3. Calcula la cantidad estequiométrica de hidrógeno molecular, en moles, necesaria para reaccionar con 5 moles de oxígeno en la síntesis del agua.

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1 CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS BÁSICOS 1. Ajusta las siguientes reacciones químicas: C 3 H 6 (g) + O 2 (g) CO 2 (g) + H 2 O (g) N 2 (g) + H 2 (g) NH 3 (g) KClO 3 (aq) KCl (aq) + O 2 (g) H 2 O 2 (l) O 2 (g) + H 2 O (l) KClO 3 (aq) KClO 4 (aq) + KCl (aq) HCl (aq) + CaCO 3 (s) CO 2 (g) +CaCl 2 (aq) + H 2 O (l) 2. Por qué en la ecuación química ajustada C (graf) + O 2 (g) CO 2 (g) se sabe que 1 g de carbono no reacciona exactamente con 1 g de oxígeno? 3. Calcula la cantidad estequiométrica de hidrógeno molecular, en moles, necesaria para reaccionar con 5 moles de oxígeno en la síntesis del agua. 4. Calcula la cantidad estequiométrica de hidrógeno molecular, en litros, necesaria para reaccionar con 5 litros de oxígeno en la síntesis del agua. PROBLEMAS ESTEQUIOMÉTRICOS Problemas básicos 5. Al reaccionar el permanganato de potasio, KMnO 4 (aq), con suficiente cantidad de ácido clorhídrico, HCl (aq) se produce dicloruro de manganeso, MnCl 2 (aq), cloruro potásico, KCl (aq), agua y cloro, Cl 2 (g). a) Calcula la masa de dicloruro de manganeso que se obtiene si reaccionan 150 g de permanganato potásico. b) Calcula la masa de cloro que se obtiene. Sol.: a) 120 g de MnCl 2 ; b) 169 g de Cl 2 6. El acetileno o etino, C 2 H 2 (g), arde en el aire con llama muy luminosa. a) Qué volumen de acetileno, medido en c.n. será preciso utilizar si en esta reacción se han obtenido 100 litros de dióxido de carbono medidos en c.n.? b) Cuántas moléculas de dióxido de carbono se obtienen? c) Cuántos moles de agua se obtienen? Sol.: a) 50 L de C 2 H 2 ; b) 2, moléculas de CO 2 ; c) 2,35 moles de H 2 O 7. La sosa cáustica o hidróxido de sodio, NaOH se prepara comercialmente por reacción química entre el carbonato de sodio, Na 2 CO 3, y el hidróxido de calcio, Ca(OH) 2. Además de NaOH, en la reacción se produce también carbonato de calcio, CaCO 3. a) Calcula cuántos kilogramos de sosa se obtendrán con 1 kg. de carbonato de sodio y la cantidad suficiente de hidróxido de calcio b) Cuál sería esa cantidad suficiente de hidróxido de calcio Sol.: a) 755 g de NaOH; b) 698 g de Ca(OH) 2 8. Al tratar el nitrato de plomo (II) a elevadas temperaturas, se descompone en óxido de plomo (II), dióxido de nitrógeno y oxígeno. a) Cuántos gramos de óxido de plomo (II) se obtendrán al descomponerse 80 g de nitrato de plomo (II)? b) Qué volumen de oxígeno se recogerá en c.n.? c) Cuántos átomos de oxígeno hay en ese volumen? Sol.: a) 53,9 g de PbO; b) 2,69 L de oxígeno; c) 1, átomos de O 1

2 9. El óxido de mercurio (II) se descompone en sus elementos bajo la acción del calor. a) Escribe la ecuación ajustada, correspondiente a dicha reacción. b) Cuántos gramos de óxido de mercurio (II) se necesitan para obtener 150 g de oxígeno? c) Qué volumen ocupa el oxígeno obtenido, medido a 700 mm de Hg y 20º C? Sol.: b) 2034 g de HgO; c) 123 L 10. Se pone en marcha un proceso industrial donde el metano sufre una combustión. Mediante este proceso, se obtiene energía química que después se transforma en energía eléctrica. Como ya sabemos, en un proceso de combustión obtendremos como producto de la reacción dióxido de