Problemas del Tema 1. Estequiometria

Transcripción

1 Problemas del Tema 1. Estequiometria Esta guía práctica es un material didáctico en construcción, destinada para estudiantes de la asignatura de Química General de la Facultad de Farmacia y Bioanálisis. Su contenido ofrece diferentes tipos de ejercicios relacionados con el estudio de la estequiometria química, que servirán finalmente como complemento para una mejor comprensión del tema. Se prohíbe la reproducción y modificación de este material con fines diferentes a los expresados. 1. El elemento estroncio se compone de cuatro isótopos 84 Sr, 86 Sr, 87 Sr y 88 Sr. Las masas atómicas de estos cuatro isotopos son de 84, 86, 87 y 88 uma respectivamente. Las abundancias relativas en la naturaleza de estos cuatro isótopos son de 0,56 %, 9,86 %, 7,00 % y 82,58 %, respectivamente. A partir de estos datos calcule la masa atómica promedio del estroncio. 2. El elemento hidrogeno se compone de tres isótopos Protio o Hidrogeno ( 1 H), Deuterio ( 2 H) y Tritio ( 3 H), cuyas abundancias relativas son de 99,985 %; 0,0149 % y 0,0001 % respectivamente. Si la masa del átomo de protio es de 1,00797 uma y el átomo de tritio es de 3, uma, determine la masa atómica del átomo de deuterio conociendo que la masa atómica promedio del elemento hidrogeno es de 1, uma. 3. El ozono (O 3 ) es una sustancia cuya molécula está compuesta por tres átomos de oxígeno, actúa en la atmósfera como depurador del aire y sobre todo como filtro de los rayos ultravioletas procedentes del sol, lo cual ha definido la existencia de la vida en la tierra tal y como se conoce. Determine los átomos de oxigeno procedentes del ozono contenidos en una muestra de 5 gramos de aire, conociendo que la proporción de este gas en el aire atmosférico es de tan solo 0,003 %. 4. Cuantos moles y átomos de boro hay en 8,15 gramos de ácido bórico, sabiendo que su masa molecular es de 61,833 g/mol. 5. Para el difosfato de potasio, calcular: a. Moles de difosfato de potasio contenidos en 52,44 g de la sal. b. Moléculas de la sal contenidas en 3,12 moles de la sal. c. Gramos de potasio contenidos en 85,45 gramos de la sal. d. Átomos de fosforo contenidos en 5,78 moles de la sal. e. Átomos de oxígeno contenidos en 9,22x10 25 moléculas de la sal f. Composición porcentual de potasio, fosforo y oxígeno en la sal

2 6. Cuál de las siguientes muestras de fármacos analgésicos contiene mayor número de moléculas a. 500 mg de acetaminofén (C 8 H 9 NO 2 ) b. 500 mg de ácido acetil salicílico (C 9 H 8 O 4 ) c. 400 mg de ibuprofeno (C 13 H 18 O 2 ) d. 200 mg de ketoprofeno (C 16 H 14 O 3 ) 7. Una tableta de diclofenac sódico (C 14 H 10 NCl 2 O 2 Na) antiinflamatorio no esteroideo, contiene 1,326 x átomos de carbono. Determine los miligramos de diclofenac presentes en cada tableta. 8. Calcule los átomos de cloro contenidos en: a. En 96 g de clorato de potasio. b. En 4,98 x moléculas de perclorato de aluminio. c. En un gas de cloro contenido en un recipiente de 200 ml a 13 C y 955 mmhg. 9. El gas mostaza (C 4 H 8 Cl 2 S) es un gas venenoso que se usó como arma química en la segunda Guerra Mundial. Determine: a. La composición porcentual en masa de cada elemento en el gas b. El número de átomos de azufre presentes en una bomba de 5 L de gas mostaza contenido a temperatura ambiente (25 ºC) y 899 torr de presión. 10. Determine la composición porcentual de cada elemento presente en 3,53x10 25 moléculas de tiosulfato de sodio pentahidratado. 11. Se requieren pesar 6,74 g puros de carbonato de níquel (III), a partir de un reactivo de la sal que declara contener en su etiqueta un 96,30 % de pureza. Cuantos gramos de dicho reactivo se deben pesar. 12. Si se requieren obtener 3 g puros de plomo, a partir de un reactivo de nitrato plúmbico que declara contener un 3,5 % de impurezas inertes. Cuantos gramos de la sal se deben pesar. 13. Una muestra impura de 280 gramos de Alúmina (trióxido de aluminio), produce por calcinación completa un residuo de 125,5 gramos de trióxido de aluminio. Calcule el porcentaje de aluminio puro presente en la muestra inicial. 14. Una muestra impura de 1,5 Kg de latón que se encuentra compuesta por una aleación de cobre y cinc más impurezas inertes. La proporción de Cu-Zn presente en el latón generalmente es de un 66 % cobre y 34 % de cinc. Esta muestra se funde y

