Manual de Quimica General 104

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Universidad Andrs Bello Facultad de Ecologa y Recursos Naturales

Departamento de Ciencias Qumicas

Gua de Ejercicios

Qumica General QUI 104

Compilado por: Prof. Nada Fierro

Revisado por: Dr. Andrs Olea Carrasco

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INDICE

Gua de Ejercicios Pgina

1 Materia y Mediciones 3 2 tomos, Molculas, Iones y Nomenclatura.. 9

3 Estequeometra.. 16

4 Gases.. 25 5 Soluciones.. 30 6 Equilibrio Qumico 37

7 Equilibrio Inico en solucin acuosa I.. 45

Equilibrio cido-Base 8 Equilibrio Inico en solucin acuosa II. 52 Amortiguadores y Kps 9 Electroqumica... 60 10 Cintica Qumica 67

Apndice Apuntes de Nomenclatura... 76 Tablas y Datos Generales 79 Referencias Bibliogrficas... 86

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UNIVERSIDAD ANDRES BELLO FACULTAD DE ECOLOGA Y RECURSOS NATURALES DEPARTAMENTO DE CIENCIAS QUMICAS QUIMICA GENERAL

GUIA DE EJERCICIOS # 1

Materia y Mediciones

Objetivos Especficos 1- Clasificacin y Propiedades de la materia 2- Unidades de Medicin. Sistema Internacional 3- Escalas de Temperatura 4- Uso de prefijos, conversin de unidades

Ejercicios Resueltos 1. El siguiente experimento es una forma de determinar la densidad de algunos

slidos. Una pieza de plata cuya masa es de 194,3 g se pone en una probeta que contiene 242,0 mL de agua. Al sumergirse la pieza de plata el nivel del agua llega a 260,5 mL. A partir de los datos calcule la densidad de la plata.

Desarrollo

Primero debemos determinar el volumen de agua desplazado por la pieza de plata que corresponde al volumen del slido:

Volumen = Vfinal Vinicial = 260,5 mL - 242,0 mL = 18,5 mL

Como es una resta el resultado debe tener el mismo nmero de decimales que el nmero con menor cantidad de decimales, en este caso 1 decimal.

Reemplazando los valores en d = masa / volumen:

194,3 10,503 /18,5

gd g mLmL

= =

Considerando que es una divisin, el resultado se debe expresar con el nmero de cifras significativas igual al de la cantidad con el menor nmero de cifras significativas, en este caso 3.

El resultado final es: d = 10,5 g/mL, bien d = 10,5 g/cm3, ya que 1 mL = 1 cm3

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2. Un trozo de papel de aluminio mide 12,0 pulg por 15,5 pulg y tiene una masa de

5,175g. El aluminio tiene una densidad de 2,70 g/cm3. Calcule el espesor del papel de aluminio en milmetros.

Desarrollo

Como se muestra en la figura, el papel es una lmina cuya altura corresponde al espesor de la misma:

El volumen del papel viene dado por

V = ancho x largo x espesor As, la altura o espesor se calcula a travs de:

Vespesor =

ancho x largo

El volumen del papel se determina utilizando la densidad y la masa del aluminio. Como la densidad es el cuociente entre la masa y el volumen, d = m / V, el volumen se obtiene como

3

5,1752,70 /

AlAl

Al

m gVd g cm

= =

Considerando la cantidad con menor nmero de cifras significativas, el resultado es:

V = 1,92 cm3 Para el clculo del espesor en mm se deben transformar todas las cantidades a mm. Considerando que 1 pulg = 25,4 mm, el ancho y el largo son iguales a:

25,4mm12,0pulg x = 304,8mm1pulg

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25,4mm15,5pulg x = 393,7mm1pulg

Ahora el volumen lo expresaremos en mm3. Para ello consideramos que 1cm = 10mm. Entonces (1cm)3 = (10 mm)3 de donde 1cm3 = 103 mm3

3 3

3 3 33

10 mm1,92cm x = 1,92 x 10 mm1cm

Con esto el espesor es

Considerando que hay operaciones de multiplicacin y divisin, el resultado se informa con el mismo nmero de cifras significativas que tiene la cantidad menos precisa, en este caso 3.