carbono, compuesto contaminante. Si sabemos que sólo podemos emitir a la atmósfera 500 g de dióxido de carbono, Cuánto metano podremos quemar en nuestro proceso químico? Sol.: 181,8 g de CH El dióxido de azufre es un contaminante potencial, pero también tiene propiedades antisépticas y por ello se usa para desinfectar habitaciones de pacientes que han sufrido enfermedades contagiosas. También se usa como conservante en la industria alimentaria. Si usamos para su obtención la combustión de azufre y queremos obtener 10 L del antiséptico en c. n. Cuántos gramos de azufre deberemos quemar? Sol.: 14,28 g de S (s) Problemas con reactivo limitante 12. El hidruro de calcio reacciona con el agua y se origina hidróxido de calcio e hidrógeno. Si reaccionan 50 g de hidruro de calcio y 80 g de H 2 O, calcula los gramos de hidróxido de calcio que se obtienen. Sol.: 88 g de Ca(OH) Se hace reaccionar 30 g de CO 2 en un recipiente que contiene 100 g de hidróxido sódico, formándose carbonato de sodio y agua. a) Averigua los moles de agua formados. b) Calcula los gramos de carbonato, Na 2 CO 3 obtenidos. Sol.: a) 0,68 moles de H 2 O; b) 72 g de Na 2 CO Se han tratado 25 g de cloruro de hidrógeno con 50 g de dióxido de manganeso, obteniéndose cloruro de manganeso (II) cloro y agua. Qué volumen de cloro se obtiene medido a 10º C y 700 mm de Hg? Sol.: 4,28 L 15. La reacción química entre el cloruro de bario y el sulfato de sodio produce cloruro de sodio y sulfato de bario, todos ellos en disolución acuosa. Si han reaccionado 125 gramos de sulfato de sodio con 100 gramos de cloruro de bario, a) Cuántos gramos de sulfato de bario se obtienen? b) Cuántos moles se originan de cloruro de sodio? Sol.: a) 112 g de BaSO 4 ; b) 0,96 moles de NaCl 16. Reaccionan 30 g de nitrato de plata con cloruro de sodio. Si se obtienen 18 g de cloruro de plata en una reacción donde también se produce nitrato de sodio. Calcula la masa de nitrato de plata que no ha reaccionado. Sol.: 8,6 g de AgNO En un recipiente de 5 litros se introduce una mezcla de hidrogeno y oxigeno, cuyas fracciones molares son 0,80 y 0,20, respectivamente. La presión en el recipiente es 3,73 atm a una temperatura de 30 ºC. En esas condiciones se hace saltar una chispa y se forma vapor de agua. Calcula: a) la masa de agua que se forma y b) las fracciones molares, presiones parciales y presión final medidas a la misma temperatura inicial. Sol.: a) 5, 4 g; b) X H2 = X H2O = 0,5; P H2 = P H2O = 1,49 atm; P T = 2,98 atm 2

3 Problemas con aire 18. Se queman 10 litros de propano, C 3 H 8 (g) medidos en c.n. formándose dióxido de carbono y agua. Determina el volumen de aire medido en c.n. que será necesario emplear si la composición volumétrica del mismo es el 20% de oxígeno. Sol.: 250 L de aire 19. Se queman 10 g de alcohol etílico o etanol, C 2 H 5 OH (aq). a) Escribe la ecuación ajustada. b) Qué volumen de aire es necesario emplear, medido en c.n., sabiendo que el 20% de su volumen es oxígeno? c) Cuántas moléculas de agua se obtienen? Sol.: b) 73 L de aire; c) 3, moléculas de H 2 O 20. La tostación (reacción química con oxígeno) de la pirita (disulfuro de hierro) origina óxido de hierro (III) y dióxido de azufre. Al reaccionar 1 tonelada de pirita se han obtenido 600 kg de óxido de hierro (III). a) Calcula la masa de pirita que no ha reaccionado b) Cuál es el volumen