Universidad Autónoma de Querétaro. Guía de Química General para Curso Propedéutico de la Facultad de Química 2013

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1 Guía de Química General para Curso Propedéutico de la Facultad de Química 2013 Universidad Autónoma de Querétaro Guía de Química General para Curso Propedéutico de la Facultad de Química 2013 Academia Química 1

2 Contenido Calendario de actividades Sesión I: Sistemas y Conversión de Unidades... 4 Sesión II. Tabla periódica. Notación y Nomenclatura Sesión III. Estequiometría. Cálculo de número de moles, composición porcentual de un compuesto y fórmula empírica Sesión IV. Reacciones químicas. Balanceo por tanteo y redox (números de oxidación) Sesión V. Estequiometría. Cálculos en reacciones químicas (reactivo limitante, porcentaje de rendimiento) Sesión VI: Cálculo de Molaridad y Porcentaje en Masa de una solución Tablas y Bibliografía

3 Calendario de actividades. NÚMERO SESIONES NOMBRE FECHA I Sistemas y Conversión de Unidades 02 de Febrero II Tabla periódica. Notación y Nomenclatura 09 de Febrero II Tabla periódica. Notación y Nomenclatura 16 de Febrero III Estequiometría. Cálculo de número de moles, composición porcentual de un compuesto y fórmula empírica. 23 de Febrero IV V VI Reacciones químicas. Balanceo por tanteo y redox (números de oxidación) Estequiometría. Cálculos en reacciones químicas (reactivo limitante, porcentaje de rendimiento). Cálculo de Molaridad y Porcentaje en masa de una solución. 02 de Marzo 09 de Marzo 16 de Marzo VII Examen final 23 de Marzo

4 Sesión I: Sistemas y Conversión de Unidades UNIDADES PATRON DE MEDIDAS DEL SISTEMA INTERNACIONAL Magnitud física fundamental Unidad básica o fundamental Símbolo Longitud metro m Tiempo segundo s Masa kilogramo kg Intensidad de corriente eléctrica amperio A Temperatura kelvin K Cantidad de sustancia mol mol Intensidad luminosa candela cd PREFIJOS PARA LOS MULTIPLOS Y SUBMULTIPLOS DE LA UNIDAD 10 1 Deca da 10-1 Deci d 10 2 Hecto h 10-2 Centi c 10 3 Kilo k 10-3 Mili m 10 6 Mega M 10-6 Micro μ 10 9 Giga G 10-9 Nano n Tera T Pico p Peta P Femto f Exa E Atto a 1. Cuántos milímetros hay en 2.5 m? 2. Cuántos segundos hay en un día? 3. Cuántos centímetros hay en 2 pies? 4. Cuánto metros tiene un campo de fútbol de 100 yardas? 5. Cuántos metros hay en 10.5 millas? 6. Cuál es el área de un rectángulo de 6.0 pulgadas x 9.0 pulgadas en metros cuadrados? 7. El conductor de un automóvil respeta el límite de velocidad de 55 millas por hora. A qué velocidad viaja su auto en kilómetros por segundo? 8. La velocidad promedio del átomo de helio a 25 C es 1255 m/s. Convierta esta velocidad a millas por hora.

5 9. La velocidad del sonido en el aire a la temperatura ambiente es de unos 343 m/s. Calcule esta velocidad en millas por hora. 10. Cuál es el volumen, en metros cúbicos, de un cuarto que mide 8 pies x 10 pies x 12 pies? 11. Durante un viaje a Europa, despiertas una mañana y encuentras que tu masa es de 165 libras. Determina el equivalente en kilogramos, para saber si es necesario ponerte a dieta antes de regresar a casa. 12. En Estados Unidos, la leche se vende en envases de medio galón; determina el número de litros que equivale a esta cantidad. 13. En 2004, se produjeron casi 95 mil millones de libras de ácido sulfúrico. Convierta dicha cantidad a toneladas. 14. La temperatura normal del cuerpo humano es de 98.6 ºF. Convierte esta temperatura a grados Celsius y a Kelvin. 15. La temperatura a la que funde la sal de mesa (cloruro de sodio) es de 800ºC a cuánto equivale esta temperatura en la escala de Fahrenheit y Kelvin? 16. Considerando que hay 20 gotas en 1 ml, cuántas gotas hay en un galón? 17. La temperatura más fría que se ha registrado en el mundo es de C en la estación soviética del antártico, el 23 de julio de Expresa esta temperatura en F y K. 18. Qué volumen ocupan 3.5 kg de mercurio, si su densidad es de 13.6 g/cm 3? 19. Si en la nevería El Popo, el kilogramo de helado cuesta $ y en la nevería El Hada el litro del mismo helado cuesta $ 50.00, en cuál nevería es preferible comprar, si la densidad del helado es de 0.6 g/ cm 3? 20. A una presión inicial de 0.75 atm un gas mantiene un volumen de 250 ml, si la presión aumenta a 1.5 atm cuál será el volumen final? 21. Una olla de presión de 425 cm 3 de capacidad contiene aire cuya presión es de mm Hg a la temperatura ambiente (25 C). Si la temperatura se eleva a 308 K cuál será la presión en la olla, en atmosferas? 22. A presión constante, el volumen de un gas a 25 C es de 100 cm 3, cuál será su volumen a 310K?

