PROBLEMAS DE LOS SEMESTRES AL SIN RESPUESTA

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1 PROBLEMAS DE LOS SEMESTRES 00-1 AL 00- SIN RESPUESTA TEMA I (Parcial 1, 0- ) 1. En un experiment cm el de Thmsn, inicialmente un haz de electrnes que se mueve perpendicularmente a un camp magnétic de 7X10-4 [T], tiene una velcidad de 7X10 [m/s]. Determine la aceleración centrípeta que se ejerce sbre ls electrnes, cuand el vltaje de aceleración disminuye a un séptim de su valr inicial, v (1/7) v. (Final 1, 0-1 ). El únic electrón de un átm hidrgenide de escandi se encuentra en una órbita dnde su lngitud de nda es de x [ m ]. Determine: a) La energía cinética del electrón. b) La órbita en la que se encuentra el electrón. (Parcial 1, 0-1 ). Determine el númer atómic del element hiptétic cuy electrón diferencial tiene la cnfiguración electrónica 8p. TEMA III (Parcial, 0-1 ) 4. El pentaclrur de fósfr sufre la reacción de autinización que se muestra a cntinuación: PCl 5 PCl PCl - Determine la gemetría mlecular y la hibridación de cada una de las especies. (Final, 0- ) 5. Se analiza una muestra de 0.08 [g] de un cmpuest descncid que cntiene carbn e hidrógen. Al quemar la muestra se prducen [g] de CO y [g] de H O. Una muestra de 0.84 [g] de esa sustancia cupa un vlumen de [ml] a 4.8 [ C] y 1 [atm]. Determine: a) La fórmula mlecular del cmpuest. b) La estructura de Lewis (n frme cicls). c) La gemetría mlecular. d) La hibridación de cada carbn.

2 TEMA IV (Parcial, 0- ). Para determinar el cntenid de cbre en una aleación, se lleva al cab la reacción siguiente: Cu + NO - Cu + + NO Cuand se hacen reaccinar 700 [g] de la aleación cn un exces de ácid nítric, se btienen [L] de mnóxid de nitrógen (NO) gases medid a 77 [kpa] y 8 [ C]. Determine la cmpsición prcentual del cbre en la aleación. (Parcial, 0-1 ) 7. Para preparar ácid sulfúric se llevan al cab las reaccines siguientes: S + O SO 75 [%] SO + O SO 95 [%] SO + H SO 4 H S O 7 80 [%] H S O 7 + H O H SO 4 95 [%] El prcentaje de rendimient para cada etapa se indica después de la reacción. Calcule el vlumen del ácid sulfúric ( ρ 1.84 [g/ml] ) prducid a partir de 48. [g] de azufre. TEMA V (Final 1, 0- ) 8. Para verificar que un prces farmacéutic para la prducción de tabletas de ácid acetilsalicílic (HC 9 H 7 O 4 ), cumpla cn la nrma de calidad, se disuelve una tableta en la cantidad necesaria de agua para preparar 50 [ml] de dislución. El ph de esta dislución es de.8. Si la nrma de calidad establece que la tableta debe cntener n más de 5 [mg] de ácid acetilsalicílic. Indique si el prces cumple satisfactriamente cn la nrma. HC 9 H 7 O 4(ac) H + (ac) + C 9 H 7 O 4 - (ac) K a.x10-4 a 5 [ C] TEMA VI (Final, 0- ) 9. A cntinuación se presentan (de tablas) las semirreaccines cn su ptencial estándar de reducción a 5 [ C] que se llevan al cab en el acumuladr de plm: PbSO 4(S) + e - Pb (s) + SO 4 - (ac) PbO (S) + 4H + (ac) + SO 4 - (ac) + e - PbSO 4(s) + H O (l) ξ [V] ξ [V] a) Escriba las reaccines que se verifican en el cátd y en el ánd cuand se usa el acumuladr de plm para generar crriente. Calcule el ptencial de pila en cndicines estándar.

