LAS REACCIONES QUÍMICAS.

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(1)1. LAS REACCIONES QUÍMICAS. Ejercicios de la unidad 8 Ajustes de reacciones químicas. 1.-. Ajusta por tanteo las siguientes reacciones químicas: a) C3H8 + O2 → CO2 + H2O; b) Na + H2O → NaOH + H2; c) KOH + H2SO4 → K2SO4 + H2O; d) Cu(NO3)2 → CuO + NO2 + O2; e) Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O. ⌦. 2.-. Ajusta por tanteo las siguientes reacciones químicas: a) Na2CO3 + HCl → NaCl + CO2 + H2O; b) Ca + HNO3 → Ca(NO3)2 + H2; c) NH4NO3 → N2O + H2O; d) Cl2 + KBr → Br2 + KCl; e) Fe2O3 + C → Fe + CO2. ⌦. 3.-. Decide si están ajustadas las siguientes reacciones Y ajusta las que no lo estén: a) CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O; b) SO2 + 2 O2 → 2 SO3; c) Cl2 + H2O → 2 HCl + HClO; d) 2 KClO3 → KCl + 3 O2; e) Ag + 2 HNO3 → AgNO3 + NO + H2O. ⌦. 4.-. Escribe y ajusta las siguientes reacciones: a) combustión del la glucosa (C6H12O6); b) ataque del cinc por el ácido clorhídrico con formación del cloruro correspondiente y desprendimiento de hidrógeno; c) hidratación del dióxido de nitrógeno con formación de ácido nítrico y monóxido de nitrógeno; d) precipitación del yoduro de plomo (II) a partir del yoduro de potasio y nitrato de plomo (II). ⌦. Estequiometría. 5.-. Calcular el volumen de dióxido de carbono que se obtiene de la combustión de 150 g de etanol (C2H6O) a la temperatura de 45 ºC y a la presión de 1,2 atmósferas . ⌦. 6.-. Tenemos la reacción: Zn + HCl → ZnCl2 + H2 a) Ajústala b) ¿Qué masa de HCl se precisará para reaccionar con 15 g de Zn c) y qué masa de ZnCl2 se formará suponiendo un rendimiento del 75 %? ¿Qué volumen de H2 se obtendrá: d) en condiciones normales; e) a 12 atmósferas y 150 ºC. ⌦. 7.-. El hierro es atacado por el ácido clorhídrico formándose cloruro de hierro (II) y desprendiéndose hidrógeno en forma de gas. a) Qué masa de HCl se necesitara para hacer desaparecer 40 g de Fe? b) ¿Cuántos moles de cloruro de hierro (II) se formarán? c) ¿Qué volumen de hidrógeno se desprenderá en condiciones normales? ⌦. 8.-. Al quemar gas metano (CH4) con oxígeno (O2) se obtiene dióxido de carbono y vapor de agua. a) ¿Qué masa de CO2 se formará al quemar 80 g de metano? b) ¿qué volumen de O2 en condiciones normales se precisará para ello? c) ¿qué volumen de vapor de agua se obtendrá a 10 atm y 250 ºC? ⌦. 9.-. a) Ajusta la reacción: NO2 + H2O ⎯→ HNO3 + NO b) ¿Qué volumen de NO (g), medido a 1’5 atm y 80 ºC de temperatura, se desprenderá en, a partir de 4 moles de NO2 sabiendo que el rendimiento de la misma es del 75 %? ⌦. 10.- El carbono y el agua reaccionan entre sí formando monóxido de carbono e hidrógeno gaseoso. a) Calcula la masa de carbono necesario para obtener 3 L de H2 en condiciones normales b) y el volumen de monóxido de carbono que se formará también en condiciones normales. ⌦.

