REACCIONES QUÍMICAS - CUESTIONES Y EJERCICIOS

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REACCIONES QUÍMICAS - CUESTIONES Y EJERCICIOS

1º.- Ajustar las siguientes reacciones químicas:

a) HCl + MnO2 → H2O + MnCl2 + Cl2

b) H2SO4 + Al(OH)3 → H2O + Al2(SO4)3

c) C8H16 + O2 → CO2 + H2O

d) NH3 + O2 → NO + H2O

e) NaOH + NaHCO3 → Na2CO3 + H2O

Ajustándolas por tanteo sería:

8 HCl + 2 MnO2 → 4 H2O + 2 MnCl2 + 2 Cl2

3 H2SO4 + 2 Al(OH)3 → 6 H2O + Al2(SO4)3

C8H16 + 12 O2 → 8 CO2 + 8 H2O

4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O

NaOH + NaHCO3 → Na2CO3 + H2O

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2º.- Reaccionan 32 g de hidrógeno con exceso de nitrógeno para formar amoniaco; ¿qué masa de amoniaco se formará?.

La reacción ajustada sería:

3 H2 + N2 → 2 NH3

Si hay exceso de nitrógeno significa que reaccionan totalmente los 32 g de hidrógeno.

Nº moles de H2 que reaccionan

( )

Nº moles de NH3 que se forman

Según la reacción ajustada por cada 3 mol de hidrógeno que reaccionan se forman 2 moles de amoníaco, por lo tanto, el número de moles de amoníaco que se formarán al reaccionar 16 mol de hidrógeno serán:

( )

Que corresponderá a una masa de:

( )

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3º.- Reaccionan 20 g de nitrógeno con 32 g de hidrógeno para formar amoniaco, calcula:

a) La masa de amoniaco que se formará. b) La cantidad sobrante del reactivo en exceso.

a) La reacción ajustada sería:

3 H2 + N2 → 2 NH3

El número de moles presentes de cada uno de los reactivos es:

( )

Cálculo del reactivo limitante

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En este caso, el reactivo limitante será el nitrógeno. Luego, los 0,714 mol de nitrógeno reaccionarán totalmente con:

( )

Y sobrarán sin reaccionar 16 – 2,142 = 13,858 mol de hidrógeno.

Cantidad de NH3 que se formará

Según la reacción por cada mol de N2 que reacciona se obtienen 2 mol de NH3. Como reaccionan 0,714 mol de N2 se formarán:

( )

Que corresponden a una masa de:

( )

b) Según hemos visto anteriormente sobran 13,858 mol de hidrógeno, que corresponden a una masa de:

( )

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4º.- Se hizo reaccionar, a altas temperaturas, 6,4 g de azufre con 6,5 g de hierro, originándose sulfuro de hierro (II).

a) ¿Cuál es el reactivo limitante?.

b) ¿Qué cantidad de producto se ha formado?.

c) ¿Qué cantidad de reactivo en exceso quedó al final de la reacción?.

( )

Como la proporción en que se combinan es de 1 mol de S por cada mol de Fe, el reactivo que limita la reacción será el Fe ya que hay el menor número de moles.

Se combinarán 0,116 mol de Fe con 0,116 mol de S y sobrarán 0,2 – 0,116 = 0,084 mol de S.

b) Como por cada mol de Fe se forma un mol de FeS, como han reaccionado 0,116 moles de Fe se habrán formado 0,116 moles de FeS que corresponde a una masa de:

( )

c) Como vimos en el apartado a) sobran o,084 moles de S que corresponde a una masa de:

( )

--- 000 ---

5º.- Se quema al aire libre 1 kg de mineral cuya riqueza en carbono es del 90 %. Halla: a) El volumen de dióxido de carbono formado en la combustión completa del mineral, en condiciones normales.

b) El volumen de oxígeno, en c.n., necesario para la combustión completa.

c) El volumen de aire necesario (volumen de oxígeno en el airre = 21 %).

