HOJA DE TRABAJO UNIDAD III. Estequiometría (Segunda Parte) Contenido del examen final

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1 ESCUELA DE QUÍMICA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA GENERAL QUÍMICA GENERAL II HOJA DE TRABAJO UNIDAD III Estequiometría (Segunda Parte) Contenido del examen final Libro de texto de consulta: Chang, R. y K. Goldsby. Química 12va. edición, McGraw-Hill. México, Instrucciones: Resuelva los siguientes ejercicios. Tema: Balanceo de ecuaciones, reglas de solubilidad, tipos de reacciones. A. Complete y balancee las siguientes ecuaciones: 1. Pb (s) + HCl (ac) 2. Fe (s) + CuCl 2(ac) 3. Cl 2(g) + BaBr 2(ac) 4. Al (s) + SnCl 2(ac) 5. Hg (s) + SnCl 2(ac) 6. Cu (s) + NaCl (ac) 7. Au (s) + NiSO 4(ac) 8. Br 2(ac) + NaCl (ac) 9. Cu (s) + FeCl 2(ac) 10. Br 2(l) + NaI (ac) 11. Pb(NO 3 ) 2 + KI 12. Hg 2 (NO 3 ) 2 + KBr 13. Hg(NO 3 ) 2 + KI 14. Mg(ClO 4 ) 2 + K 2 CO Ba(NO 3 ) 2 + Na 3 PO Ag 2 CrO 4 + HCl 17. FeS + HCl 18. Na 2 SO 3 + KNO (NH 4 ) 2 SO 4 + AlBr Pb(NO 3 ) 2 + H 2 S (g) 21. Bi(NO 3 ) 3 + NaOH 22. MnSO 4 + (NH 4 ) 2 S 23. CaCO 3 + HCl 24. ZnCO 3 + HNO 3

2 25. BaCO 3 + HNO FeSO 4 + (NH 4 ) 2 S 27. AgNO 3 + H 2 S 28. Bi(NO 3 ) 3 + H 2 S (ac) 29. FeCO 3(s) + H 2 SO Ba(NO 3 ) 2 + NaOH Tema: Ecuación iónica neta A. Predecir los productos de las siguientes reacciones y escribir la ecuación iónica neta. 1. Na 2 SO 4(ac) + Pb(NO 3 ) 2(ac) 2. Ba(NO 3 ) 2 + NaOH (ac) 3. HCl (ac) + NaOH 4. 2H 3 PO 4(ac) + 3 Ca(OH) 2 5. CaO (s) + 2 HCl (ac) 6. HNO 3(ac) + NaOH (ac) 7. ZnSO 4 + BaS 8. BaCl 2 + K 2 CrO KOH + AlCl AgNO 3(ac) + HCl (ac) 11. Fe(NO 3 ) 3 + KOH 12. MgSO 4(ac) + KClO 3(ac) 13. Ba(NO 3 ) 2(ac) + Cr 2 (SO 4 ) 3(ac) B. Escribir la ecuación iónica neta. Balancear y completar: 1. Pb(NO 3 ) 2(ac) + NaI (ac) 2. K 3 PO 4(ac) + Ca(NO 3 ) 2(ac) 3. CaCO 3(s) + 2HCl (ac) 4. HCl (ac) + Mg (s) 5. HCl (ac) + CaCO 3(s) CaCl 2(ac) + H 2 O (l) + CO 2(g) 6. HCl (ac) + NaHCO 3(s) NaCl (ac) + H 2 O (l) + CO 2(g) 2

3 Tema: Cálculos basados en ecuaciones químicas 1. El amoníaco usado para hacer fertilizantes para jardines se obtiene haciendo reaccionar el nitrógeno del aire con hidrógeno. Calcular: a) La masa en gramos de amoníaco, formada a partir de 1.34 moles de nitrógeno. b) La masa en gramos de nitrógeno necesaria para forma 1.00 Kg de amoníaco. c) La masa en gramos de hidrógeno necesaria para reaccionar con 6.00 gramos de nitrógeno. 2. Una de las maneras de eliminar el monóxido de nitrógeno en las emisiones de humos es hacerle reaccionar con amoníaco; la reacción produce nitrógeno y agua líquida: 4 NH 3(g) + 6 NO (g) 5 N 2(g) + 6 H 2 O (l) a) 16.5 moles de NO reaccionan con moles de amoníaco. b) 9.30 moles de NO dan moles de nitrógeno. c) moles de nitrógeno necesitan moles de NO. d) 22.4 moles de NO producen moles de agua. 3. La combustión de gas butano, C 4 H 10, en el aire da CO 2 y agua líquida. a) Escriba la ecuación balanceada para dicha reacción: b) Cuántos moles de C 4 H 10 se necesitan para obtener 11.6 moles de dióxido de carbono? c) Cuántos gramos de agua se forman con 2.69 moles de butano? 