de aire medido en c.n. necesario para que se lleve a cabo la tostación en las condiciones del problema? Sol.: a) 99,3 kg de FeS 2 ; b) 2315 m 3 Problemas con rendimiento de reacción 21. El trióxido de dicromo reacciona con el aluminio, en el proceso conocido por aluminotermia, obteniéndose cromo sólido de una elevada pureza y óxido de aluminio. Si han reaccionado 250 g de trióxido de dicromo. Sabiendo que el rendimiento del proceso es del 85%, calcula: a) La masa de cromo obtenida. b) El número de átomos de oxígeno, formando parte del óxido de aluminio que se han obtenido. Sol.: a) 145,35 g de Cr; b) 2, átomos de O 22. Un trozo de hierro de 550 g se combina con el oxígeno del aire y se forman 325 g de óxido de hierro (III). a) Cuál ha sido el rendimiento de la reacción? b) Cuántas moléculas de oxígeno han reaccionado con el hierro? Sol.: a) 41%; b) 1, moléculas de O Se queman 10 g de acetileno, C 2 H 2 (g), con 2 litros de oxígeno a la temperatura de 20ºC y 0,98 atm de presión. Calcula: a) El reactivo limitante. b) Los gramos de dióxido de carbono obtenidos, sabiendo que el rendimiento del proceso ha sido del 90%. Sol.: a) O 2 ; b) 2,6 g de CO 2 Problemas usando concentraciones 24. Considera la reacción entre el carbonato de calcio y el cloruro de sodio para dar carbonato de sodio y cloruro de calcio. Si se hacen reaccionar 250 gramos de carbonato de calcio con 250 cm 3 de una disolución de cloruro de sodio 1 M, averigua qué reactivo es el limitante y calcula los gramos de cloruro de calcio que podrán obtenerse. Sol.: a) NaCl; b) 13,9 g de CaCl El nitrato de calcio se puede obtener por reacción entre el carbonato de calcio y el ácido nítrico en una reacción en la que también se produce dióxido de carbono y agua y cuyo rendimiento es del 95 %: Si se han añadido 60 gramos de carbonato de calcio a 300 ml de disolución de ácido nítrico 2 M, calcula: 3

4 a) Los gramos de sal, Ca(NO 3 ) 2 (aq) obtenidos. b) El volumen recogido de CO 2 (g) medido en c.n. Sol.: a) 47,6 g de Ca(NO 3 ) 2 ; b) 6,5 L de CO Se hace reaccionar una disolución de ácido nítrico diluido 1,5 M con virutas de cobre, formándose tres moles de monóxido de nitrógeno, además de nitrato de cobre (II) y agua. Ajusta la reacción química. Si tienes dificultades haz uso de ecuaciones matemáticas. Calcula: a) El volumen de disolución que se ha consumido. b) Los gramos de cobre que han reaccionado. Sol.: a) 8 L de disolución; b) 286 g de Cu 27. El cloro se puede obtener en el laboratorio mediante la reacción entre el dióxido de manganeso con disolución de ácido clorhídrico. En dicha reacción también se produce manganeso sólido y agua. Si reaccionan 30 g de MnO 2, calcula el volumen de disolución que habrá que emplear si ésta tiene una concentración del 30% en masa y densidad 1,15 g/ml. Sol.: 146 ml de disolución de HCl 28. Se añaden 10 g de virutas de cobre a un vaso de precipitados que contiene cierto volumen de una disolución de ácido nítrico de 1,4 g/ml de densidad y concentración del 90% en masa. Los productos de la reacción son el nitrato de cobre (II), dióxido de nitrógeno y agua. a) Cuál es el volumen necesario de esa disolución de ácido nítrico? b) Cuántos gramos de sal se obtienen? Sol.: a) 32 ml de disolución de HNO 3 ; b) 30 g de Cu(NO 3 ) Queremos hacer reaccionar NaOH (aq) con H 2 SO 4 (aq). Si tenemos un litro de