Resultado: Espesor = 1,60 x 10-2 mm Ejercicios

1. En el siguiente listado identifique cules son sustancias puras y cules son una

mezcla: a) aire; b) CO2; c) cloruro de sodio en agua; d) gasolina; e) agua; f) ozono

2. D un ejemplo para cada uno de las siguientes descripciones:

a) Una sustancia pura que est compuesta por solamente un tipo de tomos b) Una sustancia pura que est compuesta de ms de un tipo de tomos c) Una mezcla heterognea d) Una mezcla homognea

3. Entre las siguientes propiedades del yodo separe las fsicas de las qumicas:

a) Posee brillo; b) soluble en alcohol; c) no combustible; d) grnulos negro grisceo; e) venenoso; f) densidad = 4,93 g/cm3

4. Clasifique como procesos qumicos o fsicos:

a) Fusin del hielo; b) Pulverizacin de una aspirina; c) Digestin de una golosina; d) Corrosin de aluminio slido; e) Explosin de nitroglicerina

5. Se realizan las siguientes observaciones con el objeto de caracterizar una sustancia: es

un metal de color blanco plateado que se funde a 649 C, su punto de ebullicin es

3 321,92 10 1,60 10

304,8 393,7= =x mmespesor x mm

mm x mm

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1105 C y su densidad a 20 C es de 1,738 g/cm3. La sustancia arde en el aire produciendo una luz blanca intensa. Reacciona con cloro formndose un slido blanco. Es buena conductora de la electricidad y se puede estirar formando alambres. Indique las caractersticas que son propiedades fsicas y las que son propiedades qumicas.

6. Separe en propiedades extensivas e intensivas:

a) color del sulfato cprico; b) longitud de un alambre de cobre; c) temperatura a la cul se derrite el hielo; d) densidad del alcohol etlico

7. Realice los siguientes clculos expresando los resultados con el nmero correcto de

cifras significativas: a) 8,71x 0,03019/0,056; b) 934 x 0,00435 + 107; c) 3,46x103 x 0,087 x 15,26 x 1,0023; d) 44,92 1,395 + 324,1 112,67

8. Realice las siguientes conversiones con el nmero correcto de cifras significativas:

a) 12 nm a cm; b) 0,65 Kg a mg; c) 9,0 L a mL 9. Calcule la capacidad en litros de una caja de 0,6 m de largo por 10 cm de ancho y 50

mm de profundidad. 10. Un cubo de hierro tiene una masa de 29,31 g. Si cada lado del cubo tiene dimensiones

de 1,55 cm, cul es la densidad del hierro? 11. La temperatura requerida para fundir el NaCl es 528 C. Calcule esta temperatura en:

a) Kelvin b) Grados Fahrenheit 12. Al tratar una lmina de cobre de 0,0370 g con cido ntrico se constat que pesaba

1,17 mg menos despus del tratamiento con el cido. Exprese la prdida de peso de la lmina en porcentaje.

13. El petrleo se esparce sobre agua en lo que se llama capa de petrleo. Calcule el

rea en m2 que puede cubrir un volumen de 200 cm3 de petrleo si el espesor de la capa es de 0,5 mm.

14. Un tomo de litio tiene un radio de 152 pm. Considerando el tomo como una esfera

calcule el volumen en cm3 del tomo de litio. Recuerde que Vesfera= 4/3 r3 y 1 pm= 10-12 m

15. Calcule los Kilogramos de etanol que hay en 25 Litros de una solucin de gasohol que contiene 90% de gasolina y 10% de etanol en masa. La densidad del gasohol es de 0,71 g/mL.

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Respuestas

1. Sustancia pura: b) e) f); Mezcla: a) c) d) 2. a) Sustancias puras de un elemento: Na, O2, I2, O3, Cl2, Mn, etc.

b) Sustancias puras con ms de un tipo de tomo: H2O, NH3, Al2O3, etc. c) Mezclas heterogneas: Limaduras de hierro con arena; agua con aceite. d) Mezclas homogneas: Cloruro de sodio disuelto en agua, bronce, aire. 3. Propiedades fsicas: a) b) d) f); Propiedades qumicas: c) e) 4. Procesos fsicos: a) b); Procesos qumicos: c) d) e) 5. Propiedades fsicas: blanco plateado, punto de fusin, punto de ebullicin, densidad,

