Ejercicios 4 (Gases)

Transcripción

1 Profesor Bernardo Leal Química Ejercicios 4 (Gases) Leyes de los gases: 1) Una cantidad fija de gas a 23 ºC exhibe una presión de 748 torr y ocupa un volumen de 10,3 L. a) Utilice la ley de Boyle para calcular el volumen que el gas ocupará a 23 ºC si la presión se aumenta a 1,88 atm. b) Utilice la ley de Charles para calcular el volumen que ocupará el gas si la temperatura se aumenta a 165 ºC mientras la presión se mantiene constante. R: a) 5,39 L; b) 15,2 L 2) Un tanque grande para almacenar gas natural está dispuesto de modo que la presión se mantiene en 2,20 atm. En un frío día decembrino en la temperatura es de 15 ºC, el volumen de gas en el tanque es ft 3. Calcule el volumen de la misma cantidad de gas en un cálido día de julio en el que la temperatura es de 31 ºC. R: ft 3 3) Suponga que le dan dos matraces de 1 L y le dicen que uno contiene un gas con peso molecular de 30, y el otro, un gas con peso molecular de 60, ambos a la misma temperatura. La presión en el matraz A es de X atm y la masa de gas en él es de 1,2 g. La presión en el matraz B es de 0,5X atm y la masa de gas en él es de 1,2 g. Cuál matraz contiene el de peso molecular 30 y cual de peso molecular de 60? R: El matraz A contiene el gas con peso molecular 30 g/mol y el B el de 60 g/mol 4) Un globo se hincha hasta un volumen de 2,40 L en una habitación caliente (24 C). Entonces se saca el globo fuera en un día muy frío de invierno (- 25 C). Suponga que tanto la cantidad de aire en el globo como su presión pemanecen constantes. Cuál será el volumen del globo cuando este fuera? R: 2,09 L Ecuación del gas ideal: 1) Cuál es la presión que ejercerá 1,00*10 20 moléculas de N 2 confinadas en un volumen de 305 ml a 175 C? R: 0,020 atm 2) Calcule cada una de las cantidades siguientes para un gas ideal: a) el volumen del gas, en litros, si 2,46 mol tienen una presión de 1,28 atm a una temperatura de -6 ºC; b) la temperatura absoluta del gas a la que 4,79*10-2 mol ocupa 135 ml a 720 torr; c) la presión, en atm si 5,52*10-2 mol ocupa 413 ml a 88 ºC; d) la cantidad de gas, en moles, si 88,4 L a 54 ºC tiene una presión de 9,84 KPa. R: a) 42,1 L; b) 32,7 K; c) 3,96 atm; d) 0,320 mol 3) El Hinderburg fue un dirigible famoso llenado con hidrógeno que exploto en Si el Hinderburg contenia 2*10 5 m 3 de hidrógeno gaseoso a 23 ºC y 1 atm, calcule la masa de hidrógeno presente.

2 R: 1,7*10 4 Kg de H 2 4) Una respiración profunda de aire tiene un volumen de 1,05 L a 740 torr de presión y temperatura corporal, 37 ºC. Calcule el número de moléculas en cada respiración. R: 2,42*10 22 moléculas de gas 5) A 46 ºC y 0,880 atm de presión, un gas ocupa un volumen de 0,600 L. Cuántos litros ocupará a 0 ºC y 0,205 atm. R: 2,20 L 6) Una muestra de 1,27 g de óxido de nitrógeno, que puede ser NO o N 2 O, ocupa un volumen de 1,70 L a 25 C y 737 mmhg. De qué óxido se trata? Densidad y peso molecular de los gases: 1) Calcule la densidad del gas SO 3 a 0,96 atm y 35 ºC. R: 3,0 g/l 2) Calcule el peso molecular de un gas si 4,40 g ocupan 3,50 L a 560 torr y 41 ºC R: 44,0 g/mol 3) Cuál gas es más denso a 1,00 atm y 298 K? a) CO 2 ; b) N 2 O; c) Cl 2. R: El cloro. 4) Cuál de los enunciados siguientes es el que mejor explica por qué un globo cerrado lleno con helio se eleva en el aire? a) El helio es un gas monoatómico, mientras que casi todas las moléculas que constituyen el aire, como el nitrógeno y el oxígeno, son biatómicas. b) La velocidad promedio de los átomos de He es mayor que las velocidades promedio de las moléculas de aire, y la mayor velocidad en los choques con las paredes del globo empuja el globo hacia arriba. c) Puesto que la masa de los átomos de hielo es más baja que la masa promedio de las moléculas de aire, el helio es menos denso que el aire. Por lo tanto, el globo pesa menos que le aire desplazado por su volumen. d) Puesto que helio tiene un peso atómico que el peso molecular promedio de las moléculas de aire, los átomos de helio se mueven con mayor rapidez. Esto implica que la temperatura del helio es más alta que la del aire. Los gases calientes tienden a subir. R: c) 5) El propileno es un producto químico importante, se utiliza en la síntesis de otros productos orgánicos y en la obtención de plástico (polipropileno). Un recipiente de vidrio pesa 40,1305 g limpio y seco; 138,2410 g cuando se llena com agua a 25,0 C (densidad del agua = 0,99970 g/ml); 40,2959 g cuando se llena con gas propileno a 740,3 mmhg y 24,0 C. Cuál es la masa molar del propileno? R: 42,08 g/mol 6) Una mezcla de los gases de He y O 2 tiene una densidad de 0,518 g/l a 25 C y 721 mmhg. Cuál es el porcentaje en peso de He en la mezcla? R: 19,9 %

