XXXIV OLIMPIADA GALLEGA DE QUÍMICA

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1 XXXIV OLIMPIADA GALLEGA DE QUÍMICA 17 de marzo de 2017 PRUEBA B_1 Nombre Apellidos DNI: Fecha de nacimiento / / PROBLEMA 1 En Galicia, las Minas de San Finx (Lousame) tienen una vieja historia, posiblemente de las mejor documentadas, pues tuvo 3 periodos de actividad importantes, en la edad del Bronce, durante la Edad Media y desde finales del siglo XIX hasta los años 70 del siglo XX. Recientemente, en la segunda década del siglo XXI, comienza una nueva reactivación de esta mina, especialmente por el interés de los minerales con elementos como el Wolframio, Tántalo o Niobio. Pero la actividad fundamental hasta el siglo XX radicaba en la extracción de casiterita para obtener estaño, con el que los pueblos precastreños de Galicia comercializaban para elaborar el bronce, una aleación de Casco de Leiro (Rianxo) estaño y cobre. Y parece ser que Galicia fue un punto estratégico en esa época de intercambio cultural gracias al comercio de este mineral, incluso con los fenicios. El bronce es una aleación con un promedio de 11% en masa de estaño y se obtiene de la reducción con carbono de los minerales malaquita CuCO 3 Cu(OH) 2 y casiterita SnO 2. La malaquita reacciona (rendimiento reacción 80%) con carbono para dar cobre sólido, dióxido de carbono y agua, mientras la casiterita reacciona (rendimiento reacción 95%) formando estaño sólido y dióxido de carbono. a) (15 puntos) Escriba las reacciones ajustadas que ocurren para obtener cobre y estaño. b) (45 puntos) Calcule el bronce obtenido a partir de 300g de malaquita (riqueza en CuCO 3 Cu(OH) 2 =57,0%) y 25 g casiterita (riqueza en SnO 2 =78,6%) Olimpiada Gallega de Química /6

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3 c) (20 puntos) La Azurita(riqueza en CuCO 2 =69,2%) también llamada malaquita azul, es un 3 Cu(OH) 2 mineral conocido desde la antigüedad, utilizado en joyería y también como pigmento azul que era muy empleado por los pintores, una vez pulverizado. Suponga que la utilizamos para obtener la cantidad de bronce anterior. Cuánta azurita necesitaremos? (rendimiento reacción 100%). d) (20 puntos) Como hemos visto, el hidróxido de cobre se encuentra en la azurita y en la malaquita. También en nutrición parenteral que se administra en algunos enfermos por vía intravenosa para suministrar oligoelementos, en este caso el ion Cu 2+. Sabemos que el ph de la sangre es 7,4 y conociendo el riesgo que supone que precipite en la sangre el Cu 2+ en forma de Cu(OH) 2. Calcule la concentración límite (máxima) que puede estar el ion Cu 2+ libre en la sangre. Dato: Kps = Olimpiada Gallega de Química /6

4 PROBLEMA 2 En el aire hay una cantidad enorme de nitrógeno elemental, N 2, alrededor de 4x10 18 kg. más que suficiente para satisfacer todas nuestras necesidades. El problema es transformar el elemento en nitrógeno fijado, es decir, en compuestos que pueden ser utilizados por las plantas para elaborar proteínas. Este mes se cumplieron 85 años del fallecimiento de Friedrich Wilhelm Ostwald (premio Nobel 1909) quién descubrió un procedimiento de preparación del ácido nítrico por oxidación del amoníaco, facilitando la producción masiva de fertilizantes y de explosivos en Alemania durante la I Guerra Mundial. Este proceso se asocia históricamente al desarrollado por el químico alemán Fritz Haber (proceso de Haber ) que proporciona la materia prima indispensable, el amoníaco. Desde el momento en que se pone en marcha la síntesis de Haber-Bosch para la fabricación del amoníaco, el ácido nítrico se prepara por el método Ostwald que consta de tres etapas: Primera.- Se hacen pasar vapores de amoníaco y aire previamente calentados a 800 C y 1 atm. por una malla de platino con un 10 % de rodio (catalizador). La combustión catalítica del amoníaco para formar monóxido de nitrógeno (NO) NH3(g) O2(g) NO(g) H2O(g) Segunda.- Este gas (NO) pasa a unas torres metálicas de absorción donde, con un nuevo aporte de aire se produce la siguiente reacción de oxidación NO(g) O2(g) NO2(g) Tercera.- En presencia de agua el dióxido de nitrógeno (NO 2 ) se dismuta en ácido nítrico (HNO 3 ) y NO. El proceso tiene lugar al ponerse en contacto con agua el NO 2, en torres de lavado. NO2(g) H2O(l) HNO3(ac) NO(g) El NO producido se oxida a NO 2 y sigue las mismas transformaciones. a) (25 puntos) Escriba las reacciones ajustadas de las tres etapas y la global entre la segunda y tercera etapa. Olimpiada Gallega de Química /6

5 b) (20 puntos) Escriba la reacción química ajustada correspondiente al proceso global. Considere que el vapor de agua producido en la etapa primera condensa y toda el agua es líquida. c) (15 puntos) Indique el estado de oxidación del nitrógeno y dibuje las estructuras de Lewis y su forma, indicando los ángulos de enlace en los compuestos: NH 3, NO, NO 2, HNO 3. d) (20 puntos) En la planta de Avilés, se introduce una corriente gaseosa (aire + amoníaco) en el reactor de m 3 por hora y una densidad de 1,012 kg m -3 a 1 atm y 60 C. Podría calcular la masa molar media de dicha corriente. Dato: R = 0,082 atm L mol -1 K -1 = 8,314 J/K mol Olimpiada Gallega de Química /6

6 e) (20 puntos) Conociendo la composición del aire: 80% N 2 y 20% O 2 en volumen. Calcule la cantidad de moles por hora que entran en el reactor de amoníaco. En caso de no realizar el apartado anterior, suponer 28. Olimpiada Gallega de Química /6