ESTEQUIOMETRÍA. 1 Estequiometría

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1 1 ESTEQUIOMETRÍA 1. El titanio es un metal con numerosas aplicaciones debido a su baja densidad y resistencia a la corrosión. La primera etapa en la obtención del titanio es la conversión de la mena rutilo, TiO 2 (s), en tetracloruro de titanio, TiCl 4 (g), mediante reacción con carbono y cloro, de acuerdo con la siguiente reacción (no ajustada): TiO 2 (s) + C (s) + Cl 2 (g) TiCl 4 (g) + CO (g) a) Ajuste la reacción y calcule los gramos de TiCl 4 que se obtendrán al hacer reaccionar 500 g de una mena de TiO 2 del 85,3% de riqueza, con 426,6 g de cloro y en presencia de un exceso de carbono. (1,2 puntos) b) Si la reacción anterior se lleva a cabo en un horno de 125 L de volumen, cuya temperatura se mantiene a 800 ºC cuál será la presión en su interior cuando finalice la reacción? (0,8 puntos) DATOS.- Masas atómicas: C = 12 ; O = 16; Cl = 35,5 ; Ti = 47,9 ; R = 0,082 atm L/mol K Junio La primera etapa de la síntesis industrial del ácido sulfúrico, H 2 SO 4, corresponde a la obtención del dióxido de azufre,so 2. Este óxido se puede preparar por calentamiento de pirita de hierro, FeS 2, en presencia de aire, de acuerdo con la siguiente reacción ajustada: 4 FeS 2 (s) + 11 O 2 (g) 2 Fe 2 O 3 (s) + 8 SO 2 (g) Si el rendimiento de la reacción es del 80% y la pureza de la pirita del 85% (en peso), calcule: a) La masa en kg de SO 2 que se obtendrá a partir del tratamiento de 500 kg de pirita. (1 punto) b) El volumen de aire a 0,9 atmósferas y 80ºC que se requerirá para el tratamiento de los 500 kg de pirita. (1 punto) DATOS.- Masas atómicas: O = 16; S = 32; Fe = 55,8; R = 0,082 atm L/mol K ; el aire contiene el 21% en volumen de oxígeno. Septiembre Para determinar el contenido en hierro de cierto preparado vitamínico, donde el hierro se encuentra en forma de Fe(II), se pesaron 25 g del preparado, se disolvieron en medio ácido y se hicieron reaccionar con una disolución 0,1M en permanganato potásico necesitándose, para ello, 30 ml de ésta disolución. La reacción no ajustada que tiene lugar es la siguiente: MnO 4- (ac) + Fe 2+ (ac) + H + (ac) Mn 2+ (ac) + Fe 3+ (ac) + H 2 O (l) a) Ajuste en forma iónica la reacción anterior por el método ión-electrón. (0,8 puntos) b) Calcule el % de hierro (en peso) presente en el preparado vitamínico. (1,2 puntos) DATOS.- Masas atómicas: Fe=55,8. Junio 2010

2 2 4. La etiqueta de una botella de una disolución acuosa de amoníaco, NH3, indica que su concentración es del 32 % en peso y su densidad de 0,88 kg/l. Calcule: a) La concentración de la disolución en moles/l. (1 punto) b) El volumen de esta disolución concentrada de amoníaco que debe tomarse para preparar 2 litros de una disolución deamoníaco de concentración 0,5 M. (1 punto) DATOS.- Masas atómicas: H = 1 ; N = 14. Septiembre La urea, CO(NH 2 ) 2 es un compuesto de gran importancia industrial en la fabricación de fertilizantes. Se obtiene haciendo reaccionar amoníaco, NH 3, con dióxido de carbono, CO 2, de acuerdo con la reacción (no ajustada): NH 3 + CO 2 CO(NH 2 ) 2 + H 2 O Calcule: a) La cantidad de urea (en gramos) que se obtendría al hacer reaccionar 30,6 gramos de amoníaco y 30,6 gramos de dióxido de carbono. b) La cantidad (en gramos) del reactivo inicialmente presente en exceso que permanece sin reaccionar una vez se ha completado la reacción anterior. c) La cantidad (en kg) de amoníaco necesaria para producir 1000 kg de urea al reaccionar con un exceso de dióxido de carbono. Datos: Masas atómicas.- H=1; C=12; N=14; 0=16 Junio En condiciones adecuadas el clorato de potasio, KClO 3, reacciona con el azufre según la siguiente reacción no ajustada: KClO 3 (s) + S (s) KCl (s) + SO 2 (g) Se hacen reaccionar 15 g de clorato de potasio y 7,5 g de azufre en un recipiente de 0,5 L en el cual previamente se ha hecho el vacío. a) Escribe la ecuación ajustada de esta reacción. b) Explica cuál es el reactivo limitante y calcula la cantidad (en gramos) de KCl obtenido. c) Calcula la presión en el interior del recipiente si la reacción anterior se realiza a 300 ºC. -1 Datos: masas atómicas: O:6; Cl:35,5; K:39,1; S:32,1; R=0,082 atm L K -1 mol Junio 2008

