Problemas Química general-temas varios

PROBLEMARIO QUÍMICA GENERAL NACIONAL SIGLO XX ING. LEONARDO SUAREZ MOLLINEDO ÁREA DE TECNOLOGÍA

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LA MATERIA SUS PROPIEDADES Y SU MEDICIÓN 1. La densidad del aire a una presión de 1 atmosfera y 25ºC es de 1,19 g/L. ¿Cuál es la masa en kilogramos del aire de una habitación que tienen las siguientes dimensiones 8,2 x 13,5 x 2,75 m? Solución: Primero: Calculamos volumen de la habitación: V =8,2 m x 13,5 m x 2,75 m=304,4 m3 El volumen de la habitación está en (m3) por lo que es necesario convertir a (L) para que así su unidad sea compatible con el de la densidad: 3 1.000 L 304,4 m . =304.425 L 1 m3 Segundo: De la ecuación de la densidad despejamos la masa y reemplazamos el volumen y la m D= ; → m=V . D densidad del aire: V g m=V . D=304.425 L x 1,19 =362.265,8 g L Finalmente convertimos los (g) a (kg) que es la unidad en la que nos pide la masa de aire: 1 kg aire 362.265,8 g aire x =362 kg 1.000 g aire 2. El aceite se extiende en una capa delgada sobre el agua cuando se presenta un derrame de petróleo crudo. ¿Cuál es el área en metros cuadrados que cubre 200 cm3 de aceite si la capa que se forma tiene un espesor de 0,5 nm. Solución: El área de la capa de aceite responde a la siguiente fórmula:

A=

V e

Como el área que nos pide debe estar expresada en m 2, realizamos las conversiones convenientes para cada dato:

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V =200 cm x

e=0,5 nm x

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1L 1 m3 −4 3 x =2 x 10 m 1000 cm3 1000 L

10−9 m =5 x 10−10 m 1 nm

Finalmente, reemplazamos los datos en la ecuación del área: A=

2 x 10−4 m3 =4 x 105 m2 −10 5 x 10 m

3. El precio del oro varía mucho y ha subido hasta 1.300 dólares la onza troy. ¿Cuánto valen 227 gramos de oro a 1.300 dólares la onza troy? Solución: Es necesario conocer a cuantos gramos equivale 1 onza troy de oro: 1 onza troy=31 gramo s A partir de este dato realizamos las conversiones necesarias para determinar el valor de 227 gramos de oro: 227 g Au x

1 onza troy 1.300 $ us x =9.519 $ us 31 g Au 1onza troy

4. Se tiene un prisma hexagonal de 3,5 cm de lado y una altura de 15 cm, la pieza se pesa en una balanza y se obtiene 220 gr. ¿Calcular la densidad de la pieza? Solución: Primero: El hexagonal es: V = Ab. h

volumen

del

prisma

El área de la base se calcula de la siguiente forma: Perímetro . apotema Ab= 2

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La apotema (a) está dada por:

El perímetro (P) está dado por: Dónde:

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l 2 ¿ 2 l 2−¿ a=√ ¿

P=6 . l

l es el lado del hexágono.

Remplazando el valor de l en las fórmulas dadas: 3,5 cm ¿ ¿ 3,5 cm 2 ¿ 2 ¿ ¿ a=√ ¿ P=6 . 3,5 cm

El área (Ab) del prisma es:

Ab=

6,35 cm .3,03 cm 2 =19,2 cm 2

El volumen (V) del prisma es: 2

3

V = A b . h=19,2 cm .15,0 cm=288 cm La densidad de la pieza es: D=

m 220 g 3 = =0,76 g /cm 3 V 288 cm

5. Un experimento de laboratorio necesita que cada estudiante use 6,55 gramos de cloruro de sodio. El instructor abre un frasco nuevo de 1,00 lb de la sal. Si cada uno de los 24 estudiantes toman exactamente la cantidad estipulada, ¿cuánto quedará en el frasco al final de la sesión de laboratorio? Solución: Los 24 estudiantes utilizaran: Sal u sada ¿ 24 . 6,55 g=157,2 g de sal El frasco contiene: 1lb sal=453,6 gr sal La sal que queda es:

Sa l qued a =453,6 g−157,2 g=296,4 g

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6. Si tres suicidas de igual peso se amarran, uno con una roca de 5.10 2 mg, otro con 1,5 libras de acero y el último con 4,8 onzas de hierro, y se lanzan al mar decididos a morir. ¿Quién se ahogara más rápido? ¿Por qué? 1. El primero b) El segundo c) El tercero d) Ninguno Solución: Primero convertimos todos los pesos a una sola unidad, en este caso elegimos gramos: Primer suicida: 5 .102 mg x Segundo suicida: 1,5 lbacero x Tercer suicida: 4,8 onzas x

1g =0,5 g 1000 mg 453,6 g =680,4 g 1 lb

28,35 g =136,1 g 1 onza

Como los pesos atados son muy bajos ninguno se ahoga. 7. a) ¿Cuántos Kg de aire hay en un aula de 12m por 10 m por 8m, si la densidad del aire es 80 lb/litro? b) ¿Cuántas libras de aire aspiraran 30 alumnos, en 90 minutos, si cada uno de ellos realiza 20 aspiraciones de 1/2 litro por minuto? Solución: a) Calculamos el volumen del aula en litros: 3 1.000 L 5 V =12 m. 10 m. 8 m=960 m x =9,6 x 10 L 3 1m Despejamos de la fórmula de densidad, la masa y convertimos a kilogramos: 80 lb 1 kg 5 7 8 m=V . D=9,6 x 10 L . =7,7 x 10 lb. =3,510 kg aire 1L 0,22 lb b) Cada alumno aspirara en 1 minuto: 20 aspiraciones 0,5 L 1 minuto x x =10 L aire 1minuto 1 aspiración En 90 minutos cada alumno aspirara: 10 L aire 90 minutos x =900 Laire 1 minuto Los 30 alumnos aspiraran: 900 L aire 30 alumnos x =27.000 L aire 1 alumno

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Las libras de aire aspirado serán: lb m=V . D=27.000 L aire . 80 =2,2 x 106 lb de aire L 8. El calor específico del hierro es 0,107 cal/gr °C. ¿Qué cantidad de calor se necesita para calentar 100 gr de hierro desde 20°C hasta 70°C. Solución: Utilizamos la primera ley de la termoquímica: q=m. C e .( ∆T )

q=100 g Fe . 0,107

cal . ( 70ºC−20 ºC )=535 cal g ºC

9. La temperatura del hielo seco (temperatura de sublimación a presión normal) es -109 °F. ¿Es mayor o menor que la temperatura del etano en ebullición que es de -88°C.? Solución: Debemos convertir ambas temperaturas a una misma escala, escogemos la escala Celsius o centígrada. Hielo seco:

5 5 ºC= . ( ºF−32 )= . (−109−32 )=−78,3 º C 9 9

Etano en ebullición: −88º C La temperatura del hielo seco es mayor que la del etano en ebullición.

10. Un matraz de vidrio pesa vacío 20,2376 gr y 20,3102 gr lleno de agua a 4°C hasta una cierta marca. El mismo matraz se seca y se llena hasta la misma marca con una solución a 4°C. Ahora el peso es 20,330 gr. ¿Cuál es la densidad de la solución?

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Solución: Calculamos primero el peso del agua contenido en el matraz: mH O=20,3102 g−20,2376 g=0,0726 g de agua 2

La densidad del agua a 4ºC es 1 g/cm3, con este valor calculamos el volumen ocupado por el agua en el matraz que será el mismo volumen que ocupe la solución. V agua =V solución =

0,0726 g de agua 3 =0,0726 cm g 1 3 cm

Antes de calcular la densidad de la solución, hace falta calcular el peso de la solución que será: msolución =20,330 g−20,2376 g=0,0924 g de solución Finalmente calculamos la densidad: 0,0924 g g D= =1,27 3 3 0,0726 cm cm 11. Un líquido con un volumen de 10,7 mL tiene una masa de 9,42 gr. El líquido puede ser octano, etanol o benceno, y las densidades de éstos son: 0,702 g/mL, 0,789 g/mL y 0,879 g/mL, respectivamente. ¿Cuál es la identidad del líquido? Solución: Calculamos la densidad del líquido: 9,42 g D= =0,88 g /mL 10,7 mL El líquido es el benceno. 12. Un picnómetro es un aparato de vidrio usado para determinar exactamente la densidad de un líquido. El picnómetro seco y vacío tiene una masa de 27,314 g. Cuando se llena el picnómetro con agua destilada a 25ºC, la masa total es de 34,842 g. Cuando se llena con cloroformo (un líquido usado como anestésico antes que se conociera sus propiedades tóxicas), el aparato tiene una masa de 41,842 g. a. ¿Cuál es el volumen del picnómetro? b. ¿Cuál es la densidad del cloroformo? a) Solución: Se calcula la masa de agua contenida en el picnómetro: mH O=34,842 g−27,314 g=7,528 g 2

Si consideramos que la densidad del agua a 25ºC es: D = 0.9970479 g/cm³, calculamos

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el volumen del agua que será la misma que del picnómetro.

V H O =V picnómetro = 2

7,528 g =7,55 cm 3 g 0,997 3 cm

b) Para calcular la densidad del cloroformo calculamos primero la masa ocupada por este líquido en el picnómetro: mcloroformo=41,842 g−27,314 g=14,528 g La densidad del cloroformo será: D cloroformo=

14,528 g g =1,92 3 3 7,55 cm cm

13. El oro puro es un metal demasiado blando para muchos empleos, por lo cual se liga o se alea con otros para darle más resistencia mecánica. Una aleación determinada se hace mezclando 60 g de oro, 8,0 g de plata y 12 g de cobre. ¿De cuántos quilates es está aleación, si se considera que el oro puro es de 24 quilates? Solución:

Se considera que: 24 quilates=100 Au Se calcula el porcentaje de oro en la mezcla: 60 g Au Au= x 100=75 ( 60 g +8,0 g +12 g ) mezcl a La aleación tendrá por tanto: 75 .

24 quilates =18 quilates 100

14. Suponer que se ha ideado un nuevo termómetro, con su escala correspondiente, llamado termómetro X. En la escala X, el punto de ebullición del agua está a 130º X, y el punto de congelación en los 10ºX. ¿A qué temperatura se leerá la misma cifra de grados en el termómetro Fahrenheit y en el termómetro X? Solución: Calculamos la función que relaciona la escala ºX y la escala ºF: ∆X ∆F = ∆ X 1 ∆ F1 De la siguiente proporcionalidad entre escalas calculamos la función:

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X−10 F−32 = 130−10 212−32 Que resulta: 3 F= X +17 2 Sea, y: valor para el cual ambas medidas son iguales. Para hallar el valor de y, se sustituye ésta en la función encontrada: 3 y= y +17 2 De donde resulta: y = -34 º; entonces -34 ºF = -34 ºX 15. ¿Qué está más frio, ¿algodón a -100ºC o algodón a -138ºF? Solución: Debemos convertir ambas temperaturas a una misma escala, escogemos la escala Celsius o centígrada. Algodón a – 138 ºF: 5 5 ºC= . ( ºF−32 )= . (−138−32 )=−94,4 º C 9 9 Algodón a -100ºC La temperatura del algodón a – 100 ºC está más frio. 16. La aspirina está contenida en 0,0648 g/pastilla, ¿cuantas libras de aspirina hay un frasco de 500 pastillas? -2

-2

A) 7,41x10 lb B) 7,14x10 lb

Solución: 500 pastillas .

-1

-3

C) 7,14x10 lb D) 7,14x10 lb E) Ninguno

0,0648 g aspirina 1 lbaspirina . =7,14 x 10−2 lb 1 pastilla 453,6 g aspirina La respuesta es B.

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17. Una estrella normal irradia una energía de unos 1046 joule durante su vida media de 1010 años. Determine la cantidad de materia que pierde cada siglo en Kg. A) 1,1*10

Solución:

21

B) 3,2*10

3 x 10 ¿ m s ¿8¿ ¿ ¿ ¿

E=mc 2 → m=

E = c2

10 46

18

C) 4,3*10

23

D) 1,1*10

19

E) Ninguno

kg m 2 s2 ¿

1 siglo .

100 años 1,1 x 1029 kg . =1,1 x 1021 kg 10 1 siglo 10 años La respuesta es A.

18. La máxima concentración tolerada de monóxido de carbono, CO, en el aire urbano es 10 mg de CO/m 3de aire, durante un periodo de 8 horas. En estas condiciones, ¿Cuál es la masa de monóxido de carbono presente en una habitación cuyas medidas, en pies, son 8 x 12 x 20? A) 224 mg

B) 444 mg C) 544 mg

D) 644 mg

E) Ninguno

Solución:

(12 pulg )3 ( 2,54 cm )3 1 m3 V =8 x 12 x 20=1920 pies . . . 6 3 =54,4 m 3 3 3 ( 1 pie ) ( 1 pulg ) 10 cm 3

54,4 m3 .

10 mgCO =544 mgCO 1 m3 La respuesta es C.

19. Un recipiente vacío tiene una masa de 120 g y lleno de agua, 190 g. Si al recipiente vacío se le agregan 10 g de un metal y luego se llena con agua, la masa resultante es de 194 g. Hallar la densidad del metal. A) 1,2 g/ml

B) 1,4 g/mL

C) 1,7 g/mL D) 0,9 g/ml E) Ninguno

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Datos: mrv =120 g mrv+agua =190 g mmetal =10 g mrv+agua+metal =194 g Solución: dM =

mM VM

Se tiene que calcular el volumen del metal, que es igual al agua desalojada por el metal en el picnómetro: 1º Calculamos el volumen del agua en el picnómetro: V agua =

mrecipiente +agua −mrecipiente 190 g−120 g = =70 ml d agua 1 g /ml

2º El volumen de agua desalojada por el metal: maguadesalojada =mrecipiente+ agua+ metal−mmetal −mrecipiente maguadesalojada =194 g−10 g−120 g=64 g

V aguadesalojada =

maguadesalojada 64 g = =64 ml d agua 1 g /ml

El volumen del metal es: V M =V agua −V aguadesalojada =70 ml−64 ml=6 ml La densidad del metal es: dM =

mM 10 g = =1,7 g/ mL V M 6 mL

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La respuesta es C. 20. Un cilindro hueco de 10 pulgadas de altura y 5 pulgadas de diámetro contiene en su interior otro cilindro macizo de 8 pulgadas de altura y 3 pulgadas de diámetro. Este dispositivo de cilindros pesa 1480 g, y lleno de un gas desconocido X pesa 1488 g. Hallar la densidad del gas X en g/L. A) 0,5 B) 1,93 C) 3,5 D) 2,5 E) Ninguno Datos: h H =10 pulg .

2,54 cm =25,4 cm 1 pulg

DH =5 pulg .

2,54 cm =12,7 cm 1 pulg

h M =8 pulg .

2,54 cm =20,3 cm 1 pulg

DM =3 pulg .

2,54 cm =7,6 cm 1 pulg

mdispositivo =1480 g mdi spositivo+ gas =1488 g Solución: d gas =

mgas V gas

mgas =msistema +gas −msistema=1488 g−1480 g=8 g V gas =V C hueco −V C macizo 12,7 ¿ ¿

π π V C hueco= . h H . D2H = . 25,4 cm . ¿ 4 4

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7,6 ¿ ¿

π π 2 V C macizo = . h M . D M = . 20,3 cm. ¿ 4 4 V gas =3217,6 cm 3−920,9 cm3 =2296,7 cm 3 .

d gas =

1L =2,3 L 1000 cm 3

8g =3,5 g /L 2,3 L La respuesta es C.

21. Una probeta vacía tiene una masa de 50 g. Si llenamos hasta la tercera parte de la probeta con agua, la masa del conjunto es de 100 g, pero al llenar totalmente la probeta del anterior conjunto con un líquido desconocido, la masa de todo el conjunto es de 160 g. Hallar la densidad del líquido desconocido en g/mL. A) 0,1 g/mL

B) 0,8 g/mL

C) 0,6 g/mL

D) 1,5 g/mL E) Ninguno

Datos: m probeta =50 g m probeta+agua =100 g m probeta+líquido=160 g Solución: El volumen del agua es igual a 1/3 del volumen de la probeta: magua=mprobeta+ agua−m probeta=100 g−50 g=50 g V agua =50 m L El volumen de la probeta es: V probeta =50 mL . 3=150 mL La densidad del líquido es:

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d=

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m 110 g = =0,73 g/mL V 150 mL

22. ¿Cuál es la diferencia de temperatura entre -10 °C y 287 °F? A) 10 B) 48 C) 273 D) 0 E) Ninguno Solución: Convertimos los datos en una sola escala de temperatura: 5 ºC= (ºF−32) 9 9 9 ºF= ºC+ 32= (−10 ) +32=14 ºF 5 5 La diferencia de temperatura es: ∆ T =287 ºF−14 ºF=273 ºF La respuesta es C. 23. Se tienen dos cuerpos B y N (TB > T N), si se miden sus temperaturas en la escala Celsius, la suma de las lecturas es 100. Si se miden sus temperaturas en grados Fahrenheit, la diferencia de sus lecturas es 81. Calcular la temperatura de “B” en la escala Celsius. A) 79 B) 72,5 C) 100 D) 495 E) -45 Solución: Establecemos las siguientes igualdades:

Enla escala celsius :T B +T N =100 Enla escala fahrenheit :T oB−T oN =81

(1) (2)

PROBLEMARIO QUÍMICA GENERAL UNIVERSIDAD NACIONAL SIGLO XX ING. LEONARDO SUAREZ MOLLINEDO ÁREA DE TECNOLOGÍA La igualdad en la escala Fahrenheit (2) debe ser puesta en términos de la escala Celsius, para ello utilizamos la siguiente relación:

9 ºF= ºC+ 32 5

De donde:

Reemplazando

9 T oB= T + 32 5 B T oB

y

T oN

9 T oN = T +32 5 N en la ecuación (2) tenemos:

9 9 T +32− T −32=81 5 B 5 N Ordenando obtenemos:

T B−T N =45

(2)

Como ambas ecuaciones están en la escala Celsius, reemplazamos (2) en (1) y obtenemos:

T B=72,5 ºC y T N =27,5ºC La respuesta es B.

24. En una escala de temperatura de grados H, el agua congela a -20 ºH y ebulle a 180 ºH. Si en la escala de grados H, el alcohol congela a -10 ºH. ¿Cuál será el punto de congelación en grados Fahrenheit y en grados Kelvin? A) 5; 283

B) 41; 273 C) 10; 278

D) 41; 278

E) Ninguno

Solución: Temperatura de congelación del alcohol en ºF = X Del gráfico obtenemos las siguientes razones:

180ºH

212 ºF

-10ºH

X ºF

180−(−10) 212−X = 180−(−20) 212−32 Haciendo operaciones y despejando x tenemos:

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X =212−

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190 . 180=41ºF 200

-20ºH

5 ºC= (41−32) = 5 ºC = 278 k 9

32 ºF

La respuesta es D 25. Se diseñó una nueva escala de temperatura basada en el punto de congelamiento del agua tomada como -10 y la temperatura corporal humana (97 ºF), tomada como 20.¿Cuál es la temperatura del agua hirviente en la nueva escala? A) 73

B) 138

C) 85

D) 100

E) Ninguno

Solución: Temperatura del agua hirviente = X Del gráfico obtenemos las siguientes razones:

X

212 ºF

x−(−10) 212−32 = x−20 212−97 Haciendo operaciones y despejando x tenemos: 65 x=4750 ; x=73

20

97 ºF

-10

32 ºF La respuesta es A

ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y MOLES 26. Calcular la masa atómica promedio del boro, a partir de los siguientes datos: Isotopo Masa Abundancia % B – 10 10,013 uma 19,78 % B – 11 11,009 uma 82,22 % Solución: Utilizamos la siguiente fórmula: . X+ .Y ma(B )= 100 Reemplazando en la ecuación obtenemos:

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ma(B )=

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19,78 . ( 10,013 uma )+ 82,22.(11,009 uma) =11,03 uma 100

1. ¿Cuál es la masa real o verdadera de? a) Una molécula de ácido nitroso b) Un mol de Ozono c) Una molécula de nitruro de sodio d) Un mol de sulfito ácido de potasio Solución: Utilizando factores de conversión para cada caso: a) 17 g HN O 2 −23 1 moléculade HN O 2 . =2,8 x 10 g HN O 2 23 6,023 x 10 moléculas HN O 2 b) 1 mol de O3 .

48 g O3 =48 g O 3 1 mol O3

c) 1 molécula de N a3 N .

83 g N a3 N 23

6,023 x 10 moléculas N a 3 N

d) 1 mol de KHS O3 .

=1,38 x 10−22 g Na3 N

120 g KHS O3 =120 g KHS O3 1 mol KHS O3

2. La fórmula de la cafeína es C8H10N4O2. Determinar: a. La masa de un mol de cafeína b. El número de átomos en una molécula de cafeína c. El número total de átomos en un mol de cafeína d. El número de moles de cafeína en 50,0 g de cafeína. Solución: a) 1 mol de C 8 H 10 N 4 O2 .

194 g de C8 H 10 N 4 O2 =194 g de C 8 H 10 N 4 O2 1 mol de C 8 H 10 N 4 O2

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b) . 1 moléculade C 8 H 10 N 4 O 2 .

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24 átomos =24 átomos 1molécula de de C8 H 10 N 4 O2

c) . 1 mol de C 8 H 10 N 4 O 2 .

d) . 50 g de C8 H 10 N 4 O2 .

24 . 6,023 x 1023 átomos =átomos 1 mol de de C 8 H 10 N 4 O 2

1mol de C8 H 10 N 4 O2 =0,26 moles de C8 H 10 N 4 O 2 194 g de C 8 H 10 N 4 O2

27. La masa real de un átomo de un isotopo desconocido es 2,18 x 10-22 g. Calcular la masa atómica de este isótopo? Solución: −24 Utilizamos la siguiente equivalencia: 1uma=1,67 x 10 g −22

2,18 x 10

gX.

1uma =130,54 uma 1,67 x 10−24 g

28. ¿Cuántos moles de hierro se combinan con 0,22 moles de oxígeno para dar herrumbre, Fe2O3? Solución: El hierro y el oxígeno reaccionan de la siguiente manera: Relación molar:

4Fe + 3 O2 → 2 Fe2O3 4 mol 3 moles 2 moles

Utilizando factores de conversión: 0,22 moles de O2 .

4 moles de Fe =0,29 moles Fe 3 moles de O 2

29. ¿La masa de un átomo de argón es 6,63 x 10-24 g. Cuántos átomos hay en una muestra de 40,0 g de argón? Solución:

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40,0 g Ar .

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1 átomo de Ar =6,03 x 10 24 átomos de Ar −24 6,63 x 10 g Ar

30. ¿Qué volumen en litros ocupan 2,71 moles de gas helio en condiciones normales? Solución: 2,71 mole s H e (g) .

22,4 L He =60,70 L H e(g) 1 mol H e g

31. ¿Cuántos gramos de S contiene un volumen de 65, 0 L de H2S medidos en condiciones normales? Solución: 65,0 L H 2 S .

1mol H 2 S 1mol S 32 g S . . =92,8 g S 22,4 L H 2 S 1 mol H 2 S 1 mol S

32. ¿Cuál de las siguientes cantidades contiene el mayor número de átomos? a) 6,70 gr de hierro b) 0,11 at-gr de hierro c) 7,8 x 1020 átomos de hierro d) 0,25 moles de hierro Solución: Se convierte todas las cantidades a átomos de Fe: 6,023 x 1023 átomos de Fe 6,70 g Fe . =7,2 x 1022 átomos de Fe 56 g Fe

0,11 at−gr Fe .

6,023 x 1023 átomos de Fe =6,62 x 1022 átomos de Fe 1 at−gr Fe

7,8 x 1020 átomos de Fe ; 0,25 moles Fe .

