TEMA 5. ASPECTOS CUANTITATIVOS

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1 @quimicapau: Hace un frio como de -273 C. pero no me importa. Estoy 0K TEMA 5. ASPECTOS CUANTITATIVOS Cuáles son los conceptos y ejercicios clave a repasar? CONCEPTO A REPASAR EJERCICIO - Cálculo de masa, moles, átomos, moléculas, moles de átomos - Ecuación de los gases ideales DISOLUCIONES ESTEQUIOMETRÍA: - Conceptos básicos - Reactivo limitante /exceso - Riqueza o pureza - Rendimiento de la reacción Fórmula empírica y Fórmula molecular 49 Advertencia: Este tema pertenece al libro Una química para todos. Cuaderno de ejercicios cuyo contenido se encuentra registrado en la propiedad intelectual, reservándose derechos de autor. De esta manera, no se consentirá el plagio y/o distribución sin consentimiento del propietario. 1

2 37. Una cantidad de oxígeno ocupa un volumen de 825 ml a 27 C y una presión de 0,8 atm. Para dicha muestra, calcula la cantidad de: a) moles de oxígeno b) moléculas de oxígeno c) átomos de oxígeno d) moles de átomos de oxígeno e) gramos de oxígeno f) volumen de oxígeno que ocuparía en condiciones normales Datos: Masas atómicas: O 16 a) P V n P V n n 0,8 aaa 0,825 L 0, 0000 mmm dd O aaa L 2 0,082 mmm K 300 K b) 0,0268 mmm dd O 2 6, mmméccccc O 2 1 mmm O 2 1, mmméccccc dd O 2 c) 0,0268 mmm dd O 2 6, mmméccccc O 2 1 mmm O 2 2 aa O 1 mmmécccc O 2 3, aa dd O d) 0,0268 mmm dd O 2 2 mmm aa O 1 mmm O 2 0, 000 mmm aa O e) 0,0268 mmm dd O 2 32 g O 2 1 mmm O 2 0, 888 g O 2 f) 0,0268 mmm dd O 2 22,4 L O 2 1 mmm O 2 0, 6 L O 2 2

3 38. Responde a las siguientes preguntas realizando los cálculos correspondientes: a) Cuántas moléculas existen en 1 mg de hidrógeno molecular? b) Cuántas moléculas existen en 1 ml de hidrógeno molecular en condiciones normales? c) Cuál es la densidad del hidrógeno molecular en condiciones normales? Datos: Masas atómicas: H1 a) 0,001 g H 2 1 mmm H 2 2 g H 2 6, mmméccccc H 2 1 mmm H 2 3, mmméccccc H 2 b) 0,001 L H 2 1 mmm H 2 22,4 L H 2 6, mmméccccc H 2 1 mmm H 2 2, mmméccccc H 2 c) 1 mmm H 2 22,4 L H 2 2 g H 2 1 mmm H 2 0, 000 g/l 39. Responde a las siguientes preguntas realizando los cálculos correspondientes: a) Si una persona bebe al día 1 litro de agua Cuántos átomos incorpora al día? b) Qué presión ejerce 2 g de C 4 H 8 S en estado gaseoso a 120 C en un recipiente de 1,5 L? Datos: Masas atómicas: H1; O16; C12; S32; Densidad del agua: 1 g/ml a) 1 L H 2 O 1000 mm H 2O 1 L H 2 O 1 g H 2O 1 mm H 2 O 1 mmm H 2O 18 g H 2 O 55,55 mmm H 2 O 55,55 mmm H 2 O 6, mmméccccc H 2 O 1 mmm H 2 O 3 áttttt 1 mmmécccc H 2 O áttttt b) 2 g C 4 H 8 S 1 mmm C 4H 8 S 88 g C 4 H 8 S 0,0227 mmm C 4H 8 S P n V P 0,0227 mmm C 4H 8 S 0,082 1,5 L aaa L 393 K mmm K 0, 444 aaa 3

