TEMA 3.- Reacciones químicas. Estequiometría

Transcripción

1 TEMA 3.- Reacciones químicas. Estequiometría Se hace reaccionar ácido sulfúrico con magnesio. Se pide: a) Masa de magnesio que se necesita para reaccionar con 150 ml de una disolución acuosa de ácido sulfúrico del 96 % en masa y densidad 1 35 g/ml. b) Volumen de hidrógeno desprendido medido a 20 ºC y 700 mm de Hg. c) Masa de sulfato de magnesio que se obtiene. Masas atómicas en uma: Mg = 24 3; H = 1; S = 32; O = 16; R = atm l mol -1 K -1. Sol.: a) 48 2 g; b) L; c) g Calcular el volumen de aire necesario para quemar los 12 kg de butano de una bombona. Determinar también el volumen de dióxido de carbono que se desprende, medido en condiciones estándar (1 atm y 25 ºC). Se sabe que el aire se encuentra en condiciones estándar y que contiene un 21 % en volumen de oxígeno. Masas atómicas en uma: C = 12; H = 1; O = 16; R = atm l/mol K. Sol.: L de aire; L de CO Una disolución que contiene 0 5 g de hidróxido de calcio se neutraliza con ácido clorhídrico 0 1 M. Calcular el volumen de ácido comercial necesario. Masas atómicas en uma: Ca = 40; O = 16, H = 1. Sol.: L (PAU) En disolución acuosa el ácido sulfúrico reacciona con cloruro de bario precipitando totalmente sulfato de bario y obteniéndose además ácido clorhídrico. Calcule: 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 = Sol.: a) 5 75 ml; b) g (PAU) Al añadir ácido clorhídrico al carbonato de calcio se forma cloruro de calcio, dióxido de carbono y agua. a) Escriba la reacción y calcule la cantidad en kilogramos de carbonato de calcio que reaccionará con 20 L de ácido clorhídrico 3 M. b) Qué volumen ocupará el dióxido de carbono obtenido, medido a 20 ºC y 1 atmósfera? Datos: R = atm L K -1 mol -1. Masas atómicas: C = 12; O = 16; Ca = 40. Sol.: a) 3 kg; b) L (PAU) Dada la siguiente reacción química: 2 AgNO 3 + Cl 2 N 2 O AgCl + ½ O 2 Calcule: a) Los moles de N 2 O 5 que se obtienen a partir de 20 g de AgNO 3. b) El volumen de oxígeno obtenido, medido a 20 ºC y 620 mm de Hg. N = 14; O = 16; Ag = 108. Sol.: a) moles; b) 0 87 L Calcular el volumen de ácido sulfhídrico medido a 20 ºC y 790 mm de Hg que se obtendrá al atacar con ácido sulfúrico 100 kg de un mineral que tiene una riqueza del 85 % en sulfuro de hierro (II). Datos: masas atómicas en uma: Fe = 55 85; S = 32; H = 1; O = 16; R = atm l mol -1 K -1. Sol.: L Para calcular la pureza de una muestra de sulfato de amonio se hace reaccionar 50 g de la misma con un exceso de hidróxido de calcio; después de producirse la reacción se desprenden 2 5 litros de amoniaco medidos a 710 mm de Hg y 23 ºC. Cuál es la pureza de la muestra? Datos: masas atómicas en uma: N = 14; H = 1; S = 32; O = 16; R = atm l mol -1 K -1. Sol.: 12 7 % Al quemar 3 g de antracita (una de las variedades del carbón) se obtienen 5 3 L de dióxido de carbono medidos en c.n. Calcular la riqueza en carbono de la antracita. Departamento de Física y Química IES Leopoldo Queipo (Melilla) 20