6 23. El volumen de un gas es de 150 ml cuando la presión es de 1 atm y la temperatura 20 C. A una presión de 1000 mm Hg ocupa un volumen de 0.2 L. Determina la temperatura final. 24. Se tienen 100 ml de un gas en CNTP. Cuál será la temperatura de dicho gas, si se comprime a 50ml y a mm Hg 25. Si el volumen de un mol de cualquier gas es de 22.4 L a 1 atm y 273 K cuál será el volumen de un mol de hidrógeno a 25 C y 0.8 atm? 26. Se tienen 2000 ml de un gas en CNTP Cuál será su volumen en la ciudad de México? (temperatura media 20 C, presión atmosférica media 585 mm Hg) 27. Qué volumen ocuparán 2.5 moles de He a 15 C y 0.5 atm? 28. Indica el volumen que ocupan: a) 3.2 moles de Ne a 20 C y 1520 mm Hg b) 0.8 moles de O 2 a -10 C y 1.5 atm 29. Encuentra la presión que ejercen 1.2 moles de CO 2 envasados en un recipiente de 500 ml a una temperatura de 22 C. 30. Calcula la temperatura de los siguientes sistemas gaseosos: a) En un recipiente de 800 ml están envasados 1.4 g de N 2 que se encuentran a la presión de 900 mm Hg b) 0.7 moles de CO 2 ocupan un volumen de 12 L y se encuentran a la presión de 1200 mm Hg ALGUNAS ECUACIONES UTILES PV = nrt P1V1 = P2V2 donde R = constante universal de los gases = atm L /mol K la temperatura (T) debe estar en K

7 Sesión II. Tabla periódica. Notación y Nomenclatura. NOMENCLATURA SISTEMÁTICA NOMENCLATURA DE COMPUESTOS INORGÁNICOS Para nombrar compuestos químicos según esta nomenclatura se utilizan los prefijos según el número de átomos presentes: MONO_, DI_, TRI_, TETRA_, PENTA_, HEXA_, HEPTA_.. Cl 2 O 3 I 2 O Trióxido de dicloro Monóxido de diyodo NOMENCLATURA DE STOCK En este tipo de nomenclatura, cuando el elemento que forma el compuesto tiene más de un número de oxidación, ésta se indica al final, en números romanos y entre paréntesis: Fe(OH) 2 Hidróxido de hierro (II) Fe(OH) 3 Hidróxido de hierro (III) NOMENCLATURA TRADICIONAL En esta nomenclatura para poder distinguir con qué número de oxidación funcionan los elementos en ese compuesto se utilizan una serie de prefijos y sufijos: Un número de oxidación Dos números de oxidación Tres números de oxidación Cuatro números de oxidación Hipo oso oso ico Menor número de oxidación Per ico Mayor número de oxidación EJERCICIOS: Nombre o escriba la fórmula de los siguientes compuestos 1) Compuestos binarios del oxígeno: óxidos y peróxidos Fórmula Nombre del compuesto Fórmula Nombre del compuesto 1. Cl 2 O 5 5. Cu 2 O 2 2. HgO 2 6. I 2 O 7 3. CdO 7. Sb 2 O 5 4. Al 2 O 3 8. B 2 O 3

8 Fórmula Nombre del compuesto Fórmula Nombre del compuesto 1. Peróxido cálcico 5. Dióxido de nitrógeno 2. Óxido de hierro (III) 6. Peróxido de zinc 3. Óxido de cobre (I) 7. Óxido de níquel (III) 4. Óxido de dibromo 8. Trióxido de azufre 2) Hidruros, sales binarias e hidróxidos Fórmula Nombre del compuesto Fórmula Nombre del compuesto 1. NaH 6. Sn(OH) 4 2. HF 7. CrH 3 3. RbH 8. CH 4 4. K 2 S 9. CoCl 2 5. BH LiOH Fórmula Nombre del compuesto Fórmula Nombre del compuesto 1. Hidruro de hierro(ii) 6. Hidruro de litio 2. Fosfina 7. Cloruro de hidrógeno 3. Cloruro de níquel(ii) 8. Fósfuro de zinc 4. Sulfuro de dihidrógeno 9. Hidróxido de magnesio 5. Hidróxido de estaño(ii) 10. Silano 3) Ácidos oxoácidos simples y derivados Fórmula Nombre del compuesto Fórmula Nombre del compuesto 1. H 2 SO 4 4. H 3 AlO 3 2. H 3 PO 3 5. H 2 CO 4 3. H 2 Cr 2 O 7

9 EJERCICIOS NOTACIÓN Y NOMENCLATURA 1. Escriba las fórmulas de los compuestos que se forman entre los siguientes pares de iones. Dé el nombre de los compuestos marcados con un * (si el compuesto puede nombrarse de más de una forma, incluya ambos nombres) Cl - OH - SO 4 2- NO 3 - PO 4 3- NH 4 + * * * Na + * * Mg 2+ * * Ni 2+ * * * Fe 3+ * * * Ag + * * 2. Completa la siguiente tabla: Función Química Nombreó Fórmula Oxido de Fósforo (V) Fosfato cuproso o de cobre (I) Bromuro de potasio Hidróxido Ferroso Hidruro de sodio Nitrito de cadmio Sulfato de plata Acido Carbónico Clorato de litio Sulfuro de estroncio

10 Fosfina Disulfuro de carbono Acido Clórico Tetróxido de dinitrógeno Amoniaco Decóxido de tetrafósforo Tricloruro de boro Hexafluoruro de selenio Tetracloruro de silicio Cloruro de Hidrógeno Acido Fosfórico Hidróxido de Amonio HNO 3 SiC NaI H 2 SO 4 HClO 4 Cu 3 (PO 4 ) 2 Na 2 CO 3 Ba(NO 3 ) 2 HCN K 2 Cr 2 O 7 FeN PbSO 3 SiH 4

