 1,435

J10x5,76-

810

4

Calor de molar de combustión = - 5,15 x 10 6 J

Calor de molar de combustión = - 5,15 x 10 3 kJ





119

2. Dada la siguiente reacción:

C2H5OH(l) + O2(g)→ CH3COOH(l) + H2O(l)

a) Calcular el Hº, Sº de la reacción e indicar si es exotérmica o endotérmica, y siproduce aumento o disminución de entropía.

b) Calcular la variación de energía libre de Gibbs en condiciones estándar (0ºC) eindicar si la reacción será espontánea y si la temperatura puede influir en laespontaneidad.

Datos:

C2H5OH(l) CH3COOH(l) H2O(l) O2(g)

Hºf (kJ / mol) - 227,6 - 487 - 285,8 -

Sº (J / mol K) 160,7 159,8 70 205

y las reacciones de formación de los tres compuestos que nos dan son:

2 C (s) + 3 H2 (g) + ½ O2 (g)→ C2H5OH (l) Hº f = - 227,6 kJ/mol

2 C (s) + 2 H2 (g) + O2 (g)→ CH3COOH (l) Hº f = - 487 kJ/mol

H2 (g) + ½ O2 (g)→ H2O (g) Hº f = - 285,8 kJ/mol

La reacción que se debe obtener, se consigue asociando estas tres reacciones

de la forma siguiente:C2H5OH (l)→ 2 C (s) + 3 H2 (g) + ½ O2 (g) Hº = 227,6 kJ/mol

2 C (s) + 2 H2 (g) + O2 (g)→ CH3COOH (l) Hº = - 487 kJ/mol

H2 (g) + ½ O2 (g)→ H2O (g) Hº = - 285,8 kJ/mol

______________________________________________________________

C2H5OH(l) + O2(g)→ CH3COOH(l) + H2O(l) Hº R = - 545,2 kJ

o puede también calcularse directamente con la ecuación siguiente:

r ,f r p,f pR ºHnºHnºH

donde: HºR es la entalpía de la reacción, np coeficientes estequiométricos delos productos, Hºf,p entalpía de formación de los productos, nr coeficientesestequiométricos de los reactantes y Hºf,r entalpía de formación de losreactantes.





120

Hº R = [1 mol x - 487 kJ/mol + 1 mol x - 285,8 kJ/mol ] – [1 mol x - 227,6 kJ/mol ]

Hº R = - 545,2 kJ

La reacción es exotérmica ya que el Hº obtenido es negativo.

Para el cálculo de la variación de entropía se utiliza la ecuación siguiente:

r r ppR ºSnºSnºS

Sº R = [1 mol x 159,8 J / mol K + 1 mol x 70 J / mol K] – [1 mol x 160,7 J / mol K+ 1 mol x 205 J / mol K]

Sº R = - 135,9 J / K = - 0,1359 kJ / K

Lo que indica que hay una disminución de entropía ya que Sº R es negativo.

b) Para calcular el cambio de energía libre a temperatura estándar, es decir, 0ºC o273 K, se utilizará la ecuación siguiente:

Gº = Hº R - T Sº R

Gº = - 545,2 kJ – 273 K x - 0,1359 kJ / K

Gº = - 508 kJ

Reacción espontánea en estas condiciones, ya que Gº es negativo. Estecarácter espontáneo depende de la temperatura.





121


1. Hallar la variación de energía interna para un mol de un gas que absorbe 150 J decalor y se expande de forma irreversible, contra una presión de una atmósfera desdeun volumen de 10 litros hasta un volumen de 25 litros. Datos: R = 8,31 J/mol K =

0,0821 atm L/K mol

2. Calcule la variación de la energía interna de un gas que absorbe 37 J de calor ysobre el que se realiza un trabajo de 25 J.

3. Un gas absorbe 235 J de calor y su energía interna aumenta en 2255 J. Calcular eltrabajo.

4. Calcule el calor de combustión de 250 g de propano teniendo en cuenta lossiguientes datos: ΔHºf C3H8(g) = -103,8; ΔHºf CO2(g) = -393,13; ΔHºf H2O(l) = -285,8kJ/mol.









122

5. Dada la reacción: N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g) Calcule el calor desprendido oabsorbido cuando se forman 15 g de amoniaco a 25 ºC.Datos: ΔHºf NH3 (g) = - 46,2 kJ/mol

6. Determine la cantidad de propano que se necesita quemar para calentar 2 litros deagua desde la temperatura ambiente (25ºC) hasta ebullición, donde se supone unrendimiento del proceso del 80 %. Las entalpías normales de formación del propano,dióxido de carbono y agua líquida son respectivamente, -104,7, -393,5 y –285,8

kJ/mol.Datos: Cp (agua) = 4,18 kJ/kg K

7. La reacción de descomposición del óxido de cobre (II), sólido, origina cobre metálicoy oxígeno molecular. La entalpía estándar del proceso es de 155,2 kJ por cada molde óxido de cobre (II), a 25ºC. Calcule el calor absorbido o cedido cuando se forman50 g de óxido de cobre (II), a partir de los elementos en estado estándar, a 25ºC.








123

8. Calcule el calor latente de vaporización del agua a 25ºC, teniendo en cuenta lossiguientes datos: ΔHºf H2O (l) = - 286 y ΔHºf H2O (g) = -242 kJ/mol

9. Calcule la energía desprendida al quemar 2 m3 de metano medido a 25ºC y 1 atm.Datos: ΔHºf CH4 = - 75,0; ΔHºf CO2 = - 393,5; ΔHºf H2O = - 285,6 kJ/mol

10. Si tomas 45 gramos de glucosa disuelta en agua, ¿qué energía aporta esa glucosa atu organismo?Datos: ΔHº combustión C6H12O6 = 2816 kJ

11. Justifique cuales de los procesos siguientes serán siempre espontáneos, cuales nolo serán nunca y cuales dependerán de la temperatura.

a) Proceso con H < 0 y S > 0b) Proceso con H > 0 y S < 0c) Proceso con H < 0 y S < 0d) Proceso con H > 0 y S > 0









124

12. Calcule la variación de entropía en el proceso de formación del agua líquida, a partirdel hidrógeno y oxígeno gaseosos. Datos: Sº H2O(l) = 69,80; Sº H2(g) = 130,70; SºO2(g) = 204,82 J/mol K

13. Calcule las variaciones estándar de entalpía y de energía libre de Gibbs para lareacción de obtención de etano por hidrogenación de eteno. Razona si, encondiciones estándar, el sentido espontáneo será el de formación de etano.Datos:

C2H4(g) C2H6(g)

Hºf (kJ / mol) 51,9 - 84,5

Sº (J / mol K) 219,5 229,5

14. Para la siguiente reacción de sustancias gaseosas: A(g) + B(g) → AB(g), se conoceque su ΔH = - 81 kJ y ΔS = - 180 J/K. Calcule en qué intervalo de temperaturas sepuede trabajar para que la reacción sea espontánea. ¿Qué significan los signosnegativos ΔH y ΔG?








125

15. Para una reacción se determina que ΔH = 98 kJ y ΔS =125 J/K ¿Por encima de quétemperatura será espontánea? Justifica la respuesta.

16. La nitroglicerina, de fórmula C3H5(NO3)3, es un explosivo que se decompone segúnla ecuación:

4 C3H5 (NO3)3(l)→ 12 CO2(g) + 10 H2O(l) + O2(g) + 6 N2(g) ΔH°r = -5700 kJ

Calcule:a) La variación de entalpía de formación de la nitroglicerina

b) El calor desprendido cuando se descomponen 30 gramos de nitroglicerina.

17. La congelación del agua es un proceso exotérmico, ¿por qué no es espontáneo encondiciones estándar? ¿En qué intervalo de temperaturas será espontáneo? Para elhielo el calor de formación es -291,8 kJ/mol y la entropía estándar 47,93 J/mol K








126

18. El metabolismo de los alimentos es la fuente habitual de energía que se necesitapara realizar el trabajo de mantener los sistemas biológicos. La oxidación completadel azúcar glucosa se puede representar con la siguiente ecuación termoquímica:

C6H12O6(s) + 6 O2(g) → 6 CO2(g) + 6H2O(l ) ΔHº = -3725 cal/g glucosa:

Después de ingerir 1/2 kg de helado de base acuosa que se encuentra a 0ºC,¿cuántos gramos de glucosa se deben oxidar en el organismo, para igualar latemperatura al valor corporal de 37 ºC?Datos: ΔHºfusión = 79,5 cal/g; Cp H2O(l ) = 1 cal/g ºC; 1cal = 4,18 J

19. Calcular el cambio de energía libre molar, ΔGm, para el proceso H2O (s) → H2O (l) ydecidir si la fusión es espontánea a presión constante a:

a) 10ºCb) 0ºC

Considerar: ΔHfusión = 6,01 kJ/mol y ΔSfusión = 22,0 J/K.mol, independientes de latemperatura.

20. En el metabolismo de la glucosa, el primer paso consiste en la conversión deglucosa a glucosa 6-fosfato:

Glucosa + H3PO4 → Glucosa 6-fosfato + H2O Gº = 13,4 kJ

Como el Gº es positivo, esta reacción no es espontánea. Muestre cómo ocurre estareacción mediante el acoplamiento con la hidrólisis de ATP. Escriba la ecuación para

la reacción acoplada y calcule la constante de equilibrio para este proceso acoplado.








127

21. El producto aerozina 50 se empleó como combustible de maniobra en el módulolunar y consiste en una mezcla equimolar de hidracina (N 2H4) y dimetilhidracina(C2H8N2). Los componentes de la mezcla reaccionan con el tetróxido de dinitrógeno(N2O4) según se representa en las siguientes ecuaciones (sin balancear):

N2H4 (l) + N2O4 (l) → H2O (g) + N2 (g)

C2H8N2 (l) + N2O4 (l) → CO2 (g) + H2O (g) + N2 (g)

Las sustancias reaccionan instantáneamente cuando se ponen en contacto,produciendo una llama cuya temperatura es superior a 3000 K.a) Determine las energías liberadas en ambas reacciones a 25 °C. Calcule la

energía liberada por la reacción completa de 1 kg de Aerozina 50 a 25 °C.b) Calcule cuántos moles gaseosos totales se producen por la reacción completa

de 1 g de Aerozina 50c) ¿Qué volumen ocuparían a 1 atm los gases producidos en la reacción del ítem c)

si la temperatura final de la reacción fuera de 3000 K?d) Una de las mayores dificultades sobre el uso de N2O4 como comburente es que

si se libera a la atmósfera se disocia dando dióxido de nitrógeno, que es un gasmuy tóxico. La reacción de disociación es la siguiente:

N2O4 (l) → 2 NO2 (g)

Al respecto, dibuje las estructuras de Lewis de NO2, N2H4 y N2O4 indicando encada uno de ellos si presentan momento dipolar distinto de cero o igual a cero.

22. Una de las aplicaciones de aprovechamiento de la energía desprendida por unareacción química es la de bebidas autocalentables (Europa) en la cuál se aprovechala reacción entre el óxido de calcio (CaO) y el agua (H2O) para producir hidróxido decalcio (Ca(OH)2) mediante una reacción exotérmica. Según las indicaciones del

fabricante la temperatura final que se alcanza en el envase que contiene 60 g deCaO, 23,0 g de agua coloreada, 206,20 g de café líquido (200 mL) y 100,56 g dematerial del envase corresponde a 62,5 °C. La reacción que ocurre en el interior delenvase es la siguiente

CaO (s) + H2O (l) → Ca(OH)2 (s)

a) Determine el reactivo limitante y el reactivo en excesob) Mediante el uso de tablas calcule la entalpía estándar de la reacción (ΔHr °)






128

c) Determine el calor que se desprende en la reacción (moles de Ca(OH)2 obtenidos)

d) Calcule la temperatura final que alcanzaría la reacción. Para ello considere lossiguientes calores específicos: Cesp(H2O) = 1,00 Cal/g°C; Cesp(Ca(OH)2) = 0,28Cal/g°C; Cesp(material envase) = 0,12 Cal/g°C y temperatura inicial de 22,5°C. Asuma elcafé líquido como agua.

e) Explique la diferencia observada entre la temperatura final señalada por elfabricante y la temperatura determinada teóricamente (d).






129

RESPUESTAS

1. Respuesta: -1369,55 J

2. Respuesta: 62 J

3. Respuesta: 2020 J4. Respuesta: - 1,26 x 104 kJ

5. Respuesta: - 40,76 kJ (liberado)


7. Respuesta: - 97,6 kJ (liberado)

8. Respuesta: 44 kJ/mol

9. Respuesta: - 7 x 104 kJ (liberado)

10. Respuesta: 704 kJ

11. Respuesta: a) Proceso exotérmico con aumento del desordenGº < 0, espontáneo, a cualquier temperatura.

b) Proceso endotérmico con disminución del desorden

Gº > 0, no es espontáneo, a cualquier temperatura.

c) Proceso exotérmico con disminución del desorden

Para que sea espontáneo ( Gº < 0), se debe cumplir que:

Hº < T Sº, es decir, a baja temperatura.

d) Proceso endotérmico con aumento del desorden

Para que sea espontáneo ( Gº < 0), se debe cumplir que:

T Sº < Hº, es decir, a alta temperatura.

12. Respuesta: - 163,3 J/K

13. Respuesta: ΔHº = - 136,4 kJ/mol; ΔGº = 100,5 kJ/mol; Reacción

espontánea.

14. Respuesta: T < 450 K; ΔHº < 0→ exotérmica; ΔGº < 0→ espontánea

15. Respuesta: T > 784 K

16. Respuesta: a) 470,3 kJ

b) -188,3 kJ

17. Respuesta: No es espontánea porque la variación de la energía libre es

positiva; T < 273 K


19. Respuesta: a) Espontánea, ΔGm = -0.22 kJ/mol,





130

b) Equilibrio, ΔGm = 0 kJ/mol

20. Respuesta: glucosa + H3PO4 → glucosa 6-fosfato + H2O ΔGº = +13,4 kJ

ATP + H2O → ADP + H3PO4 ΔGº = - 30,5 kJ

glucosa + ATP → glucosa 6-fosfato + ADP ΔGº = -17,1 kJ

Reacción de acoplamiento termodinámicamente favorable.

Kequilibrio = 1 x 103

21. Respuesta: a) 622,2 KJ/mol; 632 KJ/molb) 13634,2 KJ/Kgc) 0,1209 molesd) 29,7 Le) µ ≠ 0; µ = 0; µ = 0

22. Respuesta: a) CaO es el reactivo limitante

b) 64,22 KJ/molc) 68,72 KJ/mold) 89,7°Ce) una de las razones es que en los cálculos teóricos se consideranvalores a 25 °C





131

GUIA Nº 9

UNIDAD Nº 8

EQUILIBRIO QUÍMICO


1. Conceptos globales de Equilibrio Químico homogéneo y heterogéneo. Ley de acción

de masas. Constante de equilibrio Kc y Kp.

2. Concentraciones en el equilibrio. Principio de Le Chatelier. Desplazamiento del

equilibrio.

3. Equilibrio ácido-base. Constantes de acidez y basicidad. Relación entre ellas.

4. Disociación del agua. Producto iónico del agua.5. Concepto de pH. Escalas de pH. Otras escalas “p”.

6. Ácidos y bases fuertes y débiles. Cálculo de pH.

LAS RESPUESTAS DEBEN ESTAR CORRECTAMENTE JUSTIFICADAS EN LOSCASOS EN QUE SE SOLICITA. (RESPUESTAS SIN JUSTIFICACIÓN NO TIENENVALIDEZ)

BIBLIOGRAFIA:







132


1. Para el equilibrio H2 (g) + CO2 (g) ↔ H2O (g) + CO (g) la Kc = 4,4 a 2000 K. Si seintroducen en un reactor con una capacidad de 1,0 L simultáneamente 1 mol H2, 1

mol CO2 y 2 mol de H2O, determine:

a) Las concentraciones de productos y reactivos en el equilibriob) La Kpc) Las presiones parciales de los gases en el equilibrio

Desarrollo:

a)

Teniendo en cuenta la reacción:

H2 (g) + CO2 (g) ↔ H2O(g) + CO (g)

Cinicial 1 M 1 M 2 M 0

Reacción x M x M 0 0

Formación 0 0 x M x M

Equilibrio (1 - x) M (1 - x) M (2 + x) M x M

Las concentraciones en equilibrio son:

[H2] = (1 - x)[CO2] = (1 - x)[H2O] = (2 + x)[CO] = x

Entonces:22

2

HCO

COOHKc Ecuación 1

Reemplazando las concentraciones en la Ecuación 1 se obtiene:

x)-(1x)-1(

x)x2(4,4 Ecuación 2

(4,4) (1 – 2x + x2) = 2 x + x2

Reordenando la ecuación 2 se tienen las ecuaciones 3 y 4:

4,4 x2 – x2 – 8,8 x – 2 x + 4,4 = 0 Ecuación 3

3,4 x2 – 10,8 x + 4,4 = 0 Ecuación 4

Utilizando la fórmula para resolver una ecuación cuadrática:

a x2 ± b x ± c x = 0





133

x =a2

ac4bb 2

y aplicándola para la Ecuación 4 se tiene:

x = )4,4(2

)4,4()4,3(4)8,10()8,10( 2

Resolviendo se tiene:

X1 = 2,6966 M

X2 = 0,4799 M

X1 se descarta porque es mayor que la concentración inicial, por lo que el valor a

utilizar es X2.