4. Qué cantidad de agua se produce en la combustión de 1.00 g de glucosa? C 6 H 12 O 6(s) + O 2(g) CO 2(g) + H 2 O (l) 5. a) Cuál es la masa de amoníaco que se forma cuando 5.38 gramos de Li 3 N reaccionan con agua de acuerdo con la ecuación: Li 3 N (s) + H 2 O (l) LiOH (s) + NH 3(g)? b) Cuál es la masa de carbonato de calcio que se necesita para producir 2.87 gramos de dióxido de carbono de acuerdo con la reacción: CaCO 3(s) CaO (s) + CO 2(g)? 6. Considere la combustión de monóxido de carbono (CO) en oxígeno gaseoso: 2CO (g) + O 2(g) 2CO 2(g). Si la reacción se inicia con 3.60 moles de CO, calcule el número de moles de CO 2 producidos si hay suficiente oxígeno gaseoso para reaccionar con todo el CO. 7. La producción anual de dióxido de azufre como resultado de quemar hulla, combustibles fósiles, el escape de los automóviles y otras fuentes es de unos 26 millones de toneladas. La ecuación de esta reacción es: S (s) + O 2(g) SO 2(g). Qué cantidad de azufre presente en los materiales originales producirá esta cantidad de SO 2? 8. Cuando el cianuro de potasio (KCN) reacciona con los ácidos, se desprende un gas venenoso letal, el cianuro de hidrógeno (HCN). Esta es la ecuación: KCN (ac) + HCl (ac) KCl (ac) + HCN (g). Si una muestra de g de 3

4 KCN se trata con un exceso de HCl, calcule la cantidad de HCN formado, en gramos. 9. Por muchos años la recuperación de oro (esto es, la separación del oro de otros materiales), implicó el tratamiento de oro para aislarlo de otras sustancias, usando cianuro de potasio: 4 Au + 8 KCN + O 2 + 2H 2 O 4 KAu(CN) KOH. Cuál es la mínima cantidad de KCN, en moles, que se requiere para extraer 29.0 g (más o menos 1 onza) de oro? 10. La piedra caliza (CaCO 3 ) se descompone por calentamiento en cal viva (CaO) y dióxido de carbono. Calcule cuántos gramos de cal viva se pueden producir a partir de 1.0 Kg de piedra caliza. 11. El fertilizante de amonio (NH 4 ) 2 SO 4 se prepara de amoniaco (NH 3 ) con ácido sulfúrico: 2NH 3(g) + H 2 SO 4(ac) (NH 4 ) 2 SO 4(ac). Cuántos kilogramos de NH 3 se necesitan para producir 1.00 X 10 5 Kg de (NH 4 ) 2 SO 4? 12. Usando la ecuación 2NaNH 2 + N 2 O NaN 3 + NaOH + NH 3 a) Determine el número de gramos de NaNH 2 y de N 2 O que se requieren para preparar 5.00 g de NaN 3. b) Cuántos gramos de NH 3 se producen? 