%282015%29 Guía de Problemas Nº 5 y 6 - Fórmulas%2c Nomenclatura%2c Estequiometría

Química General – Guía de Problemas

Fórmulas, nomenclatura y estequiometría Cuestionario 1. Mencionar los números de oxidación principales del hidrógeno, oxígeno, calcio, cloro, sodio, flúor, potasio, bromo, magnesio, carbono, silicio, iodo. 2. Sabiendo que la suma de todos los números de oxidación de los elementos en una molécula es cero, determine los números de oxidación de cada átomo en los siguientes compuestos: fluoruro de calcio: CaF2, nitrato de sodio: NaNO3, cloruro de magnesio: MgCl2, sulfato de calcio: CaSO4, fosfato de bario: Ba3(PO4)2. 3. Nombre el ácido de origen que da lugar a los siguientes aniones: a) ión nitrito: NO2- b) ión nitrato: NO3- c) ión fosfato: PO4- d) ión clorato: ClO3- e) ión perclorato: ClO4- f) ión cianuro: CN- g) ión cloruro: Cl- h) ión carbonato: CO3-2. 4. Defina y de ejemplos de porcentaje de pureza de reactivos, rendimiento de una reacción, reactivo limitante y reactivo en exceso.

Problemas 1. Balancear las siguientes ecuaciones por método algebraico: a) Fe + H20 → Fe3O4 + H2 b) N2 + O2 → N2O5 c) Br2 + KOH → KBr + KBrO3 + H2O d) KMnO4 + SO2 + H2O → K2SO4 + MnSO4 + H2SO4 e) C12H22O11 + O2 → CO2 + H2O f) pentacloruro de fósforo + agua → ácido ortofosfórico + cloruro de hidrógeno g) sulfato de aluminio + amoníaco + agua → hidróxido de aluminio + sulfato de amonio h) nitrato cobaltoso + hidrógenosulfuro de amonio + amoníaco → sulfuro cobaltoso + nitrato de amonio

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RESPUESTA

a) 3Fe + 4H20 → 1Fe3O4 + 4H2 b) 2N2 + 5O2 → 2N2O5 c) 3Br2 + 6KOH → 5KBr + 1KBrO3 + 3H2O d) 2KMnO4 + 5SO2 + 2H2O → K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4 e) 1C12H22O11 + 12O2 → 12CO2 + 11H2O f) PCl5 + 4H2O → H3PO4 + 5HCl g) Al2(SO4)3 + 6NH3 + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3(NH4)2SO4 h) Co(NO3)2 + NH4HS + NH3 → CoS + 2NH4NO3 RESOLUCIÓN DEL ITEM ‘d’

KMnO4 + SO2 + H2O → K2SO4 + MnSO4 + H2SO4 Paso 1, asigno una letra a cada compuesto en la ecuación: KMnO4 + SO2 + H2O → K2SO4 + MnSO4 + H2SO4 a                        b    c  d  e  f Paso 2, identifico todos los elementos que constituyen todos los compuestos presentes en la ecuación: K, Mn, O, S, H (5 elementos) Paso 3, planteo cada ecuación usando las letras de modo de igualar cada uno de los elementos de ambos lados. Para cada elemento tendré una ecuación diferente. O sea, aquí tengo 5 elementos, debo tener 5 ecuaciones que usen las letras asignadas a los compuestos. igualo igualo igualo igualo igualo

el el el el el

K Mn H S O

  a = 2d   a = e   2c = 2f ⇒ c = f   b = d + e + f  

4a + 2b + c = 4d + 4e + 4f

Paso 4, le asigno un número sencillo (el 1) a una de las letras, sea a=1; y voy entonces despejando todos los valores reemplazando en las ecuaciones. Si quedan números fraccionarios (del tipo ½) al terminar multiplico por 2 para que queden todos números enteros.

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Paso 5: reemplazo todos los coeficientes que obtuve en la ecuación y VERIFICO que todos los elementos hayan quedado bien igualados de ambos lados. Los coeficientes obtenidos son: a=2, b=5, c=2, d=1, e=2, f=2 2KMnO4 + 5SO2 + 2H2O → K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4 2. Disociación de ácidos, sales e hidróxidos. Escribir las ecuaciones de disociación de cada uno de los protones y oxhidrilos de las siguientes moléculas: H3PO4, Mg(OH)2 , H2SO4 . Y la disociación de las siguientes sales: Ca(NO3)2, Ba3(PO4)2, Al2(SO4)3. RESPUESTA

H3PO4 → 3H+ + PO43Mg(OH)2 → 2OH- + Mg2+ H2SO4 → 2H+ + SO42Ca(NO3)2 → Ca2+ + 2NO3Ba3(PO4)2 → 3Ba2+ + 2PO43Al2(SO4)3→ 2Al3+ + 3SO42-

