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• David Rodriguez

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Taller No. 6 Objetivo: El desarrollo de este taller permitirá el desarrollo de destrezas básicas en la resolución de problemas y preparación de soluciones, gases y estequiometria. Soluciones - Unidades físicas de concentración. 1. Una muestra de 0.892 g de cloruro de potasio (KCl) se disuelve en 54.6 g de agua. ¿Cuál es el porcentaje en masa (peso) de KCl en la solución? 2. Una muestra de 6.44 g de naftaleno se disuelve en 80.1 g de benceno. Calcule el porcentaje en masa (peso) de naftaleno en la solución. 3. ¿Qué masa de solución de AgNO3 al 12?5% en masa (peso) contiene 30.0 g de AgNO3? 4. ¿Qué masa de soluto hay en 65 g de solución de NaCl al 5.0% ? 5. ¿Cuál es el porcentaje en volumen de una solución preparada con 10.0 mL de metanol disueltos en agua hasta un volumen de 40.0 mL (considere los volúmenes aditivos) 6. Calcule el porcentaje de peso-volumen de una solución que se preparó disolviendo 4.20 g de K2CrO4 en suficiente agua hasta completar 50 mL de solución. 7. ¿Qué masa de soluto se encuentran disueltos en 150 g de una solución de densidad 1.14 g/mL y 4.5 % en peso-volumen? 8. Se desea preparar 1,50 kg de solución al 25 % p / v y densidad de 1,2 g/cm 3, calcular las masas de soluto y solvente necesarias. 9. El agua de mar tiene una concentración de ión sodio de 1.08 x 104 p.p.m. Si el sodio esta presente en forma de cloruro de sodio disuelto ¿qué masa de NaCl contiene cada litro de agua de mar? La densidad del agua de mar 1.05 g/mL 10. El ión plata tiene una concentración promedio de 2.8 x 107 p.p.m en el suministro de agua potable. Si se desea obtener 1.0 x 102 g de plata recuperándola químicamente del agua potable ¿qué volumen de agua (en litros) sería necesario tratar? (Asuma la densidad del agua como 1 g/ mL) Soluciones - Unidades químicas de concentración.

11. Calcule la concentración molar (molaridad) y la concentración normal (normalidad) de la solución formada por 10,5 g de NaCl en 350,0 mL de solución.

12. ¿Qué masa cloruro de cinc se requieren para preparar 100 mL de una solución 2 M? 13. El ácido ascórbico, vitamina C, es una vitamina soluble en agua. Una solución que contiene 80,5 g de ácido ascórbico C6H8O6, disuelto en 210 g de agua tiene una densidad de 1,22 g/mL 55 ºC. Calcule: a) concentración molal b) concentración molar 14. Un cierto tipo de ácido nítrico HNO3 cuya densidad es 1.405 g/mL, contiene una concentración 68,1% p/p. ¿Cuál es su concentración molar? 15. ¿Qué volumen de H2SO4 concentrado de 1.84 g/cm3 de densidad y 98% en peso es necesario para prepara 100 mL de disolución 2N. 16. ¿Qué masa de CaCl2 se deben agregar a 300 g de agua para preparar una solución de concentración 2,26 molal? 17. Se tienen 4 litros de solución de HNO3 12 M; sobre ella se agregan 560 mL de agua. ¿En cuántas veces bajó la concentración? 18. El volumen y los grados de alcohol etílico en una botella de vino tinto son 725 mL y 12° respectivamente. Un grado de alcohol etílico significa 1 mL de etanol puro por cada 100 mL de vino. Si la densidad del alcohol etílico puro es de 0.8 g/mL ¿cuál es la concentración molar del etanol en la botella de vino? 19. La densidad y el % en masa para una disolución de H2SO4 a 20° C son, respectivamente, 1.26 g/mL y 35%. ¿Qué volumen de ácido será necesario para neutralizar un mol de NaOH? 20. Se mezclan 400 ml de ácido fosfórico 6N con 400 mL de disolución 2M de la misma sustancia y 200 mL de agua destilada. ¿Cuál es la molaridad de la disolución resultante(mezcla)? Gases ideales 1) Una bombona de aire de un buceador contiene 30 litros a 20°C y 15 atmósferas. Calcula el volumen de ese aire en condiciones normales. (Resultado: V=419,28 litros)

