INSTITUTO TECNICO MARIA INMACULADA Ciencia, Virtud y Labor Resolución de aprobación 1627 del 23 de abril de 2013 nit

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1 INSTITUTO TECNICO MARIA INMACULADA Ciencia, Virtud y Labor Resolución de aprobación 1627 del 23 de abril de 2013 nit EJE TEMATICO GASES: Ley de Boyle, ley de charles, ley de gay-lussac, ley combinada de los gases, ecuación de estado de un gas ideal Área: C. Naturales Asignatur Química Docente: JOSE BEETHOVEN LERMA nnanaturales Periodo: SEGUNDO a: Grado: 10 Guía No. 1 Tiempo 12 horas Estudiante: Estándar(ES) Establezco relaciones entre las características macroscópicas y microscópicas de la materia y las propiedades físicas y químicas de las sustancias que la constituyen. Competencia(s) COGNITIVA, INTERPRETATIVA, ARGUMENTATIVA Y PROPOSITIVA Indicador(es) de desempeño Adquiere habilidad y destreza para identificar características de los gases, y resuelve problemas relacionados con ellos. Lectura Conceptualización Comprensión, análisis Síntesis Plenaria, PLAN DE CLASE GRADO: Décimo GUÍA PEDAGÓGICA DE QUÍMICA 1. Motivación: La atmósfera es una capa de aire de aproximadamente 1000 Km de espesor que envuelve la tierra. Si consideramos el conjunto de la capa gaseosa que rodea la tierra hablamos de la atmósfera, pero si nos referimos a una porción limitada de esa masa gaseosa, empleamos el término aire. El aire está compuesto entre otros gases de nitrógeno, oxigeno, hidrógeno, argón, dióxido de carbono, neón y helio. De esta mezcla de gases, cuando respiramos aire cual nos mantiene vivos a los animales?; cuales utilizan los vegetales y para que?. El gas propano es utilizado como combustible para producir calor y cocinar; el acetileno se utiliza en los sopletes de soldadura para metales; averigua los usos del gas cloro, amoníaco, helio. Por qué mueren tantas personas intoxicados con gases en los apartamentos sobre todo en climas fríos? 2. Lectura: Te invito a realizar la lectura que está en la última parte de esta guía Contaminación actual de la atmósfera, saca las ideas principales o que más te llamen la atención y prepárate para exponer estas conclusiones en la plenaria sobre los gases. 3. Presentación del tema: Bajo condiciones apropiadas todas las sustancias pueden existir en uno de los tres estados físicos de la materia: sólido, líquido o gaseoso. Experimentalmente se ha encontrado que en el estado gaseoso todas las sustancias puras tienen un comportamiento muy semejante desde el punto de vista físico. Estas similitudes han permitido hacer una serie de generalizaciones (leyes), las cuales han servido como base a las teorías que explican el comportamiento de los gases. Qué es una ley? Qué es una teoría? A una temperatura dada los sólidos tienen forma y volumen definido; los líquidos tienen volumen definido pero no forma, y los gases no tienen ni forma, ni volumen definido. Estos tienden a ocupar el volumen total del recipiente en el cual están contenidos. Por qué? La materia gaseosa, como la materia en cualquier otro estado, tiene peso y ocupa obviamente un volumen. Las partículas se encuentran relativamente a grandes distancias unas de otras y están en continuo y rápido movimiento, lo cual provoca choques

