Química (209) Ejercicios resueltos

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1 Química (209) Ejercicios resueltos OBJETIVO 3 1. En las siguientes ecuaciones determine cuál sustancia es oxidada y cuál sustancia es reducida. De igual manera, estipule cuál es el agente oxidante y cuál es el agente reductor. a) S + O 2 SO 2 b) Mg + H 2 SO 4 MgSO 4 + H 2 a) S + O 2 SO 2 En número de oxidación del azufre cambia de 0 a 4+, así que el azufre está oxidado y es el agente reductor. El número de oxidación del oxígeno cambia de 0 a 2-, así que el oxígeno está reducido y es el agente oxidante. b) Mg + H 2 SO 4 MgSO 4 + H 2 El número de oxidación del magnesio cambia de 0 a 2+; así que el magnesio está reducido y es el agente oxidante. El número de oxidación del grupo de sulfato no cambia, así que no se oxida ni se reduce. 2. Cuántos átomos de Hidrógeno están presentes en 45,6 grs de Urea [(NH 2 ) 2 CO], la cual se utiliza como fertilizante, como alimento para animales y en la fabricación de polímeros? 45,6 grs (NH 2 ) 2 CO átomos x 1 mol (NH 2 ) 2 CO x 6,022 átomos x mol (NH 2 ) 2 CO x 4 átomos H = 60,06 grs (NH 2 ) 2 CO 1 mol (NH 2 ) 2 CO 1 mol (NH 2 ) 2 CO = 1,82 x átomos de H 3. Escriba una ecuación balanceada para cada una de las reacciones siguientes: a) Óxido de sodio (NaO 2 ) + agua hidrógeno de sodio b) Hierro (III) oxido (Fe 2 O 3 ) + monóxido de carbono hierro + dióxido de carbono a) NaO 2 + H 2 O NaOH (no balanceada) NaO 2 + H 2 O 2NaOH (balanceada) b) FeO 3 + CO Fe + CO 2 (no balanceada) FeO 3 + 3CO Fe + 3CO 2 (balanceada)

2 4. La reacción termite es una reacción química importante para las vías férreas, ya que los trabajadores de éstas la usan para soldar vías de ferrocarril. En esta reacción se calienta una mezcla de metal aluminio y óxido de hierro (III) (conocida como termita Fe 2 O 3 ) para producir óxido de aluminio (Al 2 O 3 ) y metal de hierro. Una vez iniciada la reacción se libera una tremenda cantidad de calor, tanto así que el hierro fundido producido fusiona las vías de ferrocarril. Cuántos gramos de aluminio y óxido de hierro (III) se necesitan para producir 297 gramos de metal hierro? Cuántos gramos de óxido de aluminio de producirán? Se nos dice cuántos gramos de producto (hierro metálico) se forman, y podemos usar esta información para calcular los gramos de reactivos [aluminio y óxido de hierro (III)] necesarios para producir esta cantidad de producto. Peso atómico del Hierro: 55,8 g. Peso atómico del aluminio: 27 g. Peso atómico del oxígeno: 16 g. Paso 1: Escribimos la ecuación balanceada 2Al + Fe 2 O 3 Al 2 O 3 + 2Fe?g?g?g 279g Paso 2: Determinamos el número de moles de Fe?moles de Fe = (279g) x (1 mol/55,8g) = 5,00 moles de Fe 2Al + Fe 2 O 3 Al 2 O 3 + 2Fe?g?g?g 279g 5,00 mol Paso 3: Determinamos los moles de las demás sustancias? moles de Al = (5,00 moles de Fe) x ( 2 mol de Al/2 moles de Fe) = 5,0 moles de Al? moles de Fe 2 O 3 = (5,00 moles de Fe) x ( 1 mol de Fe 2 O 3 /2 moles de Fe) = 2,5 moles de Fe 2 O 3? moles de Al 2 O 3 = (5,00 moles de Fe) x ( 1 mol de Al 2 O 3 /2 moles de Fe) = 2,5 moles de Al 2 O 3 2Al + Fe 2 O 3 Al 2 O 3 + 2Fe?g?g?g 279g 5 mol 2,5 mol 2,5 mol 5 mol Paso : Calculamos los gramos de cada sustancia? gramos de Al = (5,00 moles) x (27,0 g/mol) = 135 g de Al.? gramos de Fe 2 O 3 = (2,5 moles) x (159,6,0 g/mol) = 399 g de Fe 2 O 3? gramos de Al 2 O 3 = (2,5 moles) x (102,0 g/mol) = 255 g de Al 2 O 3

