1r de Batxillerat TEMA 5 ESTEQUIOMETRIA I

13  15  Download (0)

Full text

(1)

Física i Química

1r de Batxillerat

TEMA 5

ESTEQUIOMETRIA I

1. Calfant 14'66 g de calci, junt amb una certa quantitat de carboni, s'obtenen 16'85 g de carbur càlcic:

a)

Calcular el carboni que ha reaccionat

b)

Per a obtindre 400 g de carbur càlcic quant de calci hauríem d'utilitzar?

c)

Si mesclem 10 g de carboni i 50 g de calci quina massa de carbur càlcic obtindrem al calfar la mescla?

Solució: 2'19 g 348 g 57'5 g

2. En l'obtenció del iodur potàssic s'han de mesclar els elements iode i potassi amb una proporció entre les seues masses de 3'25 perquè no sobre cap d'ells.

a)

Si fem reaccionar 62'71 g de iode amb 27'15 g de potassi, quin serà el reactiu limitant?

b)

Quant de iodur potàssic es formarà?

c)

Quina massa de iode hauríem d'haver posat perquè les quantitats foren estequiomètriques?

Solució: El iode 82 g 88’24 g

3. El clor i l'oxigen són dos gasos que reaccionen entre si per a formar anhídrid clòric. En el laboratori s'han introduït 240 cm3 de clor i 600 cm3 d'oxigen en un recipient tancat i a pressió constant per a la seua reacció. Al final es van obtindre 240 ml d'anhídrid, sense que sobrara cap dels elements.

a)

Comprovar que la relació entre els volums de reactius i productes són nombres enters senzills, tal com diu la llei de Gay-lussac

b)

Si mesclem 1'74 l de clor i 2'52 l d'oxigen quin seria el reactiu limitant?

c)

Quina quantitat d'anhídrid clòric obtindríem en eixe cas?

Solució: 2 : 5 : 2 L'oxigen 1 l

4. La combustió del butà es realitza de manera que 1 l d'este gas necessita 6'5 l d'oxigen i es produïxen 4 l de diòxid de carboni i 5 l de vapor d'aigua. Si en un recipient a pressió constant introduïm 250 cm3 de butà i 1950 cm3 d'oxigen, quant augmentarà el volum total dels gasos després de la combustió?

Solució: 375 cm3

5. Esbrinar el pes molecular del sulfat d'alumini i calcular els grams de cada element que hi haurà en 50 g del dit compost

Solució: 342'14 uma 7'89 g de Al, 14'03 g de S i 28'08 g de O

6. Obtindre el pes molecular del dibicarbonat magnèsic i esbrinar la composició centesimal dels elements que constituïxen el compost.

(2)

7. Un recipient conté 55 g de Ne. Calcular els atm-g i el nombre d'àtoms de l'element que hi ha dins d'este recipient.

Solució: 2'73 atm-g 1'64x1024 àtoms

8. Esbrinar el nombre de mols de permanganat potàssic i el nombre d'àtoms d'oxigen que hi ha en 32'7 g del compost.

Solució: 0'207 mols 4'98x1023 àtoms

9. Calcular la massa en grams de diòxid de titani que hauríem de tindre perquè contingueren el mateix nombre d'àtoms d'oxigen que hi ha en 5'8 g de triòxid de sofre.

Solució: 8'7 g

10. A l'analitzar químicament una certa quantitat d'un compost desconegut resulta que conté 0'365 atm-g de nitrogen, 0'549 atm-g d'oxigen i 0'732 atm-g d'hidrogen. De què compost químic es tracta?

Solució: Nitrat amónic

11. Per mitjà de l'anàlisi químic de 3'75 g de l'àcid que conté la llima (àcid cítric) obtenim que contenen 1'406 g de carboni, 2'188 g d'oxigen i la resta d'hidrogen.

Determinar la fórmula empírica de l'àcid cítric.

Solució: C6H8O7

12. Esbrinar la fórmula empírica del dicromat potàssic sabent que conté un 26'6 % de potassi, un 35'4 % de crom i la resta d'oxigen.

Solució: K2Cr2O7

13. L'anàlisi de químic de 12 g d'una substància ens indica que esta composta per 4'92 g de carboni, un 4'28 % d'hidrogen i la resta d'oxigen. Quina és la seua fórmula empírica?