Esta cantidad no necesita conversión

6,023 x 1023 átomos de Fe =1,5 x 1023 átomos de Fe 1 mol Fe

Respuesta. 0,25 moles de Fe

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33. El 10 % es el óxido ferroso que cubre la superficie de un clavo de "hierro", cuya masa total es de 9,83 g. Determinar en el clavo. a) El At-gr de hierro. b) Los átomos de hierro c) Los moles de FeO d) Las moléculas de FeO Solución: Se debe calcular primero las masas de óxido ferroso (FeO) y del Fe en el clavo: mFeO =mt .10 =9,83 g . 0,10=0,98 g Si el 10 % es el FeO que cubre el clavo el resto, es decir 90% es Fe sin oxidar: mFe =mt . 90 =9,83 g . 0,90=8,85 g

Con cada masa calculamos lo que se pide: 8,85 g Fe .

1 at −gr F e =0,16 at−gr Fe 56 g Fe

8,85 g Fe .

6,023 x 1023 átomos de Fe =9,5 x 10 22 átomos de Fe 56 g Fe

0,98 g FeO .

1 mol FeO =0,018 moles FeO 72 g FeO

0,98 g FeO .

6,023 x 1023 moléculas de FeO =8,2 x 1021 moléculas de FeO 72 g FeO

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34. En un litro de agua están presentes: a) ¿15 moles de agua? b) ¿8,2. 1020 átomos de oxígeno? c) ¿55,55 moles de agua? d) ¿500 gr de agua? Solución: Utilizando factores de conversión: 1.000 cm3 H 2 O 1 gr H 2 O 1 mol H 2 O 1< H 2 O x x x =55,55 moles de H 2 O 1< H 2 O 1cm3 H 2 O 18 gr H 2 O

35. ¿Cuantos años tardaríamos en contar todos los átomos de mercurio que hay en una microgota de mercurio de masa igual a 4.10 -8 gramos; si cada 60 segundos contamos 50 átomos de mercurio? Solución: Utilizando factores de conversión: 4, 10−8 gr Hg x

23

1 mol Hg 6,023 . 10 át de Hg 60 seg 1 hora 1 día 1 año x x x x x 201 gr Hg 1 mol Hg 50 át de Hg 3.600 seg 24 hrs . 365 días

6

¿ 4,6 x 10 años

36. El diámetro de un átomo de oxígeno es aproximadamente de 11 Å, si se colocan en fila 10 moles de oxígeno, ¡qué longitud alcanzaría la fila? Solución: Se utiliza factores de conversión: 10 moles O .

6,023 x 1023 átomos de O 11 Å 1 x 10−10 m . . =¿ 1mol O 1átomo O 1Å

37. Una gota de lágrima contiene 65 mg de agua. ¿Cuantas moléculas de agua hay en 4 gotas de lágrimas?

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Solución: Utilizando factores de conversión: 4 gotas lag . x

65 mg H 2 O 1 gr H 2 O 1 mol H 2 O 6,023. 1023 moléculas H 2 O x x x =8,7 x 1021 moleculas H 1 gota de lag . 1.000 mg H 2 O 18 gr H 2 O 1mol H 2 O

38. Para escribir 8000 palabras sobre un papel impreso se han gastado 1,12 g de carbón grafito de la mina de un lápiz. ¿Cuántos átomos de carbono, en promedio, hay en cada palabra? Solución: Utilizando factores de conversión obtenemos los átomos de C contenidos en 1,12 gr de C: 6,023 .10 23 átomos C 1,12 gr C x =5,02 x 1022 átomos C 12 gr C Dividimos el número de átomos de C entre el número de palabras y obtendremos: 22

5,02 x 10 átomos de C átomos C =6,27 x 1018 8.000 palabras palabra 39. Una muchacha recibe como regalo de su enamorado un anillo de "oro" de 3,2 gramos y de 18 quilates. Si 0,0117 moles de oro cuesta 89 $us. ¿Cuál es el costo del oro en la joya? (24 quilates = 100% oro) (1 $us = 6,90 Bs). Solución: Primero obtenemos a que porcentaje de oro en el anillo corresponde los 18 quilates: 18 quilates Au x

100 Au =75 Au 24 quilates Au

Por tanto de los 3,2 gr que pesa el anillo, solo el 75 % es Au, el resto puede ser cobre o plata. Con este dato realizamos los factores de conversión correspondientes:

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3,2 gr anillo x

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75 gr A u 1 mol Au 89 $ us 6,90 Bs x x x =639,4 Bs 100 gr anillo 197 gr Au 0,0117 moles Au 1 $ us

40. Nuestro cuerpo contiene bastante carbono como para fabricar 9000 minas de lápiz de 20 cm de longitud y 2 mm de diámetro. ¿Cuántos átomos de carbono se encuentran distribuidos en cada lápiz? (Densidad del carbón grafito = 2,62 g/cm 3). Solución: Calculamos el volumen de la mina de cada lápiz, considerando que la mina tiene forma de un cilindro: D Datos: altura, h = 20 cm Diámetro, D = 2 mm = 2 cm π V = . D2 . h 4

h

Reemplazando datos: π V = . 22 cm 2 .20 cm=62,8 cm3 4 Para este volumen calculamos el número de átomos de C, utilizando la densidad y el número de Avogadro. 3

62,8 cm C x

2,62 gr C 6,023 x 1023 átomos C 24 x =8,3 x 10 átomos C 3 12 gr C 1 cm C

REACCIONES QUÍMICAS MÉTODOS DE IGUALACIÓN 41. Balancear cada una de las ecuaciones por el método del tanteo. a.

2NaHCO3 + H2SO4

→ Na2SO4 + 2H2O + 2CO2

b.

3Mg(OH)2 + 2H3PO4

→ Mg3(PO4)2 + 6H2O

c. Al2O3 + 6H+ → 2Al3+ + 3H2O

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d.

2NH4NO3

e.

2Cu(NO3)2

→ →

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2N2 + O2 + 4H2O 2CuO + 4NO2

+ O2

42. Completar las siguientes ecuaciones: f. CuCl2 + H2SO4 → CuSO4 + 2HCl g. CaCl2 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + h.

2HCl Cu(NO3)2 + 2KOH → Cu(OH)2 + 2KNO3 CaCl2 + 2AgNO3 → Ca(NO3)2 + 2AgCl

i. j. CuSO4 + H2S → CuS + H2SO4

43. Balancear cada una de las ecuaciones por el método algebraico a. Fe2O3 + KNO3 + KOH → K2FeO4 + KNO2 + H2O Escribimos una letra, empezando por A, sobre las especies de la ecuación AFe2O3 + BKNO3 + CKOH → DK2FeO4 + EKNO2 + FH2O Establecemos ecuaciones para cada uno de los elementos: Fe: 2A = D (1) K: B + C = 2D + E (2) N: B = E (3) H: C = 2F (4) O: 3A + 3B + C = 4D + 2E + F (5) Resolvemos las ecuaciones Si D = 2 ; A = 1 Los coeficientes encontrados son: Reemplazando (3) en (2) y sustituyendo el valor de D: A=1 E + C = 2D + E; C = 4 B=3 Reemplazando el valor de C en (4) C=4 F=2 D=2 Reemplazando en (5) E=3 3.(1) + 3B + 4 = 4.(2) + 2E + 2 F=2 3B = 2E + 3 (6) Reemplazando (3) en (6) 3E = 2E + 3; E = 3 y B = 3 Reemplazando los coeficientes encontrados en la ecuación original: Fe2O3 + 3 KNO3 + 4KOH → 2 K2FeO4 + 3KNO2 + 2H2O b. H2S + HNO3 → H2SO4 + NO2 + H2O

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Escribimos una letra, empezando por A, sobre las especies de la ecuación AH2S + BHNO3 → CH2SO4 + DNO2 + EH2O Establecemos ecuaciones para cada uno de los elementos: H: 2A + B = 2C + 2E (1) S: A = C (2) N: B = D (3) O: 3B = 4C + 2D +E (4) Resolvemos las ecuaciones Si C = 1 ; A = 1 Reemplazando estos valores en (1) 2(1) + B = 2(1) + 2E; B = 2E (5) Reemplazando (3) y (5) en (4) 3. (2E) = 4. (1) + 2. (2E) +E 6E = 4 + 5E; E = 4 Reemplazando E = 4 en (5)

B = 8; D = 8 Los coeficientes encontrados son: A=1 B=8 C=1 D=8 E=4

Reemplazando los coeficientes encontrados en la ecuación original: H2S + 8HNO3 → H2SO4 + 8NO2 + 4H2O c. H2C2O4 + KMnO4 → CO2 + K2CO3 + MnO2 + H2O Escribimos una letra, empezando por A, sobre las especies de la ecuación AH2C2O4 + BKMnO4 → CCO2 + DK2CO3 + EMnO2 + Establecemos ecuaciones para cada uno de los elementos: H: 2A = 2F (1) C: 2A = C + D (2) Mn: B = E (3) K: B = 2D (4) O: 4A + 4B = 2C + 3D + 2E + F (5)

FH2O

Resolviendo las ecuaciones obtenemos los siguientes coeficientes: A = 3; B = 2; C = 5; D = 1; E = 2 y F = 3 Reemplazando los coeficientes encontrados en la ecuación original 3H2C2O4 + 2KMnO4 → 5CO2 + K2CO3 + 2MnO2 + 3H2O d. CH3OH + K2Cr2O7 + H2SO4 → HCOOH + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O Escribimos una letra, empezando por A, sobre las especies de la ecuación: ACH3OH + BK2Cr2O7 + CH2SO4 → DHCOOH + ECr2(SO4)3 + FK2SO4 + GH2O Establecemos ecuaciones para cada uno de los elementos: C: A = D (1) Cr: 2B = 2E (2) S: C = 3E + F (3) K: 2B = 2F (4) H: A + 2C = 2D + 2G (5) O: A + 7B + 4C= 2D + 12E + 4F + G (6) Resolviendo las ecuaciones obtenemos los siguientes coeficientes: A = 3; B = 2; C = 8; D = 3; E = 2; F = 2 y G = 11 Reemplazando los coeficientes encontrados en la ecuación original 3CH3OH + 2K2Cr2O7 + 8H2SO4 → 3HCOOH + 2Cr2(SO4)3 + 2K2SO4 + 11H2O e. C2H6 + O2 → CO2 + H2O Escribimos una letra, empezando por A, sobre las especies de la ecuación: AC2H6 + BO2 → CCO2 + DH2O Establecemos ecuaciones para cada uno de los elementos: C: 2A = C (1) H: 6A = 2D (2) O: 2B = 2C + D (3) Resolviendo las ecuaciones obtenemos los siguientes coeficientes: A = 2; B = 7; C = 4 y D = 6

Reemplazando los coeficientes encontrados en la ecuación original 2C2H6 + 7O2 → 4CO2 + 6H2O 44. Balancear cada una de las ecuaciones por el método de oxidación – reducción f. H2S + K2Cr2O7 + H2SO4 → S + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O Se escribe los elementos que sufren un cambio en el estado de oxidación: -2 +6 +6 0 +3 +6 H2S + K2Cr2O7 + H2SO4 → S + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O Se escriben los diagramas de equilibrio para cada especie que presenta los cambios de oxidación: S(-II) → S(0) + 2ē 6 ē + 2Cr(+VI) → 2Cr(+III) Se multiplica por los coeficientes necesarios para eliminar las cargas y se sumas ambas semirreacciones: 3S(-II) → 3S(0) + 6ē (x 3) 6 ē + 2Cr(+VI) → 2Cr (+III) 3S(-II) + 2Cr(+VI) → 3S(0) + 2Cr (+III) Reemplazamos los coeficientes en la ecuación general y completamos el resto por tanteo: 3H2S + K2Cr2O7 + 4 H2SO4 → 3S + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O g. HCl + KMnO4 → MnCl2 + Cl2 + KCl + H2O Se escribe los elementos que sufren un cambio en el estado de oxidación: -1 +7 +2 0 HCl + KMnO4 → MnCl2 + Cl2 + KCl + H2O Se escriben los diagramas de equilibrio para cada especie que presenta los cambios de oxidación: 5 ē + Mn(+VII) → Mn(+II) 2Cl(-I) → 2Cl(0) + 2 ē Se multiplica por los coeficientes necesarios para eliminar las cargas y se sumas ambas semirreacciones: 5 ē + Mn(+VII) → Mn(+II) 2Cl(-I) → 2Cl(0) + 2 ē 2 Mn(+VII) + 10Cl(-I) → 2Mn (+II) + 10Cl(0)

(x2) (x5)

Reemplazamos los coeficientes en la ecuación general y completamos el resto por tanteo:

16HCl + 2KMnO4 → 2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O h. S + KClO3 + H2O → Cl2 + K2SO4 + H2SO4 Se escribe los elementos que sufren un cambio en el estado de oxidación: 0 +5 0 +6 S + KClO3 + H2O → Cl2 + K2SO4 + H2SO4 Se escriben los diagramas de equilibrio para cada especie que presenta los cambios de oxidación: S(0) → S(+VI) + 6 ē 5 ē + Cl(+V) → Cl(0) Se multiplica por los coeficientes necesarios para eliminar las cargas y se sumas ambas semirreacciones: S(0) → S(+VI) + 6 ē 5 ē + Cl(+V) → Cl(0) 5 S(0) + 6Cl(+V) → 5 S(+VI) + 6 Cl(0)

(x5) (x6)

Reemplazamos los coeficientes en la ecuación general y completamos el resto por tanteo: 5S + 6KClO3 + 2H2O → 3Cl2 + 3K2SO4 + 2H2SO4 i. MnO2 + KClO3 + KOH → K2MnO4 + KCl + H2O Se escribe los elementos que sufren un cambio en el estado de oxidación: +2 +5 +7 -1 MnO2 + KClO3 + KOH → K2MnO4 + KCl + H2O Se escriben los diagramas de equilibrio para cada especie que presenta los cambios de oxidación: Mn(+II) → Mn(+VII) + 5 ē 6ē + Cl(+V) → Cl(-I) Se multiplica por los coeficientes necesarios para eliminar las cargas y se sumas ambas semirreacciones: Mn(+II) → Mn(+VII) + 5 ē (x6) 6ē + Cl(+V) → Cl(-I) (x5) 6Mn(+II) + 5Cl(+V) → 6Mn(+VII) + 5Cl(-I) Reemplazamos los coeficientes en la ecuación general y completamos el resto por tanteo: 6MnO2 + 2KClO3 + 12KOH → 6K2MnO4 + 2KCl + 6H2O

j. Cr2O3 + NaNO3 + KOH → K2CrO4 + NaNO2 + H2O Se escribe los elementos que sufren un cambio en el estado de oxidación: +3 +5 +6 +3 Cr2O3 + NaNO3 + KOH → K2CrO4 + NaNO2 + H2O Se escriben los diagramas de equilibrio para cada especie que presenta los cambios de oxidación: 2ē + N(+V) → N(+III) 2Cr(+III) → 2Cr(+VI) + 6ē Se multiplica por los coeficientes necesarios para eliminar las cargas y se sumas ambas semirreacciones: 2ē + N(+V) → N(+III) 2Cr(+III) → 2Cr(+VI) + 6ē 3N(+V) + 2Cr(+III) → 3N(+III) + 2Cr(+VI)

(x3)

Reemplazamos los coeficientes en la ecuación general y completamos el resto por tanteo: Cr2O3 + 3NaNO3 + 4KOH → 2K2CrO4 + 3NaNO2 + 2H2O 45. Balancear cada una de las ecuaciones por el método del ión electrón k. FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O Escribimos la ecuación con las especies que presentan cambios en su estado de oxidación: +2 +7 +3 +2 FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O Escribimos las semirreacciones e igualamos los átomos y cargas: 5 ē + 8 H+ + MnO4- → Mn+2 + 4 H2O Fe+2 → Fe+3 + 1ē

Reducción Oxidación

Multiplicamos por (5) la SR de oxidación para eliminar los electrones (ē) y sumamos: 5 ē + 8 H+ + MnO4- → Mn+2 + 4 H2O 5 Fe+2 → 5 Fe+3 + 1ē ( x 5) + 8 H + MnO4 + 5Fe+2 → Mn+2 + 5Fe+3 + 4 H2O Reemplazamos los coeficientes encontrados en la ecuación original y tenemos: 5FeSO4 + KMnO4 + 4H2SO4 → 2,5Fe2(SO4)3 + MnSO4 + K2SO4 + 4H2O

Finalmente multiplicamos los dos compuestos que tienen hierro por 2 para tener enteros, e igualamos el resto por simple inspección: 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O l. MnO2 + NaBiO3 + HNO3 → HMnO4 + BiONO3 + NaNO3 + H2O Escribimos la ecuación con las especies que presentan cambios en su estado de oxidación: +2 +5 +7 +3 MnO2 + NaBiO3 + HNO3 → HMnO4 + BiONO3 + NaNO3 + H2O Medio básico: 4OH- + MnO2 → MnO4- + 2 H2O + 2ē 4ē + 2H2O + BiO3+ → BiO+ + 4 OHMultiplicamos por 2 la primera ecuación y sumamos, cuidando de simplificar las especies iguales: 4OH- + MnO2 → MnO4- + 2 H2O + 2ē (x2) + + 4ē + 2H2O + BiO3 → BiO + 4 OH 4OH- + 2MnO2 + BiO3+ → 2MnO4- + BiO+ + 2 H2O Reemplazamos los coeficientes encontrados en la ecuación original y completamos por simple inspección: 2MnO2 + 3NaBiO3 + 6HNO3 → 2HMnO4 + 3BiONO3 + 3NaNO3 + 2H2O m. NaI + NaIO3 + H2SO4 → I2 + Na2SO4 + H2O Escribimos la ecuación con las especies que presentan cambios en su estado de oxidación: -1 +5 0 NaI + NaIO3 + H2SO4 → I2 + Na2SO4 + H2O 2 I-1 10 ē + 12 H +2IO3+

Multiplicamos por 5 la primera ecuación y iguales: 2 I-1 + 10 ē + 12 H +2IO310 I-1 + 12 H+ +2IO3

→ I20 + 2ē → I20 + 6 H2O sumamos, cuidando de simplificar las especies → I20 + 2ē → I20 + 6 H2O → 6 I20 + 6 H2O

(x5)

Reemplazamos los coeficientes encontrados en la ecuación original y completamos por simple inspección: 10NaI + 2NaIO3 + 6H2SO4 → 6I2 + 6Na2SO4 + 6H2O

n. Bi(OH)3 + [Sn(OH)4]2- → [Sn(OH)6]2- + Bi Escribimos la ecuación con las especies que presentan cambios en su estado de oxidación: +3 +2 +4 0 22Bi(OH)3 + [Sn(OH)4] → [Sn(OH)6] + Bi 3 ē + Bi+3 → Bi0 2 OH + [Sn(OH)4]2- → [Sn(OH)6]2- + 2 ē -

Multiplicamos por 2 la primera ecuación y por tres la segunda y luego sumamos, cuidando de simplificar las especies iguales: 3 ē + Bi+3 → Bi0 (x2) 222 OH + [Sn(OH)4] → [Sn(OH)6] + 2 ē (x3) 2 Bi+3 + 6OH- + 3[Sn(OH)4]2 → 2Bi0 + 3[Sn(OH)6]2Reemplazamos los coeficientes encontrados en la ecuación original y completamos por simple inspección: 2Bi(OH)3 + 3[Sn(OH)4]2- → 3[Sn(OH)6]2- + 2Bi o. BCl3 + P4 + H2 → BP + HCl Escribimos la ecuación con las especies que presentan cambios en su estado de oxidación: 0 0 -3 +1 BCl3 + P4 + H2 → BP + HCl 12 ē + P4 → 4 P-3 H20 → 2 H+ + 2ē Igualamos las cargas y simplificamos: 12 ē + P4 → 4 P-3 H20 → 2 H+ + 2ē (x6) P4 + 6 H20 → 4 P-3 + 12 H+ Reemplazamos los coeficientes encontrados en la ecuación original y completamos por simple inspección: 4 BCl3 + P4 + 6 H2

→ 4 BP + 12 HCl

ESTEQUIOMETRÍA LEY DE LAVOISIER 46. Cuántas libras de Na metálico y de Cl líquido se pueden obtener a partir de 1 tonelada de sal? Cuantas libras de NaOH y cuantas libras de cloruro de hidrógeno? Solución: NaCl → Na 58,5 lb 23 lb 1ton sal .

2,2 lbsal 23 lb Na . =0,86 lb Na 1 ton. sal 58,5lb sal

1ton sal .

2,2 lbsal 35,5 lbCl . =1,34 lbCl 1 ton. sal 58,5lb sal

+ Cl 35,5 lb

El Na+ reacciona con el OH- del H20 y se forma: Na+ + OH- → NaOH 23 lb 17 lb 40 lb 0,86 lb Na .

40 lb NaOH =1,50 lb NaOH 23 lb Na

El Cl- reacciona con el H+ del H2O y se forma: Cl+ H+ → 35,5 lb 1,0 lb 1,34 lb Cl .

36,5lb HCl =1,38lb HCl 35,5 lb Cl

HCl 36,5 lb

47. Considérese la combustión del alcohol amílico, C5H11OH. 2C5H11OH + 15O2 → 10CO2 + 12H2O a) Cuántos moles de O2 se necesitan para la combustión de un mol de alcohol amílico? b) Cuántos moles de H2O se forman por cada mol de O2 consumido? c) Cuántos gr. de CO2 se producen por cada mol de alcohol amílico quemado? d) Cuántos gramos de CO 2 se producen por cada gramo de alcohol amílico quemado? e) Cuántas toneladas de CO2 se producen por cada tonelada de alcohol amílico quemado. Solución: 2C5H11OH + 15O2 → 10CO2 + 12H2O 176 g 480 g 440 g 216 g 1 mol C5 H 11 OH . 1 mol O2 .

15 moles O2 =7,5 moles O2 2 moles C 5 H 11 OH

12 moles H 2 O =0,80 moles H 2 O 15 moles O2

1 mol C5 H 11 OH . 1 g C 5 H 11 OH .

10 moles C O2 44 gr CO2 . =220 g C O2 2 mol C5 H 11 OH 1 mol CO2

440 g C O2 =2,5 g C O2 176 g C 5 H 11 OH

1ton C5 H 11 OH .

440 ton C O 2 =2,5ton C O2 176 tonC 5 H 11 OH

48. Un generador portátil de hidrógeno utiliza la reacción: CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2 Cuantos gr. de H2 se pueden producir mediante un cartucho de 50 gr. de CaH2? Solución: CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2 42 g 36 g 74 g 4g 50 g Ca H 2 .

4 g H2 =4,8 g H 2 42 g Ca H 2

49. El yodo puede prepararse mediante la reacción: 2NaIO3 + 5NaHSO3 → 3NaHSO4 + 2Na2SO4 + H2O + I2 Para producir cada kilogramo de yodo. Cuánto NaIO3 cuánto NaHSO3 deben utilizarse? Solución: 2NaIO3 + 5NaHSO3 → 3NaHSO4 + 2Na2SO4 + H2O + I2 396 g 520 g 360 g 284 g 18g 254 g Cantidad de NaIO3: 1.000 g I 2 .

396 g NaI O3 =1.559 g NaI O3=1,56 Kg NaI O3 254 g I 2

Cantidad de NaHSO3: 1.000 g I 2 .

520 g NaHS O3 =2.047 g NaHS O3=2,05 Kg NaHS O3 254 g I 2

50. a) Cuántas libras de ZnO se formaran cuando se calienta fuertemente al aire 1 lb de blenda de cinc ZnS? 2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2. b) Cuántas toneladas de ZnO se formaran a partir de 1 tn. ZnS? c) Cuántos Kg. de ZnO se formaran a partir de 1 Kg de ZnS? Solución: 2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2 194 g 96 g 162 g 128 g a) 1lb ZnS . b) .

162lb ZnO =0,835 lb ZnO 194 lb ZnS

1ton ZnS . c) . 1 g ZnS .

