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Taller Conjunto - Química General DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS - ÁREA DE QUÍMICA - TALLER CONJUNTO DE QUÍMICA GENERAL

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Para tener en cuenta: Al resolver los ejercicios de este taller, incluya todo el procedimiento en orden, exprese claramente su estrategia de solución, explique, argumente y concluya. Resalte y numere los resultados parciales importantes. Escriba preferiblemente en tinta y sobre una hoja de examen. El docente puede solicitar la sustentación parcial o total de la prueba dentro de los próximos 5 días hábiles. Además, tener en cuenta los Artículos 97 a 104 de la Reforma del Reglamento General Disciplinario de la USTA.

Instrucciones

Apreciado estudiante. A continuación, encontrará una serie de ejercicios y/o problemas de las unidades temáticas que se abordarán en el curso, junto con las competencias que usted debe desarrollar en cada una de éstas. Para cada unidad temática se proponen ejercicios elaborados por algunos docentes del área y otros tomados y/o adaptados de los textos guía de la asignatura, que usted debe desarrollar. Estos ejercicios deben ser entregados y sustentados de acuerdo con las indicaciones que le haga su profesor.

TALLER CONJUNTO QUÍMICA GENERAL PARA INGENIERÍAS

UNIDAD TEMÁTICA 1 Conversión de Unidades, Notación científica, Cifras significativas y Propiedades de la materia.

COMPETENCIAS Da solución sustentada, apropiada y eficiente a los ejercicios planteados para la aplicación matemática de los conceptos científicos sobre materia y medición.

TALLER 1 1. Realice los siguientes cálculos y escriba la respuesta con el número correcto de cifras significativas1: a) 6.50x10-7 - 5.603x10-8 b) 6.50x107 + 5.603x108 c) (5.5x10-5)2

1

Mortimer, C. E. (1983). Química. México: Editorial Iberoamericano; p. 21-22.

d) (3.52x25)/91.75 e) 13.6 + 0.03 f) 156.2/0.62

2.

3. 4.

5.

6.

7.

8.

Ejercicios del 2 al 7 tomados de (Chang, 2006)2 Un trozo de oro, cuyo peso es de 9.86 g, tiene un volumen de 0.510 cm3. ¿Cuál será la masa de 1000 cm3 de oro? ¿Cuál será el volumen de 100 mg de oro? Exprese las respuestas en las unidades adecuadas para cada caso. Exprese los radios atómicos de los elementos Na, Cr, C y S en cm y Angstrom (Å). a) Normalmente, el cuerpo humano soporta temperaturas de 105°F sólo durante breves periodos sin que ocurra daño permanente en el cerebro y otros órganos vitales. ¿Cuál es esa temperatura en grados Celsius? b) El etilenglicol es un compuesto orgánico líquido que se usa como anticongelante en radiadores de automóviles. Se congela a −11.5°C. Calcule su temperatura de congelación en grados Fahrenheit. c) La temperatura en la superficie solar es de unos 6300 °C. ¿Cuál es esa temperatura en grados ᶱF? d) La temperatura de ignición del papel es de 451°F. ¿Cuál es esa temperatura en grados Celsius En las primeras medidas que se hicieron acerca de algunas propiedades, tales como la solubilidad, se estableció una temperatura standard de 18.0°C, la cual fue modificada más tarde en 25.0°C; en la actualidad, algunos datos se miden a 30.0°C. convertir estas temperaturas en grados Fahrenheit. El Mg es un metal valioso utilizado en aleaciones, baterías y fabricación de reactivos. Se obtiene sobre todo del agua de mar la cual contiene 0,0013 Kg de Mg por kilogramo de agua, cuya densidad es de 1,03 g/ml. ¿Cuál sería el volumen de agua de mar necesaria para extraer 8,0 x104 toneladas de Mg? 3 La vainillina (usada para dar sabor al helado de vainilla y otros alimentos) es una sustancia cuyo aroma es detectable por la nariz humana en cantidades muy pequeñas. El límite de umbral es de 2.0x10−11 g por litro de aire. Si el precio actual de 50 g de vainillina es de 100 pesos, determine el costo para que el aroma de vainillina sea detectable en un hangar para aviones, con volumen de 5.0x107pies3. 4

Una lámina de aluminio (al) tiene un área total de 1.000 pies2 y una masa de 3.636 g. ¿cuál es el espesor de la lámina en milímetros? (Densidad del Al = 2.699 g/cm3

UNIDAD TEMÁTICA 2 Estructura atómica COMPETENCIAS

2 3 4

CHANG, R. Principios Esenciales de Química General, Cuarta edición, McGraw-Hill, Madrid, 2006. CHANG, R. Principios Esenciales de Química General, Cuarta edición, McGraw-Hill, Madrid, 2006.

