psa_qmc_22010(2).pdf

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS FACULTAD DE INGENIERÍA CURSO PREFACULTATIVO PREFACULTATIVO – GESTIÓN II / 2010

PRUEBA DE SUFICIENCIA SUFICIENC IA ACADEMICA ÁREA: QUÍMICA FECHA: 17/07/2010 TIEMPO DE DESARROLLO DEL EXAMEN: 100 MINUTOS 1.- (20 puntos) Para realizar una soldadura especial de arco se utiliza electrodos en forma de varillas cilíndricas, compuestos por carburo de calcio, oxido de silicio, oxido manganoso, bicarbonato de sodio y bórax (tetraborato sódico decahidratado), cuyas dimensiones son largo = 13,779 pulgadas y diámetro = 2, 5 mm., y su densidad = 1,718 3 kg/dm . El operador de una empresa utiliza un electrodo que se encuentra a 36,5 ºA, y comienza su trabajo fundiendo el mismo el cual llega a una temperatura de 5300 ºA de forma instantánea, durante esta operación el electrodo disminuye su masa en un 25% y su volumen en un 30%. Escribir: a) La formula química química global de cada uno de los componentes del electrodo. b) Determinar las temperaturas a la cual se encuentra el electrodo antes y después de la fundición en ºC, si la temperatura de fusión del hielo equivale a 10ºA y la temperatura de ebullición del agua a 275 ºA. c) Calcular el peso específico relativo del electrodo en el momento de la fundición.

2.- (20 puntos) La clorofila aporta energía vital a las células y para diferenciarlas cada tipo de clorofila tienen sus picos de absorción en el espectro visible. En el laboratorio se analizó dos muestras de clorofila con los siguientes espectros: Muestra A con una longitud de onda de 550 nm, color verde. Muestra B con una longitud de onda de 650 nm, color rojo. a) Se desea elegir la clorofila que aportara mayor cantidad de energía y se toma como base un mol de sustancia -34 ¿cuál será la clorofila correcta a elegir?( h = 6.626 x 10 J-s). b) Si en la estructura de la molécula de cada una de las clorofilas se tiene un átomo de Magnesio, que representa: En  A un 2.65% y en B un 3,95% en masa, ¿cuál es el peso m olecular de la clorofila elegida?

3.- (20 puntos) En la figura 1, Un globo (B) de 10 dm3 de capacidad, contiene un gramo de hidrógeno a 27 ºC, 3

mientras que el recipiente (A) de 5 dm de capacidad contiene oxígeno a 27 ºC. a) Calcular la densidad del oxígeno en las condiciones mostradas en la figura 1, b) Si el oxígeno se comprime isotérmicamente en un tercio de su volumen inicial, se produce una diferencia de alturas en la rama derecha del manómetro de h = 25 cm (ver figura 2), Determinar  el volumen del globo en estas condiciones.

Figura 1

Figura 2

4.- (20 puntos) Se hacen reaccionar: Formiato sódico + cloruro mercúrico  cloruro mercurioso + cloruro de sodio + monóxido de carbono + dióxido de carbono + agua a) Escribir e igualar la reacción por el método ion electrón. b) Si se hacen hacen reaccionar 10 g de formiato sódico del 50% de pureza con 8 g de cloruro mercúrico, determinar el volumen total de gases que se obtiene en condiciones normales, si el rendimiento de la reacción es del 80%. c) Si en las pruebas realizadas en laboratorio se obtuvieron 1,5 g de NaCl, cual es el rendimiento de la reacción. d) De acuerdo al inciso “C” cuál es el rendimiento teórico.