se estira formando alambres, buena conductora electricidad. Propiedades qumicas: arde en el aire; reacciona con cloro 6. Propiedades intensivas: a) c) d); Propiedades extensivas: b) 7. a) 4,7 b) 111 c) 4,6 x 103 d) 254,9 8. a) 1,2 x 10-6 cm b) 6,5 x 105 mg c) 9,0 x 10-3 mL 9. 3 L 10. 7,87 g/cm3 11. a) 801 K b) 982 F 12. 3,16 % 13. 4 x 105 m2 14. 1,47 x 10-23 cm3 15. 1,8 Kg Preguntas de Solemnes y Exmenes Anteriores 1. De un ejemplo de: mezcla heterognea, mezcla homognea, compuesto y elemento.

Seale en cada caso una caracterstica que justifique su ejemplo. 2. El volumen de un cilindro de radio r y altura h es r2h. (a) Calcule el volumen en cm3

de un cilindro de radio 1,65 x 10-1 m y una altura de 2,23 x 10-1 m. (b) Calcule la masa de mercurio en kg necesaria para llenar este cilindro. La densidad del mercurio es de

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13,6 g/cm3. (c) Se encuentra que este cilindro se llena con 15,050 kg de etanol. Calcule la densidad del etanol.

3. Un trozo de papel de aluminio mide 12,0 pulg por 15,5 pulg y tiene una masa de

5,175g. Si el aluminio tiene una densidad de 2,70 g/cm3, calcule el espesor del papel en milmetros. Datos: 1 pulg = 25,4 mm , V= l x a x a, 1cm = 10 mm

4. La dosis recomendada de elixofilina, un frmaco empleado para el tratamiento del

asma es de 6 mg de medicamento por Kg de masa corporal. Calcule la dosis apropiada para un individuo de 150 lb. Dato: 1 Kg = 2,21 lb.

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GUA DE EJERCICIOS # 2

tomos, Molculas, Iones y Nomenclatura

Objetivos Especficos 1. La teora atmica. Protones, electrones, neutrones 2. Tamao de los tomos. Nmero Atmico, Nmero de Masa, Istopos 3. Nomenclatura Inorgnica bsica Ejercicios Resueltos 1. Cul de los siguientes tomos tiene un mayor nmero de neutrones?

a) 3115P b) 3014Si c) 3416S Desarrollo

En el smbolo de un elemento a la izquierda abajo se escribe el Nmero atmico Z y a la izquierda arriba el Nmero msico. El nmero atmico Z representa el nmero de protones en el ncleo del tomo y el Nmero msico es la suma de protones ms neutrones, en el ncleo del tomo. El nmero de neutrones se calcula restando al nmero msico el Z:

a) nmero de protones: 15 nmero de neutrones: 31 - 15 = 16 b) nmero de protones: 14 nmero de neutrones: 30 - 14 = 16 c) nmero de protones: 16 nmero de neutrones: 34 - 16 = 18

Resultado: La respuesta es que 3416S contiene el mayor nmero de neutrones

2. El litio es un elemento que consta de dos istopos estables litio-6 y litio-7. El litio-6 tiene una masa atmica de 6,01512 uma y una abundancia de 7,49 % El litio-7 una masa atmica de 7,01600 uma y una abundancia de 92,51 %. Cul es la masa atmica promedio del litio?

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Desarrollo La masa atmica promedio se calcula considerando los dos istopos:

masa atmica istopo1 x % abundancia + masa atmica istopo 2 x %abundancia

100 100 Reemplazando: 6,01512 uma x 7,49% + 7,01600 uma x 92,51% = 6,94 uma 100 100

Resultado: La masa atmica del litio es de 6,94 uma. Ejercicios 1. Escriba el smbolo atmico indicando el nmero de masa (A) y el nmero atmico (Z)

para los siguientes elementos: a) Un tomo del elemento contiene 28 protones y 31 neutrones b) El elemento contiene tomos con 8 electrones y 8 neutrones c) Un tomo de bromo con 46 neutrones d) 7232 X

2. El nmero atmico del elemento Titanio es 22. En cuntos neutrones se diferencian

los istopos Ti-48 y Ti-50? Cuntos neutrones hay en cada uno? 3. Complete la siguiente Tabla:

Smbolo 54 226 Fe+

Protones 5 79 86 Neutrones 6 16 117 136 Electrones 5 18 79

Z 86 A 31

Carga neta -3 0 4. Un elemento consta de dos istopos. La abundancia de un istopo es 95,72% y su

masa atmica es 114,9041 uma. La masa atmica del segundo istopo es 112,9043 uma. Cul es la masa atmica media del elemento?