(2) 2 11.- Al quemar gas butano (C4H10) en aire se obtiene como productos dióxido de carbono y vapor de agua. a) Escribe y ajusta la reacción química; b) Calcula la masa de oxígeno que se necesita para la combustión de 20 g de butano; c) calcula el volumen de dióxido de carbono que se desprenderá a 600 mm Hg y 300ºC. ⌦ 12.- 20 g de una sustancia A reaccionan con 35 g de una sustancia B formándose 40 g de una sustancia C y 15 g de una sustancia D. ¿Qué masas de C y D se obtendrán al hacer reaccionar 8 g de A con 12 g de B? ¿Cuál es el reactivo limitante? ⌦ 13.- En la reacción de combustión de la pirita [FeS2] se produce óxido de hierro (III) y dióxido de azufre. a) Determina el reactivo limitante si se mezclan 3 moles de FeS2 y 10 moles de oxígeno. b) ¿Cuántos moles de óxido de hierro (III) y dióxido de azufre se formarán? c) Se hacen reaccionar 100 g de FeS2 con 5 moles de oxígeno ¿Qué masa de óxido de hierro (III) se formará y qué volumen de dióxido de azufre se desprenderá en condiciones normales? ⌦ 14.- ¿Qué volumen de ácido clorhídrico 0,2 M se necesitará para neutralizar 40 ml de hidróxido de potasio 0,5 M? ⌦ 15.- ¿Qué volumen de dióxido de azufre a 30ºC y 1 atm se desprenderá al aire al quemar una tonelada de carbón que contiene un 0,5 % de azufre? ⌦ 16.- Se añaden 2,5 cm3 de una disolución 1,5 M de nitrato de magnesio sobre una disolución con suficiente cantidad de hidróxido de sodio con lo que se forma un precipitado de hidróxido de magnesio. ¿Cuál será la masa de dicho precipitado? ⌦ 17.- Se añaden 5 cm3 de ácido clorhídrico 0,8 M sobre una determinada cantidad de carbonato de calcio desprendiéndose dióxido de carbono, cloruro de calcio y agua. ¿Qué volumen del mismo a 1,2 atm y 50ºC obtendremos si se consume todo el ácido? ⌦ 18.- Determina la fórmula molecular de un insecticida formado por C, H y Cl si en la combustión de 3 g de dicha sustancia se han obtenido 2,72 g de CO2 y 0,55 g de H2O y su masa molecular es de 290 g/mol. ⌦. Energía de las reacciones químicas. 19.- Se queman 100 toneladas de antracita con una riqueza del 90 % de carbono en una central térmica. ¿Qué energía se obtendrá si sabemos que por cada mol de carbono quemado se desprenden 393,5 kJ? ⌦ 20.- La reacción de oxidación del nitrógeno por el oxígeno para formar monóxido de nitrógeno precisa 180,5 kJ por mol de nitrógeno. ¿Qué energía se necesitará aportar par oxidar 1500 litros de nitrógeno a 5 atm y 50ºC? ⌦ 21.- ¿Qué energía se obtendrá al quemarse 100 g de sacarosa (C12H22O11) si sabemos que se desprenden 5645 kJ por cada mol de sacarosa que se quema? ⌦.

