• Author / Uploaded
• PachecoMitzi

Citation preview

QUÍMICA MENCIÓN CUADERNO N°2

CUADERNO DE EJERCICIOS

1 H 1,0

2 He 4,0

Número atómico Masa atómica

3 Li 6,9

4 Be 9,0

5 B 10,8

6 C 12,0

7 N 14,0

8 O 16,0

9 F 19,0

10 Ne 20,2

11 Na 23,0

12 Mg 24,3

13 Al 27,0

14 Si 28,1

15 P 31,0

16 S 32,0

17 Cl 35,5

18 Ar 39,9

19 K 39,1

20 Ca 40,0

2016

CAPÍTULO I ESTEQUIOMETRÍA I.

EQUILIBRE LAS SIGUIENTES ECUACIONES QUÍMICAS

 HNO3 1. N2O5 + H2O   KCl + O2 2. KClO3 

 Fe2O3 3. Fe + 3O2   KCl + MnCl2 + H2O + Cl2 4. HCl + KMnO4 

 H3PO3 + HCl 5. PCl3 + H2O  II. COMPLETE UTILIZANDO LA TABLA PERIÓDICA Compuesto o elemento

Masa molar

N2

Gramos

Moles

Moléculas*

Átomos

42 6,02·1024

C

0,1

P4

44,8

CH4 H2O

36 2·6,02·1023

CaCO3 Na2SO3

189 9·6,02·1023

CO2 C6H12O6

Litros* a 0°c y 1 atm

4 3,01·1023

NaOH

112

NO2 * CUANDO CORRESPONDA

2

III. 1.

RESUELVA

En 160 gramos de un alcohol de fórmula CH3OH, a) ¿cuántos moles de moléculas hay?

b) Al combustionar completamente esos 160 gramos ¿cuántos moles de CO2 se producen?

2.

¿Cuántas moléculas de agua se forman por la combustión completa de 176 gramos de gas propano (C3H8)?

3.

¿Cuántos gramos de nitrógeno molecular se necesitan para producir 6,02·1023 moléculas de NH3?

 NH3(g) N2(g) + H2(g) 

5.

La siguiente es la reacción de formación elemental de agua, ¿cuántos gramos de ella se obtienen a partir de 4 moles de O2 y 3 moles de H2?

 2 H2O 2 H2 + O2 

6.

En la siguiente reacción de combustión de etano (C2H6) NO balanceada,

 CO2 (g) + H2O (g) C2H6 (g) + O2 (g)  a) ¿cuántos gramos de oxígeno deben reaccionar con 2 moles de metano, para obtener 7 moles de CO2?

b) Si se hacen reaccionar 6 litros de cada reactivo, a temperatura y presión constante, ¿cuántos litros de CO2 se obtienen?

3

7.

En la siguiente reacción se libera gas H2, al respecto ¿cuántos litros de H2 se liberan a partir de la reacción total de 23 g de Na? (considere CNPT para el gas)

 2 NaOH + H2 2 Na + 2 H2O 

8.

Considere la siguiente reacción balanceada, de formación de NH3: Con 6 moles de cada reactivo:

 2 NH3(g) N2(g) + 3 H2(g)  a)

¿Cuál es el reactivo limitante y reactivo en exceso?

b)

¿Cuántos gramos del reactivo limitante reaccionan?

c)

¿Cuántos moles del reactivo en exceso no reaccionan?

d)

¿Cuál es la máxima cantidad (en moles) de producto que puede obtenerse en la reacción?

e)

En C.N.P.T, ¿cuántos litros de gas NH3 se generan?

4

TEST DE EVALUACIÓN 1.

A 25ºC y presión atmosférica (1 atm), ¿cuál(es) de las siguientes sustancias es (son) gases? I) II) III) A) B) C) D) E)

2.

X 2 3 3 4 3

y 3 3 4 2 2

En condiciones normales de temperatura y presión, ¿cuántos gramos de monóxido de carbono (CO) ocupan un volumen de 2,24 litros? A) B) C) D) E)

4.

I. III. I y II. I y III. II y III.

En un compuesto desconocido de estructura AxBy, un 60% de los átomos corresponde a A. De acuerdo con esto, los valores para x e y deben ser A) B) C) D) E)

3.

Solo Solo Solo Solo Solo

Amoníaco, NH3 Metano, CH4 Metanol, CH3OH

1,4 gramos 2,8 gramos 14,0 gramos 28,0 gramos 36,0 gramos

Al comparar 1 mol de dióxido de azufre SO2 con 2 moles de metano CH4, se puede afirmar correctamente que I) II) III) A) B) C) D) E)

tienen la misma masa molar. presentan distinto número de moléculas. la masa de SO2 es el doble de la masa de CH4.

Solo I. Solo II. Solo III. Solo II y III. I, II y III.

5

5.

Si la masa molar de un compuesto es 62 gramos y su fórmula mínima es CH3O, entonces su fórmula molecular será A) B) C) D) E)

6.

CH3O2 C2H3O2 C3H8O2 C2H6O2 C2H6O3

9 gramos de agua, contienen I) II) III)

0,5 mol de moléculas. 1,0 mol de átomos de hidrógeno. 3,01·1023 átomos de oxígeno.