una disolución 0,5 M de NaOH y otra disolución 3 M de ácido, Cuántos litros de la segunda disolución necesitaremos? Cuánta agua recogeremos? Sol.: a) 0,083 L de disolución de H 2 SO 4 ; b) 9 g de agua 30. El nitrato de plata, AgNO 3 (aq), al reaccionar con cloruro de sodio da como productos de reacción cloruro de plata y nitrato de sodio. Si tenemos una disolución 1 M de nitrato de plata y 7 g. de cloruro de sodio: a) Cuántos litros de la disolución de nitrato de plata necesitaremos para que reaccione todo el nitrato? b) Si sabemos que, al final de la reacción tenemos un volumen de 2 L Cuál será la concentración del nitrato de sodio obtenido expresada en molaridad? Y en g/l? Sol.: a) 0,12 L de disolución de AgNO 3 ; b) 0,06 M / 5,1 g/l 31. Qué volumen de H 2 SO 4 (aq) 2 M reaccionará con 250g de CaCO 3 (s), dando sulfato de calcio, CaSO 4 (aq), dióxido de carbono y agua? Sol.: 1,25 L Problemas de reactivos impuros 32. Un lote de sulfato de aluminio, Al 2 (SO 4 ) 3 (s) se contamina durante su manipulación, siendo necesario determinar su pureza. Se analiza una muestra de 1 g de sulfato de aluminio haciéndolo reaccionar con cloruro de bario, BaCl 2. Los productos de la reacción son sulfato de bario y cloruro de aluminio. Si obtenemos 1,9 g de sulfato de bario, BaSO 4, determina la pureza de la muestra de sulfato de aluminio. Sol.: 93 % 33. Una muestra impura de 50 g de zinc reacciona exactamente con 129 cm 3 de una disolución de ácido clorhídrico que tiene una densidad de 1,18 g/cm 3 y contiene 35 % de HCl en masa. En la reacción química se produce cloruro de cinc e hidrógeno. Cuál es el porcentaje de zinc metálico en la muestra? Supón que la impureza es inerte frente al HCl. 4

5 Sol: 95,46% 34. El carbonato de calcio reacciona con acido sulfúrico para dar sulfato de calcio, dióxido de carbono y agua. a) Qué volumen de acido sulfúrico concentrado de densidad 1,84 g/ml y 96 % de riqueza en masa será necesario para que reaccionen por completo 10 g de CaCO 3? b) Qué cantidad de CaCO 3 del 80 % de riqueza sería necesaria para obtener 20 L de CO 2, medidos en condiciones normales? Sol: a) 5,5 ml; b) 112 g 35. Una muestra de 5,13 gramos de sulfato de amonio, (NH 4 ) 2 SO 4 impuro se hace reaccionar con un exceso de hidróxido de sodio y se obtienen 1,8 dm 3 de amoníaco gas a 20 ºC y 1 atm, sulfato de sodio y agua. Calcula: a) La pureza de la muestra, si el rendimiento de la reacción fue del 100%. b) El volumen de una disolución de hidróxido de sodio de densidad 1,05 g/ml y riqueza 8% en masa, que como mínimo tendríamos que haber echado para obtener los 1,8 dm 3 de amoníaco. c) La molaridad de la disolución de hidróxido de sodio del apartado b) Sol.: a) 96%; b) 35,71 ml; c) 2,1 M 36. La tostación de la pirita, FeS 2, se produce, en presencia de oxígeno, dando como productos el óxido de hierro (III) y el dióxido de azufre. a) Cuántos kilogramos de óxido de Fe (III) se obtienen al tratar media tonelada de una pirita del 80% de riqueza en FeS 2? b) Que volumen de aire medido en c. n. se necesita para tostar dicha cantidad de pirita sabiendo que el aire contiene un 21 % en volumen de O 2? (Supón que el resto de los componentes de la pirita no consumen oxígeno) Sol.: a) 266,2 Kg; b) L Otros problemas 37. Al tratar 0,214 g de una muestra de aleación de aluminio y cinc con acido sulfúrico, se desprenden 