3 3 7. Las lámparas antiguas de los mineros funcionaban quemando gas acetileno (etino) que proporciona una luz blanca brillante. El acetileno se producía al reaccionar el agua (se regulaba gota a gota) con carburo de calcio, CaC 2, según la siguiente ecuación: CaC 2 (s) + 2 H 2 O (l ) C 2 H 2 (g) + Ca(OH) 2 (s) Calcule: a) La cantidad de agua (en gramos) que se necesita para reaccionar con 50 g de carburo de calcio del 80% de pureza. b) El volumen de acetileno (en L) medido a 30 ºC y 740 mmhg producido como consecuencia de la anterior reacción. c) La cantidad en gramos de hidróxido de calcio producida como consecuencia de la anterior reacción. -1 Datos: Masas atómicas.- H: 1; C: 12; O: 16; Ca: 40. R = 0,082 atm L K -1 mol 1 atm = 760 mm Hg Septiembre El sulfato de cobre, CuSO 4, se utilizó hace años como aditivo en piscinas para la eliminación de las algas. Este compuesto se puede preparar tratando el cobre metálico con ácido sulfúrico en caliente, según la reacción (no ajustada): Cu (s) + H 2 SO 4 (ac) CuSO 4 (ac) + SO 2 (g) + H 2 O (l ) a) Ajuste la reacción en forma molecular. b) Calcule los ml de ácido sulfúrico de densidad 1,98 g/ml y riqueza 95% (en peso) necesarios para reaccionar con 10 g de cobre metálico. Datos: Masas atómicas.- H: 1; O: 16; S: 32 ; Cu: 63,5. Junio El carburo de silicio, SiC, o carborúndum es un abrasivo de gran aplicación industrial. Se obtiene a partir de SiO 2 y carbono de acuerdo con la reacción: SiO 2 (s) + 3 C (s) SiC (s) + 2 CO (g) Calcula: a) La cantidad de SiC (en toneladas) que se obtendrán a partir de una tonelada de SiO 2 la pureza de la cual es del 93 %. b) La cantidad de carbono (en kg) necesaria para que se complete la reacción anterior. c) El volumen de CO en (m 3 ) medidos a 20ºC y 705 mm de Hg producidos como consecuencia de la reacción anterior. Datos.- Masas atómicas: O:16; Si = 28; C=12; R = 0,082 atm L K -1 mol -1 ; 1 atmósfera = 760 mm Hg Junio 2005

4 4 10. El agua oxigenada es una disolución acuosa de peróxido de hidrógeno, H 2 O 2. Se dispone en el laboratorio de una disolución de H 2 O 2 al 33% en peso cuya densidad es 1,017 g.ml -1. Calcule: a) La molaridad de la disolución. b) Las fracciones molares de H 2 O 2 y H 2 O. El volumen de esta disolución que debe tomarse para preparar 100 ml de una disolución cuya concentración final sea 0,2 M. Datos: Masa atómicas: H:1; O: 16 Septiembre La pirita es un mineral cuyo componente mayoritario es el sulfuro de hierro (II). La tostación de la pirita (calentamiento a alta temperatura) da lugar a óxido de hierro (III) y dióxido de azufre, de acuerdo con la reacción (no ajustada): FeS (s) + O 2 (g) Fe 2 O 3 (s) + SO 2 g) Calcule: a) La pureza de una cierta muestra de pirita si la tostación de 5,765 g produce 4,357 g de Fe 2 O 3. b) Finalmente, el dióxido de azufre obtenido se utiliza en la síntesis del ácido sulfúrico de acuerdo a la reacción (no ajustada); SO 2 (g) + O 2 (g) + H 2 O (l ) H 2 SO 4 (l ) Calcule el volumen de aire (20% O 2 y 80% N 2 ) medido a 10ºC y 810 mm Hg necesario para producir una tonelada (1 Tm) de H 2 SO 4. Datos: Masas atómicas: H = 1; C = 12; O = 16; S = 32; Fe = 58,8. R = 0,082 atm.l/(mol.k) Septiembre Una disolución acuosa de ácido clorhídrico (HCl), al 20% en masa, posee una densidad de 1,056 g.cm -3. Calcular: a) La molaridad b) La fracción molar de soluto. Datos: Masa atómica: H=1; O=16; Cl=35,5 Junio Muchos compuestos químicos derivados del ácido nítrico se utilizan como fertilizantes agrícolas. Suponiendo que un agricultor consume anualmente 320 kg de nitrato de sodio (NaNO 3 ), para abonar sus tierras: a) Cuántos moles y cuántos átomos de nitrógeno se aportan por año a dichas tierras?