De las anteriores es (son) correcta(s) A) B) C) D) E) 7.

solo solo solo solo I, II

I. II. III. I y III. y III.

En un recipiente cerrado hay 1 mol de gas SO2, en otro hay 1 mol de metano (CH 4). Si ambos recipientes tienen capacidad para 1 litro entonces es correcto afirmar que I) II) III) A) B) C) D) E)

8.

la masa en ambos recipientes es la misma. el volumen ocupado por ambos gases es el mismo. la presión en ambos recipientes es la misma.

Solo II. Solo III. Solo I y II. Solo II y III. I, II y III.

De acuerdo con las definiciones de mezcla, compuesto y elemento, la opción correcta debe ser A) B) C) D) E)

Mezcla agua aire sodio metálico cloro gaseoso petróleo

Compuesto agua oxigenada cloruro de sodio soda cáustica acero aire

Elemento soda cáustica oxígeno molecular petróleo agua agua

6

9.

De acuerdo con la siguiente reacción balanceada

 CaBr2 + 2 H2O Ca(OH)2 + 2 HBr  Con 3 moles de Ca(OH)2 y suficiente HBr, ¿cuántos moles de CaBr2 pueden formarse? A) B) C) D) E)

9 6 5 4 3

10. Una manera simple de obtener hidrógeno en un laboratorio es hacer reaccionar un metal con ácido clorhídrico, tal como se muestra en la figura. Respecto a este experimento se puede decir que el volumen de hidrógeno recogido es siempre proporcional I) II) III) A) B) C) D) E)

Solo Solo Solo Solo Solo

al número de moles de gas hidrógeno. a la masa de metal oxidado. al volumen de HCl utilizado.

I. II. III. I y II. II y III.

11. El peróxido de sodio se descompone según la siguiente ecuación NO balanceada:

Na2O2

 

Na2O + O2(g)

Si se calientan 2 moles de Na2O2, ¿qué masa de oxígeno (O2) se obtiene? A) B) C) D) E)

16 32 40 48 60

gramos gramos gramos gramos gramos

12. 112 litros de gas metano (CH4) en condiciones normales de temperatura y presión corresponden a A) B) C) D) E)

16 gramos. 80 gramos. 5 moléculas. 5 gramos. 112 moles.

7

13 La siguiente es la reacción corresponde a la formación elemental de agua (combustión del hidrógeno)

 H2O H 2 + O2 

(NO balanceada)

Analizando las relaciones estequiométricas y la naturaleza de los reactivos, puede afirmarse correctamente que I) II) III) A) B) C) D) E)

H2 y O2 son elementos gaseosos. con 1 mol de H2 se forma 1 mol de H2O. O2 es el comburente en la reacción.

Solo I. Solo II. Solo I y III. Solo II y III. I, II y III.

14. Si la masa molar del hidróxido de sodio (NaOH) es de 40 gramos, entonces ¿cuántos moles de compuesto hay en 600 gramos? A) B) C) D) E)

25 20 15 10 5

15. La siguiente ecuación ilustra la reacción entre un metal (Magnesio) y ácido clorhídrico (HCl)

 MgCl2 + X Mg + 2HCl  Uno de los productos obtenidos es el cloruro de magnesio, de modo que X debe ser A) B) C) D) E)

H2 Cl2 Mg H2O HCl

16. En 80 gramos de nitrato de sodio(NaNO3) hay aproximadamente 20 gramos de Na y 10 gramos de N, por lo tanto, el porcentaje en masa de oxígeno (O) en la muestra será de A) B) C) D) E)

25,0 56,5 40,0 80,0 62,5

% % % % %

8

17. Si 1 mol de moléculas del compuesto XY2 tienen una masa de 44 gramos y 1 mol de átomos de X tienen una masa de 12 gramos, entonces 3 moles del compuesto XY presentarán una masa de A) B) C) D) E)

96 62 28 84 36

gramos. gramos. gramos. gramos. gramos.

18. De acuerdo con la Ley de Avogadro, 1 mol de cualquier gas, en condiciones normales de temperatura y presión, ocupa siempre un volumen de 22,4 litros. Al respecto, ¿qué volumen, en estas mismas condiciones ocuparán los siguientes compuestos gaseosos? 1. 16 gramos de metano (CH4) 2. 64 gramos de Oxígeno molecular (O2) 3. 14 gramos de monóxido de carbono (CO) A) B) C) D) E)

1 22,4L 11,2L 33,6L 44,8L 22,4L

; ; ; ; ;

2 44,8L 22,4L 44,8L 11,2L 44,8L

; ; ; ; ;

3 89,6L 33,6L 11,2L 22,4L 11,2L

19. A continuación se muestran los valores en masa (gramos) para 2 reactivos y unos de los productos de acuerdo con la siguiente reacción:

A + 3B   C + Exceso 1º Reacción 2º Reacción

1,5 4,0

X 6,0

Y 9

-1

Si en la segunda reacción el reactivo A se encuentra en exceso, ¿cuáles serán los valores de masa para X e Y? A) B) C) D) E)

X 3,0 1,5 6,0 4,0 1,5

Y 4,5 4,0 9,5 9,0 6,5

9

20. El siguiente esquema representa un aparato de destilación simple. Al respecto, ¿qué nombre reciben las transformaciones físicas representadas con las letras X e Y?

X A) B) C) D) E)

evaporación sublimación condensación solidificación ebullición

Y sublimación. condensación. evaporación. evaporación. condensación.