3 por un proceso de electrolisis se logra recuperar 929,48 g de óxido cuproso, calcular el porcentaje de pureza del latón en la muestra inicial. 15. Una muestra de un mineral de titanio extraído de una mina contiene un 42 % de ilmenita (FeTiO 3 ). Cuantos Kg del mineral se deben procesar para obtener 1 Kg de titanio metálico puro. 16. Una muestra de 2 g de oxígeno se encuentran encerrados en un recipiente de 2 L, a una presión de 1,25 atm. Cuál es la temperatura del gas si se supone que dicho gas se comporta como gas ideal? 17. Una muestra de nitrógeno gaseoso contenido en la bolsa de aire de un automóvil o airbag con volumen de 65 L, posee una presión de 745 mmhg a temperatura ambiente de 25 ºC. Si se transfiere esta muestra a una bolsa de 25,0 L a la misma temperatura, Cuál será la presión del gas en la nueva bolsa? 18. Se tiene 3500 ml de NO a temperatura de 71,6 ºF. Qué volumen ocupará el NO a 37,0 ºC si la presión se mantiene constante? 19. a. Calcule los moles y las moléculas de sulfuro de hidrógeno gaseoso, que se encuentran contenidos en un recipiente de 7,3 litros, a una temperatura de 50 C y una presión de 880 mmhg. b. Si la presión del gas anterior se aumenta a 980 Torr por un aumento de la temperatura en 15 C, cuál será el nuevo volumen que ocupara dicho gas. 20. El gas doméstico que normalmente usamos para cocinar en realidad está formado por una mezcla de varias sustancias gaseosas entre ellas butano, metano y propano. Suponiendo que la composición de dicha mezcla es de 80 % de butano (C 4 H 10 ), 15 % de propano (C 3 H 8 ) y 5 % metano (CH 4 ). Determine la presión parcial de cada gas y la presión total en una bombona de gas doméstico, que contienen 10 Kg de la mezcla de gas, si la misma se encuentra a una temperatura de 30 ºC y la densidad de la mezcla de gases es de 0,845 g/l. 21. El ácido djencólico es un aminoácido no proteico que se aísla de los granos y que puede producir efectos tóxicos en los seres humanos. Esta sustancia tiene la siguiente composición en peso de: 33,06 % de carbono, 5,55 % de hidrógeno, 11,01 % de nitrógeno, 25,16 % de oxígeno y 25,22 % de azufre. Determine la fórmula empírica y la formula molecular del ácido djencólico, conociendo que su MMG real es de 254 g/mol.