5. La plata tiene una masa atmica media de 107,87 uma. Si un 48,18% de Ag existe

como Ag-109 con una masa de 108,9047 uma.Cul es la masa atmica del otro istopo, Ag-107?

6. Identifique utilizando la Tabla Peridica de los elementos:

a) Tres elementos alcalinos b) Tres elementos alcalinotrreos c) Tres elementos halgenos d) Tres elementos calcgenos e) Tres gases nobles

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7. Escriba el smbolo de los siguientes elementos; localcelos en la Tabla Peridica e

indique si es Metal; Metaloide ; No metal.

a) Plata b) Helio c) Fsforo d) Cadmio e) Calcio f) Bromo g) Arsnico h) Estroncio i) Silicio j) Azufre k) Antimonio

8. Cul es la frmula emprica del compuesto inico que se forma al unirse los

siguientes iones?

a) Ca+2 y S-2 b) Ca+2 y Br- c) Na+ y CO3-2 d) Mg+2 y NO3- e) Ba+2 y OH- f)Fe+3 y O-2 g) K+ y SO4-2 h) Al+3 y C2H3O2- i) NH4+ y PO4-3

9. Nombre los siguientes Hidrxidos:

a) NaOH b) Ca(OH)2 c) Fe(OH)3 d) Cu(OH)2 e) Al(OH)3 10. Nombre los siguientes cidos:

a) HCl b) HNO3 c) HCN d) H2CO3 e) H2SO4 f) H3PO4 g) H2S h) HClO4 i) C2H3O2H

11. Nombre las siguientes Sales Binarias:

a) CaF2 b) K2S c) FeCl3 d) CsI e) CuBr f) PbI2 g) ZnS

12. Escriba la frmula de los siguientes xidos:

a) xido de cinc b) xido de litio c) xido de aluminio d) xido de nquel (III) e) xido de plata

13. Nombre las siguientes Sales Terciarias:

a) BaSO4 b) Pb(NO3)2 c) Na2CO3 d) K2Cr2O7 e) LiClO4 f) KMnO4 g) Cr(NO2)2

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14. Complete la siguiente Tabla

Nombre Frmula Catin Anin cido clorhdrico H+ Cl-

H2S NaOH

xido Perclrico K+ ClO4-

Hidrxido Cprico K2Cr2O7 NH4+ Cl-

Fosfato de Calcio K+ IO3- Ni2(SO4)3

cido Ntrico CuS Fe+3 SO4-2 HClO4

Permanganato de Potasio Na+ CN- Ba(HCO3)2

cido Nitroso Na+ NO2-

15. Escriba la frmula qumica de cada sustancia mencionada en los procesos qumicos

siguientes: a) El carbonato de zinc puede calentarse para formar xido de zinc y dixido de carbono b) Al tratarse con cido fluorhdrico, el dixido de silicio forma tetrafluoruro de silicio y agua c) El dixido de azufre reacciona con agua para formar cido sulfuroso d) El cido perclrico reacciona con cadmio formando perclorato de cadmio(II)

Respuestas 1. a) 2859Ni b) 816O c) 35 81Br d) Ge 2. En dos; 26 y 28 neutrones

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3. Tabla Smbolo B 54 226 Fe

+ P-3 Au Rn Protones 5 26 15 79 86

Neutrones 6 28 16 117 136 Electrones 5 24 18 79 86

Z 5 26 15 79 86 A 11 80 31 196 222

Carga neta 0 +2 -3 0 0 4. 114,8 uma 5. 106,9 uma 6. a) Li, Na, K b) Be, Mg, Ca c) F, Cl,Br d) O, S, Se e) He, Ne, Ar 7. Metal: Ag Cd Ca Sr Metaloide: As Si Sb No Metal: He P Br S 8. a) CaS b) CaBr2 c) Na2CO3 d) Mg(NO3)2