13. Determine el número de gramos de HI que se producirían por la adición de 3.50 g de PI 3 a agua en exceso. PI 3 + 3H 2 O 3HI + H 3 PO Una muestra de g de un material que contiene parte de As 4 O 6 requiere g de I 2 para reaccionar de acuerdo a la ecuación química As 4 O 6 + 4I 2 + 4H 2 O 2As 2 O 5 + 8HI c) Qué masa de As 4 O 6 reaccionó con el I 2 suministrado? d) Qué porcentaje de la muestra es As 4 O 6? e) Qué porcentaje de la muestra es As? 15. Una muestra de 6.55 g de una mezcla de Na 2 SO 3 y Na 2 SO 4 se disolvió en agua y se calentó con azufre sólido. El Na 2 SO 4 no reaccionan, pero el Na 2 SO 3 reacciona así: Na 2 SO 3 + S Na 2 S 2 O 3 y 1.23 g de S de disolvieron y formaron Na 2 S 2 O 3. Qué porcentaje de la mezcla original era Na 2 SO 3? Tema: Reactivo Limitante, Porcentaje de rendimiento, Rendimiento teórico y práctico. 1. Balancee la ecuación: SF 4 + I 2 O 5 I F 5 + SO 2 y calcule el máximo número de gramos de IF 5 que se pueden obtener si se parte de 10.0 g de SF 4 y 10.0 g de I 2 O El agotamiento de ozono (O 3 ) en la estratósfera ha sido materia de gran preocupación entre los científicos en los últimos años. Se cree que el O 3 puede reaccionar con el óxido nítrico (NO), proveniente de las emisiones de los aviones de propulsión a elevadas alturas. La reacción es: O 3 + NO O 2 + NO 2. Si g de O 3 reaccionan con g de NO, 4

5 cuántos gramos de NO 2 se pueden producir? Qué compuesto es el reactivo limitante?. Calcule el número de moles del reactivo excedente que permanecen al final de la reacción. 3. Considere la reacción: MnO HCl MnCl 2 + Cl H 2 O. Si reaccionan 0.86 moles de MnO 2 y 48.2 g de HCl. Qué reactivo se agotará primero? Cuántos gramos de Cl 2 se producirán? 4. Cuántos gramos de OF 2 pueden prepararse a partir de 1.60 g de F 2 y 1.60 g de NaOH? La ecuación es: 2F NaOH OF NaF + H 2 O. 5. Determine el número de gramos de B 2 H 6 que pueden obtenerse de g de NaBH 4 y g de BF 3 mediante la siguiente reacción: 3 NaBH BF 3 3 NaBF B 2 H a) Cuántos gramos de Ti metálico se requieren para reaccionar con g de TiCl 4? La ecuación para la reacción es: 3 TiCl 4 + Ti 4 TiCl 3 b) Cuántos gramos de TiCl 3 pueden producirse de la reacción? c) Si g de TiCl 3 se separan como producto de la reacción cuál es el porcentaje de rendimiento? 7. a) Cuántos gramos de NaN 3 pueden obtenerse de la reacción de 3.50 g de NaNH 2 y 3.50 g de NaNO 3? La ecuación es: 3NaNH 2 + NaNO 3 NaN NaOH + NH 3 b) Si 1.20 g de NaN 3 se separan, cuál es el porcentaje de rendimiento? 8. Una muestra de g de una mezcla de carbonato de calcio, CaCO 3 y sulfato de calcio, CaSO 4, se calentó para descomponer el carbonato: CaCO 3 CaO + CO 2. El CO 2 gaseoso escapó y el CaSO 4 no se descompone por el calentamiento. La masa final de la muestra es 7.64 g. Qué porcentaje de la mezcla original es CaCO 3? 9. El fluoruro de hidrógeno se usa en la manufactura de freones (que destruyen el ozono de la estratósfera) y en la producción de aluminio metálico. Se prepara por la reacción: CaF 2 + H 2 SO 4 CaSO HF. En un proceso se tratan 6.00 Kg de CaF 2 con un exceso de H 2 SO 4 y se producen 2.86 Kg de HF. Calcule el rendimiento porcentual de HF. 10. La nitroglicerina (C 3 H 5 N 3 O 9 ) es un poderoso explosivo. Su descomposición se puede representar por: 4C 3 H 5 N 3 O 9 6N CO H 2 O + O 2. Esta reacción genera una gran cantidad de calor y muchos productos gaseosos. La veloz formación de estos gases, aunada a su rápida expansión, es lo que produce la explosión. a) Cuál es la máxima cantidad de O 2 en gramos que se puede obtener de 2.00 X 10 2 g de nitroglicerina? b) Calcule el rendimiento porcentual de esta reacción si se encuentra que la cantidad de O 2 generada es de 6.55 g. Cuántos litros de O 2 a TPE representa la cantidad anterior? 