Solució: C4H5O4

14. Determinar la fórmula empírica d'un compost sabent que en una mostra seua existixen 10'4 g d'osmi i 8'81x1022 àtoms de nitrogen

Solució: Os3N8

15. L'alcaloide del tabac (nicotina) és un compost format per un 72'29 % de carboni, un 8'43 % d'hidrogen i el que resta és oxigen. Sabent que el seu pes molecular aproximat és de 165 uma esbrinar la seua fórmula empírica, la seua fórmula molecular i el seu pes molecular exacte.

(3)

16. Dos mols d'un cert hidrocarbur han proporcionat 288 g de carboni al ser analitzats químicament. Si el pes molecular aproximat del compost és de 159 uma, deduir:

a)

La fórmula empírica

b)

La fórmula molecular

c)

El pes molecular exacte

(4)

PROBLEMA 1

Calci + carboni Carbur càlcic

14'66 g x 16'85 g

a) Carboni que ha reaccionat

Utilitzant la llei de conservació de la massa es deduïx que

x=16'85−14'66= 2 '19 g de carboni

b) Calci necessari per a obtindre 400 g de carbur càlcic

D'acord amb la llei de les proporcions definides podem fer la següent regla de tres

Si 14 '66 g de calci 16 '85 g de carbur càlcic

y 400 g

→ → →

→ 

  

→ → →

→  =

⋅ =

85 ' 16

66 ' 14 400

y 348 g de calci

c) Carbur càlcic obtingut

En primer lloc esbrinem quin és el reactiu limitant

Si 14 '66 g de calci 2 '19 g de carboni

50 g z

→ → →

→ 

  

→ → →

→ 

50 2 '19

z 7 ' 47 g de carboni 14 ' 66

⋅⋅⋅⋅

= =

= =

= =

= =

Sobra carboni perquè hi ha 10 g i només es necessiten 7'47 g ⇒ El Reactiu Limitant és el calci

El càlcul estequiomètric es fa perquè amb este element

Si 14 '66 g de calci 16 '85 g de carbur càlcic

50 g w

→ → →

→ 

  

→ → →

→  =

⋅ =

66 ' 14

85 ' 16 50

w 57 ' 47 g de carbur

PROBLEMA 2

iode + potassi Iodur potàssic masa iode 3' 25

masa potassi ==== (1)

a) Reactiu limiten-te

62 ' 71 g de iode

2 '3 3' 25 27 '15 g de potassi ==== <<<<

⇒ ⇒ ⇒ ⇒

b) Iodur que es formarà

En primer lloc esbrinem el potassi que reaccionarà, basant-nos en la proporció inicial (1)

62 ' 71 g de iode 62 ' 71

3' 25 masa potassi 19 '3 g masa potassi ==== →→→→ ==== 3' 25 ====

(5)

c) Iode necessari

Utilitzem de nou la proporció estequiomètrica (1)

masa iode

3' 25 masa iode 3' 25 27 '15

27 '15 ==== →→→→ ==== ⋅⋅⋅⋅ ====88 ' 24 g de iode

PROBLEMA 3

Clor + oxigen Anhídrid clòric

Exp 1 240 cm3 600 cm3 240 cm3

Relació 2 5 2

Exp 2 1'74 l 2'52 l

a) Comprovació de la llei de Gay-lussac

Esta llei afirma que les proporcions entre els volums dels gasos han de ser nombres enters senzills. Per a confirmar-ho calculem les dites proporcions

volumen de oxigen 600 2 '5

volumen de clor ====240 ====

volumen de anhídrid 240 1 volumen de clor ==== 240====

Multiplicant per 2 s'obté que la relació és la següent:

2 vol de clor x 5 vol d'oxigen x 2 vol d'anhídrid

b) Reactiu limitant

Podem fer regles de tres basades en la llei de Gay-lussac

3 3

Si 240 cm de clor 600 cm de oxigen

1'74 l x

  

→ →→ →

  

→ →→

→ 

1'74 600

x 4 '35 l de oxigen fan falta 240

⋅⋅⋅⋅

= =

= =

= =

= =

Com hi ha només 2'52 l d'oxigen disponible

c) Volum d'anhídrid obtingut

3 3

Si 600 cm de oxigen 240 cm de anhídrid

2 '52 l y

  

→ →→ →

  

→ →→

→  =

⋅ =

600 240 52 ' 2

(6)