2 entre ellas y con las paredes del recipiente que las contiene. La fuerza ejercida por unidad de área sobre dichas paredes debido a esos choques se conoce como presión. El hecho de que esas presiones sean producidas por partículas tan pequeñas sugiere que estas deben estar dotadas de gran velocidad y el número de choques con las paredes debe ser muy grande. La temperatura puede considerarse como una medida del grado de calentamiento de un cuerpo. Cuando se ponen en contacto dos sustancias que se encuentran a diferente temperatura, el calor fluye del cuerpo caliente al cuerpo frio. Cuando varía la temperatura de una sustancia se produce también un cambio en alguna de sus propiedades, como volumen, color, conductividad eléctrica, etc., lo cual permite medir esas variaciones. Qué propiedad se utiliza en el termómetro de mercurio?. Investiga por qué los gases, se comprimen, difunden, dilatan, con facilidad. La presión para los gases se maneja en atmosferas (atm), milímetros de mercurio (mm.hg), torricellis (torr). Investiga en que consistió el experimento de Evangelista Torricelli?. La temperatura se maneja en grados kelvin, el volumen en litros, la densidad en gramos /litro. LEY DE BOYLE La ley de Boyle establece que a temperatura constante el volumen, V, de una cantidad dada de gas varía inversamente con la presión, P, ejercida sobre el. P1V1 = P2V2 P1= presión inicial V1= volumen inicial P2= presión final V2= volumen final 1. Ejercicio: que volumen ocupará una muestra de 20 litros de oxígeno, si su presión se reduce de 1 atmosfera a 0,5 atmosferas, manteniendo la temperatura constante?. V1= 20 litros V2=? P1= 1 atm P2= 0,5 atm P1x V1 P2 1 atm X 20 lt 0.5 atm V2= 40 litros 2. Ejercicio: 8,5 litros de nitrógeno se encuentran a una presión de 1500 mm.hg; si el volumen disminuye hasta 6,2 litros; cual será la nueva presión a que esta sometido dicho gas? V1= 8,5 litros P1= 1500 mm.hg / 760 mmhg = 1.97 atm V2= 6,2 litros P2=? P2 = P1 x V1 V2 P2 = 1.97 atm X 8.5 lt 6.2 lt P2= 2.7 atm LEY DE CHARLES La ley de Charles establece que el volumen de una cantidad dada de gas, a presión constante, es directamente proporcional a la temperatura absoluta. V2T1 = V1T2 V1= volumen inicial V2= volumen final T1= temperatura inicial T2= temperatura final 1. Ejercicio: se calienta un gas en un cilindro a presión constante de 1 atmosfera, desde 25ºC hasta 150ºC. Si el volumen inicial del gas era de 24 litros, cual será su volumen final? T1= 25ºC = 298ºK T2= 150ºC = 423ºK V1= 24 litros V2=? V1 x T2 T1 24 lt X 423 ºK 298 ºK V2= 34,06 litros 2. Ejercicio: un gas que está a 127ºC y 2 atm ocupa un volumen de 2800 ml. Si su volumen aumentó hasta 3,5 litros, a que temperatura fue sometido?

3 T1= 127ºC = 400ºK V1= 2800 ml= 2,8 litros V2= 3,5 litros T2=? V2 x T1 V1 3.5 lt X 400 ºK 2.8 lt 500ºK LEY DE GAY-LUSSAC La ley de Gay-Lussac establece que si el volumen de un gas permanece constante, la presión es directamente proporcional a la temperatura absoluta. P1 P2T1 1. Ejercicio: si la presión de una mezcla gaseosa se eleva desde 380 mm Hg hasta 1520 mm Hg, siendo la temperatura inicial de 17ºC, cual será la temperatura final si no hay variación de volumen. P1 = 380 mm Hg/760 mmhg = 0.5 atm P2 = 1520 mm Hg/760 mmhg = 2 T1 = 17ºC = 290ºK? P2 X T1 P1 2 atm X 290 ºK 0.5 atm 1160 ºK 2. Ejercicio: Un gas que es sometido a 80ºC y luego se le cambia la temperatura hasta 95ºC marca una presión de 2,8 atm. Cual es la presión inicial a que ha sido sometido dicho gas en torricellis. T1 = 80ºC = 353ºK 95ºC = 368ºK P2 = 2,8 atm P1 =? P1 = P2 X T1 T2 P1 = 2.8 atm X 353 ºK 368 ºK P1 = 2,68 atm X 760 torr P1 = 2036,8 Torr LEY COMBINADA DE LOS GASES Esta ley relaciona v, p y t. cuando el número de moles (n) permanece constante. Reuniendo las leyes de Boyle, la de Charles, y la de Gay-Lussac en una sola operación llegamos a la expresión: V1P1 V2P2T1 Ejercicio: una muestra de gas tiene un volumen de 400 cm3 a 20ºC y 720 mm.hg de presión. Calcular el volumen del gas si la temperatura se aumenta a 44ºC y la presión a 780 mm.hg V1 = 400 cm 3 /1000 cm3 = 0.4 lt T1 = 20ºC +273 = 293ºK P1 = 720 mm.hg/760 mmhg = 0.95 atm? 44ºC = 317ºK P2 = 780 mm Hg / 760 mmhg = atm V1 