Garzón, Guillermo. 1991. Fundamentos de química general con manual de laboratorio. 2 edición. Editor McGraw-Hill. Serie Schaum. ISBN 9701000269. 472 páginas.

1. Describe completamente los enunciados de las teorías y es capaz de generalizar la estructura y comportamiento de un átomo a partir de esta. 2. Describe completamente las representaciones gráficas de los modelos atómicos y las relaciona con el comportamiento de la materia en general.

TALLER 2 5

El siguiente cuadro elaborado por autores . 1 Match column A with column B.: A

5

B

1

John Dalton

____

It is attributed the discovery of neutrons, which are contained in the nucleus of the atom.

2

Niels Bohr y Arnold Sommerfeld

____

He proposed that the raisin pudding model to explain explaining the structure of the atom

3

Ernest Rutherford

____

Matter is not created or destroyed but only transformed.

4

Atoms that have the same atomic number but different mass number.

____

The electrons rotate in stationary orbits, organized by energy levels; and these orbits are almost elliptical and have energy sub-levels.

5

Joseph Proust, proportions.

____

Isotopes.

6

Joseph John Thomson

____

He proposed the atom as a basic and indivisible particle of matter.

7

Molecule

____

Erwin Schrödinger.

8

OH-, CN-, HCOO-

____

Monatomic cations.

Law

of

definite

Tulcán, Eliana.2018. Taller conjunto química general. Universidad Santo Tomás Tunja. Adaptación Valero, Adriana.

9

Ions

____

He said that the atom contains a central dense conglomerate, where the protons, of positive charge, are located, called the nucleus and around which the electrons revolve.

10

Law of conservation of mass

____

The same compound always contain the same elements and in the same proportion of mass.

11

James Chadwick

____

Polyatomic anions.

12

Mg+2, Fe+3, Cu+2

____

Atom or molecule that has positive or negative net charge.

13

Established a mathematical equation, involving the Heisenberg Uncertainty Principle and the Broglie Hypothesis, which describes the area where the electron is most likely to be found

____

Aggregate of two or more ions.

1. Escriba la configuración electrónica de las siguientes especies: N3-, O2-, F-, Ne, Na+, Mg2+, Al3+, S2-, Cl-, Ar, K+, Ca2+. Indique cuáles especies son isoelectrónicas6. 2. El elemento boro consiste en los 2 isótopos: 10B y 11 B de masa atómicas de 10,01 y 11,01 u.m.a. correspondientemente. La abundancia relativa del primero es 20.0 %. La abundancia del segundo isótopo y la masa atómica del boro son respectivamente7. 3. El magnesio natural tiene un isótopo de masa atómica relativa 24 y abundancia 78,70 %, un segundo isótopo de masa atómica relativa 25 y abundancia 10,13 % y otro de masa atómica relativa 26 y abundancia 11,17 %. Halla la masa atómica media del magnesio8.

6 7 8

Tulcán, E. Valero, A. 2018. Taller conjunto química general. Universidad Santo Tomás. Tunja. Garzón, Guillermo. 1991. Fundamentos de química general con manual de laboratorio. Ídem.

UNIDAD TEMÁTICA 3 Tabla periódica y Enlace químico

COMPETENCIAS 1. Abstrae lo que es común y esencial para describir en la tabla periódica, los grupos y periodos y establece patrones de comportamiento químico (enlaces químicos) específicos.

TALLER 4 1.

9

Emplee la teoría de Lewis y TRPECV para dibujar la estructura del: H2O, SF6 H2SO4. a. Escriba la fórmula química del compuesto. b. Indique el tipo de enlace que se presentan en la molécula. c. ¿Cuál es la polaridad del enlace? d. ¿Cuál es la polaridad de la molécula? e. ¿La molécula cumple con la ley del octeto?

2. What elements are designated as family members of Arsenic? Click on the name of this group located in the color coded key at the top of the page, what is the common property of the elements in this family?10 3. Using the data in the table above, is the periodic table is organized by increasing atomic mass? Explain11 4. The transition metal family is very large; which group numbers are included as part of this family? Can you see a pattern for their electron numbers?

