[química 2º bachillerato] ejercicios + soluciones: química e industria

110/Química e industria

Química e industria 10Química

Una metalúrgica libera SO2 al oxidar Cu2S con aire. Si el aire contiene un 30% de O2 y se tratan cada día 1000 t demineral que tiene un 20% de Cu2S:a) Calcula los m3 de aire (en c. n.) necesarios.b) ¿Cuántos kg de SO2 se liberarán a la atmósfera?c) Si el SO2 reacciona con agua atmosférica, ¿cuánto H2SO4 habrá por m3 de aire en los gases de salida?d) Si estos gases se diluyen cien veces en la atmósfera y luego precipitan en forma de lluvia sobre un lago de 10 000

m2, mezclándose con una capa superficial de agua de 5 m, ¿cuál es el pH de la capa superficial del lago?Datos: mH = 1; mO = 16; mS = 32,1; mCu = 63,5.

a) La reacción de tostación es:

2 Cu2S + 3 O2 2 SO2 + 2 Cu2O

= 93 861 m3 aire/día

b)

c) La reacción de producción de ácido sulfúrico es:

SO2 + O2 SO3 SO3 + H2O H2SO4

= 123 319 kg H2SO4/día

que, diluidos en los 93 861 m3 aire/día, representan una concentración de:

d) El volumen de agua del lago en el que se supone que se disuelve en un primer contacto es:

10 000 m2 · 5 m = 50 000 m3 = 5 · 107 L

Los moles de H2SO4 producidos al cabo de un día son:

Si todos ellos se disolvieran en la capa superficial del lago, con independencia de su disolución enla atmósfera, la concentración de H2SO4 y de H3O

+ que se alcanzaría en las aguas sería:

[H3O+] = 0,05 M pH = −log (0,05 M) = 1,3

1,257 · 10 mol H SO

5 · 10 L= 0,025 M

62 4

7

123 319 kg H SO ·1000 g

1 kg·

1 mol H SO

98,12 4

2 4

gg H SO= 1,257 · 10 mol H SO

2 4

62 4

123 319 kg H SO /día

93 861 m aire/día= 1,3142 4

3kkg H SO /m aire2 4

3

80 578 kg SO

día·

1000 g

1 kg·

1 mol SO

64,1 g2 2

SSO·

1 mol H SO

1 mol SO·

98,1 g H SO

1 mol2

2 4

3

2 4

H SO·

1 kg

1000 g=

2 4

12

10 g mineral

día·

20 g Cu S

100 g mineral·

1 m92 ool Cu S

159,1 g Cu S·

1 mol SO

1 mol Cu S·

642

2

2

2

,,1 g SO

1 mol SO·

1 kg

10 g= 80 578 kg SO /2

23 2 ddía

10 g mineral

día·

20 g Cu S

100 g mineral·

1 m92 ool Cu S

159,1 g Cu S·

1 mol O

1 mol Cu S·

1002

2

2

2

mol aire

30 mol O·

22,4 L

1 mol (c.n.)·

1 m

2

3

11000 L=

1

© Grupo Editorial Bruño, S. L.

BS_Quimica2Bac_10_PAU 3/4/09 08:49 Página 1

Química

2

Una planta produce alcohol etílico por fermentación de productos agrícolas de desecho. Este etanol se destina auna producción alternativa de polietileno por deshidratación. Calcula los kg de polietileno que se obtendrán diaria-mente a partir de la fermentación de carbohidratos equivalentes a 1 000 kg de glucosa (C6H12O6), suponiendo unrendimiento global del 60 % en la fermentación y del 40 % en la polimerización.

Datos: mH = 1; mC = 12; mO = 16.

La fermentación alcohólica es una oxidación parcial de la glucosa, realizada en condiciones anae-robias:

C6H12O6 2 CH3UCH2OH + 2 CO2

La deshidratación del etanol conduce a eteno o etileno:

CH3UCH2OH CH2uCH2 + H2O

A partir de él se puede producir polietileno:

n CH2uCH2 HU(CH2UCH2U)nUH

Unos altos hornos producen 10 000 t de arrabio diarias con una riqueza en hierro del 95 %. Suponiendo que separte de una hematita con un contenido en óxido de hierro (III) del 75 %, calcula qué cantidad de carbón decoque se necesitará como mínimo y cuál será la cantidad de dióxido de carbono liberada a la atmósfera diaria-mente.

La reacción de reducción del hierro que tiene lugar en un alto horno es:

Fe2O3 (s) + 3 CO (g) 2 Fe (l) + 3 CO2 (g)

El monóxido de carbono, CO, que actúa como reductor, se obtiene a partir del carbón de coque:

C (s) + O2 (g) CO2 (g) C (s) + CO2 (g) 2 CO(g)

El enunciado no aclara si el 25 % de impurezas de la hematita actúan oxidando el CO a CO2 o si setrata de impurezas inertes. En el primer caso, debería multiplicarse por 100/75 con la conversiónanterior.