x P1 x T2/P2 x T1 0.4 lt X 0.95 atm X 317 ºK 1,026 atm X 293 ºK lt Ejercicio: un gas ocupa un volumen de 10 litros a condiciones normales (C.N.). Qué volumen ocupará a 20ºC y 700 torr?. Las condiciones normales de un gas son las siguientes: 1 atm de presión, 273ºK de temperatura, 22,4 litros de volumen. V1 = 10 litros P1 = 1 atm T1 = 273ºK? P2 = 700 torr / 760 torr = 0,92 atm 20ºC = 293ºK V1 X P1 X T2 P2 X T1 10 lt x 1 atm x 293ºK 0.92 atm x 273ºK 2930litros/251,1 11,7 litros ECUACIÓN DE ESTADO DE UN GAS IDEAL Combinando las leyes de Boyle y de Charles con el principio de avogadro, se deduce una ecuación general que muestra el estado de un gas en relación con las cuatro variables, volumen (v), temperatura absoluta (t), presión (p) y número de moles (n). El

4 principio de avogadro dice iguales volúmenes de distintos gases, a las mismas condiciones de temperatura y presión contienen el mismo número de moléculas. P = presión en atm V = volumen en litros n = número de moles R = kelvin lt x atm moles x ºK T = temperatura en grados El valor de (R), constante universal de los gases, se obtiene si reemplazamos en la ecuación general, las variables por sus valores experimentales en condiciones normales y despejamos: P = 1 atm V = 22,4 litros n = 1 mol T = 273ºK R = P x V n x T R = 1 atm x 22.4 lt 1 mol x 273ºK R = 22.4 lt x atm 273 mol x ºK R = lt x atm n x ºK R = 0, 082 atm x Lt /mol x ºK. No olvide que: n = w M d = w V Ejercicio: La densidad de un gas a 640 mm Hg y 27ºC es 2,68 gr/lt. Cual es su masa molecular (M). PV = w x RT M PM = w RT V PM = d x RT M = d R T P M = 2.68gr x ltatm lt nk x 300ºK 0.84 atm Ejercicio: M = 65.9 gr/n 0.84 M = 78,48 gr/mol Cual es la densidad del acetileno (C2H2) a condiciones normales? d =? P = 1 atm M = 26 gr/mol T = 273ºK R = 0,082 atm x lt/mol x ºK d = M x P R x T d = gr 26 mol x 1 atm d = 26 gr/22,4lt d = 1,16 gr/lt ltatm nk x 273ºK 4. Aplicación práctica (taller) Aplica las leyes de los gases para resolver los siguientes ejercicios, individualmente o en grupo de tal forma que estés preparado (a) para mostrarte competente en el tema de los gases en la plenaria, y en las pruebas objetivas que se van a efectuar. 1. Un neumático con una capacidad de 16 lt soporta una presión de 1,93 atm a una temperatura de 20ºC. Que presión llegará a soportar dicho neumático si durante un viaje las llantas alcanzan una temperatura de 60ºC? 2. Un gas desconocido ocupa un volumen de 20 lt a 40ºC y a 770 torr. Cual será la presión en torr de este gas si el nuevo volumen es 75 lt a 0ºC? 3. Qué presión se ejercerá sobre 3 moles de gas nitrógeno encerrado en un recipiente de 10 lt a 60ºC? 4. El dióxido de carbono (CO2), conocido como hielo seco, es usado en el mantenimiento de alimentos congelados. Cuantos gramos de hielo seco serán producidos a partir de 4 x 10 2 lt de CO2 a C.N.? 5. Cierta cantidad de oxígeno (O2), ocupa 4 lt a 10ºC y 400 mm.hg. Calcular su volumen a C.N.? 6. Explica: un recipiente de 1 lt de capacidad, contiene oxígeno puro a una presión de 2 atm. Qué ocurriría con el volumen de oxígeno si se triplica la presión?. Cual es el valor del nuevo volumen? 7. El volumen de un globo de helio es 2,5 lt y se encuentra a una temperatura de 25ºC. Qué ocurriría si introducimos el globo dentro de un refrigerador, a una temperatura de 0ºC? Cuál sería el nuevo volumen? 8. Una cantidad de nitrógeno ocupa un volumen de 12 lt a una presión de 730 mm.hg. Determina el volumen de esa misma cantidad de gas a presión normal, si la temperatura permanece constante. 9. Una muestra de hidrógeno gaseoso ocupará un volumen de 400 ml a una presión de 1 atm. Cual es el volumen de la muestra a una presión de 740 torr, si la temperatura es constante.