PROBLEMA 4

Butà + oxigen Diòxid de carboni + vapor d'aigua

Estequ. 1 l 6'5 l 4 l 5 l

Abans 250 cm3 1950 cm3 --- --- Després --- 325 cm3 1000 cm3 1250 cm3

La taula que s'ha completat dalt és conseqüència dels càlculs següents:

• En primer lloc determinem quin dels reactius és el limitant de la reacció

3

Si 1 l de butà 6 '5 l de oxigen

250 cm x

→ → →

→ 

  

→ → →

→ 

3 250 6 '5

x 1625 cm de oxigen fanfalta 1

⋅⋅⋅⋅

= =

== ==

= =

Com disposem de 1950 cm3 d'oxigen, que és una quantitat major de la necessària, el Reactiu Limitant serà el butà

• Volum d'Oxigen sobrant =1950−1625=325cm3

• Diòxid de carboni que es produïx a l'acabar la reacció

3

Si 1 l de butà 4 l de dióxid

250 cm y

→ → →

→ 

  

→ → →

→ 

3 250 4

y 1000 cm de dióxid es produïxen 1

⋅⋅⋅⋅

= =

= =

= =

= =

• Vapor d'aigua que es produïx a l'acabar la reacció

3

Si 1 l de butà 5 l de vapor d ' aigua

250 cm z

→ →→

→ 

  

→ →→

→ 

3 250 5

z 1250 cm de dióxid es formen 1

⋅⋅⋅⋅

= =

= =

= =

= =

Amb tot açò i observant la taula inicial es deduïxen els volums totals dels gasos abans i després de la combustió del butà

3 Volume total abans====250 1950++++ ====2200 cm

3 Volume total després====325 1000 1250++++ ++++ ====2575 cm

L'augment de volum serà llavors

V Vol després Vol abans 2575 2200

∆ ==== −−−− ==== −−−− ==== 3

(7)

PROBLEMA 5

La fórmula química del sulfat d'alumini és Al2 (SO4)3

Pm=2⋅26'98+3⋅32'06+3⋅4⋅16=342'14uma

• Alumini

( )

   → ⋅ → x g l A de g SO Al de g en Si 50 98 ' 26 2 14 '

342 2 4 3

= ⋅ ⋅ = 14 ' 342 98 ' 26 2 50

x 7 '89 g d ' alumini

• Sofre

( )

   → ⋅ → y g l A de g SO Al de g en Si 50 06 ' 32 3 14 '

342 2 4 3

= ⋅ ⋅ = 14 ' 342 06 ' 32 3 50

y 14 '05 g de sofre

• Oxigen

Es pot realitzar el càlcul establint una regla de tres semblant a les anteriors, o bé restar a la massa total els grams dels altres elements

masa d 'oxigen====50 7 '89 14 '05−−−− −−−− ==== 28 '06 g d 'oxigen

PROBLEMA 6

La fórmula del compost és Mg(HCO3)2

uma Pm=24'3+2⋅1'008+2⋅12'01+6⋅16=146'34

La composició centesimal és el tant per cent (%) en massa de cada element que hi hi ha presente en el compost

massa de l ' element

% en massa 100

massa total (Pm)

= ×

= ×

= ×

= ×

Apliquem esta fórmula a cada un dels elements presentes en este compost

% Magnesi 24 '3 100 146 '34

= × =

== ×× ==

= × =16'6%deMg

% Hidrogen 2 1'008 100 146 '34

⋅⋅⋅⋅

= × =

= × =

= × =

= × =1'4%deH

% Carboni 2 12 ' 01 100 146 '34

⋅⋅⋅⋅

= × =

== ×× ==

= × =16'4%deC

% Oxigen 6 16 100 146 '34

⋅⋅⋅⋅

= × =

= × =

= × =

(8)

PROBLEMA 7

EL pes atòmic del Ne és Ar = 20'18 uma

• Àtoms-gram de Neó

= =

=

18 ' 20

55

Ar Ne de masa

n 2 ' 73 g de neó

• Nombre d'àtoms de Neó

(

)

⋅ =

= ⋅

= N n 6'023 1023 2'73

N A

24

1' 64 10⋅⋅⋅⋅ àtoms de Neó

PROBLEMA 8

La fórmula química d'este compost és KMnO4

uma Pm=39'1+54'94+4⋅16=158'04

• Nombre de mols de permanganat potàssic

= =

=

04 ' 158

7 ' 32 4

Pm KMnO de

g

n 0 ' 207 mols de KMnO 4

• Nombre d'unitats-fórmula de permanganat potàssic

(

)