3 Estequiometría y gases: 1) Si el magnesio reacciona con el oxígeno gaseoso de la siguiente manera: Mg (s) + O 2(g) MgO (s) Qué masa de magnesio reaccionara con oxígeno encerrado con una presión parcial de 3,5*1-6 torr a 27 ºC en un volumen de 0,382 L? R: 3,5*10-9 g Mg 2) El sulfato de amonio, un importante fertilizante, puede ser preparado por la reacción entre amoníaco y ácido sulfúrico: NH 3(g) + H 2 SO 4(ac) (NH 4 ) 2 SO 4(ac) Calcules el volumen de amoníaco gaseoso necesitado a 20 ºC y 25,0 atm para reaccionar con 150 Kg de H 2 SO 4. R: 2,94*10 3 L 3) El sulfato de amonio, un fertilizante importante, se puede preparar por la reacción de amoniaco con ácido sulfúrico: NH 3(g) + H 2 SO 4(ac) (NH 4 ) 2 SO 4(ac) Calcule el volumen de NH 3(g) necesario a 42 ºC y 15,6 atm para reaccionar con 87 Kg de H 2 SO 4. R: 2,94*10 3 L de NH 3. 4) El amoniaco, NH 3(g) y el ácido clorhidrico, HCl (g) reaccionan para formar cloruro de amonio sólido, NH 4 Cl (s) : NH 3(g) + HCl (g) NH 4 Cl (s) Dos matraces de 2,00 L a 25 ºC están conectados mediante una llave de paso como se muestra en la ilustración. Un matraz contiene 5,00 g de NH 3(g) y el otro contiene 5,00 g de HCl (g). Cuando se abre la llave, los gases reaccionan hasta que uno de ellos se consume por completo a) Qué gas permanecerá en el sistema cuando la reacción haya llegado a su término? b) Qué presión total tendra entonces el sistema? (No tenga en cuenta el volumen del cloruro de amonio formado). R: a) NH 3 ;b) 0,957 atm 5) La blenda, ZnS, es la mena más importante de zinc. La tostación (calentamiento fuerte) de ZnS es el primer paso para la obtención comercial del zinc. ZnS (s) + O 2(g) ZnO (s) + SO 2(g) Qué volumen de SO 2(g) se forma por litro de O 2(g) consumido? Ambos gases se miden a 25 C y 745 mm Hg. R: 0,667 L SO 2(g) 6) El peróxido de hidrógeno, H 2 O 2 se utiliza para desinfectar lentes de contacto. H 2 O 2(ac) H 2 O + O 2(g)