UNIDAD TEMÁTICA 4 Estructura microscópica de la materia

COMPETENCIAS 1. Expresa sus definiciones de manera precisa, usando el lenguaje, símbolos y fórmulas, para comunicar la comprensión de los conceptos claves sobre átomos, moléculas e iones. 9

Tulcán, E. Valero, A. 2018. Taller conjunto química general. Universidad Santo Tomás. Tunja.

10 11

American Association of Chemistry Teachers. Idem.

2. Da solución sustentada y apropiada a ejercicios y problemas de aplicación de los conceptos de número atómico, masa atómica y molecular, isótopos. 3. Plantea soluciones para determinar la fórmula empírica y molecular de un compuesto utilizando datos e informaciones específicas.

TALLER 5 1. 12Calcule la cantidad de átomos o moléculas que hay en 1.5 g de: Br2 ,Na2CO3, CO, NO3, Cu2SO4. 2. La fórmula de la herrumbre se puede representar como Fe2O3. ¿Cuántas moles de Fe están presentes en 246 g del compuesto? ¿Cuántas moléculas del compuesto están presentes en esa misma cantidad? ¿Cuántos átomos de Fe y cuántos átomos de O hay en esa misma cantidad? 3. ¿Cuál es la fórmula empírica de cada uno de los compuestos que tiene la siguiente composición? a) 2.1% de H, 65.3% de O y 32.6% de S, b) 20.2% de Al y 79.8% de Cl. 4. Una sustancia presenta una composición de 40% de carbono, 6,7% de hidrógeno y 53,3% de oxígeno. Sabiendo que en 24 mg de sustancia hay aproximadamente 2,4.1020 moléculas, deduce la fórmula molecular del compuesto. 5. El etanol, de fórmula CH3CH2OH, es el alcohol empleado en bebidas embriagantes. ¿Cuántos átomos de oxígeno hay en 10 mL de etanol? Densidad del etanol: 1.59 g/mL.

UNIDAD TEMÁTICA 5 Propiedades de Líquidos y Sólidos

COMPETENCIAS 1. Plantea soluciones estructuradas y formula nuevas situaciones problema en las cuales verifica propiedades del estado sólido cristalino. 2. Obtiene conclusiones importantes y relevantes sobre las propiedades de los líquidos y las diferencias con los sólidos desde la teoría cinética molecular.

TALLER 5 Ejercicios del 1 a 4 tomados de Garzón (1991)13.

1. El cobre cristaliza en una estructura con una celda unida cúbica centrada en las caras de 3.63 angstrom de arista, calcule el número de átomos por celda unitaria y el radio atómico del cobre. 12 13

Autor. Garzón, Guillermo. 1991. Fundamentos de química general con manual de laboratorio

2. En la plata los átomos ocupan una red cristalina centrada en las caras la arista de la celda unitaria es de 4.098 Angstrom calcule la densidad de la plata. 3. Cuál es el volumen de la celda unidad formada por átomos de 1 Angstrom de radio y ordenados en una red cúbica centrado en el cuerpo. 4. El aluminio cristaliza en una red cúbica centrada en la cara. La densidad del aluminio es 2.702 g/cm 3 ¿Cuál será la longitud de la arista de la celda elemental? 5. El polonio se cristaliza en un sistema cúbico, si la arista de la celda unitaria es de 336 p. La densidad del Po es de 9.2g/cm3 y el peso atómico del polonio es 210. ¿Qué tipo de celda unitaria cúbica forma el polonio14? 6. Si un microtubo capilar de 15 micrómetros de radio y 2 milímetros de alto se llena con celdas cristalinas bcc de potasio, ¿cuántas celdas en total se organizan dentro del tubo? El radio atómico es 280 pm y el peso atómico es 39,0983 g/mol15. 7. 16Que sustancias de cada uno de los siguientes pares piensa usted que tiene el punto de fusión más alto, justifique su respuesta: a) CLF o BrF b) BrCl o Cl2 c) CsBr o BrCl d) Cs o Br2

UNIDAD TEMÁTICA 6 Nomenclatura Inorgánica y Balanceo de ecuaciones químicas

COMPETENCIAS 1. Identifica información y la relaciona con eventos de la cotidianidad para resolver situaciones que involucren el uso de compuestos químicos. 2. Traduce de un lenguaje verbal a uno de fórmulas químicas o viceversa el nombre o fórmula de un compuesto químico. 3. Identifica las funciones principales y nombra correctamente los compuestos inorgánicos según nomenclatura IUPAC y Tradicional. 4. Establece las relaciones estequiometrias de las sustancias que participan en una reacción química a partir de su fórmula real y cuantifica la eficiencia de una reacción química.

