LA TEORÍA ATÓMICO-MOLECULAR DE LA MATERIA

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1 1 LA TEORÍA ATÓMICO-MOLECULAR DE LA MATERIA PROBLEMAS RESUELTOS 8,5 g de oxígeno inicial 6,1 g oxígeno sobra =,4 g de oxígeno se combinan g óxido de hierro, 4 g de oxígeno 10, , goxígeno = 798, 7,98 g óxido de hierro,4 g oxígeno se combinan = 5,58 g de hierro se combinan 5,58 g de hierro se combinan + 1,4 g hierro sobra = 7 g de hierro inicial g óxido de hierro Resumen Experiencia Hierro (g) Oxígeno (g) Óxido de hierro (g) Hierro que sobra (g) Oxígeno que sobra (g) A 5,58 5 7,98 0,64 B 7,44, 10, C 1 4, 1,96,4 0 D 7 8,5 7,98 1,4 6,1 ACTIVIDADES 1 El hierro y el oxígeno pueden formar dos óxidos diferentes. Se analizó la composición de una serie de experiencias y se encontraron los siguientes resultados: Muestra Oxígeno (g) Hierro (g) A, 7,44 ácida. Experiencias realizadas en el laboratorio determinan que cuando se hacen reaccionar 4 L de gas nitrógeno con 8 L de gas oxígeno, se forman 8 L de ese gas, estando todos los gases en idénticas condiciones de presión y temperatura. Sabiendo que el oxígeno y el nitrógeno forman moléculas diatómicas, justifica la molécula del gas que se forma. B 1,6 5,58 Sol.: NO C,, D 0,8,79 Entre las muestras anteriores localiza: a) Dos que se refieran al mismo compuesto b) Dos que se refieran a compuestos diferentes que cumplan la ley de las proporciones múltiples c) Una muestra cuyo análisis revela un compuesto imposible d) Si la fórmula de uno de los óxidos es FeO, Cuál es la del otro? Sol.: a) B y D; b) A y B, A y D; c) C; d) Fe O Cuando el nitrógeno reacciona con el oxígeno forma una serie de óxidos, uno de los cuales está relacionado con la formación de lluvia 4 En una experiencia de laboratorio se pusieron en condiciones de reaccionar 8 L de gas nitrógeno y 8 L de gas oxígeno. Determina la cantidad del óxido de nitrógeno del que se hablaba en el ejercicio anterior se podrá obtener si todos los gases se encuentran en las mismas condiciones de presión y temperatura. Sol.: N : sobran 4L, O : se consume todo; NO : se forman 4L El cloro y el cobre forman dos compuestos, el CuCl y el CuCl. Analizada una muestra de CuCl se han encontrado 5 g de cobre y,8 g de cloro. Si la muestra fuese de CuCl y tuviese 10 g de cobre, Cuál sería la masa de cloro? Sol.: 11, g GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 5

2 1 LA TEORÍA ATÓMICO-MOLECULAR DE LA MATERIA PROBLEMAS RESUELTOS PROBLEMA RESUELTO El sulfato de amonio (NH 4 ) SO 4, es una sustancia que se utiliza como abono. Para preparar un terreno se han utilizado kg de esta sustancia. Calcula: a) Los moles de oxígeno que se han utilizado b) Los gramos de azufre que se añaden al terreno c) Los átomos de hidrógeno que contienen d) La masa de abono que deberíamos utilizar si queremos añadir al terreno un billón de billones (10 4 ) átomos de nitrógeno e) La composición centesimal del sulfato de amonio Planteamiento y resolución Inicialmente tenemos que determinar la masa molar del sulfato de amonio. La estequiometría del compuesto nos permitirá establecer el resto de las relaciones. También tenemos que conocer que en 1 mol hay 6,0 10 partículas. 1mol M (NH 4 ) SO 4 = 1 g/mol 10 g( NH4) SO4 = 15, 15 mol ( NH4) SO 4 1 g 4 mol O a) 15, 15 mol( NH4) SO 4 = 60, 6 mol de O 1mol ( NH ) SO b) 15, 15 mol( NH ) SO gs = 484, 8 gdes 1mol ( NH ) SO 4 4 c) 15, 15 mol( NH ) SO mol H 1mol ( NH ) SO 4 4 6, 0 10 átomos 1mol = 7, 10 5 átomos de H d) mol H 1mol ( NH4) SO4 1 g( NH4) SO4 átomos de H = 7, gde( NH ) SO 6, 0 10 átomos H 8 mol H 1mol ( NH ) SO 4 4 e) Se trata de determinar los gramos de cada elemento que hay cada 100 g de compuesto: gn 1 g( NH ) SO gs g( NH ) SO = 1, % de N 100 = 4, % de S 8 1gH 1 g( NH ) SO go 1 g( NH ) SO = 6, 1% de H 100 = 48, 5 % de O ACTIVIDADES 1 Una de las características a tener en cuenta en un abono es su riqueza en nitrógeno. Determina si es más rico el nitrato de potasio (KNO ) o el cloruro de amonio (NH 4 Cl). Sol.: riqueza del KNO, 1,85 %; riqueza del NH 4 Cl: 6,17 % Cuando el hierro se combina con oxígeno forma dos óxidos, de fórmula Fe O y FeO. Calcula el porcentaje en hierro de cada uno de ellos. Sol.: 69,9 % de Fe en Fe O ; 77,7 % de Fe en FeO En una bombona tenemos 10 g de gas oxígeno (O ). Calcula cuántas moléculas y cuántos átomos de oxígeno tenemos. Y si el gas fuese Argón? Sol.: moléculas O : 1,88 10 ; átomos O:,76 10 ; átomos de Ar: 1, Para hacer una preparación necesitamos 1, g de nitrógeno que los vamos a obtener del nitrato de calcio (Ca(NO ) ). Cuántos gramos de ese compuesto debemos utilizar? Sol.: 5,1 g 6 GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L.