5.- (20 puntos) Se desea tratar 10000,0 kg de frijoles de soya que tiene una composición en peso de: 35% de proteínas, 27,1% de carbohidratos, 9,4% de fibras y cenizas, 10,5% de agua y 18% de aceite. El tratamiento de los frijoles de soya se realizará en 3 etapas: 1ra Etapa consiste en moler y prensar los frijoles de soya con la finalidad de eliminar parte del aceite, obteniéndose después de este proceso una torta de soya con el 6% en peso de aceite, que se introduce a la segunda etapa. 2da Etapa la torta de soya es tratada con hexano para extraer el aceite, obteniéndose después de este proceso una torta de soya con un 0,5% en peso de aceite, aceite, que se introduce a la tercera etapa. ra 3 Etapa la torta de soya obtenida se seca, hasta obtener un producto con un 8% en peso de agua. Determinar: a) La masa de torta de soya que sale de la etapa 2 b) La masa de torta de soya seca seca

Sugerencia: Analice el ejercicio por etapas Pesos Atómicos:

Hg= 200; Na=23 ;C=12; Cl=35,5 ;O=16 ;H=1 ;Mg=24

NO ESCRIBIR EN LA SIGUIENTE PLANTILLA Pregunta

1

2

3

4

5

NOTA FINAL

No de Examen

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS FACULTAD DE INGENIERÍA CURSO PREFACULTATIVO – GESTIÓN II / 2010

SOLUCIONARION PRUEBA DE SUFICIENCIA ACADEMICA ÁREA: QUÍMICA FECHA: 17/07/2010 TIEMPO DE DESARROLLO DEL EXAMEN: 100 MINUTOS 1.- (20 puntos) Para realizar soldadura especial de arco se utiliza electrodos en forma de varillas cilíndricas, compuestos por carburo de calcio, oxido de silicio, oxido manganoso, bicarbonato de sodio y bórax (tetraborato sódico decahidratado), cuyas dimensiones son largo = 13,779 pulgadas y diámetro = 2, 5 mm., y su densidad = 1,718 kg/dm3. El operador de una empresa utiliza un electrodo que se encuentra a 36,5 ºA, y comienza su trabajo fundiendo el mismo el cual llega a una temperatura de 5300 ºA de forma instantánea, durante esta operación el electrodo disminuye su masa en un 25% y su volumen en un 30%. Escribir: a) La formula química global de cada uno de los componentes del electrodo. b) Determinar las temperaturas a la cual se encuentra el electrodo antes y después de la fundición en ºC, si la temperatura de fusión del hielo equivale a 10ºA y la temperatura de ebullición del agua a 275 ºA. c) Calcular el peso específico relativo del electrodo despues de la fundición. Solución: a)

5 puntos CaC2, SiO2, MnO, NaHCO3, Na2B4O7.10H2O

b)

5 puntos Para la temperatura inicial: Para la temperatura final:

c)

10 puntos

La masa inicial del electrodo será La masa final del electrodo: El volumen final del electrodo La densidad final será El peso específico relativo será:

2.- (20 puntos) La clorofila aporta energía vital a las células y para diferenciarlas cada tipo de clorofila tienen sus picos de absorción en el espectro visible. En el laboratorio se analizó dos muestras de clorofila con los siguientes espectros: Muestra A con una longitud de onda de 550 nm, color verde. Muestra B con una longitud de onda de 650 nm, color rojo. a) Se desea elegir la clorofila que aportara mayor cantidad de energía y se toma como base un mol de sustancia ¿cuál será la clorofila correcta a elegir?( h = 6.626 x 10-34 J-s). b) Si en la estructura de la molécula de cada una de las clorofilas se tiene un átomo de Magnesio (Mg = 24), que representa: En A un 2.65% y en B un 3,95% en masa, ¿cuál es el peso molecular de la clorofila elegida?

a)

Usando la ecuación

E= n h x C/λ

E1 = 2.18 x 105 J

E2 = 1.84 x 105 J La correcta a elegir es la clorofila A (verde) b)

Trabajamos con la clorofila A :

3.- (20 puntos) En la figura 1, Un globo (B) de 10 dm3 de capacidad, contiene un gramo de hidrógeno a 27 ºC, mientras que el recipiente (A) de 5 dm 3 de capacidad contiene oxígeno a 27 ºC. a) Calcular la densidad del oxígeno en las condiciones mostradas en la figura 1, b) Si el oxígeno se comprime isotérmicamente en un tercio de su volumen inicial, se produce una diferencia de alturas en la rama derecha del manómetro de h = 25 cm (ver figura 2), Determinar el volumen del globo en estas condiciones.

Figura 1

Figura 2

Solución.- a) Se determinará la presión absoluta del hidrógeno, con: VB = 10 dm3, m = 1 g, T = 27 + 273 = 300 K.