11 Cl 2 O 7 SO 3 H 2 S Al(OH) 3 HBrO Ni(OH) 2 3. Da el nombre o fórmula de los siguientes compuestos: AsCl 5 RbI MgO Al 2 O 3 Ca(OH) 2 MnI 2 NH 4 BrO 3 H 3 PO 3 FeO BaSO 4 H 2 CO 3 NO HCl SO 3 PtO 2 Au 2 O 3 KHCO 3 Na 2 O 2 Co(ClO 4 ) 2 Cr(NO 3 ) 3 Hg 2 (NO 2 ) 2 HNO 3 AlCl 3 PbH 4 NH 4 MgPO 4 FeS AuOH H 2 O 2 Cr 2 (SO 3 ) 3 Li 2 HPO 3 BeBr 2 CuSO 4 ZnO HIO TiI 4 Sulfato férrico Carbonato de cobalto (II) Hidruro de litio Oxido crómico Nitrato de zinc Bromato de calcio Tiosulfato de sodio Pentóxido de fósforo Permanganato de calcio Acido nítrico Acido hipoyodoso Sulfato de amonio Perclorato de sodio Oxido plumboso Sulfuro de aluminio Cloruro de hierro (II) Peróxido de sodio Acido fosfórico Dicromato de potasio Cloruro aúrico Hidróxido estanoso Cianuro de magnesio Bisulfito de bario Acido carbónico Nitrato ferroso Yoduro de antimonio (V) Fosfato cúprico Perclorato mercúrico Peróxido de hidrógeno Selenuro de zinc Fosfato diácido de potasio Bicarbonato de sodio

12 Sesión III. Estequiometría. Cálculo de número de moles, composición porcentual de un compuesto y fórmula empírica. 1) Calcula la masa molar de: a. Acido sulfúrico, H 2 SO 4 b. Oxido de Aluminio, Al 2 O 3 c. Nitrato de mercurio (II), Hg(NO 3 ) 2 d. Cromato doble de sodio y potasio, NaKCrO 4 2) Calcula la cantidad de moles de las siguientes muestras: a. 75 g de hierro, Fe b. 200 g de sulfato de aluminio, Al 2 (SO 4 ) 3 c X moléculas de H 2 SO 4 d x 10 9 de átomos de cobalto (Co) 3) Calcula la masa en gramos de las siguientes cantidades: a mol de Na 2 CO 3 b. 4.8 X moléculas de C 12 H 22 O 11 c mol de NH 3 d x átomos de plomo (Pb) e. 20 litros de CO 2 en condiciones TPN 4) Calcula el número de moléculas que hay en a mol de C 3 H 8 b. 50 mg de Tylenol C 8 H 9 O 2 N c. 100 g de glucosa (C 6 H 12 O 6 ) d. 40 litros de NO 2 en condiciones TPN 5) Cuál es el volumen, en litros, de los siguientes compuestos en condiciones de TPN? a. 5 mol de NO b. 20 mol de O 2 c X moléculas de CH 4 d. 30 kg de C 4 H!0 6) Determina la composición porcentual de:

13 a. Sulfato de calcio, CaSO 4 b. Cianuro de hidrógeno HCN c. Hidróxido de cobalto (III) Co(OH) 3 d. NaKCrO 4 7) El nitrato de amonio, NH 4 NO 3, se emplea como fertilizante nitrogenado. Calcula los porcentajes en masa de los elementos en este compuesto. 8) Una muestra de 3.87 mg de ácido ascórbico (vitamina C) por combustión genera 5.80 mg de CO 2 y 1.58 mg de H 2 O. Cuál es la composición porcentual de la vitamina C? 9) Durante un estudio en hojas de eucalipto se obtuvo el ingrediente activo llamado eucaliptol, del cual se analizó una muestra de g, dando una composición de 2.46 g de carbono, g de hidrógeno y g de oxígeno. Determina el porcentaje en masa de cada uno de los elementos que forman el eucaliptol. 10) Cuál es la fórmula empírica de un compuesto que contiene 43.65% de P y % de O? 11) El análisis de una muestra de un compuesto puro revela que contiene 50.1% de azufre y 49.9% de oxígeno, en masa. Cuál es su fórmula empírica? 12) Encuentra la fórmula empírica de un compuesto que contiene 35.18% de hierro, 44.66% de cloro y 20.16% de oxígeno. 13) El alcanfor es un compuesto de aroma característico, y está constituido por 78.9% de C, 10.59% de H y 10.51% de O. Cuál es su fórmula empírica? 14) La composición porcentual del acetaldehído es 54.5% de C, 9.2% de H y 36.3 % de O, y su peso molecular es 44 uma. Determina la fórmula molecular del acetaldehído. 15) El ácido benzoico es un polvo blanco, cristalino, que se emplea como conservador de alimentos. El compuesto contiene 68.8% de C, 5.0% de H y 26.2 % de O en masa. Cuál es su fórmula empírica? 16) La cafeína, estimulante primordial del café y el té, tiene una masa molar de g/mol y una composición porcentual en masa de 49.48% de C, 5.19% de H, 28.85% de N y 16.48% de O Cuál es la fórmula molecular de la cafeína?

