DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y QUÍMICA FÍSICA Y QUÍMICA 1º DE BACHILLERATO. TEMA 6. Las transformaciones químicas

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1 DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y QUÍMICA FÍSICA Y QUÍMICA 1º DE BACHILLERATO Ajuste de ecuaciones químicas TEMA 6. Las transformaciones químicas 1.-Ajusta las siguientes ecuaciones químicas: a) N 2 + H 2 NH 3 b) KClO 3 KCl + O 2 c) C 3 H 8 + O 2 CO 2 + H 2 O d) PBr 3 + H 2 O HBr + H 3 PO 3 e) Na 2 CO 3 + HCl NaCl + CO 2 + H 2 O 2.-Ajusta las siguientes ecuaciones químicas: a) CaO + C CaC 2 + CO b) CaC 2 + H 2 O C 2 H 2 + Ca(OH) 2 c) H 2 SO 4 + BaCl 2 BaSO 4 + HCl d) HCl + Al AlCl 3 + H 2 e) H 2 S + O 2 SO 2 + H 2 O 3.-Dada la reacción química: Zn(s) + HCl(aq) ZnCl 2 (aq) + H 2 (g), calcula, sabiendo que partimos de 5 gramos de cinc: a) La masa que se obtiene de ZnCl 2 b) La concentración molar inicial de HCl sabiendo que el volumen empleado de la disolución del HCl en agua era de 50 cm 3. c) El volumen que se obtiene de hidrógeno, medido en condiciones normales. d) El volumen que se obtiene de hidrógeno a 2 atmósferas de presión y 25 ºC de temperatura. e) Las moléculas que se obtienen de H 2. f) La masa de HCl que reacciona. g) Si la concentración inicial de HCl hubiera sido 0 1 M, qué volumen de la misma hubiera reaccionado con los 5 gramos de cinc? Datos: Masas atómicas: Cl = 35 5; Zn = 65 4, H = 1; R = atm L mol 1 K 1; N A = Cálculos con masas Ejemplo 1 En disolución acuosa, el carbonato de sodio reacciona con el cloruro de calcio según la reacción: Na 2 CO 3 (aq) + CaCl 2 (aq) CaCO 3 (s) + 2NaCl(aq). Si obtenemos 225 g de carbonato de calcio, calcula la masa de carbonato de sodio que utilizamos. Partimos del único dato (225 g de carbonato de calcio) para resolver el problema: m(caco 3) = 225 g n(cao 3) = l2 25 mol [Consultando la tabla periódica, sabemos que Mr(CaCO 3) = 100 g/mol] n(na 2CO 3) = mol [porque es estequiometría es 1:1] m(na 2CO 3) = g [Consultando la tabla periódica, sabemos que Mr(Na 2CO 3) = 106 g/mol] Luego, la masa de carbonato de sodio que utilizamos es de g 4.-Al hacer reaccionar aluminio metálico con yodo se obtiene triyoduro de aluminio. Calcula la masa de este producto que se obtendrá a partir de 25 g de yodo. (No olvides ajustar la reacción) [Sol: 26 8 g] 5.-Al tratar una muestra de dióxido de manganeso con 20 g de cloruro de hidrógeno, se obtiene cloruro de manganeso (II), gas cloro y agua. Escribe y ajusta la reacción y calcula la masa de MnCl 2 que se obtendrá [Sol: 17 3 g] 1

2 6.-Calcula la masa de yoduro de plomo (II), PbI 2, que se obtendrá al hacer reaccionar 15 g de yoduro de potasio, con un exceso de nitrato de plomo (II), Pb(NO 3 ) 2. En la reacción también se produce nitrato de potasio, KNO 3. [Sol: 20 8 g] 7.