10

CAPÍTULO II DISOLUCIONES QUÍMICAS I. DE ACUERDO RESPONDA

CON

LAS

SIGUIENTE

GRÁFICAS

DE

SOLUBILIDADES,

1. A 0ºC, la sal más soluble es……………………. 2. La única sal que disminuye su solubilidad con el aumento de la temperatura es……………………. 3. Si una solución saturada que contiene 100 gramos de agua y KClO3 se enfría desde 70ºC hasta 30ºC, dejan de disolverse aproximadamente …………………… gramos. 4. La solubilidad del NaCl en agua…………………… con el aumento de la temperatura. 5. A 10ºC el gas Helio (He) es ………………………soluble que el gas O2. 6. La solubilidad de los gases en un solvente …………………… conforma aumenta la temperatura de la solución. 7. La máxima cantidad de KNO3 que se puede disolver en 100 gramos de agua a 20ºC es de…………………… gramos. 8. El compuesto sólido menos soluble a 0ºC es……………………. 9. Una solución que contiene 80 gramos de NaNO3 en 100 gramos de agua, a 10ºC, se encuentra……………………. 10. Si una solución contiene 45 gramos de K2Cr2O7 disueltos en 100 gramos a gua, a 50ºC, se dice que está……………………. 11. Si se prepara una solución con 50 gramos de agua y 30 gramos de NaNO3 a 10°C, esta solución es...................... y para saturarla se deben agregar................... gramos de soluto. 11

II.

RESUELVA UTILIZANDO CALCULADORA Y TABLA PERIÓDICA

1.

Determine la masa de 300 mL de una solución, cuya densidad es 1,2 g/mL.

2.

La masa de 0,75 Litros de solución es 200 gramos. Determine su densidad.

3.

Calcule el porcentaje masa/masa de una solución, si en medio kilo de ella están contenidos 40 gramos de soluto.

4.

Si la concentración % m/v de una solución es 30%, calcule la masa de soluto presente es 800 mL de ella.

5.

Calcule la masa de AlCl3 necesarias para preparar 50 mL de solución de concentración 2,5 M.

6.

Calcule los gramos de soluto y de solvente que hay en 200 gramos de una solución de concentración 15% m/m.

7.

Determine la masa de soluto que hay en 0,8 litros de solución 4% m/v.

8.

Determine la concentración %m/m de una solución formada por 40 g de soluto disueltos en 80 gramos de agua

9.

Calcule el % m/v de una solución que presenta una densidad de 0,125 g/mL y una concentración 20% m/m

10. ¿Qué masa de NaOH se necesitan para preparar 50 mL de solución 10% m/v?

11. Determine la Molaridad de una solución que presenta 0,1 moles disueltos en ½ litro de disolución.

12

12. Determine la Molaridad de 100 mL de solución que contiene disueltos 24,5g de H2SO4

13. Calcule la Masa de NaOH presente en 200 mL de solución 0,1 M.

14. Se disuelven 400 gramos de NaF en 2 kilogramos de agua. La densidad de la solución en estas condiciones es d= 1,2 g/mL. Al respecto, determine: a)

Concentración %m/m

b)

Concentración % m/v

c)

Molaridad de la solución

d)

molalidad de la solución

e)

concentración en g/L

15. Se tiene 1 litro de una solución 0,5 mol/L de H2SO4, a partir de esta a)

se desea preparar 500 mL de H2SO4 0,04 mol/L, ¿cuántos litros de la solución inicial se requieren?

b) se toman 50 mL y se agregan 300 mL de agua ¿cuál es la concentración final en mol/L?

16. 150 mL de una solución de KCl 0,1 M se mezclan con 250 mL de AlCl 3, ¿cuál es la concentración final de iones Cl-?

13

17. Calcule la variación en el punto de congelación y de ebullición de una solución al disolver Datos: Keb agua: 0,52 °C Kg/mol, Kc: 1,86 °C Kg/mol a) glucosa en 500 gramos de agua

b) NaBr en 500 gramos de agua

c)

MgCl2 en 1000 gramos de agua

TEST DE EVALUACIÓN 1.

En general, cuando una sustancia es apolar se dice que es insoluble en agua. Al respecto, ¿cuál de las siguientes sustancias cumple lo anterior? A) B) C) D) E)

2.

¿Qué volumen de agua destilada se debe adicionar a 50 mL de una solución cuya concentración es 4 moles /L para diluirla hasta una concentración final 1M? A) B) C) D) E)

3.

KCl C2H4 NaNO3 CH3OH K2Cr2O7

0,15 L 0,20 L 0,30 L 150 L 200 L

El proceso de destilación permite separar mezclas formadas por A) B) C) D) E)

2 sólidos de tamaño distinto. 2 líquidos inmiscibles entre sí. 2 líquidos miscibles entre sí un gas disuelto en un líquido. 2 gases a temperatura ambiente.

14

4.

¿Cuál de los siguientes materiales de laboratorio permite preparar soluciones acuosas con mayor exactitud?

5.

El siguiente matraz contiene una solución que debe ser rotulada. Para ello se cuenta con los siguientes datos  soluto: 4 gramos de NaOH.  masa molar del soluto = 40 g/mol  solvente: 196 gramos de agua. ¿Con qué valor de concentración se debiera rotular el matraz? A) B) C) D) E)

2% m/m 4% m/m 10% m/m 20% m/m 40% m/m

15

6.