Por lo tanto las concentraciones serán:

[H2] = (1 - 0,4799) M = 0,52 M [CO2] = (1 - 0,4799)M = 0,52 M [H2O] = (2 + 0,4799) M = 2,5 M[CO] = 0,48 M

b)

Sabiendo que n = (moles de productos – moles de reactantes)

n

Como para nuestro caso n = 0, entonces:

Kc = Kp = 4,4

c)

Utilizando la ecuación de los gases PV = nRT y sabiendo que los moles totales de

reactantes y productos es de 4 mol, la temperatura 2000 K, V = 1,0 L y R = 0,0821 L

atm/K mol; la presión total es:

K2000xmolK

atmL

0,0821xL1

mol4

PTotal

PTotal = 656 atm

La presión parcial de cada gas en el equilibrio se obtiene por:

P Parcial del gas = fracción molar del gas ( ) x P Total





134

=Totales moles

gas del moles

Los moles de cada gas y los totales en el equilibrio son:

n H2 = 0,52 mol ; n CO2 = 0,52 mol ; n H2O = 2,5 mol ; n CO = 0,48 moln total = 4,0 mol

P H2 = x mol 0,4

mol 52,0 656 atm

P H2 = 85 atm

P CO2 = x

mol 0,4

mol 52,0 656 atm

P CO2 = 85 atm

P H2O = x mol 0,4

mol 5,2 656 atm

P CO2 = 410 atm

P CO = x mol 0,4

mol,480 656 atm

P CO = 79 atm





135

2. Una disolución acuosa de ácido cianhídrico (HCN) 0,01 M tiene un pH de 5,60.Calcule:

a) La concentración de HCN, CN , H3O+ y OH .

b) El grado de disociación del HCN.c) Calcular su constante de acidez.

Desarrollo:

a)

Como el pH = 5,60; entonces calculando el antilogaritmo, [H3O+] = 2,5 x 10-6 M

HCN(ac) + H2O(l) ↔ CN (ac) + H3O+(ac)

Cinicial 0,01 M ---- 0 0

Reacción x M ---- 0 0Formación 0 ---- x M x M

Equilibrio (0,01 - x) M ---- x M x M

Por lo tanto:

[HCN] = 0,01 - x

[CN ] = x

[H3O+] = x

Las especies químicas presentes son: el agua, H2O (que actúa como disolvente y,

por tanto, no tiene sentido hablar de su concentración).

La concentración de ion cianuro, CN , será la misma que la concentración de ion

hidronio, H3O+:

[CN ] = [H3O+] = 2,5 x 10-6 M

La concentración de ion hidroxilo se calcula a partir de la expresión del productoiónico del agua:

Kw = [H3O+] [OH−] que, a 25ºC, tiene un valor de 1,0 x 10 14.





136

Por lo tanto:

6

14

3

14

10x5,2

10x0,1

OH

10x0,1OH

[OH-] = 4 x 10-9 M

b)

Por último, la concentración de ácido cianhídrico que queda sin disociar será igual a

la concentración inicial menos la concentración de ácido que se ha disociado 2,5 x

10-6 M.

[HCN] = 0,01 M - 2,5 x 10-6 M = 0,0099975 0,01 M

lo cual es lógico ya que el ácido cianhídrico es un ácido débil y prácticamente no

está disociado.

Grado de disociación:

α =inicial iónConcentrac

disociada especie la de iónConcentrac

y el % de disociación = α x 100

α = 2,5 x 10-6 M / 0,01M = 2,5 x 10 -4

y el % de disociación sería: (2,5 x 10-6 M / 0,01M) x 100

Porcentaje de disociación = 2,5 x 10-2 %.

c)

Para determinar el valor de la constante Ka escribimos su expresión y sustituimos

los valores que son conocidos:

HCNOH CNKa 3

01,0

10x5,2 10x5,2Ka

66

Ka = 6,25 x 10 10





137


1. Escriba la expresión de Kc ó Kp para las siguientes reacciones:

Cu2+(ac) + 4 NH3(ac) Cu (NH3)42+(ac)

Al2S3(s) Al 23+(ac) + 3 S2-(ac)

CH3CO2-(ac) + H2O (l) CH3CO2H (ac) + OH-(ac)

2 HBr (g) H2(g) + Br 2(l)

2 Hg2O(s) 4 Hg(s) + O2(g)

2. Escriba las ecuaciones químicas equilibradas que correspondan a las siguientesexpresiones de constante de equilibrio:

3

2 2

NH

p 1/2 3/ 2

N H

= P

K P P

; 3+ - 3 = [Fe ][OH ] K ;

- +

3[F ][H O ] =

[HF] K

3. El tetraóxido de dinitrógeno se descompone para producir dióxido de nitrógeno:

N2O4(g) 2 NO2(g)

Calcule el valor de K p, conociendo que K c = 5.88 x 10-3 a 273 K. (R = 0,08205L·atm/mol·K)

Justificación:

Justificación:






138

4. Un recipiente de 4,00 L se llena con 0,75 mol de SO3, 2,50 mol de SO2, y 1,30 molde O2, permitiéndose que alcance el equilibrio. Usando el cociente de la reacción Q,prediga el efecto sobre las concentraciones de SO3 cuando el equilibrio esalcanzado. Asuma que la temperatura de la mezcla se escoge de tal forma que K c =12.

2 SO3 (g) 2 SO2 (g) + O2(g)

5. La reacción siguiente se estudia a temperaturas altas:

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

Si en el equilibrio, las presiones parciales de los gases son las siguientes: PCl5 = 1,8x 10-2 atmósfera, PCl3 = 5,6 x 10-2 atmósfera, y Cl2 = 3,8 x 10-4 atmósfera. ¿Cuál esel valor K p para la reacción?

6. A una temperatura dada, una mezcla del equilibrio contiene las concentracionessiguientes de gases: [SO3] = 0,054 M, [SO2] = 0,0047 M, y [O2] = 0,58 M. ¿Cuál es laconstante de equilibrio, K c, para la siguiente reacción?

2 SO3(g) 2 SO2(g) + O2(g)








139

7. Se adicionan 0,0774 moles de N2O4 (g) a un recipiente de 1,00 L a una temperaturadada. Después de que se alcanza el equilibrio, la concentración de NO 2 (g) es0,0068 M. ¿Cuál es el valor de K c para la reacción siguiente?

N2O4 (g) 2 NO2 (g)

8. A 25°C, la descomposición del tetraóxido del dinitrógeno:

N2O4(g ) 2 NO2(g )

tiene una constante de equilibrio (K p) de 0,144. En el equilibrio, la presión total delsistema es 0,48 atmósferas. ¿Cuál es la presión parcial de cada gas en equilibrio?

9. El bromuro de carbonilo se descompone para producir monóxido de carbono ybromo gaseosos:

COBr 2(g) CO (g) + Br 2 (g)

K c es igual a 0,19 a 73 ºC. Si una concentración inicial de COBr 2 de 0,63 M secalienta a 73°C hasta que alcance el equilibrio, ¿cuáles son las concentraciones deequilibrio de COBr 2, CO, y Br 2?








140

10. Una solución se prepara diluyendo 0,16 mol de HNO3 con agua hasta un volumen de1,5 L. ¿Cuál es el pH de dicha solución?

11. Cuál es el pH de NaOH 2,1 x 10-5 M (ac) a 25 ºC? (K W = 1,0 × 10-14)

12. ¿Cuál es la concentración de H3O+ en una solución acuosa con un pH de 12,17?

13. ¿Cuál es la concentración de OH- en una solución acuosa con un pH de 11,45?(K W = 1,0 × 10-14)

14. ¿Cuál es el pH una solución 5,0 × 10-3 M de HF? El valor de K a para HF es 7,2×10-4.

HF(ac) + H2O(l) ↔ F-(ac) + H3O+(ac)










141

15. ¿Cuál es la concentración de OH- en CH3CO2- 0,51 M? K b del CH3CO2

- = 5,6 x 10-10

CH3CO2-(ac) + H2O (l) ↔ CH3CO2H(ac) + OH-(ac)

16. ¿Cuál es el pH del ácido benzoico acuoso 0,015 M? (K a de C5H6CO2H = 6,3 x 10-5)

CH6H5COOH(ac) + H2O (l) ↔ CH3COO- (ac) + H3O+(ac)

17. Una solución se prepara diluyendo 0,50 mol de NaClO en un volumen de 3,0 L con

agua. ¿Cuál es el pH de la solución? (K b de ClO- = 2,9 x 10-7)

ClO-(ac) + H2O(l) ↔ HClO(ac) + OH-(ac)

18. El pH de la trimetilamina acuosa 0,050 M es 11,24. ¿Cuál es el valor de K b de estabase?

(CH3)3N(ac) + H2O(l) ↔ (CH3)3NH+(ac) + OH-(ac)









142

19. A 25 ºC, una disolución de amoniaco en agua contiene 0,17 g de este compuestopor litro de disolución y se sabe que está disociado en un 4,3 %. Calcular:

a) La concentración de iones amonio e hidróxidob) La constante de disociación del amoniaco en agua a la temperatura mencionadac) El pH de la disolución

H3N(ac) + H2O(l) ↔ H4N+(ac) + OH-(ac)

20. El ácido fórmico (metanoico) es un ácido monoprótico moderadamente débil con unaconstante de disociación, Ka = 1,8 x 10-4. Si se prepara una disolución 0,100 M deeste ácido:

a) ¿Cuál será el pH de la disolución?b) ¿Existirá ácido fórmico en disolución acuosa una vez alcanzado el equilibrio?c) Si es afirmativa la respuesta del apartado b), ¿cuál será la concentración de

ácido fórmico en el equilibrio?

21. El ácido oxálico (H2C2O4) es un fuerte corrosivo, cuando es ingerido se utiliza el

permanganato de potasio (KMnO4) como un posible antídoto, la reacción que ocurreentre estos dos compuestos es el siguiente

H2C2O4 + KMnO4 + HCl → CO2 + MnCl2 + KCl + H2O

Si una persona ingiere por accidente 10 gramos de ácido oxálico, ¿Cuántos gramosde permanganato de potasio se le debe suministrar para poder salvarle la vida?







143

22. Un paciente que padece úlcera duodenal tiene una concentración de ácido

clorhídrico (HCl) igual a 7,69x10-2

M en el jugo gástrico. Si asumimos que elpaciente secreta aproximadamente 3 litros diarios de jugo gástrico ¿Cuántosgramos de HCl recibe su aparato digestivo?. El tratamiento para esta patología esadministrar tabletas compuestas por hidróxido de aluminio (Al(OH)3) y otrascompuestas por hidróxido de magnesio (Mg(OH)2). Determine el número de tabletasque ingerirá diariamente si cada tableta tiene una masa de 0,5 g si las reaccionesinvolucradas en el tratamiento son:

HCl + Al(OH)3 → AlCl3 + H2OHCl + Mg(OH)2 → MgCl2 + H2O







144

RESPUESTAS

1. Respuesta:2+

3 4c 2+ 4

3

[Cu(NH ) ] =

[Cu ][NH ] K

3+ 2 2- 3 = [Al ] [S ] K -

3 2

-

3 2

[CH CO ] =

[CH CO H][OH ] K

2H

p 2

HBr

= P

K P

2 p O= K P

2. Respuesta: 1/2 N2(g) + 3/2 H2(g) NH3(g)

Fe(OH)3(s) Fe3+(ac) + 3 OH-(ac)

HF(ac) + H2O(l) F-(aq) + H3O+(ac)

3. Respuesta: 0,132

4. Respuesta: [SO3] disminuirá porque Q < K

5. Respuesta: 1,2 x 10-3

6. Respuesta: 4,4 × 10-3


8. Respuesta: 0,20 atm NO2 (g) y 0,28 N2O4 (g)

9. Respuesta: [COBr 2] = 0,37 M, [CO] = 0,26 M, [Br 2] = 0,26 M

10. Respuesta: 0,97

11. Respuesta: 9,32

12. Respuesta: 6,8 x 10-13 M

13. Respuesta: 2,8 x 10-3 M

14. Respuesta: 2,80


16. Respuesta: 3,03



19. Respuesta: a) [NH4+] = [OH-] = 4,3 x 10-4

b) 1,93 x 10-5 c) 10,63

20. Respuesta: a) 3,46

b) Si, existirá, porque el ácido no está totalmente ionizado

c) 6,56 x 10-4 M





145


22. Respuesta: 8,42 g; 12 tabletas de Al(OH)3 y 19 tabletas de Mg(OH)2





146

GUIA Nº 10

UNIDAD Nº 8

EQUILIBRIO QUÍMICO


1. Hidrólisis de sales.

2. Efecto del ión común

3. Soluciones amortiguadoras. Tampones multi-próticos.

4. Neutralización. Valoración ácido-base.


VALIDEZ)

BIBLIOGRAFIA:







147


1. Calcular el pH de la disolución resultante de mezclar 50 mL de hidróxido sódico 0,10M con 50 mL de ácido fórmico (metanoico) 0,10 M. Ka = 5,6 x 10-11, según laecuación siguiente:

HCOOH + NaOH → HCOONa + H2O

Desarrollo:

Primero debemos calcular los moles de HCOOH y NaOH y la concentración de cadauno en la solución.

V HCOOH = 50 mL = 0,050 L

V NaOH = 50 mL = 0,050 L

El volumen total será: 0,050 L + 0,050 L = 0,100 L

n HCOOH = 0,10 M x 0,050 L

n HCOOH = 0,0050 mol

n NaOH = 0,10 M x 0,050 L

n NaOH = 0,0050 mol

Entonces las concentraciones en la solución serán:

L L

mol

M

mol

0,050 100,0

0050,0

X = [NaOH] = [HCOOH] = 0,050 M

Según la ecuación, debe reaccionar la misma concentración de ácido que de base yla concentración del ácido y la base es la misma (0,050 M) y la neutralización serátotal.La concentración de sal formada será también, según la estequiometría de laecuación, 0,050 M. Como la sal formada procede de un ácido débil y una base fuertese hidroliza, es decir, reacciona con el agua.

Así, mientras que el catión que procede de la base fuerte es estable en el agua, elanión que deriva del ácido débil reacciona con el agua para formar el ácido que looriginó y:

HCOONa(ac) HCOO (ac) + Na+(ac)

Concentración inicial: 0,050 M 0 0

Concentración final: 0 0,050 M 0,050 M





148

Por lo tanto:

[HCOONa]inicial = [HCOO ] = [Na+] = 0,050 M

HCOO (ac) + H2O(l) HCOOH(ac) + OH (ac)Cinicial 0,050 M ----- 0 0

Reacción x M ----- 0 0

Formación 0 ----- x M x M

Equilibrio (0,050 - x) M ----- x M x M

Como sabemos: Ka x Kh (ó Kb) = Kw

Por lo tanto:

11-

-14

a

wbh

10x6,5

10x1,0

K

KK óK

Kb = 1,79 x 10-4

HCOO

OHHCOOHKb

x)-050,0(

x10x79,1

24-

Resolviendo la ecuación cuadrática tendremos:

x = [OH ] = 2,90 x 10 3 M

Entonces:

pOH = 2,54

pH = 14 – 2,54

pH = 11,46





149

2. Si se tiene un litro de una solución amortiguadora que contiene 0,10 mol de ácidoláctico, C2H3COOH, y 0,12 mol de lactato de sodio, C2H3COONa, calcule:

a) El pH del amortiguador (Ka = 1,4 x 10 4) b) El pH del amortiguador después de agregar 0,020 mol de NaOH (no tome en

cuenta el cambio de volumen)

c) El pH del amortiguador después de agregar 0,020 mol de HCl (también sin tomaren cuenta el cambio de volumen).