( ) ( ) ( )

La cantidad de carbono puro que se quema será:

( )

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( )

Como por cada mol de C que se quema se forma un mol de CO2, se habrán formado 75 moles de CO2, que ocuparán un volumen en c.n. igual a:

( )

b) Como por cada mol de C que se quema son necesarios un mol de O2, se habrán quemado también 75 moles de O2 que ocuparán también en c.n. 1678,95 L.

c) Como en el aire hay un 21 % de oxígeno, para quemar 1678,95 L de oxígeno harán falta de aire:

( )

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6º.- Calcula la cantidad mínima de mineral de cinc del 20 % de pureza que se necesita para que reaccione totalmente con 0,5 L de disolución 1 M de HCl. Los productos de la reacción son cloruro de cinc e hidrógeno.

La reacción ajustada será:

El número de moles de HCl que reaccionan será:

( )

Según la reacción el número de moles de Zn necesarios será la mitad de los que reaccionan de HCl, es decir, 0,25 mol que corresponden a una masa de:

( )

Como el mineral tiene una riqueza del 20 % en Zn la cantidad de mineral que habrá que quemar será de:

( )

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7º.- El carbonato de calcio de las rocas calizas se descompone, al ser calentado, en óxido de calcio y dióxido de carbono. Calcula:

a) La cantidad de óxido de calcio que se

puede obtener a partir de la

descomposición de 1 kg de roca caliza que contiene un 70 % de carbonato de calcio. b) El volumen de dióxido de carbono obtenido a 17 ºC y 740 mmHg de presión.

La masa de carbonato puro que se descompone será:

( )

Que corresponde a un número de moles igual a:

( )

Como por cada mol de carbonato que se descomponen se obtiene 1 mol de CaO, se habrán obtenido 7 moles de CaO que corresponden a una masa de:

( )

b) El número de moles de dióxido que se obtendrán será también de 7 moles, que ocuparán un volumen de:

( )

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8º.- Al calentar 13,5 g de bicarbonato de amonio (NH4HCO3) impuro, se obtienen 3,4 L de dióxido de carbono medido en c.n. Halla la pureza del bicarbonato de amonio empleado (además de CO2, se obtienen amoniaco y agua).

El número de moles de CO2 que se obtienen es:

( )

Según la reacción se habrán debido calentar igual número de moles de bicarbonato (0,15 mol) que corresponden a una masa de:

( )

Luego, la cantidad de bicarbonato puro que ha reaccionado es de 11,85 g. Si de impuro se consumieron 13,5 g, la pureza del bicarbonato utilizado será:

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9º.- El gas hidrógeno se obtiene industrialmente haciendo reaccionar una mezcla de metano (CH4) con vapor de agua. Como producto de la reacción se obtiene también dióxido de carbono. Calcula:

a) El volumen de agua que habría que vaporizar para que reaccione con 80 g de metano. Densidad del agua = 1 g/mL.

b) El volumen de gas hidrógeno que se obtendrá a 80 ºC y 5 atm de presión.

a) El número de moles de metano que reaccionan será:

( )

Según la reacción por cada mol de metano se necesitan 2 moles de agua, por lo tanto, habrán reaccionado 10 moles de agua que corresponden a una masa de:

( )

Que ocuparán un volumen de:

b) Según la reacción por cada mol de metano que reacciona se obtienen 4 de hidrógeno, por lo tanto, se habrán obtenido 20 moles de hidrógeno que ocuparán un volumen de:

( )

--- 000 ---

10º.- Al reaccionar 500 g de nitrato de plomo (II) con 920 g de yoduro de potasio, se obtienen 600 g de yoduro de plomo (II), así como nitrato de potasio. Determina el rendimiento de la reacción y establece cuál de los reactivos está en exceso.

( )

( ( ) )

( )

Reactivo limitante

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necesarios 1,51 x 2 = 3,02 moles de ioduro, por lo tanto, sobrarían 5,54 – 3,02 = 2,52 moles de ioduro y el reactivo limitante sería el nitrato.

Luego, reaccionaría 1,51 moles de nitrato con 3,02 moles de ioduro.

Según la reacción por cada mol de nitrato se obtiene un mol de ioduro de plomo(II), se habrán obtenido 1,51 moles de ioduro de plomo(II) que representa una masa de:

( )

Esta es la cantidad que debería haberse obtenido si el rendimiento fuese del 100 %. Como se han obtenido solo 600 g, el rendimiento de la reacción será:

--- 000 ---

11º.- Al reaccionar 50 g de hidruro de calcio con suficiente agua, se forman hidróxido de calcio e hidrógeno. Si el rendimiento de la reacción es del 60 %, calcula:

a) La cantidad de hidróxido de calcio que se forma.

b) El volumen que se obtiene de hidrógeno medido a 780 mmHg y 35 ºC.