162 ton ZnO =0,835 tonZnO 194 ton ZnS

162 g ZnO =0,835 Kg ZnO 194 g ZnS

51. En un motor a reacción alimentado con butano C 4H10. Cuántos Kg. de oxígeno líquido deben proporcionarse por cada Kg de butano para que la combustión sea completa? 2C4H10 + 13O2 → 8CO2 + 10H2O. Solución: 2C4H10 + 13O2 → 8CO2 + 10H2O 116 Kg 416 Kg 352 Kg 180 Kg 1 Kg C 4 H 10 .

416 KgO2 =3,58 Kg O2 116 Kg C 4 H 10

52. Cuántas lb de Na2SO4 al 83.4% se podrán producir a partir de 250 kg de sal al 94.5%? 2NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2HCl Solución: 2NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2HCl 117 Kg 98 Kg 142 Kg 73 Kg

4(i) 94,5 K g NaCl( p) 142 Kg Na2 S O4 (p ) ¿ 250 Kg NaC l(i) . . .100 Kg Na2 S O¿ =3 100 K g NaCl(i ) 117 Kg NaC l (p ) 83,4 Kg Na2 S O4 ( p) Este valor lo convertimos a libras: 343,8 Kg Na2 S O 4 (i) .

2,2lb Na2 S O 4 (i) 1 Kg Na 2 S O 4 (i)

=756,4 lb Na2 S O 4 (i)

53. Cuántos kilogramos de H2SO4 pueden prepararse a partir de un Kg. de cuprita Cu2S, si cada átomo de S en Cu2S se convierte en 1 molécula de H2SO4? Solución:

Tenemos que partir de la siguiente relación estequiométrico: 6,023 x 1023 molécula H 2 S O 4 1 átomo S 32 g S 32 g S . . = 1 molécula H 2 S O 4 6,023 x 1023 átomos S 98 gr H 2 S O 4 98 g H 2 S O 4

1 Kg Cu 2 S .

98 Kg H 2 S O4 32 Kg S . =0,612 Kg H 2 S O4 160 KgCu 2 S 32 Kg S

LEY DE PROUST 54. Obténgase las formulas empíricas de las sustancias que tienen las siguientes composiciones porcentuales. a) Fe=63.53 %, S=36.47 %; b) Fe=46.55%, S=53.45 %; c) Fe=53.73 %, S=46,27 %. Solución: a) b) Dividimos los porcentajes de cada elemento entre su peso atómico: c) 63,53 Fe : =1,13 d) 56 e)

S:

36,47 =1,14 32

f) g) Elegimos el número menor y dividimos entre este número los demás, para sacar el número de átomos de cada elemento: h) 1,13 Fe : =1 átomo i) 1,13 j) k)

S:

1,14 =1áto mo 1,13

l)

m)

La fórmula empírica será: FeS n) o) Dividimos los porcentajes de cada elemento entre su peso atómico: p) 46,55 Fe : =0,83 q) 56

s)

53,45 S: =1,67 32

r)

t) Elegimos el número menor y dividimos entre este número los demás, para sacar el número de átomos de cada elemento: u) 0,83 Fe : =1 átomo v) 0,83 w) x)

S:

1,67 =2 átomo s 0,83

y) z)

La fórmula empírica será: FeS2

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55. Cuando se queman 1.010 gr de vapor de zinc en el aire, se producen 1.257 gr de óxido. Cuál es la fórmula empírica del óxido. aa) ab) Solución: ac) ad) Se determinan las masas de zinc y oxígeno contenidos en el óxido: ae) mZn =1,010 g af) ag) ah)

mO=móxido −mZn =1,257 g−1,010 g=0,247 g

ai) aj) Se divide las masas parciales entre la masa total para obtener los porcentajes de Zn y O. ak) 1,010 g %Zn : .100=80,35 al) 1,257 g am) an)

%O :

0,247 g .100=19,65 1,257 g

ao) ap) Se divide los porcentajes obtenidos entre sus pesos atómicos: aq) 80,35 Zn : =1,236 ar) 65 as) at)

O:

19,65 =1,228 16

au) av) Elegimos el número menor y dividimos entre este número los demás, para sacar el número de átomos de cada elemento: aw) 1,236 Zn : =1 ax) 1,228 ay) az)

O:

1,228 =1 1,228

ba) bb) La fórmula será bc) bd)

ZnO

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be) bf) bg) bh) bi) bj) bk) 56. Una muestra de 3.245 gr de cloruro de titanio se redujo con sodio hasta titanio metálico. Posteriormente se eliminó el cloruro de sodio resultante, el titanio metálico residual se secó y se pesó, y se obtuvo 0.819 gr. Cuál es la fórmula empírica del cloruro de titanio. bl) bm) Solución: bn) bo) Se determinan las masas de titanio y cloro contenidos en el óxido: bp) mTi =0,819 g bq) br) bs)

mCl=mcloruro detitanio −mtitanio=3,245 g−0,819 g=2,426 g

bt) bu) Se divide las masas parciales entre la masa total: bv) 0,819 g %Ti: . 100=25,24 bw) 3,245 g bx) by)

%Cl :

2,426 g . 100=74,76 3,245 g

bz) ca) Se divide los porcentajes obtenidos entre sus pesos atómicos: cb) 25,24 Ti: =0,526 cc) 48 cd) ce)

Cl :

74,76 =2,101 35,5

cf) cg) Elegimos el número menor y dividimos entre este número los demás, para sacar el número de átomos de cada elemento: ch) 0.526 Ti: =1 ci) 0.526

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cj) ck)

Cl :

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2,101 =4 0,526

cl) cm) La fórmula será TiCl4 cn) co) cp) cq) cr) cs) ct) 57. Una muestra de 1.500 g. de un compuesto que solo contiene C, H y O se quemó completamente. Los únicos productos de combustión fueron 1.738 g de CO 2 y 0.711 g. de H2O. Cuál es la fórmula empírica del compuesto? cu) cv) Solución: cw) cx) Se determina las masas de C y H contenidos en los productos de combustión que serán las cantidades originales contenidas en el compuesto: cy) 12 g C C : 1,738 g CO 2 . =0,474 g C cz) 44 g C O2 da) db)

H : 0,711 g H 2 O.

2g H =0,079 g H 18 g H 2 O

dc) dd) de) Se determinan los porcentajes de C y H contenidos en la muestra inicial que tiene una masa de 1,500 g. df) 0,474 g %C : .100=31,6 dg) 1,500 g dh) di)

%H :

0,079 g .100=5,27 1,500 g

dj) dk) El porcentaje de oxígeno se calcula restando de 100 el porcentaje de C y H: dl) O=100 −31,6 −5,27 =63,13 dm) dn)

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do) Se divide los porcentajes obtenidos entre sus pesos atómicos: dp) 31,6 %C : =2,633 dq) 12 dr) ds)

%H :

5,27 =5,270 1

%O :

63,13 =3,945 16

dt) du)

dv) dw) Elegimos el número menor y dividimos entre este número los demás, para sacar el número de átomos de cada elemento: dx) 2,633 C: =1 dy) 2,633 dz) ea)

H:

5,270 =2 2,633

O:

3,945 =1,5 2,633

eb) ec) ed)

ee)

CH2O1,5 para evitar los decimales multiplicamos por 2, siendo la fórmula empírica final: C2H4O3. La fórmula será

ef) 58. Mediante el análisis elemental se encontró que un compuesto orgánico contiene C, H, N y O como sus únicos elementos componentes. Una muestra de 1.279 g. se quemó por completo y se obtuvieron 1.60 de CO 2 y 0.77 g. de H2O. Una muestra de 1.625 g. que se pesó por separado, contiene 0.216 g. de Nitrógeno. Cuál es la fórmula empírica del compuesto? eg) eh) Solución: ei) ej) Se determina las masas de C, H y N contenidos en los productos de combustión que serán las cantidades originales contenidas en el compuesto: ek) 12 g C C : 1,60 gCO 2 . =0,436 g C el) 44 g C O2 em)

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en)

H : 0,77 g H 2 O.

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2g H =0,086 g H 18 g H 2 O

eo) ep) eq) Se determinan los porcentajes de C y H contenidos en la muestra inicial que tiene una masa de 1,500 g. er) 0,436 g %C : . 100=34,1 es) 1,279 g et) eu) ev) ew)

%H :

En el caso del N, como esta sustancia es inerte se la calcula de la siguiente manera:

ex) ey)

0,086 g .100=6,72 1,279 g

%N :

0,216 g . 100=13,3 1,625 g

ez) fa) El porcentaje de oxígeno se calcula restando de 100 el porcentaje de C, H y N: fb) fc) O=100 −34,1 −6,72 −13,3 =45,88 fd) fe) Se divide los porcentajes obtenidos entre sus pesos atómicos: ff) 34,1 %C : =2,84 fg) 12 fh) fi)

%H :

6,72 =6,72 1

%N :

13,3 =0,95 14

%O :

45,88 =2,87 16

fj) fk) fl) fm)

fn) fo) Elegimos el número menor y dividimos entre este número los demás, para sacar el número de átomos de cada elemento: fp)

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fq)

C:

2,84 =3 0,95

H:

6,72 =7 0,95

N:

0,95 =1 0,95

O:

2,87 =3 0,95

fr) fs) ft) fu) fv) fw)

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fx) fy) La fórmula será C3H7O3N fz) 59. Calcúlese el porcentaje de cobre en cada uno de los siguientes minerales: Cuprita, Cu2O; piritas de cobre, CuFeS2; malaquita, CuCO3.Cu (OH)2. Cuántas toneladas de cuprita darán 500 toneladas de Cu? ga) gb) Solución: gc) 128 g Cu %Cu= . 100=88,9 Cuen la cuprita gd) 144 g Cu2 O ge)

gf)

%Cu=

64 g Cu .100=34,8 Cu en las piritas de cobre 184 g CuFeS 2

OH ¿2 ¿ 222 g CuC O 3 .Cu ¿ 128 g Cu %Cu= ¿

gg)

144 tonC u2 O 500 tonCu. =563t on C u2 O gh) 128 tonCu gi) 60. Se ha informado que el contenido de arsénico de un insecticida agrícola es de 28% de As2O5. Cuál es el porcentaje de arsénico en esta preparación? gj) gk) Solución: gl) gm) Calculamos el % de As en el As2O5 gn)

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go)

%As=

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150 g As . 100=65,22 As 230 g As2 O5

gp) gq) El As2O5 tiene un 65,22 % As, sin embargo su porcentaje insecticida agrícola ya que solo el 28,5 % es de As2O5: gr) 65,22 As 28,5 As2 O5 . =18,6 As gs) 100 As2 O5

disminuirá en el

gt) 61. Una pieza de soldadura de plomero que pesaba 3.00 gr. se disolvió en ácido nítrico diluido y después se trató con H2SO4 diluido. Esto precipitó el plomo como PbSO 4, el cual después de lavado y secado pesó 2.93 gr. Entonces, la solución se neutralizó para precipitar ácido estánico, el cual se descompuso por calentamiento para obtener 1.27 gr. SnO2. Cuál es el análisis de soldadura en porcentaje de Pb y Sn. gu) gv) Solución: gw) msoldadura=3,00 g gx) gy)

mPbS O =2,93 g

gz)

mSnO =1,27 g

4

2

ha) hb) Se determina las masas de Pb y Sn a partir de las masas totales de los compuestos: hc) 207 g Pb 2,93 g Pb SO 4 . =2,00 g Pb hd) 303 gPb SO 4 he)

1,27 g Sn O2 .

119 g Sn =1,00 g Sn 151 gSnO2

hf) hg) El porcentaje de soldadura será: hh) 2,00 %Pb : .100=66,7 Pb hi) 3,00 hj) hk)

%Sn :

1,00 .100=33,3 Sn 3,00

hl) hm) 62. Se cuenta con 10 tn de carbón que contiene 2.5% de S y se dispone, además, de otros 2 tipos de carbón que contienen 0.80% y 1.10% de S. Cuántas toneladas de

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los dos últimos se necesitarán mezclar con las 10 tn originales para obtener 20 tn. que contengan 1.7% de azufre? hn) ho) Solución: hp) hq) Se dispone de tres carbones de las siguientes características: hr) hs) Masa %S ht) Carbón 1 10 ton 2,5 % hu) Carbón 2 x 0,80 % hv) Carbón 3 y 1,10% hw) Se quiere obtener: hx) Carbón 20 ton 1,7% hy) hz) ia) Para la resolución se necesita realizar un balance de masas y de contenidos de azufre en cada carbón: ib) ic) Balance de masas: id) ie) 10+ x+ y=20 (1) if) ig) Balance de S: ih) 2,5ton S 0,80ton S 1,10ton S 1,7 ton S 10 tonC . + x tonC . + y tonC . =20 tonC . ii) 100 tonC 100 tonC 100 tonC 100 tonC ij) ik) il)

0,25+0,008 x +0,011 y=0,34

(2)

im) in) Las dos ecuaciones son: io) ip) x+ y=10 (1) iq) ir)

0,008 x+ 0,011 y=0,09

(2)

is) it) Resolviendo las dos ecuaciones obtenemos: iu) iv) x = 6,7 ton de 0,80 % ; y = 3,3 ton de 1,10% iw) ix) iy) iz)

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ja) jb) 63. Una formulación común para una emulsión catiónica de asfalto indica utilizar 0.5% de aminoemulsificante sebáceo y 70% de asfalto; el resto consta de agua e ingredientes solubles en agua. Cuánto asfalto se podrá emulsificar por libra del emulsificante? jc)

jd) je)

Solución: 1lb emulsificante .

jf)

70 lb asfalto =140lb asfalto 0,5lb emulsif icante

jg) jh) RENDIMIENTO ji) 64. La reacción de combustión del propano, C3H8 es: jj) C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O a) Se hacen reaccionar 5,0 moles de C 3H8 y 5,0 moles de O2, ¿cuántos moles de CO2 se pueden producir? b) Si se hacen reaccionar 3 moles de propano con 3,0 moles de oxígeno, ¿cuántos moles de dióxido de carbono pueden producirse? c) Si se colocan 2,0 moles de propano y 14 moles de oxígeno en un recipiente cerrado y reaccionan hasta el final (ello quiere decir, hasta que se termine los reactivos), ¿qué compuestos están presentes en el recipiente después de la reacción y cuantos moles de cada uno de ellos hay? jk) Solución: jl) a) C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O jm) 1 mol 5 moles 3 moles 4 moles jn) jo) En la reacción del propano el O 2 es el reactivo limitante ya que 5 moles de O 2 solo requieren 1 mol de C3H8 jp) jq) De acuerdo a la reacción la cantidad de CO2 producida será: 3 moles CO 2 jr) 5 moles O2 . 5 moles O2 =3 moles de CO 2 js) b) Se debe identificar el reactivo limitante: jt) 1mol C 3 H 8 ju) 3 moles O2 . 5 moles O2 =0,6 moles de C 3 H 8 jv)

5 moles O2 jw) 3 moles C 3 H 8 . 1 mol C3 H 8 =15 moles de O2

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jx) jy) El reactivo límite sigue siendo el O2; la cantidad de CO2 que se formara será: jz) 3 mol CO 2 3 moles O . =1,8 moles de CO 2 2 ka) 5 moles O2 kb) c) Estarán presentes: kc) 4 moles O2 ; 6 moles de CO 2 y 8 moles de H 2 O kd) ke) 65. Al metanol se le da el nombre común de alcohol metílico. Casi todo el metanol comercial se produce mediante la reacción del monóxido de carbono, CO con H 2(g) a temperatura y presión elevadas. Para 72,0 Kg de CO que reacciona con 5,50 Kg de H2. CO(g) + H2(g) → CH3OH(l) a. Cuál es el reactivo limitante b. Cuál es el rendimiento teórico del metanol c. Si el rendimiento real del metanol es de 39,5 Kg. ¿Cuál es el rendimiento porcentual? kf) kg) Solución: kh) CO (g) + 2H2 (g) → CH3OH (l) ki) 28 kg 4 kg = 32 kg kj) a) Calculamos el requerimiento de cada reactivo: kk) 4 kg H 2 kl) 72 kg CO . 28 kg CO =10,28 kg H 2 km) kn)

5,50 kg H 2 .

28 kg CO =38,50 kg CO 4 kg H 2

ko) kp) El reactivo limitante es el H2 ya que solo requiere una parte del CO disponible. kq) b) El rendimiento teórico es: kr) 32 kg C H 3 OH 5,50 kg H . =44,00 kg C H 3 OH 2 ks) 4 kg H 2 kt) c) El rendimiento porcentual es: ku)

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R Real %Rendim iento( R)= . 100 kv) RTeórico kw) kx)

%R=

39,5 kg . 100=89,8 44 kg

ky) kz) la) lb) lc) ld) le) 66. En la producción industrial del acetileno, 3,81 x 10 4 g de acetileno, C2H2 se producen cuando 5,19 x 104 g de metano, CH4 son tratados en un arco eléctrico, produciendo la reacción: CH4 → C2H2 + H2 a. Encontrar el rendimiento de la reacción de producción del acetileno. lf) lg) Solución: lh) 2 CH4 → C2H2 + 3 H2 li) 32 g = 26 g + 6 g lj) El rendimiento real es: lk) 26 g C 2 H 2 4 5,19 x 10 g CH . =4,2210 4 g C 2 H 2 4 ll) 32 g CH 4 lm) ln) El rendimiento de la reacción es: lo) 4 3,81 x 10 g %R= . 100=90,3 4 lp) 4,22 x 10 g lq) 67. Cablebol necesita cobre puro para producir cables eléctricos, pero el cobre en Bolivia está presente en la naturaleza como Cu2S, covelita. La extracción del cobre a partir de covelita se realiza por medio de la reacción: lr) Cu2S(s) + O2 (g) → Cu(s) + SO2 (g) ls) Si el rendimiento de la reacción es de 61,2 %, ¿Cuánto de Cu produce el tratamiento lt) metalúrgico de 7,0 x 106 g de Cu2S. lu) lv) Solución: lw) Cu2S(s) + O2 (g) → 2 Cu(s) + SO2 (g) lx) 160 g 32 g = 128 g 64 g ly)

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lz)

7,0 x 106 g Cu2 S .

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128 g CuT 61,2 gCu R . =3,4 x 106 g Cu 160 g Cu 2 S 100 g Cu T

ma) mb) 68. Si 200 g de tricloruro de fósforo, PCl 3 en un exceso de agua producen 128 g de cloruro de hidrógeno, calcular el porcentaje de rendimiento para la reacción: mc) PCl3 + H2O → H3PO3 + HCl md) me) Solución: mf)PCl3 + 3 H2O → H3PO3 + 3 HCl mg) 137,5 g 54 g = 82 g 109,5 g mh) mi) El rendimiento real de HCl es: mj) 109,5 g HCl 200 g P Cl 3 . =159 g HCl mk) 137,5 g PCl3 ml) mm) mn) mo)

El rendimiento de la reacción es: %R=

128 g .100=80,5 159 g

mp) mq) 69. El cloro gaseoso, Cl2 puede presentar diferentes reacciones con el agua, incluyendo la siguiente: mr) Cl2 + H2O → HCl + HClO3 ms) En base a esta ecuación calcular el porcentaje de rendimiento si 80 g de Cl2 con 18 g de H2O producen 60 g de HCl. mt) mu) Solución: mv) mw) 3Cl2 + 3H2O → 5HCl + HClO3 mx) 213 g 54 g 182,5 g 84,5 g my) mz) Se debe determinar primero si alguno de los reactivos está limitando la reacción: na) 54 g H 2 O 80 gCl . =20,28 g H 2 O 2 nb) 213 gCl 2 nc)

213 g Cl 2 nd) 18 g H 2 O. 54 g H 2 O =71,0 g Cl 2

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ne) nf) ng) El reactivo limitante es el agua; con este dato se debe calcular la cantidad de HCl producido: nh) 182,5 g HCl 18 g H 2 O. =60,83 g HCl ni) 54 g H 2 O nj) nk) El rendimiento de la reacción será: nl) 60 g %R= .100=98,6 nm) 60,83 g nn) no) np) nq) nr) ns)

nt) ESTEQUIOMETRÍA DE MEZCLAS 70. Una mezcla de Na2O y BaO que pesa 6,50 g se disuelve en agua, y luego se trata esta solución con ácido sulfúrico diluido. El BaSO 4 se precipita pero el Na2SO4 es soluble y permanece en solución. El BaSO 4 se recolecta por filtración y, una vez seco, se encuentra que pesa 7,61 g. ¿Qué porcentaje de la muestra original de los óxidos mezclados es BaO? nu)

Solución:

nv)

mmezcla =mNa O + mBaO=6,50 g

nw)

mBaS O =7,61 g

nx) ny)

2

4

BaO + H2SO4

7,61 g BaS O4 .

→ BaSO4 + H2O

153 g BaO =5 g BaO 233 g BaS O4

nz)El Porcentaje de BaO en la mezcla original es:

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BaO=

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mBaO 5g . 100= . 100=76,9 mmezcla 6,50 g

71. Una mezcla de CuSO4 y CuSO4.5H2O tiene una masa de 1,245 g pero después de calentarla para expulsar toda el agua la masa se reduce a 0,832 g. Calcular el porcentaje en masa de CuSO4.5H2O en la mezcla. ob)

Solución:

oc)

mmezcla =mCuSO +m CuSO

od) oe)

4

4

.5 H 2 O

=1,245 g

Después de calentar y eliminar el agua, solo queda CuSO 4:

mCuSO =0,832 g ; la masa de agua es :mH O=1,245 g−0,832 g=0,413 g H 2 O 4

2

of) La cantidad de CuSO4.5H2O es:

250 g CuS O4 . 5 H 2 O =1,15 g CuS O4 . 5 H 2 O 5.18 g H 2 O

og)

0,413 g H 2 O .

oh)

CuS O4 . 5 H 2 O=

mCuS O . 5 H O 1,15 g . 100= . 100=92,4 mmezcla 1,245 g 4

2

oi) oj)

72. Una mezcla de 0,500 gr de Cu 2O y CuO contiene 0,425 gr de Cu. ¿Cuál es la masa de CuO en la mezcla? ok) ol) Datos: om) m mezcla = 0,500 gr on) m cobre = 0,425 gr oo) M Cu2O = 144 gr op) M CuO = 80 gr oq) or) Calcular: os) ot) m CuO = ? ou) ov) Solución: ow) ox) Se forman dos ecuaciones:

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oy) oz) Mezcla: pa) m Cu O +m CuO =0,500 gr pb)

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(1)

2

pc) pd) Balance de Cu: pe) 128 gr Cu 64 gr Cu mCu O x +m x =0,425 gr pf) 144 gr Cu2 O CuO 80 gr CuO 2

pg) ph)

Despejando

mCu O 2

(2)

de (1) y reemplazando en (2)

pi) 0,89 x ( 0,5−mCuO ) +0,8 x mCuO =0,425

pj) pk) pl)

mCuO

Despejando

pm) mCuO=

pn)

:

0,02 gr =0,22 gr 0,09

po) 73. Una mezcla de Na2SO4 puro y de Na2CO3 tiene una masa de 1,200 g y da una mezcla, de BaSO4 y de BaCO3, que tiene una masa de 2,077 g. Calcular el tanto por ciento en masa de Na2SO4 que hay en la mezcla original. pp) Datos: pq)

mmezcla=mNa

pr)

mmezcla =mBaSO +m BaC O =2,077 g

2

SO4

4

+mNa C O =1,200 g 2

3

3

ps) X = Na2SO4 ; Y = Na2CO3 pt) Calcular: % Na2SO4 = ? pu) Solución: pv) Consideramos lo siguiente: pw) Na2SO4 BaSO4 px) 142 g 233 g py) Se forman dos ecuaciones:

y 106 g

Na2CO3 197 g

BaCO3

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pz)

X Na SO . 2

4

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233 g BaSO4 197 g BaC O3 +Y Na C O . =2,077 142 g Na2 SO 4 106 g Na2 C O3 2

3

qa) 1,64 X +1,86 Y =2,077(1) qb) X +Y =1,200(2) qc) Reemplazando (2) en (1) obtenemos: qd) 1,64.(1,200−Y )+1,86 Y =2,077 qe) Haciendo operaciones y despejando Y, tenemos: qf)

Y =0,495 y X =0,704

qg)

Na 2 SO 4 =

0,704 g x 100=58,7 1,200 g

74. Cuando se quema una mezcla de Mg y Zn que tiene una masa de 1,000 g, en atmosfera de oxígeno, da una mezcla de MgO y ZnO que tiene una masa de 1,409 g. ¿Cuánto de Zn hay en la mezcla original? qh) Mg → MgO qi) 55 g 71 g qj) qk)Mg = X ; Zn = Y ql) qm)

X Mg .