14 17) La alicina es el compuesto que proporciona el olor característico al ajo. Al realizar un análisis de este compuesto se encuentra que tiene la siguiente composición porcentual: C: 44.4 %, H: 6.21%, S: 39.5 % y O: 9.86%. También se encuentra que su masa molar es igual a 162 g/mol. Calcula la fórmula empírica y la fórmula molecular de este compuesto. 18) El ácido adípico es un compuesto formado por C, H, y O. Se utiliza en la fabricación de nylon. Un análisis reveló que el compuesto contiene 49.3% de C y 43.8% de O. Calcula: a. El porcentaje de H b. La fórmula molecular, si la masa molar del ácido es 146 g/mol. 19) La aspirina es un analgésico que alivia el dolor y un antipirético que baja la fiebre. Su masa molar es de g/mol y tiene una composición de 60% de C, 4.48% de H y 35.5 % de O. Calcula la fórmula mínima y la fórmula molecular de la aspirina. 20) El ácido oleico es un componente del aceite de oliva. Tiene 76.5% de C, 12.1% de H y 11.3% de O. La masa molar del compuesto es aproximadamente 282 g/mol. Cuál es la fórmula molecular del ácido oleico? 21) La estrona, una hormona sexual femenina, presenta la siguiente composición: 8.2% de hidrógeno, 80% de carbono y 11.8% de oxígeno. Se encontró que su masa molar es igual a 270 g/mol. Determina la fórmula empírica y molecular de la estrona. 22) El ácido ascórbico (vitamina C) cura el escorbuto y puede ayudar a prevenir el resfriado común. Se compone de 40.92% de carbono, 4.58% de hidrógeno y 54.50% de oxígeno en masa. Si se sabe que la masa molecular es de g/mol, determina su fórmula empírica y molecular.

15 Sesión IV. Reacciones químicas. Balanceo por tanteo y redox (números deoxidación). RESUMEN Y EJEMPLOS DE REACCIONES QUÍMICAS 1. REACCIONES DE COMBINACION: se combinan más de un reactivo y se obtiene un sólo producto a) Elemento + Elemento Compuesto 2 Al (s) + 3 Cl 2(g) 2 AlCl 3(s) b) Compuesto + Elemento Compuesto 2 SO 2(g) + O 2(g) 2 SO 3(g) c) Compuesto + Compuesto Compuesto CaO (s) + CO 2(g) CaCO 3(s) 2. REACCIONES DE DESCOMPOSICION: un solo reactivo, más de un producto a) Compuesto Elemento + Elemento 2 HgO (s) 2 Hg (g) + O 2(g) 2 H 2 O (l) 2 H 2(g) + O 2(g) b) Compuesto Compuesto + Elemento 2 NaNO 3(s) 2 NaNO 2(s) + O 2(g) 2 H 2 O 2(l) 2 H 2 O (l) + O 2(g) c) Compuesto Compuesto + Compuesto CaCO 3(s) CaO (s) + CO 2(g) 2 KClO 3(S) 2 KCl (s) + 3 O 2(g) 3. REACCIONES DE DESPLAZAMIENTO: Un elemento desplaza a otro de un compuesto. Considerar la SERIE DE ACTIVIDAD DE LOS METALES y la ACTIVIDAD DE LOS HALOGENOS Elemento(1) + Compuesto(1) Elemento(2) + Compuesto(2) Zn (s) + CuSO 4(ac) Cu (s) + ZnSO 4(ac) Zn (s) + H 2 SO 4(ac) H 2(g) + ZnSO 4(ac) Cl 2(g) + 2 NaI (ac) I 2(s) + 2 NaCl (ac)

16 4. REACCIONES DE METÁTESIS: Iones positivos y negativos de dos compuestos se reacomodan para formar 2 compuestos nuevos No hay cambios de número de oxidación a) Reacciones ácido-base (Neutralización): Se forma una sal; H 2 O es frecuentemente un producto HCl (ac) + NaOH (ac) NaCl (ac) + H 2 O (l) CH 3 COOH (ac) + KOH (ac) KCH 3 COO (ac) + H 2 O (l) 2 H 3 PO 4(ac) + 3 Ca(OH) 2(ac) Ca 3 (PO 4 ) 2(s) + 6 H 2 O (l) b) Reacciones de precipitación: un producto es una sustancia insoluble que precipita de la solución como un sólido. Considerar las REGLAS DE SOLUBILIDAD CaCl 2(ac) + Na 2 CO 3(ac) CaCO 3(s) + 2 NaCl (ac) Pb(NO 3 ) 2(ac) + K 2 CrO 4(ac) PbCrO 4(s) + 2 KNO 3(ac) c) Reacciones de formación de gases: Uno de los productos es un gas insoluble o poco soluble, el cuál se desprende de la solución 2 HCl (ac) + CaCO 3(s) CO 2(g) + H 2 O (l) + CaCl 2(ac) MnS (s) + 2 HCl (ac) H 2 S (g) + MnCl 2(ac) 5. REACCIONES DE OXIDACION-REDUCCION: reacciones en las cuales hay cambios en el número de oxidación de uno o más elementos. Procesos de oxidación y reducción ocurren simultáneamente. Oxidación: pérdida de electrones; aumento en el número de oxidación. Reducción: ganancia de electrones; disminución en el número de oxidación. Agente oxidante: especie química que oxida a otra sustancia. Uno de sus elementos se reduce. Agente reductor: especie química que reduce a otra sustancia. Uno de sus elementos se oxida.