4 Calcule el volumen de O 2(g) en mililitros, a 22 C y 752 mm Hg que puede liberarse de 10,00 ml de disolución acuosa conteniendo 3,00 por ciento en peso de H 2 O 2. La densidad de la disolución acuosa de H 2 O 2 es 1,01 g/ml. R: 109 ml 7) Una muestra de carbón contiene 3,28 por ciento en masa de S. Cuando se quema el carbón, el azufre se convierte en SO 2(g). Qué volumen de SO 2(g), medido a 23 C y 738 mmhg se obtiene al quemar 2,7*10 6 lb de este carbón? R: Presiones parciales: 1) Una mezcla contiene 0,538 mol de He (g), 0,315 mol de Ne (g) y 0,103 mol de Ar (g), esta confinada en un envase de 7,00 L a 25 ºC a) Calcule las presiones parciales de cada uno de los gases en la mezcla b) Calcule la presión total de la mezcla. R: a) He= 1,88 atm, Ne= 1,10 atm y Ar= 0,360 atm; b) 3,34 atm 2) Con base en los datos obtenidos por el Voyager 1, los cientificos han estimado la composición de la atmósfera de Titán, la luna más grande de Saturno. La presión total en la superficie de Titán es de 1220 torr. La atmósfera consiste en 82 % mol de N 2, 12 % mol de Ar y 6,0 % mol de CH 4. R: 1,0*10 3 torr N 2 ; 1,5*10 2 torr Ar y 73 torr CH 4. 3) Una mezcla que contiene 0,538 mol de He gaseoso, 0,315 mol Ne gaseoso, y 0,103 mol de Ar gaseoso está confinada en un recipiente de 7,00 L a 25 ºC. a) Calcule la presión parcial de cada uno de los gases de la mezcla. b) Calcule la presión total de la mezcla. R: a) P de He= 1,88 atm, P de Ne= 1,10 atm, P de Ar= 0,360 atm; b) P= 3,34 4) Considere el aparato que se muestra en la ilustración. a) Cuando se abre la llave de paso entre los dos recipientes y se permite que se mezclen los dos gases, cómo cambia el volumen ocupado por el N 2 gaseoso? Calcule la presión parcial del N 2 después de mezclado. b) Cómo cambia el volumen ocupado por el O 2 gaseoso cuando se mezclan los gases? Calcule la presión parcial del O 2 en la mezcla. c) Calcules la presión total en el recipiente después de mezclarse los gases. R: a) V=5,0 L; P de N 2 = 0,40 atm. b) V= 5,0 L; P de O 2 = 1,2 atm. c) P=1,6 atm 5) Cierta cantidad de N 2 gaseoso que originalmente se tenía en un recipiente de 1,00 L, a 3,80 atm de presión y 26 ºC, se transfieren a un recipiente de 10,0 L a 20 ºC. Cierta cantidad de O 2 gaseoso que originalmente se tenia en un recipiente de 5,00 L, a 4,75

5 atm y 26 ºC, se transfiere a ese mismo recipiente de 10,0 L. Calcule la presión total en el nuevo recipiente. R: P= 2,70 atm 6) Calcule la masa total (en gramos) de O 2 en una habitación que mide (10,0*8,0*8,0) pies 3 si el aire de la habitación está a 0 ºC y 1 atm y contiene 20,95 % de O 2. R: 5,4*10 3 g de O 2. 7) Cuál es la presión parcial del Cl 2(g), expresada en mililítros de mercurio, en una mezcla de gases en condiciones estándar que está formada por 46,5 por ciento de N 2 ; 12,7 por ciento de Ne y 40,8 por ciento de Cl 2, en peso? R: 135 mmhg 8) Un recipiente de 2,00 L se llena com Ar (g) a 752 mmhg y 35 C. A continuación se le añade una muestra de 0,728 g del vapor C 6 H 6. a) Cuál es la presión total en el recipiente? b) Cuál es la presión parcial del Ar y la de C 6 H 6? R: A) 842 mmhg; B) P benceno = 89,5 mmhg; P Ar = 752 mm Hg. 9) Una botella de gases A tiene un volumen de 48,2 L y contiene N 2(g) a 8,35 atm a 25 C. La botella de gases B, cuyo volumen se desconoce, contiene He (g) a 9,50 atm a 25 C. Cuando las dos botellas se conectan y se mezclan los gases, la presión en ambas botellas es 8,71 atm. Cuál es el volumen de la botella B? R: 22,0 L Gases Reales: 1) Con base en sus respectiva constantes de van der Waals, cuál gas, Ar o CO 2, cabe esperar que se comporte de forma más parecida a un gas ideal a presiones altas? R: El Ar 2) Calcule la presión que el CCl 4 ejerce a 40 ºC si un mol ocupa 28,0 L, suponiendo que a) el CCl 4 obedece la ecuación del gas ideal; b) el CCl 4 obedece la ecuación de van der Waals. R: a) 0,917 atm; b) 0,896 atm 3) Utilice la ecuación de Van der Waals para calcular la presión que ejerce 1,00 mol de Cl 2(g) cuando se encuentra ocupando un volumen de 2,00 L a 273 K. R: 9,9 atm