40 g MgO 81 g ZnO +Y Zn . =1,049 g 24 g Mg 65 g Zn

qp) qq)

1,66 X +1,25 Y =1,049( 2)

qr) Reemplazando (1) en (2) tenemos: qs) 1,66 .(1,000−Y )+1,25 Y =1,049 qt)

Zn → ZnO 81 g

X +Y =1,000 g ( 1 )

qn) qo)

65

1,66−1,66 Y +1,25 Y =1,409

PROBLEMARIO QUÍMICA GENERAL ING. LEONARDO SUAREZ MOLLINEDO qu) qv)

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y=0,612 g ; X=0,388 g

mZn =0,612 g

qw) qx) qy) qz) ra) rb) rc) rd) re) rf) rg) rh) ri) rj) rk) rl) rm) rn) ro) rp) rq)

rr) GASES IDEALES rs) 1. Un gas ocupa 250 mL a 700 torr y 22°C. Cuando la presión cambia a 500 torr,

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¿Qué temperatura en ºC, se necesita para mantener el mismo volumen? rt) ru) A) – 2 B) 62 C) – 6 D) – 62 E) Ninguno rv) Solución: rw) rx) V = cte., aplico Gay Lussac P1 P2 ry) T 1 = T 2

rz)

T2=

P2 .T 1 500 torr .(22+ 273) = =210,7 K ; ºC=210,7−273=−62 ºC P1 700 torr sa) La respuesta es D.

2. Al comprimir un gas a 1/6 de su volumen inicial, la diferencia de sus presiones es de 10 atm. ¿Cuál será la presión final en atm, del gas a temperatura constante? sb) sc) A) 10 B) 12 C) 15 D) 17 E) Ninguno sd) se) Solución: sf) sg) sh) V1 si) V2 = 1/6 V1 sj) sk)

sl) sm) P2 – P1 = 10 atm; T = cte. sn) so) Calcular P2 =? sp) sq) Se aplica la Ley de Boyle: sr) V 1 . P1=V 2 . P2 ss) P st)

1 (¿¿ 2−10)= V . P2 6 1 V 1. ¿

su) sv) Simplificando V1 y despejando P2: sw) 5 P 2=60 sx)

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sy)

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P2=12

sz) ta) La respuesta es B. tb) 3. Un recipiente vacío pesa 40,1305 g estando limpio y seco, lleno de agua a 25ºC (densidad = 0,9970 g/cm3) pesa 138,2410 g, y 40,2487 g estando lleno de una sustancia gaseosa a 740,4 mm Hg y 24,1ºC. ¿Cuál es el peso molecular del gas? tc) td) A) 40 g/mol B) 30 g/mol C) 25 g/mol D) 50 g/mol E) Ninguno te) tf) Solución: tg) Datos: mr=40,1305 g th) ti)

mr+ agua=138,2410 g

tj)

mr+ gas =40,2487 g

tk)

d agua(25ºC )=0,9970 g/ml

tl)

Pg =740 mm Hg .

tm)

T g=24,1 ºC+273=297,1 k

1 atm =0,974 atm 760 mm Hg

tn) to) Calcular: M =? tp) tq) Utilizamos la ecuación general de los gases de donde despejamos M: tr) m m. R . T P .V = . R .T ; M = ts) M P.V tt) tu) La masa del gas obtenemos de los siguientes datos: tv) tw)

mg=mr + gas −mr

mg=40,2487 g−40,1305 g=¿ 0,1182 g

tx) ty) El volumen del gas será el mismo volumen ocupado por el agua: tz)

V g =V agua

magua mr +agua −mr V = = agua ua) El volumen de agua se calcula de la siguiente manera: d agua d agua ub)

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uc)

V agua =

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138,2410 g−40,1305 g 1L 3 −2 =¿ 98,41 cm . =9,84 x 10 L 3 g 1000 cm 0,9970 ml

ud) ue) Reemplazando en M, tenemos: uf) atm. L 0,1182 g . 0,082 . 297,1 k k . mol ug) M = =30 g /mol 0,974 atm . 9,84 .10−2 L uh) ui) La respuesta es B. uj) uk) ul) um) 4. Cuántos gramos de neón a 250ºC y 5 atm, son necesarios para inflar un globo hasta la mitad de su volumen, si para inflarlo completamente se requieren 20 gramos de argón a 150ºC y 8 atm. un) uo) A) 5 g B) 2,5 g C) 7,5 g D) 10 g E) Ninguno up) uq) Datos: M Ne=20 g M Ar=40 g ; m Ar =20 g ur) T =250+273=523 k T =150+ 273=423 k us) ut) P=5 atm P=8 atm uu)

1 V Ne = .V Ar V Ar=? 2

uv) Solución: uw) ux) Calculamos el VAr que será el Vglobo: uy) atm. L 20 g . 0,082 . 423 k m.R.T k . mol V Ar= = =2,2 L uz) M .P g 40 . 8 atm mol va) vb) Reemplazamos los datos para el Ne:

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V .M.P mNe= Ne = vc) R.T

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g . 5 atm mol =2,5 g atm . L 0,082 .523 K k .mol 1,1 L . 20

vd) La respuesta es B. ve) 5. La diferencia entre las fracciones molares de dos compuestos en una mezcla gaseosa es 0,2, si la presión parcial del más abundante es 1,2 atm. ¿Cuál es la presión parcial del otro? vf) vg) A) 2 atm B) 0,2 atm C) 0,8 atm D) 0,5 atm E) Ninguno vh) vi) Datos: X A −X B=0,2 vj) vk)

P A =1,2atm

vl)

PB =?

vm) vn) Solución: vo) vp) Aplicando la ley de Dalton y la fórmula de la fracción molar: PA PB P =P + P ( 1 ) ; − =0,2(2) T A B vq) PT PT vr) vs) Reemplazando (1) en (2) vt)

P A −P B=0,2 PT ; P A −PB =0,2 .( P A + P B)

vu) Despejando PB y reemplazando PA:

PB =0,8 atm vv) La respuesta es C.

6. Un contenedor es dividido en dos compartimentos. El compartimento A contenía un gas ideal A a 400 K y 5 atm. de presión. El compartimento B contenía un gas ideal B a 400 K y 8 atm. La división entre los compartimentos es removida y los gases se mezclaron. La temperatura no se modificó. La fracción molar de A en la mezcla fue 0,5814. El volumen total de los compartimentos era 29 litros. Determine el volumen original de los compartimentos A y B. vw) vx) A) 10 L y 19 L B) 15 L y 14 L C) 20 L y 9 L D) 5 L y 24 L E) Ninguno

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vy) vz) Datos: wa) wb) wc) wd)

A 5 atm

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B atmk T8 = 400

X A =0,5814

we)

V mezcla =29 L

wf)

wg) wh) Calcular: VA =? ; VB = ? wi) wj) Solución: wk) wl) Cada gas ocupara cuando se mezclen el Vmezcla = 29 L; además: Vmezcla = VA + VB (1) wm) sin embargo a T constante las presiones de cada gas disminuirán en sujeción a la Ley de Boyle: PA . V A PB . V B P = ; P = A B wn) V mezcla V mezcla wo) wp)

Reemplazando valores: 5. V A 8. V B PA= =0,17 V A ( 2 ) ; PB = =0,26 V B (3) 29 29

wq) wr) ws)

wt)

Utilizando la XA, tenemos: P X A = A ; P A =0,5814 . PT ( 4) PT

wu)

wv)

X B=

ww) wx) wy) wz) xa) V B =

PB ; P =0,4186 . PT (5) PT B Reemplazando (4) en (2) y (5) en (3): V A=

0,5814 PT =3,42 PT (6) 0,17

0,4186 PT =1,61 PT (7) 0,26

xb) xc) Reemplazando (6) y (7) en (1):

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xd) xe)

3,42 PT +1,61 PT =29

xf)

PT =

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29 =5,76 5,03

xg) Reemplazando este valor en las ecuaciones (6) y (7) xh) V A =3,42. 5,76=20 L xi) xj) xk)

V B =1,61. 5,76=9 L xl) La respuesta es C.

xm) 7. Una mezcla de 0,20 moles de SO2, 0,60 moles de NH3 y 1,2 moles de SO3 están a una presión total de 700 torr. ¿Cuál es la presión parcial en torr de SO2? xn) xo) A) 65 B) 70 C) 75 D) 80 E) Ninguno xp) xq) Datos: n S O =0,20 moles xr) Calcular: PSO2 = ? 2

xs)

n N H =0,60 moles

xt)

n S O =1,20 moles

3

3

xu) Pt = 700 torr xv) xw) Solución: xx) xy) Utilizamos la fracción molar que puede ser expresada en función de las presiones parciales de los gases y del número de moles: xz) nSO P SO X = = SO ya) nt Pt 2

2

2

yb)

yc) yd)

De esta expresión despejamos la PSO2 y reemplazamos nt , nSO2 y Pt nt =n S O +n N H +n S O =0,20+0,60+1,20=2,0 moles 2

3

ye) yf)

3

n SO 0,20 moles P = . P t= .700 torr=70 torr SO yg) nt 2,0 moles 2

2

yh)

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yi) La respuesta es B. yj) yk) 8. Dos bulbos de vidrio, A y B de 500 mL y 200 mL de volumen respectivamente, se conectan a través de una llave cerrada. Si A contiene N 2 a una presión de 50 kPa mientras que B contiene O2 a 100 kPa de presión, ¿cuál será la presión cuando se abre la llave? yl) ym) A) 6 kPa B) 3 kPa C) 0,3 kPa D) 64,3 kPa E) Ninguno yn) yo) yp) Datos: N2 yq) O 500 ml 200 ml yr) 50 Kpa 100 Kpa ys) yt) yu) Solución: yv) yw) Realizamos las siguientes consideraciones:  El nuevo volumen ocupado por la mezcla de gases será: V T =500 ml+200 ml=700 ml 2



Como el volumen en la mezcla varia, también lo harán las presiones de los dos gases por tanto habrá una expansión que puede ser descrita a través de la Ley de Boyle, las nuevas presiones serán: P N . V N 50 kpa .500 ml P = = =35,71 kpa N yx) VT 700 ml 2

2

2

yy) yz)

PO = 2

PO . V O 100 kpa .200 ml = =28,57 kpa VT 700 ml 2

2

za) zb) La presión cuando se abra la llave será: zc) zd) Pf =PN + P O =35,71 kpa+28,57 kpa=64,3 kpa 2

2

ze) La respuesta es D. zf) 9. Se mezclan 0,04 litros de N2 que se hallan bajo una presión de 96 kPa y 0,02 litros de O2. El volumen total de la mezcla es de 0,06 litros y la presión total es de 97,6 kPa. ¿Cuál era la presión inicial del O2 tomado? zg) zh) A) 90,5 kPa B) 120,3 kPa C) 100,8 kPa D) 95,2 kPa E) Ninguno zi)

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zj) Datos: N2 zk) 0,04 L zl) 96 Kpa zm) zn) zo) zp) Solución: V T =0,06 L zq) zr) P N . V N 96 kpa . 0,04 L P = = =64,0 kpa N zs) VT 0,06 L 2

O2 0,02 L ? Kpa

2

2

zt) zu) Considerando la Pf: zv) Despejamos: zw) zx)

Pf =PN + P O =64,0+ PO 2

2

2

PO =97,6−64,0=33,6 2

Reemplazando en la ecuación de la presión inicial de oxígeno: PO = 2

PO V T 33,6 .0,06 = =100,8 kpa VO 0,02 2

2

zy) La respuesta es C. zz) 10. Un gas seco ocupa 71 mL en condiciones normales de presión y temperatura (0 ºC, 1 atm). Si se recoge la misma masa de gas sobre agua a 27°C y una presión total de 945,13 aaa) Torr, ¿qué volumen, en mL, ocupará el gas seco en éstas condiciones? aab) Presión de vapor del agua a 27°C = 26,7 torr. aac) aad) A) 64,56 B) 84,71 C) 10,89 D) 45,43 E) Ninguno aae) aaf) Datos: aag) V g =71mL Gas aah) Vg (f) =? húmedo

aai)

T = 273 k Gas seco T = 27ºC + 273 H2O = 300 k aaj) P = 760 torr Pt = 945,13 torr aak) PH2O= 26,7 torr aal) Solución: aam) Los cálculos se deben realizar en condiciones secas, por tanto se debe corregir la presión total de la mezcla disminuyendo la presión de vapor del agua y

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luego se aplica la ecuación combinada de los gases: PT =P gs + PH O ; Pgs=PT −P H O =945,13−26,7=918,43torr aan) 2

2

aao) aap)

V g (f ) =

Pi . V i . T f T i . Pf

aaq) 760 torr .71 mL . 300 k V g (f ) = =64,56 mL 273 k . 918,43 torr

aar) aas)

aat)

La respuesta es A.

aau) aav) 11. Un gas seco ocupa 50 mL en condiciones normales de presión y temperatura. Si se recoge la misma masa de gas sobre agua a 25°C y una presión total de 945 Torr, ¿qué volumen, en mL, ocupará el gas seco en éstas condiciones? Presión de vapor del agua a 25°C = 23,8 torr. aaw) aax) A) 64 B) 84 C) 45 D) 35 E) Ninguno aay) aaz) Datos: aba) abb) Datos: abc) V g =50 mL Gas abd) Vg (f) =? húmedo

abe) T = 273 k Gas seco T = 25ºC + 273 H O 2 = 298 k abf) P = 760 torr Pt = 945 torr abg) PH2O= 23,8 torr abh) abi) abj) Solución: abk) Los cálculos se deben realizar en condiciones secas, por tanto se debe corregir la presión total de la mezcla disminuyendo la presión de vapor del agua y luego se aplica la ecuación combinada de los gases: abl) PT =P gs + PH O ; Pgs=PT −P H O =945−23,8=921,2torr abm) 2

2

abn) abo)

V g (f ) = abp)

Pi . V i . T f T i . Pf

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abq)

V g (f ) =

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760 torr .50 mL . 298 k =45 mL 273 k . 921,2 torr

abr) abs)

La respuesta es C. abt) 12. Se investiga la fórmula molecular de la urea. Al oxidar 1,515 g de sustancia se forman 1,110 g de CO2 y 0,909 g de H2O. Al liberar el nitrógeno contenido, 0,2536 g de urea dan lugar a 102,6 mL de nitrógeno medidos sobre agua a 17 ºC y 758 torr. Para la determinación de la masa molecular, 0,169 g de sustancia desalojan en un aparato Victor Meyer 68 mL de aire medidos en aquellas condiciones de temperatura y presión. A partir de estos datos calcular la fórmula molecular de la urea. Pv del agua a 17 ºC es 14,5 torr. abu) abv) A) CON2H B) CON2H4 C) CONH2 D) CON4H2 E) Ninguno

abw) abx) aby) abz) aca) acb) acc) Datos: acd) ace) 1,515 g sustancia forman 1,110 g CO2 y 0,909 g H2O acf) acg) 0,2536 g urea forman 102,6 mL N2 medidos sobre agua: ach) aci) T = 17 ºC +273 = 290 k acj) P = 758 torr ack) Pv = 14,5 torr acl) acm) Solución: acn) aco) El compuesto tiene C, H, N y O los cuales se calculan de la siguiente manera: acp) 12 g C 1,110 g CO 2 . =0,30 g C acq) 44 g CO 2 acr) acs)

0, 909 g H 2 O.

act) acu) acv)

C=

2g H =0,10 g H 18 g H 2 O

0,30 g C .100=19,80 1,515 g sustancia

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acw) acx) acy) acz) ada)

H=

add) ade) adf) adg) adh) adi) adj) adk)

1 atm P . V . M N ( 758−14,5 ) torr . 760 torr 0,1026 L. 28 g/mol mN = = =0,12 g R .T atm . L 0,082 . 290 k k . mol 2

2

N=

%O=100−%C−%H −%N =100−19,80−6,67−47,32=26,21 Calculamos los átomos de cada elemento en la fórmula: C:

19,80 =1,65 12

H:

6,67 =6,67 1

N:

47,32 =3,38 14

O:

26,21 =1,64 16

adn) ado) adp) adq) adr) ads) adt) adu)

0,12 g N .100=47,32 0,2536 g urea

El %O se calcula por diferencia de 100:

adl) adm)

0,10 g H . 100=6,67 1,515 g sustancia

El nitrógeno se calcula de la siguiente fórmula de los gases:

adb) adc)

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Dividimos entre el menor número: C:

1,65 6,67 3,38 1,64 =1 ; H : =4 ; N : =2 ; O : =1 1,64 1,64 1,65 1,64

adv) adw) La fórmula empírica será: CON2H4 que tiene un peso molecular de 60 g/mol adx) Para corroborar este peso se calcula el peso molecular de la urea a partir de la Ley general de los gases: ady)

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adz)

M urea=

m.R.T = P .V

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atm. L . 290 k k . mol =59,3 g/mol 758 torr . 1 atm . 0,068 L 760torr

0,169 g .0,082

aea) aeb) El peso molecular verdadero es similar al peso molecular de la fórmula empírica: aec) aed) La respuesta es B. aee) 13. En un edificio con acondicionamiento de aire se absorbe desde el exterior 1000 litros de aire, a la temperatura de 11 ºC, presión de 780 torr y humedad de un 20%. Dicho aire pasa a través de los aparatos adecuados, donde la temperatura aumenta a 20 ºC y la humedad relativa a un 40 %. aef) aeg) ¿Cuál será el volumen ocupado por dicha masa de aire, si la presión en el edificio es de 765 torr?. Las presiones de vapor del agua a 11 ºC y 20 ºC son, respectivamente, 9,8 torr y 17,5 torr. aeh) aei) A) 1555 L B) 2050 L C) 1059 L D) 1180 L E) Ninguno aej) aek) ael) aem) aen) Datos: aeo) V aire =1000 L aep) Vaire = ? aeq) T1 = 11 ºC + 273 = 284 k + 273 = 293 k aer) P1 = 780 torr torr h1=20 aes) aet)

T2 = 20 ºC P2 = 765 h2=40

º

PV =9,8 torr PºV =17,5 torr

aeu) aev) Solución: aew) aex) Utilizamos la ecuación combinada de los gases y corregimos las presiones de vapor de agua considerando la humedad relativa: aey) P h 20 h1= ºv .100 ; Pv =PºV . 1 =9,8 torr . =1,96 torr aez) 100 100 PV

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afa) afb) afc) afd) afe) aff) afg)

h2=

Pv P

º V

.100 ; Pv =PºV .

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h2 40 =17,5torr . =7,0 torr 100 100

Las presiones de gas corregido son: P1=780 torr−1,96 torr=778,04 torr P2=765 torr−7,0 torr=758 torr

afh)

P1 . V 1 . T 2 afi) V aire(2)= T 1 . P 2 afj) afk)

V aire(2)=

778,04 torr . 1000 L . 293 k =1059 L 284 k .758 torr

afl) La respuesta es C. 14. Un cilindro lleno de helio a 2000 lb f / pulg tiene un pequeño orificio a través del cual el helio se escapa hacia un espacio evacuado a la velocidad de 3,4 milimoles por hora. ¿En cuánto tiempo se escaparán 10 milimoles de CO a través de un orificio similar si el CO estuviese confinado a la misma presión? afm) afn) A) 6,5 h B) 3,0 h C) 7,8 h D) 5,0 h E) Ninguno afo) afp) Solución: afq) v He M CO M He 4 afr) v = M → v CO = M . v He → v CO = 28 .3,4 milimoles/h CO He CO 2

√

afs) aft) afu) afv) afw) afx)

√

√

v CO =1,285 milimoles /h El tiempo requerido para que escapen 10 milimoles de CO serán: 10 milimoles CO .

1h =7,8 horas 1,285 milimoles CO

afy) afz) aga) agb) agc)

La respuesta es C.

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agd) 15. Una sala de conferencias contiene 12 hileras de asientos. Si un profesor suelta gas hilarante (N2O) en el extremo anterior de la sala y gas lacrimógeno (C6H11OBr) en el extremo posterior, al mismo tiempo, ¿en qué hileras empezarán a reír y llorar los estudiantes? age) agf) A) 8 y 4 B) 5 y 7 C) 9 y 3 D) 11 y 1 E) Ninguno agg) agh) Solución: agi) agj) N2O C6H11OBr agk) X 1=N O 2 ; X 2=C 6 H 11 OBr agl) agm) agn)

v NO vC H 6

ago) agp)

11

2

OBr

=

√

MC H 6

11

OBr

M NO

=

2

√

179 =2 44

Considerando que t1 = t2; tenemos:

agq)

X1 t1 =2→ X 1 =2 X 2 (1) X2 t2

agr)

X 1 + X 2 =12 ( 2 )

ags) agt)

Reemplazando (1) en (2) obtenemos:

X 1=8 y X 2 =4

agu) agv) Empezaran a reír en la octava hilera y a llorar en la cuarta hilera del lado contrario. agw) agx) La respuesta es A. agy) 16. Un volumen determinado de nitrógeno gaseoso se difunde a través de un capilar en 90 segundos. Luego en las mismas condiciones de presión y temperatura, un mismo volumen de una mezcla de NH3 y O2 emplea 75 segundos para difundirse por el mismo capilar. Determine la composición volumétrica de la mezcla. agz) aha) A) 38% y 62% B) 84% y 16% C) 22% y 78% D) 41% y 59% E) Ninguno ahb)

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ahc) ahd) ahe) ahf) ahg) 75 s ahh) ahi) ahj)

Solución: N2

ahm)

tN2 = 90 s

NH3 + O2

tmezcla =

2 t mezcla M mezcla t = → mezcla = tN MN tN

√

2

ahk) ahl)

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( ) (√

2

2

M mezcla MN 2

2

)

75 2 M mezcla = → M mezcla =19,44 g / mol 90 28

( )

ahn) aho)

Las fracciones molares en la mezcla serán:

ahp)

X NH + X O =1(1)

ahq)

M mezcla =M O . X O + M NH . X NH ; 19,44=32 . X O + 17 . X NH (2)

ahr)

3

2

2

2

3

3

2

Reemplazando (1) en (2) y despejando

X NH

3

3

ahs)

19,44=32. ( 1−X NH ) +17 . X NH → 19,44=32−32 X NH +17 . X NH

aht)

X NH =0,837 → X NH =84 y X O =16

3

3

3

3

3

3

2

ahu)

La respuesta es B.

ahv) ahw) ahx) 17. El proceso Haber, de fabricación de amoniaco, es muy importante en la fabricación de fertilizantes, se lleva a cabo según la reacción: ahy) ahz) N2 + H2 → NH3 aia) aib) Este proceso tiene un rendimiento del 61%. Si en una fábrica se utilizan 300 L aic) de H2 y 350 L de N2 diarios a una temperatura de 500 ºC y 500 atm. de

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aid) presión para fabricar amoniaco necesario, ¿cuántos cilindros se llenaran por aie) día? Los cilindros están a 25 ºC, tienen 30 L de capacidad y una presión de 4 aif) atm. aig) aih) A) 100 B) 215 C) 65 D) 196 E) Ninguno aii) aij) Solución: aik) Debemos considerar que uno de los reactivos está limitando la reacción y primero debemos encontrar cual es este reactivo: ail) aim) N2 + 3H2 → 2NH3 ain) 1L 3L 2L aio) 350 L 300 L 1 LN2 300 L H . =100 L N 2 2 aip) 3 L H2 aiq) El reactivo limitante es el H2: air) La cantidad de amoniaco que se produce es: 2 L NH 3 300 L H . =200 L 2 ais) 3 L H2 ait) Como el rendimiento es del 61% solo se produce:

V NH =200 L x 0,61=122 L 3

aiu) Consideramos las condiciones del gas inicial y final y aplicamos la ecuación combinada de los gases: aiv) P1=500 atm P2=4 atm aiw) aix)

T 1 =500ºC +273=773 k T 2=25 ºC+ 273=298 k

aiy)

V 1=122 LV 2=?

aiz) V NH (2)=

aja)

3

P1 . V 1 .T 2 T 1 . P2

ajb) ajc) ajd)

V NH (2)= 3

500 atm .122 L. 298 k =5879 L 773 k . 4 atm

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aje)

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Si la capacidad de cada tanque es de 30 L, podremos llenar la siguiente cantidad.

ajf) ¿ tanques=

ajg)

5879 L =196 tanques 30 L

ajh) aji) La respuesta es D ajj) . 18. Calcular la cantidad de caliza, cuya riqueza en carbonato de calcio es del 85,3 %, que se necesita para obtener 10 L de dióxido de carbono (por reacción con un exceso de ácido clorhídrico), medidos a 18 ºC y 752 Torr. ajm) HCl ajn) CO2 ajk) ajl) CaCO3 + → CaCl2 + ajo) + H2O ajp) ajq) ajt) E) A) ajr) C) 46,7 g ajs) D) 91,4 g 48,5 g B) 28,8 g Ninguno aju) ajv) Datos: ajw) V C O =10 L ajx) 2

ajy) ajz) aka)

T =18 º C +273=291

P=752 torr .