Desarrollo:

a)

Datos:

[C2H3COOH] = 0,10 M

El lactato de sodio es un electrolito fuerte por lo cual:

C2H3COONa(ac) C2H3COO (ac) + Na+(ac)



Por lo tanto:

[C2H3COO ] = 0,12 M

Teniendo en cuenta la reacción:

C2H3COOH(ac) + H2O(l) C2H3COO (ac) + H3O+(ac)

Cinicial 0,10 M ----- 0,12 M 0



Equilibrio (0,10 - x) M ----- (0,12 + x) M x M

Por lo tanto:

[C2H3COOH ] = (0,10 – x)

[C2H3COO ] = (0,12 + x)

[H3O+] = x





150

Entonces:COOHHC

OHCOOHCKa

32

332 Ecuación 1


x)-10,0(x )x12,0( 10x1,4 4- Ecuación 2

Ya que Ka es pequeña, y por la presencia del ión común se espera que x seapequeña en relación a las concentraciones iniciales, por lo tanto:

[C2H3COO ] = (0,12 – x) M ≈ 0,12 M

[C2H3COOH] = (0,10 + x) M ≈ 0,10 M

Sustituyendo:

)10,0(

x)12,0( 10x1,4 4-

Despejando x:

)12,0(

)10,0()10x(1,4x

-4

x = [H3O+] = 1,2 x 10 4 M

pH = 3,92

Utilizando la Ecuación de Henderson-Hasselbach donde el pH será:

pH = pKa + log Acido

Base

Para nuestro caso:

pH = pKa + log COOHHC

COOHC

32

32

pKa = -log Ka = -log 1,4 x 10-4 = 3,85

pH = 3,85 + log10,0

12,0

pH = 3,92





151

b)

Datos:

[C2H3COOH] = 0,10 M

[C2H3COO ] = 0,12 MEl hidróxido de sodio es un electrolito fuerte por lo cual:

NaOH(ac) OH (ac) + Na+(ac)



Por lo tanto:

[OH ] = 0,02 M

Se está agregando una base que reaccionará con el ácido del amortiguador en unareacción de neutralización, es decir con el ácido láctico, según el siguiente cuadroestequiométrico:

CH3COOH(ac) + OH (ac) H2O(l) + CH3COO (ac)

Antes de la reacción 0,10 M 0,02 M --- 0,12 MReacción 0,02 M 0,02 M --- 0Formación 0 0 --- 0,02 M

Después de la reacción 0,08 M 0 --- 0,14 M

Cálculo de las concentraciones en equilibrio con las nuevas concentraciones deácido y base después de la reacción de neutralización:

C2H3COOH (ac) + H2O(l) C2H3COO (ac) + H3O+(ac)

Cinicial 0,08 M ----- 0,14 M 0




Por lo tanto:

[C2H3COOH ] = (0,08 – x)

[C2H3COO ] = (0,14 + x)

[H3O+] = x





152

Entonces:COOHHC

OHCOOHCKa

32

332 Ecuación 1


x)-08,0(x )x14,0( 10x1,4 4- Ecuación 2


[C2H3COO ] = (0,14 – x) M ≈ 0,14 M

[C2H3COOH] = (0,08 + x) M ≈ 0,08 M

Sustituyendo:

)08,0(

x)14,0( 10x1,4 4-

Despejando x:

)14,0(

)08,0()10x(1,4x

-4

x = [H3O+] = 8,0 x 10-5 M

pH = 4,10

Utilizando la Ecuación de Henderson-Hasselbach para las nuevas concentracionesel pH será:

pH = pKa + logCOOHHC

COOHC

32

32

pKa = -log Ka = -log 1,4 x 10-4 = 3,85

pH = 3,85 + log08,0

14,0

pH = 4,10





153

c)

Datos:

[C2H3COOH] = 0,10 M

[C2H3COO ] = 0,12 MEl ácido clorhídrico es un electrolito fuerte por lo cual:

HCl(ac) Cl (ac) + H+(ac)



Por lo tanto:

[H+] = [H3O = 0,02 M

Se está agregando un ácido que reaccionará con la base del amortiguador en unareacción de neutralización, es decir el lactato de sodio, según el siguiente cuadroestequiométrico:

CH3COO (ac) + H3O (ac) H2O(ac) + CH3COOH(ac)

Antes de la reacción 0,12 M 0,02 M ---- 0,10 MReacción 0,02 M 0,02 M ---- 0Formación 0 0 ---- 0,02 M

Después de la reacción 0,10 M 0 ---- 0,12 M

Cálculo de las concentraciones en equilibrio con las nuevas concentraciones deácido y base después de la reacción de neutralización:

C2H3COOH (ac) + H2O(l) C2H3COO (ac) + H3O+(ac)

Cinicial 0,12 M ----- 0,10 M 0




Por lo tanto:

[C2H3COOH ] = (0,12 – x)

[C2H3COO ] = (0,10 + x)

[H3O+] = x





154

Entonces:COOHHC

OHCOOHCKa

32

332 Ecuación 1


x)-12,0(x )x10,0( 10x1,4 4- Ecuación 2


[C2H3COO ] = (0,10 – x) M ≈ 0,10 M

[C2H3COOH] = (0,12 + x) M ≈ 0,12 M

Sustituyendo:

)12,0(

x)10,0( 10x1,4 4-

Despejando x:

)10,0(

)12,0()10x(1,4x

-4

x = [H3O+] = 1,7 x 10-4 M

pH = 3,77

Utilizando la Ecuación de Henderson-Hasselbach para las nuevas concentracionesel pH será:

pH = pKa + logCOOHHC

COOHC

32

32

pKa = -log Ka = -log 1,4 x 10-4 = 3,85

pH = 3,85 + log12,0

10,0

pH = 3,77





155


1. Se preparan tres disoluciones acuosas de tres sales diferentes, fluoruro sódico,cloruro sódico y cloruro amónico. ¿Cómo será respectivamente el pH de lasdisoluciones anteriores?

2. Se tiene una disolución 0,30 M de acetato sódico. La K a del CH3COOH = 1,8 x 10-5.Calcule:

CH3COONa (ac) → Na+ (ac) + CH3COO- (ac)

CH3COO- (ac) + H2O (l) ↔ CH3COOH (ac) + OH- (ac)

a) El pH de la disolución.b) La concentración molar del ácido acético no disociado.

3. Calcule el pH de una disolución de cloruro amónico 2,0 M, K b (NH3) = 1,8 x 10-5.

NH4Cl (ac) → NH4+ (ac) + Cl- (ac)

NH4+ (ac) + H2O (l) ↔ NH3 (ac) + OH

-(ac)








156

4. Una solución se prepara diluyendo 0,50 mol de NaClO en un volumen de 3,0 L conagua. ¿Cuál es el pH de la solución? (K b de ClO- = 2,9 x 10-7)

5. ¿Cuál es el pH de la solución que resulta de mezclar 35 mL 0,50 M de NH3 (ac) y 35mL 0,50 de HCl (ac) a 25 ºC? (K b para el NH3 = 1,8 x 10-5)

6. ¿Cuál es el pH de una solución que resulta de agregar 25 mL de NaOH 0,50 M a 75mL de CH3CO2H 0,50 M? (K a del CH3CO2H = 1,8 x 10-5)








157

7. Si a la disolución de CH3COOH + H2O ↔ CH3COO- + H3O+, se le añade acetato

sódico, CH3COONa. ¿Qué debería esperar que ocurriera?

8. Pretendemos preparar una disolución amortiguadora. Para ello, preparamos un litro

de disolución de un ácido HA cuyo Ka = 5 x 10-6

, su concentración es 0,2 M yqueremos obtener una disolución con pH = 5,00. ¿Cuántos moles de NaA debemosañadir?

9. ¿Cuál es el pH de una solución acuosa que es 0,30 M en HF y 0,15 M en F-? (K a de

HF= 7,2 x 10-4)








158

10. ¿Cuál es el pH de la solución buffer que resulta cuando 4,0 g de NH3 y 8,0 g deNH4Cl se diluyen con agua hasta un volumen de 0,50 L? (K a del NH4

+ = 5,6 x 10-10)

11. ¿Cuál es el pH de la solución buffer que resulta cuando 11 g de NaCH3CO2 semezclan con 85 mL de CH3CO2H 1,0 M y se diluyen con agua hasta 1,0 L? (K a delCH3CO2H = 1,8 x 10-5)

12. ¿Qué masa de KF sólido (masa molar = 58,1 g/mol) se debe agregar a 2,0 L de HF0,25 M para hacer una solución buffer con un pH de 3,14? (pK a para HF = 3,14)








159

13. Una solución buffer se prepara mezclando 0,250 mol de H2PO4- y 0,250 mol de

HPO42- y diluyendo con agua hasta un volumen de 1,00 L. El pH del buffer es 7,21.

¿Cuántos moles de NaOH deben ser agregados para aumentar el pH a 8,21?

14. ¿Cuántos moles de HCl deben ser agregados a 1,00 L de NH3 0,72 M para hacer unbuffer con un pH de 9,50? (K a del NH4

+ = 5,6 x 10-10)

15. Calcula el pH de una disolución formada por:a) 250 mL de HCl 0,10 M mezclados con 150 mL de NaOH 0,20 M; b) 125 mL deHCl 0,30 M mezclados con 200 mL de NaOH 0,15 M; c) 50 mL de HCl 0,20 Mmezclados con 50 mL de NH3 0,20 M; d) 50 mL de CH3COOH 0,20 M mezcladoscon 50 mL de KOH 0,10 M. K a (CH3COOH) = 1,8 x 10-5; K b (NH3) = 1,8 x 10-5








160

16. Hallar el pH resultante de disolver 4,0 g de hidróxido de sodio en 250 mL de agua ycalcule el volumen de una disolución de ácido sulfúrico 0,025 M necesario paraneutralizar completamente 50 mL de esta disolución.

17. Calcule la pureza de una sosa comercial, si 30 gramos de la misma precisan 50 mLde ácido sulfúrico 3,0 M para su neutralización total.

18. Tenemos 25 mL de CH3COOH 0,10 M. Calcula el pH al añadir las cantidadessiguientes de NaOH 0,050 M: a) 10 mL; b) 25 mL; c) 49 mL; d) 50 mL; e) 60 mL

Indique el pH en el punto de equivalencia. Datos: K a (CH3COOH) = 1,8 x 10-5








161

19. Tenemos 50 mL de HCl 0,10 M. Calcula el pH al añadir las cantidades siguientes deNH3 0,20 M: a) 20 mL; b) 25 mL; c) 26 mL; d) 40 mLIndique el pH en el punto de equivalencia. Datos: K b (NH3) = 1,8 x 10-5

20. Tenemos 50 mL de HCl 0,10 M. Calcula el pH al añadirle las cantidades siguientesde NaOH 0,10 M: a) 40 mL; b) 49 mL; c) 51 mL; d) 90 mL. Indique el pH en el puntode equivalencia.







162

21. El tampón bicarbonato en el plasma sanguíneo consiste en una cantidad aproximadamente de 0,025 moles de ión bicarbonato y 0,00125 moles de ácidocarbónico, por cada dm3 de plasma. Determine la capacidad del tampón de estesistema frente a la acción de ácidos y bases. pKa: 6,10

22. El salicilato sódico es una sal que se emplea para reducir la fiebre y dolores. Seprepara una solución de concentración 0,075 M. a) Calcule el pH de ésta solución a

temperatura ambiente. b) si el descenso crioscópico de una disolución de salicilato al1% (p/V) es de 0,210 °C, calcule la cantidad de cloruro sódico que es necesariaañadir a la disolución de salicilato al 1,2% para preparar 100 mL. de esta disoluciónisotónica con los fluídos corporales.







163

23. Dos soluciones acuosas una ácida y otra básica se encuentran separadas por una membrana permeable a moléculas neutras pero impermeables a iones. Sí a las soluciones que tienen un pH de 5,40 y 8,45 se le agrega morfina, un medicamento de carácter básico se distribuye entre las dos soluciones. Calcule la razón de concentraciones de la forma catiónica del medicamento en la solución más ácida y en la solución más básica. pKa morfina: 7,87

24. Las principales soluciones amortiguadoras en la sangre son los ioneshidrogenocarbonatos (HCO3

-) e iones H3O+ en equilibrio con H2O y CO2:

H3O+

(ac) + HCO3-(ac) → H2O(l) + CO2(ac)

Esta reacción asume que todo el H2CO3 producido se descompone en CO2 y H2O.

Suponga que se extrae 1,00 L de sangre del cuerpo y se lo lleva a pH 6,1:a) Si la concentración de HCO3- en la sangre es 5,5 µmol/L, calcule la cantidad en

moles de CO2 presente en la solución a este pH. b) Calcule el cambio en el pH que se produce cuando se adicionan 0,65 µmol de

H3O+ a esta muestra de sangre a pH 6,1.

K = 7,9 x 10 -7 Con respecto al pH normal de la sangre:c) al realizar ejercicios, se produce CO2 a una velocidad acelerada en el tejido

muscular. ¿Cómo es afectado el pH de la sangre? d) la hiperventilación (respiración rápida y profunda) ¿cómo afecta el pH? e) Uno de los tratamientos de primeros auxilios para la hiprventilación es hacer

respirar al paciente en una bolsa de papel. ¿Cuál es la base para utilizar este

tratamiento y cómo afecta el pH?







164

RESPUESTAS

1. Respuesta: Fluoruro sódico: sal de ácido débil y base fuerte. Da

reacción de hidrólisis básica (con pH > 7):

NaF (ac) → Na+ (ac) + F- (ac)

y F- (ac) + H2O(l) ↔ HF(ac) + OH-(ac)

Cloruro sódico: Sal de ácido fuerte y base fuerte. No hay

hidrólisis de los iones, la disolución es neutra y su pH = 7.

Cloruro amónico: sal de ácido fuerte y base débil. Sólo

se hidroliza el ión amonio:

NH4Cl (ac) → NH4+ (ac) + Cl

-(ac)

El Cl- se hidrata, y el NH4+ da reacción de hidrólisis

ácida (con pH < 7):NH4

+(ac) + H2O (l) ↔ NH3 (ac) + H3O+ (ac)

2. Respuesta: a) pH = 9,10

b) 1,3 x 10-5 M.

3. Respuesta: pH = 4,47

4. Respuesta: 10,34

5. Respuesta: 4,93

6. Respuesta: 4,44

7. Respuesta: CH3COOH + H2O ↔ CH3COO-

+ H3O+

yCH3COONa → CH3COO- + Na+

Por efecto del ión común (CH3COO-), al añadir NaAc,

el equilibrio de disociación del CH3COOH se

desplazará hacia la izquierda, hasta que el cociente de

reacción vuelva a tener el mismo valor de Kc y se

alcance el equilibrio nuevamente.


9. Respuesta: 2,8410. Respuesta: 9,45

11. Respuesta: 4,94

12. Respuesta: 29 g







165


b) pH = 1,63

c) pH = 5,13

d) pH = 4,74

16. Respuesta: pH = 13,61 y 0,40 litros17. Respuesta: 40%


b) 4,75

c) 6,44

d) 8,64

e) 11,77

pH = 8,64 en el punto de equivalencia

19. Respuesta: a) 1,84b) 5,21

c) 7,85

d) 9,03

pH = 5,21 en el punto de equivalencia


b) 3,00

c) 11,00

d) 12,46pH = 7,00 en el punto de equivalencia

21. Respuesta: 0,0075 mol/dm3 para ácidos y 0,0011 mol/dm3 para bases


b) 0,46 %

23. Respuesta: 1,12 x 10-3





166

GUIA Nº 11

UNIDAD Nº 9

EQUILIBRIOS DE SOLUBILIDAD Y DE COMPLEJACIÓN


1. Reglas de solubilidad.

2. Producto de Solubilidad.

3. Efecto del ión Común.

4. Constante de Formación.

5. Competencia equilibrios precipitación-complejación.


VALIDEZ)

BIBLIOGRAFIA:







167


1. A partir de los valores de los productos de solubilidad del AgCl y Ag2CrO4 calcule:

a) ¿Cuál de los compuestos es más soluble?

b) La concentración de iones plata en la solución saturada en ambos casos.

K ps (AgCl) = 1,8 x 10 –10 ; K ps (Ag2CrO4) = 2,7 x 10 –12

a) Se puede llegar a una conclusión errónea de que el cloruro de plata es mássoluble que el cromato de plata, dado que la K ps (AgCl) es mayor que la K ps

(Ag2CrO4), por lo que, se debe primero obtener la solubilidad en cada caso:

AgCl (s) ↔ Ag+(ac) + Cl

- (ac)

Cinicial ------ 0 0

Formación ------ s s

Equilibrio ------ s s

K ps (AgCl) = [Ag+] [Cl-]

K ps = s2

Despejando la solubilidad:

s (AgCl) = Kps = 10x1,8 10- = 1,3 x 10 – 5 M

Ag2CrO4 (s) ↔ 2 Ag+(ac) + CrO4

-2(ac)

Cinicial ------ 0 0

Formación ------ 2 s s

Equilibrio ------ 2 s s

K ps (Ag2CrO4) = [Ag+]2 [CrO4-2]

K ps = (2s)2 x s = 4 s3

Despejando la solubilidad:

s (Ag2CrO4) = 3 4

Kps = 34

10x2,7 -12

= 8,8 x 10 – 5 M

De acuerdo a estos resultados la solubilidad del cromato de plata es casi 7 vecesmayor que la del cloruro de plata.





168

b)

S (AgCl) = [Ag+] = 1,3 x 10 – 5 M

S (Ag2CrO4) = [Ag+] / 2,

por lo tanto,

[Ag+] = 2 S (Ag2CrO4) = 2 x 8,8 x 10 – 5 = 1,8 x 10 – 4 M

2. Se añaden 1.95 g de hidróxido de cobre (II) a 1,00 L de disolución 3,00 M deamoniaco. El amoniaco reacciona con el ión cobre para formar el complejoCu(NH3)4

2+.

a) ¿Qué concentración de ión cobre quedará en disolución?b) ¿Se habrá disuelto todo el hidróxido de cobre?