11. El carburo de silicio, SiC, se conoce comúnmente como carborundum. Esta sustancia dura, que se emplea comercialmente como abrasivo, se fabrica calentando SiO 2 y C a altas temperaturas: SiO 2(s) + 3C (s) SiC (s) + 2CO (g) 5

6 a) Cuántos gramos de SiC pueden formarse si se permite que reaccionen 3.00 g de SiO 2 y 4.50 g de C? b) Cuál reactivo es el limitante, y cuál está en exceso? c) Cuánto queda del reactivo en exceso después de que se consume totalmente el reactivo limitante? 12. Una técnica de laboratorio común para preparar pequeñas cantidades de O 2 consiste en descomponer KClO 3 por calentamiento: 2 KClO 3(s) 2 KCl (s) (g) Si la descomposición de 2.00 g de KClO 3 da g de O 2, calcule el porcentaje de rendimiento la reacción. Sugiera una razón por la que el rendimiento real es menor que el teórico. de 13. Una estudiante hace reaccionar benceno, C 6 H 6, con bromo, Br 2, en un intento por preparar bromobenceno, C 6 H 5 Br: C 6 H 6 + Br 2 C 6 H 5 Br + HBr a) Calcule el rendimiento teórico en esta reacción si 30.0 g de benceno reaccionan con 65.0 g de bromo? b) Si el rendimiento real de bromobenceno fue de 56.7 g, calcule el porcentaje de rendimiento. 14. Uno de los pasos del proceso comercial para convertir amoniaco en ácido nítrico implica la conversión de NH 3 en NO: 4 NH 3(g) (g) 4 NO (g) + 6 H 2 O (g) a) Cuántos gramos de NO se forman cuando 1.50 g de NH 3, reacciona con 1.85 g de O 2? b) Cuál reactivo es el limitante y cuál está en exceso? c) Cuánto del reactivo en exceso queda una vez que se ha consumido totalmente el reactivo limitante? 15. La aspirina, C 9 H 8 O 4, se produce a partir de ácido salicílico, C 7 H 6 O 3 y anhídrido acético, C 4 H 6 O 3 : C 7 H 6 O 3 + C 4 H 6 O 3 C 9 H 8 O 4 + HC 2 H 3 O 2 a) Cuánto ácido salicílico se requiere para producir 1.5 X 10 2 g de aspirina, suponiendo que todo el ácido salicílico se convierte en aspirina? b) Cuánto ácido salicílico se requeriría si sólo el 80% del ácido se convirtiera en aspirina? c) Calcule el rendimiento teórico de aspirina si 185 Kg de ácido salicílico se hace reaccionar con 125 Kg de anhídrido acético. d) Si la situación descrita en la parte (c) produce 182 Kg de aspirina, calcule el porcentaje de rendimiento. Tema: Resolución de problemas de mezclas, reacciones en serie y problemas varios 1. Una muestra de 25 g de un material que contiene parte de As 4 O 6 requiere 7.5 g de I 2 para reaccionar de acuerdo a la ecuación química: As 4 O I H 2 O 2As 2 O HI 1. Qué masa de As 4 O 6 reaccionó con el I 2 suministrado? 6