1 atm =0,99 atm 760 torr

CaC O3=85,3

akb)

mCaC O =? akc) Calcular: akd) ake) Solución: akf) akg) Se debe igualar primero la reacción química y calcular la masa de CO2 contenida en 10 L: akh) aki) akj) Ca akk) 2HCl akl) CO2 → CaCl2 + CO3 + + H2O akm) 100 g 44 g 3

akn)

mCO = 2

M .P.V = R.T

g . 0,99 atm .10 L mol =18,25 g atm . L 0,082 . 291 k . mol

44

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18,25 g CO 2 .

ako)

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100 g CaCO3 (p ) 100 g CaCO3 (i) . =48,6 g 44 g CO2 85,3 g CaCO3( p)

akp)

La respuesta es A.

19. ¿Qué volumen de PH3 gaseoso en c.n. podría formarse mediante la reacción de 100 akq)g de fosfuro de calcio en agua en exceso? akr) Ca3P2 (s) + H2O → Ca(OH)2 + PH3 aks) akt) A) 6,15 L B) 12,3 L C) 24,6 L D) 81,5 L E) Ninguno aku) akv) Solución: akw) akx) Se iguala primero la reacción: aky) akz) Ca3P2 (s) + 6H2O → 3Ca(OH)2 + 2PH3 ala) 182 g 68 g alb) 68 g PH 3 100 g Ca P . =37,4 g PH 3 3 2 alc) 182 g Ca3 P2 ald) ale) alf)

El volumen en C.N. será:

V PH = 3

m.R.T = M .P

37,4 g . 0,082

atm . L .273 k k . mol

g 34 . 1 atm mol

=24,6 L

alg) alh) La respuesta es C. ali) alj) alk) all) alm) aln) alo) alp) 20. Un frasco de 300 g de dicromato de potasio de 80 % de pureza se hace reaccionar con 25 cm3 de glicerina con un peso específico de 1,261. Determinar el volumen de dióxido de carbono que se recogen sobre agua a 59 ºF y 480 torr. La presión de vapor de agua a 59ºF es 12,79 torr. alq) alr) 7 K2Cr2O7 + 3 C3H8O3 + 28 H2SO4 7 Cr2(SO4)3 + 7 K2SO4 + 9 CO2 + 40 H2O als) alt) A) 34,1 L B) 62,3 L C) 24,6 L D) 39,5 L E) Ninguno

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alu) alv)

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Datos:

Determinar:

alw)

mK Cr O =300 g

alx)

K 2 Cr 2 O7=80

2

2

V CO =?

7

2

T =59 º F=15 ºC+273=288 k aly)

V glicerina=25 cm3

P=480 torr

alz)

d glicerina=1,261

Pv =12,79 torr

ama) amb) amc)

La presión corregida del CO2 en atmosferas será: PCO =480 torr−12,79 torr=467,21 torr . 2

1 atm =0,61 atm 760 torr

Solución:

amd) Se calcula la masa de glicerina y a continuación se calcula el reactivo límite de la reacción: ame) 3 1,261 g mglicerina=V glicerina . d glicerina =25 cm . =31,525 g amf) 1 cm3 amg) amh) De acuerdo a la ecuación el requerimiento de glicerina para el dicromato de potasio es: ami) amj) 7 K2Cr2O7 + 3 C3H8O3 + 28 H2SO4 7 Cr2(SO4)3 + 7 K2SO4 + 9 CO2 + 40 H2O amk) 2058 g 276 g 396 g aml) 80 g K 2 Cr2 O7 ( p ) 276 g C 3 H 8 O3 300 g K Cr O ( i ) . . =32,19 g C3 H 8 O3 2 2 7 amm) 100 g K 2 Cr 2 O7 ( i ) 2058 g K 2 Cr 2 O7 amn) amo) Como la cantidad de glicerina es mayor a la que se cuenta para la reacción el reactivo límite es la glicerina, por tanto el cálculo lo realizaremos a partir de 31,525 g de glicerina: amp)

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amq) amr) ams)

31,525 g C 3 H 8 O 3 .

396 gCO 2 =45, 23 g CO2 276 g C 3 H 8 O3

El volumen de CO2 será: V CO = 2

m. R . T = M .P

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45,23 g . 0,082

atm . L . 288 k k . mol

g 44 .0,61 atm mol

=39,8 L

amt) La respuesta es D. amu) 21. El aluminio reacciona con el ácido sulfúrico para formar sulfato de aluminio, Al2(SO4)3 y gas hidrógeno. ¿Qué volumen de gas hidrógeno (mL) recolectado en agua a 20 ºC de temperatura y 750 mmHg de presión, se obtuvo al reaccionar 2,50 g de aluminio?. El rendimiento de la reacción es del 65 %. Dato: Pv H2O a 20 ºC = 17,5 torr. amv) amw) A) 2,25 B) 22,53 C) 225,3 D) 2253 E) Ninguno amx) amy) Datos: Calcular: V H =? m Al=2,50 g amz) 2

ana)

T =20 ºC+273=293 k

anb)

P=750 mmHg

anc)

Pv =17,5 torr

and)

R=65

ane) anf) ang) anh) ani) anj)

Solución: Escribimos la ecuación química de la reacción: 2Al + 3H2SO4

65 →

Al2(SO4)3 + 3H2

ank) 54 g 6g anl) anm) La masa de H2 formada a partir de 2,50 g de Al considerando el 65 % de rendimiento es: ann)

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ano) anp) anq) anr)

2,50 g Al .

6 g H 2 (T ) 65 g H 2( P) . =0,18 g Al 54 g Al 100 g H 2(T )

Corregimos la presión para condiciones secas del gas: 1atm P=( 750 mm Hg−17,5 mmHg )=732,5 mmHg . =0,96 atm 760 mm Hg

ans) ant)

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m.R.T VH = = M .P

0,18 g . 0,082

atm . L .293 k k . mol

g 2 . 0,96 atm mol

2

=2,25 L

anu)

anv)

aoj)

any) anz) aoa) aob) aoc) aod) aoe) aof) aog) aoh) aoi) DISOLUCIONES

La respuesta es A. anw) anx)

aok) 22. Calcular la fracción molar del KCl en una solución acuosa al 5 % de KCl en peso aol) aom) A) 0,0026 B) 0,0125 C) 0,134 D) 0,26 E) Ninguno aon) aoo) Solución: aop) aoq) Suponemos 100 g de solución: aor) 5 g KCl 100 g solución . =5 g KCl aos) 100 g solución aot) aou) aov) aow)

Los moles de KCl serán: 5 g KCl .

1 mol =0,067 moles KCl 74,5 g KCl

Los moles de agua serán:

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95 g H 2 O .

aox) aoy)

1 mol H 2 O =5,28 moles H 2 O 18 g H 2 O

aoz)

nt =0,067+5,28=5,35 moles

apa) apb) apc)

La fracción molar de KCl será: X KCl=

apd)

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nKCl 0,067 moles = =0,0125 nt 5,35 moles

ape) apf)

La respuesta es B.

apg) 23. Si 25 mL de una solución de sulfato de cobre 2,50 M se diluyen con agua hasta un volumen final de 450 mL, ¿cuál es la nueva molaridad de la solución resultante? aph) api) A) 0,139 B) 0,268 C) 1,50 D) 2,50 E) Ninguno apj) apk) Solución: apl) apm) Utilizamos la regla de la dilución: C1 .V 1=C2 .V 2 apn) C2 =

apo)

C 1 . V 1 2,50 M .25 ml = =0,139 M V2 450 ml app)

La respuesta es A. apq) apr) aps) apt) apu) 24. ¿Qué masa de glucosa, C6H12O6 debe disolverse en 150 mL de agua para que la fracción molar de glucosa sea 0,125? La densidad del agua es de 1,00 g/mL. apv) apw) Ninguno

apx) apy) apz)

A) 156,7 g

Datos:

aqa)

V agua =150 ml

aqb)

X glucosa=0,125

aqc)

d agua =1 g /mL

B) 163,4 g

C) 195,2 g

D) 214,2 g

E)

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aqd) aqe) aqf)

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mglucosa=? Solución: 1 g H 2 O 1 mol H 2 O . =8,33 moles H 2 O 1mL 18 g H 2 O

aqg)

nagua =150 ml .

aqh)

X glucosa+ X H O =1→ X H O=1−0,125=0,875

aqi)

X H O=

aqj) aqk) aql) aqm) aqn) aqo)

2

nH O

2

2

nt

2

→nt =

nH O 2

XH O 2

=

8,33 moles =9,52 moles 0,875

Calculamos los moles de glucosa: X glucosa=

nglucosa →n glucosa= X glucosa . nt=0,125. 9,52=1,19 moles glucosa nt

Calculamos la masa de glucosa: 1,19 moles C6 H 12 O6 .

180 g 1mol C 6 H 12 O6 =214,2 g C 6 H 12 O6 1 mol C 6 H 12 O 6

aqp) aqq)

La respuesta es D. aqr) 25. Cuantos gramos de BaCl2.2H2 O se deben mezclar con suficiente cantidad de agua pura para preparar 50 g de una solución del 12% de BaCl2? aqs) aqt) A) 5,23B) 11,45 C) 7,04 D) 4,25 E) Ninguno aqu) aqv) Datos: msolución =50 g aqw) aqx) aqy)

C BaCl =12 2

aqz)

Calcular: msoluto =?

ara) arb)

Solución:

12 g Ba Cl2 244 g BaCl 2 .2 H 2 O 50 g solución . . =7,04 g BaCl 2 .2 H 2 O arc) 100 g solución 208 g BaCl2

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ard) La respuesta es C. are) 26. Para la siguiente reacción: arf) arg) C6H12O6 + K2Cr2O7 + H2SO4 → K2SO4 + Cr2(SO4)3 + CO2 + H2O arh) ari) ¿Cuántos gramos de K2Cr2O7 deben pesarse para preparar 500 cm3 de una solución 2 N? arj) ark) A) 28 B) 80 C) 49 D) 19 E) Ninguno arl) arm) Solución: arn) aro) Igualamos la ecuación química: arp) arq) C6H12O6 + 4K2Cr2O7 + 16H2SO4 → 4K2SO4 + 4Cr2(SO4)3 + 6CO2 + 22H2O arr) ars)La semirreacción de reducción es: art) +3 +¿+Cr 2 O−2 7 →2 Cr +7 H 2 O aru) 6 ē +14 H ¿ arv)

500 cm3 .

arw)

2 eq−g K 2 Cr2 O7 3

1000 cm

.

294 g K 2 Cr 2 O7 =49 g 6 eq−g K 2 Cr2 O7

arx) ary) La respuesta es C. arz) 27. ¿En qué cantidad de agua (gramos) deben diluirse 80 mL de una solución de ácido sulfúrico de densidad 1,2 g/mL al 30% en peso, para conseguir que la concentración sea el 10% en peso de ácido sulfúrico (H2SO4)? asa) asb) A) 208 B) 380 C) 192 D) 280 E) Ninguno asc) asd) Datos: ase) H2SO4 (concentrado) + H2O = H2SO4(diluido) V 1=80 mL asf) V2 = ? d s =1,2

asg)

g mL

C2 =10 ash) asi)

C1 =30

d s =1,0 g /mL

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asj)Calcular la masa de agua en que se diluye el ácido sulfúrico concentrado: magua=? ask) Solución: asl)Expresamos la concentración en % peso en M: asm) Ácido concentrado: 30 g H 2 S O4 1 mol H 2 S O4 1,2 g solución 1000 mL solución . . . =3,67 M asn) 100 g solución 98 g H 2 S O4 1 mL solución 1 L solución aso) asp) asq) asr)

Ácido diluido 10 g H 2 S O4 1 mol H 2 S O4 1,0 g solución 1000 mL solución . . . =1,02 M 100 g solución 98 g H 2 S O 4 1 mL solución 1 L solución

ass) ast)Aplicamos la regla de dilución para calcular el volumen de solución diluido: asu) C1 .V 1=C2 .V 2 asv) asw) asx) asy) asz) ata) atb) atc) atd) ate) atf) atg) ath) ati) atj) atk) atl) atm) atn) ato)

V 2=

C1 .V 1 3,67 M . 80 ml = =287,84 ml C2 1,02 M

La masa de las solución (1) es: 80 ml solución .

1,2 g solución =96 g solución (1) 1 ml solución

La amasa de la solución (2) es: 287,84 ml solución .

1 g solución =287,84 g solución(2) 1 ml solución

La masa de agua será: magua=287,84 g−96 g=192 g Otra forma: En la solución concentrada tenemos: msoluto =80 ml solución .

1,2 g solución 30 g soluto . =28,8 g soluto 1 m L solución 100 g solución

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atp)

magua=80 ml solución .

atq)

msolución =96 g

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1,2 g solución 70 g agua . =67,2 g agua 1mL solución 100 g solución

atr) En la concentración diluida tendremos: ats) m soluto att) msolución +magua =0,1 atu) magua=

atv)

msoluto 28,8 g −m solución = −96=192 g 0,1 0,1

atw) atx)

La respuesta es C. aty) atz) aua) 28. 120 g de una solución al 16,67% de KCl han sido mezclados con 60 gramos de otra solución al 12,5% de KCl. ¿Cuál es la concentración, en porcentaje en peso, de la solución resultante? aub) auc) A) 13,68% B) 15,28% C) 18,02% D) 20,05% E) Ninguno aud) aue) Datos: auf) aug) Solución 1 + Solución 2 = Solución resultante auh) ms 1=120 g ms 2=60 g aui) mr=180 g C1 =16,67

auj)

C2 =12,5

Cr =? auk) aul) aum) aun) auo) aup)

Solución: Calculamos la cantidad de soluto presente en cada solución: Solución 1: auq)

120 g solución .

16,67 g de soluto =20,0 g 100 g solución

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aur) aus) aut)

Solución 2: auu)

auv) auw) aux) auy) auz) ava)

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60 g solución .

La cantidad de soluto total será:

12,5 g de soluto =7,5 g 100 g solución

mr=20,0 g+7,5 g=27,5 g

La concentración resultante en % peso será: Cr =

msoluto 27,5 g .100= .100=15,28 msolución 180 g

avb) avc) La respuesta es B. avd) 29. ¿Cuántos mL de solución de hidróxido de potasio 2 N y 0,2 N se necesitan para preparar 1,8 L de una solución 0,6 N? ave) avf) A) 1500 y 300 B) 1400 y 400 C) 1000 y 800 D) 500 y 1300 E) Ninguno avg) avh) Datos: avi) avj) Solución 1 + Solución 2 = Solución resultante V 1=? V 2=? avk) V 3=1,8 L C1 =2 N

avl)

C2 =0,2 N

C3 =0,6 N avm) avn) avo) avp) avq)

Solución: Tenemos las siguientes ecuaciones: V 1+ V 2=V 3 (1)

avr) avs) avt) avu) avv)

V 1 . C 1+V 2 . C2=V 3 . C3 (2) Reemplazando (1) en (2) y despejando V2

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( V 3−V 2 ) . C1 +V 2 .C 2=V 3 .C 3

avw) avx)

V 2=V 3 .

avy) avz)

( C 3−C 1) ( 0,6−2 ) =1,8 L . =1,4 L=1400 mL ( 0,2−2 ) ( C 2−C 1)

V 1=1,8 L−1,4 L=0,4 L=400 mL

awa) awb)

awc) La respuesta es B. awd) 30. ¿Qué masas en gramos, de dos soluciones de glucosa , C 6H 12O6, al 15% y al 40% en peso deben mezclarse para preparar 700 g de una solución de glucosa al 25%?. Si la densidad de la solución es de 1,2 g/cm3, ¿cuál es la molaridad de la solución? awe) awf) A) 420; 280 y 1,67

awg) awh) awi) awj)

B) 500; 200 y 2,55

C) 110; 590 y 8,42

Datos: Solución 1 Solución resultante m1=¿

awk)

+

Solución 2 m2=?

m3=700 g C1 =15

awl)

C2 =40

C3 =25 awm) awn) awo) awp)

Solución: Tenemos las siguientes ecuaciones: m1+ m2 =m3 (1)

awq) awr) aws) awt) awu) awv)

m 1 . C1 +m 2 .C 2=m 3 .C 3 (2) Reemplazando (1) en (2) y despejando V2

( m3−m2 ) .C 1 +m2 . C2 =m3 . C3

aww) awx) awy)

D) 350; 350 y 1,3

m2=m3 .

( C3 −C1 ) ( 25−15 ) =700 g . =280 g ( 40−15 ) ( C2 −C1 )

=

E) Ninguno

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awz) axa) axb) axc) axd)

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m1=700 g−280 g=420 g La molaridad de la solución es: 3 25 g C 6 H 12 O 6 1 mol 1,2 g 1000 cm . . . =1,67 M 100 g solución 180 g C6 H 12 O6 1 cm3 1L

axe) axf)

La respuesta es A. axg) 31. Calcular el volumen, en mL, de una solución de ácido clorhídrico 3N que se necesita para reaccionar con 30 gramos de carbonato de calcio, del 75% de pureza, según la siguiente reacción, axh) axi) CaCO3 + HCl → CaCl2 + CO2 + H2O axj) axk) A) 50 B) 100 C) 150 D) 200 E) Ninguno axl) axm) Solución: axn) axo) Balanceamos la ecuación química: axp) axq) CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O axr) 100 g 73 g axs) axt) 75 gCa CO 3( p) 73 g HCl 1 eq−g HCl 1000 ml solución 30 g Ca CO3 (i) . . . . =150 ml 100 g Ca CO 3 (i) 100 gCa CO3 ( p) 36,5 g HCl 3 eq−g HCl axu) axv) La respuesta es C. axw) 32. En la titulación de una solución de peróxido de hidrógeno (H2O2) con solución de permanganato de potasio (KMnO4). La reacción es: axx) axy) 5H2O2(ac) + 2KMnO4(ac) + 3H2SO4(ac) → 2MnSO4(ac)+K2SO4(ac)+5O2(g)+ 8H2O(l) axz) aya) Se gastaron 100 mL de solución 0,8 M de KMnO 4, para titular 20 g de la solución de peróxido de hidrógeno. ¿Cuál es el porcentaje en peso de H 2O2 en la solución? ayb) ayc) A) 24% B) 34% C) 44% D) 54% E) Ninguno ayd) aye) Datos:

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ayf)

V KMn O =100 mL C KMnO =0,8 M

ayg)

msolución deH

4

ayh) ayi) ayj) ayk) ayl) aym) ayn) ayo) ayp)

2

O2

=20 g peso H O =? 2

2

Solución: Se calcula la cantidad de permanganato de potasio gastada en la titulación:

100 mL .

ayq)

ayr) ays)

4

KMnO 4

0,8 moles KMn O 4 158 g KMn O4 . =12,64 g KMn O4 1000mL 1 mol KMn O4

Calculamos la cantidad de H2O2 que reacciona con los 12,64 g de acuerdo a la reacción química:

ayt) ayu)

12,64 g KMnO4 .

ayv) ayw)

peso=

5 x 34 g H 2 O2 =6,8 g H 2 O2 2 x 158 g KMn O4

m soluto 6,8 g H 2 O2 .100= . 100=34 m solución 20 g ayx)

La respuesta es B. ayy) 33. ¿Qué volumen de una solución de ácido sulfúrico 0,1 M se necesita para alcanzar el punto final cuando se titulan 50 mL de NaOH 0,5 M? ayz) aza) A) 250 mL B) 125 mL C) 375 mL D) 100 mL E) Ninguno azb) azc)

Datos:

azd)

VH

2

S O4

=? V NaOH =50 mL

aze)

CH

2

S O4

=0,1 M C NaOH =0,5 M

azf) azg) azh)

Solución:

azi) Utilizamos la siguiente ecuación:

azj)

C ácido .V ácido=C base .V base

Sin embargo la concentración en esta ecuación debe ser expresada en Normalidad:

PROBLEMARIO QUÍMICA GENERAL ING. LEONARDO SUAREZ MOLLINEDO

azk) azl) C H

2 S O4

=

0,1moles H 2 S O4 2eq−g H 2 S O 4 . =0,2 N 1 L solución 1 mol H 2 S O 4

azm)

C NaOH =

azn)

azo) azp) azq) azr)

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0,5 moles NaOH 1 eq−g NaOH . =0,5 N 1 L solución 1mol NaOH

El volumen del ácido será: V ácido =

azs)

C base .V base 50 mL . 0,5 M = =125 mL C ácido 0,2 N

azt) azu)

La respuesta es B.

azv) azw) azx) azy) azz) 34. Cierta empresa compra 150 Kg de sulfuro de cobre (II) para su posterior utilización en un proceso industrial. Con el fin de determinar la pureza del compuesto se hacen reaccionar 0,25 g del mismo con ácido nítrico diluido necesitándose 24 ml del mismo para disolverlo. Sabiendo que 15 ml del ácido empleado neutralizan 17 ml de NaOH 0,15 N. Determinar la pureza del mineral. baa) bab) A) 20,4% B) 34,7% C) 78,4% D) 15,8% E) Ninguno bac) bad) Datos: bae) baf) La reacción del sulfuro de cobre (II) con el ácido nítrico es: bag) bah) bai) CuS + 2HNO3 → Cu(NO3)2 + H2S baj) 96 g 126 g mCuS=0,25 g bak) bal)

V HNO =24 ml

bam)

V a=15 mL V b=17 mL

ban)

C a=? C b=0,15 N

3

PROBLEMARIO QUÍMICA GENERAL ING. LEONARDO SUAREZ MOLLINEDO

bao)

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Solución:

bap)

Se calcula primero la Ca y con esta concentración se calcula la cantidad de C .V 0,15 N . 17 mL C a= b b = =0,17 N CuS presente en la muestra de 0,25 g. Va 15 mL

baq) 24 mL solución .

0,17 eq−g H NO3 63 g H NO 3 96 g CuS . . =0,196 g CuS 1000 mL solución 1eq−g H NO3 126 g H NO3

pureza=

bar)

mCuS 0,196 g . 100= .100=78,4 mt 0,25 g

bas) bau) bav) baw) bax) bay) baz) bba) bbb) bbc) bbd) bbe) bbf) bbg) bbh) bbi) bbj)

bat)

bbk)

La respuesta es C.

