10.1 leyes ponderales y volumétricas.pdf

Texto completo

(1)

1 Completar:

a) En una reacción química, la _________________ de los reactivos es _____________ a la ________________ de las sustancias obtenidas tras el proceso.

b) ¿Se puede cambiar en ese enunciado la palabra “masa” por “volumen”? Solución:

a) En una reacción química, la MASA TOTAL de los reactivos es IGUAL a la MASA TOTAL de las sustancias obtenidas tras el proceso.

b) Si empleamos la palabra “volumen” el enunciado sería falso.

2 Decir si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:

a) Si se obtiene un compuesto a partir de los elementos A y B, la proporción de A en el compuesto es mayor si se prepara utilizando un gran exceso de A.

b) Cuando dos o más elementos se combinan para formar un compuesto, lo hacen siempre en una relación de masa constante.

c) La expresión anterior se conoce como ley de las proporciones múltiples, enunciada por Dalton en 1803. Solución:

a) Falsa b) Verdadera. c) Falsa.

3 Ajustar las siguientes reacciones y poner debajo el nombre de los reactivos: a) FeS + HCl → H2S + FeCl2

b) Fe2(SO4)3 + NaOH → Fe(OH)3 + Na2SO4

Solución:

a) FeS + 2 HCl → H2S → FeCl2

sulfuro ferroso + ácido clorhídrico → ácido sulfhídrico + cloruro ferroso b) Fe2(SO4)3 + 6 NaOH → 2 Fe(OH)3 + 3 Na2SO4

sulfato férrico + hidróxido sódico → hidróxido férrico + sulfato de sodio

4 Se sabe que 8 g de azufre reaccionan con 14 g de hierro para dar sulfuro ferroso. ¿Se mantiene siempre esa proporción? Explicarlo.

Solución:

En efecto, si esa es la proporción en que reaccionan, será siempre la misma con tal de que el producto final sea sulfuro ferroso. Es la ley de las proporciones definidas.

Sin embargo puede ocurrir que reaccionen para dar sulfuro férrico, con lo que la proporción cambia: eso se conoce como ley de las proporciones múltiples.

5 ¿Qué diferencia hay entre “ecuación química” y “reacción química”? Dibuja lo que crees que ocurre a nivel atómico en el proceso siguiente: 2 CH3-OH + 3 O2 → 2 CO2 + 4 H2O

Solución:

Reacción química es todo proceso en el que se forman sustancias nuevas (productos) a partir de unas sustancias originales (reactivos).

El proceso que ha tenido lugar se describe mediante una ecuación.

Ecuación química es la representación "simbólica" de la reacción, la cual dispone a la izquierda los símbolos de los reactivos, a la derecha los de los productos y una flecha separando unos de otros.

(2)

6 Explicar el proceso de disolución de una aspirina efervescente. ¿Se cumple la ley de Lavoisier? Solución:

Al poner la aspirina en agua se observa una efervescencia que es signo de que se desprende un gas, por tanto, si el proceso se lleva a cabo en un vaso abierto, no se conserva la masa.

7 Escribir y ajustar la ecuación química que corresponde al siguiente texto: a) El nitrógeno y el hidrógeno reaccionan para dar amoniaco.

b) cuando el cobre se oxida en presencia de aire, se forma óxido de cobre (II). c) En la combustión de butano (C4H10) se forma anhídrido carbónico y agua.

Solución:

a) N2 + 3 H2 → 2 NH3

b) Cu + ½ O2 → CuO

c) C4H10 + 13/2 O2 → 4 CO2 + 5 H2O

8 Ajustar la siguiente reacción química y explicar cada uno de los símbolos o abreviaturas. Fe (s) + HCl (aq) → FeCl2 (aq) + H2 (g)

Solución:

Fe (s) + 2 HCl (aq) → FeCl2 (aq) + H2 (g)

(s) Indica que el elemento se encuentra en estado sólido. Igualmente (g) significa estado gaseoso y (l) estado líquido.

(aq) Indica que el ácido clorhídrico y el cloruro de cinc se encuentran disueltos en agua. El prefijo 2 delante de HCl se llama coeficiente e indica que intervienen dos moléculas.

→ Es el símbolo que separa reactivos de productos; es preferible al símbolo “=” porque, de hecho, no es una igualdad matemática ni lo de la izquierda es igual a lo de la derecha.