De acuerdo con la siguiente gráfica de solubilidad en agua para algunas sales, sería incorrecto afirmar que

A) B) C) D) E) 7.

a 0ºC es más soluble NaCl que KNO3 entre 40º y 50ºC la sal más insoluble es Ce2(SO4)3 en todo rango de temperatura KNO3 es la sal más soluble a 20ºC se disuelven en agua aproximadamente 40 gramos de NaCl 60 gramos de K2CrO4 pueden disolverse en 100 gramos de agua a 0ºC

Un alumno disolvió distintas masas de un soluto coloreado en 100 mL de agua, obteniendo las siguientes soluciones:

Respecto a estas soluciones el alumno concluyó que I) II) III)

el color de la solución depende de la cantidad de soluto disuelto. la única solución saturada era la que contenía 5 gramos de soluto. la solución con mayor concentración es la más coloreada.

Respecto del experimento ¿Cuál(es) de las conclusiones se considera(n) correcta(s)? A) B) C) D) E)

Solo I. Solo II. Solo III. Solo I y III. I, II y III.

16

8.

Una solución formada por azúcar y agua se encuentra saturada a 25ºC. Al respecto, la solución podría insaturarse si se aumenta la I) II) III) A) B) C) D) E)

9.

masa de azúcar. temperatura. presión.

Solo I. Solo II. Solo III. Solo I y II. I, II y III.

2000 mililitros de solución de concentración 0,2M, ¿cuántos moles de soluto debe contener? A) B) C) D) E)

0,1 0,4 0,3 0,2 0,5

10. Se dispone de 2 soluciones acuosas de acuerdo con lo siguiente:  

Solución 1: 125 mL // 4 gramos de soluto (NaOH). Solución 2: 50 mL // 0,1 moles de soluto (NaOH).

Las concentraciones de ambas soluciones deben ser A) B) C) D) E)

Solución 1 0,8 mol/L 4,0 mol/L 0,1 mol/L 0,8 mol/L 2,0 mol/L

Solución 2 2,0 mol/L 1,5 mol/L 1,4 mol/L 0,4 mol/L 1,2 mol/L

11. Cuando se evapora por calentamiento una solución acuosa concentrada I) II) III)

la masa de solvente disminuye. disminuye el volumen de la solución. aumenta la concentración de la solución.

De las anteriores es (son) correcta(s) A) B) C) D) E)

Solo I. Solo II. Solo III. Solo I y II. I, II y III.

17

12. A 200 mL de solución de NaCl al 15% m/v, se le adiciona solvente hasta obtener un volumen de 400 mL. En estas condiciones, es correcto afirmar respecto de la concentración y el volumen de solución que A) B) C) D) E)

se duplica el volumen de la solución y se cuadruplica la concentración. se duplica el volumen de la solución y la concentración disminuye a la mitad. se modifica el volumen pero la concentración no sufren variación. la concentración no cambia y el volumen disminuye. la concentración se duplica y el volumen se triplica.

13. La siguiente tabla muestra los valores de temperatura de fusión y ebullición para 2 soluciones acuosas de NaCl, ambas con igual volumen: 1 -1,0 105

T°.Fusión (ºC) T° Ebullición (ºC)

2 -3,0 110

De acuerdo con los datos, puede afirmarse correctamente que I) II) III) A) B) C) D) E)

la solución 2 presenta mayor concentración molal que la solución 1. la solución 1 posee menor cantidad de iones que la solución 2. la presión de vapor en la solución 2 es mayor que en la solución 1.

Solo I. Solo II. Solo III. Solo I y II. I, II y III.

14. En un recipiente cerrado se tiene una mezcla gaseosa compuesta de 22 gramos de CO2 y 42 gramos de N2. De acuerdo con esto, las fracciones molares respectivas para cada gas son

A) B) C) D) E)

CO2 0,50 0,25 0,50 0,75 1,50

N2

1,50 0,75 0,50 0,25 0,50

15. ¿Cuál de los siguientes solutos aumentaría en mayor magnitud la temperatura de ebullición de 1 litro de agua? (Asuma igual cantidad de moles de soluto y disociación total cuando corresponda) A) B) C) D) E)

LiF C2H4 KCl KClO3 CaBr2

18

16. Para una solución acuosa se conocen la siguiente información: 1. 2. 3.

1 mL de ella presenta una masa de 1,2 gramos. en 100 mL de ella hay 24 gramos de soluto. el soluto es un sólido iónico altamente polar.

Con los datos anteriores, se puede concluir correctamente que A) B) C) D) E)

conforme aumenta la temperatura, la solubilidad disminuye. la densidad de la solución acuosa es de 1,6 g/mL. la concentración masa/masa de la solución es 20%. el soluto tiene una masa molar de 55,85 g/mol. la concentración molar de la solución es 1,2M.

17. Cuando se mezclan 2 soluciones de un mismo soluto pero con distinta concentración(C) y volumen (V), en general se verifica que I) II) III)

C · V = masa de soluto en ambas soluciones. C · V = moles de soluto en ambas soluciones. C · V = volumen de soluto en ambas soluciones.

De las anteriores proposiciones es(son) correcta(s) A) B) C) D) E)

solo solo solo solo I, II

I. II. III. I y II. y III.

18. A 3 vasos que contienen volúmenes diferentes de agua se adicionan distintas masas de soluto (X), lo anterior queda descrito en la siguiente tabla con datos: Vaso 1 2 3

Volumen de agua (mL) 20 60 80

Masa de X adicionada (g) 5 15 20

Teniendo en cuenta que el soluto adicionado es completamente soluble y las soluciones formadas son insaturadas, sería correcto afirmar que A) B) C) D) E)

el el la la el

vaso 3 contiene la solución más concentrada. vaso 1 tiene el menor valor de presión de vapor. presión osmótica es mayor en el vaso 2. concentración en los 3 vasos es la misma. punto de ebullición más alto lo presenta el vaso 2.