3 b) Qué masa de sulfat de plm (II) se depsita en las placas que actúan clectivamente cm ánd cuand la batería suministra crriente para arrancar el mtr de un autmóvil, si se requieren [s] cn una crriente prmedi de 0 [A]? (Final 1, 0- ) 10. Un ánd de cbre impur de.5 [kg] se encuentra inmers en una celda electrlítica que cntiene una dislución de CuSO 4. Se hacen circular 15. [A] durante 11.5 [h]. Si la eficiencia del prces es del 79 [%], calcule el prcentaje en masa de cbre que se depsita en el cátd.

4 PROBLEMAS DE LOS SEMESTRES 00-1 AL 00- CON RESPUESTA TEMA I (Parcial 1, 0-) 1. En un experiment cm el de Millikan, se necesita aplicar un camp eléctric de [N/C] para que una gta de aceite se quede estática. Si la fuerza de gravedad que se ejerce sbre la gta es de X10-15 [N], determine cuánts electrnes tiene en exces la gta. Desprecie el efect de la fuerza de Arquímedes. Respuesta: n 7 (Parcial 1, 0- ). En un experiment del efect fteléctric, se determinarn ls ptenciales de frenad (v) de ls ftelectrnes en función de la lngitud de nda (λ) del espectr de mercuri. λ [Å] v [V] Determine: a) El valr experimental de la cnstante de Planck. b) La frecuencia umbral. Respuestas: a) h.7975 X 10 4 [J s] b) f 4.8 X [s -1 ] TEMA III (Parcial, 0-1). Apyándse en la tería adecuada, determine el carácter magnétic y la estabilidad de las mléculas siguientes: BN 4+, BN, BN 1- Respuestas: BN 4+ diamagnética; O.E 0 BN diamagnética; O.E BN 1- paramagnética; O.E.5 (Parcial. 0-) 4. Llene la tabla siguiente, indicand la hibridación del átm central crrespndiente.

5 Justifique su respuesta. Enlaces simples Enlaces dbles Enlaces triples Pares electrónics libres a) b) c) d) e) 0 1 Hibridación Respuestas: a) sp b) sp d c) sp d) sp e) sp d TEMA IV (Parcial, 0-1) 5. Se pnen a reaccinar 50 [ml] de una dislución 1.4 [M] de ácid clrhídric cn [g] de carbnat de calci, prduciéndse 4 [L] de dióxid de carbn a 5 [ C] y 0.78 [atm]. Calcule el rendimient prcentual de la reacción. HCl + CaCO CO + CaCl + H O Respuesta: [%] de rendimient (Final, 0-1). Determine la fórmula mlecular de un cmpuest que cntiene.1 [%] de hidrógen, [%] de carbn y [%] de brm. A 140 [ C] y 7 [mm] de Hg, un gram de dicha sustancia cupa 179 [cm ]. Respuesta: C H 4 Br TEMA V (Final, 0-) 7. Use la Ley de Hess y cn base en las reaccines siguientes, determine el calr de frmación del butan. C 4 H 10(g) + 1/ O (g) 4 CO (g) + 5 H O (l) C (grafit) + O (g) CO (g) H (g) + ½ O (g) H O (l) H r -879 [kj] H r -9.5 [kj] H r [kj] Respuesta: Hf (C 4 H 10(g) ) -14[kJ/ml]

6 (Final, 0-) 8. Tme en cuenta ls equilibris siguientes en dislución acusa a 5 [ C]: H AsO H O H O + + HAsO 4 - K x10 - H O + + H AsO 4 - H AsO 4 + H O K 4000 H O + + AsO 4 - HAsO H O K 1.11x10 5 Y calcule el valr de la cnstante de equilibri para la reacción: H AsO 4 + H O H O + + AsO 4 - Respuesta: K 4.0x10-4 TEMA VI (Final, 0-1) 9. En un experiment de electrólisis se hace pasar una crriente de 7 [ma] durante 0 minuts a través de una dislución de ácid sulfúric diluid. Determine el vlumen de H y O gases prducids a 1 [atm] y 5 [ C]. Respuestas: Vlumen de O 57.7x10-4 [L] de O Vlumen de H x10-4 [L] de H (Final, 0-1) 10. La pila de cinc-óxid de plata que se usa en audífns para srdera y reljes eléctrics, se basa en las medias reaccines siguientes: Zn + (ac) + e - Zn (s) ξ red [V] Ag O (s) + H O (l) + e - Ag (s) + OH - (ac) ξ red 0.44 [V] a) Indique la reacción que currirá en el cátd y en el ánd respectivamente. b) Calcule la fem que genera esta pila en cndicines estándar. Respuestas: a) En el Cátd: Ag O (s) + H O (l) + e - Ag (s) + OH - (ac) ε 0 red En el Ánd: Zn (cs) e - + Zn + (ac) ε 0 x b) ε 0 pila 1.07 [V]