4 40. Se dispone de tres recipientes que contienen en estado gaseoso A1L de metano, B2L de nitrógeno molecular y C3L de ozono (O 3 ) en las mismas condiciones de presión y temperatura. Justifica: a) Qué recipiente contiene mayor número de moléculas? b) Cuál contiene mayor número de átomos? c) Cuál tiene mayor densidad? Datos: Masas atómicas: H1; C12; N14; O16 a) 1 L CC 4 : n P V P 1 L mmméccccc 6, P 1 2 L N 2 : n P V P 2 L mmméccccc 6, P 2 3 L O 3 : n P V P 3 L mmméccccc 6, P 3 b) 1 L CC 4 : 6, P 1 mmméccccc 5 áttttt 1 mmmécccc P 3, áttttt 2 L N 2 : 6, P 2 mmméccccc 2 áttttt 1 mmmécccc P 2, áttttt 3 L O 3 : 6, P 3 mmméccccc 3 áttttt 1 mmmécccc P 5, áttttt c) 1 L CC 4 : d m V n MM V P 1 16 g/mmm 1 L P 16 g/l 2 L N 2 : d m V n MM V P 2 28 g/mmm 2 L P 28 g/l 3 L O 3 : d m V n MM V P 3 48 g/mmm 3 L P 44 g/l El recipiente con O 3 es el que contiene mayor número de moléculas, átomos y densidad. 4

5 41. Se dispone de una disolución de HNO 3 7 M con una densidad de 1,22 g/ml. Calcula: a) La concentración de dicha disolución en tanto por ciento en masa. b) La molaridad de la disolución resultante al añadir 0,2 L de agua destilada a 0,5 L de disolución anterior. Datos: Masas atómicas: N 14; O 16; H 1 a) Para poder aplicar la fórmula de % en masa calcularemos los gramos de soluto y disolución: - Gramos de soluto (HNO 3 ) en 1 L de disolución: CCCCCCCCCCCón HHH 3 7 M 7 mmm HHH 3 1 L ddddddddón 7 mmm HHH 3 1 L ddddddddón 63 g HHH 3 1 mmm HHH g HHH 3 1 L ddddddddón - Gramos de disolución en 1 L de disolución: DDDDDDDD 1220 g/l 1111 g dd ddddddddón 1 L ddddddddón % mmmm g SOLUTO g DISOLUCIÓN gggggg HHH , 111 % 1220 gggggg ddddddddón b) MMMMMMMMM mmm HHH 3 L ddddddddón 7 M 0,5 L 0,5 L + 0,2 L 3,5 mmm 0,7 L 5 M Volumen de agua añadido 5

6 42. Se dispone de una disolución de HNO 3 concentrado de densidad 1,505 g/ ml y 98% de riqueza en masa. Calcula: a) La molaridad de la disolución. b) La fracción molar del ácido. c) El volumen de HNO 3 necesario para preparar 250 ml de una disolución HNO 3 1 M. d) La molaridad resultante de la disolución de HNO 3 si tomamos 150 ml del ácido más diluido y le añadimos 200 ml del más concentrado. Supón que los volúmenes son aditivos. Datos: Masas atómicas: N 14; O 16; H 1 a) 1505 g ddddddddón 1 L ddddddddón 98 g HHH g ddddddddón 1 mmm HHH 3 23,41 mmm HHH 3 63 g HHH 3 1 L ddddddddón 22, 44 M b) - Calculamos los moles de H 2 O en 1 litro de disolución de la siguiente manera: 1505 g ddddddddón 1 L ddddddddón 2 g H 2 O 100 g ddddddddón 1 mmm H 2O 18 g H 2 O 1, 66 mmm H 2O 1 L ddddddddón X HHH3 mmmmm HHH 3 mmmmm HHH 3 + mmmee H 2 O 23,41 0, ,41 + 1,67 c) Disolución concentrada Disolución preparada (diluida) 23,41 M V? 1 M 0,25 L 0,25 mol 0,25 mol Puesto que es una dilución, debe haber el mismo número de moles de soluto en ambas disoluciones MMMMMMMMM mmmmm HHH 3 LLLLLL ddddddddón LLLLLL ddddddddón 0,25 mmm 23,41 M 0, L Disolución diluida Disolución concentrada d) MMMMMMMMM mmmmm HHH 3 0,15 L 1 M + 0,2 L 23, 41 M L ddddddddón 0,15 L + 0,2 L 11, 8 M 6