2 Cuestiones y problemas de Física y Química 1º Bachillerato Curso Datos: masas atómicas en uma: C = 12; O = 16; R = atm l/mol K. Sol.: % Al tratar una muestra de 0 5 g de sulfuro de hierro (II) impuro con cloruro de hidrógeno se desprenden 100 ml de sulfuro de hidrógeno medidos a 27 ºC y 760 mm de Hg. Determinar la pureza de la muestra de sulfuro de hierro (II). Datos: masas atómicas en uma: Fe = 55 85, S = 32; H = 1; Cl = 35 5; Sol.: % Se desea conocer la pureza en carbonato de calcio de una caliza mineral y para ello se disuelven 0 75 g de ella en 50 ml de ácido clorhídrico 0 15 M. El exceso de ácido clorhídrico añadido consume en su valoración 4 85 ml de hidróxido sódico 0,125 M. Cuál es el porcentaje de carbonato de calcio que hay en la muestra? Datos: masas atómicas en uma: Ca = 40; C = 12; O = 16; H = 1; Cl = 35 5; Na = 23. Sol.: % (PAU) Para determinar la riqueza de una partida de cinc se tomaron 50 g de muestra y se trataron con ácido clorhídrico del 37 % en peso y 1 18 g/ml de densidad, consumiéndose 126 ml de ácido. La reacción de cinc con ácido produce hidrógeno molecular y cloruro de cinc. Calcule: a) La molaridad de la disolución de ácido clorhídrico. b) El porcentaje de cinc en la muestra. Masas atómicas: H = 1; Cl = 35 5; Zn = Sol.: a) M; b) % (PAU) El clorato de potasio se descompone a alta temperatura para dar cloruro de potasio y oxígeno molecular. a) Escriba y ajuste la reacción. Qué cantidad de clorato de potasio puro debe descomponerse para obtener 5 L de oxígeno medidos a 20 ºC y 2 atmósferas? b) Qué cantidad de cloruro de potasio se obtendrá al descomponer 60 g de clorato de potasio del 83 % de riqueza? Cl = 35 5; K = 39; O = 16. Sol.: a) g; b) g (PAU) 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 Calcule: a) Los gramos de sulfato de cinc que se obtienen. b) El volumen de ácido sulfúrico que se ha necesitado. Masas atómicas: O = 16; H = 1; S = 32; Zn = 65. Sol.: a) g; b) 6 21 ml (PAU) El carbonato de calcio reacciona con ácido sulfúrico según: CaCO 3 + H 2 SO 4 CaSO 4 + CO 2 + H 2 O a) Qué volumen de ácido sulfúrico concentrado de densidad 1 84 g/ml y 96 % de riqueza será necesario para que reaccionen por completo 10 g de CaCO 3? b) Qué cantidad de CaCO 3 del 80 % de riqueza será necesaria para obtener 20 L de CO 2, medidos en condiciones normales? Masas atómicas: C = 12; O = 16; H = 1; S = 32; Ca = 40. Sol.: a) 5 55 ml; b) g Se dispone de una muestra de 12 g de un cinc comercial impuro que se hacen reaccionar con 30 cm 3 de una disolución acuosa de ácido clorhídrico del 35 % en masa y densidad 1 18 g/cm 3. Calcular la pureza de la muestra de cinc. Masas atómicas: Zn = 65 37; Cl = 35 45; H = 1. Sol.: % (PAU) El níquel reacciona con ácido sulfúrico. a) Una muestra de 3 g de níquel impuro reacciona con 2 ml de una disolución de ácido sulfúrico 18 M. Calcule el porcentaje de níquel en la muestra. b) Calcule el volumen de hidrógeno desprendido, a 25 ºC y 1 atm, cuando reaccionan 20 g de níquel puro con exceso de ácido sulfúrico. Datos: R = atm L K -1 mol -1. Masa atómica: Ni = Sol.: a) %; b) 8 33 L (PAU) El carbonato de sodio se puede obtener por descomposición térmica del hidrogenocarbonato de sodio, según la reacción: 2 NaHCO 3 Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O Se descomponen 50 g de hidrogenocarbonato de sodio de un 98 % de riqueza en peso. Calcule: a) El volumen de CO 2 desprendido, medido a 25 ºC y 1 2 atm. b) La masa, en gramos, de carbonato de sodio que se obtiene. Salvador Molina Burgos (salvador@iesleopoldoqueipo.com) 21

