psa_qmc_22011.pdf

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS FACULTAD DE INGENIERÍA CURSO PREFACULTATIVO – GESTIÓN I / 2011 PRUEBA DE SUFICIENCIA ACADEMICA ÁREA: QUIMICA FECHA: 22/07/2011 TIEMPO DE DESARROLLO DEL EXAMEN: 90 MINUTOS 1. (25 PUNTOS) Cuando reaccionan: Clorato de potasio + Hidróxido crómico + Hidróxido de potasio potasio + agua



Cromato de potasio + cloruro de

a) (5 Puntos) Igualar la reacción por el método Ion-Electrón Si el rendimiento de la reacción es del 85%. Determinar: b) (10 Puntos) Cuál es el reactivo limitante y el reactivo en exceso? exceso? Si 1 kg de Clorato de potasio del 75% de pureza reaccionan con 1 kg de hidróxido crómico. c) (10 Puntos) El volumen necesario de una disolución de Hidróxido de potasio del 25% en masa, cuya densidad es de 1,15 g/cm 3 que se necesita para obtener 0,5 TM de de cloruro de potasio potasio Solución: KClO3 + Cr(OH)3 + KOH

K2CrO4 + KCl + H2O



K+ ClO3- + Cr +3 (OH - )3+ OH- K+



K+2 CrO4 -2 + K+ Cl- + H2O

Los compuestos que que cambian de estado estado de oxidación son: El clorato de potasio y el hidróxido crómico. Realizando el balance de masa y carga se tiene que: 6e- + 3 H2O + ClO38 OH - +

Cr +3





Cl - + 6 OH - * ( 3)

CrO4 -2 +4 H2O +3e-

* (6)

-----------------------------------------------------------18e- + 9 H2O + 3 ClO3-



48 OH - + 6 Cr +3

6 CrO4 -2 + 24 H2O + 18e-



3 Cl - + 18 OH -

Sumando las ecuaciones: 3 ClO3- + 30 OH - + 6 Cr +3



3 Cl - + 6 CrO4 -2 + 15 H2O

Reemplazando los coeficientes estequeometricos en la ecuación original: 3 KClO3 + 6Cr(OH)3 +12 KOH



6 K2CrO4 +3 KCl + 15 H2O

a)

1kgKClO3impuro * *

1000gKClO3imp . 1kgKClO3imp

1kgCr( OH )

3puro

1000gCr( OH) 3

100gKClO3imp 75gKClO3puro

122 12 2,5gKClO3puro

*

6 m o lCr( OH )

3pur o

3 m o lKClO3puro

3

1kgCr( OH )

*

3puro

*

3pur o



1000gCr( OH) 3 *

100gKClO3imp

* 

1 m o lKClO

126Kg , Cr( OH )

3puro

1kgCr( OH )

*

75gKClO3puro

*

1 m o l Cr( OH )

3puro

103gCr( OH )

1kgKClO3imp 1000gKClO3imp .

El reactivo Limitante es el Cr(OH)3 El reactivo en exceso es KClO3

3pur o



0,793 KClO

*

3 m o lKClO3puro 6 m o l Cr( OH )

3pur o

3impuro

*

122 12 2,5gKClO3puro   1 m o lKClO 3puro

* 

103gCr( OH )

3pur o

1 m o l Cr( OH )

3puro

b) 0,5TMKClreal * *

100gsolKOH

*

25gKOH

106 gKClreal 100gKClteorico *

1TMKClreal

*

85gKClreal

3 1cmSolKOH

*

1,15gsolKOH

1LSolKOH

1molKClteorico

*

74,5gKClteorico



1000SolKOH

12molKOH 3molKClteorico

*

56gKOH 1molKOH

6151,84LSolKOH

2. (25 PUNTOS)En un tanque de 20 litros de capacidad se introducen 50 litros de cloro gaseoso a una presión de 6 atmósferas y 30 litros de gas metano a una presión de 10 atmósferas. Si el proceso se desarrolla a 77 ºF, calcular  a) La fracción molar de la mezcla gaseosa, b) El porcentaje másico de cada componente y d) el peso molecular promedio de la mezcla gaseosa.