17 EJERCICIOS 1. Escriba y balancee la reacción de combustión en el aire de a) Propano, C 3 H 8 b) Alcohol metílico, CH 3 OH c) Sacarosa, C 12 H 22 O Escriba y balancee las siguientes reacciones a) En estado gaseoso, el nitrógeno molecular reacciona con hidrógeno molecular para formar amoníaco b) El óxido de calcio se disuelve en ácido clorhídrico formando cloruro de calcio y agua c) Nitrato de plata + Fosfato de sodio Fosfato de plata + Nitrato de sodio d) Cloro + Yoduro de potasio Cloruro de potasio + Yodo e) Hidróxido de potasio + Acido sulfúrico Sulfato de potasio + Agua f) El cobre metálico reacciona con el ácido nítrico concentrado para producir nitrato de cobre(ii), NO 2 y un producto X (escriba la fórmula) g) El clorato de potasio se descompone por calentamiento produciendo cloruro de potasio y oxígeno h) El fosfato de calcio puede obtenerse de la reacción entre hidróxido de calcio y ácido fosfórico; en esta reacción también se obtiene agua. 3. Balancee las siguientes ecuaciones químicas a) Al + Cl 2 Al 2 Cl 6 b) K + KNO 3 K 2 O + N 2 c) K 2 CO 3 + Al 2 Cl 6 Al 2 (CO 3 ) 3 + KCl d) Mg 3 N 2 + H 2 O NH 3 + Mg(OH) 2 e) Ca 3 (PO 4 ) 2 + H 2 SO 4 Ca(H 2 PO 4 ) 2 + Ca(HSO 4 ) 2 f) Ca(HCO 3 ) 2 + Na 2 CO 3 CaCO 3 + NaHCO 3 g) H 2 O 2 H 2 O + O 2 h) PCl 3 + H 2 O HCl + H 3 PO 3

18 i) El nitrato de amonio, utilizado en la agricultura como fertilizante, puede ser producido a partir de amoníaco a través de las siguientes reacciones. Balancee cada una de ellas NH 3(g) + O 2(g) NO (g) + H 2 O (g) NO (g) + O 2(g) NO 2(g) NO 2(g) + H 2 O (l) HNO 3(ac) + NO (g) HNO 3(ac) + NH 3(g) NH 4 NO 3(ac) 4. Asigne el número de oxidación del elemento indicado a) S en S 8, H 2 S, SO 2, SO 3, K 2 SO 4, Na 2 S 2 O 3 b) N en NO, N 2 O 3, NH 3, Mg 3 N 2, HNO 3 c) Mn en MnO, MnO 2, Mn(OH) 2, KMnO 4 d) Cr en CrO 2 -, Cr(OH)4 -,Cr2 O 7 2- e) S en S 2-, SO 3 2-, SO 4 2-, S 2 O 3 2-, S 4 O Balancee por el método redox las siguientes reacciones. Indique quién se oxida y quién se reduce a)cu + H 2 SO 4 CuSO 4 + SO 2 + H 2 O b)hg + HNO 3 Hg(NO 3 ) 2 + NO + H 2 O c) Zn + HNO 3 Zn(NO 3 ) 2 + NH 4 NO 3 + H 2 O d) KMnO 4 + HCl KCl + MnCl 2 + Cl 2 + H 2 O e) KMnO 4 + H 2 SO 4 + NaNO 2 K 2 SO 4 + MnSO 4 + NaNO 3 + H 2 O f) (NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 N 2 + Cr 2 O 3 + H 2 O g) ZnS + O 2 ZnO + SO 2 h) NO 2(g) + H 2 O (l) HNO 3(ac) + NO (g) i) El carbono reacciona con ácido nítrico para producir dióxido de nitrógeno, dióxido de carbono y agua.

19 Sesión V. Estequiometría. Cálculos en reacciones químicas (reactivo limitante, porcentaje de rendimiento). Cantidades de reactivos y productos 1. Todos los metales alcalinos reaccionan con agua para formar hidrógeno gaseoso y el hidróxido del metal alcalino correspondiente. Una reacción común es la que ocurre con el litio y el agua: 2Li (s) + 2H 2 O (l) 2LiOH (ac) + H 2(g) a) Cuántos moles de H 2 se formarán al completarse la reacción de 6.23 moles de Li con agua? b) Cuántos gramos de H 2 se formarán al completarse la reacción de g de Li con agua? 2. La reacción entre el óxido nítrico (NO) y el oxígeno para formar dióxido de nitrógeno (NO 2 ) es un paso determinante para la formación del esmog fotoquímico: 2NO (g) + O 2(g) 2NO 2(g) a) Cuántas moles de NO 2 se formarán por la reacción completa de mol de O 2? b) Cuántos gramos de NO 2 se formarán por la reacción completa de 1.44 g de NO? 3. El sodio es un metal reactivo que reacciona en forma instantánea con agua para dar gas hidrógeno y una disolución de hidróxido de sodio, NaOH Cuántos gramos de sodio se necesitan para obtener 7.81 g de hidrógeno según la siguiente reacción? 4. La esfalerita es un mineral de sulfuro de zinc (ZnS) y una fuente importante del metal zinc. El primer paso en el procesamiento de la mena consiste en calentar el sulfuro con oxígeno para obtener óxido de zinc ZnO, y dióxido de azufre, SO 2 Cuántos kilogramos de gas oxígeno se combinan con 5.00 x 10 3 g de sulfuro de zinc en esta reacción? 5. En 1774, el químico británico Joseph Priestley preparó el oxígeno por calentamiento del óxido de mercurio (II), HgO. El mercurio metálico también es un producto en esta