4 22. Una muestra de 53,25 gramos de benzoato de metilo, compuesto que se utiliza en la manufactura de perfumes, contiene 37,85 gramos de carbono, 3,16 gramos de hidrógeno y 12,51 gramos de oxígeno. Determine: a. La fórmula empírica del compuesto b. La fórmula molecular si su masa molecular es de 136 g/mol c. Composición porcentual de cada elemento en el benzoato de metilo en base a la muestra inicial. 23. La pirodoxamina forma parte de los tres compuestos que componen la vitamina B 6. Al realizar un análisis químico de esta vitamina se encontró que contiene 2,41x10 24 átomos de carbono, 3,615x10 24 átomos de hidrogeno, 6,022x10 23 átomos de oxígeno y 6,022x10 23 átomos de nitrógeno. Conociendo que la MMG de la pirodoxamina es de 168,1931 g/mol, determine la formula empírica y la formula molecular de la vitamina. 24. El ácido ascórbico (Vitamina C) está compuesto por 40,92 % de carbono, 4,58 moles de hidrogeno y 2,05x10 24 átomos de oxígeno. Si la MMG del compuesto es de 172,064 g/mol, determine la formula molecular de la vitamina C. 25. La gasolina con plomo contiene un aditivo que funciona con antidetonante, el cual está formado por carbono, hidrogeno y plomo (gasolina con plomo). Cuando se quemaron 51,36 g de este compuesto se produjeron 55,90 g de anhídrido carbónico y 28,61 g de agua. Determine la formula empírica del aditivo de la gasolina. 26. Mediante un análisis químico se encontró que un nuevo fármaco contra la malaria está formado por C, H, N y O. Para determinar la formula molecular del nuevo fármaco, se sometió inicialmente una muestra de 6,478 g a calcinación completa en presencia de oxígeno para obtener 17,57 g de dióxido de carbono y 4,319 g de agua. Otra muestra de 0,2394 g del fármaco se sometió a una serie de reacciones que transformo todo el nitrógeno presente en el fármaco en nitrógeno gaseoso, para finalmente recogerlo sobre agua a 23,8 ºC, a una presión total de 746 mmhg, tenía un volumen de 18,8 ml. Determinar: a. La fórmula empírica y la fórmula molecular de este nuevo fármaco, conociendo que su masa molecular real es de 324 g/mol. b. Composición porcentual de cada elemento presente en este nuevo fármaco. 27. La amoxicilina es un antibiótico sintético derivado de la penicilina, empleado comúnmente en el tratamiento de infecciones provocadas por bacterias sensibles. Su fórmula química está conformada por carbono, hidrógeno, nitrógeno, azufre y oxígeno. Para su análisis se tomó una muestra inicial de 2,450 g de amoxicilina, se

5 calcino por completo y se obtuvieron 4,7255 g de dióxido de carbono y 1,1478 g de agua. En otra muestra de amoxicilina de 2,880 g se transformó todo el nitrógeno presente en la muestra en 0,4042 g amoniaco. Finalmente se tomó una tercera de 3,255 g del antibiótico para someterlo a ciertas reacciones para transformar todo el azufre presente en 2,0808 g de sulfato de bario. Si la MMG real del compuesto es de 365 g/mol cuál es su fórmula molecular de la amoxicilina. 28. Por calentamiento de 29,2140 g de sulfato de sodio hidratado a 350 ºC, se elimina el agua de cristalización, dejando un residuo de 12,8832 g de sal anhidra. Determinar: a. El número de moles de agua contenidos en la sal. b. Escribir la formula correcta de la sal hidratada. c. Calcular el % Humedad de la sal hidratada. d. Los gramos de la sal hidratada contenidos en 22,1165 g de la sal anhidra. 29. En el análisis de una muestra de 18,5560 g de una sal de nitrato de cinc n-hidratada, se encontró que posee un 36,32 % de agua de cristalización. Calcular el número de moles de agua presentes en la sal y escribir la formula correcta de la sal hidratada. 30. La sustancia dihidrogeno fosfato de calcio n-hidratado tiene aproximadamente 22,94 % de fosforo. Determine el número de moles de agua contenidos en la sal y escriba la formula completa de la sal hidratada. 31. Balancear por tanteo y clasifique cada una de las siguientes reacciones: a. P 4 O 10(s) + H 2 (l) H 3 PO 4(l) b. C 4 H 10 (g) + O 2(g) CO 2(g) + H 2 O (g) c. C 4 H 12 O 2 (s) + O 2 (g) CO 2(g) + H 2 O (g) d. Na 2 SiO 3(s) + HF (ac) H 2 SiF 6(ac) + NaF (ac) + H 2 O (l) e. Al (s) + NH 4 ClO 4(s) Al 2 O 3(s) + AlCl 3(s) + NO (g) + H 2 O (l) f. KHCO 3(s) K 2 O (s) + H 2 O (g) + CO 2(g) g. N 2(g) + H 2(g) NH 3(g) h. SO 3(g) SO 2(g) + O 2(g) i. Zn (s) + HNO 3(ac) Zn(NO 3 ) 2(ac) + H 2(g) j. Pb 3 (AsO 4 ) 4(s) + La(IO 3 ) 3(s) Pb(IO 3 ) 4(s) + LaAsO 4(s) k. H 2 SO 4(ac) + Sr(OH) 2(ac) SrSO 4(ac) + H 2 O (l) l. CaCO 3(s) + H 3 SbO 4(ac) Ca 3 (SbO 4 ) 2(s) + CO 2(g) + H 2 O (g) m. NiBr 3(ac) + MgSO 4 x 7H 2 O (ac) Ni 2 (SO 4 ) 3(s) + MgBr 2(ac) + H 2 O (l) n. Cd 3 (AsO 4 ) 2(s) + K 2 SO 3(ac) CdSO 3(s) + K 3 AsO 4(ac)