8,5054 · 10 mol Fe O ·3 mol CO

1 mol Fe O·7

2 32 3

11 mol CO

1 mol CO·

43,9999 g CO

1 mol CO= 12 2

2

,,1227 · 10 g CO = 1 122,7 t CO102 2

8,5054 · 10 mol Fe O ·3 mol CO

1 mol Fe O·7

2 32 3

11 mol C

1 mol CO·

12,011 g C

1 mol C= 3,0647 · 10 g C = 3,0647 t coque9

10 g arrabio ·95 g Fe

100 g arrabio·

1 mol F10 ee

55,847 g Fe·

1 mol Fe O

2 mol Fe= 8,5054 ·2 3 110 mol Fe O7

2 3

3

6 667 mol C H ·1 mol polietileno

mol C H·

42 4

2 4n

00

100·

· 26 g polietileno

1 mol polietileno

n··

1 kg

1000 g= 69 kg polietileno

10 g C H O ·1 mol C H O

180 g·

2 mol C H O66 12 6

6 12 6 2 6

11 mol C H O·

60

100·

1 mol C H

1 mol C H O=

6 12 6

2 4

2 6

6 667 mol C H2 4

2



Química


¿Qué puede indicar la presencia de nitritos en el agua potable o en las aguas naturales?

Los nitritos representan un estado de oxidación inferior al máximo y más estable que correspondea los nitratos. En presencia de oxígeno, los nitritos, NO−

2, se oxidan fácilmente a nitratos, NO−3. Por

ello, si se encuentran nitritos en las aguas es porque estas presentan condiciones reductoras alhaberse consumido el O2 disuelto en ellas. Este consumo de O2 se debe, normalmente, a una acti-vidad desmesurada de los microorganismos heterótrofos cuando están en presencia de elevadascantidades de materia orgánica, de modo que la presencia de nitritos en las aguas son un indiciode contaminación orgánica.

Atendiendo a los datos de la tabla 10.5 de la página 408, calcula la cantidad de alimento que sería necesario paracubrir las necesidades energéticas del metabolismo basal del hombre estándar (13 389 J/día), suponiendo que ladieta está formada exclusivamente por:a) Hidratos de carbono.b) Lípidos.c) Proteínas.

a) Los de hidratos de carbono presentan un calor promedio de combustión de 17,1 J/g y un apro-vechamiento fisiológico del 97 %. Con estos datos, el cálculo de la ingesta necesaria para cubrirlas necesidades basales es:

b) Los lípidos presentan un calor promedio de combustión de 39,2 J/g y un aprovechamiento fisio-lógico del 95 %. Así, el cálculo de la ingesta necesaria para cubrir las necesidades basales es:

c) Las proteínas presentan un calor promedio de combustión de 23,2 J/g y un aprovechamientofisiológico del 92 %.

Pero además, a diferencia de lo que ocurre con los lípidos e hidratos de carbono, las proteínasconllevan una pérdida de 5,25 J/g al excretarse la urea por la orina.

Por tanto, estos 5,25 J/g pueden restarse de los 23,2 J/g dando un calor de combustión de 17,95 J/g.Para calcular la ingesta necesaria para cubrir las necesidades basales:

Escribe la reacción de transesterificación con alcohol metílico del trioleato de glicerina. ¿En qué tipo de procesorelacionado con los carburantes se realiza esta reacción?

OL

OL

CH2UOUCU(CH2)7UCHuCHU(CH2)8UCH3 + CH3OH CH2UOH H3CUOUCU(CH2)7UCHuCHU(CH2)8UCH3

OL

OL

CH UOUCU(CH2)7UCHuCHU(CH2)8UCH3 + CH3OH CHUOH + H3CUOUCU(CH2)7UCHuCHU(CH2)8UCH3

OL

OL

CH2UOUCU(CH2)7UCHuCHU(CH2)8UCH3 + CH3OH CH2UOH H3CUOUCU(CH2)7UCHuCHU(CH2)8UCH3

Es la reacción de obtención de biodiésel a partir de aceites vegetales. Se obtienen ésteres metílicosde los ácidos grasos constituyentes y glicerina.

6

13 389 J

día

g de proteínas

17,95 J

100 g de proteína⋅ ⋅

ss ingeridas

92 g aprovechados= 810,8 g de proteeínas/día

13 389 J

día

g de lípidos

39,2 J

100 g lípidos ingeri⋅ ⋅ ddos

95 g aprovechados= 359,5 g de lípidos/día

13 389 J

día

g de H de C

17,1 J

100 g de H de C ingeridos

9⋅ ⋅

77 g aprovechados= 807,2 g de H de C/día

5

4



Química

4

¿Qué diferencias existen entre las biogasolinas y el llamado biodiésel?

Las biogasolinas están formadas por mezclas de hidrocarburos con longitudes de cadena compren-didas entre 6 y 12 átomos de C. Se obtienen a partir de biomasa. Se pueden usar en motores deexplosión de gasolina.

El biodiésel está formado por ésteres (generalmente metílicos o de otros alcoholes de cadenacorta) de ácidos grasos entre 16 y 18 átomos de C. Se obtiene a partir de aceites vegetales. Sepuede usar en motores diésel.