7 43. Una disolución acuosa de ácido sulfúrico tiene una densidad de 1,05 g/ml a 20 C, y contiene 147 g de ese ácido en 1500 ml de disolución. Calcula: a) La fracción molar de soluto y de disolvente de la disolución. b) Qué volumen de la disolución anterior hay que tomar para preparar 500 ml de disolución 0,5 M del citado ácido? Datos: Masas atómicas: H1; O16; S32 a) - Calculamos los moles de H 2 SO 4 y de H 2 O que contiene la disolución: 147 g H 2 SS 4 1 mmm H 2SS 4 98 g H 2 SS 4 1, 5 mmm H 2 SS mm ddddddddón 1,05 g ddddddddón 1 mm ddddddddón 1575 g ddddddddón 1575 g ddddddddón 147 g H 2 SS g H 2 O 1428 g H 2 O 1 mmm H 2O 18 g H 2 O 77, 33 mmm H 2O X H2 SS 4 mmmmm H 2 SS 4 mmmmm H 2 SS 4 + mmmmm H 2 O 1,5 mmm 1,5 mmm + 79,33 mmm 0, 0000 X H 2 O mmmmm H 2 O mmmmm H 2 SS 4 + mmmmm H 2 O 79,33 mmm 1,5 mmm + 79,33 mmm 0, 9999 b) - Calculamos la molaridad de la disolución concentrada: M mmmmm H 2SS 4 LLLLLL ddddddddón 1,5 mmm H 2SS 4 1,5 L ddddddddón 1M Disolución concentrada (Inicial) Disolución preparada (diluida) 1 M V? 0,5 M 0,5 L 0,25mol 0,25 mol Puesto que es una dilución, debe haber el mismo número de moles de soluto en ambas disoluciones MMMMMMMMM mmmmm H 2 SS 4 LLLLLL ddddddddón LLLLLL ddddddddón 0,25 mmm 1 M 0, 22 L 7

8 44. En disolución acuosa el ácido sulfúrico reacciona con cloruro de bario precipitando totalmente sulfato de bario y obteniéndose además ácido clorhídrico. Calcula: a) El volumen de una disolución de ácido sulfúrico de 1 84 g/ml de densidad y 96 % de riqueza en masa, necesario para que reaccionen totalmente 21 6 g de cloruro de bario. b) La masa de sulfato de bario que se obtendrá. Masas atómicas: H 1; O 16; S 32; Ba 137 4; Cl a) - Calculamos los moles de BaCl 2 que reaccionan: 21,6 g BBBB 2 1 mmm BBBB 2 208,4 g BBBB 2 0, 1111 mmm BBBB 2 - Calculamos la molaridad del H 2 SO g ddddddddón 1 L ddddddddón 96 g H 2 SS g ddddddddón 1 mmm H 2SS 4 18,02 mmm H 2SS 4 11, 00 M 98 g H 2 SS 4 1 L ddddddddón - Escribimos la reacción ajustada y establecemos la relación estequiométrica: Al estar en la misma relación estequiométrica, reaccionará la misma cantidad de H 2 SO 4 que de BaCl 2 (0,1036 mol), y ya podemos calcular el volumen de disolución necesario para ello: H 2 SO 4 + BaCl 2 BaSO HCl 18,02 M 0,1036 mol 0,1036 mol MMMMMMMMM mmmmm H 2SS 4 0,1036 mmm LLLLLL ddddddddón LLLLLL ddddddddón 18,02 M 5, L b) - Partiendo de la cantidad que reacciona de BaCl 2 y teniendo en cuenta la relación estequiométrica, calculamos la masa de sulfato de bario obtenido: 0,1036 mmm BBBB 2 1 mmm BBBB 4 1 mmm BBBB 2 233,4 g BBBB 4 1 mmm BBBB 4 22, 11 g BBBB 4 8