6 32. Para transformar completamente el fosforo blanco (P 4 ) en acido orto fosfórico, se hace reaccionar con ácido nítrico basados en la siguiente reacción: Tetrafosforo (s) + ácido nítrico (ac) ácido fosfórico (ac) + dióxido de nitrógeno (g) + agua (l) Siguiendo esta reacción determine: a. Cuantos gramos de tetrafosforo se requieren para producir 250 gramos de ácido fosfórico en esta reacción. b. Cuantos moles de dióxido de nitrógeno se forman cuando reaccionan 6,3 moles de ácido nítrico. c. Cuantos moles de tetrafosforo son necesarios para producir 8,00 gramos de dióxido de nitrógeno. d. Qué volumen de dióxido de nitrógeno se producen en condiciones normales de presión y temperatura cuando se hacen reaccionar 34,90 gramos de tetrafosforo. 33. El dióxido de carbono que los astronautas exhalan durante la respiración, se extrae de la atmosfera de la nave espacial por una simple reacción con hidróxido de potasio según la siguiente reacción: Dióxido de carbono (g) + hidróxido de potasio (ac) carbonato de potasio (ac) + agua (l) Si un astronauta exhala un promedio de 533,05 L de dióxido de carbono al día a una temperatura ambiente de 25 ºC y una presión interna de la nave espacial es de 1,12 atm. Cuantos kilogramos de hidróxido de potasio son necesarios para extraer esa cantidad de dióxido de carbono. 34. Si se hace reaccionar 30 g de trióxido de cromo que posee un 7,5 % de impurezas con 26 g de sulfuro de carbono que posee un 6,8 % de impurezas, para producir sulfuro de cromo (III) y dióxido de carbono. Determine: a. Cuál es el reactivo limitante y cuál el reactivo en exceso? b. Qué masa de reactivo en exceso quedó sin reaccionar? c. Qué masa teórica de sulfuro de cromo (III) se formó? d. Cuál fue el % de rendimiento si en el laboratorio se obtuvo 30 g de sulfuro de cromo (III)? e. Basados en el rendimiento de la reacción, determine el volumen de dióxido de carbono que se produce en la reacción a 29 ºC y 800 torr de presión.

7 35. El burbujeo producido por una tableta de Alka-Seltzer al disolverse en agua se debe a la formación de dióxido de carbono gaseoso a partir de la reacción de efervescencia entre bicarbonato de sodio y ácido acetil salicílico (C 9 H 8 O 4 ) según la siguiente ecuación: NaHCO 3(ac) + C 9 H 8 O 4(ac) C 9 H 7 O 4 Na (ac) + CO 2(g) + H 2 O (l) Si una tableta de Alka-Seltzer contiene 1,400 g de bicarbonato de sodio y 500 mg de ácido acetil salicílico. Determine: a. Reactivo limitante y reactivo en exceso b. Gramos de reactivo en exceso que quedan sin reaccionar c. Volumen de dióxido de carbono que se forma si dicha reacción ocurre en un sistema cerrado a 28 C y a una presión de 920mmHg d. Rendimiento de la reacción si en el laboratorio se producen 50 ml de dióxido de carbono. 36. La leche de magnesia PHILLIPS es un antiácido y laxante, cuyo ingrediente activo es el hidróxido de magnesio en una concentración de 8,5 g por cada 100 ml de leche de magnesia. Su efecto antiácido se debe a la reacción del hidróxido de magnesio con el ácido clorhídrico producido en el estómago según la siguiente reacción: Hidróxido de magnesio (s) + ácido clorhídrico (ac) cloruro de magnesio (ac) + agua (l) Un ser humano promedio produce 1,5 L de ácido clorhídrico (equivalente a 5,4675 g del ácido) al día. Si un paciente para tratar sus problemas hiperacidez toma dos cucharadas (equivalente a 30 ml) al día de leche de magnesia, basados en la estequiometria de la reacción responda las siguientes preguntas: a. La dosis tomada por el paciente es suficiente para neutralizar completamente el ácido producido en el estómago, justifique su respuesta. b. Si no es suficiente, cuál sería la dosis (cucharadas por día) ideal para neutralizar la cantidad de ácido producida por el paciente, justifique su respuesta.