-Calcula la masa de hidróxido de calcio, Ca(OH) 2, necesaria para reaccionar con 16 5 g de ácido clorhídrico, HCl. [Sol: 16 7 g] Cálculos con volúmenes en C.N. Ejemplo 2 La reacción entre el monóxido de carbono, CO, y el oxígeno, O 2, produce dióxido de carbono, CO 2. Calcula el volumen de oxígeno, a 1 atm y 273 K, necesario para reaccionar con 40 L de CO, en las mismas condiciones. Escribimos la reacción y la ajustamos: 2CO + O 2 2CO 2 Comenzamos a resolver el problema a partir de los datos del CO, 40 L en C.N. V(CO) = 40 L n(co) = 1 79 mol [1 mol de cualquier gas en C.N. ocupa 22 4 L] n(o 2) = 0 89 mol [La relación estequiométrica es 2:1. Dos moles de CO reaccionan con un mol de O 2] V(O 2) = 20 L Por tanto, se necesitan 20 L de O 2 a 1 atm y 273 K (C.N.) Ejemplo 3 La combustión del propano, C 3 H 8, en presencia de oxígeno, O 2, produce dióxido de carbono, CO 2, y vapor de agua, H 2 O. Calcula el volumen de oxígeno, a 1 atm y 273 K, necesario para quemar totalmente 25 g de propano. Escribimos la reacción y la ajustamos: C 3H 8 + 5O 2 3CO 2 + 4H 2O Resolvemos el problema a partir de los datos del gas propano: 25 g, que está en C.N. [Mr(C 3H 8) = 44 g/mol] m(c 3H 8) = 25 g n(c 3H 8) = 0 57 mol [porque n = m/mr] n(o 2) = 2 85 mol [La estequiometría es 1:5] V(O 2) = L [1 mol = 22 4 L] Por tanto, se necesitan L de O 2 a 1 atm y 273 K (C.N.) Ejemplo 4 Calcula el volumen y la masa de amoníaco que se obtienen si hacemos reaccionar 12 1 L de nitrógeno gas con hidrógeno gas. Todos los volúmenes de gases se miden a 1 atm y 273 K. Escribimos la reacción y la ajustamos: N 2 + 3H 2 2NH 3 Resolvemos el problema a partir de los 12 1 L de N 2 [Mr(N 2) = 28 g/mol], que está en C.N. V(N 2) = 12 1 L n(n 2) = 0 54 mol [1 mol = 22 4 L] n(nh 3) = 1 08 mol [La estequiometría es 1:2. Cada mol de N 2 da 2 moles de MH 3] m(nh 3) = g [Porque Mr(NH 3) = 17 g/mol] V(NH 3) = L [1 mol = 22 4 L] Por tanto, se obtienen L de amoníaco (en C.N.) que tienen una masa de g 8.-El agua reacciona con el carbono para dar monóxido de carbono e hidrógeno. Calcula la masa de carbono necesaria para obtener 100 L de H 2 a 1 atm y 273 K, así como el volumen de monóxido de carbono, en las mismas condiciones, que se formará. [Sol: 53 6 g y 100 L] 2

3 9.-El clorato de potasio. KClO 3, se descompone por la acción del calor y produce cloruro de potasio, KCl, y oxígeno, O 2, gas. Si partimos de 23 g de clorato de potasio, calcula la masa de cloruro de potasio y el volumen de O 2 a 1 atm y 273 K que se obtendrá. [Sol: 14 g y 6 3 L] Cálculos con volúmenes Ejemplo 5 Deseamos obtener 3 L de hidrógeno gas medidos a 25 ºC y 722 mmhg de presión, mediante la reacción entre el ácido clorhídrico y el aluminio. En la reacción se produce, además, cloruro de aluminio, AlCl 3. Calcula los gramos de aluminio necesarios. Escribimos la reacción y la ajustamos: 6HCl + 2Al 2AlCl 3 + 3H 2 Resolvemos el problema a partir de los 3 L de H 2 que se desean obtener. V(H 2) = 3 L n(h 2) = mol [Porque PV = nrt; hay que pasar la Presión a atm y la T a K] n(al) = mol [La estequiometría es 2:3. Dos moles de aluminio dan tres moles de H 2] m(al) = 2 1 g [Porque Mr(Al) = 27 g/mol] Por tanto, son necesarios 2 1 g de aluminio Ejemplo 6 La combustión del amoníaco produce monóxido de nitrógeno y agua. Determina cuántos litros de oxígeno, medidos a 600 K y Pa, se necesitan para obtener 195 g de monóxido de nitrógeno. Escribimos la reacción y la ajustamos: 2NH 3 + 5/2O 2 2NO + 3H 2O Resolvemos el problema a partir de los 195 g que se obtienen de NO. m(no) = 195 g n(no) = 6 5 mol [Por que Mr(NO) = 30 g/mol] n(o 2) = mol [La estequiometría es 2 5:2] V(O 2) = 203 L [PV = nrt; hay que pasar la presión a atm y la temperatura a K] Se necesitan 203 L de O 2, medidos a 600 K y Pa 10.