20 reacción. Si se recogen 6.47 g de oxígeno, Cuántos gramos de mercurio metálico se producen también? 2HgO O 2(g) + 2Hg (l) 6. De acuerdo con la reacción: 2 NaOH + Cl 2(g) NaClO + NaCl + H 2 O a) Cuántos gramos de NaOH son necesarios para obtener 500 g de NaClO? b) Cuántos litros de Cl 2 se necesitan para que se produzcan los 500 g de NaClO? c) Cuántas moléculas de NaClO se formarán? 7. El metanol (CH 3 OH) se quema en presencia de aire de acuerdo con la siguiente ecuación: 2 CH 3 OH (l) + 3 O 2(g) 2 CO 2(g) + 4 H 2 O (g) Si en un proceso de combustión se utilizan 209 g de metanol a) Cuál es la masa en gramos de bióxido de carbono producido? b) Cuántos moles de oxígeno se necesitan para la quemar moles de metanol? 8. La fermentación es un proceso químico complejo que se utiliza en la elaboración de vinos, en el que la glucosa (C 6 H 12 O 6 ) se convierte en etanol (C 2 H 5 OH) y dióxido de carbono (CO 2 ): C 6 H 12 O 6(s) 2C 2 H 5 OH (l) + 2CO 2(g) Si se cuenta con g de glucosa, Cuál es la máxima cantidad de etanol, en gramos y en litros, que se obtendrá por medio de este proceso? (Densidad del etanol = g/ml). 9. Los alimentos que se ingieren se degradan, o se consumen, en el cuerpo para proporcionar energía, que se utiliza para el crecimiento y otras funciones. Una ecuación general para este complicado proceso representa la degradación de glucosa (C 6 H 12 O 6 ) a dióxido de carbono (CO 2 ) y agua (H 2 O): C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO H 2 O Si una persona consume 856 g de C 6 H 12 O 6 durante cierto periodo, Cuál es la masa de CO 2 producido? Reactivo limitante

21 1. La reacción entre el aluminio y el óxido de hierro (III) puede generar temperaturas cercanas a los 3000 C, lo que encuentra aplicación en soldadura de metales. 2 Al + Fe 2 O 3 Al 2 O Fe En un proceso químico, se hicieron reaccionar 124 g de Al con 601 g de Fe 2 O 3. a) Determina el reactivo limitante b) Qué cantidad de reactivo en exceso queda sin reaccionar al final? c) Calcula la masa (en gramos) de Al 2 O 3 que se formará. 2. El metanol, CH 3 OH, que se emplea como combustible, puede fabricarse por la reacción del monóxido de carbono con hidrógeno. CO (g) + 2 H 2(g) CH 3 OH (g) Suponga que se mezclan 356 g de CO con 65.0 g de H 2. a) Cuál es el reactivo limitante? b) Qué masa de metanol se puede producir? c) Qué masa del reactivo en exceso queda después de que se ha consumido el reactivo limitante? 3. La reacción termita produce hierro metálico y óxido de aluminio a partir de una mezcla de aluminio metálico en polvo y óxido de hierro (III). 2 Al (s) + Fe 2 O 3(s) Al 2 O Fe (s) Si se emplea una mezcla de 50.0 g de Fe 2 O 3 y 50.0 g de Al. a) Cuál es el reactivo limitante? b) Qué masa de hierro se puede producir? 4. El silicio puro, que se requiere para chips de computación y celdas solares, se fabrica mediante la reacción SiCl 4(l) + 2 Mg (s) Si (s) + 2 MgCl 2(s) Si se inicia con 225 g de SiCl 4 y 150 g Mg, a) Cuál será el reactivo limitante en esta reacción? b) Qué cantidad de Si, en gramos se puede producir? 5. Al tratar una muestra de CaCO 3 de 25 g, con 21.9 g de HCl en disolución, a) Determine la masa de cloruro de calcio que se formará

22 b) Qué masa de ácido clorhídrico reaccionó? 6. Se combinan 23 g de I 2 con 6 g de Na para formar NaI. Determine: a) Cuál es el reactivo limitante? b) Cuál es el reactivo en exceso? c) La masa del producto formado d) Qué masa del reactivo limitante habrá que añadir para que la reacción química sea completa? 7. Se dispone de 198 g de sulfuro de sodio, 200 g de dicromato de sodio y 408 g de ácido clorhídrico que se combinan de acuerdo con la siguiente ecuación. 24Na 2 S (ac) + 8 Na 2 Cr 2 O 7(ac) HCl 3 S 8(s) + 16 CrCl NaCl(ac) + 56 H 2 O(L) a) Cuál es el reactivo limitante?, b) Encuentra la masa del reactivo en exceso, c) Calcula la masa del Cloruro de Cromo (III) que se formará 8. Una mezcla de 100 kg de CS 2 y 200 kg de Cl 2 se pasa a través de un tubo de reacción y calentando se produce la reacción: CS Cl 2 CCl 4 + S 2 Cl 2 Calcula: a) El reactivo que no reaccionará completamente, b) La cantidad de este reactivo que no reacciona, c) La masa de S 2 Cl 2 que se obtendrá. Rendimiento de reacción: Para determinar la eficiencia de una reacción química se utiliza el término rendimiento porcentual que indica la proporción entre el rendimiento real y el rendimiento teórico. Ejercicios

23 1. El tetracloruro de carbono (CCl 4 ) se obtiene al hacer reaccionar sulfuro de carbono (CS 2 ) y cloro (Cl 2 ): CS 2(s) + 3 Cl 2 (g) CCl 4(l) + S 2 Cl 2(s) Si se hacen reaccionar 100 g de CS 2 con suficiente Cl 2 a) Calcula el rendimiento teórico. b) Calcula el rendimiento porcentual si se obtuvieron 65 g de CCl En la industria, el vanadio metálico, que se utiliza en aleaciones de acero, se puede obtener al hacer reaccionar óxido de vanadio (V 2 O 5 ) con calcio a temperaturas elevadas: 5 Ca (s) + V 2 O 5 (s) 5 CaO (s) + 2 V (s) Si en un proceso reaccionan 1.54x10 3 g de V 2 O 5. a) Calcula el rendimiento teórico de V. b) Calcula el porcentaje de rendimiento si se obtienen 803 g de V 3. La nitroglicerina (C 3 H 5 N 3 O 9 ) es un explosivo muy potente. Su descomposición genera gran cantidad de calor y muchos productos gaseosos. Se puede representar mediante la siguiente reacción: 4 C 3 H 5 N 3 O 9 6 N 2(g) + 12 CO 2(g) + 10 H 2 O (g) + O 2(g) La velocidad de formación de estos gases, así como su rápida expansión, es lo que causa la explosión. a) Cuál es la cantidad máxima de O 2 en gramos que se obtendrá a partir de 200 g de nitroglicerina? b) Calcula el porcentaje de rendimiento de esta reacción si encuentra que la cantidad de O 2 producida fue de 6.55 g 4. El titanio, un metal fuerte, ligero y resistente a la corrosión, se utiliza en la construcción de naves espaciales, aviones, en sus motores y para la construcción de bicicletas. Se obtiene mediante la reacción de cloruro de titanio (IV) con magnesio fundido, a una temperatura comprendida entre 950 C y 1150 C:

24 TiCl 4(g) + 2 Mg (l) Ti (s) + 2 MgCl 2(l) En cierto proceso industrial se utilizan 3.54x10 7 g de TiCl 4. a) Calcula el rendimiento teórico de Ti, en gramos. b) Calcula el rendimiento porcentual si en la práctica se obtienen realmente 7.91x10 6 g de Ti. 5. En plantas industriales nuevas hacen reaccionar metanol líquido con monóxido de carbono en presencia de un catalizador de acuerdo con la siguiente reacción: CH 3 OH (l) + CO (g) CH 3 COOH (l) En un experimento se hicieron reaccionar 15.0 g de metanol. a) Qué masa teórica (en g) de ácido acético se debe obtener? b) Si se obtienen 19.1 g, cuál es el rendimiento de la reacción?

25 Sesión VI: Cálculo de Molaridad y Porcentaje en Masa de una solución. Química Orgánica: alcanos, alquenos y alquinos. Porcentaje referido a la masa 1. Calcule el porcentaje de soluto en cada una de las siguientes soluciones acuosas: a) 8.50 g de cloruro de sodio en 95.0 g de solución b) 25.2 g de carbonato de potasio en g de agua c) 3.88 g de cloruro de calcio en g de agua 2. Calcule el porcentaje de soluto en cada una de las siguientes soluciones: a) 13.7 g de cloruro de sodio en 110 g de solución b) 12.4 g de cloruro de bario en 80.7 g de agua c) g de fenol (C 6 H 6 O) en g de glicerol 3. Calcule los gramos de soluto que deben disolverse en a) 350 g de agua para preparar una solución de sulfato de potasio al 17.0 por ciento b) 15.0 g de agua para preparar una solución de cloruro de sodio al 12.0 por ciento 4. Calcule los gramos de agua que deben añadirse a a) 16.0 g de azúcar (C 12 H 22 O 11 ) para preparar una solución al 23.0 % b) 4.00 g de yoduro de potasio para preparar una solución al 1.90 % 5. Calcule la cantidad de gramos de solución que se necesitan para tener a) 68.3 g de cloruro de sodio de una solución acuosa al 12.0 % b) 1.20 g de bicarbonato de sodio de una solución acuosa al 6.00 por ciento Molaridad 1. Calcule la molaridad de cada una de las siguientes soluciones acuosas: a g de alcohol etílico (C 2 H 6 O) en 450 ml de solución b g de cloruro de sodio (NaCl) en 40.0 ml de solución. 2. Calcule la molaridad de cada una de las siguientes soluciones: a g de bromuro de sodio (NaBr) en 850 ml de solución. b g de cloruro de calcio (CaCl 2 ) en 640 ml de solución. c g de bromuro de bario en 1150 ml de solución.

26 3. Calcule la cantidad de gramos de soluto que se necesitan para preparar las siguientes soluciones acuosas. Explique cómo prepararía cada solución. a. 500 ml de una solución de hidróxido de sodio (NaOH) M b. 250 ml de una solución de cloruro de calcio (CaCl 2 ) M c. 100 ml de una solución de sulfato de sodio M 4. Calcule la cantidad de mililitros de solución acuosa que se requiere para tener a g de hidróxido de sodio (NaBr) de una solución M b g de cloruro de calcio (CaCl 2 ) de una solución 1.40 M c mol de ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) de una solución 6.00 M Nomenclatura. QUIMICA ORGÁNICA ALCANO

27 NOMENCLATURA DE ALCANOS: GRUPOS ALQUILOS COMUNES Metilo CH 3 CH 3 CH 3 Etilo CH 2 CH 3 n-propilo CH 2 CH 2 CH 3 C H C CH 3 n- Butilo CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 CH 3 Isopropilo t-butilo 1. Escribe el nombre IUPAC de estos compuestos: CH 3 CH 3 CH 3 CH C CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 CH CH CH 2 CH 3 CH 3 CH 3 CH 2 CH CH 3 CH 2 CH 3 CH 3 CH CH 2 CH CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 CH 2 CH 3

28 2. Escribe la estructura de: a. 3,4-dimetilheptano b. 2,2,3,3,4,4-hexametilpentano c. 2,etil-3-isopropilheptano d. 4-metil-2-propilhexano NOMENCLATURA DE ALQUENOS Y ALQUINOS CH 3 -CH 2 -CH 3 CH 3 -CH=CH 2 CH 3 -C CH PROPANO PROPENO PROPINO 3. Escribe el nombre IUPAC de los siguientes compuestos: CH 3 CH = CH CH 3 CH 3 CH = CH CH CH 3 CH 3 CH 3 - CH 2 - CH 2 CH- CH = CH 2 CH 3 -CH 2 -CH 2 4. Escribe la estructura de: a. 7-metil-2-octeno b. 2,3-dimetil-1,4-hexadieno c. 4-etil-3-metil-1,3,5-hexatrieno