3 Na = 23; H = 1; C = 12; O = 16. Sol.: a) 5 94 L; b) g Calcular la pureza de una muestra de sulfuro de hierro (II), sabiendo que al tratar 0 5 g de la misma con ácido clorhídrico se desprenden 100 cm 3 de sulfuro de hidrógeno, medidos a 27 ºC y 760 mm de Hg. Fe = 55 85; S = 32; H = 1; Cl = Sol.: % El monóxido de carbono reacciona con el hidrógeno para formar metano y agua. Calcular cuántos gramos de metano pueden obtenerse a partir de 100 g de monóxido de carbono, sabiendo que el rendimiento de la reacción es del 80 %. Masas atómicas en uma: C = 12; O = 16; H = 1. Sol.: g Se descomponen térmicamente 0 1 kg de calcita, del 75 % de riqueza en carbonato de calcio, obteniéndose 9 L de óxido de carbono (IV) en c.n. Cuál es el rendimiento de la reacción? Masas atómicas: Ca = 40; C = 12; O = 16. Sol.: % (PAU) Sabiendo que el rendimiento de la reacción: FeS 2 + O 2 Fe 2 O 3 + SO 2 es del 75 %, a partir de 360 g de disulfuro de hierro, calcule: a) La cantidad de óxido de hierro (III) producido. b) EL volumen de SO 2, medido en condiciones normales, que se obtendrá. Masas atómicas: Fe = 56; S = 32; O = 16. Sol.: a) 180 g; b) L Se queman 32 g de metano. a) Calcular el volumen de aire, medido en c.n., necesario para ello. b) Calcular el rendimiento de la reacción si se obtienen 50 g de agua. Masas atómicas: C = 12; H = 1; O = 16. Porcentaje de oxígeno en el aire = 21 % en volumen. Sol.: a) L; b) % En el denominado proceso Mond para purificar el níquel se produce el níquel tetracarbonilo, Ni(CO) 4, mediante la reacción: Ni + CO Ni(CO) 4 a) Calcular el volumen de monóxido de carbono necesario para combinarse con 1 kg de níquel si se supone medido a 300 ºC y 2 atm de presión. b) Una vez terminada la reacción se determina la cantidad de Ni(CO) 4 obtenida, siendo de g. Cuál es el rendimiento del proceso? Ni = 58 7; C = 12; O = 16. Sol.: a) L; b) 80 % El carbono a alta temperatura reacciona con vapor de agua, produciéndose monóxido de carbono e hidrógeno. A su vez, el monóxido obtenido reacciona posteriormente con más vapor de agua, obteniéndose dióxido de carbono e hidrógeno. Calcular la cantidad de carbono necesaria para obtener 120 litros de dióxido de carbono medidos en c.n., así como la masa de hidrógeno que se obtendrá en total. Masas atómicas en uma: C = 12; H = 1; O = 16. Sol.: g; g El ácido nítrico se obtiene a partir del amoníaco mediante un proceso de 3 etapas: amoníaco + oxígeno monóxido de nitrógeno + agua monóxido de nitrógeno + oxígeno dióxido de nitrógeno dióxido de nitrógeno + agua ácido nítrico + monóxido de nitrógeno Suponiendo que el rendimiento es del 82 % para cada una de las etapas, qué cantidad de ácido nítrico se puede obtener a partir de 10 kg de amoníaco? Masas atómicas en uma: N = 14; H = 1; O = 16. Sol.: kg La pirita es un mineral de FeS 2 que se utiliza en la obtención industrial de ácido sulfúrico de acuerdo con la siguiente serie de reacciones: FeS 2 + oxígeno óxido de hierro (III) + óxido de azufre (IV) dióxido de azufre + oxígeno trióxido de azufre trióxido de azufre + agua ácido sulfúrico Calcular la masa de pirita del 90 % en FeS 2 que se necesita para obtener 100 kg de ácido sulfúrico, suponiendo que el rendimiento global del proceso es del 80 %. Masas atómicas en uma: H = 1; O = 16; S = 32; Fe = Sol.: kg Durante la Primera Guerra Mundial se empleó el fosfano como gas venenoso en la guerra de trincheras. Esta sustancia se obtiene mediante la reacción: Departamento de Física y Química IES Leopoldo Queipo (Melilla) 22