PROPIEDADES COLIGATIVAS DE LAS SOLUCIONES

bbl) 35. Calcular la presión de vapor en torr de una solución a 20 °C que contiene 15 g de un soluto no volátil y 300 g de agua, si la solución congela a - 2,3°C. La presión de vapor del agua a 20 °C es 17,3 mmHg y la constante crioscópica molal 1,86 °Ckg/mol. bbm) A) 3,69 B) 16,9 C) 20,0 D) 17,3 E) Ninguno bbn) bbo) Datos: mdisolvente=300 g bbp) bbq)

msoluto =15 g

bbr)

Pºv =17,3 mm Hg

bbs)

K c =1,86 ºCkg/m ol

PROBLEMARIO QUÍMICA GENERAL ING. LEONARDO SUAREZ MOLLINEDO º

bbt)

T c =0 ºC

bbu)

T c =−2,3 ºC

bbv) bbw) bbx) bby) bbz) bca) bcb) bcc) bcd) bce) bcf) bcg) bch) bci) bcj)

UNIVERSIDAD NACIONAL SIGLO XX ÁREA DE TECNOLOGÍA

Calcular: PS =? Solución: Aplicando la Ley de Raoult: º PS =Pv . X disolvente La fracción molar del disolvente se calcula de la siguiente manera: X disolvente =

nd nd +n S

Los moles de disolvente se calculan de la siguiente forma: nd =

md 300 g = =16,67 moles agua M d 18 g

Los moles de soluto se calculan a partir de la siguiente fórmula: ∆ T =K c . ml=K c .

ns ∆ T . md ; ns = md Kc

bck) bcl) bcm) bcn) bco) bcp) bcq) bcr)

n s=

0ºC−(−2,3 ºC ) . 0,3 kg =0,37 moles ºC kg 1,86 mol

La Xd=? es: Xd=

16,67 =0,978 16,67+0,37

La PS será: PS =17,3. 0,978=16,9 torr

bcs) La respuesta es B. bct) 36. Calcular el peso molecular de un compuesto orgánico, sabiendo que una disolución de 0,9 g de la misma en 20 g de agua tiene un punto de congelación de - 0,465 °C. kc = 1,86 ºC/molal. bcu)

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bcv) bcw) bcx) bcy)

A) 120

B) 180

msoluto =0,9 g

bda)

mdisolv ente =20 g

bdb)

T c =−0,465 ºC

bdc)

T c =0 ºC

bdd)

K c =1,86 ºC /molal

bdg) bdh) bdi) bdj) bdk) bdl)

C) 246

D) 205 E) Ninguno

Datos:

bcz)

bde) bdf)

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º

Calcular: M soluto =? Solución: Utilizamos la siguiente ecuación: 0 ºC — 0,465ºC 0,02 kg .(¿)=180 g/mol m .K 0,9 g .1,86 ºC kg/mol M s= s c = ¿ md . ∆ T bdm)

La respuesta es B.

bdn) 37. El peso molecular de un compuesto es 58 g/mol. Calcule el punto de ebullición de una solución que contiene 24 gramos de soluto y 600 gramos de agua, cuando la presión de vapor del agua es tal que el agua pura hierve a 99,73ºC. Keb = 0,52ºC/molal bdo) bdp) A) 100,09 B) 99,73 C) 100,25 D) 102,62 E) Ninguno bdq) bdr) Datos: M soluto =58 g/mol bds) bdt)

msoluto =24 g

bdu)

mdisolvente=600 g

bdv)

T e=99,73ºC

bdw)

K eb =0,52ºC /molal

º

PROBLEMARIO QUÍMICA GENERAL ING. LEONARDO SUAREZ MOLLINEDO

bdx) bdy) bdz) bea) beb) bec) bed) bee)

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Calcular: T e=? Solución: Calculamos ∆T a partir de la siguiente ecuación: ∆T=

ms . K e 24 g . 0,52ºC kg/mol = =0,358 ºC M s . md g 58 . 0,6 kg mol

bef) beg)

∆ T =T e −T ºe →T e =∆ T +T ºe=0,358ºC +99,73 º C=100,09 ºC

beh) bei)

La respuesta es A. bej) 38. Calcule el punto de congelación de una solución preparada con 0,20 g de etilenglicol C2H6O2 con 50 g de agua. Kc = 1,86ºC/molal. bek) bel) A) 0,0ºC B) -1,2ºC C) -5,2ºC D) 2,3ºC E) Ninguno bem) ben) Datos: mC H O =0,20 g beo) 2

6

2

bep)

mH O=50 g

beq)

T c =0 ºC

ber)

K c =1,86 ºC /molal

bes) bet) beu) bev) bew) bex) bey) bez) bfa)

2

º

Calcular: T c =? Solución: Calculamos el ∆T de la solución: ∆T=

ms . K c 0,20 g .1,86 ºC kg/mol = =0,12º C M s . md g 62 . 0,05 kg mol

Por otra parte: ∆ T =T ºc −T c =0 º C−0,12 º C=−0,12 ºC

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bfb) bfc)

La respuesta es E. bfd) 39. ¿Qué porcentaje en masa de glicerina C3H8O3 contiene una solución acuosa si a 25 ºC la presión de vapor de la solución es de 23,1 torr?. La presión de vapor del agua a 25 ºC es 23,8 Torr. bfe) bff)A) 2,45 B) 13,41 C) 5,78 D) 23,1 E) Ninguno bfg) bfh) Datos: T =25 ºC bfi) º bfj) Pv =23,8 torr bfk)

PS =23,1torr

bfl)

K c =1,86 ºCkg/mol

bfm)

Calcular:

bfn)

ms =

bfo) bfp) bfq) bfr)

Solución:

bfs)

ms . 100 ms+ md

Partimos de las siguientes igualdades: ∆ P=P ºv . X s → X s =

∆P (1) Pºv

ms n Ms ms X s= s = = (2) bft) ns +n d ms md Ms + ms + m Ms Md Md d bfu) bfv) bfw) bfx) bfy) bfz) bga) bgb)

Igualando (1) y (2) ms ∆P = º Ms Pv ms + m Md d Haciendo operaciones:

(

ms . 1−

∆ P ∆ P . Ms = º md Pºv Pv . M d

)

Sustituyendo valores:

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bgc)

(

( 23,8−23,1 ) torr ( 23,8−23,1 ) torr .92 g/ mol = md 23,8torr 23,8torr .18 g /mol

)

bgd)

m s . 1−

bge)

0,971 ms=0,150 md de donde md=6,47 ms

bgf) bgg) bgh)

Sustituyendo md en: ms =

ms ms ms . 100= . 100= .100=13,39 ms+ md ms +6,47 ms 7,47 ms

bgi) bgj)

La respuesta es B.

bgk) 40. ¿A qué temperatura hierve aproximadamente una solución acuosa 2 M de cloruro de sodio cuya densidad es de 1,3 g/ml? Keb= 0,52 ºC/molal. bgl) bgm) A) 200,88 B) 150,00 C) 100,88 D) 120,88 E) Ninguno bgn) bgo) Datos: C s=2 M bgp) bgq)

d solución =1,3 g/mL

bgr)

T ºe=100 ºC

bgs)

K e b=0,52 ºC /molal

bgt) bgu)

Calcular: T e=?

bgv) bgw) bgx) bgy) bgz) Solución: bha) bhb) La concentración molar debe expresarse en molalidad, para ello suponemos un volumen de solución de 1000 mL y calculamos la cantidad de soluto y la cantidad de agua en la mezcla: bhc) 2 moles NaCl 58,5 g NaCl 1000 mL solución . . =117 g NaCl bhd) 1000 mL solución 1 mol NaCL bhe)

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bhf)

1000 mL solución .

1,3 g solución =1300 g solución 1 mL solución

bhg) bhh)

La cantidad de agua es:

bhi) bhj) bhk) bhl) bhm) bhn) bho) bhp)

La molalidad es:

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ml=

magua=m solución −m soluto =1300 g−117 g=1183 g 2 moles NaCl =1,7 ml 1,183 kg

Considerando que el cambio de temperatura es: ºC ∆ T =K e .ml=0,52 .1,7 molal=0,88 ºC molal La temperatura de la solución es Te: º º ∆ T =T e −T e →T e =T e + ∆T =100 ºC +0,88 ºC=100,88ºC

bhq) bhr)

La respuesta es C. bhs) 41. ¿Cuántos gramos de sacarosa C12H22O11 deben disolverse en 800 g de agua para que la presión de vapor de la solución sea de 36,95 mmHg?. La presión de vapor del agua a 33 ºC es 37,73 mmHg. bht) bhu) A) 450 B) 130 C) 520 D) 321 E) Ninguno bhv) bhw) Datos: mdisolvente=800 g bhx) bhy)

Pºv =37,73 mm Hg

bhz)

Pv =36,95 mm Hg

bia)

K c =1,86 ºCkg/mol

bib)

T =33 ºC

bic) bid) bie) bif) big) bih) bii)

Calcular: msoluto =? Solución: Partimos de las siguientes igualdades:

PROBLEMARIO QUÍMICA GENERAL ING. LEONARDO SUAREZ MOLLINEDO º

bij)

∆ P=P v . X s → X s =

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∆P (1) Pºv

ms n Ms ms X s= s = = (2) ns +n d ms md Ms + ms + m Ms Md Md d

bik)

bil) bim)

Igualando (1) y (2) ms ∆P = º M Pv ms + s m d Md

bin) bio) bip)

Haciendo operaciones y despejando ms: m s=

biq)

∆ P . Ms Pºv m . d Pºv . M d Pºv −∆ P

bir)Sustituyendo valores: bis)

g .800 g mol 37,73mmHg . g 37,73 mmHg−( 37,73−36,95 ) mmHg 37,73 mmHg. 18 mol

( 37,73−36,95 ) mmHg . 342 bit)

m s=

biu)

ms=321 g C12 H 22 O11

biv) biw)

bix)

La respuesta es D.

biy) 42. presión de vapor de una solución preparada con 12 g de soluto no volátil y 72 g de agua a 100 ºC es de 754,3 mmHg. Calcular la masa molecular del soluto y la temperatura de congelación de la solución. Kc = 1,86 º C Kg/mol biz) bja) A) 397; -0,78 B) 190; -1,5 C) 80; -0,25 D) 450; -1,55 E) Ninguno bjb) bjc) Datos: mdisolvente=72 g bjd) msoluto =12 g

bje) º

bjf) Pv =760 mm Hg

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bjg)

Pv =754,3 mm Hg

bjh)

K eb =0,52ºC /molal

bji) bjj) bjk) bjl) bjm) bjn) bjo) bjp) bjq)

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K c =1,86 ºCkg/mol Calcular: M soluto =? T s=? Solución: Partimos de las siguientes igualdades: ∆ P=P ºv . X s → X s =

∆P (1) º Pv

ms n Ms ms X s= s = = (2) bjr) ns +n d ms md Ms + ms + m Ms Md Md d bjs) bjt) Igualando (1) y (2) ms ∆P = º M Pv bju) ms + s m d Md bjv) bjw) bjx) bjy) bjz) bka) bkb) bkc) bkd) bke) bkf) bkg)

Haciendo operaciones y despejando Msoluto: M s=

ms . M d . ( Pºv −∆ P ) ∆ P . md

Sustituyendo valores: M s=

12 g . 18 g / mol . ( 760−( 760−754,3 ) ) mmHg ( 760−754,3 ) mmHg .72 g

M s=397 g /mol La temperatura de congelación será: ∆ T =T ºc −T c =K c . ml

=

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bkh) bki)

bkj)

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Despejamos Tc: 12 g g 397 ºC kg mol T c =−K c . ml+T ºc =−1,86 . +0 ºC=−0,78 ºC mol 1 kg 72 g 1000 g

bkk) bkl)

La respuesta es A. bkm) 43. ¿Cuál es la presión osmótica de una solución 0,7 M de glucosa en agua a 25 ºC? bkn) bko) A) 20,1 atm B) 17,1 atm C) 25,5 atm D) 5,7 atm E) Ninguno bkp) bkq) Datos: bkr) C s=0,7 M bks) bkt) bku) bkv) bkw) bkx) bky) bkz) bla) blb) blc) bld) ble)

T =25 ºC Calcular: π =?

Solución: Aplicando la ecuación de la presión osmótica: π =M R T → π=0,7

mol atm . L . 0,082 .298 k =17,1 atm L k .mol

blf) blg) La respuesta es B. blh) 44. Calcule la presión osmótica de 100 ml de una solución al 35% en peso de NaCl, cuya densidad es 1,205 g/ml a 20°C bli) blj) A) 130 atm B) 150 atm C)124 atm D) 173 atm E) ninguno blk) bll) Datos: blm) C=35 bln)

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blo)

d=1,205 g/mL

blp)

T =20 ºC

blq)

blr) π =?

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Calcular:

bls) Solución: blt) blu) Para aplicar la ecuación de la presión osmótica necesitamos calcular la molaridad de la solución que se hace de la siguiente manera: blv) 35 g NaCl 1 mol NaCl 1,205 g solución 1000 mLsolución . . . =7,2 M blw) 100 g solución 58,5 g NaCl 1 mL solución 1 L solución blx) bly) blz) bma)

Aplicando la fórmula de la presión osmótica: π =M R T → π=7,2

mol atm. L . 0,082 . 293 k=173 atm L k . mol

bmb) 45. Una solución acuosa de benzaldehído, C6H5COH, tiene a 18 ºC una presión osmótica de 3,57 atm. ¿A qué temperatura solidificará la solución? bmc) bmd) A) -0,28 B) -0,5 C) 0,0 D) -3,5E) Ninguno bme) bmf) Datos: M C =106 g /mol bmg) 6 H5 COH

bmh)

T =18 ºC+273=291 k

bmi)

π =3,57 atm

bmj)

K c =1,86 ºCkg/mol

bmk) bml)

Calcular: T c =?

bmm) Solución: bmn) bmo) Calculamos la molaridad de la solución a través de la fórmula de presión osmótica: bmp) π 3,57 atm π =M R T → M = = =0,15 mol /litro R .T atm . L bmq) 0,082 .291 k k .mol

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bmr) Como no se tiene un dato de la densidad de la solución consideramos que la solución tiene una densidad de 1 g/mL, por tanto la molaridad será igual a la molalidad. bms) bmt) El ∆Tc es: bmu) ºC kg mol ∆ T c =K c .ml=1,86 . 0,15 =0,28ºC bmv) mol kg bmw) bmx)

º

º

∆ T c =T c −T c →T c =T c −∆ T =0 ºC−0,28 º C=−0,28 ºC

bmy) bmz) La respuesta es A. bna) 46. El suero sanguíneo del hombre tiene un punto de fusión de -0,56 ºC. ¿Qué presión osmótica tiene la sangre a 37 ºC, si 1 ml de suero contiene 1 gramo de agua? bnb) bnc) A) 4,65 atm B) 2,65 atm C) 7,65 atm D) 10,65 atm E) Ninguno bnd) bne) Datos: V suero =1 mL bnf) bng)

magua=1 g

bnh)

T =37 ºC+273=310 k

bni) bnj) bnk) bnl) bnm) bnn) bno) bnp) bnq) bnr) bns) bnt) bnu)

Calcular: π =? Solución: Calculamos la molaridad del suero sanguíneo: ∆ T c =K c .ml → ml=

∆ T c (T ºc −T c ) 0 ºC−(−0,56 ºC) = = =0,30 molal Kc Kc ºC Kg 1,86 mol

En este caso la molalidad es igual a la molaridad: ml=M Sustituyendo en la ecuación de presión osmótica: π =M R T =0,30

mol atm . L .0,082 . 310 k =7,65 atm L k . mol

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bnv)

La respuesta es C. bnw)

bnx) 47. El benceno (C6H6) y el tolueno (C7H8) forman soluciones ideales. A 60ºC la presión de vapor del benceno puro es 0,57 atm y la presión de vapor del tolueno puro es 0,184 atm. ¿Cuál es la presión de vapor en torr de una solución ideal que contiene 5 moles de benceno y 23 moles de tolueno? bny) bnz) A) 115 B) 42 C) 83 D) 50 E) Ninguno boa) Datos: Pbenceno=0,57 atm bob) boc)

Ptolueno=0,184 atm

bod)

T =60 ºC+273=333 k

boe)

nbenceno =5 moles

bof)

ntolueno=23 moles

bog) boh)

Calcular: Psolución =?

boi) boj) Considerando que en una solución el soluto se encuentra en menor proporción, la fracción molar del soluto y del disolvente será: bok) Soluto: nbenceno 5 moles X benceno = = =0,18 bol) nbenceno +ntolueno 5 moles+23 moles bom) bon) boo) bop) boq) bor) bos) bot) bou) bov)

Solvente: X tolueno =

ntolueno 23 moles = =0,82 n benceno +ntolueno 5 moles+23 moles

Aplicando la ecuación: Psolución =Pºtolueno . X tolueno=0,184 atm. 0,82=0,15 atm La presión expresada en torr será: Psolución =0,15 atm .

760 torr =115 torr 1 atm

bow) box)

La respuesta es A.

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boy) 48. Un compuesto orgánico tiene el siguiente análisis elemental: C = 55,8%, H = 7,0%, O = 37,2%. Cuál es la fórmula molecular del compuesto, sabiendo que una solución que contiene 1,50 g de este compuesto en 30 g de benceno (C 6H6) congela a 2,63ºC. El punto de fusión del benceno es 5,5ºC y kc=5,12ºC/molal. boz) bpa) A) C2H3O B)C4H6O2 C) C3H4O2 D) C3H6O2 E) Ninguno bpb) bpc) Datos: C=55,8 ; H=7,0 ;O=37,2 bpd) bpe)

msoluto =1,50 g

bpf)

mdisolvente=30 g

bpg) bph) bpi) bpj) bpk) bpl) bpm) bpn) bpo) bpp) bpq) bpr) bps)

T c =2,63ºC T ºc =5,5ºC K c =5,12 ºC/molal Calcular: Fórmula molecular: 55,8 C: =4,65 12 H:

7,0 =7,0 1

O=

37,2 =2,32 16

Dividimos entre el menor número obtenido: C:

4,65 =2 2,32

H:

7,0 =3 2,32

O:

2,32 =1 2,32

bpt) bpu) La fórmula empírica será: C2H3O y su peso molecular es: 43 g/mol bpv) Para obtener la fórmula verdadera utilizamos las propiedades coligativas de la solución formada: bpw)

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UNIVERSIDAD NACIONAL SIGLO XX ÁREA DE TECNOLOGÍA º

∆ T c =K c .ml → ml=

bpx) bpy) bpz) bqa)

∆ T c (T c −T c ) 5,5ºC−2,63 ºC = = =0,56 molal Kc Kc ºC Kg 5,12 mol

De la molalidad encontramos el peso molecular del soluto:

msoluto n M msoluto mlC H = soluto = soluto → M soluto = = mC H mC H ml . m C H 6

6

6

6

6

6

6

6

1,50 g =89,3 g /mol mol 0,56 . 0,03 kg kg

bqb) Para encontrar la fórmula verdadera dividimos el peso molecular encontrado entre el peso molecular empírico: 89,3 g/mol n= =2 bqc) 43 g /mol bqd)

La fórmula verdadera será: C4H6O2 bqe)

La respuesta es B.

bqf) bqg) bqh) bqi) bqj) bqk) bql) bqm) bqn) TERMOQUÍMICA bqo) 1. Un trozo de 350 g de plomo se calentó a 100ºC y se sumerge en 100 g de agua a 20ºC, alcanzando el equilibrio a la temperatura final de 27,8ºC, calcular el calor específico del plomo. bqp) bqq) A) 0,31 B) 0,031 C) 3,10 D) 45,4 E) ninguno bqr) bqs) Datos: mPb=350 g bqt) bqu)

T Pb=100 ºC

bqv)

magua=100 g

bqw)

T agua=20 º C

bqx)

T eq=27,8 ºC

bqy)

Solución:

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bqz) bra) brb) brc)

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Utilizando la primera Ley de la termoquímica: Qganado ( agua )=Q perdido ( Pb )

brd) bre) brf) brg) brh)

magua .C e(agua) . ( T eq −T agua )=mPb . C e(Pb) . ( T Pb−T eq ) Despejando Ce(Pb) y sustituyendo valores:

cal magua . Ce (agua ) . ( T eq −T agua ) 100 g . 1 g ºC . ( 27,8 ºC−20 ºC ) = =¿ bri) C e ( Pb)= mPb . ( T Pb−T eq ) 350 g . ( 100ºC−27,8 ºC ) brj)

C e(Pb)=0,031

cal g ºC

brk) brl)La respuesta es B. brm) 2. Determinar la temperatura final después de mezclar 35g de hielo a 0ºC y 70 g de agua a 85ºC y 25 g de cobre a 90ºC (Ce Cu = 0.092cal/gºC). brn) bro) A) 56,45 B) 36,50 C) 43,90 D) 68,56 E) ninguno brp) brq) Datos: brr) mhielo=35 g brs) brt)

T hielo=0 ºC

bru)

magua=70 g

brv)

T agua=85 º C

brw)

mCu=25 g

brx)

T Cu =90 ºC

bry)

C eCu=0,092

brz) bsa) bsb) bsc)

cal gºC

Calcular: Te = ? Solución:

PROBLEMARIO QUÍMICA GENERAL ING. LEONARDO SUAREZ MOLLINEDO

bsd)

UNIVERSIDAD NACIONAL SIGLO XX ÁREA DE TECNOLOGÍA

Qganado ( agua )+Q ganado(hielo )=Q perdido (Cu )

bse) bsf) magua .C e(agua) . ( T eq −T agua ) +mhielo . Ce(hielo) . ( T eq −T hielo )=mCu . C e(Cu) . ( T Cu −T eq ) bsg) bsh) bsi) bsj) bsk) bsl) bsm) bsn)

Despejando Te: T eq=

magua .C e(agua) . T agua +m hielo . C e(hielo ) .T hielo + mCu . C e(Cu) .T Cu magua .C e(agua) +m hielo .C e(hielo )+ mCu .C e(Cu)

Reemplazando datos: T eq=

70 .1 . 85+35 . 0,5. 0+25 . 0,092 . 90 =68,56 ºC 70 . 1+35 .0,5+ 25 .0,092

bso) bsp)

La respuesta es D.

bsq) 3. Calcular la temperatura de equilibrio después de mezclar 20g de hielo a 0ºC y 20 g de agua a 60ºC. bsr) A) 0,0 B) 20,0 C) 30,0 D) 40,0 E) ninguno bss) bst) Datos: mhielo=20 g bsu) bsv)

T hielo=0 ºC

bsw)

magua=20 g

bsx)

T agua=60 ºC

bsy) bsz) bta) btb) btc)

Calcular Te: Solución: Qganado ( hielo )=Q perdido ( agua )

btd) bte) btf) btg) bth)

mhielo .C e(hielo ) . ( T eq −T hielo )=mag ua . C e(agua) . ( T agua−T eq ) Despejamos Te:

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bti) T eq=

m agua .C e(agua) . T agua +m hielo . C e(hielo ) .T hielo m agua . C e(agua) +m hielo . C e(hielo )

btj) 20 g .1 btk)

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T eq=

cal cal . 60ºC +20 g . 0,5 . 0 ºC g ºC g ºC =40 ºC cal cal 20 g .1 +20 . 0,5 g ºC g ºC

btl) btm)

La respuesta es D. btn) 4. Cuando 1,14 g de azufre se quema a SO 2 se liberan 2400 calorías, cuál es el calor de combustión del azufre?. bto) btp) btq)

A) 67368 cal/mol B) 2400 cal/mol

C) 83492 cal/mol D) 450644 cal/mol

E) ninguno

btr)Solución: bts) btt) El calor de combustión se calcula por mol de SO2producido, entonces: btu) btv) S + O2 → SO2 btw) 1mol SO 2 1,14 g S . =0,035625 moles SO 2 btx) 32 g S bty) btz)

2400 cal =67368 cal/mol 0,035625mol

bua) 5. Cuántas calorías se liberan por la combustión completa de 250 L de CH 4 en c.n. El calor de combustión del CH4 es 211 kcal/mol. bub) buc) A) 2355 B)2,355x106 C)52750000 D)211000 E) ninguno bud) bue) Solución: buf) bug) CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O buh) bui) Calculamos los moles contenidos en 250 L de CH4 en c.n. buj) P .V 1 atm . 250 L P .V =n . R . T → n= = =11,17 moles CH 4 R . T atm . L buk) 0,082 . 273 k k . mol bul)

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bum) bun) buo)

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La cantidad de calorías liberada por 11,17 moles de CH4 es: 11,17 moles CH 4 .