29 d. 1,4-hexadieno 5. Escribe el nombre IUPAC de los siguientes compuestos: CH 3 CH 3 C C CH CH CH 3 CH 3 CH 2 C C CH 2 CH 3 CH 3 CH 3 -C C-CH 2 - CH-CH 2 -CH 2 -CH 3 CH 3 6. Escribe la estructura de: a. 5-metil-2-hexino b. 6,7-dimetil-4-nonino c. 5,6-dimetil-1-heptino d. 1,4-hexadiino Sesión VII. Identificación de grupos funcionales orgánicos. Identifica a qué tipo de compuesto pertenecen y el grupo funcional en los siguientes compuestos:

30 CH 3 -CH 2- CH 2 -OH CH 3 - CH 2 - CH -CH 3 ι OH CH 3 ι CH 3 - CH-CH 2 -OH CH 3 -O-CH 3 CH 3 - CH-O-CH 3 І CH 3 CH 3 -CH 2 -O-CH 2 - CH-CH 3 І CH 3 CH 3 -CH 2 -CH= O CH 3 - CH-CH 2 -CH = O І CH 3 CH 3 І CH 3 -CH 2 -CH 2 - C-CH=O І CH 3 CH 3 -CH 2 - C-CH 2 -CH 3 ІІ O CH 3 І CH 3 - CH- C-CH 3 ІІ O CH 3 - CH- C-CH 2 -CH 3 І ІІ CH 3 O

31 CH 3 - CH- CH-CH 2 -COOH І І CH 3 CH 3 CH 3 - CH-CH 2 -CH 2 -COOH І CH 3 CH 3 - CH-CH 2 -COOH І CH 3 CH 3 І CH 3 -CH 2 -NH 2 CH 3 -CH 2 -NH-CH 3 CH 3 -CH 2 -CH 2 - N-CH 2 -CH 3

32 Guía de Química General para Curso Propedéutico de la Facultad de Química 2013 Tablas y Bibliografía. NOMENCLATURA Metal + Oxígeno OXIDO FORMULA GENERAL MO MH NOMENCLATURA * Óxido de nombre del metal (Valencia del metal) * Óxido nombre del metal terminación OSO ICO * Hidruro de nombre del metal (Valencia del metal) Metal + Hidrógeno HIDRURO * Hidruro nombre del metal terminación OSO ICO Metal + No metal SAL BINARIA MX * Nombre del no metal URO nombre del metal OSO ICO No Metal + Oxígeno ANHIDRIDO * Anhidrido PREFIJO nombre no metal terminación OSO (Óxido no metálico) XO ICO No Metal + Hidrógeno HIDRACIDO HX * Acido nombre del no metal terminación HIDRICO Oxido + H 2 O HIDROXIDO Anhidrido + H 2 O OXIACIDO Acido + Hidróxido OXISAL M(OH) HXO MXO * Hidróxido de nombre del metal (Valencia del metal) * Hidróxido nombre del metal terminación OSO ICO * Acido PREFIJO nombre no metal terminación OSO ICO * Nombre no metal terminación ITO nombre metal terminación OSO ATO ICO 32

33 Guía de Química General para Curso Propedéutico de la Facultad de Química 2013 CATIONES Y ANIONES COMUNES FORMULA NOMBRE FORMULA NOMBRE Li +, Na +, K + F -, Cl -, Br -, I - Fluoruro, NH 4 + Amonio OH - Hidróxido Ag + CN - Cianuro Mg 2+, Ca 2+, Ba 2+.. ClO - Hipoclorito Zn 2+, Cd 2+ ClO 2 - Cu 1+ Cu 2+ Mn 2+ Co 2+ Ni 2+ Ni 3+ Fe 2+ Fe 3+ Pb 2+ Pb 4+ Au 1+ Au 3+ Cobre (I) Cuproso Cobre (II) Cúprico Manganeso (II) Manganoso Cobalto (II) Cobaltoso Níquel (II) Niqueloso Níquel (III) Niquelico Hierro (II) Ferroso Hierro (III) Férrico Plomo (II) Plumboso Plomo (IV) Plúmbico Oro (I) Auroso Oro (III) Aúrico ClO 3 - ClO 4 - MnO 4 - NO 2 - NO 3 - SCN - O 2- S 2- HSO 3 - SO 3 2- HSO 4 - SO 4 2- S 2 O 3 2- HCO 3 - CO 3 2- CrO 4 2- Cr 2 O 7 2- PO 4 3- HPO 4 2- H 2 PO 4 1- AsO 4 3- CH 3 COO - C 2 O 4 2- Clorito Clorato Perclorato Permanganato Nitrito Nitrato Tiocianato Sulfocianuro Oxido Sulfuro Sulfito ácido Bisulfito Sulfito Sulfato ácido Bisulfato Sulfato Tiosulfato Carbonato ácido Bicarbonato Carbonato Cromato Dicromato Fosfato Fosfato monoácido Fosfato diácido Arsenato Acetato Oxalato 33

34 Chang, Raymond, Química. Séptima Edición. McGraw-Hill: México Garzón, G., Guillermo, Fundamentos de Química General. Segunda Edición. McGraw-Hill: México Rosenberg, Jerome L., Epstein, Lawrence M., Química, Séptima Edición. McGraw- Hill: México Wingrove, A. S., Caret, R. L., Química Orgánica. Quinta Edición. Oxford UniversityPress, México