19

19. En el siguiente gráfico se verifica la variación de la temperatura de ebullición (Teb) de un solvente X al adicionarle un soluto Y (no iónico) Teb (°C)

115

110

105

100

2,0

Soluto agregado (g)

Con respecto al gráfico, se concluye correctamente que I) II) III) A) B) C) D) E)

el solvente puro ebulle a los 100°C. a medida que aumenta la masa de soluto disuelto, aumenta la temperatura de ebullición. Por cada gramo de soluto adicionado, la temperatura de ebullición aumenta en 2,5°C.

Solo I. Solo II. Solo I y II. Solo II y III. I, II y III.

20. En un laboratorio, se preparó una disolución acuosa a partir de lo siguiente:

 

1 litro de agua, a 4°C 80 gramos de hidróxido de sodio

De acuerdo con lo anterior, ¿en cuántos grados Celsius se modificará la temperatura de ebullición de la solución? (Considere un valor de 0,50 °C/m para la constante ebulloscópica del agua) A) B) C) D) E)

1,5ºC 2,0ºC 4,5ºC 3,0ºC 2,5ºC

20

CAPÍTULO III I.

DE ACUERDO AL SIGUIENTE DIAGRAMA DE ENERGÍA PARA LA REACCIÓN EN EQUILIBRIO

  C + D A + B  

Nota: La línea continua representa la misma reacción, pero catalizada. Discuta la validez de las siguientes afirmaciones: 1.

X corresponde a la energía de activación del proceso inverso catalizado (←).

2.

Z es la energía de activación del proceso directo no catalizado (→).

3.

W representa la variación de energía para la reacción A + B

4.

El diagrama en su conjunto corresponde a una reacción endotérmica.

5.

Conceptualmente la suma W + Z (en valor absoluto) corresponde a la energía de activación del proceso inverso no catalizado.

6.

Los productos C y D presentan menos energía que los reactantes A y B.

7.

La entalpía para la reacción directa es menor que cero.

8.

La reacción en ambos sentidos debe ser exotérmica.

9.

La entalpía para la reacción inversa no catalizada es mayor que cero.

  C + D.  

10. De acuerdo con la gráfica sólo puede ocurrir la reacción catalizada.

21

II. SEÑALE SI EL CAMBIO DE ENTROPÍA Y ENTALPÍA ES POSITIVO O NEGATIVO EN LAS SIGUIENTES REACCIONES Y TRANSICIONES DE FASE REACCIÓN



∆S

1.

CaCO3(s)

2.

 Ag+(ac) + NO3-(ac)   AgNO3(s)

3.

H2(g) + ½ O2(g)

4.

CO2(s)

5.

NaCl(ac)



NaCl(s)

6.

KClO3(s)



KClO(s) + O2(g)

7.

Condensación de vapor de agua

8.

Evaporación de alcohol

9.

Solidificación de hierro líquido.

10.

Congelación del agua



CaO(s) +CO2(g)



H2O(l)

CO2(g)

22

∆H

III. Asocie a cada término de la columna izquierda una definición de la columna derecha 1. Entalpía

__ calor necesario para elevar la temperatura de una sustancia

2. Entropía

__ indica la espontaneidad de una transformación química

3. Calor específico

__ describe los cambios térmicos de una reacción (a P=cte.)

4. Capacidad calorífica

__ indica el grado de desorden de un sistema

5. Energía libre

__ calor requerido para elevar 1 °C la temperatura de 1 g de sustancia.

IV. Ejercicios 1.

80 gramos de agua se enfrían desde 75 °C hasta 45 °C. ¿Cuántas calorías están involucradas en este proceso?, ¿El calor se absorbió por el agua o se cedió al ambiente? Dato: el calor específico del agua es 1,0 cal/g·ºC

2.

¿Cuántas calorías se necesitan para calentar una masa de 200 gramos de cobre desde 10ºC hasta 55ºC? Dato: el calor específico del cobre es 0,093 cal/g·ºC

3.

Una cantidad idéntica de calor se suministra a 2 muestras de 50 gramos cada una de aluminio (Al) y cobre (Cu). ¿Cuál se calentará más?, ¿por qué? Dato: Cp. Cu: 0,093 cal/g·ºC; Cp. Al: 0,214 cal/g·ºC

4.

50 gramos de plata metálica, a 150ºC, se mezclan con 50 gramos de agua a 20ºC. Determine la temperatura final del sistema. Dato: el calor específico de la plata es 0,056 cal/g·ºC

23

5.

Dada la siguiente reacción de descomposición: Ca(OH)2(s) Determine:

a) b)



CaO(s) + H2O(g)

∆H y ∆S para la reacción total La temperatura de equilibrio de la reacción (∆G=0).

Datos: ∆Hfº(Ca(OH)2) = -986,6 kJ/mol ∆Hfº(H2O) = -241,8 kJ/mol ∆Sº(CaO) = 39,8 J/Kmol

6.

A partir de las energías de enlace, calcular a 25ºC el calor de hidrogenación del acetileno a etileno. H2 + H-CΞC-H Datos:

7.