Datos:K ps Cu(OH)2 = 2,2 x 10-20; K d [Cu(NH3)4

2+] = 2,0 x 10-14; M Cu(OH)2 = 97,56 g/mol

Desarrollo:

a)

Primero se determinará concentración de hidróxido de cobre:

n Cu(OH)2 =mol/g 56,97

g 95,1 = 0,0200 mol y como está en un litro de solución la

concentración será: [Cu(OH)2] = 0,0200 M

Luego se determinará la concentración de ión cobre (II), a partir del hidróxido decobre que como máximo podría reaccionar con el amoniaco, es decir, sesupondrá que todo el hidróxido se disocia, por lo tanto [Cu2+] será:

Cu(OH)2 (ac) → Cu2+ (ac) + 2 OH-(ac)

Cinicial 0,0200 M 0 0

Reacción 0,0200 M

Formación 0,0200 M 2 x 0,0200 M

Final (0,000) M 0,0200 M 2 x 0,0200 M = 0,0400 M

Por lo tanto, la máxima concentración de ion cobre (II) es: [Cu2+] = 0,0200 M.La reacción de formación del complejo, y las concentraciones de ion cobre (II) yamoniaco después de formarse suponiendo reacción total será:





169

Cu2+(ac) + 4 NH3(ac) → Cu(NH3)4

2+(ac)

Cinicial 0,0200 M 3,00 M 0

Reacción 0,0200 M 4 x 0,0200 M

Formación 0,0200 MFinal 0 2,92 M 0,0200 M

El complejo se vuelve a disociar, y teniendo en cuenta que nos quedó amoniacoen exceso, las concentraciones en el equilibrio serán:

Cu(NH3)42+

(ac) ↔ Cu2+(ac) + 4 NH3(ac)

Cinicial 0,0200 M 0 2,92 M

Reacción x 0 0

Formación 0 x 4 x

Equilibrio (0,0200 – x) M x M (2,92 + 4x) M

Para calcular el valor de x se usa la constante de disociación del complejo:

)NH(Cu

NHCuK

2

43

3

2

D

Reemplazando las [Cu2+], [NH3] y [Cu(NH3)42+] se tiene:

x)- (0,0200

x)4(2,92x10x0,2 14

Despejando y resolviendo la ecuación, el valor de x es:

x = [Cu2+] = 5,5 x 10-18 M que es la concentración de iones Cu (II) que se disociadel complejo.

b)Para determinar si el hidróxido de Cu (II) está totalmente disuelto, se determinaráQ = [Cu2+] [OH

-]2, teniendo en cuenta que [OH

-] = 0,0400 M y la de [Cu2+] = 5,5 x

10-18 M y compararlo con la K ps:

Cu(OH)2(s) ↔ Cu2+(ac) + 2 OH-(ac)

Sabiendo que Q = [Cu2+] [OH-]2 y sustituyendo los valores en la expresión:

Q = 5,5 x 10-18 x (0,0400)2 = 8,8 x 10-21 < K ps, lo cual indica que se ha disueltotodo el hidróxido de cobre.





170


1. Escriba la expresión de K ps para cada uno de los siguientes electrolitos ligeramentesolubles.

a) Ba3(PO4)2

b) Mn(OH)2

c) Ag2CrO4 d) Fe(OH)2

2. A una disolución saturada de cloruro de plomo (II) a 25ºC, se le añade yoduro

potásico hasta que alcance una concentración de 0,079 M. Calcular la cantidad deyoduro de plomo (II) que ha precipitado, expresado en gramos por litro.K ps (PbCl2) = 2,4 x 10-4; K ps (PbI2) = 1,39 x 10-8; M (PbI2) = 461 g/mol

3. Se desea separar los iones fluoruro y sulfato de una disolución que es 0,10 M ensulfato sódico y 0,10 M en fluoruro potásico, mediante la adición de cloruro de bario.Suponiendo que el volumen permanece constante, ¿qué anión precipitará primero?y ¿cuántos miligramos del que precipita primero quedarán en disolución cuando elotro empiece justamente a precipitar?K ps (BaF2) = 1,63 x 10-6; K ps (BaSO4) = 1,15 x 10-10; M (F) = 18,99 g/mol; M (S) = 32,0g/mol; M (O) = 16,0 g/mol.








171

4. A 25 mL de disolución de amoníaco del 22% y densidad 0,92 g/mL se añaden 6,69 gde cloruro de amonio y se enrasa con agua hasta 250 mL. Calcular la concentraciónmáxima de iones níquel (II) que puede quedar disuelta antes de que aparezcaprecipitado.K ps Ni(OH)2 = 1,6 x 10-16; K b (NH3) = 1,8 x 10-5; M (Cl) = 35,5 g/mol; M (N) = 14,0 g/mol

5. ¿Se disolverán 0,10 moles de AgCl en 0,10 L de disolución de tiosulfato sódico 4,0

M? Indicar la concentración de todas las especies en disolución.K ps (AgCl) = 2,8 x 10-10 y K f [Ag(S2O3)2

3-] = 2,9 x 1013

6. El bromuro de cobre (I), CuBr, tiene un producto de solubilidad de 2,0 x 10-4 molespor litro a 25°C, es decir, cuando se coloca un exceso de CuBr(s) en un litro deagua, es posible determinar que se disuelven 2,0 x 10-4 moles del sólido paraproducir una solución saturada. Calcule el valor de K ps.








172

7. Calcule las concentraciones de todas las especies que permanecen en solución almezclar 50 mL de solución de cromato de potasio 0,02 M con 50 mL de solución denitrato de plata 2 mM. Datos: K ps Ag2CrO4 = 1,2 x 10-12

8. Calcule la solubilidad molar del cloruro de plomo en una solución de cloruro deamonio 0,1 M. Datos: K ps (PbCl2) = 2,6 x 10-5

9. Una industria química convierte Zn(H2O)42+ en Zn(NH3)4

2+, más estable, mezclando50 L de Zn(H2O)4

2+ 0,002 M y 25 L de NH3 0,15 M. ¿Cuál es la [Zn(H2O)42+] final?

Datos: K f del Zn(NH3)42+

= 7,8 x 108

Zn(H2O)42+(ac) + 4 NH3(ac) ↔ Zn(NH3)4

2+(ac) + 4 H2O(l)








173

10. En el revelado de una película en blanco y negro, el exceso de AgBr es eliminadomediante una disolución acuosa de tiosulfato sódico, produciéndose la formación delion complejo Ag(S2O3)2

3-. Calcule la solubilidad del AgBr en:

a) H2Ob) Na2S2O3 1M

Datos: K f del Ag(S2O3)23- es 4,7 x 1013 y K ps AgBr es 5,0 x 10-13.

11. Una solución contiene los aniones fluoruro, sulfato y oxalato, cada uno enconcentración 0,01 M. Al agregar poco a poco una solución de cloruro de calcio, ysuponiendo que el volumen permanece constante:

Datos CaF2 CaSO4 CaC2O4 Kps (25ºC) 3,4 x 10-11 6,0 x 10-5 1,86 x 10-9

a) ¿Qué anión precipita primero?

b) ¿Cuál es la concentración del anión que precipita primero cuando se inicia laprecipitación del segundo anión?

c) ¿Cuáles son las concentraciones del primer y del segundo anión cuando seinicia la precipitación del tercer anión?

d) ¿Qué porcentaje de cada anión ha precipitado cuando se inicia la precipitacióndel tercer anión?







174

12. Se tiene una muestra de Fe3+ y Mg2+. Están en solución 0,1 M cada uno. Se requiereseparar el Fe del Mg.Datos: Kps Mg(OH)2 = 5,61 x 10-12; Kps Fe(OH)3 = 2,79 x 10-39

a) ¿A qué pH precipita el Fe?b) ¿A qué pH precipita el Mg?

13. Calcule:

a) Solubilidad del hidróxido de plata.b) Solubilidad del hidróxido de cobalto (II).c) El pH de una disolución saturada de hidróxido de plata.d) El pH de una disolución saturada de hidróxido de cobalto (II).

Datos: K ps de hidróxido de plata = 2,0 x 10 -8; K ps de hidróxido de cobalto (II) = 1,0 x10-15.

14. Una disolución saturada de hidróxido magnésico en agua destilada es 1,44 x 10-4 M.¿Qué concentración de este compuesto permanecerá en disolución al llevar el pH dela misma hasta 12? Datos: K ps = 1,5 x 10-11








175

15. a) Hallar la concentración de F- en una disolución saturada de CaF2 (K ps = 3,9 x 10-11)b) Hallar esa concentración si la disolución es además 0,2 M en cloruro cálcico.c) La concentración de Ca2+ si la disolución es 0,2 M en NaF.

16. El pH de una disolución saturada de hidróxido de calcio tiene el valor de 12,43.

a) Calcular la solubilidad y el pK ps del hidróxido de calcio.b) ¿Cuántos gramos de hidróxido de calcio precipitan si se mezclan 250 mL dedisolución 0,01 M de nitrato de calcio con 50 mL de disolución 0,1 M de hidróxidode sodio?

17. Se mezclan 10 mL de BaCl2 0,1 M con 40 mL de Na2SO4 0,1 M.

a) ¿Precipitará sulfato de bario?b) En caso afirmativo, hallar las concentraciones de todos los iones presentes en la

disolución, tras la precipitación. El K ps (BaSO4) = 1,1 x 10−10.








176

18. La constante de formación a 25°C para la reacción:

Ag+ + 2NH3 ⇋ Ag(NH3)2+ K f = 1,7 x 107

y para la reacción:

Ag+ + 2CN- ⇋ Ag(CN)2- K f = 1,0 x 1021

Calcule la constante de equilibrio a 25°C para la reacción:

Ag(NH3)2+ + 2CN

- ⇋ Ag(CN)2

- + 2NH3

19. En dos litros de agua se disuelven 3,38 g de AgNO3 y 0,2 moles de amoniaco. Seestablece el siguiente equilibrio:

Ag+ + 2NH3 ⇋ Ag(NH3)2+ K f = 1,7 x 107

a) Calcular la [Ag+] en el equilibrio.b) ¿Precipitará Ag2S si a la solución anterior se le agrega [S 2-] = 10-2 M?

Datos: K ps Ag2S = 1,6 x 10-49

20. ¿Qué masa de AgCl se puede disolver en 100 mL de solución de Na2S2O3 0,2 Msabiendo que el valor de K f para [Ag(S2O3)2]

3- = 1,0 x 1013 y el K ps = 1,0 x 10 –10?








177

RESPUESTAS

1. Respuesta a) K ps = [Ba2+]3[P O4 -3]2

b) K ps = [Mn2+][OH-]2

c) K ps = [Ag+] 2[CrO4-2]

d) K ps = [Fe+2] [OH-]

2. Respuesta: 17,5 g/L

3. Respuesta: Precipita primero el sulfato de bario y cuando empiece a

precipitar el fluoruro de bario la concentración que quedará en

disolución de sulfato es 7,2 x 10-7 M, que suponen 6,9 x 10-2 mg,

por lo que se puede decir entonces que ha precipitado

prácticamente todo el sulfato.

4. Respuesta: [Ni2+] = 8,7 x 10-8 M

5. Respuesta: [Ag+] = 1,5 x 10-14 M; [Ag(S2O3)23-] = 1,0 M; [S2O3

3-] = 2,0 M;

[Na+] = 8,0 M


7. Respuesta: K+ (20 mM), NO3- (1 mM), Ag+ (1,1 x 10-5 M), CrO4

2- (9,5 mM)


9. Respuesta: [Zn(H2O)42+] = 4,1 x 10-7 M

10. Respuesta: a) [Ag(S2O3)23-] = 7,1 x 10-7 M

b) [Ag(S2O3)23-] = 0,45 M

11. Respuesta: a) Oxalato

b) 5,47 x 10-3 M

c) [Oxalato] = 3,1 x 10-7 M; [F-] = 7,5 x 10-5 M

d) (Oxalato) 100%; (F-) 99,25%


b) pH = 9,03

13. Respuesta: a) s = 1,41 x 10-4 mol/L

b) 6,25 x 10-4 mol/L

c) pH = 10,15

d) pH = 9,10

14. Respuesta: s = 1,5 x 10-7 mol/L

15. Respuesta: a) 4,27 x 10-4 M

b) 13,96 x 10-6 M





178

c) 9,75 x 10-10 M

16. Respuesta: a) 0,0136 M; pK ps = 5

b) No hay precipitación

17. Respuesta: a) Ya que Q > K ps, si precipita el BaSO4

b) [Ba2+] = 1,05 x 10-5 M; [Na+] = 0,16 M; [SO42 ] ≈ 0,06 M;

[Cl−] = 0,04 M

18. Respuesta: K eq = 5,88 x 1013

19. Respuesta: a) 9,12 x 10-8 M

b) Q = 8,32 x 10-17. Si precipita Ag2S

20. Respuesta: 1,41 g (9,84 x 10-3 moles)





179

GUIA Nº 12

UNIDAD Nº 10

EQUILIBRIO REDOX


1. Conceptos Generales de Óxido-Reducción. Balanceo de Ecuaciones.

2. Potenciales Estándar de Reducción. Ecuación de Nernst.

3. Óxido-Reducción en Sistemas Biológicos.


VALIDEZ)

BIBLIOGRAFIA:

1. Capítulo 20. Química. La Ciencia Central. Brown, Le May, Bursten Pearson.

Prentice Hall. 9ª Edición, 2004.






180


1. a) Determinar los números de oxidación de cada elemento, identificar los elementosque sufren cambio en su número de oxidación e indicar cual se reduce en lasreacciones siguientes.

i) Fe2O3 + CO → Fe + CO2

ii) H2SO4 + KBr → Br 2 + K2SO4 + SO2 + H2O

iii) K2Cr 2O7 + H2SO4 + KI → I2 + Cr 2(SO4)3 + K2SO4 + H2O

b) Balancear las siguientes reacciones en medio ácido y medio básico por elmétodo del ion-electrón.

i) KMnO4 + H2SO4 + KI → MnSO4 + I2 + K2SO4 + H2O

ii) Cr 2(SO4)3 + KClO3 + KOH → K2CrO4 + KCl + K2SO4 + H2O

Desarrollo:

a)

i) Fe2O3 + CO → Fe + CO2

Los elementos destacados son los que cambian su estado de oxidación(E.O.):

Fe2 O3 + 3 C O → 2 Fe + 3 C O2

E.O.: +3 –2 +2 –2 0 +4 –2

Reducción: El Fe disminuye su E.O. de “+3” a “0” , luego se reduce (cadaátomo de Fe captura 3 electrones).

Oxidación: El C aumenta su E.O. de “+2” a “+4”, luego se oxida (cadaátomo de C pierde 2 electrones).

ii) H2SO4 + KBr → Br 2 + K2SO4 + SO2 + H2O


2 H2 S O4 + 2 K Br → Br 2 + K2 S O4 + S O2 + 2 H2 OE.O.: +1 +6 –2 +1 1 0 +1 +6 –2 +4 2 +1 2

Reducción: El S disminuye su E.O. de “+6” a “+4”, luego se reduce (cadaátomo de S captura 2 electrones).

Oxidación: El Br aumenta su E.O. de “-1” a “0”, luego se oxida (cada átomode Br pierde 1 electrón).





181

iii) K2Cr 2O7 + H2SO4 + KI → I2 + Cr 2(SO4)3 + K2SO4 + H2O


K2 Cr 2 O7 + 7 H2 S O4 + 6 K I → 3 I2 + Cr 2 (S O4)3 + 4 K2 S O4 + 7 H2 O

E.O.: +1 +6 -2 +1 +6 –2 +1 1 0 +3 +6 –2 +1 +6 –2 +1 2

Reducción: El Cr disminuye su E.O. de “+6” a “+3”, luego se reduce (cadaátomo de Cr captura 3 electrones).

Oxidación: El I aumenta su E.O. de “-1” a “0”, luego se oxida (cada átomode I pierde 1 electrón).

b)

i) KMnO4 + H2SO4 + KI → MnSO4 + I2 + K2SO4 + H2O

Pasos del método ion-electrón en medio ácido:

1. Moléculas o iones existentes en la disolución:

KMnO4 → K+ + MnO4 –

H2SO4 → 2H+ + SO42 –

KI → K+ + I –

MnSO4 → Mn2+ + SO42 –

K2SO4 → 2K+ + SO42 –

I2 y H2O (sin disociar)

2. Escribir semirreacciones y balancear por inspección todos los elementosque no sean ni oxígeno ni hidrógeno en las dos semirreacciones:

Oxidación: 2 I – → I2

Reducción: MnO4 – → Mn2+

3. Para reacciones en medio ácido, agregar H2O para balancear los átomosde O y H+ para balancear los átomos de H:

Oxidación: 2 I – → I2

Reducción: MnO4 – + 8 H+ → Mn2+ + 4 H2O

4. Agregar electrones en el lado apropiado de cada una de lassemirreacciones para balancear las cargas. Además si es necesario,igualar el número de electrones en las dos semirreacciones multiplicandocada una de las reacciones por un coeficiente apropiado:

Oxidación: 5 x (2 I – → I2 + 2e )

Reducción: 2 x (MnO4 – + 8 H+ + 5e → Mn2+ + 4 H2O)





182

Oxidación: 10 I – → 5 I2 + 10e

Reducción: 2 MnO4 – + 16 H+ + 10e → 2 Mn2+ + 8 H2O

Reacción global: 10 I – + 2 MnO4 – + 16 H+ → 5 I2 + 2 Mn2+ + 8 H2O

5. Escribir la reacción química completa utilizando los coeficientes halladosy añadiendo las moléculas o iones que no intervienen directamente en lareacción redox:

2 KMnO4 + 8 H2SO4 + 10 KI → 2 MnSO4 + 5 I2 + 6 K2SO4 + 8 H2O

Las 6 moléculas de K2SO4 (sustancia que no interviene en la reacciónredox) se obtienen por tanteo.

ii) Cr 2(SO4)3 + KClO3 + KOH → K2CrO4 + KCl + K2SO4 + H2O

1. Moléculas o iones existentes en la disolución:

Cr 2(SO4)3 → 2Cr 3+ + 3SO42 –

KOH → K+ + OH – KClO3 → K+ + ClO3

– K2CrO4 → 2K+ + CrO4

2 – KCl → K+ + Cl – K2SO4 → 2K+ + SO4

2 –

H2O (sin disociar)

2. Escribir semirreacciones y balancear por inspección todos los elementosque no sean ni oxígeno ni hidrógeno en las dos semirreacciones:

Oxidación: Cr 3+

→ CrO4

2 –

Reducción: ClO3 – → Cl –

3. Para reacciones en medio básico, agregar OH- para balancear los

átomos de O y H2O para balancear los átomos de H:

Oxidación: Cr 3+ + 8 OH – → CrO42 – + 4 H2O

Los 4 átomos de O que se precisan para formar el CrO42 –

provienen de los OH – existentes en el medio básico. Senecesitan el doble, pues la mitad de éstos van a parar al

H2O junto con todos los átomos de H.