( )

Vamos a calcular la cantidad de hidróxido de calcio que se formaría si el rendimiento fuese del 100 %.

El número de moles de hidruro de calcio que reaccionan es:

( )

Luego se habrán formado también 1,19 moles de hidróxido de calcio que representa una masa de:

( ( ) )

Pero como el rendimiento es del 60 % se formarán realmente.

( ( ) )

c) El número de moles de hidrógeno que se formarían para un rendimiento del 100 % sería el doble del hidróxido, es decir, 1,19 x 2 = 2,38 moles.

Pero como el rendimiento es del 60 % se habrán formado realmente 1,428 moles, que ocuparán un volumen de:

( )

--- 000 ---

12º.- Hacemos pasar 100 cm3 de H2S(g), medidos a 20 ºC y 1 atm, a través de una disolución que contiene exceso de cloruro de cobre (II). Determina la masa de sulfuro de cobre (II) que se formará sabiendo que también se produce cloruro de hidrógeno.

El número de moles de H2S que reaccionan será:

( )

Como por cada mol de H2S que reacciona se obtiene un mol de CuS, se habrán formado 0,00416 moles de CuS, que corresponden a una masa de:

( )

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13º.- En un matraz dejamos caer una disolución de ácido clorhídrico 2 M sobre 100 g de mármol que contienen un 60 % de carbonato de calcio. Las condiciones ambientales son 20 ºC y 750 mmHg. Sabiendo que la reacción que se produce es HCl(aq) + CaCO3(s) → CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O(l) , calcular:

a) La cantidad de cloruro de calcio obtenido. b) El volumen de dióxido de carbono que se producirá.

c) El volumen de disolución de HCl consumido.

La reacción ajustada sería :

( ) ( )

( ) ( ) ( )

a) La cantidad real de carbonato de clacio que reacciona será de 60 g, que corresponde a un número de moles igual a :

( )

Según la reacción se habrán formado también 0,6 moles de cloruro de calcio, que corresponden a una masa de :

( )

b) De dióxido de carbono se habrán obtenido también 0,6 moles, que ocuparán un volumen de :

c)

( )

d) El número de moles de HCl que habrán reaccionado será 0,6 x 2 = 1,2 moles, que corresponden a un volumen de disolución de :

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14º.- Una de las formas industriales de obtener el nitrato de potasio, muy utilizado como fertilizante, es mediante la reacción de doble sustitución KCl + NaNO3 → KNO3 + NaCl.

Si se agregan100 kg de KCl(s) de 98 % de riqueza a 400 L de disolución caliente de NaNO3 del 40 % y densidad 1,256 g/cm3. Indica:

a) Cuál de los reactivos actúa como limitante.

b) Qué cantidad de reactivo queda en exceso.

c) La cantidad de nitrato de potasio obtenida, si el rendimiento de la reacción es del 80 %.

a) La reacción está ajustada. Vamos a calcular el número de moles de cada uno de los reactivos.

( )

Como, según la reacción, 1 mol de KCl reacciona con 1 mol de NaNO3, el reactivo limitante será el KCl ya que hay un menor número de moles.

b) Reaccionarán 1315,43 moles de KCl con 1315,43 moles de NaNO3 y sobrarán 2363,23 – 1315,43 = 1047,8 moles de NaNO3, que corresponde a una masa de :

( )

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c) Porc ada mol de KCl que reaccionan se obtiene un mol de KNO3, por lo tanto, se habrán obtenido 1315,43 moles de KNO3, si el rendimiento hubiese sido del 100 %. Como el rendimiento es del 80 % se habrán obtenido :

( )

Que corresponden a una masa de :

( )

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15º.- En la oxidación de 80 g de hierro con el suficiente oxígeno se obtienen 95 g de óxido de hierro (III). Determina:

a) El rendimiento de la reacción.

b) La cantidad de hierro que no se ha oxidado.

a) El nº de moles de hierro que reaccionan es:

( )

Según la reacción por cada mol de Fe se obtienen la mitad de óxido, por lo tanto, se obtendrían 0,71 moles de óxido que corresponden a una masa de:

( )

Esta es la cantidad que se obtendría si el rendimiento fuese del 100 %. Como realmente se obtienen solo 95 g de óxido, el rendimiento de la reacción será :

b) La cantidad de hierro realmente oxidado será el 83,62 %, es decir :

( )

Luego, quedarán si oxidar 80 g – 66,89 g = 13,11 g de hierro.