4 Cuestiones y problemas de Física y Química 1º Bachillerato Curso Na 3 P + H 2 O PH 3 + NaOH Qué masa de fosfano se obtendrá al hacer reaccionar 150 g de fosfuro de sodio con 250 ml de agua? Datos: masas atómicas en uma: Na = 23; P = 31; H = 1; O = 16. Densidad del agua = 1 g/ml. Sol.: 51 g Se ponen en un matraz 30 g de aluminio del 95 % de pureza y se hacen reaccionar con 100 ml de un ácido clorhídrico comercial del 35 % en masa y densidad 1 17 g/ml. Calcular la masa de cloruro de aluminio que se obtiene sabiendo que el rendimiento de la reacción es del 80 %. Datos: masas atómicas en uma: Al = 27; H = 1; Cl = Sol.: g En un matraz de 2 L lleno de oxígeno a 2 8 atm y 27 ºC se introduce una cinta de hierro puro de g. Si se produce la combustión completa del hierro y éste se oxida a óxido de hierro (III), determinar la cantidad de óxido formado y la presión final en el interior del matraz. Despreciar el volumen ocupado por el óxido de hierro (III). Datos: masas atómicas en uma: Fe = 55 85; O = 16; Sol.: 0 4 g; 2 75 atm Si reaccionan 100 g de hidróxido de hierro (III) con 100 ml de ácido sulfúrico 2 M se obtienen 5 g de agua. Determinar el rendimiento de la reacción. Datos: masas atómicas en uma: Fe = 55 85; H = 1; O = 16; S = 32. Sol.: % Se mezclan 2 L de cloro medidos a 97 ºC y 3 atm con 3 45 g de sodio metálico y se dejan reaccionar. Calcular la masa de cloruro de sodio obtenida y la masa del reactivo que queda en exceso. Datos: masas atómicas en uma: Na = 23, Cl = 35 5; Sol.: g de NaCL; sobran g de cloro (PAU) El cloruro de sodio reacciona con nitrato de plata precipitando totalmente cloruro de plata y obteniéndose además nitrato de sodio. Calcule: a) La masa de cloruro de plata que se obtiene a partir de 100 ml de disolución de nitrato de plata 0 5 M y de 100 ml de disolución de cloruro de sodio 0 4 M. b) Los gramos del reactivo en exceso. Masas atómicas: O = 16; Na = 23; N = 14; Cl = 35,5; Ag = 108. Sol.: a) 5 74 g; b) g (PAU) En el lanzamiento de naves espaciales se emplea como combustible hidracina, N 2 H 4, y como comburente peróxido de hidrógeno, H 2 O 2. Estos dos reactivos arden por simple contacto según: N 2 H 4 (l) + 2 H 2 O 2 (l) N 2 (g) + 4 H 2 O (g) Los tanques de una nave llevan kg de hidracina y kg de peróxido de hidrógeno. a) Sobrará algún reactivo? En caso de respuesta afirmativa, en qué cantidad? b) Qué volumen de nitrógeno se obtendrá en condiciones normales de presión y temperatura? Masas atómicas: N = 14; O = 16; H = 1. Sol.: a) kg; b) L Se hacen reaccionar 20 g de clorato de potasio con 10 g de azufre, obteniéndose cloruro de potasio y óxido de azufre (IV). Calcular la masa de cloruro de potasio que se forma y el volumen de dióxido