Reducción: ClO3 – + 3 H2O → Cl – + 6 OH –

Los 3 átomos de O que se precisan para formar el Cl –

provienen de los OH – existentes en el medio básico. Senecesitan el doble, pues la mitad de éstos van a parar alH2O junto con todos los átomos de H.





183

4. Agregar electrones en el lado apropiado de cada una de lassemirreacciones para balancear las cargas. Además si es necesario,igualar el número de electrones en las dos semirreacciones multiplicandocada una de las reacciones por un coeficiente apropiado.

Oxidación: 2 x (Cr 3+ + 8 OH – → CrO42 – + 4 H2O + 3e )

Reducción: ClO3 – + 3 H2O + 6e – → Cl – + 6 OH –

2 Cr 3+ + 16 OH – → 2 CrO42 – + 8 H2O + 6e

ClO3 – + 3 H2O + 6e → Cl – + 6 OH –

R. global: 2Cr 3+ + 16OH – + ClO3 – + 3H2O → 2CrO4

2 – + 8H2O + Cl – + 6OH –

Simplificando los OH – y el H2O presentes en ambos miembros:

2 Cr 3+ + 10 OH – + ClO3 – → 2 CrO4

2 – + 5 H2O + Cl –

5. Escribir la reacción química completa utilizando los coeficientes halladosy añadiendo las moléculas o iones que no intervienen directamente en lareacción redox:

Cr 2(SO4)3 + KClO3 + 10 KOH → 2 K2CrO4 + 5 H2O + KCl + 3 K2SO4

Las 3 moléculas de K2SO4 (sustancia que no interviene en la reacciónredox) se obtienen por tanteo.

2. a) Calcule el potencial de una celda donde: una semicelda está formada por el par

Fe3+

/Fe2+

, en la cual la [Fe3+

] = 1,00 M y la [Fe2+

] = 0,10 M; y en la otra semiceldase encuentra el par MnO4

-/Mn2+ en solución ácida con una [MnO4

-] = 1,0 x 10-2 M,la [Mn+2] = 1 x 10-4 M y la [H+] = 1,0 x 10-3 M.

b) Una pila Al(s) / Al3+(ac) (0,10 M) // Cu+2

(ac) (0,020 M) / Cu(s) empieza a funcionar.Calcule su potencial inicial y el potencial que tendrá cuando la concentración delcatión cúprico se redujo en un 30%. ¿Cuál es la Keq y el Gº de esta reacción a25ºC?

Datos: Eº Fe3+/Fe2+ = 0,771 V; Eº MnO4-/Mn2+ = 1,51 V; Eº Al3+

(ac)/Al(s) = -1,66 V;Eº Cu+2

(ac)/Cu(s) = 0,34 V.

Desarrollo:

a)Primero se debe balancear la ecuación en medio ácido y calcular el potencialestándar, Eº:

MnO4-(ac) + 8 H+

(ac) + 5 e → Mn2+(ac ) + 4 H2O(l) Eº = 1,51 V





184

5 (Fe2+(ac) → Fe3+

(ac) + e ) Eº = - 0,771 V

MnO4-(ac) + 8 H+

(ac) + 5 e → Mn2+(ac) + 4 H2O(l) Eº = 1,51 V

5 Fe2+(ac) → 5 Fe3+

(ac) + 5 e Eº = - 0,771 V

MnO4-(ac) + 8 H+

(ac) + 5 Fe2+(ac) → Mn

2+(ac) + 4 H2O(l) + 5 Fe3+

(ac) Eºcelda = 0,74 V

O bien se puede calcular:

Eºcelda = Eºred (cátodo) − Eºred (ánodo)Eºcelda = Eº (MnO4

-) – Eº (Fe3+)

Eºcelda = 1,51 V – (0,771 V) = 0,74 V

Recordemos que la Ecuación de Nernst es:

Qlog n

0592,0 ºEE Ecuación 1

Donde Eº es el potencial estándar, n es el número de electrones y Q el cocientede reacción.

Reemplazando en la ecuación 1:

52 84

532

celda FeH MnO

Fe Mnlog

5

V 0592,0 V 74,0E

5832

54

celda

10,010x0,1 10x0,1

00,1 10x1log

5

V0592,0 V74,0E

E celda = (0,74 V – 0,32 V) = 0,42 V

b)

Primero se debe balancear la ecuación y calcular el potencial estándar, Eº:

2 x (Al(s) → Al3+(ac) + 3 e ) Eº = 1,66 V

3 x (Cu2+(ac) + 2 e → Cu(s)) Eº = 0,34 V

2 Al(s) → 2 Al3+(ac) + 6 e Eº = 1,66 V

3 Cu2+(ac) + 6 e → 3 Cu(s) Eº = 0,34 V

2 Al(s) + 3 Cu2+(ac) → 2 Al3+

(ac) + 3 Cu(s) Eºcelda = 2,00 V





185

Recordemos que la Ecuación de Nernst es:

Qlog n

0592,0 ºEE Ecuación 1

Donde Eº es el potencial estándar, n es el número de electrones y Q el cocientede reacción.

Reemplazando en la ecuación 1:

32

23

)inicial(celda

Cu

Allog

6

V 0592,0 V00,2E

3

2

)inicial(celda020,0

10,0log

6

V0592,0 V00,2E

E celda(inicial) = (2,00 V – 0,030 V) = 1,97 V

La concentración de ion cúprico se redujo en un 30%:

[Cu+2]inicial = 0,02 M

El 30% de este valor es:

M02,0x100

30Cu reducida

2

[Cu+2

]reducida = 6,0 x 10-3

M

[Cu+2]final = [Cu+2]inicial - [Cu+2]reducida = 0,02 M - 6,0 x 10-3 M

[Cu+2]final = 0,014 M

Entonces el potencial de celda es:

3

2

)final(celda014,0

10,0log

6

V0592,0 V00,2E

E celda = (2,00 V – 0,035 V) = 1,96 V

Para determinar la constante de equilibrio debemos recordar que E celda = 0, porlo tanto:

Klog n

0592,0 ºE





186

Despejando y obteniendo el antilogaritmo la constante se obtiene por la siguienteecuación:

Log K =V0592,0

nxºE

K = 10 V0592,0

nxºE

K = 10 V0592,0

6xV00,2

K = 1,00 x 10203

Para determinar Gº se utiliza la ecuación siguiente, donde F = 96500 C y que1J = C x V:

Gº = - n F Eºcelda

Gº = - 6 x 96500 C x 1,96 V = - 1,13 x 106 J

Gº = - 1,13 x 103 kJ





187


1. Indica si la reacción siguiente es una reacción redox:

8HNO3 + 3Cu → 3Cu (NO3)2 + 2NO + 4H2O

Señala qué especie es el agente oxidante y cuál es el reductor, e indica el númerode oxidación de cada uno de los elementos.

2. Dadas las reacciones siguientes:

a) CO + 2H2 → CH3OHb) HCl + NaOH → NaCl + H2Oc) 2H2S + SO2 → 3S + 2H2O

Deducir si son reacciones redox o no, y en caso afirmativo, indicar qué elementos seoxidan y cuáles se reducen.

3. Balancea por el método del ion-electrón la siguiente reacción que tiene lugar enmedio ácido:

KMnO4 + PbCl2 + HCl → MnCl2 + PbCl4 + KCl + H2O








188

4. Por acción del dicromato potásico en medio ácido sulfúrico sobre el yoduro potásico,se produce la oxidación de éste, originándose como productos de reacción sulfatopotásico, sulfato de cromo (III), yodo y agua. Balancea la reacción completa por elmétodo del ion –electrón.

5. Balancea por el método del ion –electrón:

KMnO4 + NH3 → KNO3 + MnO2 + KOH + H2O

6. Balancea por el método del ion-electrón, la reacción de oxidación de yoduro depotasio a yodo mediante clorato de potasio en medio básico (pasando a cloruro depotasio).

7. Completar y balancear por el método del ion-electrón las reacciones siguientes:

a) Ácido sulfhídrico con dicromato de potasio en medio ácido clorhídrico para darazufre y cloruro de cromo(III).

b) Dióxido de azufre con permanganato de potasio en medio ácido para dar ácidosulfúrico y sulfato de manganeso(II).

c) Arsenito de potasio con permanganato de potasio en disolución de KOH para dararseniato de potasio y dióxido de manganeso.









189

8. En las dos pilas formadas por los electrodos siguientes: a) cobre-plomo y b) plomo-hierro, predecir la polaridad de los electrodos (ánodo y cátodo) en cada caso, la femde la pila, las notaciones de las mismas y las reacciones que tienen lugar en cadauna. Potenciales de reducción (V): Cu2+/Cu: 0,34; Pb2+/Pb: -0,13; Fe2+/Fe: -0,44.

9. Los potenciales normales de reducción en condiciones estándar de los paresCu2+/Cu, Pb2+/Pb y Zn2+/Zn son respectivamente, 0,34 V, –0,13 V y –0,76 V.

a) Explica, escribiendo las reacciones correspondientes qué metal/es producendesprendimiento de hidrógeno al ser tratados con un ácido.b) Haz un esquema y escribe las reacciones de ánodo y cátodo de la pila formada

por electrodos de Zn y Pb.

10. Deduce razonadamente y escribiendo la ecuación ajustada:

a) Si el hierro en su estado elemental puede ser oxidado a Fe (II) con MoO42 –.

b) Si el hierro (II) puede ser oxidado a Fe (III) con NO3 –.

Datos: Eº (MoO42 –/Mo3+) = 0,51 V; Eº (NO3

–/NO) = 0,96 V; Eº (Fe3+/Fe2+) = 0,77 V; Eº(Fe2+/Fe0) = –0,44 V.








190

11. Se construye una pila con un electrodo de plata sumergido en una disolución 0,1 Mde Ag+ y otro electrodo de Zn sumergido en una disolución 0,2 M de Zn 2+. Indicar:

a) Reacciones que tienen lugar en ambos electrodos y reacción total.b) FEM de dicha pila.Datos: Eº Ag+/Ag = + 0,80 V; Eº Zn2+/Zn = –0,76 V.

12. Calcular la FEM de la pila Sn / Sn2+ (0,01 M) // Ag+ (0,01 M) / Ag. Escriba lassemirreacciones que tienen lugar en el ánodo y en el cátodo.

Datos: Eº Sn2+

/Sn = - 0,14 V; Eº Ag+

/Ag = + 0,80 V.

13. Calcular el potencial en condiciones estándar y la constante de equilibrio de lareacción:

2 Fe3+ + 2 I- → 2 Fe2+ + I2

sabiendo que los potenciales estándar son Eº (Fe3+/Fe2+) = + 0,77 V y Eº (I2/I-) =

+0,53 V.








191

14. La FEM de la pila Ag /AgCl(s) // Fe3+ / Fe2+ es Eº = 0,548 V.

a) Describir el proceso anódico, catódico y total.b) Calcule el valor de Gº para esta reacción.c) Calcule el valor de la constante de equilibrio para este proceso.d) Calcule el valor de la FEM si [Cl

-] = 0,50 M; [Fe3+] = 0,10 M y [Fe2+] = 0,010 M

Datos: Eº Fe 3+/Fe 2+ = + 0,77 V; Eº Ag+/Agº = + 0,80 V.

15. A continuación se muestra un diagrama de potencial en el que se indican lospotenciales estándar de reducción para las semirreacciones entre los estados deoxidación de un elemento metálico hipotético M.

Datos: Eº Ag+/Agº = +0,799 V; Eº Fe2+/Feº = -0,44 V; Cl-/Cl2(Pt) = +1,359 V; Eº

Sn2+/Sn = -0,136 V.

En condiciones normales:a) ¿reaccionará M con Ag+?;b) ¿podrá el hierro metálico reducir al catión M3+?;c) ¿puede el cloro (Cl2) oxidar al catión M3+?;d) ¿puede el estaño metálico reducir al catión M4+?;e) ¿reaccionarán M4+ y MO2

2+?







192

16. Un acumulador de plomo es una pila basada en el proceso:

Pb(s) + PbO2(s) + 2 H+(ac) + 2 HSO4

–(ac) → 2 PbSO4(s) + 2 H2O(l )

¿Por qué disminuye lentamente el voltaje mientras se va gastando?

17. Calcula el potencial estándar de la reacción: Fe2+(ac) + H2(g ) → Fe(s) + 2H+(ac). ¿Esespontánea la reacción directa? [Eº (Fe2+/Fe) = –0,44 V]

18. Calcula el potencial del proceso: MnO2(s) + 4H+(ac) + 2e → Mn2+(ac) + 2H2O(l) cuando[Mn2+] = 0,10 M y pH = 5,00 [Eº (MnO2/Mn2+) = 1,23 V]








193

19. Calcula el potencial estándar (Eº ), la energía libre estándar ( G°) y la constante deequilibrio (K ) de los siguientes procesos, indicando el sentido de circulación de loselectrones si construyéramos una pila en condiciones normales (T = 298 K, R =8,314 J K –1 mol –1, F = 96485 C mol –1):

a) Cd2+(ac) + Zn0

(s) → Cd(s) + Zn2+; Eº (Cd2+/Cdº) = - 0,40 V; E° (Zn2+/Znº) = -0,76 V;

b) MnO4 –(ac) + 8H+(ac) + 5Fe2+(ac) → Mn2+(ac) + 5Fe3+(ac) + 4H2O; Eº (MnO4 –/Mn2+) =1,51 V; Eº (Fe3+/Fe2+) = 0,77 V.

20. Calcula la constante de equilibrio de los siguientes procesos:

a) Cuº(s) + 2Ag+(ac) → Cu2+

(ac) + 2Ag(s) Eº (Cu2+/Cuº) = 0,34 V; Eº (Ag+/Agº) = 0,80 V.

b) 2MnO4 –

(ac) + 5Sn2+(ac) + 16H+

(ac) → 2Mn2+(ac) + 5Sn4+

(ac) + 8H2OEº (MnO4

–/Mn2+) = 1,52 V; Eº (Sn4+/Sn2+) = 0,15 V.c) Cl2(g) + 2I –(ac) → 2Cl –(ac) + I2(s)

Eº (Cl2/Cl –) = 1,36 V; Eº (I2/I –) = 0,53 V.







194

21. a) ¿Cuál es la solubilidad molar de HgI2 en agua?b) Calcule la solubilidad de HgI2 en una disolución con [F-]= 2,00 M (tener en cuentaque el Hg2+ forma el complejo HgF+ con el fluoruro)c) A la disolución resultante de b) se le añadió K 2Cr 2O7 en las condiciones delproblema. ¿Será capaz el K2Cr 2O7 de oxidar el Ioduro presente en el medio a Iodo?pKps (HgI2) = 28,0 Kf = 39,8 E (Cr 2O7

2-/Cr 3+ ) = 1,00V Eo (I2/I-) = 0,620 V

RESPUESTAS

1. Respuesta: +1 +5 -2 0 +2 +5 -2 +2 -2 +1 -2

8 H N O3 + 3 Cu → 3 Cu (N O3)2 + 2 N O + 4 H2 O;

Se oxida el Cu (agente reductor) y se reduce el N (agente

oxidante).

2. Respuesta: a) +2 –2 0 -2 +1 -2 +1

C O + 2 H2 → C H3 O H; Se oxida el H y se reduce el C.

b) +1 -1 +1 -2 +1 +1 -1 +1 -2

H Cl + Na O H → Na Cl + H2 O; No es una reacción redox.

c) +1 -2 +4 -2 0 +1 -2

2 H2 S + S O2 → 3 S + 2 H2 O; Se oxida y se reduce el S.

3. Respuesta: 2 KMnO4 + 16 HCl + 5 PbCl2 → 2 KCl + 2 MnCl2 + 5 PbCl4 + 8 H2O

4. Respuesta: K2Cr 2O7 + 7 H2SO4 + 6 KI → Cr 2(SO4)3 + 7 H2O + 3 I2 + 4 K2SO4

5. Respuesta: 3 NH3 + 8 KMnO4 → 3 KNO3 + 8 MnO2 + 2 H2O + 5 KOH

6. Respuesta: 6 KI + KClO3 + 3 H2O 3 I2 + KCl + 6 KOH

7. Respuesta: a) 3 H2S + K2Cr 2O7 + 8 HCl 3 S + 2 CrCl3 + 7 H2O + 2 KCl






195

b) 2 KMnO4 + 5 SO2 + 2 H2O 2 MnSO4 + 2 H2SO4 + K2SO4

c) 3 KAsO2+ 2 KMnO4 + H2O 3 KAsO3 + 2 MnO2 + 2 KOH

8. Respuesta: a) 0,47 V; Pb(s) Pb2+(ac) Cu2+(ac) Cu(s);

b) 0,31 V; Fe(s) Fe2+(ac) Pb2+(ac) Pb (s).