7 PROBLEMAS DE LOS SEMESTRES 00-1 AL 00- CON RESOLUCIÓN Tema I (Final, 0-1) 1. Cuand un haz de rays catódics pasa perpendicularmente a través de un camp electrmagnétic de 0.7 [mt] se desvía cn un radi de curvatura de 5.851x10 - [m]. Se desea que el haz recupere su trayectria recta aplicand un camp eléctric (E) perpendicular a la trayectria del haz y al camp magnétic. Calcule la magnitud que deberá tener el camp eléctric aplicad. Reslución: La expresión matemática par determinar la relación carga/masa de ls rays catódics (electrnes), cuand sl actúa un camp magnétic, es la siguiente: q m v B r dnde m q, es una cnstante física cuy valr se puede encntrar en la literatura, v es la velcidad a la que se mueven ls electrnes, B es la intensidad del camp magnétic y r es el radi de curvatura. Pr tr lad, la velcidad de ls electrnes se puede determinar cn la expresión siguiente: E v B dnde E es la intensidad del camp eléctric requerid para que el haz de electrnes recupere su trayectria recta; pr l tant, sustituyend esta ecuación en la anterir y despejand el camp eléctric, se llega a la ecuación: q E B m en la cual se sustituyen, en unidades del sistema internacinal, ls valres prprcinads cm dats y el valr de q/m que se btiene de la literatura, bteniéndse: E ( x10 [ C kg ]) ( 7x10 [ T] ) ( 5.851x10 [ m] ) 1 E 49,000 [ N C ] r (Parcial 1, 0-1). En un aparat cm el de Millikan, se tienen tres gtas de aceite cn igual radi dentr de un camp eléctric generad pr una diferencia de ptencial de 700 [V], las cargas de

8 las gtas sn 7e -, 14e - y 8e -. Si la gta cn 14e - en exces se encuentra estática, determine la velcidad terminal de las tras. Las cndicines de trabaj sn: Distancia entre placas: 7x10 - [m] Aceleración gravitatria: 9.78 [m s - ] Diferencia de densidades: 855 [kg m - ] Viscsidad del aire: 1.8x10-5 [kg s -1 m -1 ] Reslución: De acuerd a l descrit en el enunciad, las tres gtas tienen la misma masa ya que tienen el mism radi; además, la gta cn 14 electrnes en exces se encuentra estática, pr l tant las tras se encuentran en mvimient. La gta de mayr carga (8e - ) se encuentra en ascens, prque la fuerza eléctrica que se ejerce sbre ésta es mayr y la gta cn menr carga (7e - ) se encuentra en descens prque la fuerza eléctrica que se ejerce sbre ésta es la menr de las tres. Cn base en el análisis anterir, las expresines para determinar las cargas de las gtas sn: Gta cn 7e - : 4 Q π r ρ g π r η v 1 d d V Gta cn 14e - : Q 4 π r d ρ g V Gta cn 8e - : 4 Q π r ρ g + π r η v a d V dnde r es el radi de las gtas, ρ es la diferencia de densidades, g la aceleración gravitatria, η es la viscsidad del aire, v d es la velcidad de descens, d la distancia entre las placas y V es el vltaje aplicad. Cm se puede apreciar, el radi de las gtas se puede determinar si en la segunda ecuación se despeja r y se sustituyen ls valres de ls trs parámetrs. r V Q 4 π ρ g d r 19 ( 700[ V] ) ( 14 ( 1.0x10 [ C] ) - ( 855[ kg m ]) ( 9.78[ m s ]) ( 7x10 [ m] ) 4 π r x10 [ m] Cnciend el radi de las gtas, éste se puede sustituir en las ecuacines de Q 1 y Q para determinar ls valres de v d y v a, bteniéndse: v d 4 1 r V Q ρ g d π r η