3 Verificamos los resultados para ver si satisfacen la Ley de Conversión de la Masa: Masa de reactivos Masa de productos Gramos de Al = 135 g Gramos de Al 2 O 3 = 255 g Gramos de Fe 2 O 3 = 399 g Gramos de Fe = 279 g Masa total = 534 g Masa total = 534 g 5. El ácido clorhídrico reacciona con el oxígeno a alta temperatura para formar cloro molecular y agua. Determine: a) La cantidad en gramos necesaria para formar 1,2 moles de Cl 2 b) Cuántas moléculas de agua se producen. Datos: Pesos atómicos de H = 1; Cl = 35,5; O = 16; Nº Avogrado = 6,02 x La ecuación balanceada es la siguiente: 4HCL + O 2 = 2Cl 2 + 2H 2 O a) Según la estequiometría de la reacción, nhcl = 2nCl2 nhcl = 2 x 1,2 = 2,4 moles de HCl. Número de gramos HCl = 2,4 moles x 35,5 g/mol = 85,2 gramos de HCl. b) nh 2 O = ncl 2 = 1,2 moles de H 2 O Número de moléculas de H 2 O = número de moles de H 2 O x 6,02 x moléculas /mol = 1,2 moles de H 2 O x 6,02 x moléculas /mol = 7,22 x Cuando el sulfuro de hierro (FeS 2 ) reacciona con oxígeno, los productos son FeO 3 y SO 2. Haga el balance para esta ecuación química. Inicialmente tenemos la ecuación: afes 2 + bo 2 = cfe 2 O 3 + dso 2 Los valores de las incógnitas se encuentran asignando un valor a uno de los coeficientes que se buscan: 2b = número total de átomos de oxígeno a la izquierda; es par para cualquier valor entero de b. 3c + 2d = número total de átomos de oxígeno a la derecha; puede ser par o impar, según sea c par o impar. Para que 2b sea igual a (3c + 2d), es necesario que c sea par. Se puede probar ahora con el número par más pequeño, c = 2 y continuar a partir de él. afes 2 + bo 2 = 2Fe 2 O 3 + dso 2

4 Al lado derecho de la ecuación tenemos 4Fe y para igualar estos átomos de hierro, a debe ser igual a 4: 4FeS 2 + bo 2 = 2Fe 2 O 3 + dso 2 Para balancear el azufre d debe ser igual a 8: 4FeS 2 + bo 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 Para igualar el oxígeno, 2b = 2 x x 2 = 22, o sea que b = 22/2 = 11. La ecuación final será: 4FeS O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 7. Balancee las siguientes ecuaciónes: a) MnO 2 + HCl MnCl 2 + Cl 2 + H 2 O b) Co 3 O 4 + H 2 Co + H 2 O a) Tenemos la ecuación: amno 2 + bhcl cmncl 2 + dcl 2 + eh 2 O Tanto del lado izquierdo como del derecho tenemos 1 átomo de Mn, por lo tanto c = a; del lado derecho de la ecuación tenemos 1 átomo de O, mientras que del izquierdo tenemos 2, por lo tanto e = 2ª, tenemos: amno 2 + bhcl amncl 2 + dcl 2 + 2aH 2 O Del lado derecho de la ecuación tenemos que el número de átomos de Cl es (2a + 2d) = b (1) y el número de átomos de H es (4a = b); sustituyendo b en (1) tenemos 2a + 2d = a4, resolviendo tenemos que d=a. Sustituyendo en la ecuación tenemos: amno 2 + 4aHCl amncl 2 + acl 2 + 2aH 2 O Donde a puede ser par o impar. Tomando el primer valor impar, es decir a = 1, se tiene: MnO 2 + 4HCl MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O b) Tenemos inicialmente la ecuación: aco 3 O 4 + bh 2 cco + dh 2 O Del lado izquierdo de la ecuación tenemos 3a átomos de Co, mientras que del derecho tenemos c, por tanto c = 3a. Del lado izquierdo tenemos 4a átomos de O, mientras que del derecho tenemos d, por tanto d = 4a. aco 3 O 4 + bh 2 3aCo + 4aH 2 O