(3) 3. Soluciones a los ejercicios 1.. ⌫ a) C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O ; b) 2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2 ; c) 2 KOH + H2SO4 → K2SO4 + 2 H2O ; d) 2 Cu(NO3)2 → 2 CuO + 4 NO2 + O2 ; e) 3 Cu + 8 HNO3 → 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O .. 2.. ⌫ a) Na2CO3 + 2 HCl → 2 NaCl + CO2 + H2O ; b) Ca + 2 HNO3 → Ca(NO3)2 + H2 ; c) NH4NO3 → N2O + 2 H2O ; d) Cl2 + 2 KBr → Br2 + 2 KCl ; e) 2 Fe2O3 + 3 C → 4 Fe + 3 CO2 .. 3.. ⌫ a) CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O Sí; b) 2 SO2 + O2 → 2 SO3 No; c) Cl2 + H2O → HCl + HClO No; d) 2 KClO3 → 2 KCl + 3 O2 No; e) 3 Ag + 4 HNO3 → 3 AgNO3 + NO + 2 H2O No.. 4.. ⌫ a) C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O ; c) 3 NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO ;. 5.. ⌫ C2H6O + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O 46 g ——— 150 g. 6.. =. b) Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2 ; d) 2 KI + Pb(NO3)2 → PbI2 + 2 KNO3 .. 2 mol ——— ⇒ n(CO2) = 6,52 mol ; n(CO2). n·R·T 6,52 mol x 0,082 atm x l x 318 K V = ———— = ————————————— = 141,7 litros p mol x K x 1,2 atm ⌫ a) Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2 ; b) 65,4 g 72,9 g 136,3 g 1 mol ——— = ——— = ———— = ——— n(H2) 15 g m(HCl) m(ZnCl2) c). ⇒ m(HCl) = 16,6 g ;. 75 m(ZnCl2)obtenida = —— x 31,26 g = 23,4 g 100. m(ZnCl2)teórica = 31,26 g ; d) n(H2) = 0,229 mol ; V = 0,229 mol. x. 22,4 L x mol-1 = 5,14 litros. n · R · T 0,229 mol x 0,082 atm x l x 423 K V = ———— = —————————————— = 0,663 litros p mol x K x 12 atm ⌫ a) Fe + 2 HCl → FeCl2 + H2 ;. e) 7.. 55,8 g 72,9 g 1 mol 22,4 L ——— = ——— = ———— = ——— 40 g m(HCl) n(FeCl2) V(H2). ⇒ m(HCl) = 52,3 g ;. b) n(FeCl2) = 0,717 mol 8.. c) V(H2) = 16, 1 litros ⌫ a) CH4 + 2 O2 → CO2. + 2 H2O ;. 16 g 44,8 L 44 g 2 mol ——— = ——— = ——— = ———— 80 g V(O2) m(CO2) n(H2O) b)V(O2) = 224 litros ;. ⇒ m(CO2) = 220 g ;.

(4) 4 c) 9.. n·R·T 10 mol x 0,082 atm x l x 523 K n(H2O) = 10 mol ; V = ———— = —————————————— = 42,9 litros p mol x K x 10 atm ⌫ a) 3 NO2 + H2O ⎯→ 2 HNO3 + NO b). 3 mol ——— 4 mol. =. 1 mol ——— n(NO). ⇒ n(NO) = 1,33 mol ;. n·R·T 1,33 mol x 0,082 atm x l x 353 K V(NO) teórico = ———— = —————————————— = 25,7 litros p mol x K x 1,5 atm. 10.. 75 V(NO) obtenido = —— x 25,7 litros = 19,3 litros 100 ⌫ a) C + H2O → CO + H2 ; 12 g ——— m(C). 22,4 L 22,4 L ——— = ——— V(CO) 3L. =. ⇒ m(C) = 1,61 g ;. b) V(CO) = 3 litros. 11.. ⌫ a) 2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O b). 116 g 416 g 8 mol ——— = ——— = ——— ⇒ m(O2) = 71,7 g ; n(CO2) = 1,38 mol ; 20 g m(O2) n(CO2). c). 12.. n·R·T 1,38 mol x 0,082 atm x l x 573 K 760 mm Hg V = ———— = —————————————— x ————— = 82,1 litros p mol x K x 600 mm Hg 1 atm ⌫ A + B → C + D 20 g 35 g 40 g 15 g —— = —— = —— = —— ⇒ m(A) = 6,86 g; m(C) = 13,7 g ; m (D) = 5,14 g ; m(A) 12 g m(C) m(D) Si hubiese partido de 8 g de A se precisarían 14 g de B, y sólo hay 12 g, por lo que B es el reactivo limitante y es el que se utiliza en la proporción para obtener las masas de C y D.. 13.. ⌫ a) 4 FeS2 + 11 O2 → 2 Fe2O3 + 8 SO2 4 mol 11 mol ——— = ——— 3 mol n(O2) b). c). 4 mol ——— 3 mol. =. ⇒ n(O2) = 8,25 mol, luego será el FeS2 el reactivo limitante 2 mol 8 mol ———— = ——— ⇒ n(Fe2O3) = 1,5 mol ; n(SO2) = 6 mol n(Fe2O3) n(SO2). 480 g 11 mol ——— = ——— ⇒ n(O2) = 2,29 mol; de nuevo será el FeS2 el reactivo limitante 100 g n(O2) 480 g ——— 100 g. =. 319,4 g 179,2 L ———— = ——— ⇒ n(Fe2O3) = 66,5 g ; V(SO2) = 37,3 litros m(Fe2O3) V(SO2).