211 Kcal 1000 cal . =2,355 x 106 cal 1 mol CH 4 1 Kcal

bup) buq)

La respuesta es B.

bur) bus) 6. Calcular la entalpía de formación del NO2 a partir de las siguientes ecuaciones: but) buu) N2 + O2 → 2NO ∆H= 43,2 Kcal buv) 2NO2 → 2NO + O2 ∆H= 27,14 Kcal buw) bux) A) 16,06 kcal/mol B) 70,34 kcal/mol C) 8,03 kcal/mol ninguno buy)

buz) bva) bvb) bvc)

D) 35,17 kcal/mol E)

Solución: Se aplica la Ley de Hess:

bvd) 2NO + O2→ 2NO2 ∆H = -27,14 Kcal bve) N2 + O2 → 2NO ∆H = 43,20 Kcal bvf) N2 + 2O2 → 2 NO2 ∆H = 16,06 Kcal bvg) La entalpia de formación debe ser por mol de NO2 por tanto dividiendo entre dos tenemos: bvh) 1 bvi) ∆H = 8,03 2 N2 + O2 → NO2 Kcal/mol bvj)

bvk) La respuesta es C. bvl) 7. A partir de: bvm) bvn) ½ H2 + ½ Cl2 → HCl ∆H= -22060 cal bvo) HCl + aq →HCl (aq) ∆H= -17630 cal bvp) Zn + 2HCl(aq) → Zn Cl2 + H2 ∆H= -35890 cal bvq) bvr) Calcular el calor de reacción para: bvs) bvt) Zn +Cl2 + 2 aq → Zn Cl2 bvu) bvv) A) -75580 B) -115270 C)- 97640 D)- 57635 E) ninguno bvw) bvx) Solución:

PROBLEMARIO QUÍMICA GENERAL ING. LEONARDO SUAREZ MOLLINEDO

bvy) bvz) bwa) bwb) bwc) bwd) bwe) bwf)

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Aplicamos la Ley de Hess: Zn + 2HCl(aq) → 2HCl + 2aq → H2 + Cl2 → Zn + Cl2 + 2aq →

Zn Cl2 + H2 2HCl (aq) 2HCl ZnCl2

∆H= -35890 cal ∆H= -35260 cal ∆H= -44120 cal ∆H= -115270 cal bwg)

La respuesta es B.

bwh) bwi) bwj) bwk) bwl) 8. Cuantos joules se requieren para calentar 800 g de agua de 13ºC a 85ºC (1cal=4,18Joul) bwm) bwn) A) 57600 B) 58C) 240768 D) 241 E) ninguno bwo) bwp) Solución: bwq) bwr) Aplicamos la primera ley de la termoquímica: bws) cal Q=m .C e . ∆ T =800 g . 1 . ( 85 ºC−13 ºC )=57600 cal bwt) g ºC bwu)

57600 cal.

4,18 J =240768 Joul 1 cal

bwv) bww)

La respuesta es C.

bwx) 9. Se quiere convertir 56 g de hielo a 0ºC en agua a 75ºC. Cuántos gramos de propano (C3H8) cuyo ∆Hº de combustión es -24,83 kcal/mol, se tendrá que quemar para proporcionar el calor necesario para lograr este objetivo a presión constante? bwy) bwz) A) 15,38 B) 20,18 C) 11,43 D) 8,25E) Ninguno bxa) bxb) Solución: bxc) bxd) Para este caso se tiene que aplicar los cambios de entalpia para cambio de fase y cambio de temperatura: bxe) Q=m . λf + m. Ce . ∆ T bxf)

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Q=56 g . 80

bxg) bxh) bxi) bxj)

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cal cal +56 g .1 . ( 75ºC−0 ºC )=8680 cal g g ºC

A partir de este calor calculamos la masa de propano necesaria:

bxk)

8680 cal .

1 mol C3 H 8 44 g . =15,38 g C3 H 8 24830 cal 1 mol C 3 H 8 bxl)

La respuesta es A. bxm) bxn) bxo) bxp) bxq) bxr) bxs) bxt) bxu)

10. A partir de las siguientes ecuaciones termoquímicas a 25ºC bxv) bxw) 2 NF3(g) + 2 NO(g) → N2F4(g) + 2 ONF(g) ∆Hº = -92,9 kcal/mol bxx) bxy) NO(g) + ½ F2 (g) → ONF(g) ∆Hº = -146,9 kcal/mol bxz) bya) Cu(s) + F2(g) → CuF2(s) ∆Hº = -631 kcal/mol byb) byc) Aplicando la Ley de Hess, halle el calor de reacción de: byd) bye) byf) byg) 2NF3(g) + Cu(s) → N2F4(g) + CuF2(s) byh) byi) byj) A) B) bym) E -286 250, byk) C) ) ,5 8 118,3 byl) D) -430,1 Ninguno byn) byo) Solución: byp) byq) byr) Cu(s) + F2(g) → CuF2(s)

∆Hº = -631 kcal/mol

bys)

2 NF3(g) + 2 NO(g) →

N2F4(g) + 2 ONF(g) byt) 2NO(g) + F2(g)

∆Hº = -92,9 kcal/mol 2 ONF → ∆Hº = +293,8 kcal/mol

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byu) Kcal/mol byv)

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2NF3(g) + Cu(s)→ N2F4(g) + CuF2(s)

∆Hº = -430,1

La respuestaes D. byx) 11. Calcule la cantidad de calor en kcal que se requieren para elevar la temperatura de 10 kg de hielo desde -20ºC hasta convertirla en vapor a 110ºC. El calor de fusión del hielo es 80 cal/g, el calor de vaporización es 540 cal/g y los calores específicos del hielo, del agua y del vapor son 0,5 cal/gºC, 1cal/gºC y 0,5 cal/gºC respectivamente. byy) byz) A) 314 B) 2618 C) 7350 D) 9358 E) Ninguno bza) bzb) Solución: Q=m s . Ce (s) . ∆T +ms → l . λ f +ml . C e(l) . ∆ T +ml → v . λv +m g . Ce (g) . ∆ T bzc) bzd) bze) bzf) bzg)

Reemplazando datos:

0−(−20 ) ºC+ 80

bzh) bzi)

byw)

cal cal cal cal +1 . ( 100−0 ) ºC+540 + 0,5 . ( 110−100 ) ºC=¿ g gºC g gºC cal 0,5 .¿ g ºC Q=103 g . ¿

Q=7350000 cal=7350 Kcal

bzj) bzk)

La respuesta es C.

bzl) bzm) bzn) bzo) bzp) bzq) 12. Un evaporador está fabricado en acero y pesa 900 kg (Ce acero = 0,11 cal/gºC). El evaporador contiene 400 kg de agua y suponiendo que el 70% del calor se proporciona al evaporador y al agua, ¿Qué cantidad de calor en kcal se necesita para aumentar la temperatura del conjunto de 10ºC a 100ºC? bzr) bzs) A) 31437 B) 64157 C) 44910 D) 55430 E) Ninguno bzt) bzu) Solución:

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bzv)

bzw) bzx)

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Q=macero .C e . ∆ T +magua .C e . ∆ T Q=900 kg .0,11

kcal kcal . ( 100ºC−10 ºC )+ 400 kg . 1 .(100 ºC−10 ºC) kg ºC kg ºC

Q=44910 Kcal

13. Se queman 300 g de butano (C4H10) cuyo calor de combustión es -30 kcal/mol. Calcule que masa de agua en gramos que se puede calentar desde 15ºC hasta 80ºC con el butano quemado. bzy) bzz) A) 2472,5 B) 1325,8 C) 2387,3 D) 2945,3 Ninguno caa) cab) Solución: cac) cad) C4H10 + 13/2O2 → 4CO2 + 5H2O ∆Hc = -30 Kcal/mol cae) caf) La cantidad de calor generado por 300 g de butano es: cag) 1mol C 4 H 10 30 Kcal C 4 H 10 300 g C 4 H 10 . . =155,17 Kcal cah) 58 g C 4 H 10 1mol C 4 H 10 cai) caj) cak) cal)

E)

Utilizando la primera ley de la termoquímica tenemos: Q=m .C e . ∆ T → m=

Q = Ce . ∆ T

155170 cal =2387,3 g cal 1 .(80 ºC−15ºC ) g ºC cam)

La respuesta es C. can) cao) cap) caq) car) cas) cat) cau) cav) 14. El calor desprendido durante la combustión de acetileno gaseoso, C 2H2, a 25ºC es -1299,1 kJ/mol. Determínese la entalpía de formación del acetileno gaseoso en kJ/mol. Los calores de formación del CO 2(g) y del H2O(l) son - 393,5 kJ/mol y -285,8 kJ/mol, respectivamente.

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caw) cax) A) 136,4 B) -320,8 C) 151,4 D) 226,3 Ninguno cay) caz) Solución: cba) cbb) La reacción de formación del acetileno es: cbc) cbd) H2 + 2C → C2H2 cbe) cbf) Para llegar a esta reacción utilizamos las siguientes ecuaciones: cbg) cbh) C + O2 → CO2 ∆Hºf = -393,5 KJ/mol 1 cbi) H2 + 2 O2 → H2O ∆Hºf = -285,8 KJ/mol 5 2

cbj)

C2H2 +

cbk) cbl)

Aplicando la Ley de Hess:

cbm)

O2 → 2CO2 + H2O

2CO2 + H2O → C2H2 +

KJ/mol cbn) KJ/mol

2C + 2O2 → 2CO2

cbo)

H2 +

-285,8 KJ/mol cbp) KJ/mol cbq)

1 2

2C + H2

E)

∆Hºc = -1299,1 KJ/mol

5 2

O2

∆Hºc = 1299,1 ∆Hºf = 2 x -393,5

O2 → H2O

∆Hºf =

→ C2H2

∆Hºf = 226,3

cbr) La respuesta es D. 15. ¿Cuánta agua a 60 ºC se debe mezclar en un recipiente aislado con 100 g de agua a 15,0ºC, para que la temperatura de la mezcla sea 30 ºC? cbs) cbt) A) 500 g B) 250 g C) 50 g D) 200 g E) Ninguno cbu) cbv) Solución: Qganado agua fria=Q perdido agua caliente cbw) cbx) cby)

100 g . 1

cal cal . ( 30 ºC−15 ºC ) =m agua .1 .(60 ºC−30 ºC) g ºC g ºC

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cbz)

magua=

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100 g .15 ºC =50 g 30 ºC

cca) La respuesta es C. ccb) ccc) ccd) cce) ccf) ccg) 16. Determinar el calor de formación del ácido fórmico, HCOOH (l), conociendo las siguientes reacciones termoquímicas cch) cck) ∆H = cci) C(s) + O2(g) → CO2(g) ccj) 405,4 kJ ccn) ∆H = ccl) H2(g) + ½ O2(g) → H2O(l) ccm) 285,8 kJ ccp) ∆H = cco) HCOOH(l) + ½ O2(g) → CO2(g) + H2O(l) 275,7 KJ cct) E ccq) A) 966.9 kJ B) ccr) C) ccs) D) ) -966.9 kJ -433.5 kJ -415.5 kJ Ninguno ccu) ccv) Utilizando la Ley de Hess: ccw) ccx) CO2(g) + H2O(l) → HCOOH(l) + ½ O2(g) ∆H = 275,7 KJ cda) ∆H = ccy) H2(g) + ½ O2(g) → H2O(l) ccz) 285,8 kJ cdd) ∆H = cdb) C(s) + O2(g) → CO2(g) cdc) 405,4 kJ cdg) ∆H = cde) C(s) + O2(g) + H2(g) → HCOOH(l) cdf) 415,5 kJ cdh) cdi) La respuesta es D. cdj) 17. Calcule la temperatura final de equilibrio después de mezclar 40 g de agua a 70 °C con 200 g de H2O a 10°C. (CeH2O = 1 cal/g °C) cdk) cdl) A) 10 B) 20 C) 30 D) 40 E) Ninguno cdm) cdn) Solución: Qganado agua fria=Q perdido agua caliente cdo) cdp) cdq) cdr)

200 g . 1

cal cal . ( T f −10 ºC ) =40 g . 1 .(70ºC−T f ) g ºC g ºC

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cds) cdt) cdu)

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200 .T f −2000=2800−40. T f T f =30 ºC

cdv) cdw)

La respuesta es C.

cdx) 18. Se coloca una pieza de hierro de 200 g a 80°C en 500 ml de H 2O a 10°C. El hierro y el agua tendrán al final la misma temperatura. ¿Cuál es esa temperatura, suponiendo que no hay pérdidas de calor hacia el exterior?. cdy) (CeFe = 0,10 cal/g °C; CeH2O = 1 cal/g °C; DH2O = 1g/ml). cdz) cea) A) 12,69 B) 28,96 C) 38,12 D) 48,14 E) Ninguno ceb) cec) Solución: Qganado agua fria=Q perdido hierro ced) cee) cef) ceg) ceh) cei) cej)

500 g . 1

cal cal . ( T f −10 ºC ) =200 g .0,10 .(80ºC−T f ) g ºC g ºC

500 .T f −5000=1600−20 .T f T f =12,69 ºC

cek) cel) La respuesta es A. cem) 19. Se quieren convertir 50 g de hielo a 0°C, en agua líquida a 80°C. ¿Cuántos gramos de propano se tendrán que quemar para proporcionar la energía necesaria para fundir el hielo y luego calentarlo hasta la temperatura final (80°C), a presión constante?. (calor de combustión del propano C 3H8 = 24,0 Kcal/mol; CeH2O liq = 1 cal/g °C; calor de fusión del hielo = 80 cal/g). cen) ceo) A) 10,76 B) 14,67 C) 24,60 D) 4,8 E) Ninguno cep) ceq) Solución: cer) ces) Calculamos el calor necesario para fundir el hielo y luego calentarlo hasta 80ºC. cet) cal cal Q=m s → l . λ f +ml .C e (l) . ∆ T =50 g . 80 +50 g .1 . ( 80 ºC−0 ºC ) ceu) g g ºC

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cev) cew) cex) cey) cez)

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Q=8000 cal

Calculamos la cantidad de propano que proporcionara las 8000 cal. 8000 cal .

1 mol C3 H 8 44 g C3 H 8 . =14,67 g C3 H 8 24000 cal 1 mol C 3 H 8

cfa) cfb)

La respuesta es B. cfc) 20. Cuantos joules se requieren para calentar 800 g de agua de 13ºC a 85ºC (1cal=4.184J) cfd) cfe) A) 57600 B) 58 C) 240998 D) 241 E) ninguno cff) cfg) Solución: cfh) Q=m .C e . ∆ T cfi) cfj) cfk)

Q=800 g . 1

cal .(85ºC−13 ºC) gºC

cfl) cfm) cfn)

Q=57600 cal .

4,184 J =240998 J 1 cal

cfo) La respuesta es C. cfp) cfq) 21. Utilizando las siguientes reacciones y valores de ∆H° determine la entalpía normal de la formación del metano: cfr) cfs) CO2(g) + 2H2O(l) → CH4(g) + 2O2(g) ∆Hº = 890, 3 KJ. cft)C(grafito) + O2(g) → CO2(g) ∆Hº = -393,5 kJ. cfu) H2(g) + 1/2 O2(g) → H2O(l) ∆Hº = -285,8 kJ. cfv) cfw)

A) -74,8 kJ/mol

B) 74,8 kJ/molC) -7,4 kJ/mol D) 7,4 kJ/mol

cfx)

cfy) cfz) cga) cgb) cgc) cgd)

Solución: Aplicando la Ley de Hess: CO2(g) + 2H2O(l) → CH4(g) + 2O2(g) C(grafito) + O2(g) → CO2(g)

∆Hº = 890, 3 KJ. ∆Hº = -393,5 kJ.

E) Ninguno

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cge) cgf) cgg)

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2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) C(grafito) + 2H2(g) → CH4(g)

∆Hº = -571,6 kJ. ∆Hº = -74,8 Kj/mol

cgh) La respuesta es A. cgi) 22. Se dan las siguientes ecuaciones termoquímicas a 25°C: cgj) cgk) CO2(g) → C (grafito) + O2(g) ∆H°= 393,5 kJ cgl) Mg(s) + 1/2O2(g) →MgO(s) ∆H°= -601,50 kJ cgm) MgCO3(s) → MgO(s) + CO2(g) ∆H°= +101,0 kJ cgn) cgo) Plantear la reacción y calcular el calor de formación del MgCO3(s) a 298 k mediante las ecuaciones termoquímicas dadas. cgp) cgq) A) 363,3 kJ/mol B) -1096,0 kJ/mol C) 1260,3 kJ/mol D) -630,3 kJ/mol E) Ninguno cgr) cgs) Solución: cgt) cgu) MgO(s) + CO2(g) → MgCO3(s) ∆H°= -101,0 kJ cgv) C (grafito) + O2(g) → CO2(g) ∆H°= -393,5 kJ cgw) Mg(s) + 1/2O2(g) → MgO(s) ∆H°= -601,50 kJ cgx) C (grafito) + Mg(s) + 3/2O2(g) → MgCO3(s) ∆H°= -1096,0KJ/mol cgy) cgz) La respuesta es B. cha) chb) chc) chd) che) chf) chg) 23. Cuántos gramos de octano (C8H18) se requieren para llevar 24 kg de Hielo, desde – 10 ºC hasta 75 ºC. chh) Datos: ∆Hºfus = 80 kcal/kg CeH2O(s) = 0,5 kcal/kg ºC CeH2O(l) = 1 kcal/kg ºC chi) chj) C8H18(l) + O2(g)→ CO2(g) + H2O(g) chk) chl) chm) 75%. chn) cho)

∆HR = -1213,6 Kcal/mol Si la reacción de combustión del octano tiene solo un rendimiento del A) 481,1

B) 289,4

C) 590,3

D) 243,4

E)

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Ninguno chp) chq) Solución: chr) Q=m s . Ce ( s) . ∆T +ms → l . λ f +ml . C e ( l) . ∆T chs) cht) chu) chv)

Q=24 kg(0,5

kcal kcal kcal .(0−(−10 )) ºC+ 80 +1 . ( 75−0 ) ºC) kg ºC kg kg ºC

Q=3840 kcal

chw) chx) Considerando el rendimiento del 75%, se necesitara una cantidad mayor de octano para generar el calor necesario, es decir: chy) 100 kcal 1 mol 114 g 3840 kcal . . . =481,1 g chz) 75 kcal 1213,6 kcal 1 mol cia) La respuesta es A. cib) 24. Calcular el calor necesario para que 15 litros de agua (asumir dH2O = cic) 1g/ml) a –20 ºC se pueden convertir en vapor a 100 ºC. Dátos: Ce( H2O,s) = 0,5 kcal/kg ºC, Ce(H2O, l) = 1,0 kcal/kg ºC, Ce (H2O,v) = 0,7 kcal/kg ºC, ∆HºvapH2O = 540 kcal/kg, ∆HºfusH2O = 80 kcal/kg. cid) cie) A) 10950 kcal B) 3009 kcal C) 259655 kcal D) 1155 kcal E) Ninguno cif) cig) Solución: Q=m s . Ce (s) . ∆T +ms → l . λ f +ml . C e(l) . ∆ T +ml → v . λv +m g . Ce (g) . ∆ T cih) cii) cij) Reemplazando datos: cik) k cal kcal kcal 0−(−20 ) ºC+ 80 +1 . ( 100−0 ) ºC +540 =¿ kg kgºC kg kcal cil) 0,5 .¿ kg ºC Q=15 kg . ¿ cim) cin)

Q=10950 K cal cio)

cip) ciq) cir)

La respuesta es A.

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cis) cit) ciu)EQUILIBRIO QUÍMICO civ)

1. Para la reacción: SbCl5(g) ↔ SbCl3(g) + Cl2(g) KC, a la temperatura de 182 ºC, vale 9,32 · 10–2. En un recipiente de 0,40 litros se introducen 0,2 moles de SbCl5 y se eleva la temperatura a 182 ºC hasta que se establece el equilibrio anterior. ciw) Calcular la presión de la mezcla gaseosa en atm. cix) A) 25 B) 38 C) 74 D) 44 E) Ninguno ciy) ciz) Datos: 0,2moles C= 0,5 M cja) 0,40 L −2

cjb) K c =9,32 . 10

cjc) T =182ºC +273=455 k cjd)Solución: cje) (i) (ii) (iii)

SbCl5(g) ↔ SbCl3(g) + Cl2(g) C 0 0 –Cx Cx Cx C(1 – x) Cx Cx

cjf)

C 2 x2 C x2 K = → K = c c cjg) C(1−x) 1−x cjh) cji) Despejando x y resolviendo la ecuación de segundo grado: cjj) 2

cjk) Cx + K c . x−K c =0 cjl)

x=0,348 M

cjm) cjn) cjo)

Las concentraciones en el equilibrio son:

[ Sb Cl 5 ]=C ( 1−x ) =0,5 ( 1−0,348 ) =0,326 M

cjp) cjq)

[ Sb Cl 3 ]

=

[ Cl2 ]=0,5 . x=0,5 . 0,348=0,174 M

cjr) cjs)La concentración total será: CTotal = 0,326 M + 0,174 M + 0,174 M = 0,674 M cjt)

P=

n RT mol atm . L =C . R . T=0,674 . 0,082 . 455 k =25 atm V L k . mol

cju) cjv)La respuesta es A. cjw) cjx)

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cjy) cjz) cka) ckb) ckc) ckd) cke) ckf) ckg) ckh) cki)

25. En un recipiente de 5 L se introducen a 500ºC 3 moles de HI, 2 mol de H2 y 1 mol de I2. ckj) Calcular la concentración de las distintas especies en equilibrio si sabemos que la constante del equilibrio 2 HI ↔ I2 + H2 a dicha temperatura es Kc = 0,025 ckk) ckl) Solución: 2 HI ↔ I2 + H2 i) 3/5 1/5 2/5 ckm) Calculamos la nueva constante de equilibrio para ver a qué lado se desplaza la reacción: ckn) cko) ckp) ckq) ckr) cks)

Qc =

[ I 2] .[ H 2] [ HI ]

2

=

0,2. 0,4

[ 0,6 ]

2

=0,22> K c

Como Q > Kc el equilibrio se desplaza a la izquierda: 2HI ↔ I2

+ H2 i) ii) iii)

0,6 0,2 0,4 +2x -x -x 0,6+2x 0,2-x 0,4-x

ckt) cku) ckv) ckw) ckx)

K c=

( 0,2−x ) .(0,4−x) =0,025 2 (0,6+ 2 x )

Despejando x y resolviendo la ecuación de segundo grado:

cky)

0,9 x2 −0,66 . x +0,071=0

ckz)

x=0,131 M

cla)Las concentraciones en el equilibrio son: clb)

[ HI ] =0,6+2 . 0,131=0,862 M

clc)

[ I 2 ] =0,2−0,131=0,069

PROBLEMARIO QUÍMICA GENERAL ING. LEONARDO SUAREZ MOLLINEDO cld)

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[ H 2 ]=0,4−0,131=0,269

cle)

26. En un recipiente de 2,0 litros de capacidad se introduce amoniaco a una temperatura de 20 ºC y a la presión de 14,7 atm. A continuación se calienta el recipiente hasta 300 ºC y se aumenta la presión hasta 50 atm. Determina el grado de disociación del amoniaco a dicha presión y temperatura. clf) A) 0,5 B) 0,8 C) 0,4 D) 0,7 clg) clh)Solución: cli) clj) Calculamos la concentración de amoniaco inicial: clk) cll)

C[ NH ] 0= 3

n[ NH ] 3

V

=

P = R .T

14,7 atm =0,612 M atm L 0,082 . 293 k k mol

clm) cln) clo) clp) clq) clr) La reacción de disociación es: cls) clt)

NH3 i) ii) iii)

E) Ninguno

0,612 -0,612α 0,612(1-α)

↔

1 2

N2

+

3 2 H2

0 0 +0,612α/2 +3(0,612α)/2 +0,612α/2 +3(0,612α)/2

clu) clv)La concentración total es: clw) clx) CT =0,612 ( 1−α ) +

0,612α 3 ( 0,612 α ) + =0,612.(1+ α) 2 2

cly) clz)La concentración total en las nuevas condiciones es: cma) cmb)

CT =

P = R .T

50 atm =1,064 M atm L 0,082 .573 k k mol

cmc) cmd) cme)

Igualando las concentraciones:

cmf)

0,612 (1+ α )=1,064 →α =0,74 cmg)

cmh)

La respuesta es D.