9. Respuesta: a) Pb y Zn.

b) Cátodo: Pb2+(ac) + 2 e Pb(s)

Ánodo: Zn(s) – 2 e Zn2+(ac)

10. Respuesta: a) Si

b) Si

11. Respuesta: a) Znº + 2 Ag+ → 2 Agº + Zn2+

b) E = 1,56 V

12. Respuesta: Ánodo (oxidación): Snº → Sn2+ + 2 e ; Eº = + 0,14 V

Cátodo (reducción): 2 (Ag+ + 1 e → Agº); Eº = + 0,80 V

Proceso global: Sn + 2 Ag+ → Sn 2+ + 2 Ag; Eº = + 0,94 V

E = + 0,881 V

13. Respuesta: Eº = + 0,24 V; K = 1,28 x 108

14. Respuesta: a) Ánodo (oxidación): Agº → Ag+ + 1 e ; pero al existir iones Cl-

en la disolución, el proceso real es el siguiente: Agº(s) + Cl

-(ac) → AgCl(s) + 1 e

Cátodo (reducción): Fe3+(ac) + 1 e Fe2+

(ac) .

Proceso global: Agº(s) + Cl-(ac) + Fe

3+(ac) → AgCl(s) + Fe

2+(ac)

b) Gº = - 53 kJ

c) K = 1,81 x 109

d) Eº = 0,589 V

15. Respuesta: a) Sí (E° = 2,03 + 0,80 = 2,83 V)

b) No (E° = -2,03 + 0,44 = -1,59 V)

c) Sí (E° = -0,47 + 1,36 = 1,89 V)

d) Sí (E° = 0,47 + 0,14 = 0,61 V);

e) No (E° = -1,15 + 0,93 = -0,22 V)16. Respuesta: Porque disminuyen las concentraciones de H+ y HSO4

–.

17. Respuesta: Eº = –0,44 V, no es espontánea.

18. Respuesta: E = 0,67 V

19. Respuesta: a) E° = 0,36 V, G° = - 69,5 kJ mol –1, K = 1,5 x 1012, del cinc al

cadmio.





196

b) E° = 0,74 V, G° = - 357 kJ mol –1, K = 3,2 1062, del hierro al

manganeso.

20. Respuesta: a) K = 3,47 x 1015

b) K = 1,0 x 10231

c) K = 1,1 x 1028

21. Respuesta: a) 2,92 x 10-10 b) 1,26 x 10-9





197

GUIA Nº 13

UNIDAD Nº 11

CINETICA QUÍMICA


1. Concepto de Velocidad de reacción.

2. Leyes de velocidad y órdenes de reacción. Ecuaciones Integradas.

3. Efecto de la temperatura.

4. Mecanismo de reacción.

5. Ejemplos en Sistemas Biológicos: KM, P50 y VMAX.


VALIDEZ)

BIBLIOGRAFIA:







198


1. Considere la reacción del ion peroxidisulfato:

S2O8-2

(ac) + 3 I-(ac) → 2 SO4

-2(ac) + I3

-(ac)

A una temperatura determinada, la velocidad de esta reacción varía con lasconcentraciones de los reactivos en la forma siguiente:

Experimento [S2O8-2] [ I- ]

t

OS2

82

10,038 0,060 1,4 x 10-5

20,076 0,060 2,8 x 10-5

30,076 0,030 1,4 x 10-5

a) Escriba la ecuación para la velocidad de desaparición de S2O8-2.

b) ¿Cuál es el valor de k para la desaparición de S2O8-2?

c) ¿Cuál es la velocidad de desaparición de S2O8-2 cuando [S2O8

-2] = 0,025 M y [I-] =

10,10 M?

d) ¿Cuál es la velocidad de aparición de SO4-2 cuando [S2O8

-2] = 0,025 M y [I-] =

3,00 M?

Desarrollo:

a)

Para escribir la ecuación de velocidad para esta ecuación es necesariodeterminar los exponentes de cada término de concentración. Primero se escribeuna ley de velocidad en términos de las incógnitas:

v = k [S2O8-2] x [I

-] y

Para determinar el valor de x se debe escoger dos experimentos donde laconcentración de ion S2O8

-2 sea diferente y la concentración de la otra especie semantenga constante, en este caso los experimentos 1 y 2; reemplazándolos:

Exp.1 1,4 × 10-5 = k (0,038)x (0,060)y Exp.2 2,8 × 10-5 = k (0,076)x (0,060)y

Dividiendo la ecuación del Exp.2 por la ecuación del Exp.1, se tiene:





199

x

x

038,0

076,02

x

038,0

076,02

2 = 2x

x = 1

En este ejemplo es fácil resolver el valor de x, que es 1, pero en caso de que lasconcentraciones no se amplificaran por números enteros, este resultado podríano ser tan obvio y entonces se resuelve por logaritmo:

log 2 = x log 2

2log2logx

x = 1

Cabe hacer notar que si se hubieran dividido las ecuaciones en forma inversa sehabría obtenido el mismo resultado.

Para encontrar el valor de y se utilizan los experimentos 2 y 3, donde cambia laconcentración de I- y se mantiene invariable la concentración de S2O8

-2.

Reemplazando los datos en la expresión de velocidad:

Exp.2 2,8 × 10-5 = k (0,076)x (0,060)y Exp.3 1,4 × 10-5 = k (0,076)x (0,030)y

Dividiendo la ecuación del Exp. 2 por la ecuación del Exp. 3, se tiene:

En el caso de x, se puede reemplazar por el valor ya conocido que es 1, pero encualquier caso, este término se simplifica, al igual que k, y queda:

y

y

030,0

060,02

y

030,0

060,02





200

2 = 2y

y = 1

Conocidos los valores de x e y, la ecuación de velocidad para la desaparición dequeda S2O8

-2:

v =t

OS2

82 = k [S2O8-2] [I-]

b)

Para determinar cual es el valor de k para la desaparición del peroxidisulfato, esnecesario primero tomar en cuenta que la velocidad de reacción medidacorresponde a la de desaparición del peroxidisulfato. Entonces se toman losdatos de concentración de cada experimento y se reemplazan en la ecuación develocidad para calcular k:

Exp. 1 1,4 × 10-5 Ms-1 = k (0,038M) (0,060M) k = 6,1 × 10-3 M-1 s-1

Exp. 2 2,8 × 10-5 Ms-1 = k (0,076M) (0,060M) k = 6,1 × 10-3 M-1 s-1

Exp. 3 1,4 × 10-5 Ms-1 = k (0,076M) (0,030M) k = 6,1 × 10-3 M-1 s-1

De los valores de k calculados se puede apreciar que resulta un único valor parak. Como se trabaja con valores experimentales, es posible que resulten valoresalgo diferentes. De ser así, se debe informar el valor promedio.

c) Si se conoce la ecuación de velocidad, se puede determinar la velocidadsimplemente reemplazando las concentraciones dadas:

v =t

OS2

82 = k [S2O8-2] [I

-]

Reemplazando:

v =t

OS2

82 = 6,1 x 10-3 M-1 s-1 [0,025 M] [10,10 M]

v =t

OS2

82 = 1,5 x 10-3 Ms-1

d)Para calcular la velocidad de aparición de ion sulfato, hay que tener presenteque la ecuación de velocidad, y por lo tanto k están dadas para la velocidad dedesaparición del ion peroxidisulfato.





201

Al reemplazar las concentraciones dadas, se obtendrá la velocidad dedesaparición del ion peroxidisulfato y luego hay que buscar la relación que existeentre ambas velocidades:

v =

t

OS2

82 = k [S2O8-2] [I-]

Reemplazando:

v =t

OS2

82 = 6,1 x 10-3 M-1 s-1 [0,025 M] [3,00 M]

v =t

OS2

82 = 4,6 x 10-4 Ms-1

De acuerdo a la ecuación química de la reacción:

v =t

OS2

82 =t

SO

2

12

4

t

SO

2

12

4 = 2 (4,6 x 10-4 Ms-1 ) = 9,2 x 10-4 Ms-1

2. En cierta reacción, la constante de velocidad a 35ºC es el doble que a 25ºC.Calcúlese la energía de activación.

Desarrollo:

Tenemos que:

k = A e RT

Ea

por lo tanto, a las dos temperaturas la relación entre las constante será:

A e K 15,298 xR

Ea

= 2 A e K 15,308 xR

Ea

Sabiendo que R = 8,314 J / mol x K, la ecuación quedará:

A eK 15,298 x

K xmol

J,3148

Ea

= 2 A eK 15,308 x

K xmol

J,3148

Ea





202

Obteniendo el logaritmo natural en ambos lados se tendrá:

ln A +K 15,298 x

K xmol

J,3148

Ea = ln A + ln 2 +

K 15,803 xK xmol

J,3148

Ea

Reordenando:

K 15,298 xK xmol

J,3148

Ea +

K15,803 xK xmol

J,3148

Ea = ln 2

Factorizando:

K 15,308

1

K 15,298

1

K xmol

J

,3148

Ea x = ln 2

4-

K xmol

J,3148

Ea10 x1,08843- x K

-1 = ln 2

K xmol

J,3148

Ea =14- K10 x1,08843

2ln = - 6368,2843 K

Despejando:

Ea = - 6368,2843 K x 8,314Kxmol

J

Ea = - 52.946 J / mol

Ea = - 53 kJ / mol

El signo negativo denota que se favorece la reacción y que además la reacciónocurre de forma espontánea.

3. Considere la enzima Invertasa, que cataliza la hidrólisis de sacarosa a fructosa yglucosa. Esta enzima posee una KM para sacarosa de 0,5 mM y una constantecatalítica de 175 min-1. Si se mide su actividad en presencia de 0,25 mM desacarosa con 25 pmol de enzima en la cubeta:





203

a) ¿Qué velocidad de catálisis se observará?b) ¿Qué fracción representa esto de la VMAX que se podría calcular en esta reacción

si se variase la cantidad de sacarosa?c) ¿Cuánto sustrato habría que añadir para que la velocidad observada alcanzase

0,95 % de la VMAX?d) ¿Qué importancia podría tener esto para la posible aplicación industrial de la

enzima? - Explique su respuesta.

Desarrollo:

a) ¿Qué velocidad de catálisis se observará?

En este problema se nos pide determinar la actividad como fracción de la V MAX para la enzima invertasa, la manera más simple de proceder es reordenar laecuación de Michaelis y Menten como sigue:

SK

SVv

M

MAX

por lo tanto:

mM 25,0Mm 5,0

mM 25,0

SK

S

V

v

MMAX

33,0V

v

MAX

Lo que nos indica que se alcanza el 33 % de la V MAX, y como:

V MAX = k CAT E T

se tiene: v = 175 min-1 x 2,5 x 10-6 mol 0,33 =

una actividad de 0,0015 mol min-1.

b) ¿Qué fracción representa esto de la VMAX que se podría calcular en esta reacciónsi se variase la cantidad de sacarosa?

Ahora, según lo obtenido en (a), para obtener un 95 % de la V MAX bastará conque:

95,0SK

S

M

De donde al despejar S tendremos:

)SK(95,0S M





204

[S] = K M 0,95/(1-0,95)

[S] = 19 K M

c) ¿Cuánto sustrato habría que añadir para que la velocidad observada alcanzase0,95 % de la VMAX?

Lo que significa que habrá que añadir:

19 x 0,5 mM = 9,5 mM de sacarosa para que la actividad alcance este valor.

d) ¿Qué importancia podría tener esto para la posible aplicación industrial de laenzima? - Explique su respuesta.

Este problema sugiere que la cantidad de sustrato es uno de los factoresimportantes a considerar cuando se desea emplear una enzima paraaplicaciones industriales.

En otras palabras, si el producto a tratar, que en este caso podría ser un almíbarhecho a base de sacarosa, posee un concentración de sustrato muy baja, esdecir que nuestro jarabe está muy diluido, deberíamos añadir mucha másenzima, puesto que ésta estaría trabajando muy por debajo de su capacidadmáxima.

Por otro lado, una alternativa para ahorrar enzima, sería tratar el jarabeconcentrado y luego añadir el agua y los otros componentes de su almíbar, paratener el producto final.





205


1. Para la reacción siguiente, indique como se relaciona la velocidad de desapariciónde cada reactivo con la velocidad de aparición de cada producto:

B2H6(g) + 3 O2(g) → B2O3(s) + 3 H2O(g)

2. La isomerización del metil isonitrilo, CH3NC, en acetonitrilo, CH3CN, se estudió enfase gaseosa a 215ºC y se obtuvieron los datos siguientes:

Tiempo (s) [CH3CN] (M)0 0,0165

2000 0,01105000 0,005918000 0,0031412000 0,0013715000 0,00074

Calcular la velocidad promedio de la reacción para el intervalo de tiempo entre cadamedición.







206

3. Los datos de la tabla siguiente pertenecen a la reacción:

CO(g) + NO2(g) CO2(g) + NO(g)

en donde vemos cómo varía la velocidad de la misma en función de la diferentesconcentraciones iniciales de ambos reactivos.

Experimento [CO]0 (M) [NO2]0 (M) v0 (M / h)1 3 · 10-4 0,4 · 10-4 2,28 · 10-8 2 3 · 10-4 0,8 · 10-4 4,56 · 10-8 3 3 · 10-4 0,2 · 10-4 1,14 · 10-8 4 6 · 10-4 0,4 · 10-4 4,56 · 10-8 5 1,8 · 10-3 0,4 · 10-4 13,68 · 10-8

Determina el orden de reacción, la constante de velocidad y la velocidad cuando[CO]0 = 0,01 M y [NO2]0 = 0,02 M.

4. La destrucción de la capa de ozono es debida entre otras a la siguiente reacción:

NO + O3 NO2 + O2

La velocidad que se ha obtenido en tres experimentos en los que se ha variado las

concentraciones iniciales de los reactivos ha sido la siguiente:Experimento [NO]0 (M) [O3]0 (M) v0 (M/s)

1 1,0 · 10-6 3,0 · 10-6 6,6 · 10-5 2 1,0 · 10-6 9,0 · 10-6 1,98 · 10-4 3 3,0 · 10-6 9,0 · 10-6 5,94 · 10-4

a) Determina la ecuación de velocidad.b) Calcular el valor de la constante de velocidad.







207

5. a) Dibuje un diagrama energético para la evolución de una reacción exotérmica.Muestre en este diagrama las energías de activación del proceso directo y delinverso. Muestre también cómo influiría la presencia de un catalizador y cómocalcular el cambio energético neto en la ecuación.

b) Para la reacción hipotética A + B ↔ C + D en condiciones también hipotéticas, la

energía de activación es de 32 kJ/mol. Para la reacción inversa, esa energía es de58 kJ/mol. Razone si la reacción es exotérmica o endotérmica.

6. Determina los órdenes de reacción total y parcial de las reacciones siguientes:

a) H2(g) + I2(g) 2 HI(g) v = k x [H2] x [I2]b) H2(g) + Br 2(g) 2 HBr (g) v = k x [H2] x [Br 2]

1/2

7. Dadas las siguientes proposiciones indicar, justificando la respuesta, cuáles sonverdaderas y cuáles son falsas. Cuando se añade un catalizador a un sistema:

a) La variación de entalpía de la reacción se hace más negativa, es decir, lareacción se hace más exotérmica y por lo tanto más rápida;

b) La variación de energía estándar de Gibbs se hace más negativa y enconsecuencia aumenta su velocidad;

c) Se modifica el estado de equilibrio;d) Se modifica el mecanismo de la reacción y por ello aumenta la velocidad de la

misma.








208

8. La figura siguiente muestra el diagrama de energía potencial para el sistemareaccionante:

A + B → C + D

a) ¿Cuál es el valor de la energía de activación para esta reacción?b) ¿Se tata de una reacción endotérmica o exotérmica?

9. La energía de activación de la reacción: A + B → Productos es de 108 kJ/mol.Sabiendo que la constante de velocidad de dicha reacción es k = 6,2 x 10 -5 s-1 a 35ºC, calcula cuánto valdrá dicha constante cuando la temperatura sea de 50ºC. Dato:R = 8,31 J/mol K







209

10. La reacción:

NO2(g) + CO(g) NO(g) + CO2(g)

sucede en dos etapas:

1ª etapa (lenta): 2 NO2 NO + NO3 2ª etapa (rápida): NO3 + CO NO2 + CO2

a) ¿Cuál es el intermediario de la reacción?b) ¿Cual es la ley de velocidad?

11. El oxido nítrico, NO, reacciona con hidrógeno formando óxido nitroso N2O:

2 NO(g) + H2(g) N2O(g) + H2O(g)

En una serie de experimentos se han obtenidos los siguientes resultados:

Experimento [NO] (M) [ H2 ] (M) v inicial(M

-1s-1)

10,064 0,022 2,6 x 10-2

20,064 0,044 5,2 x 10-2

30,128 0,022 0,1

Determinar la ecuación de la velocidad y calcular el valor de la constante develocidad.