(5) 5 14.. ⌫ n(KOH) = V x [KOH] = 0,04 L x 0,5 mol x L–1 = 0,02 mol HCl + KOH → KCl + H2O. 15.. 1 mol 1 mol n(HCl) 0,02 mol ——— = ———— ⇒ n(HCl) = 0,02 mol; V = ——— = —————–1 = 0,1 litros n(HCl) 0,02 mol [HCl] 0,2 mol x L ⌫ 0,5 m (S) = —— x 1000 kg = 5 kg; 100 S + O2 → SO2 32,1 g 1 mol ——— = ———— ⇒ n(SO2) = 156 mol; 5000 g n(SO2) n·R·T 156 mol x 0,082 atm x l x 303 K V = ———— = ————————————— = 3874 litros p mol x K x 1 atm. 16.. ⌫ n{Mg(NO3)2} = V x [Mg(NO3)2] = 0,0025 L x 1,5 mol x L–1 = 0,00375 mol Mg(NO3)2 + NaOH → Mg(OH)2 ↓ + 2 NaNO3 1 mol ————— 0,00375 mol. 17.. =. 58,3 g —————— ⇒ m{Mg(NO3)2}= 0,219 g m{Mg(NO3)2}. ⌫ n(HCl) = V x [HCl] = 0,005 L x 0,8 mol x L–1 = 0,004 mol CaCO3 + 2 HCl → CO2↑ + CaCl2 + H2O 2 mol 1 mol ———— = ———— ⇒ n(CO2) = 0,002 mol 0,004 mol n(CO2) n · R · T 0,002 mol x 0,082 atm x l x 323 K V = ———— = ————————————— = 0,044 litros = 44 cm3 p mol x K x 1,2 atm. 18.. ⌫ El insecticida tendrá una fórmula empírica CaHbClc. Puesto que no nos dan datos sobre el óxido de cloro formado supondremos que c=1 y obtendremos a y b en función de este valor. CaHbCl + O2 → a CO2↑ + b/2 H2O 12 a + b + 35,45 44 a 9b ——————— = ——— = ——— ⇒ a = 0,989 ≈ 1; b = 0,989 ≈ 1 3g 2,72 g 0,55 g Con lo que la fórmula empírica sería CHCl de masa (12 + 1 + 35,45) = 48,45 290 ——— ≈ 6 con lo que la fórmula molecular será C6H6Cl6 48,45.

(6) 6 19.. ⌫. 90 m (C) = —— x 100000 kg = 90000 kg = 9 x 107 g; 100 C + O2 → CO2 + 393,5 kJ 12 g ———— 9 x 107 g. 20.. ⌫. 393,5 kJ ———— ⇒ E = 2,95 x 109 kJ E. =. p·V 5 atm x 1500 L n = ——— = —————————————— = 283 moles de N2 R · T 0,082 atm x L x mol–1 x K–1 x 323 K N2 + O2 + 180,5 kJ → 2 NO 1 mol 180,5 kJ ———— = ———— ⇒ E = 5,11 x 104 kJ 283 moles E. 21.. ⌫ C12H22O11 + O2 + → CO2 + H2O + 5645 kJ 342 g ———— 100 g. =. 5645 kJ ———— ⇒ E = 1650 kJ E. Soluciones a los ejercicios de los apuntes: A.-. ⌫ a) b) c) d) e). C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O Na2CO3 + 2 HCl → 2 Na Cl + CO2 + H2O PBr3 + 3 H2O → 3 HBr + H3PO3 CaO + 3 C → CaC2 + CO H2SO4 +BaCl2 → BaSO4 + 2 HCl. B.-. ⌫ a). a KClO3 → b KCl + c O2 ;. K) a = b;. Cl) a = b;. O) 3a = 2c. Sea a = 1. Entonces b = 1 y c = 3/2 Multiplicando todos los coeficientes por 2: b). 2 KClO3 → 2 KCl + 3 O2. a HCl + b Al → c AlCl3 + d H2. H) a = 2d;. Cl) a = 3c;. Al) b = c. Sea c = 1. Entonces b = 1, a = 3 y d = 3/2 Multiplicando todos los coeficientes por 2: C.-. ⌫ a). 6 HCl + 2 Al → 2 AlCl3 + 3 H2. a HNO3 + b Cu → c Cu(NO3)2 + d NO + e H2O.