PV



m M 

mmHg   300K  K  mol   2g / mol  10

1g  62.4

P

RT   





936 mmHg

En la figura 1, la diferencia de alturas es cero, por lo que la presión absoluta del oxígeno es también 936 mmHg, por tanto la densidad del oxígeno es: PV

   



m M 

PM

RT   



m RT   V 

936mmHg  32g / mol   62.4

mmHg  K  mol  







  



PM  RT 

1.60 g /

300K 

b) Si el oxígeno se comprime isotérmicamente en un tercio de su volumen inicial, es decir se comprime a 2/3, su presión en estas condiciones es: PoVo



Pf Vf   

P f 





Po  V o V f 

Pf 





936mmHg  V o 2V o 3



1404 mmHg

Considerando la segunda figura y al efectuar un balance de presiones: PO



2

PH



2

PO

2



h



PH 

2



2

PH 



h , de ahí que :

1404mmHg



250mmHg



1154mmHg

Finalmente el nuevo volumen del globo es:

PV



m M 

mmHg   300K  K  mol   2g / mol  1154mmHg

1g  62.4 RT   

V  



8.111

4.- (20 puntos) Se hacen reaccionar: Formiato sódico + cloruro mercúrico  cloruro mercurioso + cloruro de sodio + monóxido de carbono + dióxido de carbono + agua e) Escribir e igualar la reacción por el método ion electrón. f) Si se hacen reaccionar 10 g de metanoato sódico del 50% de pureza con 8 g de cloruro mercúrico, determinar el volumen total de gases que se obtiene en condiciones normales, si el rendimiento de la reacción es del 80%. g) Si en las pruebas realizadas en laboratorio se obtuvieron 1,5 g de NaCl, cual es el rendimiento de la reacción. h) De acuerdo al inciso “C” cuál es el rendimiento teórico. SOLUCION a) 5 Puntos HCOONa + HgCl2



Hg2Cl2 + NaCl + CO + CO 2 + H2O

H+ + HCOO-  CO + H2O HCOO-  CO2 + H+ + 2e2e- + 2Hg+2  Hg2+1

Ordenando y sumando las semireacciones se tiene: H+ + HCOO-  CO + H2O HCOO-  CO2 + H+ + 2e2 HCOO-  CO2 + CO + H2O+ 2e2e- + 2Hg+2  Hg2+1

2Hg+2 + 2 HCOO-  CO2 + CO + H2O+ Hg2+1 Reemplazando los coeficientes obtenidos en la ecuación original y realizando un ajuste por simple inspección se tiene: 2 HCOONa + 2 HgCl2

Hg2Cl2 + 2NaCl + CO + CO 2 + H2O



b) 5 Puntos Determinando el reactivo limitante:

10 g HCOONaIm puro *

8 g HgCl 2  puro *

50 g HCOONa  puro 100 g HCOONa Im  puro

1mol  HgCl 2 271 g HgCl2

*

8 g HgCl 2  puro *

1mol HgCl2 271 g HgCl2 1mol HgCl2 271 g HgCl2

1molHCOONa puro 68 g HCOONa puro

2mol HCOONa puro 2mol HgCl

2  puro

El reactivo limitante es él: HgCl2

8 g HgCl 2  puro *

*

*

2 mol HgCl 2 puro 2 molHCOONa puro

68 g HCOONa puro

**

1molHCOONa puro

*

271g HgCl 2



1mol HgCl 2

100 g HCOONa   Im puro



50 g HCOONa puro

19,93 g HgCl 2

4, 01g HCOONa

Im  puro

( 2 puntos)

1mol CO 2mol HgCl

*

2  puro

*

*

*

1molCO2 2mol HgCl

2  puro

*

80mol CO(real )

*

22, 4 LCO



100 molCO( teorico) 1mol CO ( real )CN  80 molCO2 ( real)

*

22, 4 LCO 2

100 molCO2 ( teorico) 1mol CO2 ( real )CN 

0, 2645 LCO



0, 2645 LCO

2

El volumen total de gases es: 0,529 L c) 5 Puntos La masa real es: 1,5 g NaCl

8 g HgCl2  puro *

1mol  HgCl 2 271 g HgCl2   

d)