9 Describir en forma de texto los siguientes procesos químicos y ajustarlos: a) I2 + H2 → HI

b) Fe (s) + HCl (aq) → FeCl2 (aq) + H2 (g)

c) C3H10 (propano) + O2 → CO2 + H2O

Solución: a) I2 + H2 → 2 HI

El yodo y el hidrógeno reaccionan para dar yoduro de hidrógeno. b) Fe (s) + 2 HCl (aq) → FeCl2 (aq) + H2 (g)

Al atacar hierro sólido con ácido clorhídrico disuelto en agua, se desprende hidrógeno gaseoso y se forma cloruro de hierro (II)

c) C3H10 + 11/2 O2 → 3 CO2 + 5 H2O

La combustión de propano desprende anhídrido carbónico y agua.

10 ¿Cuáles de las siguientes “lecturas” de la ecuación química son correctas y cuáles no: N2 + 3 H2 → 2 NH3

a) 1 molécula + 3 moléculas = 2 moléculas b) 1 mol + 3 moles = 2 moles

(3)

Solución: a) Verdadero. b) Verdadero. c) Verdadero. d) Falso.

11 La propuesta de Dalton para explicar la proporción de volúmenes de reaccionantes en la formación del agua, era ésta:

1 vol 1 vol 1 vol hidrógeno oxígeno agua

Y la de Gay-Lussac era así:

2 vol 1 vol 2 vol hidrógeno oxígeno agua

Dibujar cómo deben ser las partículas que se encuentran dentro de cada matraz en cada caso y extrae una conclusión.

Solución:

La explicación a nivel atómico (utilizando los átomos indivisibles de Dalton) no coincidía con la experimentación:

Es decir, los átomos se unían en las relaciones numéricas más sencillas posibles. Sin embargo eso no hacía que salieran las cuentas porque la realidad era que se obtenían dos volúmenes de agua con un solo volumen de oxígeno y tal cosa, con el esquema de Dalton no era posible.

Sería Avogadro quien estableciera el concepto de MOLÉCULA como asociado de dos átomos y explicara de este modo la proporción de volúmenes:

12 a) Se sabe que 8 g de azufre reaccionan con 14 g de hierro para dar sulfuro ferroso. ¿Cuántos gramos se obtienen? ¿Qué ley utilizas para deducirlo?

b) ¿En qué proporción reaccionan? ¿Cuánto azufre reacciona con 1 g de hierro? Solución:

(4)

Fe de g

S de g

14 8

= 0,57 g de S por cada gramo de hierro.

13 A partir de su masa molecular, calcula la densidad del gas amoniaco en C. N. Solución:

d =

g/litro 0,76 litros 22,4

g 17 volumen

masa

 

14 A continuación se indican una serie de cálculos relacionados con la estequiometría de un proceso pero no se indican las unidades. Añadir a cada apartado numérico sus unidades y una breve explicación. Al2O3 + 2Fe → Fe2O3 + 2 Al

28 g

27 , 0 102

28

0,27 · 159,6 = 43,09 0,27 · 2 = 0,54

Solución:

27 , 0 102

28

0,27 moles de Fe2O3 · 159,6 = 43,09 g de Fe2O3 Moles Al2O3 0,27 · 2 = 0,54 moles de Al

15 Según Dalton, la reacción entre cloro e hidrógeno era así: Cl + H → HCl

¿Cómo la explicaba Avogadro? ¿Qué concepto era imprescindible para explicar la ley de los volúmenes de Gay-Lussac?

Solución:

El concepto imprescindible era el de “molécula”. Avogadro sugirió que los gases formaban agregados biatómicos que explicaban las proporciones de Gay-Lussac:

Cl2 + H2 → 2 HCl

16 En el interior de una botella de masa 120 g se prende fuego a un papel de masa 2,5 g y se cierra

rápidamente. ¿Cuánto pesará el conjunto antes y después de arder? ¿Se ha producido un cambio físico o químico?

Solución:

Pesará lo mismo si está cerrado: 122,5 g.

Se ha producido un cambio químico, en el interior de la botella habrá cenizas y dióxido de carbono.

17 Cuando se ponen en contacto 2 g de azufre y 200 g de oxígeno reaccionan para formar óxido de azufre (IV).

a) Escribir la reacción química y ajustarla.

(5)

e) ¿Ocurriría lo mismo si sustituyéramos azufre por carbono? Solución:

a) S + O2 → SO2

b) Azufre: 200/32 = 6,25 moles; oxígeno: 200/32 = 6,25 moles c) Se consume todo y no sobra nada.

d) Se forman 6,25 moles de óxido = 6,25 · 64 = 400 g.

e) Con el carbono no ocurriría lo mimo, da la casualidad de que la masa molecular es la misma para azufre que para oxígeno. En el caso del carbono sería:

200/12 = 16,67 moles de C, con lo que sobrarían 10,4 moles.