9 v d 4 ( x10 [ m] ) 855[ kg m ] 19 ( ) ( [ ]) ( 700[ V] ) 7 1.0x10 [ C] 9.78 m s ( ( ) - ( 7x10 [ m] ) π ( x10 [ m] ) ( 1.8x10 [ kg s m ]) v d -1 [ ] x10 m s v a V d π Q 4 r r η ρ g v a ( ( ) 4 [ ] ( ) ( x10 m ) ( 855[ kg m ]) ( 9.78[ m s ]) ( x10 [ m] ) ( 1.8x10 [ kg s m ]) 19 ( 700[ V] ) 8 1.0x10 [ C] - 7x10 [ m] π v a -1 [ ] 50.17x10 m s (Final, 0-). El únic electrón de un átm hidrgenide de silici tiene una lngitud de De Brglie de 1.4x10-1 [m]. Determine: a) La órbita en la que se encuentra el electrón. b) La energía ptencial del electrón. Reslución: En el enunciad se indica que se trata de un átm hidrgenide de silici; pr l tant, su númer atómic es Z 14, y además se indica que λ e 1.4x10-1 [m]. La velcidad de un electrón, se puede determinar a partir de la expresión siguiente: m v h λ e de dnde se cnce el valr de λ e ; además, ls valres de m (masa del electrón) y h (cnstante de Planck) se btienen de la literatura. v h m λ e v -4.17x10 [ J.s] 1-1 ( x10 [ kg] ) 1.4x10 [ m] ( ) -1 [ m ] 4.754x10 s -

10 Ya cnciend la velcidad del electrón, se puede determinar el radi de la órbita a partir de la ecuación siguiente: m v Z e r k de dnde se cnce m, v y Z; además, ls valres de e (carga del electrón) y k (cnstante de Culmb) se btienen de la literatura. r -19 ( 14) 1.0x10 [ C] x10 [ kg] Z e k r m v 9 - ( ) ( 9x10 [ N m C ]) -1 ( ) ( 4.754x10 [ m s ]) 185.4x10 teniend el radi de la órbita, se puede determinar la órbita empleand la ecuación: r R de dnde se despeja n y se sustituyen ls valres cncids: B n Z -1-1 [ m] n r Z R B -1 ( 185.4x10 [ m] ) ( 14) x10 [ m] ( ) n 11 n 7 Para determinar la energía ptencial, se emplea la expresión siguiente: E P Z e r k - ( ) [ N m C ] ( 14) 1.0x10 [ C] 9x10 - ( 185.4x10 [ m] ) EP 1 Ε P 17.44x10 ( ) 18 [ J] Tema II (Parcial, 04-1) 4. El níquel tiene cinc isótps estables cuyas abundancias naturales se muestran en la tabla siguiente:

11 Isótp [%] de abundancia natural 58 Ni Ni.1 1 Ni 1.5 Ni. 4 Ni 1.1 Determine la masa atómica relativa prmedi aprximada del níquel, en [uma] Reslución: Cn base en ls dats de la tabla anterir, se puede btener la tabla siguiente: Masa Atómica [%] de Abundancia aprximada Cntribución Natural del isótp [uma] Istópica [uma] [uma] [uma].7044 [uma] [uma] Masa Atómica del Isótp La Masa Atómica Relativa Prmedi Aprximada, es la suma de las cntribucines istópicas: pr l tant, MA Ni [uma] Tema III (Final 1, 0-) 5. El ácid flurur, HFO, n ha sid aislad. Su estructura esquelética debe ser: H O F O Cnsidere al xígen cm átm central y prpnga: a) Estructura de Lewis cn cargas frmales. b) Gemetría mlecular. c) Hibridación. Reslución: La estructura de Lewis del ácid sería: O. H O F