9 45. El cinc reacciona con el ácido sulfúrico según la reacción: Zn + H 2 SO 4 ZnSO 4 + H 2 a) Calcula la masa de ZnSO 4 obtenida a partir de 10 g de Zn y 100 ml de H 2 SO 4 de concentración 2 M. b) Calcula el volumen de H 2 desprendido, medido a 25 C y a 1 atm, cuando reaccionan 20 g de Zn con H 2 SO 4 en exceso. Datos: Masas atómicas: Zn 65,4; S32; O16; H1; a) - Calculamos los moles de cada uno de los reactivos para determinar el limitante: 10 g ZZ 1 mmm ZZ 0, 111 mmm ZZ 65,4g ZZ MMMMMMMMM mmmmm H 2 SS 4 LLLLLL ddddddddón mmmmm H 2SS 4 2 M 0,1 L 0, 2 mmm H 2 SS 4 - Escribimos la reacción ajustada e interpretamos la relación estequiométrica entre ellos: Zn + H 2 SO 4 ZnSO 4 + H 2 Al estar en la misma relación estequiométrica, el reactivo limitante (con el que hacemos los cálculos) será el más pequeño (0,153 mol Zn) y teniendo en cuenta la relación estequiométrica, calculamos los gramos de ZnSO 4 : 0,153 mmm ZZ 1 mmm ZZZZ 4 1 mmm ZZ 161,4 g ZZZZ 4 1 mmm Znnn 4 22, 66 g ZZZZ 4 b) - Partiendo de 20 g de Zn y teniendo en cuenta la relación estequiométrica, calculamos el volumen de H 2 desprendido: 20 g ZZ 1 mmm ZZ 65,4 g ZZ 1 mmm H 2 1 mmm ZZ 0,305 mmm H 2 P V n V n P 0,305 mmm H aaa L 2 0, K mmm K 1 aaa 7, 44 L 9

10 46. Dada la siguiente reacción química sin ajustar: H 3 PO 4 + NaBr Na 2 HPO 4 + HBr Si en un análisis se añaden 100 ml de ácido fosfórico 2,5 M a 40 g de bromuro de sodio. a) Cuántos gramos de Na 2 HPO 4 se habrán obtenido? b) Si se recoge el bromuro de hidrógeno gaseoso en un recipiente de 500 ml, a 50 C, Qué presión ejercerá? Datos: Masas atómicas: H1; P31; O16; Na23; Br80. a) - Calculamos los moles de cada uno de los reactivos para determinar el limitante: 40 g NNNN 1 mmm NNNN 0, 333 mmm NNNN 103 g NNNN MMMMMMMMM mmmmm H 3PP 4 L ddddddddón mmmmm H 3PP 4 2,5 M 0,1 L 0, 22 mmm H 3 PP 4 - Escribimos la reacción ajustada e interpretamos la relación estequiométrica entre ellos: H 3 PO NaBr Na 2 HPO HBr 0,25 mol inicial 0,388 mol inicial 0,194 mol reacciona 0,0558 mol exceso Relación estequiométrica 2 mol NaBr : 1 mol H 3 PO 4 Cuando todo el NaBr se consuma (0,388 mol) habrán reaccionado la mitad de H 3 PO 4 (0,194 mol) quedando un exceso de 0,0558 mol de H 3 PO 4 Ello significa que NaBr es el reactivo limitante (con el que hacer los cálculos) y teniendo en cuenta la relación estequiométrica, calculamos los gramos de Na 2 HPO 4 : 0,388 mmm NNNN 1 mmm NN 2HHH 4 2 mmm NNNN 142 g NN 2HHH 4 1 mmm NN 2 HHH 4 22, 55 g NN 2 HHH 4 ooooniiii b) - Partiendo del reactivo limitante y teniendo en cuenta la relación estequiométrica, calculamos la presión ejercida por el HBr: 0,388 mmm NNNN 2 mmm HHH 2 mmm NNNN 0,388 mmm HHH P n V aaa L 0,388 mmm HHH 0, K P mmm K 0,5 L 22, 55 aaa 10