210

12. La sacarosa, C12H22O11, reacciona en soluciones ácidas diluidas para formarazúcares más sencillos: glucosa y fructosa. Ambos azúcares tienen la fórmulamolecular C6H12O6, aunque difieren en su fórmula estructural. La reacción es:

C12H22O11(ac) + H2O(l) → 2 C6H12O6(ac)

Se estudió la velocidad de esta reacción a 23ºC en HCl 0,5 M y se obtuvieron losdatos siguientes:

Tiempo [C12H22O11] (M)0 0,316

39 0,27480 0,238

140 0,190210 0,146

¿La reacción es de primer o segundo orden con respecto a la sacarosa? Calcule k.

13. La producción de COCl2 a partir de CO y Cl2 presenta un mecanismo con lassiguientes etapas:

(1) Cl2 → 2 Cl(2) Cl + CO → 2 Cl + COCl(3) COCl + Cl2 → COCl2.

Las etapas (1) y (2) y sus inversas son rápidas.

La (3) es lenta. Deduzca la ecuación de velocidad de la reacción global.







211

14. ¿Cuál es el valor de la energía de activación para una reacción si la constante develocidad se duplica cuando la temperatura aumenta de 15 a 25ºC?

15. En la obtención del ácido nítrico, una de las etapas principales es la oxidación delóxido nítrico a dióxido de nitrógeno:

2 NO(g) + O2(g) → 2 NO2(g)Para esta reacción, se ha determinado experimentalmente que su ecuación develocidad es: v = k [NO]2 [O2] y que la constante de velocidad, a 250 ºC, vale: k = 6,5x 10-3 M-2s-1. Calcular la velocidad de oxidación del NO, a dicha temperatura, cuandolas concentraciones iniciales de los reactivos son:

a) [NO] = 0,100 M; [O2] = 0,210 M

b) [NO] = 0,200 M; [O2] = 0,420 M

16. Se aisló una cepa de S. aureus de un producto lácteo contaminado, se resembró en

un medio de Baird Parker e incubó a 35ºC durante 48 hrs., después de este tiempose contaron 500 colonias, en ese momento se le agregó un antibiótico efectivocontra este microorganismo y se observó una disminución en el número de colonias.En las 24 hrs. posteriores a la adición de antibiótico la muerte microbiana presentóuna constante de rapidez de 0,0077 h 1. Después de este tiempo se observó uncambio en el comportamiento cinético del fenómeno y para el mismo cultivo sedeterminó una constante de rapidez de 25 colonias/h hasta la total eliminación de losmicroorganismos. Calcule el tiempo en que se eliminaron todos los microorganismosde este cultivo.








212

17. La enzima ureasa cataliza la hidrólisis de la urea a amoniaco y CO2. A 295 K, lareacción sin catalizar, tiene una energía de activación de aproximadamente 125kJ/mol, mientras que en presencia de ureasa la energía de activación se reduce aunos 46 kJ/mol. ¿En qué factor incrementa la ureasa la velocidad de la reacción?

18. La KM de una hexoquinasa para la glucosa es 10-4 M. Si la concentración de glucosaen el medio de reacción es 1,8 μg/mL, ¿cuál será la relación [E] / [ES]? (M glucosa =180 g/mol).

19. A partir de los siguientes datos obtenidos para una reacción catalizadaenzimáticamente, calcular gráficamente la KM y la VMAX de dicha enzima.

Sustrato (mM)Velocidad

(μmoles/min) 0,5 1,001,0 1,671,5 2,402,0 2,502,5 2,783,0 3,00








213

20. Una enzima cataliza una reacción a una velocidad de 35 μmoles/min cuando la concentración de sustrato es 0,01 M. La KM para el sustrato es 2 x 10-5 M. ¿Cuálserá la velocidad inicial a las concentraciones de sustrato:

a) 3,5 x 10-3 M;b) 4 x 10-4 M;

c) 2 x 10-4 M;d) 2 x 10-6 M;e) 1,2 x 10-6 M?

21. Demuestre que en una reacción de primer orden el tiempo que se requiere para queen la reacción quede el 0,1 % del reactivo inicial es 10 veces el tiempo de vidamedia (t1/2).

22. El tiempo de vida de un fármaco que se descompone mediante una cinética deprimer orden a 25 °C, es de 180 días. Se sabe que la concentración inicial delfármaco no puede reducirse más del 40% para que sea terapéuticamente activo.Determine el tiempo que se puede tener almacenado a una temperatura de 25°C. R:92 días







214

23. Cierto medicamento se descompone según una cinética de primer orden. Se definetiempo de caducidad como el tiempo requerido para que la concentración inicial sereduzca al 90%. El tiempo de caducidad de este medicamento es de 45 meses si semantiene almacenado en frigorífico a 4°C. Por error un lote de 10000 envases se haalmacenado durante 6 meses a temperatura ambiente.

a) ¿Qué fracción de la concentración inicial queda sin descomponer al cabo de ese

tiempo?b) Si pretende reetiquetar el medicamento, determine el nuevo tiempo decaducidad. Asumir temperatura ambiente 25°C y Ea para el proceso dedescomposición 34,8 KJ/mol

24. La concentración inicial de un medicamento es de 94 unidades/mL y se descomponecon una cinética de primer orden y con una k = 2,09x10-5 horas-1 a 25 °C. Unexperimento previo ha puesto de manifiesto que cuando la concentración delmedicamento disminuía hasta un valor de 45 unidades/mL no era eficaz para suempleo y debía ser retirado de las farmacias. Determine qué fecha de validezdebería llevar el frasco de este medicamento.








215

25. En determinadas condiciones la penicilina se descompone según los siguientesdatos

t / °C 37 43 54k / h-1 0,0216 0,0403 0,119

a) Si la cinética de reacción es de primer orden, determine la energía de activacióndel proceso y el factor de Arrhenius (A).

b) ¿Cuánto tiempo tardaría una muestra de penicilina a 25°C en reducir suconcentración inicial al 60% en las condiciones mencionadas?

26. La fecha de vencimiento de un medicamento está determinada por el tiemponecesario para que se descomponga el 5% de uno de sus componentes. Unmedicamento es utilizable dentro de los 300 días de su fabricación si es almacenadoa 4°C y dentro de los 100 días si es almacenado a 25 °C. Considerando unareacción de segundo orden determine el tiempo de utilidad de este medicamento sies almacenado a 12 °C?Considere: 1/A – 1/A0 = k x (t – t0) siendo A la concentración.

27. Un medicamento pierde su efecto terapéutico cuando se descompone el 10% de suvalor inicial. La constante de velocidad de descomposición a 60 °C es de 0,520minutos-1 y a una temperatura de 80 °C es de 0,730 minutos-1. Calculara) La energía de activación de la reacción de descomposición R: Ea = -14,09 KJ

mol-1 b) El factor de arrhenius a 60 °C R: A = 88,23 min-1







216

28. En una determinada reacción de orden uno, la concentración de reactivo se reduce ala mitad de su valor inicial en 5000s, cuando la temperatura es 27 °C. A unatemperatura de 37 °C, la concentración se reduce a la mitad en un tiempo de 1000s.Calcular:a) La constante de velocidad de reacción a 27 °C

b) El tiempo necesario para que la concentración inicial se reduzca a la cuarta partea 37 °Cc) La energía de activación de dicha reacción R:a) 1,39x10-4 b)2000s c)124,5

KJmol-1







217

RESPUESTAS

1. Respuesta: v =t

HB 62 =t

O

3

1 2 =t

HB

2

1 32 =t

OH

3

1 2

2. Respuesta: Para to = 0 y t = 2000 s; v = 2,75 x 10 -6 Ms-1 Para to = 2000 s y t = 5000 s; v = 1,70 x 10-6 Ms-1

Para to = 5000 s y t = 8000 s; v = 9,27 x 10 -7 Ms-1

Para to = 8000 s y t = 12000 s; v = 4,42 x 10 -7 Ms-1

Para to = 12000 y t = 15000 s; v = 2,10 x 10 -7 Ms-1

3. Respuesta: Primer orden con respecto al NO2.

Primer orden con respecto al CO.

k = 1,9 mol –1·L·s –1

v = k [CO] [NO2] = 3,8 x 10 –4

mol·L –1

·s –1

4. Respuesta: a) Primer orden con respecto al O3.

Primer orden con respecto al NO

b) k = 2,2 x 10 7 M/s

5. Respuesta: a) El catalizador disminuye la energía de activación (Ea) al

formarse un complejo activado de menor energía. El calor de

reacción es el mismo en ambos casos ya que depende sólo de

la energía de los reactivos y de los productos.

b) La reacción citada es exotérmica, los reactivos tienen más





218

energía que los productos, se desprenden 26 KJ/mol. H =

-26 kJ/mol.

6. Respuesta: a) Reacción de segundo orden (1 + 1). De primer orden

respecto al H2 y de primer orden respecto al I2.

b) Reacción de orden 3/2 (1 + ½ ). De primer orden respecto alH2 y de orden ½ respecto al Br 2.

7. Respuesta: a) Falso, pues la entalpía de la reacción es función de estado y

sólo depende del estado inicial y final del sistema, en donde

no aparece el catalizador.

b) Falso, pues la energía libre de Gibbs también es función de

estado y no varía por la presencia de catalizadores. Varía la

velocidad porque varía la energía de activación.

c) Falso. Los catalizadores no influyen en el equilibrio, pues lasconstantes del mismo sólo dependen de las concentraciones

o presiones parciales de reactivos y productos y de los

coeficientes estequiométricos de la ecuación global

ajustada.

d) Verdadero, pues el catalizador cambia el mecanismo por el

que transcurre la reacción, y por tanto Ea, con lo que cambia

también la constante de velocidad, y por tanto la velocidad

de la reacción.8. Respuesta: a) Ea = 100 (kJ/mol) - 20 (kJ/mol) = 80 kJ/mol

b) La reacción es endotérmica.

9. Respuesta: Por tanto, a 50 ºC, la constante de velocidad, k, valdrá:

4,39 x 10-4 s-1

10. Respuesta: a) NO3

b) v = k [NO22

11. Respuesta: v = k [NO]2 [H2]; k = 2,9 x 102 M-2s-1

12. Respuesta: La reacción es de primer orden y su constante específica develocidad es 3,32 × 10-3 min-1.

13. Respuesta: Si la tercera etapa es mucho más lenta que las dos primeras, se

comportará como una etapa controladora y la velocidad de la

reacción global dependerá de ella. Por tanto, la reacción global

tendrá como ecuación de la velocidad la de esta tercera etapa





219

que, además se trata de una reacción elemental, con lo que la

ecuación global podrá deducirse de su estequiometría.

Esta ecuación será: v = k [COCl] [Cl2]

14. Respuesta: E A = 4,95 x 104 J mol-1

15. Respuesta: a) 1,37 x 10-5 M-1s-1 b) 1,09 x 10-4 M-1s-1

Como puede comprobarse, en el caso b), en el que ambas

concentraciones se han duplicado, la velocidad es 8 veces

mayor (22 x 2).

16. Respuesta: Primeras 24 horas: k = 0,0077 h-1, por tanto es orden uno de

modo que el número de colonias después de ese tiempo es:

ln(a - x ) = ln a - kt = ln 500 - 0,0077 x 24 = 6,0298

(a – x) = e6, 0298

; (a - x) = 415,64 colonias.Las siguientes horas hasta la muerte de todas las colonias,

k = 25 Colonias/h. Por tanto es de orden cero, de manera que el

tiempo para que mueran las 415,64 colonias que había cuando

el régimen de orden cero inició es:

t = h63,1625

064,415

k

)xa(a

Ahora el tiempo para la muerte de las 500 colonias es

t = 24 + 16,63 = 40,63 h.17. Respuesta: 1,1 x 1014

18. Respuesta: 10

19. Respuesta: KM = 2 mM; VMAX = 5 μmoles / min

20. Respuesta: a) 34,8 μmoles/min

b) 33,3 μmoles/min

c) 31,8 μmoles/min

d) 3,18 μmoles/min

e) 1,98 μmoles/min

21. Respuesta: t(0,999) / t(0,5) = 9,97

22. Respuesta: 92 días

23. Respuesta: 12 meses

24. Respuesta: 4 años

25. Respuesta: 2,8 horas





220

26. Respuesta: 123 días

27. Respuesta: a) Ea = -14,09 KJ/mol

b) A = 88,23 min-1

28. Respuesta: a) 1,39 x 10-4

b) 2000 sc) 124,5 KJ/mol

29. Respuesta: a) 6400 bacterias

b) primer orden

c) 398,6 minutos

d) 0,023105 min-1

30. Respuesta: ΔEa = - 23,66 KJ/mol





221





222

EJERCICIOS ADICIONALESSOLEMNES Y EXAMEN

SEMESTRES ANTERIORES





223

Universidad Andrés BelloDepartamento de Ciencias Químicas

Facultad de Ecología y Recursos NaturalesCurso Química General

QUI109Solemne N°1

Jueves 14 de abril de 2010

Nombre: ______________________________________ Número de Matrícula:______________

Sección: ________ Carrera: ________________________ Prof.: __________________________

Pregunta 1 2 3 4 Total NOTA

Puntaje

Apague su celular!!

Responda cada pregunta en la hoja correspondiente. UTILICE LAPIZ DE PASTA.Está prohibido pedir calculadora o cualquier otro material durante la prueba.Recuerde que la prueba es de desarrollo, por lo que debe justificar todas sus respuestas.SEA CUIDADOSO CON EL MANEJO DE LAS CIFRAS SIGNIFICATIVAS Y CON ELREDONDEO.

Escala Puntaje/ Nota:P 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

N 1.1 1.3 1.4 1.5 1.6 1.8 1.9 2.0 2.1 2.3 2.4 2.5 2.6 2.8 2.9 3.0 3.1 3.3 3.4 3.5

P 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

N 3.6 3.8 3.9 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 4.9 5.1 5.3 5.5 5.7 5.9 6.1 6.3 6.4 6.6 6.8 7.0

Datos Potencialmente tiles:

Prefijos: 1n =10-9; 1m = 10-3; 1M = 106 ; 1 Hz = s-1 Conversiones: 1 lb = 453,6 g 1 galón = 3,79L 1 año = 365días 1 eV = 1,6 x 10-19 J

1 m3 = 1000 L 1 mL = 1 cm3 1 h = 3600 s 1 cal = 4,184 JFórmulas y Constantes: E = h h = 6,63 x 10-34 Js

c = c = 3,00 x108 ms-1 E= RH ( (1/ni)

2 – (1/nf )

2) RH = 2,18 x 10-18 JCarga formal = eval – elibres – ½ eenlace





224

1.- a.- (2 puntos) Un geólogo analiza una roca colocando unas gotas de ácido sobre esta (vinagrees una opción). Al momento comienzan a aparecer burbujas de CO2. ¿Es este un cambio físico oquímico? ¿Por qué? Explique sus conclusiones y razonamiento.

b.- (4 puntos) A partir de la figura:

(i) Explique por qué los átomos de helio parecen no verse afectados por la presencia de unimán mientras que los de litio si lo hacen.

(ii) ¿Por qué el haz original en el caso de litio se desdobla en dos direcciones en lugar de unasola?

c.- (4 puntos) R y Q son átomos de distintos elementos situados en el mismo período y quetienen 5 y 7 electrones de valencia, respectivamente. Al respecto contestar las siguientespreguntas:

(i) ¿Cuál de estos dos átomos tiene mayor energía de ionización (primera energía de

ionización)? Explique brevemente.

(ii) ¿Cuál de estos átomos tiene el mayor radio atómico? ¿por qué?

(iii) ¿Qué características tendría el enlace R-Q (iónico, polar, apolar)? Justifique su respuesta.





225

2.- a.- (5 puntos) Los rayos del sol que causan el bronceado y las quemaduras de la piel están enla porción del ultravioleta (UV) del espectro electromagnético. Estos rayos se clasifican porlongitudes de onda: la llamada radiación UV-A tiene longitudes de onda en el intervalo 320-380 nm,mientras que la radiación UV-B tiene longitudes de onda en el intervalo de 290-320 nm.

(i) Calcule la frecuencia de la luz que tiene una longitud de onda de 320 nm.

(ii) Calcule la energía de un mol de fotones de 320 nm (1 mol de fotones = 6,022x1023 fotones).

(iii) ¿Cuáles fotones tienen más energía, los UV-A o UV-B? Justifique.

b.- (5 puntos) El espectro de emisión del mercurio contiene seis longitudes de onda en elrango visible: (i) 405, (ii) 408, (iii) 434, (iv) 546, (v) 577 y (vi) 579 nm.

(i) ¿Cuál de estas longitudes de onda corresponde a la transición de mayor energía? ¿y a lade menor energía? Justifique con cálculos.

(ii) ¿cuál de estos fotones emitidos por el mercurio serviría para llevar un electrón delhidrógeno desde el nivel 2 al nivel 5?





226

3.- a.- (6 puntos) En fase de vapor, el BeCl2 existe como molécula discreta.

(i) Dibuje la estructura de Lewis de esta molécula, utilizando sólo enlaces sencillos. ¿Laestructura que dibujó satisface la regla del octeto?

(ii) ¿Qué otras estructuras de Lewis pueden haber que satisfagan la regla del octeto?