3 1 LA TEORÍA ATÓMICO-MOLECULAR DE LA MATERIA PROBLEMAS RESUELTOS PROBLEMA RESUELTO El potasio forma una oxisal con cloro y oxígeno. Al calentar 5 g de la oxisal se desprende oxígeno dejando un residuo de g de otra sal de cloro y potasio. Se disuelve en agua esta segunda sal y se le añade nitrato de plata (AgNO ) en exceso obteniéndose 5,77 g un sólido que resulta ser AgCl. Determina la fórmula química de las dos sales que forma el potasio. Nota: el potasio no forma compuesto insoluble con el ion nitrato. Planteamiento y resolución Siguiendo la serie de las reacciones podremos determinar la cantidad de K, O y Cl que hay en cada una de las dos sales de potasio. K x Cl y O z O + K w Cl p 5 g g De esta reacción deducimos que en la muestra de la oxisal hay g de O. Si determinamos la cantidad de Cl que hay en el AgCl que se formó, podremos conocer la cantidad de Cl que había en la sal K w Cl p y en K x Cl y O z. Por diferencia, podremos conocer la cantidad de K que hay en cada una de esas sales. M AgCl = 107, 9 + 5, 5 = 14, 4 g/mol 5,5 g Cl 5,77 g AgCl = 14, gcl 14, 4 g Ag Cl gdek Cl 14, gcl= 157, gde K w p Conocida la proporción en g en que se combinan los elementos en cada uno de los compuestos, obtendremos la proporción en moles para llegar a determinar su fórmula. La fórmula de la oxisal será del tipo: K x Cl y O z. 1mol de K 1,57 g de K = 004mol, de K 9,1g de K 1mol de Cl ; 1, 4 g de Cl = 004mol, de Cl ; 5,5 g de Cl 1mol de K 1,57 g de K = 004mol, de K 9,1g de K La fórmula del compuesto es del tipo: K 0,04 Cl 0,04 O 0,15. Los subíndices deben ser números enteros sencillos que mantengan esta proporción. Para encontrarlos dividimos ambos números por el más pequeño: K Cl O K Cl O KCl 0,04 0,04 0,04 0,04 0,15 0,04 K x Cl y O z 1 1, 1 O K w Cl p 5 g 5 g 1,57 g K 1,4 g Cl g O 1,57 g K 1,4 g Cl La fórmula de la otra sal es del tipo: K w Cl p 1mol de K 1,57 g de K = 004mol, de K ; 9,1g de K 1mol de Cl 1, 4 g de Cl = 004mol, de Cl 5,5 g de Cl La fórmula del compuesto es del tipo: K 0,04 Cl 0,04 KCl. ACTIVIDADES 1 El nitrato de cadmio cristaliza en forma de hidrato. Cuando se calientan g de la sal hidratada a 110 C hasta peso constante se obtiene un residuo de,6 g. Determina la fórmula del hidrato. Sol.: Cd(NO ) 4H O Un óxido de cromo tiene un 68 % de cromo. Determina su fórmula. Sol.: Cr O ACTIVIDADES en páginas de SOBRANTE GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 7

4 1 LA TEORÍA ATÓMICO-MOLECULAR DE LA MATERIA BANCO DE DATOS Disoluciones, dispersiones coloidales y suspensiones Diferencia: tamaño de las partículas de la fase dispersa (el soluto en las disoluciones). Disolución Dispersión coloidal Suspensión Tamaño de las partículas de la fase dispersa Se separan las fases por filtración Se separan las fases por sedimentación Menor de 5 nm Entre 5 nm y 00 nm Mayor de 00 nm No No Sí No No Sí Ejemplo Sal en agua Niebla (agua en aire) Mezcla de arena y agua Coloides Clasificación según el medio de dispersión y la fase dispersa. Fase (medio de dispersión) Fase dispersa (micelas) Nombre que recibe el coloide Ejemplos Sólido Sol sólido Algunas aleaciones metálicas Sólido Líquido Emulsión sólida (geles) Mantequilla Gelatinas Gas Espuma sólida Piedra pómez Sólido Sol Pinturas Barnices Tinta china Líquido Líquido Emulsión Mahonesa Leche Crema hidratante de manos Gas Espuma Nata batida Espuma procedente del jabón Espuma que se forma en una jarra de cerveza Sólido Aerosol sólido Humo Polvo Gas Líquido Aerosol líquido Nubes Niebla Medicamentos (aerosoles) Insecticidas 4 GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L.

5 1 1 DENSIDAD 1. EJERCICIO RESUELTO En un supermercado encontramos una botella de aceite de oliva de 1 L. Al ponerla en la balanza obtenemos que pesa 850 g. Otra marca diferente ofrece garrafas de aceite de 5 L con una masa de 4 kg y 00 g. a) Cuál de las dos marcas ofrece un aceite de mayor densidad? b) Cuánto volumen necesitamos de cada una de las marcas para tener en ambos casos una masa de 10 kg? a) La densidad del aceite de la primera marca se puede calcular dividiendo la masa de aceite de la botella, 850 g, entre el volumen, 1000 cm : ma 850 g da= = = 0, 850 g/cm VA 1000 cm De la misma manera se calcula la densidad de la segunda marca de aceite embotellada en garrafas de 5000 cm con una masa de 400 g: mb 400 g db= = = 0, 860 g/cm VB 5000 cm Se concluye que es más denso el aceite de la segunda marca. b) Para conseguir g de aceite de la primera marca necesitamos un volumen V' A que verifique: O bien: m' A g V' A = = = g/cm d 0, 850 g/cm A ma da= ' V' El volumen de 10 kg del primer aceite es 11,765 L. Para conseguir gramos de aceite de la segunda marca se necesita un volumen V' B igual a: m' B g V' B= = = 1168 cm db 0, 860 cm El volumen de 10 kg de aceite de la segunda marca es 11,68 L. A 1 Según la leyenda, Arquímedes descubrió que el orfebre del Rey Hierón había rebajado el contenido en oro de la corona encargada por el rey introduciendo parte de cobre y quedándose él con el oro sobrante recibido. Pudo demostrarlo sumergiéndola en agua y viendo que desplazaba una cantidad de agua mayor que si hubiera sido fabricada con oro puro. Supongamos que de los kg de oro que debía utilizar el orfebre, este solo utilizó un kilogramo y medio y sustituyó el resto por cobre. Densidad del oro: 19, g/cm ; densidad del cobre: 8,96 g/cm. a) Cuál debería haber sido el volumen de la corona? b) Cuál era el volumen real? continúa GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 5

6 1 DENSIDAD La densidad del alcohol etílico es 785 kg/m, mientras que la del agua destilada es 1000 kg/m y la del aceite, 80 kg/m. Queremos fabricar una gota «gorda» esférica de aceite para lo cuál debemos eliminar el efecto de la gravedad. Una forma de hacerlo es fabricarla dentro de una mezcla que tenga la misma densidad que el aceite. Si utilizamos para ello agua y alcohol y queremos que el volumen de la mezcla sea de un litro, qué cantidades de agua y alcohol debemos mezclar? 6 GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L.

7 1 DENSIDAD La liga de fútbol profesional determina que el balón de fútbol debe tener un diámetro de cm y un peso al inicio del partido de 40 g. Si suponemos que el peso del cuero es de 400 g y su grosor es de 1 centímetro, calcula la densidad del aire que va dentro del balón. 4 Volumen de una esfera: V = π R. 4 Una piscina rectangular de 10 m de ancho, 5 m de largo y m de fondo está completamente llena de agua. a) Cuál es la masa del agua que contiene la piscina? b) Si la densidad del hielo es 0,917 g/cm, cuál será el volumen que ocupará el hielo cuando se congele el agua en una noche de invierno? GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 7

8 1 4 LEYES PONDERALES 5 Un químico ha obtenido en su laboratorio un compuesto y al analizar su composición ha comprobado que contiene 45,77 g de cinc y,45 g de azufre. Otro químico ha obtenido el mismo compuesto mediante un procedimiento diferente, y en su caso el compuesto está formado por 71,9 g de cinc y 5,8 g de azufre. Comprueba si se cumple la ley de las proporciones definidas. 6 Cuando reacciona el ácido clorhídrico con hidróxido de sodio se obtiene cloruro de sodio y agua. Completa la siguiente tabla donde todas las cantidades aparecen en gramos: Cantidad inicial HCl Cantidad inicial NaOH Cantidad formada NaCl Cantidad formada H 0 Cantidad sobrante 6, , g de Hcl continúa 8 GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L.