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cmi)

2. El amoniaco está disociado en un 60 % a la presión de 6 atm y a la temperatura de 573K. cmj) Determinar: cmk) a) La presión parcial de cada componente en el equilibrio. cml) b) KP cmm) cmn)

Solución:

n0

a) Consideramos un cmo) i) ii)

–

cmq) cmr) cms)

↔ 1/2 N2

0

(1-α)

+ 3/2 H2

0

n0 α n0

iii) cmp)

NH3

n0

1/2 1/2

n0

n0 α

3/2

n0 α

α

3/2

n0

α

Los mole totales en el equilibrio es:

1 3 ntotales =n0 ( 1−α ) + n 0 α + n0 α =n0 (1+ α ) 2 2

Las presiones parciales son:

3 n0 α 3 .0,6 nH 2 2 PH = .P = .P = . 6 atm=3,375 atm ntotales T n0 (1+α ) T 1+ 0,6 2

2

cmt)

1 n0 α 1 . 0,6 nN 2 2 PN = .P = .P = .6 atm=1,125 atm ntotales T n0 (1+ α ) T 1+0,6 2

2

cmu)

PNH = 3

nNH

3

ntotales

. P T=

n0 (1−α) 1−0,6 . PT = . 6 atm=1,500 atm n 0(1+ α ) 1+ 0,6

cmv) cmw) b) La constante Kp: cmx)

P1/N 2 . P3H/2 1,125 1/ 2 . 3,3753/ 2 K p= = =7,2 P NH 1,500 2

2

3

cmy) cmz)

27. El tetróxido de dinitrógeno se disocia parcialmente en dióxido de nitrógeno. A 60 ºC y 1,0 atm la densidad de mezcla en equilibrio es de 2,24 g/L. Calcular: a) el grado de disociación del N2O4 en dichas condiciones; b) el grado de disociación a la misma temperatura pero a 10,0 atm. cna) cnb) cnc)

A) 0,3 y 0,4

B) 0,5 y 0,2

C) 0,2 y 0,2

D) 0,5 y 0,9

E) Ninguno

PROBLEMARIO QUÍMICA GENERAL ING. LEONARDO SUAREZ MOLLINEDO cnd)

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Datos:

cne)

P=1 atm

cnf)

T =60 ºC+273=333 k

cng)

d mezcla=2,24 g /L

cnh) Calcular: cni)α = ? cnj)Solución: cnk) a) Considerando el número de moles iniciales n0 cnl) cnm) N2O4(g) ↔ 2NO2(g) i) no 0 ii) –noα 2 noα iii) no(1-α) 2 noα cnn) cno) El número de moles totales es: cnp) cnq) cnr) cns) cnt)

ntotales =n0 ( 1−α ) +2 n0 α=n0 (1+ α ) De acuerdo a la ley general de los gases tenemos:

PT =

n totales . R . T n 0 ( 1+α ) R T = ( 1) V V

cnu) cnv)

La relación

cnw) cnx)

d mezcla=

cny) cnz)

n0=

m0 m0 = → m0=92 . n0 M N O 92 g /mol

coa)

coc) cod) coe) cof) cog) coh)

se obtiene a partir de la densidad de la mezcla:

m0 V

2

cob)

n0 V

d mezcla=

4

92. n0 n 0 2,24 g /L → = =0,024 mol /L V V 92 g/mol

Reemplazando en la ecuación (1) y despejando α:

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coi) coj) cok)

( 1+α )=

PT = R T n0 /V

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1 atm atm L mol 0,082 .333 k . 0.024 k mol L

=1,53

α =1,53−1=0,53

col) b) El grado de disociación a la misma temperatura pero a 10,0 atm. com) Si se aumenta la presión el volumen disminuye por tanto el equilibrio se desplaza a la izquierda: con) coo) cop) N2O4(g) ↔ 2NO2(g) iv) no 0 v) +noα -2 noα vi) no(1+α) -2 noα coq) Los moles totales: cor) cos) cot) cou) cov)

cow)

ntotales =n0 ( 1+α )−2 n0 α =n0 (1−α ) El nuevo volumen de acuerdo a la Ley de Boyle será:

P1 . V 1=P2 .V 2 →V 2=

La nueva relación

será:

n0 2,24 g / L = =0,024 mol /L V 92 g/mol

cox) coy)

n0 V

1. V =0,1 V 10

( 1−α )=

PT = R T n0 /V

10 atm =1,53 atm L mol 0,082 . 333 k .0.024 k mol L

coz) cpa)

28. En la reacción: 2 H2S (g) + 3 O2 (g) ↔2 H2O (g) + 2 SO2 (g); ∆H = –1036 kJ, justifique cómo afectarán los siguientes cambios al desplazamiento del equilibrio: a) Aumentar el volumen del recipiente a temperatura constante. b) Extraer SO2.c) Aumentar la temperatura manteniendo el volumen constante. cpb) cpc) Solución: cpd) cpe) 2 H2S (g) + 3 O2 (g) ↔2 H2O (g) + 2 SO2 (g) cpf) a) Si el volumen aumenta el equilibrio se desplaza de derecha a izquierda. b) Si se extrae SO2 el equilibrio se desplaza de izquierda a derecha. c) Si se aumenta la temperatura el equilibrio se desplaza al lado donde se absorbe

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calor, el equilibrio se desplaza de derecha a izquierda. cpg) cph) cpi) cpj) cpk) cpl)

29. A 20ºC, la constante de equilibrio es Kc = 0,21 para la reacción: cpm) cpn) NH4SH(s) ↔ H2S(g) + NH3(g) cpo) En un matraz tenemos una mezcla de estas especies con las siguientes H S = NH 3 ]=0,13 M concentraciones: [ 2 ] [ cpp) cpq) cpr) cps) cpt) cpu) cpv)

Halla el cociente de reacción ¿Qué puede decir de este sistema? Solución: Calculamos Q:

Q=[ H 2 S ] . [ NH 3 ]=0,13 . 0,13=0,017

cpw) cpx) Tenemos: Q < Kc El sistema no se encuentra en equilibrio, y la reacción se desplaza de izquierda a derecha. cpy)

30. La reacción: CH3OH(g) ↔ 2H2(g) + CO(g), tiene una Kc = 0,215, a una temperatura de 20ºC. En un erlenmeyer tenemos una mezcla de los tres gases con H =[ CO ]=1,6 M ; [ CH 3 OH ]=9,8 M las siguientes concentraciones: [ 2 ] a) Halla el cociente de reacción ¿Se encuentra este sistema en equilibrio? b) En caso negativo ¿en qué dirección se producirá la reacción en busca del equilibrio? cpz) cqa) Solución: cqb) a) El cociente de reacción es: cqc) 2

cqd)

[ H 2 ] . [ CO ] 1,6 2 . 1,6 Q= = =0,418 9,8 [ CH 3 OH ]

cqe) b) Q > Kc: El sistema no se encuentra en equilibrio, la reacción se desplaza de derecha a izquierda. cqf)

3. El metanol es un gas que se descompone en hidrógeno y monóxido de carbono. Sabiendo que a 20ºC la constante de equilibrio Kc = 0,215, escribe la reacción ajustada y calcula el porcentaje de metanol disociado cuando se encierran 0,4 moles de metanol en un recipiente de 2 litros, a 20ºC.

PROBLEMARIO QUÍMICA GENERAL ING. LEONARDO SUAREZ MOLLINEDO cqg) cqh)

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Solución: cqi) CH3OH(g) ↔ 2H2(g) + CO(g) 0,2 0 0 -0,2α 2(+0,2α) +0,2α 0,2(1-α) 0,4α 0,2α

i) ii) iii) cqj) 2

cqk)

[ H 2 ] . [ CO ] (0,4 α )2 . 0,2 α Kc= = =0,215 0,2(1−α ) [ CH 3 OH ]

cql) cqm) cqn)

31. En un recipiente de 1 litro se introducen 3 moles de A(g) y 8 moles de B(g) a 43ºC, estableciéndose el equilibrio: A(g) + 3B(g) ↔ 2 C(g). cqo) Si la presión del gas en el equilibrio es 177 atm, calcula Kc y Kp. cqp) cqq)

Solución: cqr) i) ii) iii)

cqs) cqt)

cqw) cqx) cqy) cqz) cra)

PT =

crc) crd) cre)

↔ 2 C(g). 0 2x 2x

n totales . R . T ( 11−2 x ) . 0,082.316 = =177 V 1

Despejando x:

11−2 x=6,83 → x=2,08 →C=

2,08 moles =2,08 M 1L

Calculando Kc: 2

crb)

A(g) + 3B(g) 8 -3x 8-3x

ntotales =3−x+ 8−3 x +2 x=11−2 x

cqu) cqv)

3 -x 3-x

2

2

[C ] (2 x ) ( 2. 2,08 ) K c= 3 = = =3,45 3 3 [ B ] . [ A ] ( 8−3 x ) . ( 3−x ) ( 8−3 .2,08 ) . ( 3−2.08 ) Calculo de Kp:

R . T ¿∆n K p=K c ¿

crf) ∆ n=n productos −nreactivos =2−( 3+1 )=−2

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2

crg)

0,082. 316 ¿ ¿ ¿ Kc 3,45 K p= = ¿ ∆n (RT )

crh)

32. En la reacción en estado gaseoso entre yodo y bromo elementales para dar IBr, la constante Kc = 120, a 150ºC: I2(g) + Br2(g) ↔ 2 IBr(g). cri) Calcula la composición en el equilibrio si se introducen 0,001 moles de yodo y 0,001 moles de bromo en un recipiente de 5 litros, a 150 ºC. crj) crk) crl) I2(g)

Solución: + Br2(g) ↔ 2 IBr(g) i) 0,001 ii) -x

iii) crm) crn)

cro)

0.001−x 0.001−x 2 x 5 5 5

0,001−x 5 ¿ ¿ ¿2 ¿ 2x 5 [ IBr ] Kc= = ¿ [ I 2 ] . [ Br ] 2

crp)

0,001 -x

0 2x

2

( )

2 x =0,01095−10,95 x → 12,95 x =0,01095→ x=8,45 . 10−4

crq) crr) crs) crt) Las concentraciones en el equilibrio serán: cru) crv)

[ I 2 ] =[ Br 2 ]=

0.001−x 0,001−8,45 . 10−3 = =3 .10−5 5 5

crw) crx)

[ IBr ] =

2 x 2. 8,45 . 10−4 = =3,4 . 10−4 5 5

cry) crz)

4. En un recipiente de 1 L se introducen 2 moles de nitrógeno y 6 moles de hidrógeno a 400ºC, estableciéndose el equilibrio: N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g).

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csa) Kp. csb)

Si la presión del gas en el equilibrio es 288,2 atm, calcula el valor de Kc y

csc) csd)

Solución: cse) 2 -x 2-x

i) ii) iii) csf)

N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) 6 0 -3x 2x 6-3x 2x

ntotales =2−x+ 6−3 x +2 x =8−2 x

csg) csh) csi) PT =

n totales . R . T ( 8−2 x ) . 0,082.673 = =288,2 V 1

csj)Despejando x: csk) csl) csm) csn) cso)

8−2 x=5,22 → x=1,39→ C=

1,39 moles =1,39 M 1L

Calculando Kc:

csp)

[ N 2 ]=

2−1,39 =0,61 1

csq)

[ H 2 ]=

6−3 x 6−(3.1,39) = =1,83 1 1

csr)

[ NH 3 ]=

2x =2. 1,39=2,78 1

css) 2

cst) csu) csv) csw)

[ NH 3 ] ( 2,78 )2 K c= = =2,07 3 3 [ H 2 ] . [ N 2 ] ( 1,83 ) . ( 0,61 ) Calculo de Kp:

R . T ¿∆n K p=K c ¿

csx) csy) csz)

∆ n=n productos −nreactivos=2−( 3+1 )=−2

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2

cta)

0,082. 673 ¿ ¿ ¿ Kc 2,07 K p= = ¿ ∆n (RT )

ctb) ctc)

33. El tetraóxido de dinitrógeno es un gas incoloro que se descompone en dióxido de nitrógeno gaseoso, de color rojo: N2O4(g) ↔ 2NO2(g). Sabiendo que a 25 ºC la constante de equilibrio Kc = 0,125, calcula el porcentaje de N 2O4(g) disociado en dióxido cuando se encierran 0,03 moles de N 2O4(g) en un recipiente de 1 litro, a 25ºC. ctd) cte) ctf)

Solución: i) ii) iii)

ctg) N2O4(g) ↔ 2NO2(g) 0,03 0 –x 2x 0,03-x 2x

cth)

2x 2 ( ) 2 [ NO 2 ] 1 4x K c= = = =0,125 [ N 2 O4 ] 0,03−x 0,03−x 1 2

cti)

ctj) ctk)Despejando x obtenemos: ctl) ctm)

x=0,0186 moles

ctn) cto)

∝=

0,0186 .100=62,5 0,03

ctp)

34. Para la reacción: PCl5(g) ↔ PCl3(g) + Cl2(g) a 250 ºC, la constante de equilibrio vale 4,145 . 10-2. En una bomba de 2 litros en la que se ha hecho el vacío se introduce 1 mol de pentacloruro de fósforo y se calienta a 250ºC. Calcula: a. La constante de equilibrio Kp a esa temperatura. b. El grado de disociación y la presión total cuando se alcanza el equilibrio a 250ºC. ctq) Solución: a) Calculo de Kp: ∆n R.T ¿ ctr) K p=K c ¿ cts)

PROBLEMARIO QUÍMICA GENERAL ING. LEONARDO SUAREZ MOLLINEDO ctt)

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∆ n=n productos −nreactivos=2−1=1

ctu) 1

0,082 .523 ¿ =1,78 ctv) K =4,145. 10−2 .¿ p b) El grado de disociación: ctw) PCl5(g) ↔ PCl3(g) + Cl2(g) i) 1 0 ii) –x +x iii) 1-x +x ctx) cty)

0 +x +x

ntotales =1−x+ x + x=1+ x

ctz) cua)

cub)

cuc) cud) cue)

x x Cl2 ] . [ P Cl 3 ] 2 . 2 [ x2 K c= = = =4,145 .10−2 1−x 2−2 x [ PCl 5 ] 2 Despejando x obtenemos:

x=0,25 moles

cuf) cug) cuh) cui) cuj) PT =

∝=

0,25 . 100=50 0,5

La presión total será:

n t . R . T ( 1+0,25 ) . 0,082.523 = =26,8 atm V 2

cuk)

35. El metanol se descompone parcialmente a 20ºC para dar hidrógeno y monóxido de carbono. En un recipiente de 1 litro se introducen 0,37 moles de metanol a 20ºC alcanzándose en el equilibrio una presión de 9,41 atm. Calcula: c. La Kc d. El grado de disociación cul)Solución: a) Kc iv) v) vi) cun) cuo) cup)

cum) CH3OH(g) ↔ 2H2(g) 0,37 0 0 -x 2x +x 0,37-x 2x x

ntotales =0,37−x +2 x+ x=0,37+2 x

+ CO(g)

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cuq)

PT =

cur) cus) cut) cuu) cuv)

x=

nt . R . T P. V → nt = = V R.T

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9,41atm . 1 L =0,39 atm . L 0,082 . 293 k . mol

nt −0,37 0,39−0,37 = =0,01 2 2

A partir de x calculamos la Kc:

2x 2 x [ H 2 ] . [ CO ] ( 1 ) . 1 4 x3 4 . 0,013 Kc= = = = =1,11 . 10−5 0,37−x 0,37−x 0,37−0,01 [ CH 3 OH ] 1 2

cuw)

b) El grado de disociación: cux) cuy) cuz)

∝=

0,01 .100=2,7 0,37

cva) cvb) cvc) cvd) cve)

36. Se introducen 0,30 moles de pentaóxido de dinitrógeno en un recipiente de 1 litro de capacidad. Calcular la constante de equilibrio, Kc sabiendo que el grado de disociación es 0,76. cvf) cvg) cvh)

Solución: cvi)

N2O5(g) ↔ 2NO2(g) +

i) ii) iii) cvj) cvk)

2N2O5(g) ↔ 4NO2(g) + O2(g)

α=

0,3 -x 0,3-x

0 2x 2x

1 2

0 1/2 x 1/2x

x → x=x o . α =0,3 .0,76=0,23 xo

cvl) 2

cvm) cvn)

K c=

[ NO2 ] . [ O2 ] [ N 2 O5 ]

0,23 1/ 2 ) 2 =1,03 0,3−0,23

(2. 0,23)2 .(

1/ 2

=

O2(g)

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37. Se introducen 0,4 moles de metanol en un recipiente de 1 litro de capacidad. Calcular la constante de equilibrio, Kc sabiendo que el grado de disociación es 0,46. cvo) cvp) cvq)

Solución: cvr) iv) v) vi)

cvs) cvt) cvu) cvv) cvw) cvx)

α=

CH3OH(g) ↔ 2H2(g) + CO(g) 0,4 0 0 -x 2x +x 0,4-x 2x x

x → x=x o . α =0,4 . 0,46=0,18 xo

A partir de x calculamos la Kc: 2

2x x 3 3 [ H 2 ] . [ CO ] ( 1 ) . 1 4x 4 . 0,18 Kc= = = = =0,11 [ CH 3 OH ] 0,4−x 0,37−x 0,4−0,18 1 2

cvy)

cvz) cwa) cwb) cwc) cwd) cwe) cwf) cwg) cwh) cwi) cwj) cwk)

38. Se introducen 0,13 moles de tetraóxido de dinitrógeno en un recipiente de un litro de capacidad. Calcula la constante de equilibrio, Kc sabiendo que el grado de disociación es del 27%. cwl) cwm) cwn) cwo)

Solución: cwp) i) ii) iii)

cwq) cwr)

N2O4(g) ↔ 2NO2(g)

N2O4(g) ↔ 2NO2(g) 0,13 0 –x 2x 0,13-x 2x

PROBLEMARIO QUÍMICA GENERAL ING. LEONARDO SUAREZ MOLLINEDO cws) cwt) cwu) cwv)

α=

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x → x=x o . α =0,13 .0,27=0,035 xo

A partir de x calculamos la Kc:

2x 2 2 2 [ NO 2 ] ( 1 ) 4x 4 . 0,035 Kc= = = = =0,052 [ N 2 O4 ] 0,13−x 0,13−x 0,13−0,035 1 2

cww)

cwx)

39. El tetraóxido de dinitrógeno se descompone parcialmente a 45 ºC para dar dióxido de nitrógeno gas. En un recipiente vacío, de 1 litro de capacidad a 45ºC se introducen 0,1 mol de tetraóxido alcanzándose en el equilibrio una presión de 3,18 atm. Calcula: e. Kc f. El grado de disociación. cwy) cwz) cxa) cxb) a) Kc

Solución: cxc) i) ii) iii)

cxd) cxe)

N2O4(g) ↔ 2NO2(g) 0,1 0 -x 2x 0,1-x 2x

ntotales =0,1−x+ 2 x=0,1+ x

cxf) cxg)

N2O4(g) ↔ 2NO2(g)

nt =

P.V = R.T

3,18 atm .1 L =0,12 atm . L 0,082 .318 k k .mol

cxh)

Calculamos x:

cxj) cxk) cxl) cxm) cxn) cxo) cxp)

Calculamos Kc:

cxi) 0,1+ x=0,12 → x=0,02

cxq)

[ N O2 ]=2. 0,02=0,04

cxr)

[ N 2 O 4 ]=0,1−0,02=0,08

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2

cxs)

[ NO 2 ] (0,04)2 K c= = =0,02 [ N 2 O4 ] 0,08

cxt) b) El grado de disociación cxu) cxv)

α=

x 0,02 = . 100=20 x o 0,1

cxw)

40. Se introducen 0,2 moles de fosgeno en un recipiente de 5 litros de capacidad. Calcular la constante de equilibrio, Kc sabiendo que el grado de disociación es 0,98. cxx) La reacción que tiene lugar es: cxy) cxz) cya)

cyc) cyd) cye)

COCl2(g) Solución: cyb) i) ii) iii)

↔ CO(g) + Cl2

COCl2(g) ↔ CO(g) + Cl2 0,2 0 0 –x x x 0,2-x x x

Calculamos x:

α=

x → x=x o . α =0,2. 0,98=0,196 xo

cyf)Las concentraciones en el equilibrio: cyg) cyh) cyi)

[ COCl2 ]= [ Cl2 ]= [ CO ] =

0,2−0,196 =0,0008 5

0,196 =0,0392 5

cyj) cyk)

K c=

[ CO ] . [ Cl 2 ] 0,0392 . 0,0392 = =1,92 COCl 2

0,0008

cyl)

41. La descomposición del fosgeno usado en la preparación del poliuretano, se obtiene de la siguiente manera: COCl2(g) ↔ CO(g) + Cl2 cym) En un recipiente vacío de 2 litros de capacidad a 25ºC, se introduce 0,2 mol de fosgeno, alcanzándose en el equilibrio una presión de 4,54 atm. cyn) Calcula el grado de disociación de la reacción. cyo) cyp)

Solución: cyq) i) ii)

COCl2(g) 0,2 –x

↔ CO(g) + Cl2 0 0 x x

PROBLEMARIO QUÍMICA GENERAL ING. LEONARDO SUAREZ MOLLINEDO iii) cyr) cys)

cyv) cyw) cyx) cyy) cyz) cza) czb)

0,2-x

x

x

ntotales=0,2−x+ x+ x=0,2+ x

cyt) cyu)

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nt =

P.V = R.T

4,54 atm . 2 L =0,37 atm . L 0,082 .298 k k .mol

Calculamos x:

0,2+ x=0,37 ; x=0,17

La fracción molar es:

α=

x 0,17 = .100=85 x o 0,2

czc)

42. En un recipiente de 5 litros, se introducen 3,5 moles de pentacloruro de fósforo. Se cierra el recipiente y se calienta hasta una temperatura de 525 k. Una vez alcanzado el equilibrio se analiza la mezcla, encontrándose que la concentración de cloro es de 0,2 M. czd) Determina: a) Kc b) Los moles de cada especie en el equilibrio cze) czf) PCl5(g) ↔ PCl3(g) + Cl2(g) i) 3,5 0 0 ii) –x +x +x iii) 3,5-x +x +x czg) a) Calcular Kc czh)

3,5 =0,7 5

czi)

[ PCl5 ] o=

czj)

[ Cl2 ] eq=[ PCl3 ]=0,2 M

czk)

[ PCl5 ] eq=0,7−0,2=0,5 M

czl) czm)

K c=

[ PCl3 ] . [ Cl 2 ] 0,2 . 0,2 = =0,08 0,5 [ PC i 5 ]

czn) b) Los moles de cada especie en equilibrio: czo)

PROBLEMARIO QUÍMICA GENERAL ING. LEONARDO SUAREZ MOLLINEDO czp) czq) czr) czs) czt) czu) czv) czw) czx) czy) czz) daa) dab) dac) dad)

nCl =n PCl =0,2 M . 5 L=1 mol 2

3

n PCl =0,5 M .5 L=2,5 mol 5

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