∆Hfº(CaO)= -635,6 kJ/mol ∆Sº(Ca(OH)2)= 83,4 J/Kmol ∆Sº(H2O)= 188,7 J/Kmol

EC=C = 145,8 Kcal/mol; EC-H = 98,7 Kcal/mol;



H2C=CH2

ECΞC = 199,6 Kcal/mol EH-H = 104,1 Kcal/mol

Determine la entalpía de combustión del eteno, de acuerdo con los siguientes valores de energía de enlace: Enlace C–C C–H C=O O–H O=O

Energía (Kcal /mol) 83 99 173 111 117

C2H4(g) + 3 O2(g)   2 CO2(g) + 2 H2O(g) 8.

Determinar la entalpía de formación del ácido acético, a partir de las ecuaciones termoquímicas siguientes: C(s) + O2(g)   CO2(g)

ΔH=-94,1 Kcal/mol

H2(g) + ½ O2(g)   H2O(l)

ΔH = -68,3 Kcal/mol

CH3COOH(l) + 2 O2(g)   2 CO2(g) + 2 H2O(l)

ΔH = -208 Kcal/mol

Ecuación de formación para el ácido acético: 2 C(s) + O2(g) +2 H2(g)   CH3COOH

24

9.

Determinar el calor de formación del monóxido de carbono, a partir de sus elementos. Datos: C(s) + O2(g)   CO2(g)

ΔH = -94,05 Kcal/mol

CO(g) + ½ O2(g)   CO2(g)

ΔH = -67,63 Kcal/mol

C(s) + ½ O2(g)   CO 10. A partir de los siguientes datos: C(s) + O2(g)   CO2(g)

ΔH = -393,5 KJ/mol

H2(s) + ½ O2(g)   H2O(l)

ΔH = -285,8 KJ/mol

2 C2H6(g) + 7 O2(g)   4 CO2(g) + 6H2O(l)

ΔH = -3119,6 KJ/mol

Calcule el cambio de entalpía para la reacción: 2 C(s) + 3 H2(g)   C2H6(g)

25

V. Indique si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones. Justifique las falsas 1.

___

En toda reacción exotérmica, los productos tienen menos energía que los reactivos.

2.

___

Toda reacción espontánea es también exotérmica.

3.

___

Si los valores para ∆H y ∆S en un proceso son positivos, entonces la reacción ocurrirá espontáneamente si la temperatura que tiene es alta.

4.

___

Un calorímetro es un dispositivo útil para determinar la temperatura de una reacción química.

5.

___

Las combustiones de hidrocarburos con reacciones químicas en donde el valor de entalpía es negativo.

6.

___

La evaporación de la acetona es un proceso de transformación física que libera energía al entorno y se clasifica como exotérmico.

7.

___

Sólo ocurrirá transferencia de energía térmica entre dos cuerpos si estos están en contacto y a distinta temperatura.

8.

___

En los sistemas cerrados sólo se intercambia energía con el entorno.

9.

___

Cuando se vierte soda cáustica a un vaso que contiene agua, la temperatura del sistema aumenta, por lo tanto, se dice que el proceso es exotérmico.

10. ___

Un proceso que ocurre con un aumento en la entropía y en la entalpía siempre es espontáneo.

11. ___

Para aumentar en 10 grados Celsius la temperatura de 1 gramo de agua se necesitan 10 calorías.

12. ___

Un proceso que ocurre en 1 etapa y es endotérmico ocurrirá sin energía de activación y tendrá un valor de entalpía menor que cero.

13. ___

Las reacciones en donde el valor de entalpía para los reactantes tiene el mismo valor que el de los productos, se denominan espontáneas.

14. ___

La siguiente reacción: C(s) + O2(g)   CO2(g), ocurre sin cambio en la entropía.

15. ___

Los sistemas gaseosos tiene más entropía que los sistemas acuosos.

16. ___

La variación de entalpía (∆H) de un sistema nos informa del calor (absorbido o liberado) medido a presión constante.

17. ___

La congelación del agua sólida es un proceso exotérmico.

18. ___

En un proceso exotérmico, los productos tienen menor energía que los reactantes.

19. ___

La entropía de una reacción es una variable de trayectoria, de modo que no puede medirse como un diferencial.

26

20. ___ 21. ___

La cantidad total de calor intercambiado entre un sistema que sufre un proceso químico y su entorno es independiente de los estados intermedios por los que pase dicho proceso. La entalpía (ΔH), y la energía libre de Gibbs (ΔG), son ejemplos de funciones de estado.

22. ___

Si la variación de la energía libre de Gibbs (∆G) es mayor que cero, cada sustancia presente reaccionará espontáneamente para generar productos.

23. ___

En un sistema aislado, no se intercambia energía ni materia con los alrededores.

24. ___

Cuando dos materiales con diferentes temperaturas se ponen en contacto, ocurre transferencia de calor y cambio en la temperatura de ambos.

25. ___

La entropía del Universo aumenta en un proceso espontáneo y disminuye en uno no espontáneo.

26. ___

Calor específico es el calor necesario para aumentar en un 1ºC la temperatura de 1 g de sustancia.

27. ___

Una reacción que presente una variación de entalpía mayor que cero, siempre será espontánea.

28. ___

Aunque la entropía de un sistema aumenta o disminuya, la entropía del Universo siempre aumenta.

29. ___

La entalpía de fusión del hielo H2O(s) tiene valor positivo.

30. ___

Si los valores para ΔG y ΔH en un cambio químico son menores que cero, entonces la reacción será espontánea y endotérmica.