18 A continuación se indican una serie de cálculos relacionados con la estequiometría de un proceso pero no se indican las unidades. Añadir a cada apartado numérico sus unidades y una breve explicación. CaH2 + 2 H2O → Ca(OH)2 + 2 H2 (g)

100 g

1,35 · 42 = 56,76

35 , 1 74 100

1,35 · 2 = 2,70

2,70 · 22,4 = 60,48

Solución:

1,35 · 42 = 56,76

35 , 1 74 100

1,35 · 2 = 2,70 g de CaH2 moles de Ca(OH)2 moles de H2

2,70 · 22,4 = 60,48 litros de H2 en C.N.

19 Completar los siguientes enunciados:

a) Los volúmenes de dos gases reaccionantes medidos _________________________________ guardan entre sí __________________________________.

b) Volúmenes iguales de cualquier gas contienen ___________________________________ moléculas. c) ¿A quién debemos el enunciado b)?

Solución:

a) Los volúmenes de dos gases reaccionantes medidos EN LAS MISMAS CONDICIONES DE PRESIÓN Y TEMPERATURA guardan entre sí RELACIONES NUMÉRICAS SENCILLAS.

b) Volúmenes iguales de cualquier gas contienen EL MISMO NÚMERO DE moléculas. c) Avogadro.

20 Completar las siguientes tablas de datos de modo que se respete la estequiometría de los procesos: a) Na + H2O → NaOH + H2

Na H2O NaOH H2

Masa 27 g

Moles

b) H2S + O2 → SO2 + H2O

H2S O2 SO2 H2Oº

Masa 27 g

Moles 1,8

Solución:

a) Na + H2O → NaOH + ½ H2

(6)

Masa 15·23=34,5 g 27 g 1,5·40 = 60 g 1,5 g

Moles 1,5 27/18 = 1,5 1,5 0,75

b) H2S + 3/2 O2 → SO2 + H2O

H2S O2 SO2 H2Oº

Masa 61,2 g 86,4 g 115,2 g 32,4 g

Moles 1,8 2,7 1,8 1,8

21 Completar:

a) 1 g de agua son ___________________ moles y contiene ________________________ moléculas. b) 20 g de oxígeno en C.N. son _________________ litros y contiene ____________________ moléculas. c) 12 litros de N2 en C.N. contiene ____________________ moléculas.

Solución:

a) 1 g de agua son 1/18 = 0,056 moles y contiene 0,056 · NA = 3,34·10 22

moléculas. b) 20 g de oxígeno en C.N. son 20/16 · 22,4 = 28 litros y contiene 20/16 · NA = 7,5·10

23

moléculas. c) 12 litros de N2 en C.N. contiene 12/22,4 · NA = 3,2·10

23

moléculas.

22 En la reacción N2 + 3 H2 → 2 NH3

a) ¿Qué volumen de hidrógeno será necesario para producir 8 litros de amoniaco? b) ¿Qué volumen de hidrógeno consumirían 4 metros cúbicos de nitrógeno? Solución:

a) Respetando la proporción en volumen de reaccionantes hará falta:

2

H de litros 12 8 · 2

3

b) Consumirán el triple: 12 metros cúbicos.

23 Se trata sulfato férrico con hidróxido sódico obteniéndose un precipitado (↓) de hidróxido férrico y además tetraoxosulfato (VI) de sodio.

a) Escribir la reacción y ajustarla. ¿Qué significa el símbolo (↓)?

b) Si al pesar el precipitado limpio y seco, se han obtenido 21,2 g, ¿cuánto sulfato férrico había? Solución:

a) Fe2(SO4)3 + 6 NaOH → 2 Fe(OH)3 (↓) + 3 Na2SO4

El símbolo (↓) significa que dicho compuesto no es soluble en agua y precipita en el fondo del vaso en forma de sólido insoluble.

b) Al pesar el sólido formado se obtiene: 21,2 g/106,8 = 0,2 moles

Según el ajuste significa que hemos partido de 0,1 moles de sulfato, es decir unos 39,96 g.

24 Interpreta el gráfico siguiente:

a) ¿Cuánto cloro sobra? ¿En qué ley te apoyas para deducirlo?

b) ¿En qué proporción reaccionan sodio y cloro? ¿Cuánto cloro reaccionará con 8 g de sodio? Solución:

a) El gráfico indica que se gasta todo el sodio y sobra cloro, en cantidad: 1 g + 10 g - 2,54 g = 8,46 g de Cl sobra.