9 1 5 LEYES PONDERALES. EJERCICIO RESUELTO Tenemos dos muestras de compuestos diferentes formados por los mismos elementos. Un análisis del primero revela que nuestra muestra contiene 95,85 gramos de cloro y 19,6 gramos de oxígeno. El análisis de la segunda muestra da como resultado 017,8 gramos de cloro y 57,6 gramos de oxígeno. Comprueba que se cumple la ley de las proporciones múltiples. En el primer compuesto por cada gramo de oxígeno hay x gramos de cloro: 95, 85 gdecl x gdecl = x = 074, gdecl. 19,6 g de O 1gdeO En el segundo compuesto, por cada gramo de oxígeno hay y gramos de cloro: 17, 8 gdecl x gdecl = x =, gdecl. 57,6 g de O 1gdeO Las cantidades de cloro que reaccionan con un gramo de oxígeno en cada compuesto están en relación: 074, 1, = sencilla de enteros. Se cumple, por tanto, la ley de proporciones múltiples. 7 Existen tres óxidos de azufre en los que los porcentajes de azufre son 66,67 %, 57,14 % y 40 % respectivamente. Comprueba si se cumple la ley de las proporciones múltiples. GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 9

10 1 6 LEYES PONDERALES 8 La formación de L de vapor de agua exige la participación de L de hidrógeno y 1 L de oxígeno (todos los gases en las mismas condiciones de presión y temperatura). Razona si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas.. EJERCICIO RESUELTO El dióxido de nitrógeno es un gas tóxico que se produce en combustiones a temperaturas elevadas como las que tienen lugar en los motores de los coches. Debido a los problemas pulmonares que produce, la Unión Europea establece un máximo de 40 microgramos por metro cúbico en el aire. Calcula el número de moléculas de dióxido de nitrógeno que habrá en el aire por metro cúbico cuando se alcance dicho máximo. La masa molecular del dióxido de nitrógeno es: M (NO ) = 14, ,00 = 46,01 u Un mol de dióxido de nitrógeno tiene una masa de 46,01 g. Como en el máximo de contaminación permitida hay 40 g/m, hay: g 7 = 869, 10 mol de NO. 46,01g/mol Cada mol tiene el número de Avogadro de moléculas, N A = 6,0 10. Por tanto, el número de moléculas de dióxido de nitrógeno por metro cúbico que hay en el aire es: (6,0 10 ) (8, ) = 5, moléculas de NO 40 GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L.

11 1 7 MOL Y FÓRMULAS 9 Considera un cubo vaso de agua lleno hasta el borde. Si suponemos que el volumen es de 00 cm, calcula: a) El número de moléculas de agua que hay en el vaso. b) El número de átomos de hidrógeno y de oxígeno que hay en el vaso. 10 Calcula, en gramos, la masa de una molécula de ácido sulfúrico. 11 Ordena de mayor a menor masa las siguientes cantidades: a) 50 mol de ácido nítrico. c) 10 7 átomos de helio. b) 10 6 moléculas de dióxido de carbono. d) 5 kg de hierro. GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 41

12 1 8 MOL Y FÓRMULAS 1 La fórmula molecular de la cafeína es C 8 H 10 N 4 O. Calcula: a) La masa molecular de la cafeína. b) La masa de un mol de cafeína. c) Las moléculas de cafeína que hay en 100 g de esta sustancia. d) Los átomos de hidrógeno que hay en 100 g de cafeína. 1 El hidróxido de amonio es un líquido incoloro que se forma al disolver amoniaco en agua. Se encuentra en muchos limpiadores industriales y es un producto bastante tóxico que puede generar problemas respiratorios al inhalarlo así como quemaduras graves si entra en contacto con la piel. Calcula su composición centesimal. 4 GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L.

13 1 9 MOL Y FÓRMULAS 4. EJERCICIO RESUELTO El análisis de un compuesto ha dado como resultado los siguientes resultados: 168 gramos de carbono, 8 g de hidrógeno y 4 g de oxígeno. Sabiendo que su masa molecular es de 60 unidades de masa atómica, calcula su fórmula empírica y molecular. Sabemos que la masa de un mol de átomos de carbono es 1 g, la de un mol de átomos de hidrógeno es 1 g y la de un mol de átomos de oxígeno es de 16 g. Así que en el análisis de ese compuesto se tiene: 168 g = 14 mol de átomos de carbono 1, 00 g/mol 8 g = 8 mol de átomos de hidrógeno 10, 08 g/mol 4 g = 14 mol de átomos de oxígeno 16, 00 g/mol La fórmula empírica tendrá estos átomos en la proporción 14:8:14, es decir: CH O. Además, la masa molecular del compuesto es de 60 u, que corresponde a: M (CH O) = 1, , ,00 = 40 u Luego la fórmula molecular del compuesto es C H 4 O. Es decir, ácido acético. 14 En un determinado óxido de azufre el porcentaje de azufre resulta del 40 %. Calcula su fórmula empírica. 15 El nitrato de amonio es una sustancia que se utiliza como fertilizante y en cuya fabricación se utilizan el ácido nítrico y el amoniaco. Calcula cuál de esas tres sustancias es más rica en nitrógeno. GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 4

14 1 10 MOL Y FÓRMULAS 16 La glicerina se utiliza en la industria de los cosméticos y también en la farmacéutica. Tenemos una muestra de glicerina que contiene 576 g de carbono, 18 mol de átomos de hidrógeno y, átomos de oxígeno. Sabiendo que un mol de glicerina tiene una masa de 9 g, calcula su fórmula molecular. 44 GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L.

15 1 1 LA ARENA Y LA MADERA. DENSIDAD Los métodos de separación tienen por objeto separar o aislar los diferentes constituyentes de una mezcla para obtener sustancias puras: elementos o compuestos. Las separaciones son de tipo químico o físico según que en ellas intervengan o no reacciones químicas. Generalmente, las separaciones químicas van seguidas de separaciones físicas. Para obtener sustancias puras es necesario que las separaciones sean efectivas y que se hayan repetido un número suficiente de veces. Las pequeñas cantidades de impurezas son muy difíciles de eliminar; el coste de los reactivos es proporcional a su pureza. Según la pureza, los reactivos químicos se clasifican en: Para análisis pureza 99,5 %. Purísimo pureza 98,5 %. Puro pureza 95,0 %. Comercial pureza 90,0 %. 18 Indica los métodos que utilizarías para separar las diferentes mezclas. a) Mezcla heterogénea formada por dos líquidos inmiscibles como heptano (o aceite) y agua. b) Arenas y gravas con diferentes tamaños de grano. c) La nata y la leche desnatada. d) Agua destilada a partir del agua del mar. continúa 46 GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L.