3. Cuando se calienta bromuro de bario en una corriente de cloro, se lo convierte totalmente en cloruro de bario. A partir de 3 g de bromuro de bario, se obtuvieron 2,1 g de cloruro de bario. Calcule la masa atómica del Bario utilizando. Datos: mCl = 35,45 g/mol ; mBr = 79,9 g/mol. RESPUESTA

136,6 g/mol

4. Hallar por el método algebraico los coeficientes estequiométricos de la siguiente ecuación: Cu + H2SO4 → CuSO4 + SO2 + H2O Si se hacen reaccionar 3,5 kg de cobre con un kilo de ácido sulfúrico. a) ¿Qué masa de agua se forma?. b) ¿Algunos de los reactivos está en exceso? En caso afirmativo, ¿Qué masa del mismo quedó sin reaccionar?

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RESPUESTA

Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O a) 184 g H2O b) 3176 g de Cu no reaccionó

5. Hallar los coeficientes estequiométricos de la siguiente ecuación por el método algebraico. Ag2S + NaOH + Al → Na2S + NaAlO2 + Ag + H2O Si se hacen reaccionar 400 g de NaOH con 482,22 g de Ag2S y 35 g de Al. a) ¿Qué masa de Ag se formará?. b) Si algún reactivo se encuentra en exceso indicar cuál es y que masa quedó sin reaccionar. RESPUESTA

3Ag2S + 8NaOH + 2Al → 3Na2S + 2NaAlO2 + 6Ag + 4H2O a) 419,6 g de Ag b) 194 g de NaOH no reaccionó

6. Se hacen reaccionar 15 g de carbonato de sodio con 35 g de ácido clorhídrico, para formar cloruro de sodio, dióxido de carbono y agua. a) ¿Qué reactivo está en exceso y en que cantidad? RESPUESTA

24,7 g de HCl en exceso

7. A y B son dos elementos que se combinan para formar dos compuestos de fórmulas A2B3 y AB. Calcule la masa atómica de A y de B sabiendo que 0,15 moles de cada uno de dichos compuestos tienen una masa de 23,954 y 10,777 gramos respectivamente. Identifique ambos elementos en la tabla periódica. RESPUESTA

A: 55,9 (Ni) B: 16 (O)

8. Dada la siguiente ecuación de formación del sulfato de aluminio: H2SO4 + Al(OH)3 → Al2(SO4)3 + H2O Calcule: a) La masa de ácido necesaria para obtener 5 moles de sulfato de aluminio. Página  4  de  12

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b) La masa del hidróxido de aluminio al 95% de pureza necesaria para ello. c) La masa de agua que se formará. d) La masa de sulfato de aluminio que se formaría si la reacción tiene solamente un rendimiento del 87%. e) Si la reacción transcurre según d), que masa de cada reactivo habrá que emplear para obtener 5 moles de sulfato de aluminio. Considere la pureza del hidróxido de aluminio como 95%. f) A nivel industrial si se hacen reaccionar 1,7 toneladas de H2SO4 con 1 tonelada de Al(OH)3 (95%) ¿Cuál será el reactivo limitante? Que masa de sulfato de aluminio se obtiene si el rendimiento del proceso es del 93,2%. RESPUESTA

a) 1,47 kg b) 0,82 kg c) 0,54 kg d) 1,487 kg e) 1,69 kg de ácido y 0,92 kg de base al 95% f) 1843 kg

9. Se necesitan reducir 45 g de CuO con H2(g). Para ello se empleará 20 veces la cantidad estequiométrica del gas produciéndolo con Zn(s) y y HCl al 15%. Este último se prepara a partir de una solución concentrada de HCl al 37% que tiene una densidad de 1,19 g/ml. a) Calcular la masa de HCl al 15% que se debe emplear. b) Calcular la masa de HCl al 37% empleada. c) El volumen de agua (δ = 1 g/ml) que se debe mezclar con el HCl al 37% para obtener la masa solicitada en a). RESPUESTA

a) 5499,3 g HCl al 15% b) 2229,45 g HCl al 37% c) 3269,85 ml de H2O

10. Escriba las fórmulas de los compuestos que se proponen: Óxido de aluminio Óxido hipobromoso Ácido brómico Óxido de litio Óxido sulfuroso Ácido nítrico Óxido de magnesio Óxido yódico Ácido nitroso Hidróxido cúprico Hidróxido de potasio Bromuro de amonio Hidróxido de cromo (III) Hidróxido estánnico Carbonato férrico Hidróxido de estroncio Hidróxido ferroso Hipoyodito de bario Ácido hipobromoso Hidrógenosulfuro niqueloso Carbonato de Hierro (III) Óxido de titanio (IV) Hidróxido de plata Óxido plúmbico Ácido selénico Hidróxido manganoso Óxido sulfúrico