Hemos empleado la ley de conservación de la masa.

(7)

Por tanto, con 8 g de sodio, reaccionarán: 8 · 1,54 = 12,32 g de Cl.

25 Se calienta una muestra de 2,37 g de estaño puro en presencia de aire hasta que alcanza un peso final constante de 3 g.

a) ¿Qué cantidad de oxígeno ha reaccionado con el estaño?

b) Si hubiéramos puesto 6 g de estaño y sólo 1 gramo de gas oxígeno, ¿qué cantidad de óxido se formaría?

Solución:

a) Lógicamente ha reaccionado: 3 g - 2,37 g = 0,63 g de oxígeno.

b) De modo que reaccionan 2,37 g de Sn con 0,63 g de O. Con 1 g de oxígeno reaccionarán:

O de g 1

Sn de g x O de g 0,63

Sn de g 2,37

De donde sale que x = 3,76 g de estaño que se consumen, con lo cual sobran: 6 - 3,76 = 2,24 g de Sn y se forman 3,76 g + 1 g = 4,76 g de óxido.

26 La tabla muestra la proporción en que se combinan el bromo y el potasio para dar bromuro potásico. Calcular la cantidad de KBr que se forma y el reactivo que se encuentra en exceso, suponiendo que se mantiene la proporción del ejemplo (datos en gramos):

K Br KBr Reactivo en exceso y cantidad

3,9 8 11,9

5,85 13,8

8,58 17,6

15,2 25,6

Solución:

K Br KBr Reactivo en exceso y cantidad

3,9 8 11,9

5,85 13,8 Reaccionan 5,85 con 12 g

se forman 17,85 g de bromuro Sobra Br: 13,8 g - 12 g = 1,8 g

8,58 17,6 26,18 g No sobra nada

15,2 25,6 Reaccionan 12,48 g con 25,6 g

se forman 38,08 g de bromuro Sobra K: 15,2 g - 12,48 g = 2,72 g

27 a) Escribe el proceso de combustión del propano (C3H8).

b) Si se realiza la combustión en una habitación hermética de 3 2,5 2,5 m, cuyo aire tiene un 21 % de oxígeno, ¿habrá suficiente para que se quemen completamente 2,4 kg de propano? Razonarlo.

Solución:

Hay en total: 3 x 2,5 x 2,5 = 18,75 m3 = 18 750 litros 21% de 18 750 = 3 937,5 litros de O2

Que son: 3 937,5/22,4 = 175,78 moles

Ajustamos el proceso:

C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O

Con estos moles se pueden quemar: 175,78/5 = 35,16 moles de propano.

Pero en realidad tenemos: 2 400 g/56 = 42,86 moles, luego:

42,86 - 35,16 = 7,7 moles de propano no pueden quemarse (unos 431 g).

(8)

Al + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + H2

Solución:

2 Al + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3 H2

120 g/ 27 = 4,44 moles de Al.

Resultan: 4,44 · 3/2 = 6,67 moles de H2

Que son: PV = nRT

760 750

· V = 6,67 · R · 293 V= 162,3 litros

29 El ácido sulfúrico reacciona con el cinc según el proceso: Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2 (g)

Queremos llenar una botella de 50 L con gas hidrógeno a 1,2 atm y 25 ºC. ¿Qué masa de Zn necesitamos? Solución:

Moles de hidrógeno: PV = nRT

1,2 · 50 = n · 0,082 · 298; n = 2,46 moles

Habrá que partir de 2,46 moles de Zn = 2,46 · 65,4 = 160,6 g

30 Dos elementos A y B reaccionan para dar C. a) Completar la tabla:

Masa de A Masa de B Masa de C

1 3 g 4 g 7 g

2 21 g

3 5,2 g

b) Si en la primera experiencia hubiéramos utilizado 8 g de B para la misma cantidad de A, ¿qué resultado habríamos obtenido?

Solución:

La proporción en que reaccionan es:

C de g 21

A de g x C de g 7

A de g

3

De donde sale: x = 9 g

Haciendo lo mismo con el caso 3), resulta:

Masa de A Masa de B Masa de C

1 3 g 4 g 7 g

2 9 g 12 g 21 g

3 5,2 g 6,93 g 12,13 g

Figure

Actualización...

Referencias

Actualización...

Descargar ahora (8 pages)