16 1 18 LEYES PONDERALES DE LA QUÍMICA c) Ealcula la composición centesimal en cada caso. d) Escribe la fórmula de cada uno de los óxidos. e) Enuncia la ley que se puede deducir de las dos experiencias. En 179, antes de que fueran establecidas las leyes de Proust y Dalton, Jeremias Richter, al estudiar fenómenos de neutralización de ácidos y bases, observó que las masas de diferentes elementos que se combinan con la misma masa de otro elemento común son iguales (o son múltiplos o submultiplos sencillos) a las masas con que aquellos elementos se combinan entre sí. Dicha ley se conoce como la ley de las proporciones recíprocas o ley de Ritcher. 5 GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L.

17 1 19 LEYES PONDERALES DE LA QUÍMICA 4 En cuatro reacciones diferentes se han utilizado la misma cantidad de hidrógeno frente a tres elementos diferentes. Los resultados obtenidos se indican en la tabla: Elemento A 1 g de hidrógeno 1 g de hidrógeno 1 g de hidrógeno Se combina exactamente con Se combina exactamente con Se combina exactamente con Elemento B 8 g de oxígeno g de carbono 0 g de calcio a) Calcula la cantidad de producto que se formará en cada caso. b) Determina la relación con que se combinan entre sí y la fórmula empírica de los compuestos formados entre los elementos. GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 5

18 1 LA TEORÍA ATÓMICO-MOLECULAR DE LA MATERIA PRUEBAS DE EVALUACIÓN PRUEBA DE EVALUACIÓN 1 1 En el laboratorio se pueden utilizar distintas técnicas para separar los componentes de una mezcla: decantación, filtración, destilación, criba, cristalización, cromatografía, separación magnética, etc. Señala dos que te permitan separar los componentes de una mezcla homogénea y otras dos que te permitan separar los componentes de una mezcla heterogénea y descríbelas brevemente. Utiliza la teoría atómica de Dalton para explicar por qué se cumple la ley de las proporciones definidas. El hidróxido de aluminio Al(OH) es el componente principal de fármacos para contrarrestar la acidez de estómago. En una de las presentaciones se administra en sobres que contienen 1,5 g del hidróxido. Cuando se toma un sobre de este producto, determina: a) Los átomos de aluminio que se ingieren b) Los gramos de oxígeno c) Los moles de hidrógeno d) Si la cantidad máxima de aluminio que podemos tomar al día es de g. Cuántos sobres de este medicamento podrías tomar como máximo? 4 El cobre y el oxígeno forman dos compuestos diferentes. Analizadas una serie de muestras se han encontrado las siguientes cantidades de cada uno de estos elementos: Muestra Cantidad de cobre (g) Cantidad de oxígeno (g) A 6,5 0,80 B 8,5 1,04 C 6,5 0,40 D,06 0,5 Entre estas muestras encuentra: a) Dos que pertenecen al mismo compuesto b) Dos que pertenecen a distintos compuestos y cumplen la ley de las proporciones múltiples c) La muestra de un compuesto imposible d) Su la fórmula de un compuesto es CuO, Cuál es la del otro? 5 El etilenglicol es una sustancia que se utiliza como anticongelante. Su composición centesimal es 8,7 % de carbono, 9,7 % de hidrógeno y el resto, oxígeno. Determina su fórmula sabiendo que su masa molar es 6 g/mol. GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 7

19 1 PRUEBAS DE EVALUACIÓN LA TEORÍA ATÓMICO-MOLECULAR DE LA MATERIA PRUEBA DE EVALUACIÓN 1 A temperatura ambiente el yodo es un sólido que forma pequeñas partículas brillantes de color gris oscuro. El profesor pide a un alumno que prepare una mezcla de limaduras de hierro y sal, pero el alumno se equivoca y añade yodo a la sal. El profesor agrega limaduras y pide al alumno que separe la mezcla de los tres componentes. El yodo no se disuelve en agua, pero se disuelve en alcohol y mucho mejor en cloroformo, un disolvente orgánico inmiscible con el agua. Teniendo en cuenta el material de laboratorio que se ha visto en la Unidad, indica el procedimiento que podría seguir el alumno para cumplir el encargo. El hierro es un metal que se oxida en contacto con oxígeno. En las condiciones adecuadas se ha podido determinar que 1,5 g de hierro se combinan con 0,54 g de oxígeno para dar el óxido. En una cápsula tenemos 5 g de limaduras de hierro. Determina: a) La cantidad máxima de óxido de hierro que se puede obtener. b) La fórmula del óxido de hierro. c) Los átomos de oxígeno que tendremos en la muestra del apartado a). El dióxido de cloro (ClO ) es un gas que se utiliza en la industria del papel como agente blanqueante; tiene también una acción germicida, por lo que se emplea en la potabilización del agua. Se puede obtener en el laboratorio haciendo reaccionar los gases cloro y oxígeno. En la tabla siguiente se muestran los datos correspondientes a algunas experiencias de su fabricación en el laboratorio. Completa los datos que faltan teniendo en cuenta que en todos los casos, tanto los gases que reaccionan como los que se obtienen se encuentran en las mismas condiciones de presión y temperatura. Experiencia Cloro (L) Oxígeno (L) Dióxido de cloro (L) Cloro que sobra (L) Oxígeno que sobra (L) A B C D 1 4 Supón que de los tres gases que intervienen en las experiencias anteriores sólo sabes que el oxígeno forma moléculas diatómicas pero no conoces la fórmula del gas cloro ni la del dióxido de cloro. Utiliza los resultados de la experiencia A y la hipótesis de Avogadro para deducir la fórmula química de los dos gases desconocidos. 76 GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L.