7 2. Qué porcentaje de la muestra es As 4 O 6? 3. Qué porcentaje de la muestra es As? 4. Si se produce un gramo de HI, cuál es su porcentaje de rendimiento? 2. Una muestra de 3.15 g de una mezcla de Na 2 SO 3 y Na 2 SO 4 se disolvió en agua y se calentó con azufre sólido. El Na 2 SO 4 no reacciona, pero el Na 2 SO 3 reacciona así: Na 2 SO 3 + S Na 2 S 2 O 3 y 0.65 g de S se disolvieron y formaron Na 2 S 2 O 3. Qué era Na 2 SO 3 y Na 2 SO 4? porcentaje de la mezcla original 3. a) Cuántos gramos de OP (NH 2 ) 3 deben obtenerse de la reacción de 7.00 g de OPCl 3 y 5.00 g de NH 3? La ecuación es: OPCl 3 + 6NH 3 OP(NH 2 ) 3 + 3NH 4 Cl b) Si 3.50 g de OP(NH 2 ) 3 se separaron, cuál es el porcentaje de rendimiento? 4. Cuántos gramos de NH 4 SCN pueden prepararse con 5.00 g de CS 2 y 4.00 g de NH 3? La ecuación para la reacción es: CS 2 + 2NH 3 NH 4 SCN + H 2 S 5. Una muestra de 9.90 g de una mezcla de CaCO 3 y NaHCO 3 se calentó y los compuestos se descompusieron: CaCO 3 CaO + CO 2 2NaHCO 3 Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O La descomposición de la muestra produjo 2.86 g de CO 2 y g de H 2 O Qué porcentaje de la muestra original es CaCO 3? 6. El gas NO, puro, seco, puede obtenerse por medio de la siguiente reacción: 3KNO 2 + KNO 3 + Cr 2 O 3 4 NO + 2 K 2 CrO 4 Cuántos gramos de cada uno de los reactivos se necesitan para preparar 2.50 g de NO? 7. El ácido nítrico se produce industrialmente mediante el proceso de Ostwald, representado con las siguientes ecuaciones: 4NH 3(g) + 5O 2(g) 4NO (g) + 6H 2 O (l) 2NO (g) + O 2(g) 2NO 2(g) 2NO 2(g) + H 2 O (l) HNO 3(ac) + HNO 2(ac) Qué masa de amoníaco en gramos se debe utilizar para producir 500 kg de ácido nítrico? 8. El peroxoborado trihidratado de sodio, NaBO 2 (OH) 2. 3H 2 O, se emplea como limpiador y blanqueador en la industria textil. Su preparación industrial incluye la reacción del bórax, Na 2 B 4 O 7 con NaOH. El metaborato de sodio resultante se trata con una disolución de peróxido de hidrógeno para formar peroxoborato trihidratado de sodio: Na 2 B 4 O 7 + 2NaOH 4NaBO 2 + H 2 O NaBO 2 + H 2 O 2 + 3H 2 O NaBO 2 (OH) 2. 3H 2 O 7

8 Cuántos kg de peroxoborato trihidratado de sodio se pueden preparar, en teoría, a partir de 475 kg de mineral que contiene 86% de bórax? Considere que todos los demás reactivos se encuentran en exceso. 9. El hierro se obtiene a partir de la siguiente serie de reacciones: 3Fe 2 O 3(s) + CO (g) 2Fe 3 O 4(s) + CO 2(g) Fe 3 O 4(g) + CO (g) 3FeO (s) + CO 2(g) FeO (s) + CO (g) Fe (s) + CO 2(g) Cuánto hierro se obtiene si se emplean 1345 g de óxido férrico? 10. Para la producción industrial de perclorato de potasio se llevan a cabo las siguientes reacciones en serie: Cl 2 + 2KOH KCl + KClO + H 2 O 3KClO 2KCl + KClO 3 4KClO 3 3KClO 4 + KCl Cuántos gramos de cloro se necesitan para preparar 5 kg de perclorato de potasio? 8