(iii) Utilizando cargas formales, escoja la forma contribuyente más probable, de entre todas las

estructuras de Lewis, para describir el BeCl2.

b.- (4 puntos) Típicamente la distancia carbono-oxígeno en un enlace simple es 0,147 pm,mientras que la misma distancia en un enlace doble es de 0,120 pm y 0,110 pm en unenlace triple. Con esta información señale cuanto espera para cada una de las dosdistancias carbono-oxígeno en el ión formiato HCO2

-.





227

4.- La fluoración es el proceso de añadir compuestos de flúor al agua potable para ayudar aprevenir las caries dentales. La concentración de 1,00 mg de flúor por litro de agua es suficientepara este propósito. El compuesto normalmente utilizado para la fluoración es el fluoruro de sodio(NaF), que contiene 45,0% en masa de fluor y que también se agrega a ciertas pastas dentales.

a.- (3 puntos) Calcule la cantidad de fluoruro de sodio en kilogramos necesaria en una ciudadde 80000 habitantes si el consumo de agua diario por persona es de 150 galones.

b.- (3 puntos) ¿Cuál porcentaje de fluoruro de sodio se desperdicia, si cada persona usadiariamente apenas 6,00 L de agua para beber y cocinar?

c.- (4 puntos) Suponer que debido a las condiciones climáticas el NaF se encuentrahumedecido (hidratado). En un experimento se toman 100,00 gramos del NaFhumedecido y se lleva a un horno para secarlo, después que se ha eliminado toda elagua se pesa nuevamente el NaF y el peso es de 94,500 gramos. ¿Cuántos kilogramosdel NaF humedecido debo pesar para fluorar la misma cantidad de agua descrita en laparte (a) de este problema? (densidad del agua=1,0 g/mL)





228



QUI109Solemne N°2

Jueves 19 de mayo de 2010




Puntaje

Apague su celular!!


Escala Puntaje/ Nota:P 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20N 1.1 1.3 1.4 1.5 1.6 1.8 1.9 2.0 2.1 2.3 2.4 2.5 2.6 2.8 2.9 3.0 3.1 3.3 3.4 3.5

P 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

N 3.6 3.8 3.9 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 4.9 5.1 5.3 5.5 5.7 5.9 6.1 6.3 6.4 6.6 6.8 7.0


Conversiones: 1 lb = 453,6 g 1 L = 1000 mL 1 mL = 1 cm3 1 atm = 760 torr = 760 mmHg1 m3 = 1000 L

Fórmulas y Constantes: Constante Universal de los gases: R = 0,08205 atm L mol-1 K-1 Número de Avogadro: N A = 6,023 x 1023 entidades / mol

Ecuación de Gas Ideal: PV = nRT ; Presión Parcial: Pi = Xi P ; Fracción Molar : Xi = ni / nT

Ley de Difusión de Graham:1

2

2

1

M

M

r

r donde r 1 y r 2 son velocidades de difusión de los gases 1 y 2,

y M1 y M2 sus respectivas masas molares.





229

1.- a.- (4 puntos) Ordene las siguientes sustancias en orden creciente para su presión de vapor 0ºC?

i.- Acetona b.- Metano c.- Metanol d.- Etanol

ORDEN: ____menor que ____ menor que ____ menor que ____

Justificación de la respuesta (Sugerencia: utilice tipo, número e intensidad de las interacciones):

b.- (2 puntos) Explique por qué BrF4- es plano cuadrado mientras que el BF4

- es tetraédrico.

c.- (2 puntos) ¿En cuál de estas moléculas, CF4 o SF4, cree que el ángulo real de enlace sea

más cercano al ángulo ideal predicho por el modelo RPECV? Explique brevemente.

d.- (2 puntos) ¿Qué tipo de fuerzas intermoleculares explican la diferencia siguiente: Xe es

líquido a presión atmosférica y 120 K, mientras que el Ar es gaseoso.





230

2.- a.- (6 puntos) De acuerdo a Wikipedia (http://es.wikipedia.org/) huella de carbono “es unamedición de la cantidad de anhídrido carbónico (CO2) emitido a través de la combustión decombustibles fósiles”. El día 15 de Mayo de 2011, mediante inserto en diario El Mercurio, lacompañía METROGAS publicitó el lanzamiento de lo que llamó Tarifa Verde. Los clientes de estacompañía (que distribuye gas natural), que opten por esta tarifa, podrán neutralizar la huella decarbono asociada al consumo, a costo de 6 pesos por cada metro cúbico consumido. Suponiendoque el gas natural esta compuesto de metano (CH4) y que se recibe en domicilio a 15ºC y 0,9875atm de presión:

(i) calcule la huella de carbono en kilogramos asociada al consumo de un 1,000 m3 de gas.

(ii) Si una familia utiliza típicamente 20 m3 mensuales de gas, ¿cuál será el costo de neutralizar

sus emisiones durante un año?

b.- (4 puntos) Se permitió que un gas con masa molecular desconocida se efundiera a través

de una abertura pequeña en condiciones de presión constante. Se requirió de 105 s para laefusión de 1.0 L del gas. En condiciones experimentales idénticas se requirió 31 s para laefusión de 1.0 L de O2 gaseoso. Calcule la masa molar del gas desconocido.





231

3.- Cierto gas es utilizado con oxígeno como anestésico general, y se compone sólo de 85,7 % deC y 14,3 % de H en masa.

a.- (4 puntos) Si 1,56 g de este gas están en un recipiente de 1,00 L de volumen a 0,984 atm y50,0°C, determine su fórmula molecular.

b.- (2 puntos) Escriba la ecuación química balanceada para la combustión de este gas enpresencia de oxígeno molecular gaseoso que da lugar a la formación de anhídrido carbónico yagua gaseosos.

c.- (2 puntos) Si se hacen reaccionar los 1,56 g del gas con 6,4 g de oxígeno molecular,determine el reactivo en exceso y la cantidad que queda sin reaccionar.

d.- (2 puntos) Considerando el punto anterior y además que el volumen y la temperatura semantienen constantes, determine la presión final del recipiente y las presiones parciales delos gases presentes una vez ocurrida la reacción.





232

4.- Una cierta tableta antiácida de masa 500 mg contiene como componentes hidróxido demagnesio (Mg(OH)2), hidróxido de aluminio (Al(OH)3) y un aglutinante inerte. Para el análisis deesta tableta se le disolvió en 50,0 mL de HCl 0,500 M. Las reacciones que se producen son:

Mg(OH)2(s) + HCl(ac) MgCl2(ac) + H2O (l)

Al(OH)3(s) + HCl(ac) AlCl3(ac) + H2O (l)

La disolución resultante (que es ácida), requirió de 30,9 mL de NaOH 0,255 M para suneutralización completa.

a.- (4 puntos) calcule el numero de moles de iones hidroxilo (OH-) en la tableta.

b.- (6 puntos) Si la tableta contiene 5,0% de aglutinante, ¿Cuántos miligramos de Mg(OH) 2 y

cuántos miligramos de Al(OH)3 contiene la tableta?





233



QUI109Solemne N°3

Jueves 23 de junio de 2010




Puntaje

Apague su celular!!



P 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

N 3.6 3.8 3.9 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 4.9 5.1 5.3 5.5 5.7 5.9 6.1 6.3 6.4 6.6 6.8 7.0


Conversiones: 1 g = 1000 mg 1 L = 1000 mL 1 kJ = 1000 J 1 cal = 4,184 J

Fórmulas y Constantes: R = 0,08205 atm L mol-1K-1 = 8,314 J mol-1K-1; Kps = S2 (para sal 1:1)

T (K) = t (°C) + 273,15; Tf ° = Tf ° - Tf = Kf m ; pH = - Log [H+] ; F = 96500 C mol-1

G° = H° - T S° ; G°= - n F E°; G°= - R T Ln K; para 02 cbxax ;a

acbb x

2

42





234

1.- La trinitroglicerina o TNG, C3H5N3O9 (mejor conocida como nitroglicerina), se ha utilizado muchocomo explosivo detonando fácilmente por percusión (lo que dificulta su manejo). Sin embargo, almezclarse con tierra de diatomeas se vuelve muy estable y sólo detona con un cebo. Resulta untanto sorprendente que también se use en medicina, para aliviar la angina de pecho, al dilatar losvasos sanguíneos. La entalpía de descomposición de la TNG a 1 atmosfera de presión y 25oC paraformar N2(g), CO2(g), H2O(l) y O2(g) es de -1541,4 kJ/mol.

a.- (2 puntos) Escriba una ecuación química balanceada para la descomposición de la TNG.

b.- (2 puntos) Calcule el calor estándar de formación ( f Ho) de la TNG.

c.- (2 puntos) ¿es espontánea la descomposición de la TNG a 25°C y 1 atm? Justifique.

d.- (2 puntos) Una dosis estándar de TNG para aliviar la angina de pecho es de 0,60 mg.Suponiendo que tarde o temprano el cuerpo quema totalmente esta muestra, para dar nitrógenogaseoso, agua líquida y dióxido de carbono gaseoso, ¿Cuántas calorías se liberan?

e.- (2 puntos) Una forma común de la TNG se funde alrededor de los 3oC. Con base en estainformación y en la fórmula de la sustancia, ¿cabe esperar que sea un compuesto molecular oiónico?

Datos: f H0(CO2,(g)) = -393,5 kJ mol-1; f H

0(H2O,(l)) = -285,8 kJ mol-1 S0(CO2,(g)) = 213,7 J mol-1K-1; S0(H2O,(l)) = 69,9 J mol-1 K-1; S0(O2,(g)) = 205,1 J mol-1K1;S0(N2,(g)) = 191,6 J mol-1 K-1; S0(TNG,(s)) = 545,9 J mol-1 K-1





235

2.- El reactivo de Tollens es un complejo acuoso de diamina-plata, [Ag(NH3)2]+, presentado

usualmente bajo la forma de nitrato. Recibe ese nombre en reconocimiento al químico alemánBernhard Tollens. El complejo diamina-plata(I) es un agente oxidante, reduciéndose a platametálica, que en un vaso de reacción limpio, forma un "espejo de plata" característico. Éste esusado en el laboratorio para verificar la presencia de aldehídos, que son oxidados a ácidoscarboxílicos, mientras que las cetonas dan negativo al test.

a.- (3 puntos) Obtenga la ecuación global balanceada y muestre, a partir de los datosproporcionados, que [Ag(NH3)2]

+ es capaz de oxidar acetaldehído (CH3CHO) hasta ácidoacético en condiciones estándar. Indique el número de electrones transferidos.

b.- (2 puntos) Calcule G°

c.- (2 puntos) Calcule Ln K

d.- (3 puntos) ¿Qué efecto tendrá aumentar el pH sobre la espontaneidad de la reacción?Recuerde que la ecuación de Nernst es: Ecelda = Eo

celda - (0,0592/n) log Q

Potenciales estandar de reducción:[Ag(NH3)2]

+(ac) + e- → Ag(s) + 2 NH3(ac) Eo = 0,370 V

CH3COOH(ac) + 2 H+(ac) + 2e- → CH3CHO(ac) + H2O(l) Eo = -0,581 V





236

3.- (10 puntos) El catión Ba2+(ac) es bastante tóxico. A pesar de esto, la sal insoluble sulfato de

bario; BaSO4(s); en forma de suspensión acuosa se utiliza en forma habitual en el análisis del tractointestinal mediante Rayos-X, debido a su opacidad a estos. El equilibrio de solubilidad es:

BaSO4(s); Ba2+(ac) + SO4

2-(ac)

a.- ¿Cuál es la cantidad de ión bario en mg presente en 200 mL (un vaso) de una suspensiónsaturada de sulfato de Bario a 25°C?

b.- Si la dosis letal es de 79 mg de Ba2+(ac) por kilogramo de peso corporal, ¿es seguro utilizar

la sal en un adulto de 80 kg? ¿Y en un niño de 5 kg?

c.- Decida si la cantidad calculada en a.- aumentará al entibiarse la solución hasta 37°C en elcuerpo del paciente. Fundamente su respuesta en base a los datos proporcionados.

d.- Algunas personas presentan alergia al catión bario, Ba2+(ac), por lo que cantidades como las

calculadas en a.- pueden provocarles reacciones graves. Si necesita analizar el tracto de unapersona mediante rayos-X y requiere usar sulfato de Bario, que precaución(es) tomaría paraminimizar este efecto de alergia:

i.- Agregar cloruro de Bario; BaCl2; a la suspensión.ii.- Agregar cloruro de sodio ; NaCl; a la suspensión.iii.- agregar sulfato de sodio; Na2SO4; a la suspensión.iv.- Disminuir el pH de la suspensión mediante la adición de ácido cítrico.

Justifique cada una de sus respuestas. (Nota: BaCl2, NaCl y Na2SO4; son completamentesolubles en agua.)

Datos: Kps(BaSO4) = 1,1 x 10-10 ; f Ho(BaSO4(s)) = -1473,2 kJ mol-1; f H

o(Ba2+(ac)) = -537,64 kJ

mol-1; f Ho(SO4

2-(ac)) = -909,27 kJ mol-1.





237

4.- a.- (5 puntos) Se desea preparar un volumen V de una solución de pH = 1,8, agregando “x” mLde HF 2,0 mol/L a 100 mL de agua. Si para HF se tiene Ka = 6,75 x 10-4

, calcule los “x” mLnecesarios para preparar esta solución. (Considere V = 100 mL + “x” mL).

b.- (5 puntos) Una solución acuosa de ácido tricloroacético (CCI3COOH) 0,124 molal, tieneun punto de congelación de -0,423 °C. ¿Cuál es el porcentaje de disociación del ácido?Kf (H2O) = 1,86 °C/molal.





238



QUI109EXAMEN

Martes 05 de julio de 2011

Nombre: _________________________________ Número de Matrícula:______________



Puntaje

Apague su celular!!



P 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

N 3.6 3.8 3.9 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 4.9 5.1 5.3 5.5 5.7 5.9 6.1 6.3 6.4 6.6 6.8 7.0


Conversiones: 1 g = 106 g 1 g = 103 mg 1 L = 1000 mL

Fórmulas y Constantes: R = 0,08205 atm L mol-1K-1 = 8,314 J mol-1K-1; Kps = S2 (para sal 1:1)

T (K) = t (°C) + 273,15; pH = - Log [H+] ; pKa = - Log Ka ; pH = pKa + log ([sal]/[ácido])

para 02 cbxax ;a

acbb x

2

42

t k A

A

o][

][ln





239

1.- a.- (5 puntos) Para los siguientes aniones, BF4- y BrF4

-, escriba las correspondientesestructuras de Lewis más probables y en base a ellas, indique cuál es la geometría molecular quetendrían estas especies.

b.- (5 puntos) Las proteínas son largas cadenas de aminoácidos unidas por enlaces peptídicosentre el grupo carboxilo (-COOH) y el grupo amino (-NH2). Muchas proteínas forman en suestructura lo que se conoce como bolsas hidrofóbicas, o “bolsillos hidrofóbicos”, son

secciones de la cadena proteica que interaccionan muy débilmente con otras moléculas, através de dipolos muy pequeños ó Di. ¿Qué aminoácido (s) esperaría encontrar Ud. en estasbolsas hidrofóbicas y por qué? Justifique para cada caso.





240

2.- Una muestra de magnesio de 21,496 g entra en reacción Oxígeno (O 2) y Nitrógeno (N2) del aireal calentarse para formar una mezcla de MgO y Mg3N2, de acuerdo a las reacciones (nobalanceadas)

Mg(s) + O2(g) → MgO(s)

Mg(s) + N2(g) → Mg3N2(s)

Si al hacer reaccionar esta mezcla con agua se obtiene 2,183 g de amoniaco gaseoso, deacuerdo a la reacción:

Mg3N2(s)) + H2O(l) → Mg(OH)2(s) + ____ NH3(g)

a.- (4 puntos) ¿Cuál es la composición de la mezcla de MgO y Mg3N2.

b.- (3 puntos) ¿Cuánto oxígeno y cuanto nitrógeno se consumieron en la reacción?

c.- (3 puntos) ¿Cuál es la masa de mezcla MgO y Mg3N2. que se produjo?





241

3.- (5 puntos) a.- Se desea preparar un volumen V de una solución de pH = 1,8, agregando “x” mLde HF 2,0 mol/L a 100 mL de agua. Si para HF se tiene Ka = 6,75 x 10-4

, calcule los “x” mLnecesarios para preparar esta solución. (Considere V = 100 mL + “x” mL).

b.- (5 puntos) Una solución buffer se prepara mezclando 0,250 mol de H2PO4- y 0,250 mol de

HPO42- y diluyendo con agua hasta un volumen de 1,00 L. El pH del buffer es 7,21 y la respectiva

Ka es 6,2x10-8. ¿Cuántos moles de NaOH deben ser agregados para aumentar el pH a 8,21?




4.- (10 puntos) Una droga que se usa en el tratamiento para la depresión requiere que laconcentración mínima en la sangre sea de 450 g/L. La droga es metabólicamente eliminadapor un proceso de primer orden con un tiempo de vida media de 2,2 horas. Un paciente de 80kg de peso, con un volumen de sangre de 6,0 L toma una pastilla de 25 mg de estemedicamento. ¿Cuánto tiempo después debe tomar una nueva pastilla para que siga bajo elefecto de esta droga?

guia ejercicios qui 109

Documents