20 LOS ESTADOS DE LA MATERIA PROBLEMAS RESUELTOS PROBLEMA RESUELTO 1 El amoniaco (NH ) es un gas que tiene múltiples aplicaciones y se obtiene industrialmente haciendo reaccionar gas hidrógeno con el nitrógeno del aire. Para estudiar las condiciones idóneas de fabricación, se utiliza una planta piloto, es decir, un reactor más pequeño que el industrial pero de un tamaño suficiente para que sus resultados puedan ser extrapolables a la industria; un tamaño adecuado puede ser un reactor cilíndrico de 1,5 m de sección y 1 m de altura. En una experiencia, el amoniaco que se obtiene ejerce una presión de 00 atmósferas cuando se encuentra a 00 C. Calcula: a) El volumen que ocuparía el amoniaco que hay en el reactor si se encontrase en condiciones normales. b) La densidad del amoniaco en el reactor de la planta piloto y la que tendría en condiciones normales. c) La masa del amoniaco que hay dentro del reactor. Planteamiento y resolución PV 1 1 PV a) Cuando un gas ideal experimenta una transformación: = T1 T Por condiciones normales se entiende V = 1 atm y T = 7 K: b) En la planta piloto: En condiciones normales: 00 atm 1, 5 m ( ) K P M d = = R T 1atm V = 7 K g 00 atm 17 mol 0,08 atm L 7 + mol K ( 00 ) K g = 7, 6 L c) Para relacionar la cantidad de gas con las condiciones en que se encuentra, utilizamos la ecuación de estado de los gases ideales: PV = nrt. V será el volumen del reactor: V = 1,5 m 1 m = 1,5 m = 1,5 10 m atm L L 00 atm 1, 5 10 L = 0, 08 ( )K g 17 mol K mol 00 1, m = = 108, 5 10 g= 108, 5 kgdenh 0, 08 ( ) ; V 00 1, 5 7 = = 14, 9 m ( ) 1 ACTIVIDADES 1 En una bombona de 10 L tenemos oxígeno a 50 C y a una presión de 500 mm de Hg. Determina la cantidad de oxígeno que saldrá de la bombona si abrimos la válvula y dejamos que se enfríe hasta 0 C. Sol.: V = 19,8 L En un recipiente de L introducimos 10 g de un gas desconocido que ejerce una presión de 100 mm de Hg cuando se encuentra a 10 C. Determina si se trata de dióxido de nitrógeno, dióxido de carbono o dióxido de azufre. Sol.: NO 4 La densidad del gas que hay en una bombona a,5 atm y 5 C es,45 g/l. Determina si se trata de monóxido de nitrógeno, monóxido de carbono o monóxido de azufre. Determina la densidad de ese gas en condiciones normales. Sol.: CO Una bombona de 5 L puede soportar una presión de 60 atm. Podremos introducir en ella 0 g de gas hidrógeno a 50 C? Y si fuesen 0 g de dióxido de azufre? Sol.: NO (H ); sí (SO ) 8 GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L.

21 LOS ESTADOS DE LA MATERIA PROBLEMAS RESUELTOS PROBLEMA RESUELTO Un gas ideal se encuentra en las condiciones correspondientes al punto A que son: P = atm, V = 5 L y t = 5 C. Sufre una expansión a temperatura constante hasta B, donde el volumen llega a ser de 0 L y luego una compresión a presión constante hasta C. Haz los cálculos que te permitan conocer las condiciones del gas en los puntos B y C. P A C B V Planteamiento y resolución Tendremos en cuenta las leyes de los gases y compararemos las condiciones del gas en dos estados sucesivos: A B, proceso a T = cte.: B C; proceso a P = cte.: P V P V A A T T A A A A PV B B 5 = 5= PB 0 PB = = 0,75 atm T 0 PV B B = 5 = 0 T T T ( 7 + 5) B B C P (atm) V (L) T (K) A B 0, C 0, ,5 C 98 5 = 74,5 K 0 ACTIVIDADES 1 Un gas ideal que se encuentra en el estado representado por el punto A, ejerce una presión de 900 mm de Hg. Determina las características de P, V y T que definen el gas en los estados correspondientes a los puntos A, B y C. En un recipiente de 10 L tenemos un gas ideal que se encuentra en el estado representado por el punto A. Determina las características de P, V y T que definen el gas en los estados correspondientes a los puntos A, B y C. V (L) 5 C P (atm) 5 A B B A C T (K) T (K) GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 8

22 LOS ESTADOS DE LA MATERIA PROBLEMAS RESUELTOS PROBLEMA RESUELTO Los equipos de buceo incluyen bombonas con una mezcla de gases para respirar cuya composición es distinta de la del aire normal y que depende de la profundidad de buceo. Para inmersiones del orden de los 0 m se utiliza una mezcla a una presión de unas 8 atmósferas cuya composición en volumen es 9,5 % de nitrógeno, 17,5 % de oxígeno y 4 % de helio. Recuerda que el aire que respiramos habitualmente ejerce una presión aproximada de 1 atmósfera y su composición en volumen es 78 % de nitrógeno y 1 % de oxígeno. Calcula: a) La presión parcial del nitrógeno y del oxígeno en el gas de buceo. b) La presión parcial del nitrógeno y del oxígeno en el aire que respiramos normalmente. c) La cantidad de nitrógeno, oxígeno y helio que necesitamos para preparar una bombona de 5 L del gas de buceo. Suponemos que ese gas debe ejercer la presión de 8 atmósferas a unos 5 C. Planteamiento y resolución a) En el gas de buceo: b) En el aire que respiramos: c) Cada uno de los gases debe ejercer la presión que le corresponde en la mezcla: Para el nitrógeno: N atm L PV = nrt,16atm 5L = 0, 08 + K N = 14g/mol mol K ( ) 16, m 0, 08 ( 7 + 5) = 19,4 g de N Para el oxígeno: P = P X = 8 atm 0, 95 =, 16 atm ; P = P X = 8 atm 0, 175 = 1,4 atm N T N O T O P = P X = 1atm 0, 78 = 0, 78atm ; P = P X = 1atm 01, = 0,1atm N T N O T O m m O atm L 14, 5 PV = nrt 1,4atm 5L = 0, 08 ( 7 + 5) K mo = 16g/mol mol K 0, 08 ( 7 + 5) = 9,8 g de O Para el helio: PH = PT X e H = 8atm 0, 4=, 44atm e mh atm L 44, 5 4 PV = nrt,44atm 5L = 0, 08 ( 7 + 5) K m = =,0 g de He He 4 g/mol mol K 0, 08 ( 7 + 5) ACTIVIDADES 1 En una bombona de L a 50 C introducimos 8 g de helio y 8 g de oxígeno. Calcula: a) La presión en el interior de la bombona. b) La composición de la mezcla de gases (% en masa y % en volumen). Sol.: a) 19,9 atm; b) masa: 50 % H e, 50 % O; volumen: 88,89 % H e, 11,110 La composición en masa de una mezcla de gases es 0 % de oxígeno, 50 % argón y 0 % de nitrógeno. Si la presión que ejerce la mezcla de gases es 950 mm de Hg, calcula. a) La composición de la mezcla como porcentaje en volumen. b) La presión parcial del nitrógeno. Sol.: a) 1,1 % O, 4,4 % Ar, 6,6 % N; b) 45,45 mm Hg Tenemos una bombona de 5 L que contiene gas hidrógeno a 50 C y atmósferas de presión y una bombona de L que contiene dióxido de carbono a 50 C y 1000 mm de Hg. Se conectan ambas bombonas por medio de una válvula. Calcula: a) La presión que tendremos ahora en cada una de las bombonas. b) La presión que ejerce cada uno de los gases. Sol.: a) 1,745 atm; b) P H = 1,5 atm; P CO = 0,495 atm 84 GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L.