5 10. Un tanque de acero contiene nitrógeno a 25ºC y una presión de 10 atm. Calcula la presión interna del gas cuando el tanque está a 150ºC. 11. Un gas ocupa 2,4 lt a 4,8 atm y 25ºC. Cual es la temperatura en grados Celsius si se expande a 7,2 lt a una presión de 1,2 atm. 12. Calcula el volumen que ocupará 1 mol de amoníaco (NH3) a C.N. (d = 0,76 gr/lt). 13. Un gas de fórmula mínima (CH) tiene una densidad de 1,16 gr/lt a C.N. Cual es la masa molecular y la fórmula molecular de este gas?. 14. Se tiene un gas a 2 atm y 27ºC, en un recipiente provisto de un émbolo. Inicialmente el volumen del recipiente es de 3 lt, pero en cierto momento se inyectan otras 0,5 moles del gas, con lo cual el émbolo sube hasta que el volumen es de 6 lt. La temperatura también aumenta a 32ºC. Cual es la presión del gas en este último estado? R/ta 3,08 atm 15. Qué volumen de oxígeno medido a C.N. es obtenido por descomposición de 100 gr de clorato de potasio (KClO3)? R/ta 27,53 Lt 16. Cuantos litros de dióxido de carbono (CO2), se producen a C.N. cuando 20 lt de propano (C3H8) medidos a C.N. reaccionan con oxígeno en cantidad suficiente, según la siguiente ecuación: C3H8 + O2 CO2 + H2O 17. Como una de las posibles soluciones contra la contaminación atmosférica se ha sugerido el empleo del amoníaco como combustible a través de la reacción: NH3 + O2 N2 + H2O Determine el volumen de oxígeno a 23ºC y 1,1 atm requerido para quemar 15 lt de amoníaco a la misma temperatura y a una presión de 10 atm. R/ta 101,5 Lt 5. Síntesis En el siguiente cuadro encuentras resumidas las leyes que regulan el comportamiento de los gases. RESUMEN DE LAS LEYES QUE REGULAN EL COMPORTAMIENTO DE LOS GASES AUTOR LA LEY DICE: FÓRMULA ROBERT BOYLE A temperatura constante el volumen de una cierta cantidad de un gas es V1P1 = V2P2 inversamente proporcional a la presión que soporta. JACQUES CHARLES Permaneciendo constante la presión, el volumen de una masa de gas es V1 V2T1 directamente proporcional a la temperatura absoluta. JOSEPH GAY-LUSSAC Si el volumen permanece constante, la presión de un gas es directamente P1 P2T1 proporcional a la temperatura absoluta. LEY COMBINADA DE LOS GASES Es una relación de Boyle, Charles y de Gay-Lussac. Las variaciones de volumen de la masa de un gas, varia directamente con la temperatura e inversamente con la presión. V1P1 V2P2T1 ECUACIÓN DE ESTADO Son las conclusiones de Amadeo Avogadro y las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lussac. LEY DE AVOGADRO Volúmenes iguales de gases diferentes, a las mismas condiciones de temperatura y presión, contienen el mismo número de moléculas. VOLUMEN MOLAR Un mol de cualquier gas contiene 6,02 x moléculas a una atmósfera de presión, una temperatura de 273ºK y ocupa un volumen de 22,4 litros.

6 CONDICIONES NORMALES CONSTANTE UNIVERSAL DE LOS GASES 1 atm de presión, 273ºK de temperatura lt de volumen Es la relación entre las condiciones normales, se halla despejando (R) y reemplazando estos valores en la ecuación de estado. R = PV/nT R = 1 atm x 22,4 lt/1 mol x 273ºK R = 0,082 atm x lt/moles x ºK 6. Plenaria Mediante una plenaria, donde participen todos los estudiantes, se socializará el tema de los gases para observar como va el proceso de aprendizaje que apunta hacia la consecución de los logros propuestos. Valorado este proceso, se procederá a retroalimentar las fallas observadas o de lo contrario, se programará con todos los estudiantes las respectivas pruebas objetivas que sean necesarias para que los jóvenes muestren sus avances en el dominio del tema. 7. Evaluación Para la evaluación o valoración del tema de los gases, se tendrá en cuenta el trabajo individual y grupal en clase, además el jurado encargado de conceptuar sobre la heteroevaluación de los estudiantes, estará pendiente de la participación en la plenaria, el desempeño en las pruebas objetivas que se efectúen. Por su parte el docente también valorará integralmente y para ello tendrá en cuenta su comportamiento en clase, su voluntad de aprendizaje y otros aspectos positivos que los puedan favorecer en su nota de periodo. El estudiante tendrá la oportunidad de autoevaluarse, mediante un concepto serio, honesto y responsable.