Ácido ortofosfórico Ácido peryódico Ácido sulfhídrico Nitrato mercúrico Sulfato de cobre (II) Sulfito de calcio Sulfato antimonioso Borato de sodio Bromuro férrico

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Bromato de aluminio Carbonato de litio

Hipoclorito de calcio Cloruro de amonio

Perclorato de bario Silicato cobáltico

Yodito de sodio Yoduro mercúrico

RESPUESTA

Al2O3 Li2O MgO Cu(OH)2 Cr(OH)3 Sr(OH)2 HBrO TiO2 H2SeO4 Al(BrO3)3 Li2CO3

Br2O SO2 I2O5 KOH Sn(OH)4 Fe(OH)2 NiHS Ag(OH) Mn(OH)2 Ca(ClO)2 NH4Cl

HBrO3 HNO3 HNO2 NH4Br Fe2(CO3)3 Ba(IO)2 Fe2(CO3)3 PbO2 SO3 Ba(ClO4)2 Co2(SiO3)3

H3PO4 HIO4 H2S Hg(NO3)2 CuSO4 CaSO3 Sb2(SO4)4 Na3BO3 FeBr3 NaIO2 HgI2

11. Una muestra, de 10,50 g, de una mezcla de carbonato de calcio y de sulfato de calcio se calienta para producir la reacción CaCO3 (s) → CaO (s) + CO2 (g)

La masa de gas obtenido es de 0,080 moles. Calcule el porcentaje de carbonato de calcio en la mezcla original. RESPUESTA

76,19%

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RESOLUCIÓN

Sabiendo los moles de gas formados podemos calcular la cantidad de carbonato que tuvo que reaccionar (la reacción es 1:1): nCaCO3 = nCO2 = 0, 08 molCaCO 3 Y multiplicando por la masa molar, obtenemos los gramos de carbonato originales: g mCaCO3 = nCaCO3  MrCaCO3 = 0, 08 molCaCO3 100,1 = 8, 0 g CaCO3 mol CaCO3 Finalmente sacamos el porcentaje de carbonato en los 10,5 gramos de muestra:

%CaCO3 =

8 g CaCO3 10, 5 g CaCO3 +CaSO4

100 = 76,19%

12. Se disuelven en agua 5,00 g de una mezcla que contiene solamente óxido de sodio y de óxido de bario y se trata con ácido sulfúrico diluido, con lo que se obtienen 3,43 g de sulfato de bario. Establezca la composición porcentual de la mezcla de óxidos. RESPUESTA

45% BaO, 55% Na2O

13. ¿Qué tanto por ciento de cloro contiene una mezcla a partes iguales de KCl y NaClO3? RESPUESTA

40,45%

14. Cierto mineral contiene un 62,5% de sulfuro de níquel(II). ¿En qué cantidad de mineral estará contenido 1 kg de níquel? RESPUESTA

2,48 kg

15. Se ponen en contacto 1,60 g de flúor y 1,60 g de hidróxido de sodio, los que producen la reacción F2 (g) + NaOH (aq) → OF2 (g) + NaF (aq) + H2O (l)

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Calcule: a) masa de fluoruro de sodio que se obtiene. b) moles de difluoruro de oxígeno obtenidos RESPUESTA

1,68 g de NaF y 0,02 moles de OF2

16. ¿Cuántos gramos de sulfuro de cromo(III) se formarán a partir de 0,928 g de óxido de cromo(III) de acuerdo con la ecuación?: 2 Cr2O3 (s) + 3 CS2 (l) → 2 Cr2S3 (s) + 3 CO2 (g) RESPUESTA

1,22 g de sulfuro de cromo(III)

17. Considere la reacción entre 4,070 kmoles de monóxido de carbono y 1,20 kg de óxido férrico: Fe2O3 (s) + CO (g) → Fe (s) + CO2 (g) Calcule el rendimiento porcentual de la reacción sabiendo que se obtienen 612 g de hierro. RESPUESTA

72,9%

18. Se ponen en contacto 3,50 g de sodamina y 3,50 g de nitrato de sodio producen la reacción

los cuales

NaNH2 (s) + NaNO3 (s) → NaN3 (s) + NaOH (s) + NH3 (g) Sabiendo que se obtienen 1,20 g de azida de sodio, calcule el rendimiento porcentual de la reacción. RESPUESTA

61,86%

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19. Se calienta nitrato de amonio, de 95% de pureza y con un rendimiento de proceso del 80%. NH4NO3 (s) → N2O (g) + 2 H2O (g) Calcule la masa de reactivo necesaria para obtener 8,93 moles de óxido de dinitrógeno. RESPUESTA