*

2mol NaCl puro 2 mol HgCl

2  puro

1,5 g  NaCl  1,73 g  NaCl 

*

58,5 g NaCl    puro



1mol NaCl puro

1,73 g NaCl 

*100  86,7%

5 Puntos : El rendimiento teórico es: 1,73 g NaCl

5.- (20 puntos) Se desea tratar 10000,0 kg de frijoles de soya que tiene una composición en peso de: 35% de proteínas, 27,1% de carbohidratos, 9,4% de fibras y cenizas, 10,5% de agua y 18% de aceite. El tratamiento de los frijoles de soya se realizará en 3 etapas: 1ra Etapa consiste en moler y prensar los frijoles de soya con la finalidad de eliminar parte del aceite, obteniéndose después de este proceso una torta de soya con el 6% en peso de aceite, que se introduce a la segunda etapa. 2da Etapa la torta de soya es tratada con hexano para extraer el aceite, obteniéndose después de este proceso una torta de soya con un 0,5% en peso de aceite, que se introduce a la tercera etapa. 3ra Etapa la torta de soya obtenida se seca, hasta obtener un producto con un 8% en peso de agua. Determinar: c) La masa de torta de soya que sale de la etapa 2 d) La masa de torta de soya seca Sugerencia: Analice el ejercicio por etapas. SOLUCION: a) 10 puntos

A , X eaceite, XECNV

C, XSCNV-2

B, XSCNV-1

ETAPA 1 Molienda y prensado

Extracción

Masa de aceite

 A B

ETAPA 3 Secado

ETAPA 2

Masa de aceite

Hexano

Masa de frijol de soya sin tratar Masa de torta de soya después de etapa 1

C D

D, XSCNV-3

Masa de agua

Masa de torta de soya después de etapa 2 Masa de torta de soya seca después de etapa 3

En la etapa 1 y 2 varia la masa de aceite, la masa de los otros componentes se mantiene constante por lo tanto: X e-1 aceite = 18% X (Composición de componentes que no varían su masa a la entrada etapa 1) =XECNV = X Proteínas + X Carbohidratos + X Fibras y cenizas + X  Agua = 35 + 27,1 + 9,4 + 10,5 =82 % X (Composición de los componentes que no varían su masa a la salida en la etapa 1) =XSCNV-1 = 100 – Xs-1 aceite=100 - 6 = 94% Realizando un balance parcial para los componentes que no varía su masa: En la etapa 1:  A* XECNV = B* XSCNV-1

 B  A *

X ECNV



XSCNV-1

10000kg *

0,82



0,94

8723, 4 kg torta de soya

En la etapa 2: X (La composición de los componentes que no varían su masa a la salida en la etapa 2) =XSCNV-2 = 100 – Xs-2 aceite =100 – 0,5 = 99,5% B* XSCNV-1 = C* XSCNV-2

C  B*

XSCNV-1 XSCNV-2



8723, 4kg *

0,94



0,995

8241, 20 kgtorta de  soya

b) 10 puntos: En la etapa 3: En esta etapa varía la masa de agua y se mantiene constante la masa de los demás componentes: La cantidad de agua que ingresa a la etapa 1 y se mantiene constante hasta la salida de la etapa 2 es: X e agua = 10,5% magua=10000kg * 0,105 = 1050,0 kg de agua que ingresa al proceso. La composición del agua que ingresa de la etapa 3 es:

 X agua

magua



mtotal que saleetapa 2

*100 

1050 kg  8241, 2kg 

*100  12,74%

La composición de los sólidos que no varía su masa a la entrada de la etapa 3 es: XECNV-3 = 100 -12,74 = 87,26% La composición de los sólidos que no varían su masa a la salida de la etapa 3 es: XSCNV-3 = 100 - 8 = 92%  Aplicando un balan ce parcial para el sólido se tiene: C* XECNV-3 = D* XSCNV-3

 D  C *

X ECNV-3 XSCNV-3



8241, 21kg *

0,8726 0,92



7816,6 kg torta de soya sec a

Pesos Atómicos: Hg= 200; Na=23 ;C=12; Cl=35,5 ;O=16 ;H=1 ;Mg=24