11 47. Si 12 g de un mineral que contiene un 60% de cinc se hacen reaccionar con una disolución de ácido sulfúrico del 96% en masa y densidad 1 82 g/ml, según: Zn + H 2 SO 4 ZnSO 4 + H 2 a) Calcula los gramos de sulfato de cinc que se obtienen. b) Calcula el volumen de ácido sulfúrico que se ha necesitado. Masas atómicas: S 32; H 1; O 16; Zn65. a) - Calculamos los moles de Zn que reaccionan: 12 g mmmmmmm 60 g ZZ 100 g mmmmmmm 1 mmm ZZ 65 g ZZ 0, 11 mmm ZZ - Escribimos la reacción ajustada y establecemos la relación estequiométrica: Zn + H 2 SO 4 ZnSO 4 + H 2 0,11 mmm ZZ 1 mmm ZZZZ 4 1 mmm ZZ 161 g ZZZZ 4 1 mmm ZZZZ 4 11, 88 g ZZZZ 4 b) - Calculamos los moles de H 2 SO 4 que reaccionarían por la estequiometría de la reacción: 0,11 mmm ZZ 1 mmm H 2SS 4 1 mmm ZZ 0, 11 mmm H 2 SS 4 - Calculamos la molaridad de la disolución de H 2 SO 4 y deducimos el volumen empleado: 1820 g ddddddddón 1 L ddddddddón 96 g H 2 SS g ddddddddón 1 mmm H 2SS 4 17,82 mmm H 2SS 4 11, 88 M 98 g H 2 SS 4 1 L ddddddddón MMMMMMMMM mmmmm H 2SS 4 L ddddddddón L ddddddddón mmmmm H 2SS 4 0,11 mmm MMMMMMMMM 17,82 M 6, L 11

12 48. La combustión de 0,5 g del compuesto orgánico 2,2,3-trimetilbutano (C 7 H 16 ) produjo 650 ml de CO 2 medidos a 0 C y 1 atm de presión. Calcula el rendimiento de la reacción. - Escribimos la reacción de combustión ajustada C 7 H O 2 7 CO H 2 O - A partir de 0,5 g de C 7 H 16 y teniendo en cuenta la relación estequiométrica, calculamos los moles de CO 2 teóricos: 0,5 g C 7 H 16 1 mmm C 7H g C 7 H 16 7 mmm CC 2 1 mmm C 7 H 16 0, 000 mmm CC 2 TTÓRRRRR - Calculamos los moles de CO 2 reales obtenidos y los comparamos con los teóricos: n CC2 P V 1 aaa 0,65 L 0,082 0, 000 mmm CC aaa L 2 RRRRRR mmm K 273 K RRRRRRRRRRR Caaaaaaa RRRR CCCCCCCC TTórrrr 100 0,029 mmm CC 2 RRRRRR , 99% 0,035 mmm CC 2 TTórrrrr 12

13 49. Un ácido orgánico está formado por carbono, hidrógeno y oxígeno. De la combustión de 10 gramos del compuesto se obtienen 0,455 moles de H 2 O y 0,455 moles de CO 2. Sabemos también que, en estado gaseoso, 1 g del compuesto ocupa 1dm 3 a 0,44 atm y 473 K. Determina la fórmula empírica y la fórmula molecular del compuesto orgánico. Datos: Masas atómicas: C12; H1; O16 Cuando un compuesto orgánico se quema completamente, todo su C pasa a CO 2 y todo su H pasa a H 2 O. De esta manera, calculando los gramos de C e H producidos y restándoselos a los 10 g del compuesto orgánico, podremos deducir los g de O: 1 mmm aa C 0,455 mmm CC 2 1 mmm CC 2 0,455 mmm H 2 O 12 g C 5, 44 g C 1 mmm aa C 2 mmm aa H 1 mmm H 2 O 1 g H 0, 99 g H 1 mmm aa H 10 g ácccc oooánnnn ccc C, H, O 5,46 g C 0,91 g H 3, 66 g O - Calculamos los moles de átomos de C, H, O y dividimos todos ellos por el menor para obtener la fórmula empírica: 5,46 g C 0,91 g H 3,63 g O 1 mmm aa C 12 g C 1 mmm aa H 1 g H 1 mmm aa O 16 g O 0, 444 mmm aa C 0, 99 mmm aa H 0, 222 mmm aa O C: 0,455/0,227 2 H: 0,91/0,227 4 O: 0,227/0,227 1 Fórmula empírica: C 2 H 4 O - Para determinar la fórmula molecular, primero calculamos la masa molar del compuesto: P V n P V mmmm mmmmm m P V m MMMM mmmmm aaa L 1 g 0, K mmm K 0,44 aaa 1 L 88 g/mmm - Finalmente, para determinar la fórmula molecular, estudiamos la relación entre la masa molar de la fórmula molecular (88 g/mol) y la empírica (44 g/ mol) y las comparamos: 88 g/mmm 44 g/mmm 2 Fórmula molecular: C 4 H 8 O 2 13

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