12 Cm se bserva, alrededr del átm central de xígen se tienen cuatr pares electrónics, ds de ells sn de enlace y ls trs ds sn pares electrónics libres; pr l tant, cn respect a este átm se tiene una gemetría mlecular angular. Cn respect a la hibridación, se puede bservar que el átm central de xígen frma ds enlaces sigma (enlaces sencills) y tiene ds pares electrónics libres pr l cual le crrespnde una hibridación sp. (Parcial, 0-). Ordene en rden creciente de estabilidad las mléculas diatómicas siguientes: Justifique su respuesta CO +, NO, CN -, CF + Reslución: Empleand la tería del rbital mlecular se btiene la tabla siguiente: Mlécula: CO + NO CN - CF + Orden de Enlace: Prtnes: Electrnes: Tmand cm base el rden de enlace se tiene: CO +, NO, CF + < CN - Para diferenciar entre la estabilidad de CO +, NO y CF +, se verifica la carga nuclear (númer de prtnes) quedand: NO, CF + < CO + < CN - Para diferenciar entre la estabilidad de CO + y CF +, se verifica la repulsión electrónica (númer de electrnes) quedand: NO < CF + < CO + < CN - Tema IV (Parcial, 0-) 7. En un análisis pr cmbustión, se btuv que una muestra de 7 [mg] de un antibiótic que cntiene C, H, N, O y S, prduce [mg] de CO,.074 [mg] de H O, [mg] de N y [mg] de SO. Si la masa mlecular del antibiótic es de 7 [g ml -1 ], determine su fórmula mlecular. Reslución: Para determinar ls mles de carbn que se tienen en la muestra, se realiza el cálcul siguiente: CO 1 44 Para ls mles de hidrógen se tendría: C CO [ g] C.40x10 C [ g]c

13 .074 H O 18 Para ls mles de nitrógen se tendría: N 8 8 Para ls mles de azufre se tendría: SO 4 H 1 H O 1000 N N S SO [ g] H [ g] N [ g] S 40.8x10 H x10 N 88.95x10 S Para determinar ls mles de xígen que tiene la muestra, se realiza el cálcul siguiente: 7.0x10 [ g]n [ g]h [ g]s [ g] Ant ibiótic-.40x10 [ g] C- 40.8x10 [ g] H x10 [ g] N x10 [ g] S x10 [ g]o - Cn ls grams de cada element, se puede establecer la tabla siguiente: Element: M[g]: n[ml]: n/n p Carbn.40x x Hidrógen 40.8x x Nitrógen x x Azufre 88.95x x Oxígen 1.585x x Cn la relación mlar, se btiene la fórmula mínima del antibiótic. C 11 H 1 O N S Esta fórmula cincide cn la fórmula mlecular prque tienen la misma masa mlecular de 7 [g ml -1 ]. (Final, 0-) 8. Se pnen a reaccinar 7.7x10 [ines] de XeO 4- cn 1.4 [ml] de Xe y xígen gases en exces. XeO 4- + Xe + O HXeO4 - Si la reacción se lleva a cab en medi básic cn un 91 % de rendimient. Determine: a) Ls mles del prduct que se btienen. b) Ls mles del reactiv limitante que quedan sin reaccinar. Reslución: Primer se balancea la reacción pr el métd del ión electrón en medi básic, bteniéndse:

14 H O + XeO 4- + Xe + O HXeO4 - + OH - Cm el O y el H O están en exces, n pueden ser el reactiv limitante, así que éste debe ser el XeO 4- el Xe, para saber cuál de ls ds es, primer se cnvierten ls ines de XeO 4- en mles: 7.7x10 [ ines] XeO 4 1.0x10 4 [ ml] XeO [ ines] XeO [ ml] XeO Cn base en la relación estequimétrica se puede establecer que, para que reaccinen cmpletamente 1.4 [ml] de Xe, se necesitan 1.4 [ml] de XeO 4-, debid a que sl se tienen [ml] de XeO 4-, éste es el reactiv limitante; además, cm la reacción prcede cn un 91 [%] de rendimient, sl reaccina el 91 [%] del reactiv limitante. Así, el cálcul para determinar la cantidad del prduct btenida sería: [ ml] XeO [%] [%] 4- Para determinar ls mles de XeO siguiente: [ ml] 1 [ ml] [ ml] HXeO XeO [ ml] HXeO que quedan sin reaccinar, se tiene el cálcul [ ] [ ] % XeO [ ml] XeO 100 % 4 Tema V (Final 1, 0-1) 9. Cuand se quema 1 [ml] de una sustancia rgánica, que cntiene xígen, hidrógen y carbn, se desprenden 154 [kj] y se frman 88 [g] de CO (g) y [g] de H O (g). Calcule la entalpia de frmación de la sustancia en cndicines estándar. Reslución: Cnvirtiend ls grams de ls prducts a mles, se tendría: [ g] 1 [ ml] [ g] CO 88 CO 44 CO [ g] 1 H O 18 [ ml] [ g] H O H O entnces, la reacción que se estaría llevand a cab sería: [ ml] CO [ ml] H O 1 X + λ O CO + H O