-La combustión de gas butano, C 4 H 10, en presencia de oxígeno produce dióxido de carbono y agua. Calcula la masa de butano que debe quemarse para producir 145 L de CO 2, medidos a 75 ºC y 750 mmhg de presión. [Sol: 72 7 g] 11.-Dada la reacción: CaCO 3 + 2HCl MnCl 2 + 2H 2 O + Cl 2, determina: a) La masa de dióxido de carbono que se desprende al tratar 205 g de carbonato de calcio con ácido clorhídrico en exceso. b) Qué volumen ocupa esa masa de gas a 30 ºC y 780 mmhg? [90 2 g; 49 6 L] Reactivo limitante 12.-Se hacen reaccionar 10 g de hidrógeno con 40 g de oxígeno obteniéndose agua según la reacción: H 2 + O 2 H 2 O. a) Ajusta la reacción. b) Averigua cuál es el reactivo que está en exceso y cuál es el limitante. c) Cuántos gramos de agua se obtienen? 3

4 Ejemplo 7 Calentamos en una cápsula de porcelana 5 g de hierro y 4 g de azufre. Determina la cantidad de sulfuro de hierro (II) que se formará y qué cantidades de otras sustancias tendremos al final de la reacción. Se escribe la reacción ajustada: Fe + S FeS Como dan datos de dos sustancias se debe sospechar que las cantidades no son estequiométricas y hay que averiguar cuál de ellos está en exceso y cuál es el limitante. n(fe) = mol [Porque Ar(Fe) = 55 8 g/mol] n (S) = mol [Porque Ar(S) = 32 g/mol] La estequiometría Fe:S es 1:1, es decir, 1 mol de hierro consume 1 mol de azufre. Por lo tanto, sobra azufre. Concretamente = mol. El reactivo que condiciona la reacción, el reactivo limitante, es el hierro. n(fes) = mol [Por cada mol de Fe consumido se forma un mol de FeS] Es decir, se formarán mol de FeS, se consume todo el hierro y sobran mol de azufre. El resultado se puede pasar a gramos: m(fe) = 0 g; m (S) = 1 13 g; m(sfe) = 7 87 g 13.-Hacemos reaccionar 10 g de sodio metálico con 9 g de agua. Determina cuál de ellos actúa como reactivo limitante y qué masa de hidróxido de sodio se formará. En la reacción también se desprende hidrógeno. [Sol: 17 4 g] 14.-Hacemos reaccionar 25 g de nitrato de plata con cierta cantidad de cloruro de sodio y obtenemos 14 g de precipitado de cloruro de plata. Averigua la masa de nitrato de plata que ha reaccionado. [Sol: 8 4 g] Reactivos en disolución Ejemplo 8 Averigua la masa de hidróxido de calcio que se puede neutralizar con 75 ml de una disolución 0 5 M de ácido clorhídrico. Ecuación ajustada: Ca(OH) 2(aq) + 2HCl(aq) CaCl 2(aq) + 2H 2O(l) Como conocemos la concentración molar y el volumen, podemos calcular el número de moles de HCl. n(hcl) = mol [Dado que se utilizan 75 ml de concentración 0 5 M] n(ca(oh) 2) = mol [Porque la estequiometría es 1:2] m(ca(oh) 2) = 1 39 g Luego se pueden neutralizar 1 39 g de Ca(OH) 2 Ejemplo 9 Determina la masa de cloruro de potasio que se obtendrá si hacemos reaccionar 25 ml de disolución de hidróxido de potasio al 20 % en masa con exceso de ácido clorhídrico. La densidad de la disolución de KOH es de 1 08 g/ml Ecuación ajustada: KOH(aq) + HCl(aq) KCl(aq) + H 2O(l) Podemos calcular el número de moles del KOH. Conocemos su concentración y el volumen. n(koh) =? n(koh) = mol n(kcl) = mol m(kcl) = 7 16 g Luego se obtienen 7 16 g de KCl soluto (KOH) = 20 g = mol disolución = 100 g = ml [Si en ml de disolución hay mol, en 25 ml de disolución habrá mol] [ya que por cada mol de KOH consumido se forma un mol de KCl] 4