162 ml de hidrogeno medidos a 20 ºC y 712 mm Hg. Calcula la composición de la aleación. Las reacciones que tienen lugar son: Al (s) + H 2 SO 4 (aq) Al 2 (SO4) 3 (aq) + H 2 (g) Zn (s) + H 2 SO 4 (aq) ZnSO 4 (aq) + H 2 (g) Sol.: 35% Al, 65% Zn. 38. Sesenta litros de una mezcla de gases a 15 ºC y 720 mm Hg, que contiene dióxido de carbono, se pasan a través de una disolución de hidróxido de bario, formándose 35,52 g de carbonato de bario. En dicha reacción también se produce agua líquida. Qué porcentaje en volumen de dióxido de carbono contiene la mezcla? Sol.: 7,5% 39. Tenemos 20 L de gas natural en c. n. (mezcla de metano y etano). Cuando quemamos la mezcla se obtienen 25 L de dióxido de carbono en c.n. Determina la composición volumétrica de la mezcla. Sol.: 25% de etano y 75% de metano 40. El sodio reacciona con ácido sulfhídrico formando sulfuro de sodio e hidrógeno gas. Se echan 2,5 gramos de sodio impuro del 92 % en peso de riqueza sobre 0,5 L de disolución de ácido sulfhídrico 0,02 M. a) Sabiendo que el rendimiento de la reacción es del 80%, calcula el número de moles de sodio que no reaccionan con el sulfhídrico. b) Cuántos ml de disolución de ácido sulfhídrico de densidad 1,05 g/cm 3 y 60% de riqueza en peso habría que haber echado para obtener 0,02 moles de hidrógeno? 5

6 Sol.: a) 0,084 moles; b) 1,35 ml 41. Hacemos reaccionar una muestra de carbonato de calcio impuro, de 23 gramos de masa con 100 ml de disolución de ácido clorhídrico 4 M, formándose cloruro de calcio, que queda en la disolución, agua y dióxido de carbono (gas), del que se recogen 4,5 L, medidos a 1 atmósfera de presión y 25 ºC de temperatura. Calcula: a) La riqueza de carbonato de calcio en la muestra. b) Hay reactivo limitante? Si es así, cuántos moles sobran del reactivo en exceso? c) El volumen de disolución de ácido que se hubiera consumido si la concentración hubiese sido 2 M. Sol.: a) 80%; b) 0,032 moles; c) 184 ml 42. En la limpieza domiciliaria se emplea agua fuerte. Este producto es una disolución acuosa de HCl. Una empresa prepara agua fuerte con una concentración del 20 % en masa a partir de la reacción entre el cloro y el hidrogeno gaseosos. La empresa emplea como reactivos cloro de una pureza del 80 % e hidrogeno del 90 % de pureza. El rendimiento de la reacción en sus instalaciones es del 75 %. Esta empresa tiene una producción de litros diarios de disolución. Calcula las cantidades necesarias de cada reactivo. Dato: densidad del agua fuerte (20 % de HCl)= 1,098 g/cm 3 Sol.: 178 kg de H 2, 71 t de Cl En un recipiente de hierro de 5 L se introduce aire hasta conseguir una presión interior de 0,1 atm a 239 ºC. El oxígeno del aire reacciona completamente con la superficie metálica interior de hierro oxidándola hasta óxido de hierro (II). Calcula: a) La masa de óxido de hierro (II) que se formará. b) La presión final del recipiente c) La temperatura a la que habría que calentar el recipiente para que la presión final permaneciera en 0,1 atm. Sol.: a) 0,36 g ; b) P = 0,08 atm ; c) T = 367 ºC Datos: Elementos químicos en forma de moléculas diatómicas gaseosas a Temp. ambiente: H 2 (g), O 2 (g), F 2 (g), Cl 2 (g), Br 2 (g), I 2 (g), N 2 (g). Elementos químicos en forma de sólidos puros a Temp. ambiente (todos los metales-a excepción del Hg que es líquido-): Al (s), Fe (s), Pb (s), Cu (s), Cr (s) 6