TALLER 6

14 15 16

Tomado de: 4.

Mortimer, C. E. (1983). Química. México: Editorial Iberoamericano; p. 250.

Tomado de: CHANG, R. Principios Esenciales de Química General, Cuarta edición, McGraw-Hill, Madrid, 2006. Mortimer, C. E. (1983). Química. México: Editorial Iberoamericano; p. 250.

1. Siga el ejemplo, para describir cómo se obtiene cada tipo de compuesto y asigne un ejemplo. Compuesto

Formación

Ejemplo

1.

Óxido básico

M + O2

MnO3

2.

Anhídrido

3.

Hidrácido

4.

Sal básica

5.

Sal ácida

6.

Hidruro

7.

Sal neutra

8.

Oxácido

9.

Oxisal

10.

Peróxido

11.

Superóxido

12.

Sal mixta

13.

Hidróxidos Fuente: Autor

2. Complete la tabla, de acuerdo con la nomenclatura Tradicional, según corresponda:

Hierro (II)

Tetraoxobromato de

Cromo (III)

Calcio

Cesio

Plomo (IV)

(VII)

Perclorato de

Trioxobromato (V) de

Monooxoclorato (I) de

Yodito de Fuente: Autor

3.

17

Balancee las siguientes reacciones por el método que más convenga, Tanteo u óxido-reducción: a. FeCl3 + NH4OH → Fe(OH)3 + NH4Cl b. Na + H3PO4 → H3PO4 + H2 c. Al (NO3)3 + H2SO4 → HNO3 + Al2(SO4)3 d. As2S5 + HNO3 + H2O → H2SO4 + H3AsO4 + NO e. FeSO4 + KI * KIO3 → Fe (OH)2 + K2SO4 + I2 f. MnS + HCl + HNO3 → MnCl2 + NO + S + H2O

4. El NaOH se emplea se usa como un complemento de sistemas de ablandamiento de agua para acelerar la solidificación del hormigón y se obtiene mediante la reacción: Al + NaOH → Na3AlO3 + H2 Se hicieron reaccionar 10 g de Al con 2.65 g de para obtener 5.76 g de. a. Identifique el tipo de reacción. b. Indique a qué tipo de compuesto corresponde cada especie involucrada en la reacción y nómbrela según nomenclatura IUPAC y tradicional. 17

CHANG, R. Principios Esenciales de Química General, Cuarta edición, McGraw-Hill, Madrid, 2006.

c. Balancee la ecuación química. d. Determine el reactivo límite y cuantifique el rendimiento de la reacción. 5.

18

Methane is one of the gases that contribute to the greenhouse effect and is produced in significant quantities as a result of waste from animal farms for food. The reaction of methane with water is a way of preparing hydrogen that can be used as a source of net energy in fuel cells. CH4 + H2O ⎯→ CO + 3 H2 995 g of methane and 2510 g of water are combined: a) Who is the limiting reagent? And what is the excess of the reaction?.

UNIDAD TEMÁTICA 7 Soluciones

COMPETENCIAS 1. Plantea soluciones conceptuales y matemáticas para expresar propiedades, cambios y aplicaciones de las soluciones en el campo de la ingeniería.

2. Reconocer los componentes de una solución y realiza cálculos para preparación de soluciones.

TALLER 7 1. Una solución de KBr tiene una concentración de 45% m/m de KBr, y una densidad de 1.5g/mL, cuantos gramos de bromuro de potasio deben utilizarse para preparar 500mL de solución 0.6 Molar, ¿cuántos mililitros se requieren de la sal?19 2. Find the molarity M, molality m, molar fraction and normality N of a solution formed by dissolving 20 g of calcium hydroxide, Ca (OH)2, in 100 g of water. Density of this solution is (1,050 g / cm3)20. 3. 21Cuántos mililitros de H2SO4, concentrado si la densidad es 1,8g/mL, que contiene el 95% en masa, de ácido sulfúrico, debe utilizarse para preparar 2 litros de solución 5 N. (PM=98.079.) 4. El cloro se obtiene en el laboratorio según la reacción: MnO2 + HCl → Cl2 + MnCl2 + H2O. Calcule el volumen de HCl 0.6N que habrá de utilizar. Masas atómicas: H=1.008, O=15.99, Cl=35.45, Mn=54.93; densidad HCl=1.17 g/mL. Suponga que el ácido se encuentra puro.