2) En una botella metálica tenemos un gas a 15°C y una presión de 7.5 atmósferas. Si la presión máxima que aguanta la botella es de 12.5 atm, calcular cuál es la temperatura máxima a la que se puede calentar el gas de su interior. (Resultado: T = 207°C) 3) Tenemos oxígeno encerrado en un matraz a 27°C y 3.25 atm. ¿Qué presión habrá en el matraz si lo calentamos hasta 320°C? (Resultado: p =6.46 atmósferas) 4) Medimos la presión del aire de un neumático de coche a 20°C y obtenemos 1.2 kgf/cm2. Al circular, las ruedas se calientan y la temperatura sube hasta 45°C. Calcula la presión que tendrán ahora suponiendo que el volumen de la rueda no varía. (Resultado: p=1.30 kgf/cm2) 5) Tenemos una botella de vidrio que hemos cerrado herméticamente en lo alto de una montaña a 620 mmHg y 5°C. ¿Qué diferencia de presión tendrá si bajamos al nivel del mar (p = 760 mmHg) y se calienta hasta del 30°C? (Resultado: Δp=85 mmHg) 6) Tenemos un pistón móvil de 3 litros de capacidad a 25°C. Si lo calentamos a presión constante y se expande hasta los 8 litros, ¿qué temperatura se alcanzó? (Resultado: T= 794,7°C) 7) Tenemos una jeringuilla de 50 cm3 llena de gas a 1,0 atm. Si comprimimos el émbolo a temperatura constante hasta que tenga un volumen de 10 cm3, ¿qué presión alcanzará? (Resultado: p=5,0 atm) 8) Un globo aerostático meteorológico con helio tiene un volumen de 3 m3 a 27°C y 760 mmHg de presión. Si asciende en la atmósfera hasta un punto en que hay una presión de 0,26 atm y -40°C, ¿qué volumen alcanzará? (Resultado: V= 8,96 m3) 9) Tenemos una lata de 5 litros llena de aire a 30°C y 750 mmHg. Si tiene un tapón que salta cuando la presión es de 1,2 atm, calcula a qué temperatura saltará el tapón. (Resultado: T= 368K) 10) Un buceador suelta una burbuja en un punto que está a 2,3 atm y 8°C con un volumen de 1 litro. ¿Qué volumen tendrá la burbuja cerca de la superficie, a 1 atm y 20°C) (Resultado: V = 2,4 litros) Estequiometría, cálculos con masa. 1. ¿Qué masa y cantidad de sulfuro de cobre se obtiene al hacer reaccionar 64 g de azufre con la cantidad adecuada de cobre? Sol: 191 g y 2 moles.

2. ¿El hidrógeno y el oxígeno moleculares reaccionan entre sí para formar agua? a) Escribe y ajusta la reacción. b) ¿Cuántos moles y gramos de agua se formarán a partir de 100 g de hidrógeno? Sol: 900 g y 50 moles. 3. En un horno se produce la siguiente reacción: Bi2S3 + O2  Bi2O3 + SO2 a) Ajusta la ecuación química. b) Calcula la masa de Dióxido de azufre, que se obtiene al reaccionar 1 kg de Bi2S3 con la cantidad suficiente de O2. c) Calcula la masa de oxígeno, que reacciona completamente con 5 mol de Bi2S3. Sol: 374,4 g SO2; 720 g O2. 4. El amoniaco se descompone en nitrógeno e hidrógeno, ambos en estado gaseoso. a) Escribe la ecuación de la reacción ajustada. b) Calcula la cantidad de hidrógeno que se desprende en la descomposición de 68 g de amoníaco. c) ¿Cuántas moléculas de hidrógeno se desprenden? Sol: 6 moles y 3,61 · 1024 moléculas 5. A partir de la ecuación ajustada C + O2  CO2 , calcula: a) La masa y cantidad de oxígeno necesaria para reaccionar con 10 g de carbono. b) La masa y cantidad de dióxido de carbono que se obtendrá en el caso anterior. c) La cantidad de partículas de oxigeno que reaccionan y de dióxido de carbono que se desprenden. Sol: a) 26,7 g y 0,83 moles; b) 36,7 g de CO2 y 0,83 moles c) 5·1023 partic. 6. Cuando reacciona el magnesio (MMg=24,3 u) con el oxígeno (Mo = 16 u) se produce óxido de magnesio. Escribe y ajusta la reacción: a) ¿Qué masa y cantidad de óxido se obtiene si partimos de 200 g de magnesio? b) ¿Qué masa y cantidad de oxígeno se consume en el caso anterior? c) ¿Cuántas moléculas de oxígeno reaccionan cuando se obtiene 1 mol de óxido? Sol: 331,7 g y 8,23 moles; 131,7 g y 4,11 moles; 3,02·1023 moléculas 7. La aspirina C9H8O4, se obtiene por reacción del ácido salicílico, C7H6O4, con anhídrido acético, C4H6O9. La ecuación de la reacción es: C7H6O3 + C4H6O3  C9H8O4 + C2H4O2 a) ¿Cuántos gramos de cada reactivo se necesitan para obtener 50 g de aspirina? b) ¿En qué proporción están estos reactivos en la mezcla original? Sol: 38,33 g; 28,33 g.