5 Del lado izquierdo de la ecuación tenemos 2b átomos de H, mientras que en el lado derecho hay 8a, así tenemos que 2b = 8a, donde b = 4a. Tomando para a el menor entero positivo (a = 1), se tiene: Co 3 O 4 + 4H 2 3Co + 4H 2 O 8. Considere la relación entre el hidrógeno y el oxígeno. Cuál es la máxima cantidad de agua que se puede obtener si se ponen a reaccionar 5 moles de hidrógeno y 2 moles de oxígeno? Cuál es el reactivo limitante? Paso 1: Escribimos la ecuación balanceada: H 2 + O 2 H 2 O (sin balancear) 2H 2 + O 2 2H 2 O (balanceada) Paso 2: Calculamos la relación entre los reactantes: Un mol de O 2 reacciona exactamente con 2 moles de H 2 para producir 2 moles de H 2 O. Esto es, para que no sobre nada de los reactantes, la relación necesaria entre los número de moles es: Nº O 2 = 1 = 0,5 Nº H 2 2 En este caso, la relación entre los números de moles: Nº O 2 = 2 = 0,4 Nº H 2 5 Es menor que la relación necesaria, esto significa que hay un defecto de O 2 ; es decir que cuando se consume totalmente el oxígeno, todavía queda algo de hidrógeno. El H 2 en exceso no puede reaccionar porque le falta oxígeno y por lo tanto, la cantidad de H 2 O que pueda obtenerse está limitada por el O 2 que se consume totalmente y es el reactivo limitante. Entonces, la máxima cantidad de H 2 O que se pueden obtener son 4 moles. 9. De acuerdo con la siguiente reacción (sin balancear): CS 2 + O 2 CO 2 + SO 2 Cuántos moles de SO 2 se podrán obtener a partir de 40,0 g de CS 2 y 28,0 g de O 2? Datos: Peso atómico de C = 12,01115; S = 32,064 y O = 16,0

6 Balanceamos la ecuación: CS 2 + 3O 2 CO 2 + 2SO 2 Esta ecuación nos indica la reacción necesaria: Nº CS 2 = 1 = 0,333 Nº O 2 3 Para establecer cuál es el reactivo limitante, calculamos cuánto vale la relación en el caso planteado. Calculamos el número de moles: Nº moles de CS 2 =40 g de CS 2 / [12, (2x32,064) g/mol] = 40 /76,139 = 0,526 moles Nº moles de O 2 = 28 g de O 2 / (2x16 g/mol) = 0,875 moles Entonces: Nº CS 2 = 0,526 = 0,601 Nº O 2 0,875 Como este valor es mayor que el anterior, tenemos un exceso de CS 2, por lo que el reactivo limitante es O 2. Por lo tanto, la máxima cantidad teórica de CS 2 que podemos obtener queda determinada por el oxígeno. Como 3 moles de O 2 (reactivo limitante) producen 2 moles de SO 2, se tiene: 3 moles de O 2 (producen) 2 moles de SO 2 0,875 moles de O 2 (producen) X moles de SO 2 X = 2 x 0,875 / 3 = 0,583 moles de SO En la combustión del propano: C 3 H 8 + O 2 CO 2 + H 2 O Se obtienen 75,8 g de CO 2 Cuántos gramos de C 3 H 8 y de O 2 habrán reaccionado? Datos: Peso atómico de C = 12,01115; H = 1 y O = 16,0 Balanceamos la ecuación: C 3 H 8 + 5O 2 3CO 2 + 4H 2 O

7 Calculamos los gramos de CO 2 en esta ecuación: g de CO 2 = 3 moles x [12, (16x2)] = 132,03345 g. Calculamos los gramos de C 3 H 8 : g de C 3 H 8 = 3x 12, x8 = 44,03345 g. Calculamos los gramos de O2: g de O 2 = 10 x 16 = 160 g. Como para producir 132,03345 g de CO 2 se requieren 44,03345 g de C 3 H 8 se tiene: 132,03345 g de CO 2 44,03345 g de C 3 H 8 75,8 g de CO 2 X g de C 3 H 8 X = 75,8 x 44,03345 / 132,03345 = 25,279 g de C 3 H 8 Asimismo, como para producir 132,03345 g de CO 2 se requieren 160 g de O 2, tenemos: 132,03345 g de CO g de O 2 75,8 g de CO 2 X g de O 2 X = 75,8 x 160 / 132,03345 = 91,855 g de O 2