⋅ =

= ⋅

= N n 6'023 1023 0'207

N A

23

4 1' 246 10⋅⋅⋅⋅ unitats−−−−fórmula de KMnO • Nombre d'àtoms d'oxigen

Com cada unitat-fórmula del compost conté 4 àtoms d'oxigen, el nombre d'àtoms d'este element serà

((((

))))

((((

23

))))

N(O)==== Nº de unit−−−−fórmula ⋅ = ⋅ =⋅ = ⋅ =⋅ = ⋅ =⋅ = ⋅ =4 N 4 1' 246 10⋅⋅⋅⋅ ⋅ =⋅ =⋅ =⋅ =4 4 '98 10⋅⋅⋅⋅ 23 àtoms de O

PROBLEMA 9

Triòxid de sofre SO3 Pm=32'06+16⋅3=80'06uma Diòxid de titani TiO2 Pm=47'80+16⋅2=79'80uma

• Calculem en primer lloc els àtoms d'oxigen que hi ha en el SO3

Nombre de mols, n 5 '8 0 '0724 mols de SO3 80 '06

= =

= =

= =

= =

Nombre de molècules de SO3 ,

23 22

A 3

(9)

Com en cada molècula de de SO3 hi ha tres àtoms d'oxigen

Nombre d'àtoms d'oxigen, N(O)= ⋅ = ⋅= ⋅ = ⋅= ⋅ = ⋅= ⋅ = ⋅3 N 3

((((

4 '36 10⋅⋅⋅⋅ 22

))))

====1'31 10⋅⋅⋅⋅ 23 àtomos de oxigen

• Ara calcularem la massa de TiO2 que contenen la mateixa quantitat d'àtoms d'oxigen

Cada unitat-fórmula de TiO2 té dos àtoms d'oxigen i llavors

((((

23

))))

22

2 1'31 10

N(O)

N(O) 2 N N 6 '55 10 unitats fórmula de TiO

2 2 ⋅⋅⋅⋅ = ⋅ → = = = ⋅ − = ⋅ → = = = ⋅ − = ⋅ → = = = ⋅ − = ⋅ → = = = ⋅ −

Nombre de mols de TiO2 ,

22

2 23

A

N 6 '55 10

n 0 '109 mles de TiO

N 6 ' 023 10 ⋅⋅⋅⋅

= = =

== == ==

= = =

⋅⋅⋅⋅

Massa de TiO2 , g =nPm=0'109⋅79'8=8'7 g deTiO2

PROBLEMA 10

El contingut de la mostra del compost analitzat és de

0 '365 atm g de nitrogen

0 '549 atm g d 'oxigen

0 '732 atm g d ' hidrogen

−−−−     −−−−     −−−− 

La fórmula és per tant N0'365O0'549H0'732

Però com estos subíndexs no són enters cal transformar-los en nombres enters equivalents dividint en primer lloc pel mas xicotet d'ells i posteriorment multiplicant per dos

0 '365 nitrogen 1 0 '365 0 '549 oxigen 1'504 0 '365 0 ' 732

hidrogen 2 '005 0 '365    ====        ====        ====     Arredonim N 1 O 1'5 H 2 → → → →     → → → →     → → → →       → → → × 4 3 2 2 H O N

La fórmula química és la següent N2O3H4 que s'escriu millor com

El nom del compost és

NH4NO3

(10)

PROBLEMA 11

La composició de l'àcid cítric és

Carboni 1'406 g Oxigen 2'188 g

Hidrogen 3'75 - 1'406 - 2'188 = 0'157 g

Ara efectuem els passos necessaris per a obtindre la fórmula empírica

C =0'117atmg

12 406 ' 1

1

117 ' 0

117 '

0 = × →6

6 6

O =0'137atmg

16 188 ' 2

→ 1'17

117 ' 0

137 ' 0

= × →6 7'02 7

H =0'156atmg

1 156 ' 0

→ 1'33

117 ' 0

156 '

0 = × →6

7'98 8

La fórmula de l'àcid cítric serà per tant

PROBLEMA 12

La composició centesimal del compost és:

Potassi 26'6 % Crom 35'4 %

Oxigen 100 - 26'6 - 35'4 = 38 %

Realitzem a continuació les operacions necessàries per a determinar els subíndexs numèrics

K =0'680atmg

1 ' 39

6 ' 26

1

680 ' 0

680 '

0 = × →2

2 2

Cr =0'681atmg

52 4 ' 35

1'001

680 ' 0

681 '

0 = × →2

2'002 2

O =2'375atmg

16 38

3'493

680 ' 0

375 '

2 = × →2

6'986 7

La fórmula empírica del dicromat potàssic és

C6H8O7

(11)

PROBLEMA 13

Les masses de cada un dels elements presents en la mostra de 12 g del compost són:

Carboni 4'92 g

Hidrogen 4'28 % de 12g 0'514g 100

12 4'28⋅ = =

Oxigen 12 - 4'92 - 0'514 = 6'566 g

A continuació efectuem els passos necessaris per a determinar els subíndexs

C 0'4097atm g 01

' 12

92 '

4 =

→ 1

4097 ' 0

4097 '

0 =

1 × →4 4

H 0'5099atm g 008

' 1

514 '

0 =

→ 1'245

4097 ' 0

5099 '

0 =

1'25 × →4 5

O 0'4104atm g 16

566 '

6 =

→ 1'002

4097 ' 0

4104 '

0 =

1 × →4 4

La fórmula empírica de l'est compost orgànic és

PROBLEMA 14

Calculem en primer lloc els atm-g de cada element i després continuem amb el procés habitual de determinació dels subíndexs numèrics

Osmi atm g

Pa g

n= = =0'0547 −

2 ' 190

4 ' 10

1 0547 ' 0

0547 '

0 =

×→3 3

Nitrogen atm g

N N n

A

− =

⋅ ⋅ =

= 0'1463

10 023 ' 6

10 81 ' 8

23 22

2'67 0547

' 0

1463 '

0 =

×→3 8

Este compost té per fórmula empírica

C4H5O4

(12)

PROBLEMA 15

a) Obtenció de la fórmula empírica

Seguim els mateixos passos que en problemes anteriors

C 72'29 % =6'024atmg

12 29 ' 72

→ 4'999

205 ' 1

024 '

6 =

→ 5

H 8'43 % =8'43atmg

1 43 ' 8

→ 6'996

205 ' 1

43 ' 8 =

→ 7

O 19'28 % =1'205atmg

16 28 ' 19

→ 1

205 ' 1

205 ' 1

= 1

Fórmula empírica del compost

b) Obtenció de la fórmula molecular

El pes de la fórmula empírica és Pe=5⋅12+7⋅1+1⋅16=83uma

La relació entre el pes de la fórmula empírica i el pes molecular és

Pe k

Pm = ⋅ 166=k⋅83 1'988

83 165 = =

k k=2

Després la fórmula molecular és FM = 2 · Fe = 2 · (C5H5O) = C10H14O2

Fórmula molecular del compost

c) Pes molecular exacte

S'obté consultant una taula periòdica que continga les masses atòmiques exactes

= ⋅

+ ⋅

+ ⋅

=10 12'0107 14 1'00794 2 15'9994

Pm 166'21696uma

C5H7O

(13)

PROBLEMA 16

La massa total del compost analitzada és g =nPm=2⋅159=318g . De manera que la composició de la mostra de l'hidrocarbur serà

Carboni 288 g

Hidrogen 318 - 288 = 30 g

• A continuació efectuem la deducció dels subíndexs pel mètode habitual

C =24atmg

12 288

→ 1

24 24=

× →4 4

H =30atmg

1 30

→ 1'25 24

30 = × →4 5

Fórmula empírica

• Per a obtindre la fórmula molecular hem de calcular primer el pes de la fórmula empírica

uma

Pe=4⋅12+5⋅1=53 I amb esta dada deduïm el valor de k

Pe k

Pm = ⋅ → 159=k⋅53 → 3 53 159 = =

k

De manera que les fórmules empírica i molecular estan relacionades per

FM = 3 · Fe = 3 · ( C4H5 ) = C12H15

Fórmula molecular

• Utilitzant una taula periòdica adequada s'obté el pes molecular exacte

= ⋅

+ ⋅

=12 12'0107 15 1'00794

Pm 159'2475uma

C4H5

Figure

Updating...

References