31. ___

Para licuar un gas se debe suministrar energía al sistema por lo tanto, el proceso tiene que ser endotérmico.

32. ___

El agua puede cambiar a cualquiera de sus tres estados de agregación (líquido, sólido y gas) sin cambio en la entropía.

33. ___

Si los valores de ΔH y ΔS son positivos en una reacción, entonces el proceso jamás será espontáneo.

34. ___

La temperatura de un sistema y la energía interna del mismo pueden considerarse variables termodinámicas de estado.

35. ___

A la temperatura de cero Kelvin, la entropía de un cristal perfecto es máxima.

27

TEST DE EVALUACIÓN 1.

La condensación de vapor de agua en un vidrio es proceso que desde el punto de vista termquímico se considera A) B) C) D) E)

2.

isocórico. endotérmico. adiabático. exotérmico. atérmico.

Respecto de la siguiente reacción es correcto afirmar lo siguiente, excepto que

2 Al(s) + 3/2 O2(g)   Al2O3(g) A) B) C) D) E) 3.

ΔH = -399 Kcal/mol

se forma un óxido metálico. se trata de un cambio irreversible. la reacción es exotérmica. corresponde a un cambio químico. es espontánea y no requiere de energía de activación.

El siguiente cambio físico ocurre con aumento en la temperatura de la parafina:

Parafina sólida   Parafina líquida Teniendo en cuenta que el proceso es reversible, sería correcto afirmar que I) II) III) A) B) C) D) E) 4.

solo solo solo solo I, II

hubo un cambio en el volumen ocupado por la parafina. la masa de la parafina en ambos estados es la misma. la entropía de la sustancia en ambos estados es la misma.

I. II. I y II. I y III. y III.

Si el valor de entalpía para un proceso químico es negativo, entonces se puede afirmar correctamente que A) B) C) D) E)

la entalpía de los productos es mayor que la de los reactivos. la entalpía de los productos es igual a la entalpía de los reactivos. la entalpía de los reactivos es mayor que la entalpía de los productos. la reacción es atérmica y no hay intercambio de calor entre la reacción y el entorno. el contenido energético de los productos es mayor que el de los reactivos, pero menor que cero.

28

5.

Cuando un proceso químico ocurre en un recipiente de paredes aislantes, sin intercambio de calor con el entorno, se dice que es una transformación A) B) C) D) E)

6.

Una reacción con valor positivo para ΔS implica necesariamente A) B) C) D) E)

6.

espontánea. adiabática. endotérmica. isobárica. exotérmica.

liberación de energía. disminución en la cantidad de energía interna. variación en la energía de activación. aumento en el grado de desorden del sistema. que la reacción ocurre sin que se efectúe trabajo.

¿En cuál(es) de las siguientes transformaciones el valor para ΔH es mayor que cero? I)

A) B) C) D) E) 7.

Solo Solo Solo Solo Solo

CO2(l)   CO2(s)

II)

2 MgO(s)   2 Mg(s) + O2(g)

III)

3 H2(g) + N2(g)   2 NH3(g)

I. II. III. I y II. II y III.

Al asociar correctamente la columna B (definición) con la columna A (tipo de sistema), el orden de arriba hacia abajo para la columna B debe ser

A) B) C) D) E)

2 3 1 2 3

1.

Columna A Aislado

____

2.

Cerrado

____

No se puede intercambiar ni masa ni energía con el entorno.

3.

Abierto

____

Permite sólo el intercambio de energía con el entorno.

–3–1 –2–1 -2–3 –1–3 –1–2

29

Columna B Se puede intercambiar masa y energía con el entorno.

8.

De acuerdo con el siguiente perfil de energía para una reacción irreversible, ¿qué alternativa indica la entalpía del proceso?

A) B) C) D) E) 9.

C D A E B

De acuerdo con el gráfico de la pregunta anterior y teniendo en cuenta que el proceso ocurre solo en 1 etapa, sería correcto concluir que la variación de I) II) III) A) B) C) D) E)

Solo Solo Solo Solo Solo

entalpía es negativa. entropía es positiva. energía libre es negativa.

I. III. I y II. I y III. II y III.

10. Si para calentar 10 gramos de una sustancia desde 300 hasta 400ºC se necesitan 150 calorías, entonces ¿cuál será el valor para el calor específico de ella? A) B) C) D) E)

150 15 1,5 0,15 0,015

cal/g·ºC cal/g·ºC cal/g·ºC cal/g·ºC cal/g·ºC

30

11. Para determinar el calor cedido o absorbido durante una reacción se utiliza como instrumento un calorímetro de laboratorio. Previo a usarlo debe ser calibrado de acuerdo con el siguiente protocolor: 1. 2. 3.

Se adiciona al calorímetro 50 mL de agua a 25°C. Se adiciona al calorímetro 50 mL de agua a 45°C. Se agita la el contenido del calorímetro durante 2 minutos y se mide la temperatura.

En la siguiente figura se detalla el procedimiento:

Un operador del calorímetro realizó 3 procedimientos de calibración obteniendo los siguientes resultados:

Determinación 1 Determinación 2 Determinación 3

Temperatura del agua en la primera adición 25,00 °C 25,05 °C 25,02 °C

Temperatura del agua en la segunda adición 45,03 °C 45,05 °C 45,02 °C

Temperatura en el calorímetro al cabo de 2 minutos 31,60 °C 33,12 °C 35,65 °C

Si bien se observan diferencias de temperatura en el calorímetro, éstas son demasiado evidentes (más de 2 grados para un instrumento preciso). Al respecto, ¿Cuál de las siguientes proposiciones pueden explicar el error del experimento? I) II) III) A) B) C) D) E)

La temperatura del agua agregada en primer lugar debió medirse directamente en el calorímetro y no fuera de éste. El termómetro usado debe estar completamente sumergido en el calorímetro, para evitar errores. la temperatura ambiente afecta de manera sustancial la medición haciendo que por cada medición la temperatura de equilibrio sea mayor.