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16º.- Cuando hacemos reaccionar 20 g de cloro con 20 g de sodio para formar cloruro de sodio:

a) ¿Cuántos gramos de cloruro de sodio se obtienen?.

b) ¿Cuál de los dos reactivos es el limitante?.

c) ¿Qué cantidad de reactivo excedente queda sin reaccionar?.

a) El nº de moles de cada uno de los reactivos será:

( )

Según la reacción por cada mol de cloro se necesitan 2 moles de sodio. Como tenemos 0,28 moles de cloro, se combinarían con 0,56 moles de sodio y sobrarían 0,3 moles de sodio sin reaccionar.

Como por cada mol de cloro se obtienen 2 moles de cloruro de sodio, se habrán obtenido 0,56 moles de cloruro de sodio, que corresponden a una masa de:

( )

b) Como hemos visto antes el cloro será el reactivo limitante ya que es el que se agota.

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( )

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17º.- Cuando 500 g de mármol (CaCO3) de 85 % de riqueza reaccionan con ácido clorhídrico 1 M se forman dióxido de carbono, cloruro de calcio y agua. Calcula: a) los gramos de sal formada.

b) El volumen de gas obtenido si las condiciones del laboratorio son de 20 ºC y 700 mmHg.

c) El volumen de la disolución de ácido que hemos tenido que utilizar.

La reacción ajustaqda sería :

a) La masa real de carbonato que hay en el mármol es:

( )

Que corresponden a un nº de moles de:

( )

Según la reacción por cada mol de carbonato se forma un mol de cloruro, luego se habrán formado 4,25 moles de cloruro de calcio, que corresponden a una masa de:

( )

b) Se habrán formado también 4,25 moles de CO2 que ocuparán un volumen, en las condiciones dadas, de:

( )

c) El nº de moles de ácido necesarios será el doble de los que han reaccionado de carbonato, es decir, 8,5 moles.

El volumen de disolución necesaria será de:

( )

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18º.- Para disolver una muestra de 8,5 g de un metal que mayoritariamente es cinc se han utilizado 150 mL de una disolución de ácido nítrico 1,5 M. Como resultado se obtiene nitrato de cinc y gas hidrógeno. Calcula:

a) La riqueza en cinc de la muestra metálica. b) La presión que ejercerá el gas hidrógeno que se obtiene si ocupa un volumen de 3 L a 25 ºC.

( )

a) El nº de moles de nitrato utilizados es de:

( )

Según la reacción habrán reaccionado la mitad de Zn, es decir, 0,1125 mol, que corresponden a una masa de:

( )

Como la muestra tenía 8,5 g, su riqueza en Zn será:

b) El nº de moles de hidrógeno que se obtendrán será el mismo que han reaccionado de Zn, es decir, 0,1125 moles, que ejercerán una presión en las condiciones dadas de:

( )

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19º.- En un recipiente se introducen 5 g de gas hidrógeno y otros 30 g de gas nitrógeno y se ponen en condiciones de reaccionar para dar amoniaco. Determina la cantidad, en gramos, de amoniaco, que se puede obtener como máximo.

El nº de moles presentes de cada uno de los reactivos será:

( )

Según la reacción 3 moles de hidrógeno necesitan 1 mol de nitrógeno, luego para que reaccionen los 2,5 moles de hidrógeno serían necesarios 0,83 moles de nitrógeno, por lo tanto, sobrarán 0,24 moles de nitrógeno y el reactivo limitante sería el hidrógeno.

Como por cada mol de nitrógeno se obtienen 2 moles de amoníaco, se habrán formado 1,66 mol de nitrógeno, que corresponden a una masa de:

( )

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20º.- El tetracloruro de silicio reacciona con vapor de agua a temperaturas elevadas dando dióxido de silicio y cloruro de hidrógeno gaseoso. En un recipiente de 50 L que contiene tetracloruro a 300 ºC y 0,8 atm se introduce un exceso de vapor de agua a la misma temperatura. Cuando termina la reacción se encuentra que el HCl obtenido ejerce una presión de 2,5 atm a 300 ºC y en el recipiente de 50 L. ¿Cuál ha sido el rendimiento de la reacción?.