18 19 20 21

Menargues, S. Latre, F. 2010. Problemas y Cuestiones de las olimpiadas de Química. Volumen 7. Mortimer, C. E. (1983). Química. México: Editorial Iberoamericano; p. 280.vAdaptado Valero, A. Valero, A. 2018. Taller conjunto química general. Universidad Santo Tomás. Tunja. Garzón, Guillermo. 1991. Fundamentos de química general con manual de laboratorio

UNIDAD TEMÁTICA 8 Gases COMPETENCIAS 1. Identifica información y la utiliza para resolver problemas y ejercicios de aplicación de las leyes de los gases. TALLER 8 1.

22

El ácido sulfhídrico arde en presencia de oxígeno de acuerdo con el proceso: H2S + O2 → SO2 + H2O

Si 8 cm3 de H2S se queman con 20 cm3 de oxígeno a 1 atm y 110°C, ¿cuál será el volumen final de la mezcla? 2.

23

Calcule la densidad de NO2 a 0.970 atmósferas y 35 grados Celsius. b. Calcule la masa molar del gas si 2.5 gramos ocupan 0.850 Litros a 685 Torr y 35 °C. 3. Algunos productos comerciales que se usan para destapar cañerías contienen una mezcla de hidróxido de sodio y polvo de aluminio. Cuando la mezcla se vierte en un drenaje tapado, ocurre la siguiente reacción: NaOH + Al + H2O → NaAl(OH)4 + H2 El calor generado en esta reacción ayuda a derretir los sólidos, como la grasa, que obstruyen la cañería, y el hidrógeno gaseoso liberado remueve los sólidos que tapan el drenaje. Calcule el volumen de H2 formado a 23°C y 1.00 atm si 3.12 g de Al se tratan con un exceso de NaOH. 4.077 g de un gas ocupan un volumen de 613 cm3 a una presión de 746 mmHg y 22.5°C. El análisis de este compuesto revela una composición de 7.31% de C, 64.70 % de Cl, 8.52% de N y 19.47% de O. ¿Cuál es la fórmula molecular del compuesto? Masas atómicas: C=12.01, Cl=35.45, N=14.00, O=15.99. 5. Una mezcla de 0,770 g de NO2 y 0,770 de N2 ejerce una presión de 0,5 atmósferas. ¿Cuál es la presión parcial de cada gas? 6. Compare la velocidad de difusión del CO2 con la del CO en las mismas condiciones. 7. La gasolina es una mezcla de diferentes hidrocarburos entre los que se encuentra el octano. La gasolina se quema con el oxígeno del aire dando dióxido de carbono y agua. Escribe la ecuación química de combustión de octano. a. Calcule el volumen de aire, en condiciones normales, que se necesitan para quemar 1 litro de gasolina de densidad 0,8 g/mL. b. Calcule el volumen de dióxido de carbono que se desprenderá, medido en condiciones normales. 4.

22 23 24

24

Ejercicios del 1 al 3 tomados de: CHANG, R. Principios Esenciales de Química General, Cuarta edición, McGraw-Hill, Madrid, 2006. Brown, T.et al.1999.Química la ciencia central.7 ed. Pearson-Prentice Hall. México. Ejercicios del 4 al 6 tomados de: Mortimer, C. E. (1983). Química. México: Editorial Iberoamericano; p. 214-217

REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA

1. Brown, T.et al.1999.Química la ciencia central.7 ed. Pearson-Prentice Hall. México 2. Chang, R., Zugazagoitia Herranz, R., Reza, J. C., & Jasso Hernán D'Bourneville, E. (2007). Química. México: McGraw-Hill/Interamericana. 3. Garzón, Guillermo 2001. FUNDAMENTOS DE QUÍMICA GENERAL. Tercera edición. Ed. Mc Graw Hill, 2001. 4. Menargues, S. Latre, F. 2010. Problemas y Cuestiones de las olimpiadas de Química. Volumen 7. 5. Mortimer, C. E. (1983). Química. México: Editorial Iberoamericano; p. 21-22. 6. American Association of Chemistry Teachers.