Química. Zn (s) + H 2 SO 4 (l) ZnSO 4 (aq) + H 2 (g)

Transcripción

1 81 Se hacen reaccionar 1 g de cinc con ácido sulfúrico en exceso. Se produce una reacción de desplazamiento. Escribe la ecuación y calcula el volumen de hidrógeno medido en condiciones normales que se generará. (Dato: M (Zn) = 6,409). Zn (s) + H SO 4 (l) ZnSO 4 (aq) + H (g) 1 mol Zn 1 mol H,4 L 1 g Zn = 4,81 L 6,409 g 1 mol Zn 1 mol c.n. 8 El sulfuro ferroso con ácido sulfúrico da sulfato ferroso y se libera ácido sulfhídrico. Calcula el volumen de ácido sulfhídrico medido a 0 ºC y 1,1 atm que se obtendrá al atacar 100 kg de un mineral con una riqueza del 8 % en sulfuro ferroso (Datos: M (Fe) =,84; M (S) = 3,06). FeS (s) + H SO 4 (aq) FeSO 4 (aq) + H S (g) 10 8 g FeS 1 mol FeS 1 mol H g mineral S = 966,90 mol 100 g mineral (,84 + 3,06) g FeS 1 mol FeS p V = n R T 1,1 atm V = 966,90 mol 0,08 atm L K 1 mol 1 (0 + 73,1) K De donde se halla: V = 0 11 L. 83 Calcula el volumen de aire (de una riqueza en oxígeno del 1 % en volumen) para quemar 1 L de hidrógeno. La combustión es: H (g) + O (g) H O (l) En gases con las mismas condiciones, las relaciones entre moles son iguales a las relaciones entre volúmenes. Por tanto, será: 1 L O 1 L H 100 L aire = 3,71 L de aire L H 1 L O 84 Para obtener 0 L de dióxido de carbono medidos en condiciones normales, se ataca con exceso de ácido sulfúrico una roca caliza del 8,3 % en carbonato cálcico. Calcula la cantidad de esta roca que se necesitará. (Datos: M (C) = 1,0107; M (O) = 1,9994; M (Ca) = 40,078). CaCO 3 (s) + H SO 4 (aq) CaSO 4 (aq) + H O (l) + CO (g) 8 M (CaCO 3 ) = M (Ca) + M (C) + 3 M (O) = 40, , ,9994 = 100, mol CO 0 L CO 1 mol CaCO 100 g mineral 3 100,0869 g CaCO 3 = 61,9 g,4 L (c.n.) 1 mol CO 1 mol CaCO 3 1 mol CaCO 3 Un exceso de hidróxido potásico sobre 1,8 g de sulfato amónico desprende 4, L de amoníaco medidos a 74 mm Hg y 18 ºC. Calcula la pureza del sulfato amónico. (Datos: M (N) = 14,0067; M (S) = 3,06; M (H) = 1,00797; M (O) = 1,9994). KOH (aq) + (NH 4 ) SO 4 (s) K SO 4 (aq) + NH 3 (aq) + H O (l) M ((NH 4 ) SO 4 ) = M (N) + 8 M (H) + M (S) + 4 M (O) = 14, , , ,9994 = 13, mm Hg atm L p V = n R T 4, L = n 0,08 ( ,1) K 760 K mol Por tanto: n = 0,188 mol. 1 mol (NH n = 0,188 mol NH 3 4 ) SO 4 13,1394 g (NH 4 ) SO 4 = 1,8 g (NH 4 ) SO mol NH mol (NH 4 ) SO 4 90

2 86 El porcentaje de pureza se calcula como: 1,8 g (NH 4 ) SO 4 1,8 g mineral 100 = 9,7 % Calcula el volumen de aire (medido en condiciones normales) para quemar completamente 100 g de octano. (Datos: M (H) = 1,00797; M (C) = 1,0107; riqueza en oxígeno del aire: 0,99 % en volumen). C 8 H 18 (g) + O (g) 9H O (l) + 8 CO (g) M (C 8 H 18 )=8 M (C) + 18 M (H) = 8 1, ,00797 = 114,91 1 mol C 100 g C 8 H 10 8 H 18 mol O 100 mol aire,4 L = 1 167,8 L 114,91 g C 8 H 18 1 mol C 8 H 18 0,99 mol O 1 mol aire c.n. 87 En un recipiente hermético, se introducen 4 cm 3 de una mezcla de etano y acetileno, y 180 cm 3 de oxígeno medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura. Se cierra el recipiente y se hace estallar la mezcla mediante una chispa eléctrica. Al recuperar las condiciones iniciales y condensar el vapor de agua, queda un residuo gaseoso de 11, cm 3, de dióxido de carbono y oxígeno en exceso. Calcula la composición de la mezcla. 7 C H 6 (g) + O (g) 3 H O (l) + CO (g) C H (g) + O (g) H O (l) + CO (g) Las combustiones del etano y del etino son completas porque sobra oxígeno. Por cada cm 3 de etano se forman dos de CO y también por cada cm 3 de etino. Supongamos x cm 3 de C H 6 e y cm 3 de C H. Los cm 3 de CO formados a partir de ambos son: x + y. Los cm 3 de O consumidos por cada cm 3 7 de etano y de etino son: x + y. Los cm 3 de O sobrantes serán: 180 cm 3 7 x y. La composición de la mezcla final es: cm 3 de O sobrantes + cm 3 de CO formados. O sea: 11, cm 3 = (180 cm 3 7 x y) + ( x + y) Por otro lado, inicialmente tenemos: x + y = 4 cm 3. Del sistema formado por estas dos ecuaciones en x e y, se deduce: x = 36 cm 3 ; y = 9 cm 3. Con lo cual, los porcentajes son: = 80 % C H 6 ; 100 = 0 % C H Mediante procesos adecuados, el amoníaco puede oxidarse por el oxígeno hasta dar monóxido de nitrógeno y agua. Calcula el volumen de aire (de una riqueza en oxígeno del 1 % en volumen) necesario para oxidar 0 L de amoníaco medidos en las mismas condiciones. La reacción del proceso igualada es: NH 3 (g) + O (g) NO (g) + 3 H O (l) L O 100 L aire O L NH 3 = 97,6 L aire L NH 3 1 L O /Reacciones químicas 91