La cantidad de moles de tetracloruro presentes en el recipiente será de:

Según la reacción, si el rendimiento fuese del 100 %, por cada mol de tetracloruro se forman 4 de HCl, por lo tanto, deberían haberse formado 3,4 mol de HCl.

En cambio, el nº de moles de HCl formados es de:

( )

Por lo tanto, el rendimiento de la reacción será de:

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21º.- La acidez de estómago se debe a un exceso de producción de HCl por parte de nuestro organismo. Para contrarrestarla tomamos bicarbonato de sodio (NaHCO3) , que reacciona con el ácido dando cloruro de sodio, agua y dióxido de carbono que eliminamos.

a) Escribe la reacción que tiene lugar. b) Calcula los gramos de bicarbonato que hay que tomar para neutralizar 10 mL de HCl 1,25 M.

c) Calcula el volumen de dióxido de carbono que se formará si la presión es de 1 atm y la temperatura de 20 ºC.

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( )

Según la reacción cada mol de HCl necesita un mol de bicarbonato, luego, habrán sido necesarios 0,0125 moles de bicarbonato que corresponden a una masa de:

( )

C) cada mol de HCl origina un mol de dióxido, luego se habrán formado 0,0125 moles de dióxido que ocuparán un volumen, en las condiciones dadas, de:

( )

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22º.- La galena es un mineral de sulfuro de plomo (II) que se utiliza para fabricar ácido sulfúrico. Uno de los pasos del proceso es la tostación del mineral, que podemos representar por la ecuación (sin ajustar): PbS(s) + O2(g) → PbO(s) + SO2(g)

a) ¿Qué volumen de dióxido de azufre se obtendrá en la tostación de 1 tonelada de mineral, con un 52,3 % en PbS, si se recoge a 1 atm y 525 ºC?.

b) ¿Qué volumen de aire, medido en

condiciones normales, ha debido

reaccionar? Ten presente que el aire tiene un 20 % en volumen de oxígeno.

a) La masa de PbS puro es de:

( )

Que corresponde a un nº de moles de:

( )

Según la reacción por cada mol de PbS se obtiene un mol de SO2, luego se habrán formado 2188,28 moles de SO2 que ocuparán un volumen, en las condiciones dadas, de:

( )

b) Según la reacción el nº de moles de oxígeno que habrán reaccionado es de:

( )

Que ocuparán un volumen en c.n. de:

( )

Y de aire sería necesario un volumen de:

( )

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23º.- Cuando se añade ácido clorhídrico sobre mármol (CaCO3), lo disuelve y aparecen burbujas de dióxido de carbono. La reacción que tiene lugar, sin ajustar, es:

CaCO3(s) + HCl(aq) → CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O(l)

Si a una muestra de 15 g de mármol le añadimos 100 mL de HCl 2 M:

a) ¿conseguiremos que desaparezca completamente?.

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La reacción ajustada es:

a) El nº de moles presentes de cada uno de los reactivos es:

( )

Como según la reacción 2 moles de HCl se combinan con 1 mol de carbonato, los 0,2 mol de HCl se combinarán con o,1 mol de carbonato. Por lo tanto, no desaparecerá del todo ya que sobrarán 0,15 – 0,1 = 0,05 moles de carbonato.

b) Según la reacción 1 mol de carbonato da lugar a 1 mol de CO2, luego como han reaccionado 0,1 mol de carbonato se habrán formado 0,1 moles de CO2, que ocuparán un volumen, en las condiciones dadas, de:

( )

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24º.- Cuando el ácido sulfhídrico se quema por acción del oxígeno se producen agua y dióxido de azufre. En una situación se hicieron reaccionar 20 L de ácido sulfhídrico gaseoso, a 1,3 atm y 70 ºC con exceso de aire y se obtuvieron 18 L de dióxido de azufre medidos a 1 atm y 50 ºC. ¿Cuál ha sido el rendimiento del proceso?.

Sol.: 74 %.

El nº de moles de H2S que se hacen reaccionar es:

( )

Según la reacción, si el rendimiento hubiese sido del 100 %, se habría obtenido también 0,924 moles de SO2.

Ahora bien, el nº de moles de SO2 que realmente se obtienen es de:

( )

Por lo tanto, el rendimiento de la reacción habrá sido de:

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