¿Qué diferencias existen entre el biodiésel y el llamado gasóleo ecológico?

El biodiésel está formado por ésteres (generalmente metílicos o de otros alcoholes de cadenacorta) de ácidos grasos entre 16 y 18 átomos de C. El biodiésel se obtiene a partir de aceites vege-tales reciclados o sin usar por procesos de transesterificación con alcoholes de baja masa molecu-lar como el metanol.

R1UCOOUChH2 R1UCOOUCH3 C

hH2OH

R2UCOOUChH2 + 3 CH3OH R2UCOOUCH3 + C

hHOH

R3UCOOUCH2 R3UCOOUCH3 CH2OH

El gasóleo ecológico está formado por mezclas de hidrocarburos. Se obtiene a partir de biomasapor gasificación liberando H2 y CO. Luego, a partir del H2 y el CO, se obtienen hidrocarburos porel proceso de Fischer-Tropsch.

n CO + (2n + 1/2) H2 CnH2n + 1 + n H2O

n CO + 2n H2 CnH2n + n H2O

Escribe la reacción de hidrólis del ácido acetilsalicílico y nombra los productos resultantes.

Explica la síntesis de Kolbe del ácido salicílico y nombra todas las sustancias que participan en ella. ¿En qué con-diciones se realiza esta síntesis?

La síntesis de Kolbe recibe el nombre de la reacción partida que es propiamente la reacción deKolbe. En esta reacción se obtiene el salicilato sódico calentando el fenóxido sódico con dióxido decarbono a presión.

La acidificación del salicilato sódico rinde ácido salicílico:

salicilato sódico

——

—

O– Na+

O

——C

ácido salicílico

——

—

OH

O

——CH+

OHOH

—

——

fenóxido sódico salicilato sódico

—O

O

——

——

O– Na+

+ C

O–

O

——

O

C

H ——

—

O– Na+

O

——

OH

C

——

O—C—CH3

O

COOH

——

+ H3O+

——

OH

COOH

+ HO—C—CH3

O

——

ácido acetilsalicílico ácido acético o etanoicoácido salicílico

10

9

8

7



Química


Este ácido salicílico se acetila para obtener el ácido acetilsalicílico. En lugar de usar ácido etanoicoo acético la acetilación funciona mejor con el anhídrido acético que en medio ácido se protonadando un electrófilo más fuerte:

El ataque del grupo UOH del ácido salicílico escinde el anhídrido acético y se produce la esterifi-cación:

Enumera todas las sustancias con las que se podría hacer reaccionar el ácido salicílico para obtener el ácido ace-tilsalicílico. Escribe las respectivas reacciones de obtención.

Podría producirse por esterificación directa con ácido etanoico:

También por esterificación con el cloruro de etanoilo:

Y por esterificación con el anhídrido acético que es el reactivo generalmente elegido:

Aunque teóricamente se podría obtener por transesterificación con otro éster (por ejemplo etano-ato de metilo), se producirían reacciones secundarias entre el grupo ácido del ácido salicílico y elalcohol resultante de la transesterificación primaria que serían poco convenientes.

Un mineral argentífero contiene un 21,64 % de cloruro de plata. El proceso de obtención de plata a partir del mine-ral tiene un rendimiento de 85 %. La plata obtenida se convierte en una aleación de una riqueza de 910 milésimas.

12

ácido salicílico

—OH

—COOH

ácido acetilsalicílicoanhídrido acético ácido acético o etanoico

——

—

O

O—C—CH3

—COOH

—

O

O

——

———

C—CH3

C—CH3

O

—

O

HO

——C—CH3++ + H+

——

HO

COOH

+ HCl

ácido salicílico

O—C—CH3

O

——

——

COOHácido acetilsalicílico ácido clorhídricocloruro de etanoílo

—

O

Cl

——C—CH3+

——

OH

COOH

+ H2O

ácido salicílico

O—C—CH3

O——

——

COOHácido acetilsalicílicoácido etanoico o acético agua

—O

HO

——C—CH3+

11

——

—

HO

O

—

———

C—CH3

C—CH3

O

—

—

——H

O

ácido salicílico

—COOH

—

O

O—C—CH3

ácido acetilsalicílico ácido acético

—COOH

+

+HO

O

—C—CH3+

+ H+

—

O

O

——

———

C—CH3

C—CH3

O

—

HO

O

—

———

C+—CH

C—CH3

O

H+



Química

6

Calcula la cantidad de aleación que podrá obtenerse a partir de 3 toneladas de mineral.Datos: mAg = 107,868 g; mCl = 35,453.

3 10 g mineral21,64 AgCl

100 g mineral

1mol AgC6⋅ ⋅ ⋅ll

143,321g AgCl

1mol Ag

1molAgCl

85 mol Ag obteni⋅ ⋅

ddos

100 mol Ag teóricos

1000 g aleación

910 g Ag= 4

⋅

⋅ 556 392,86 g aleación = 0,456 t aleación



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