Vo = 50 litros

Cl2 Cl2 + CH4

CH4

Vo = 30 litros

Vf  = 20 litros

Datos T = 77ºF

25ºC





298 K

Por la ley de Dalton PTf  = Pf  Cl2 + Pf  CH4 (1) a T = cte por Boyle PoVo = Pf Vf  P Cl f  2

6 atm x 50 l





20 l

15 atm

P f 



P CH f  4





P V o o V f 

10 atm x 30 l



20 l

15 atm

remplazando en (1) PTf  = 15 atm + 15 atm = 30 atm Calculo de las fracciones molares X

Cl

P Cl f  2 P Tf 



2



15 atm



30 atm

X

0.5

CH



4

P CH f  4 P Tf 



15 atm 30 atm



0.5

b) Porcentaje másico de cada componente Calculo de la masa de cada componente con la ecuación de estado PV = (m/M)RT m

m

m

P Cl Cl



2

xV Cl

2

P CH CH

T



4

xV CH

4 m



Cl



2

xM

2 R x T

m

%Cl

2



%CH

2 x 100% m T

4

CH



m

T



CH

atm l 62.4(

4



4 x 100%

1.14g 1.398g



1.398g

mol

10 atm x 30 l x 16 

atm l 62.4(

x 100%

0.258g

g



x 100%

1.14g Cl

18.46%

2

g mol

) x 298 K  K mol

81.54%





) x 298 K  K mol

m T = 1.398 g

Cl

m

6 atm x 50 l x 71

4

mT = 1.14 g + 0.258 g m

2

xM

4 R x T

CH

Cl



0.258g CH

4

3. (25 PUNTOS) Calcular  a) La longitud de onda de un fotón, cuando su electrón desciende del nivel n=3 al nivel n=2, cuyas energías son: E3 = -0,579 · 10-19cal; E2 = -1,309 · 10-19cal; y la constante de Plank 1,58 · 10 -34cal · s. b) Escriba los 4 números cuánticos de todos los electrones situados en el orbital 3p ∆E = E3 – E2 = - 0,579 x10

-19

cal - ( - 1,309x10 -19 cal) = 0.73 x10 -19 cal

Por consiguiente la longitud de onda sera: == h .c/ ∆E = 1,58*10-34 cal.s x3*108 m/s 

0,73*10-19 cal = 6,49*10-7 m

a) El Número cuántico principal es n = 3, como es p entonces l =1 entonces m tendrá los valores de -1, 0, 1, también el Spin del electrón puede ser +1/2, 0, -1/2 Entonces existen 6 maneras de designar el elemento ·nº e

n

l

m

Spin

1

3

1

-1

+1/2

2

3

1

0

+1/2

3

3

1

+1

+1/2

4

3

1

-1

-1/2

5

3

1

0

-1/2

6

3

1

1

-1/2

4. (25 PUNTOS) Usted cuenta con dos líquidos A y B, y desea mezclarlos con agua. Si la masa empleada del líquido “A” es el triple con relación al componente “B”, pero el volumen del

componente B llega a ser la octava parte que el volumen de agua utilizado, y además la densidad de A es el triple que la densidad de B, como también el volumen de la solución preparada es de 200 cc. a) Determinar los volúmenes de los componentes utilizados. b) Si dicha mezcla esta a una temperatura inicial de 30°C, y usted cuenta con la siguiente relación de escalas de temperatura entre °X y F ahrenheit, donde °X es una nueva escala:

        

 

 

Determinar la temperatura final (expresada en la escala °X), si nuestra mezcla se calienta en 100° Fahrenheit y finalmente se enfría en 100 Kelvin.

Solución:

                  a)

(1) (2) (3) (4)

De la ecuación (3), reemplazando

     

  

Reemplazando la ecuación (1)

      Con ello concluimos que:

   ,

además de la ecuación (4)

                          Respuesta:

   

     

b) 30 ºC = 303 K  100 ºF = 310,78 K  100 K = 100 K 

                  

        

Pesos Atómicos Cloro = 35.5 uma Carbono =12 uma Cromo=52 uma; Potasio = 39 uma

Oxigeno =16 uma

Nitrógeno = 14 uma

Hidrógeno = 1uma