3 89 Qué volumen de ácido sulfúrico 0,4 M se debe medir para asegurar que se toman, g de H SO 4? (Datos: M (S) =3,06; M (O) = 1,9994; M (H) = 1,00797). M (H SO 4 ) = M (H) + M (S) + 4 M (O) = 1, , ,9994 = 98,078 1 mol (H, g H SO 4 SO 4 ) 1 L disolución = 0,0637 L = 63,7 ml 98,078 g(h SO 4 ) 0,4 mol (H SO 4 ) 90 Calcula la cantidad de cobre y de ácido sulfúrico del 97% de riqueza en H SO 4 para obtener, kg de sulfato de cobre pentahidratado (CuSO 4 H O). (Datos: M (Cu) = 63,46; M (S) =3,06; M (O) = 1,9994). Cu + H SO 4 + H O CuSO 4 H O + H M (CuSO 4 H O) = M (Cu) + M (S) + 9 M (O) + 10 M (H) = 63,46 + 3, , ,00797 = 49,683 M (H SO 4 ) = M (H) + M (S) + 4 M (O) = 1, , ,9994 = 98,078, mol CuSO g CuSO 4 H O 4 H O 1 mol Cu 63,46 g Cu = 636 g Cu 49,683 g CuSO 4 H O 1 mol CuSO 4 H O 1 mol Cu, mol CuSO 98,078 g H SO 4 g CuSO 4 H O 4 H O 1 mol H SO 4 49,683 g CuSO 4 H O 1 mol CuSO 4 H O 1 mol H SO g disolución = 1 01 g solución 97 g H SO 4 91 Al calentar el nitrito amónico, se descompone en nitrógeno y agua. Calcula el volumen de nitrógeno medido a 7 mm Hg y 16 ºC que se obtiene si se calienta hasta la descomposición total 60 g de nitrito amónico. (Datos: M (N) = = 14,0067; M (H) = 1,00797; M (O) = 1,9994). M (NH 4 NO ) = M (N) + 4 M (H) + M (O) = 14, , ,9994 = 64,0441 NH 4 NO (s) N (g) + H O (l) 1 mol NH 60 g NH 4 NO 4 NO 1 mol N = 0,9369 mol N 64,0441 g NH 4 NO 1 mol NH 4 NO 7 atm L p V = n R T; atm V = 0,9369 mol 0,08 ( ,1) K 760 K mol De donde se halla: V =,4 L. 9 Se atacan 4, g de una aleación de aluminio y cinc con ácido clorhídrico diluido, de modo que solo resulta atacado el cinc y se desprende un volumen de,00 L de hidrógeno medido en condiciones normales. Calcula la composición de la aleación. (Dato: M (Zn) = 6,409). Zn (s) + HCl (aq) ZnCl (aq) + H (g) 93 1 mol H,00 L H c.n. 1 mol Zn 6,409 g Zn =,9861 g Zn,4 L 1 mol H 1 mol Zn,9861 g Al El porcentaje de cinc en la aleación será: 100 = 4,43 % Zn. 4, g aleación El porcentaje de aluminio se halla por diferencia: 100 4,43 = 7,7 % Al. Se añaden 116 cm 3 de oxígeno a 100 cm 3 de una mezcla formada por metano, monóxido de carbono e hidrógeno. Después de hacer estallar la mezcla en un recipiente hermético, quedan 100 cm 3 de gases medidos en las mismas condiciones iniciales y cuya composición es un 30 % de oxígeno y un 70 % de dióxido de carbono. Halla la composición de la mezcla inicial. 9