23 1 GASES 1. EJERCICIO RESUELTO En una jeringuilla cogemos 0 cm de aire. En ese momento la presión que ejerce dicho gas es de Pa. a) Escribe el valor de la presión en atmósferas, en milímetros de mercurio, en milibares y en newtons por centímetro cuadrado. b) Una vez tapado el agujero de salida, calcula cuál será la nueva presión si empujamos el émbolo, reduciendo el volumen ocupado por el gas hasta 18 cm. c) Calcula cuál debería ser el volumen ocupado por el gas para que la presión fuera únicamente de 0,7 atm. a) La presión del aire en la jeringuilla coincide con la atmosférica porque el sistema está abierto. Esta presión son Pa = 1000 mbar = 10 N/cm, o bien: 1atm 760 atm de Hg Pa = 0, 987 atm = 750 mm de Hg Pa 1 atm b) La Ley de Boyle-Mariotte afirma que el producto de masa por el volumen en un sistema isotérmico es constante, así que: P 0 V 0 = P f V f Pa 0 cm = P f 18 cm P f = Pa c) En el sistema, que es isotérmico, se conserva el producto de la presión por el volumen: P 0 V 0 = P f V f 0,987 atm 0 cm = 0,7 atm V f V f = 4, cm 1 Los neumáticos de un determinado modelo de coche se inflan un día cuando la temperatura es de 5 C hasta una presión de bares. a) Si al mediodía la temperatura ha subido hasta 5 C, cuál es ahora la presión? b) Cuál debe ser la temperatura para que la presión sea de 1,6 atm? GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 91

24 GASES Se ha inflado un globo con helio a la temperatura de 6 C. Si hemos aumentado la temperatura hasta 0 C pero la presión no ha cambiado, cuál es ahora el volumen del globo en relación con el que tenía a 6 C? Completa la siguiente tabla referida a un determinado gas: Presión (atm) Volumen (L) Temperatura (K) Justifica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: a) Dos gases diferentes encerrados en recipientes iguales y a la misma temperatura ejercen la misma presión. b) Cuando se calienta un gas, la presión que ejerce aumenta. c) Cuando dentro de un recipiente cuyo volumen es constante se calienta un gas de manera que su temperatura pase de 0 C a 60 C, su presión se habrá duplicado. d) La temperatura de un gas es una magnitud relacionada con la velocidad a la que se mueven las moléculas que lo forman. 9 GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L.

25 GASES 5 Estamos en una habitación a 0 C y presión de 1 atm. Cuando terminamos nuestra botella de 0,5 litros de refresco, ponemos el tapón y la cerramos. La calentamos hasta 50 C y la abrimos. Calcula la cantidad de moléculas que saldrán de la botella. 6 En un recipiente de litro introducimos 5 g de CO y 5 g de CO a una temperatura de 0 C. Calcula: a) La presión en el interior del recipiente. b) Si en el mismo recipiente se introduce solo dióxido de carbono en condiciones normales, cuántos gramos de gas habrá dentro? GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 9

26 4 GASES 7 Hemos introducido helio en un recipiente a 0 C y la presión que ejerce resulta ser de 1,5 atm. Calcula la densidad del gas en el recipiente.. EJERCICIO RESUELTO En un envase de litros hay encerrados 19,51 g de un gas. La presión en el interior del envase es,5 atm y la temperatura, 7 C. a) Cuál es la masa molecular del gas? b) Cuánto ocuparía dicho gas en condiciones normales? a) La ecuación de estado de los gases perfectos nos permite calcular el número de moles que tiene que haber en litros para que la presión sea,5 atmósferas y la temperatura 00 K: P V n = 5, = = 0, 05 mol R T 0, Los 0,05 mol corresponden a 19,51, luego los gramos de un mol de ese gas son: 19, 51 = 64 g/mol 0, 05 La masa molecular del gas es 64 u; podría ser SO. b) En condiciones normales, P = 1 atm y T = 7 K, 0,05 moles de un gas ideal ocupa un volumen igual a: nrt V = = P 0, 05 0, 08 7 = 6, En una botella hay 0,5 gramos de oxígeno, 0,5 gramos de hidrógeno y 0,5 gramos de nitrógeno, en condiciones normales. a) Cuál es el volumen de la botella? b) A qué temperatura hay que llevar el gas para que la presión aumente un 0 %? c) Una vez aumentada la presión en un 0 %, cuánto gas habría que sacar para volver a tener presión de 1 atm? d) Si después de proceder como indica el apartado anterior, volvemos a la temperatura inicial, cuál será ahora la presión? 94 GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L.

27 5 GASES 9 Hemos recogido una muestrade gas y los porcentajes en masa que contiene son los siguientes: nitrógeno 50 %, oxígeno 0 % y vapor de agua 0 %. Si suponemos que la presión total es de 1 atm, calcula las presiones parciales ejercidas por cada uno de los gases componentes. GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 95

28 6 GASES NOMBRE: CURSO: FECHA:. EJERCICIO RESUELTO En una botella de litros tenemos g de butano (C 4 H 10 ) a 0 ºC. Si queremos aumentar la presión hasta 1 atm introduciendo propano (C H 8 ) en la botella: a) Qué cantidad de propano debemos introducir? b) Cuáles serán las fracciones molares de cada uno de los gases? c) Cuáles serán las presiones parciales ejercidas por cada uno de los gases? a) La ecuación de estado de los gases perfectos establece que la presión que ejercen los: g = 0, 05 moles de butano ( ) g/mol en un volumen de litros a 9 K de temperatura es: Si queremos aumentar la presión 0,8 atm más con gas propano, hay que introducir: PV 08, n = = = 0,0 mol de propano RT 0, 08 9 Como la masa molecular del propano es 44 u, en la botella hay que introducir: b) Las fracciones molares de cada gas son: 0,0 mol 44 g/mol = 1,41 g de propano Y son proporcionales a las presiones parciales que ejerce cada gas. c) Las fracciones parciales se leen del enunciado y el apartado a) PC H = 06, atm 4 10 P = 08, atm X C4H10 X nrt P = = V CH 8 = = n n n C4H10 + n C4H10 CH8 n CH 8 + n C4H10 CH8 0, 05 0, 08 9 = 0,6 atm CH 8 = 0, 05 = 06, 0, , 0 0, 0 = = 08, 0, , 0 96 GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L.