5 5 b) Un año decide cambiar este abono por nitrato amónico (NH 4 NO 3 ), cuántos kg de éste último deberá utilizar para que no varíe la aportación de nitrógeno?. Datos: Pesos atómicos: H=1; N=14; O=16; Na=23, Número de Avogadro = 6, Septiembre El mármol es una piedra ornamental que se extrae de ciertas canteras de piedra caliza, como las que se encuentran en Pinoso y Novelda (Alicante) y en otros puntos de la Comunidad Valenciana. a) Con la finalidad de determinar el contenido de carbonato cálcico de un mármol, se toma una muestra del mismo que pesa 0,350 g y se hace reaccionar con un exceso de HCl, obteniéndose como producto 83,2 cm 3 de CO 2 (g) medidos a 22 ºC y 750 mm Hg. Calcular el porcentaje en peso de CaCO 3 de dicho mármol. b) Tenemos una tonelada de piedra caliza cuya riqueza en CaCO 3 es del 90% en peso, qué masa de cal viva (CaO) podemos obtener al calcinar en un horno dicha materia prima, si el rendimiento del proceso es del 80%? CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) Datos: Pesos atómicos: H = 1; C = 12; O = 16; Cl = 35,5; Ca = 40; R = 0,082 atm litro/grado mol Junio La fructosa es un monosacárido cuya composición porcentual en peso es: C:40%, H:6,67% y O:53,33%. Su peso molecular aproximado es 180. Determinar su fórmula empírica y su fórmula molecular. Datos: Pesos atómicos: H: 1; C: 12; O: 16 Junio El yeso se obtiene a partir del algez o piedra de yeso, que es fundamentalmente un sulfato cálcico hidratado CaSO 4 x H 2 O a) Diseñar un experimento para averiguar el numero x de moles de agua que cristalizan por mol de CaSO 4, en el algez. b) Supongamos que x=2. Si tenemos 1000 kg de algez puro, cuantos atomos de azufre tenemos? c) Si todo el azufre del apartado anterior pudiera transformarse en ácido sulfúrico, H 2 SO 4, cuantos Kg de este compuesto obtendriamos? d) Si el ácido sulfúrico del apartado anterior se utilizara para fabricar una disolución del 95,6% en peso de H 2 SO 4 y densidad 1,84 g/cm 3, cuantos litros de dicha disolución obtendríamos? Datos: Pesos atómicos: H: 1; O: 16; S: 32; Ca: 40; Número de Avogadro: 6, Septiembre 1995

6 6 17. a) La sal común, NaCl, se obtiene en las salinas de Torrevieja y Santa Pola (Alicante) por evaporación del agua de mar. Si suponemos en primera aproxiación que el agua de mar es una disolución acuosa al 3,5% en peso de NaCl y su densidad es 1,015 g/cm 3, qué volumen de agua de mar tendríamos que evaporar para obtener 1 kg de sal común? b) El bocio es una enfermedad de la glándula tiroides debida a una falta de yodo en la dieta. Para evitarla se utiliza sal yodada, que contiene un 99,98% de NaCl y un 0,02% en peso de KI. Cuántos moles de ión cloruro hay por cada mol de ión yoduro en la sal yodada? Datos: Pesos atómicos: Na: 23; Cl: 35,5; K: 39; I: 127 Junio El sulfato de cinc se puede utilizar como suplemento diario en casos en los que exista insuficiencia de cinc. Este compuesto cristaliza como sal hidratada y se disuelve fácilmente en agua. Para conocer la cantidad de agua de cristalización se calentaron con cuidado 3,72 g de sulfato de cinc, hidratado hasta masa constante. La muestra de la sal anhídrida tenía una masa de 2,09 g de sulfato de cinc puro. Determina: a) Moles de sulfato de cinc en los 2,09 g b) Moles de agua eliminadas al calentar. c) Cuál es el valor de x en la fórmula ZnSO 4 xh 2 O? d) Cuántos moles de sulfato de cinc hidratado son necesarios para ingerir los 15 mg de cinc puro al día? e) Si tomamos el sulfato de cinc con una dosis de bebida de 5 cm 3, calcular la concentración en mol dm -3 de la sal hidratada para que nos suministre la cantidad de cinc recomendada. Datos: Ar(Zn) = 65,4 ; Ar(H) = 1 ; Ar(S) = 32 ; Ar(O) = 16 Junio 1994