4 Debido a la adición de O, las posibles reacciones son: CH 4 (g) + O (g) H O (l) + CO (g) 1 CO (g) + O (g) CO (g) 1 H (g) + O (g) H O (l) Todas ellas deben ser completas porque al final sobra oxígeno. Llamemos x, y, z a los cm 3 de CH 4, CO y H, respectivamente, presentes en la mezcla inicial. Al final, quedan 30 cm 3 de O y 70 cm 3 de CO. Con todo esto, y según el enunciado: x + y + z = 100 cm 3 Según las estequiometrías de las reacciones igualadas, los cm 3 de CO formados a partir de cada una de las sustancias anteriores son: x + y = 70 cm 3 Según las mismas reacciones, los cm 3 de O consumidos en ellas son: 1 1 x + y + z Los cm 3 de O finales = cm 3 de O iniciales cm 3 de O consumidos. O sea: 30 cm 3 = 116 cm x y z Del sistema formado por las tres igualdades se deducen los valores de x, y, z que son: x = 46 cm 3 ; y = 4 cm 3 ; z = 30 cm 3 Como el conjunto de la mezcla suma 100 cm 3, los mismos valores corresponden a los porcentajes. O sea: 46 % CO; 4 % CH 4 ; 30 % H 94 El ácido acético o etanoico (CH 3 COOH), por neutralización con el hidróxido cálcico, da etanoato cálcico. Esta sal, si se calienta, se convierte en carbonato cálcico y propanona (CH 3 COCH 3 ). El rendimiento de todo el proceso es del 8 %. Calcula la cantidad de propanona (o acetona) que podrá obtenerse partiendo de 1 00 kg de un ácido etanoico del 91 % de pureza. (Datos: M (H) = 1,007997; M (O) = 1,9994; M (C) = 1,0107). CH 3 COOH + Ca(OH) Ca(CH 3 COO) + H O Ca(CH 3 COO) CaCO 3 + CH 3 COCH 3 M (CH 3 COOH) = M (C) + M (O) + 4 M (H) = 1, , , = 60,01 M (CH 3 COCH 3 ) = 3 M (C) + M (O) + 6 M (H) = 3 1, , , = 8,0793 1, g CH g solución 3 COOH 1 mol CH 3 COOH 1 mol CH 8,0793 g 3 COCH g disolución 60,01 g CH 3 COOH mol CH 3 COOH 1 mol CH 3 COCH kg = 61 kg CH 3 COCH g 9 Calcula los gramos de Na CO 3 10 H O que se deberán pesar para preparar con ellos 00 g de una disolución de carbonato sódico, Na CO 3, al 1 %. (Datos M (H) = 1,00797; M (C) = 1,0107; M (O) =1,9994; M (Na) =,9898). M (Na CO 3 10 H O) = M (Na) + M (C) + 13 M (O) + 0 M (H) =, , , ,00797 = 86,1419 /Reacciones químicas 93

5 M (Na CO 3 )= M (Na) + M (C) + 3 M (O) =, , ,9994 = 10,988 1 g Na 00 g disol. CO 3 1 mol Na CO 3 1 mol Na CO 3 10 H O 100 g disolución 10,988 g Na CO 3 1 mol Na CO 3 86,1419 g Na CO 3 10 H O = 0, g Na CO 3 10 H O 1 mol Na CO 3 10 H O 96 Cuántos moles de hidróxido potásico hay en cm 3 de una disolución del 41,71 % de riqueza en esa sustancia y una densidad de 1,41 g/cm 3? (Datos: M (K) = 39,0983; M (O) = 1,9994; M (H) = 1,00797). M (KOH) = M (K) + M (O) + M (H) = 39, , , = 6, cm 3 1,41 g disolución 41,71 g KOH 1 mol KOH disol. = 10, mol 1 cm 3 disolución 100 g disolución 6,107 g KOH 97 Calcula el volumen de ácido sulfúrico del 9,77 % en H SO 4 y de 1,87 g/cm 3 de densidad necesario para preparar L de una disolución 0, M en este ácido. (Datos: M (S) =3,06; M (O) = 1,9994; M (H) = 1,00797). 98 M (H SO 4 ) = M (H) + M (S) + 4 M (O) = 1, , ,9994 = 98,078 0, mol H 1 cm L disol. 3 SO 4 98,078 g H SO g dis. conc. dis. conc. = 144,7 cm 3 L disolución 1 mol H SO 4 9,77 g H SO 4 1,87 g dis. conc. Se toman 10 cm 3 de una disolución de amoníaco de 0,907 g/cm 3 de densidad y se diluyen hasta 00 cm 3. Se toman después 0 cm 3 de esta dilución y se valoran con HCl 1 M, consumiéndose 34,0 cm 3 de la solución ácida. Calcula la concentración de la disolución primitiva de amoníaco. La reacción de valoración es: NH 3 + HCl NH 4 Cl + H O El número de moles valorados es: 34,0 cm 3 1 mol HCl 1 mol NH disolución HCl 3 = 0,034 mol NH cm 3 disolución 1 mol HCl Por tanto, la concentración de la disolución diluida es: 0,034 mol NH 3 = 0,69 M 0,00 L disolución La concentración primitiva será: 0,69 mol NH 3 00 ml = 13,8 M L disolución 10 ml Que se puede pasar a porcentaje mediante la densidad: 13,8 mol NH 1 cm ,0306 g NH 3 disol. conc. = cm 3 disol. conc. 1 mol NH 3 0,907 g disol. conc. g NH = 0,91 3 =,91 % NH 3 g disol. conc. 94