15 dnde X, es la sustancia descncida y λ es el ceficiente estequimétric del xígen; H 154 kj, de tal frma que se puede r además, la entalpia de esta reacción sería [ ] establecer la expresión siguiente: H r H + f CO(g) H 1 H f H O (g) f X λ H f O(g) Cm la H es cer, la ecuación se simplificaría y se pdría despejar H, quedand: f O f X (g) H - H + + f X r H f CO (g) H f H O (g) al sustituir ls valres cnsultads en tablas, se tiene l siguiente: H f X 1 ( ) + [ ml] ( [ kj ml ]) 1 ( 154[ kj] ) + [ ml] 9.509[ kj ml ] H f X 1, [ kj ml ] (Final, 0-) 10. Se clcan 0.5 [ml] de N y 1.4 [ml] de H en un recipiente a 00 [ºC]. Cuand se alcanza el equilibri la fracción mlar de NH es 0.4. Calcule la presión ttal del sistema en el equilibri. N (g) + H (g) NH (g) Kp 4.1x10 - a 00 [ºC] Reslución: Cm inicialmente sl se tienen reactivs, se puede establecer que en el tiemp inicial n existe nada de prducts y cnfrme transcurre el tiemp las cantidades de reactivs y prducts varían; de tal frma que en el tiemp de equilibri se tendría cantidades diferentes a las iniciales. Est se puede representar de la frma siguiente: N (g) + H (g) NH (g) t 0.5 [ml] 1.4 [ml] 0.0 [ml] Variacines -y [ml] -y [ml] +y [ml] t eq 0.5-y [ml] 1.4-y [ml] y [ml] de acuerd a l anterir, el númer de mles ttales en el equilibri sería: n t ( 0.5 y ) + ( 1.4 y ) + ( y ) 1.9 y pr l tant, la fracción mlar de cada gas en el equilibri serían:

16 XN 0.5 y ; 1.9 y X H 1.4 y ; 1.9 y X NH y 1.9 y Cm se cnce la fracción mlar del NH, se puede establecer l siguiente: X y 1.9 y NH 0.4 y x10 Cnciend el valr de y, se determina la fracción mlar del N y del H, quedand - XN 18.15x10 - XH x10 - XNH 40.0x10 Debid a que la presión parcial de cada gas puede quedar en términs de las fraccines mlares y la presión ttal, se tendría l siguiente: PN XN P T PH XH P T PNH XNH P T Cnsiderand l anterir, la K P sería: K P P PNH P N H ( XNH P ) T ( X P ) ( X P ) N T H T K P ( XNH ) ( X ) ( X ) ( P ) N H T En esta última expresión se sustituyen ls valres de las fraccines mlares y de la K P, bteniéndse: 4.1x ( 40.0x10 ) - - ( 18.15x10 ) ( x10 ) ( PT ) P T.747 [atm] Tema VI (Final, 0-) 11. Una pila que pera a 5 [ºC], utiliza la reacción siguiente: Ce 4+ (ac) + Cr (s) Ce + (ac) + Cr + (ac) a) Indique la reacción que currirá en el cátd y en el ánd respectivamente. b) Calcule la fem que genera esta pila en cndicines estándar.

17 Reslución: a) Se sabe que en celdas galvánicas la reducción se lleva a cab en el cátd y la xidación en el ánd; pr l tant, se tendría: Cátd: Ce 4+ (ac) + e - Ce + (ac) Ánd: Cr (s) Cr + (ac) + e - b) Cnsultand tablas, se cncen ls ptenciales a cndicines estándar de la reducción y de la xidación Ce 4+ (ac) + e - Ce + (ac) E r [V] Cr (s) Cr + (ac) + e - E x [V] Ce 4+ (ac) + Cr (s) Ce + (ac) + Cr + (ac) E Celda +.5 [V]