(7) 7 H) a = 2e;. N) a = 2c + d; O) 3a = 6c +d + e;. Cu) b = c. Sea c = 1. Entonces b = 1 y el sistema queda: a = 2e; a = 2 + d; 3a = 6 + d + e; Sustituyendo “a”: 2e = 2 + d; 6e = 6 + d + e Sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas que resolviendo queda: e = 4/3; d = 2/3 con lo que a = 8/3 Multiplicando todos los coeficientes por 3: 8 HNO3 + 3 Cu → 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O Comprobamos el nº de átomos de cada tipo antes y después de la reacción: 8 átomos de H (4 x 2), 8 de N (2 x 3 + 2), 24 de O (8 x 3 = 3 x 2 x 3 + 2 + 4) y 3 de Cu D.-. ⌫ a) M (Al2O3) = 2 x 27 u + 3 x 16 u = 102 u M [Al2(SO4)3]= 2 x 27 u + 3 x (32 u + 4 x 16 u) = 342 u Primero, ajustamos la reacción: Al2 O3 + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3 H2O 1 mol 3 moles 1 mol 3 moles Se transforman los moles en “g” o “l” (o se dejan en “mol”) para que quede en las mismas unidades que aparece en los datos e incógnitas del problema: 102 g 3 moles 342 g = = 40 g n ( mol ) m (g). 102 g 3 moles 40 g × 3 moles = = 1,18 moles de H 2SO 4 ⇒ n ( mol ) = 40 g n ( mol ) 102 g 102 g 342 g 40 g × 342 g ⇒ m (g) = = = 134 g de Al 2 ( SO 4 )3 40 g m ( g ) 102 g. E.- ⌫ a) Ecuación ajustada:. 2 mol × 122, 6. V=. g = 245, 2 g ; mol. 2 KClO3 → 2 KCl + 3 O2 2 mol 3 mol 245, 2 g 7,82 g. =. 3 mol ⇒ n(O 2 ) = 0,0957 moles n(O 2 ). n × R × T 0,0957 mol × 0,082 atm × l × 292 K = = 2, 33 litros p mol × K × ( 746 760 ) atm.

(8) 8 F.-. ⌫ AgNO3 + NaCl → AgCl↓ + NaNO3 169,8 g 143,3 g 14 g × 169,8 g = ⇒ m ( AgNO3 ) que reaccona = = 16, 6 g m 14 g 143,3 g m (AgNO3) sin reaccionar = 25 g – 16,6 g = 8,4 g. G.-. ⌫ a) m ( S) =. 100 kg × 0,11 = 0,11 kg = 110 g 100. S + O2 → SO2↑ 32 g 1mol = ⇒ n ( SO 2 ) = 3, 4 moles 110 g n ( SO 2 ). V= H.-. n × R × T 3,4 mol × 0,082 atm × l × 293 K = = 81, 7 litros p mol × K × 1atm. ⌫ a) 2 HgO → 2 Hg + O2 ; 433,18 g 649,8 g b). =. ΔE = 181,6 kJ 181, 6 kJ ΔE. ⇒ ΔE = 272, 41kJ. 1mol 181, 6 kJ = ⇒ n ( O2 ) = 2, 75 moles n ( O 2 ) 500 kJ. V ( O2 ) =. n ( O2 ) × R × T 2,75 mol × 0,082 atm × l × 298 K = = 67, 2 litros p mol × K × 1atm.

(9)