29 7 GASES 10 En un recipiente de 5 litros se encierran 0,14 moles de un gas A, 0,1 mol de un gas B y 0,04 moles de un gas C. Si sus presiones parciales son respectivamente 0,7 atmósferas, 0,5 atmósferas y 0, atmósferas, calcula: a) La temperatura a la que se encuentra la mezcla. b) Las presiones parciales ejercidas por los gases B y C cuando se extrae el gas A del recipiente. c) Las fracciones molares de los gases B y C después de extraer el gas A. 11 La presión ejercida por una mezcla de gas cloro y gas yodo es de 0,9 atm. Si duplicamos la cantidad de cloro presente en la mezcla, la presión pasa a ser de 1, atm. a) Calcula en qué proporción se encontraban las moléculas de cloro y yodo en la mezcla inicial. b) Calcula la presión que ejerce la mezcla si después de duplicar el cloro se triplica la cantidad de yodo presente en ella. GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 97

30 8 GASES 1 Dos recipientes de 0,5 y 1 litro, respectivamente, están comunicados mediante una válvula que puede abrirse y cerrarse a voluntad. Inicialmente tenemos la válvula cerrada. En el recipiente de 0,5 litros hay 0 gramos de un gas de masa molecular 0 u. En el otro hay 0 gramos de otro gas de masa molecular 40 u también. Todo el sistema está a la temperatura de 10 C. Si se abre la válvula que permite el paso de gas de un recipiente a otro: a) Calcula las presiones iniciales en el interior de cada recipiente antes de abrir la válvula. b) Calcula la presión final después de abrir la válvula. c) Calcula las presiones parciales ejercidas por cada uno de los gases. Gas A m A = 0 gr V 1 Gas B m B = 0 gr V 98 GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L.

31 LOS ESTADOS DE LA MATERIA PRUEBAS DE EVALUACIÓN PRUEBA DE EVALUACIÓN 1 1 Enuncia los postulados de la teoría cinética de los gases y explica, basándote en ella, por qué se cumple la ley de Boyle-Mariotte. Explica por qué las gráficas siguientes representan la variación del volumen de un gas al modificar su temperatura absoluta cuando permanece constante la presión. Dibuja una tercera gráfica, distinta de estas dos, que represente también la relación entre el volumen y la temperatura absoluta de un gas cuando experimenta transformaciones a presión constante. A V T B V T V T 4 5 En una ampolla de 600 ml se introduce una cierta cantidad de gas que ejerce una presión de 1 atm a 50 C: a) Qué volumen ocuparía ese gas en condiciones normales? b) Si el gas es metano (CH 4 ), Cuál será su masa? c) Cuántas moléculas de metano habrá en la ampolla? El carbono y el oxígeno forman dos gases, el CO y el CO. a) Determina cuál de los dos gases tendremos en un recipiente si su densidad en condiciones normales es 1,5 g/l. b) Calcula cuál será la densidad de ese gas si la presión aumenta en 00 mm de Hg y la temperatura desciende 0 C, con respecto a las condiciones normales. En un recipiente de 5 L tenemos gas hidrógeno a 0 C ejerciendo una presión de 1500 mm de Hg. En el recipiente introducimos 1,5 g de gas nitrógeno sin que varíe la temperatura. Calcula: a) La presión que habrá ahora en el interior del recipiente. b) La composición de la mezcla expresada como porcentaje en peso y como porcentaje en volumen. GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 11

32 LOS ESTADOS DE LA MATERIA PRUEBAS DE EVALUACIÓN PRUEBA DE EVALUACIÓN 1 Enuncia los postulados de la teoría cinética de los gases y explica, basándote en ella, porqué se cumple la ley de Gay-Lussac. Explica por qué las gráficas siguientes muestran la relación entre las magnitudes P, V y T de un gas ideal, expresadas como se indica en cada gráfica. Dibuja una tercera gráfica, distinta de estas dos, que represente también la relación entre estas magnitudes. A PV T B PV T 1 T 4 5 En un recipiente de L se introduce una cierta cantidad de gas que ejerce una presión de 800 mm de Hg a la temperatura de 60 C. a) Qué presión ejercerá si se duplica su temperatura y se reduce a la mitad el volumen del recipiente en que se encuentra? b) Si la cantidad de gas que hay en el recipiente es de g, determina si será amoniaco (NH ), hidrógeno o dióxido de azufre (SO ). c) Calcula la cantidad de moléculas del gas que hay en el interior del recipiente. Contesta: a) Calcula la densidad del dióxido de azufre (SO ) en condiciones normales. b) Si en un recipiente tenemos dióxido de azufre a 0 C, qué presión ejercerá si su densidad es 4 g/l? Nuestra habitación mide m de ancho,,5 m de largo y,5 m de alto. La composición en volumen del aire seco es 78 % de nitrógeno, 1 % de oxígeno y el resto, otros gases. En un día de verano, la temperatura son 0 C y la presión, 800 mm de Hg. Calcula: a) La presión que ejerce el oxígeno. b) La masa de aire que hay en la habitación. c) La composición del aire expresada como porcentaje en masa. 116 GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L.

33 DISOLUCIONES PROBLEMAS RESUELTOS PROBLEMA RESUELTO 1 El ácido nítrico se vende en unas botellas de color topacio cuya etiqueta indica: HNO, 64 % de riqueza y densidad 1,45 g/ml. Calcula la concentración de este ácido nítrico expresada como molaridad, molalidad y fracción molar de soluto. Planteamiento y resolución Como la concentración es una magnitud intensiva, utilizaremos como base de cálculo una cantidad cualquiera del ácido nítrico comercial, por ejemplo, 1 L. Determinamos los moles de HNO que hay en 1 L del producto comercial: m d = m = d V V La masa de 1 L del producto comercial: g m = 145, 1000 ml = 1450 g de HNO comercial ml 64 g de HNO puro 1450 g de HNO comercial = 98 g de HNO puro 100 g de HNO comercial Expresamos esta cantidad en moles: M (HNO ) = 1 u + 14 u + 16 u 6 g/mol 1450 g de HNO Obtenemos la masa de disolvente: n 14,7 g m disolvente = 1450 g 98 g = 5 g m = = = 8, m m (kg) disolvente 0,5 kg Obtenemos los moles de disolvente: 64 g de HNO puro comercial = 98 g de HNO puro 100 g de HNO comercial M (H O) = 1 u + 16 u 18 g/mol ns n= 5 g H O 1mol H O 14, 7 = 9 mol HO Xs = = = 04, 18 g H O n + n 14, s d ACTIVIDADES 1 4 Qué cantidad de Na SO 4 del 85 % se necesita para preparar 500 ml de disolución 1,5 M? Sol.: 104,4 g Qué cantidad de disolución 1,5 M en Na SO 4 debemos coger para tener 0,15 g de ion sodio? Sol.:,6 ml Qué cantidad de H SO 4 del 98 % de riqueza y 1,8 g/ml de densidad necesitamos para preparar 50 ml de disolución 0,8 M? Sol.: 16,95 ml Qué cantidad de disolución,5 M de HCl podremos preparar, como máximo, si tenemos 15 ml de HCl del 7 % de riqueza y 1,18 g/ml de densidad? Sol.: 7 ml 5 6 La densidad del agua de mar es 1,0 g/ml. Calcula la riqueza en sal del agua de mar suponiendo que es una disolución de NaCl en agua y que al disolver NaCl en agua, el volumen no varía. Sol.:,9 % Aunque se considera que las espinacas son un alimento muy rico en hierro, solo tienen 4 mg de este elemento por cada 100 g de espinacas. Además, el organismo humano solo absorbe el 10 % del hierro que consume a través de este vegetal. La cantidad diaria recomendada (CDR) de hierro para un adulto es 14 mg. Calcula la cantidad de espinacas que debería tomar una persona adulta para tener todo el hierro que necesita, suponiendo que este es el único alimento que ingiere que tiene hierro. Sol.: 500 g 1 GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L.