de azufre que se desprende medido a 22 ºC y 758 mm de Hg. Masas atómicas en uma: K = 39 1; Cl = 35 5; S = 32; O = 16; Sol.: g; 5 82 L (PAU) Se mezclan 20 g de cinc puro con 200 ml de disolución de HCl 6 M. Cuando finalice la reacción y cese el desprendimiento de hidrógeno: a) Calcule la cantidad del reactivo que queda en exceso. b) Qué volumen de hidrógeno, medido a 27 ºC y 760 mm de Hg, se habrá desprendido? Zn = 65 4; Cl = 35 5; H = 1. Sol.: a) g de HCl; b) 7 52 L (PAU) Reaccionan 230 g de carbonato de calcio del 87 % de riqueza con 178 g de cloro según: CaCO 3 (s) + Cl 2 (g) Cl 2 O(g) + CaCl 2 (s) + CO 2 (g) Los gases formados se recogen en un recipiente de 20 L a 10 ºC. En estas condiciones, la presión parcial del Cl 2 O es 1,16 atmósferas. Calcule: a) El rendimiento de la reacción. b) La molaridad de la disolución de CaCl 2 que se obtiene cuando a todo el cloruro de calcio producido se añade agua hasta un volumen de 800 ml. C = 12; O = 16; Cl = 35 5; Ca = 40. Sol.: a) %; b) 1 25 M Se tienen 18 g de una mezcla de propano y butano cuya proporción en masa es 2:1. Calcular el volumen de dióxido de carbono obtenido al quemar- Salvador Molina Burgos (salvador@iesleopoldoqueipo.com) 23

5 los, medido a 40 ºC y 740 mm de Hg. Datos: masas atómicas en uma: C = 12; H = 1; O = 16; R = atm l mol -1 K -1. Sol.: L Una mezcla de 50 cm 3 formada por etano y propano necesita para su combustión completa 235 cm 3 de oxígeno. Cuál es la composición de la mezcla? Todos los gases se encuentran en las mismas condiciones de presión y temperatura. Sol.: 10 cm 3 de etano y 40 cm 3 de propano El clorato y el perclorato de potasio se descomponen al calentarse formando cloruro de potasio y dioxígeno. Se dispone de una mezcla de ambas sustancias y se quiere saber cuál es el porcentaje que contiene cada una de ellas. Para determinarlo se toma una muestra de 4 g de la mezcla y se calienta, en un recipiente abierto, hasta llegar a una masa constante de 2 4 g. Cuál es la composición de la mezcla? Masas atómicas en uma: K = 39 1; Cl = 35 5; O = 16. Sol.: 3 17 g de clorato y 0 83 g de perclorato propano con oxígeno suficiente se producen 100 cm 3 de óxido de carbono (IV). Calcular la composición de la mezcla y el volumen de oxígeno necesario en la combustión completa. Todos los gases se encuentran en las mismas condiciones de presión y temperatura. Sol.: 10 cm 3 de metano y 30 cm 3 de propano; 220 cm 3 de oxígeno Se hace reaccionar una muestra de g de una aleación de aluminio y cinc con un exceso de ácido clorhídrico. En la reacción se desprenden 129 ml de hidrógeno medidos a 27 ºC y 760 mm de Hg. Calcular la composición de la aleación. Datos: masas atómicas en uma: Al = 27; Zn = 65 4; Sol.: g de Al y g de Zn Una mezcla de cloruro de sodio y de bromuro de sodio pesa g. Por precipitación con nitrato de plata se obtienen g de una mezcla de cloruro de plata y de bromuro de plata. Determinar la composición de la mezcla inicial. Masas atómicas: Na = 23; Cl = 35 5; Br = 80; N = 14; O = 16; Ag = 108. Sol.: g de cloruro de sodio y g de bromuro de sodio Al quemar una mezcla de 40 cm 3 de metano y Departamento de Física y Química IES Leopoldo Queipo (Melilla) 24