940g

20. Se tratan 200 g de dióxido de plomo, de 88% de pureza, con un exceso de solución concentrada de ácido clorhídrico: PbO2 (s) + HCl (aq) → Cl2 (g) + PbCl2 (s) + H2O (l) Calcule los moles de cloro que se obtienen, si el proceso tiene un 25% de pérdida. RESPUESTA

0,55 moles

21. Se tratan 100 g de antimonio, de 97% de pureza, con un exceso de solución de ácido nítrico: Sb (s) + HNO3 (aq) → Sb2O5 (s) + NO2 (g) + H2O (l) En base a un rendimiento del 75% calcule: a) La masa de pentóxido de diantimonio resultante. b) Los moles dióxido de nitrógeno que se obtienen. RESPUESTA

96,6 g de Sb2O5 y 2,93 moles de NO2

22. Se obtienen 1,055 moles de dióxido de azufre con un rendimiento del 70%: Na2SO3 (aq) + H2SO4 (aq) → SO2 (g) + Na2SO4 (aq) + H2O (l)

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Calcule la masa de sulfito de sodio, de 50% de pureza, de la cual se parte. RESPUESTA

379,8 g

23. Se disuelven 5,00 g de un ácido puro en agua. Al agregar zinc en exceso se desprenden 0,0672 g de hidrógeno. ¿Qué masa de solución de hidróxido de sodio al 50% neutraliza la totalidad del ácido? Zn (s) + 2 H+ (aq) → Zn2+ (aq) + H2 (g) RESPUESTA

5,33g de solución

24. El estaño reacciona con ácido nítrico en exceso según la ecuación Sn (s) + HNO3 (aq) + H2O (l) → H2SnO3 (s) + NO (g) posteriormente, a 100°C: H2SnO3 (s) → SnO2 (s) + H2O (g) Si el estaño tiene una pureza del 95% y el rendimiento del proceso es del 78% ¿qué masa de estaño se requiere para obtener 25 kg de óxido estánnico? RESPUESTA

26,6 kg de Sn 25. La masa de una mezcla de cloruro de potasio y de bromuro de potasio es de 3,595 g. Al calentar en presencia de cloro todo el bromuro se transforma en cloruro. Al término de la reacción la masa total es 3,121 g. Calcule la proporción porcentual de bromuro de potasio en la mezcla original. RESPUESTA

35,16%

26. El bromo se puede obtener en el laboratorio por reacción entre el bromuro de potasio, el ácido sulfúrico y el óxido de manganeso(IV), de acuerdo a la ecuación: Página  10  de  12

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2 KBr + MnO2 + 3 H2SO4 → 2 HKSO4 + MnSO4 + Br2 + 2 H2O Calcular las cantidades de KBr, MnO2 con un 92,5% de pureza, y H2SO4 al 60%, que se necesitan para obtener 60,0 g de Br2 RESPUESTA

89,25 g de KBr; 35,6 g de MnO2; 184,2 g de H2SO4 RESPUESTA

Se calculan los moles de Br2 obtenidos: m Br2 60, 0gBr2 nBr2 = = = 0, 375 mol Br2 MrBr2 159, 8 g mol Br2 Como se requieren 2 moles de KBr por cada mol de Br2 formados nKBr = 2  nBr2 = 2  0, 375 mol Br2 = 0, 750 molKBr

mKBr = nKBr  MrKBr = 0, 750 molKBr 119, 0

g = 89, 25gKBr mol KBr

Además se requiere 1 mol de MnO2 por mol de Br2 formado, entonces nMnO2 = nBr2 = 0, 375 mol MnO2 Pero como el MnO2 tiene una pureza de 92,5% 0, 375 mol MnO2 nMnO2 = = 0, 41 mol MnO2 0, 925 g mMnO2 = nMnO2  MrMnO2 = 0, 41 molMnO2  86, 9 = 35, 6gMnO2 mol MnO2 El mismo razonamiento se utiliza para el H2SO4 nH2 SO4 = 3  nBr2 = 3  0, 375 molBr2 = 1,13 molH 2 SO4

nH2 SO4 =

1,13 molH 2 SO4 0, 6

= 1, 88 molH 2 SO4

mH2 SO4 = nH2 SO4  MrH2 SO4 = 1, 88 molH 2 SO4  98, 0

g = 184, 2gH 2 SO4 mol H 2 SO4

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27. Si se calientan 800 g de Sb2S3 con 200 g de limaduras de hierro y se obtienen 150 g de antimonio metálico. Determinar: a) el reactivo limitante; b) el porcentaje de conversión del hierro; c) el porcentaje de coversión del Sb2S3. Sb2S3 + 3 Fe → 2 Sb + 3 FeS RESPUESTA

a) Fe; b) 51,5%; c) 26,1%

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