5 15.-Calcula la masa de hierro que reaccionará con 250 ml de disolución de sulfato de cobre (II) al 15 % en masa, para dar sulfato de hierro (II) y cobre metálico. La densidad de la disolución de sulfato de cobre (II) es de 1 05 g L 1. [Sol: 13 8 g] 16.-Añadimos 150 ml de disolución 2 M de hidróxido de sodio a otra disolución sulfato de magnesio. Averigua la masa de hidróxido de magnesio que se formará si el sulfato de magnesio, MgSO 4, está en exceso. [Sol: 8 7 g] Reactivos impuros y rendimiento de una reacción 17.-Se descomponen 300 g del mineral calcita, CaCO 3, cuya riqueza es del 80 %. Cuánto CaO se obtiene? [Sol: g] 18.-La tostación del sulfuro de plomo (II) con oxígeno produce óxido de plomo (II) y dióxido de azufre gaseoso. Calcula la cantidad de PbO (s) que podemos obtener a partir de 500 g de PbS (s) si la reacción tiene un rendimiento del 65%. [Sol: 303 g] 19.-Una muestra de carbón de 55 g de masa se quema en presencia de oxígeno suficiente. Calcula el volumen de dióxido de carbono a 1 atm y 273 K, que se obtendrá si el carbón tiene una riqueza en carbono del 88 %. [Sol: 90 3 L] 20.-En determinadas condiciones de presión y temperatura, se sabe que el rendimiento de la reacción de síntesis del amoníaco, NH 3, partir de N 2 y H 2 gaseosos es del 60 %. Averigua la masa de amoníaco que se puede obtener a partir de 50 L de N 2, medidos a 1 atm y 273 K. [Sol: 45 5 g] 21.-A 10 ml de una disolución de NaCl 1M añadimos AgNO 3 en cantidad suficiente para que precipite todo el cloruro de plata, AgCl. Determina la masa de este producto que obtendremos si el rendimiento de la reacción es del 85 %. [Sol: 1 2 g] 22.-Tratamos una muestra de cinc puro con salfumán (ácido clorhídrico al 70 % de riqueza en masa). Si necesitamos 150 g de salfumán para que el metal reaccione completamente, calcula el volumen de H 2 a 1 atm y 273 K, que obtendremos. [Sol: 32 2 L] 23.- Cuántos litros de oxígeno, medidos a 25ºC y 740 mmhg, se obtienen en la descomposición de 40 g de clorato de potasio, KClO 3, del 95 % de pureza? Qué masa de cloruro de potasio se obtendrá? [Sol: 11 5 L; 23 1 g] Ejercicios de repaso 24.-Si mezclamos volúmenes iguales de oxígeno gas y de hidrógeno gas, medidos en las mismas condiciones, y hacemos saltar una chispa para formar agua, cuál de los reactivos estará en exceso?, cuál es el reactivo limitante? 25.-Hacemos pasar 5 L de sulfuro de hidrógeno, medido a 1 atm y 273 K, por una disolución que contiene 25 g de cloruro de cobre (II). Determina la masa de sulfuro de cobre (II) que se formará. [17 8 g] 26.-Si hacemos reaccionar cinc metálico con una disolución de sulfato de cobre (II) se forma una disolución de sulfato de cinc y se deposita cobre metálico. Si partimos de 20 g de sulfato de cobre (II), calcula: a) La masa de cobre que se obtendrá. b) La masa de cinc que se consumirá. [Sol: 7 96 g; 8 2 g] 27.-La descomposición del nitrito de amonio, NH 4 NO 2, produce gas nitrógeno y agua. Calcula el volumen de nitrógeno, medido a 1 atm y 273 K, que se desprende al descomponer 15 g de nitrito de amonio. [Sol: 5 2 L] 28.-Calcula los gramos de caliza, cuya riqueza en carbonato de calcio es del 83 6 por 100, que podrán ser atacados por 150 ml de disolución de ácido clorhídrico 1 M. La reacción que tiene lugar es CaCO 3 + 2HCl CaCl 2 + CO 2 + H 2 O. [Sol: 8 9 g de caliza] 5