Solución

Gases ideales 1) Una bombona de aire de un buceador contiene 30 litros a 20°C y 15 atmósferas. Calcula el volumen de ese aire en condiciones normales. (Resultado: V=419,28 litros) P1 x V1/T1 = P2 x V2 /T2 15 ATM x 30 L /293 K =1 ATM x V(L)/273 K V = 15 x 30 /293 x 273 /1 =419,28 L V =419,28 L

.2) En una botella metálica tenemos un gas a 15°C y una presión de 7.5 atmósferas. Si la presión máxima que aguanta la botella es de 12.5 atm, calcular cuál es la temperatura máxima a la que se puede calentar el gas de su interior. (Resultado: T = 207°C)

P1 x V1 / T1 = P2 x V2 / T2 7.5 ATM x V1 / (15 + 273) K = 12.5 ATM x V1 / T MAX 12.5 x V1 /7.5 x V1 x 288 = 408 K AGUANTARA HASTA LOS 207° C 3) Tenemos oxígeno encerrado en un matraz a 27°C y 3.25 atm. ¿Qué presión habrá en el matraz si lo calentamos hasta 320°C? (Resultado: p =6.46 atmósferas) P1 x V1 / T1 = P2 x V2 / T2 V1 = V2 3,27 ATM x V1 / (27 +273) K = P2 x V1 /320 + 273 P2 =3,27 x 593 / 300 = 6,46 ATM P2 = 6,46 ATM 4. Medimos la presión del aire de un neumático de coche a 20°C y obtenemos 1.2 kgf/cm2. A la circular, las ruedas se calientan y la temperatura sube hasta 45°C. Calcula la presión que tendrán ahora suponiendo que el volumen de la rueda no varía. (Resultado: p=1.30 kgf/cm2) P1 x V1 / T1 = P2 x V2 / T2 1,2 kgf/cm2 x V1 / 20+273 = P2 x V / 45+273 P2 = 1,2 x 318 / 293 = 1,30 kgf/ cm2

5.Tenemos una botella de vidrio que hemos cerrado herméticamente en lo alto de una montaña a 620 mmHg y 5°C. ¿Qué diferencia de presión tendrá si bajamos al nivel del mar (p = 760 mmHg) y se calienta hasta del 30°C? (Resultado: Δp=85 mmHg)

Aplicando gases ideales P1 x V1 / T1 = P2 x V2 / T2 Como V1 = V2

P1/T1 = P2/ T2

T1 = 5C° + 273=278 K T2 = 30C° + 273 = 303 K 620 mmhg / 278 k = P2/ 303 k P2 = 620 mmhg x 303 K/ 278 K = 675mmhg La diferencia de presión es 760 – 675 = 85 mmhg

6) Tenemos un pistón móvil de 3 litros de capacidad a 25°C. Si lo calentamos a presión constante y se expande hasta los 8 litros, ¿qué temperatura se alcanzó? (Resultado: T= 794,7°C) P1 x V1 / T1 = P2 x V2 / T2 Como P1 = P2

V1 / T1 = V2 /T2

V1 = 3L T1 =25°C = 298 K V2 =8L T2 = V2/V1

x T1

T2= 8 x 298/3 =794,7 K =521,7°C

7)Tenemos una jeringuilla de 50 cm3 llena de gas a 1,0 atm. Si comprimimos el émbolo a temperatura constante hasta que tenga un volumen de 10 cm3, ¿qué presión alcanzará? (Resultado: p=5,0 atm) Como trabajamos a T como constante T1 = T2 Y queda P1x V1 = P2 x V2 1(ATM) x 50 (cm3)/ 10 (cm3) = 5 atm 8) Un globo aerostático meteorológico con helio tiene un volumen de 3 m3 a 27°C y 760 mmHg de presión. Si asciende en la atmósfera hasta un punto en que hay una presión de 0,26 atm y -40°C, ¿qué volumen alcanzará? (Resultado: V= 8,96 m3) P1 = 760mmhg = 1 atm P2= 0,26 atm T1=27°C = 300 K T2 = -40+273 = 233 K 1 ( ATM) x 3 m3 / 300 k = 0,26 (atm) x V2 m3 / 233 K V2 =1 ATM x 3 m3 / 300 k

x 233 k / 0,26 atm = 8,96 m3

V2 =8,96 m3 9) Tenemos una lata de 5 litros llena de aire a 30°C y 750 mmHg. Si tiene un tapón que salta cuando la presión es de 1,2 atm, calcula a qué temperatura saltará el tapón. (Resultado: T= 368K) P1 x V1 /T1 = P2 x V2 / T2 V1 = 5L T1 = 30°C =303 K P1 = 750mmhg x 1atm/760mmhg =0,987 atm V2 =V1 P2 =1,2 atm O,987 atm x V1 /303 K = 1,2 atm x V2 /T2 T2 = 1,2 atm x 303 k / 0,987 = 368 k

10)Un buceador suelta una burbuja en un punto que está a 2,3 atm y 8°C con un volumen de 1 litro. ¿Qué volumen tendrá la burbuja cerca de la superficie, a 1 atm y 20°C) (Resultado: V = 2,4 litros) P1 x V1 / T1= P2 x V2 / T2 P1 = 2,3 atm V1= 1L T1 = 8 °C = 281 K P2= 1 ATM T2 =20°C= 293K Sustituimos los valores de la función 2,3 ATM x 1 L /281 K = 1 ATM x V2 L/293 K V2 L=2,3 ATM x 1 L /281 K x 293 k /1 ATM =2,4 litros V2 = 2,4 litros