34 DISOLUCIONES PROBLEMAS RESUELTOS PROBLEMA RESUELTO Indica cuál será la concentración molar de la disolución que resulta de mezclar 10 ml de un ácido clorhídrico del 7 % de riqueza y 1,18 g/ml de densidad con 80 ml de disolución 1,5 M en ácido clorhídrico. Se supone que los volúmenes son aditivos. Planteamiento y resolución Necesitamos calcular los moles de HCl que proceden de las dos disoluciones que mezclamos: En 10 ml de un ácido clorhídrico del 7 % de riqueza y 1,18 g/ml de densidad: m d = m = d V = 1,18 g 10 ml = 11,8 g de HCl comercial V ml 7 g de HCl puro 11,8 g de HCl comercial = 4,7 g de HCl puro 100 g de HCl comercial Expresamos esta cantidad en moles: M (HCl) = 1 u + 5,5 u 6,5 g/mol n 1mol HCl M = n = 4,7 g HCl = 0,1 mol HCl V 6,5 g HCl En 80 ml de disolución 1,5 M en ácido clorhídrico: n M = 15, mol/l = V En la mezcla: n M = = V n n = 1,5 mol/l 0,08 L = 0,1 mol de HCl 008, L 01, mol + 01, mol = 67, M 001, L+ 008, L ACTIVIDADES 1 En una experiencia se han mezclado 0 ml de una disolución Na SO 4 0,5 M con 60 ml de NaOH M. Calcula la concentración de los iones sodio en la disolución. Dato: se supone que los volúmenes son aditivos. Sol.: M Tenemos 500 g de una disolución de NaCl en agua al 10 %. Qué cantidad tendremos que añadir, y de qué sustancia, para tener una disolución de NaCl al 0 %? Sol.: 6,5 g de NaCl Tenemos 100 ml de una disolución al 40 % de alcohol en agua. Cuál será la concentración si añadimos otros 100 ml de agua? Y si hubiésemos añadido otros 40 ml de alcohol? Dato: suponemos que los volúmenes son aditivos. Sol.: 0 %; 57,14 % Mezclamos 60 ml de una disolución 0,5 M de glucosa (C 6 H 1 O 6 ) en agua con 40 ml de disolución 1,5 M de sal (NaCl) en agua. Calcula la concentración de la glucosa y la sal en la mezcla. Suponemos que los volúmenes son aditivos. Sol.: 0, M y 0,6 M Tenemos 00 ml de una disolución de H SO 4 1 M. Cuál será la concentración si le añadimos 100 ml de agua? Suponemos que los volúmenes son aditivos. Sol.: 0,67 M Tenemos 00 ml de una disolución de H SO 4 1 M. Cuál será la concentración si le añadimos 5 ml de H SO 4 comercial del 98% de riqueza y 1,85 g/ml de densidad? Sol.: 1,4 M GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L. 1

35 DISOLUCIONES PROBLEMAS RESUELTOS PROBLEMA RESUELTO La urea es una sustancia que se obtiene en la orina y en las heces como resultado del metabolismo de las proteínas. Es un sólido blanco y cristalino que también se fabrica artificialmente y es un producto de gran utilidad industrial con finalidades muy diversas que van desde fabricar fertilizantes hasta cola para madera. Cuando se prepara una disolución al 18,5 % de urea en agua a 5 C se obtiene una disolución cuya presión de vapor es,4 mm Hg. Calcula: a) La masa molar de la urea. b) La temperatura a la que congela la disolución. c) La presión osmótica de la disolución resultante. Datos: Presión de vapor del agua a 5 C =,76 mm de Hg K c agua = 1,86 C kg/mol. Densidad disolución = 1 g/ml. Planteamiento y resolución a) De acuerdo con la ley de Raoult: ns ΔP = P0 Xs = P0 ns + nd Puesto que la fracción molar es una magnitud intensiva, tomamos como base una determinada cantidad de disolución y hacemos los cálculos con relación a ella. Trabajamos con 100 g de disolución: Masa de agua = 100 g 18,5 g = 81,5 g Para calcular el número de moles del agua: 1mol de agua M (H O) = 1 u + 16 u 18 g/mol n = 81,5 g de agua = 4,5 mol de agua 18 g de agua ΔP = P0 P =, 76 mm de Hg, 4 mm de Hg = 1,5 mm de Hg ns 15, mm de Hg = 76, mm de Hg 15, ( ns + 45, ) = 76, n s ns + 45, 1, 5 ( ns + 4, 5) =, 76 ns 1, 5 4, 5 =, 76 ns 15, ns =, 4ns 1, 5 4, 5 =, 76ns 1, 5ns =, 4ns 689, 18,5 g de urea g n s = = 0,1 mol de urea = 59, 7 60 g, 4 0,1 mol de urea mol mol n C kg 0,1 mol b) Δt = Kc m = Kc = 1,86 = 7,1 C m (kg) disolvente mol 81, 5 10 kg La temperatura a la que congela la disolución es: t = t 0 Dt = 0 7,1 = 7,1 C. n c) π = M R T = π = = + = V RT n V RT 01, 0, 08 ( 7 5) 75,75 atm 01, ACTIVIDADES 1 La presión osmótica del plasma sanguíneo es de unas 7,6 atmósferas. Indica cómo prepararás L de suero glucosado que sea adecuado para administrar a un paciente. Datos: glucosa: C 6 H 1 O 6 ; temperatura de la habitación: 0 C. Sol.: Disolver 171,54 g de glucosa en agua hasta tener L. La heparina es un anticoagulante que se aplica a los pacientes con riesgo de sufrir trombosis. Para determinar su masa molar se prepara una disolución de 8 g de heparina en 100 ml de alcohol isopropílico y se comprueba que, a 5 C, ejerce una presión osmótica de 75 mm de Hg. Cuánto vale su masa molar? Sol.: M = g/mol. 14 GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L.

36 1 LAS DISOLUCIONES 1 Por qué en la clasificación de mezclas coloidales no aparece la combinación gas-gas? Qué es una emulsión? Escribe algunos ejemplos. Consulta los constituyentes existentes en la leche y basándote en ello clasifica a la leche como una disolución o como una emulsión. 4 En qué consiste el smog industrial? Indica si es una mezcla coloidal y, en caso afirmativo, cuál es el medio de dispersión y cuál el componente disperso. 5 Los coloides pueden parecer disoluciones, ya que también son mezclas homogéneas Cómo puede distinguirse una disolución de un coloide? 1 GUÍA DE FÍSICA Y QUÍMICA 1. Bachillerato MATERIAL FOTOCOPIABLE SANTILLANA EDUCACIÓN, S. L.