8 Respuestas: 1. 87,7104 uma. 2. 2,014 uma. 3. 5,6458x10 18 átomos de oxígeno. 4. 0,1318 moles y 7,94 x átomos de boro. 5. a. 0,1587 moles de difosfato de potasio. b. 1,88x10 24 moléculas de difosfato de potasio. c. 40,45 g de potasio. d. 6,96x10 24 átomos de fosforo. e. 6,45x10 26 átomos de oxígeno. f. 47,34 % Potasio; 18,76 % Fosforo y 33,90 % Oxigeno. 6. a. 1,99 x moléculas. (El acetaminofén posee mayor número de moléculas) b. 1,67 x moléculas. c. 1,17 x moléculas. d. 4,74 x moléculas mg de diclofenac sódico por tableta. 8. a. 4,72 x átomos de cloro. b. 1,49 x átomos de cloro. c. 1,29 x átomos de cloro. 9. a. 30,20 % Carbono; 5,07 % Hidrogeno; 44,57 % Cloro y 20,16 % Azufre. b. 1,46 x átomos de azufre ,53 % Sodio; 25,84 % Azufre; 51,57 % Oxigeno y 4,06 % Hidrogeno ,9990 gramos del reactivo de carbonato de níquel (III) ,8301 gramos del reactivo de nitrato plúmbico ,72 % de Aluminio ,39 % de pureza.

9 15. 7,55 Kg del mineral ,79 K de temperatura ,548 atm de presión ,68 L de volumen. 19. a. 0,3191 moles y 1,92 x moléculas. b. 6,86 L de volumen. 20. PC 4H 10= 0,28897 atm, PC 3H 10=0,07142 atm, PCH 4=0,06543 atm y Ptotal=0,4258 atm. 21. FE=FM= C 7 H 14 N 2 S 2 O a. FE=C 4 H 4 O b. FM= C 8 H 8 O 2 c. 70,65 % Carbono; 5,93 % Hidrogeno y 23,53 %de Oxigeno. 23. FE= C 4 H 6 NO FM= C 8 H 12 N 2 O FE= C 3 H 4 O 3 FM= C 6 H 8 O FE= C 8 H 20 Pb 26. a. FE= C 10 H 12 NO FM= C 20 H 24 N 2 O 2 b. 74,14 % Carbono; 7,47 % Hidrogeno; 8,65 % de Nitrógeno y 9,88 % de Oxigeno. 27. FM= C 16 H 19 N 3 O 5 S 28. a. 10 moles de agua. b. Na 2 SO 4 x 10H 2 O c. 55,90 % de agua d. 50,1515 gramos de sal hidratada 29. Zn(NO 3 ) 2 x 6H 2 O 30. Ca(H 2 PO 4 ) 2 x 2H 2 O

10 31. a. 1; 6 4 b. 2; 13 8; 10 c. 1; 6 4; 6 d. 1; 8 1; 2; 3 e. 3; 3 1; 1; 3; 6 f. 2 1; 1; 2 g. 1; 3 2 h. 2 2; 1 i. 1; 2 1; 1 j. 1; 4 3; 4 k. 1; 1 1; 2 l. 3; 2 1; 3; 3 m. 2; 3 1; 3; 21 n. 1; 3 3; a. 79,0183 gramos de tetrafosforo. b. 6,3 moles dióxido de nitrógeno. c. 0,00869 moles de tetrafosforo. d. 126,1182 L dióxido de nitrógeno ,7415 Kg de KOH 34. a. RL= trióxido de cromo RE= sulfuro de carbono b. 3,3796 gramos de RE sin reaccionar c. 36,5501 gramos de sulfuro de cromo (III) d. 82,08 % R e. 5,2885 L de dióxido de carbono. 35. a. RL= ácido acetil salicílico RE= bicarbonato de sodio b. 1,1669 gramos de RE sin reaccionar. c. 56,48 ml de dióxido de carbono. d. 88,53 % R 36. a. No es suficiente b. Cuatro cucharadas Elaborada: Prof. Juan Carlos Guillen Cañizares Prof. Joel José Lara Rincón