Solo I. Solo II. Solo I y II. Solo I y III. I, II y III.

31

12. Considere las siguientes reacciones hipotéticas:

A   B

∆H = -100 kJ/mol

A   C

∆H = - 50 kJ/mol

De acuerdo con lo establecido en la Ley de Hess, la entalpía de la siguiente reacción tendrá valor

B   C A) B) C) D) E)

-100 kJ/mol +100 kJ/mol - 50 kJ/mol + 50 kJ/mol -150 kJ/mol

13. Respecto del siguiente gráfico para el agua (a 1 atmósfera de presión), se puede afirmar correctamente que: 3 4

1 2

A) B) C) D) E)

de de de de de

1 3 2 3 1

a a a a a

2, 4, 3, 2, 2,

ocurre la ebullición. aumenta la densidad. ocurre la congelación. aumenta la temperatura. ocurre fusión del hielo.

32

14. Al evaluar la veracidad de las siguientes afirmaciones, indicando con una V o una F según corresponda 1. 2. 3. 4.

la congelación del agua es un proceso endotérmico. en la combustión completa del gas metano (CH4) se genera H2O y CO2. si para una transformación química se cumple que ΔH0, entonces ΔG>0. todas las reacciones exotérmicas que ocurren con aumento en la entropía son espontáneas.

La combinación correcta debe ser A) B) C) D) E)

1 V F V F V

2 V V F F F

3 F F V F V

4 F V F V V

15. Considere la reacción de descomposición térmica del pentacloruro de fósforo sólido: Δ   PCl3(g) + Cl2(g) PCl5(s)  

Al estimar el valor para la variación de entropía (ΔS) se puede afirmar que es A) B) C) D) E)

menor que cero. dependiente ΔH y T. mayor que cero. exactamente cero. imposible de estimar.

16. ¿En cuál(es) de las siguientes reacciones se puede afirmar categóricamente que está favorecida la formación del producto, cuando ésta se realiza a 25ºC? I) II) III) A) B) C) D) E)

2 H2O2(l) 3 O2(g) 2 NaCl(s)

  2 H2O(l) + O2(g)   2 O3(g)   2 Na(s) + Cl2(g)

Solo en I. Solo en II. Solo en III. Solo en I y III. En I, en II y en III.

33

ΔGº = -233 kJ ΔSº = -137 kJ ΔHº = +822 kJ

17. Respecto del siguiente perfil de energía para una reacción del tipo

  XY se afirma X+Y  

lo siguiente:

C activado

C activado

H

Ea. invers Ea. directa

H Ea. inversa

Productos

Reactivos H

Ea. directa

Productos

I) II) III)

Reactivos

la entalpía de los productos es menor que la de los reactivos. el proceso ocurre con la formación de una especie intermediaria estable. la energía de activación inversa tiene mayor valor que la energía de activación directa.

De las anteriores es (son) correcta(s) A) B) C) D) E)

solo solo solo solo solo

I. II. III. I y II. I y III.

18. De acuerdo con la Ley de Hess, el valor de entalpía para la siguiente reacción tiene valor

CO(g) + ½ O2(g)   CO2(g) Considere:

A) B) C) D) E)

+55,73 - 67,63 +67,63 - 69,63 - 95,45

C(s) + ½ O2(g)   CO(g)

ΔH=-26,42 kcal/mol

C(s) + O2(g)   CO2g)

ΔH=-94,05 kcal/mol

kcal/mol. kcal/mol. kcal/mol. kcal/mol. kcal/mol.

34

H

19. El siguiente perfil energético representa a una reacción que ocurre mediante un mecanismo de 2 etapas y que se encuentra catalizada enzimáticamente

Energía potencial1,0

Intermediario

Reactantes + enzima

E1

E2

E3 Productos + enzima

E4

Avance de una reacción catalizada

De acuerdo con el análisis, ¿cuál de las siguientes expresiones corresponden a la energía de la primera etapa del mecanismo? A) B) C) D) E)

E2 E4 + E1 E3 – E2 E2 + E3 E4

20. La reacción de formación de H2O viene dada por la siguiente ecuación

H2 (g) + O2 (g)   H2O (l) Cuando se mide la entalpía de formación usando un calorímetro y se compara con los cálculos hechos a partir de las energías de enlace los resultados son muy diferentes

Entalpía de formación del agua

Calorímetro

Energía de enlace

-285,84 kJ/mol

-234,25 kJ/mol

Esta discrepancia puede deberse a que I) II) III)

el calorímetro posee mayor exactitud en la medición de entalpía. las energías de enlace son solo valores promedio y no consideran el entorno de la molécula. el valor de entalpía a partir de las energías de enlace es mucho más exacto pues se estima un valor teórico y no empírico.

De las anteriores afirmaciones es (son) correcta(s) A) B) C) D) E)

Solo I. Solo II. Solo III. Solo I y II. I, II y III. DMDS-CUADERNO N°2-QM 35