e) Ba(OH)2 f) Fe2O3 g) K2SO4 h) Al(C2H3O2)3 i) (NH4)3PO4

9. a) Hidrxido de Sodio b) Hidrxido de Calcio

c) Hidrxido de Hierro(III) d) Hidrxido de Cobre(II) j) Hidrxido de Aluminio 10. a) c. Clorhdrico b) c. Ntrico c) c. Cianhdrico d) c. Carbnico

e) c. Sulfrico f) c. Fosfrico g) c. Sulfhdrico h) c. Perclrico i) c. Actico

11. a) Fluoruro de Calcio b) Sulfuro de Potasio c) Cloruro de Hierro(III)

d) Yoduro de Cesio e) Bromuro de Cobre(I) f) Yoduro de Plomo(II) g) Sulfuro de Cinc

12. a) ZnO b) Li2O c) Al2O3 d) Ni2O3 e) Ag2O 13. a) Sulfato de Bario b) Nitrato de Plomo(II) c) Carbonato de Sodio

d) Dicromato de Potasio e) Perclorato de Litio f) Permanganato de Potasio g) Nitrito de Cromo(II)

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14. Tabla Nombre Frmula Catin Anin

cido Clorhdrico HCl H+ Cl- cido Sulfhdrico H2S H+ S-2

Hidrxido de Sodio NaOH Na+ OH- xido Perclrico Cl2O7 No ioniza No ioniza

Perclorato de Potasio KClO4 K+ ClO4- Hidrxido Cprico Cu(OH)2 Cu+2 OH-

Dicromato de Potasio K2Cr2O7 K+ Cr2O7-2 Cloruro de Amonio NH4Cl NH4+ Cl- Fosfato de Calcio Ca3 (PO4)2 Ca+2 PO4-3 Yodato de Potasio K IO3 K+ IO3-

Sulfato de Nquel (III) Ni2(SO4)3 Ni+3 SO4-2 cido ntrico HNO3 H+ NO3-

Sulfuro Cuproso CuS Cu+2 S-2 Sulfato Frrico Fe2(SO4)3 Fe+3 SO4-2

cido Perclrico HClO4 H+ ClO4- Permanganato de Potasio KMnO4 K+ MnO4-

Cianuro de Sodio NaCN Na+ CN- Bicarbonato de Bario Ba(HCO3)2 Ba+2 HCO3-

cido Nitroso HNO2 H+ NO2- Nitrito de Sodio NaNO2 Na+ NO2-

xido de Aluminio AI2O3 No ioniza No ioniza 15. a) ZnCO3 , ZnO , CO2 b) HF, SiO2, SiF4, H2O c) SO2, H2O, H2SO3 d) HClO4, Cd, Cd(ClO4)2 Preguntas de Solemnes y Exmenes anteriores 1. A. Escriba la frmula qumica de cada uno de los compuestos siguientes:

a) xido de Aluminio b) Perxido de Potasio c) Hidrxido de Magnesio d) Nitrato de Cinc f) Carbonato de Hierro(III)

B. Prediga la frmula emprica del compuesto inico formado por:

a) Ca y Br b) amonio y CO3-2 c) Al y C2H3O2- d) K y S e) Mg y PO4-3

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2. Complete la siguiente tabla segn corresponda.

Nombre Iones Molcula

Ca(OH)2 K+ y Cr2O7=

Cianuro de sodio

Ba3(PO4)2 Sulfuro de hierro III

Ag+ y CrO4=

Nitrato de amonio

3. A. Slo se presentan dos istopos de Boro en la naturaleza:

10B de masa =

10,013 uma y abundancia = 19,78%, y 11

B de masa = 11,009 uma y abundancia = 80,22%. Calcule la masa atmica promedio del Boro.

B. Complete la siguiente tabla con la informacin adecuada

Smbolo 52 324 Cr+

130 I Ag Sn As

Protones 47 33

Neutrones 76 60 69 42

Electrones 21 46 48

Carga Total 2+ 3-

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Estequeometra

Objetivos Especficos 1- Ecuaciones qumicas 2- Masas atmicas y moleculares. Escala de masas atmicas 3- El mol y el nmero de Avogadro 4- Masas molares. Frmulas empricas y moleculares 5- Clculos con frmulas qumicas y ecuaciones 6- Reactivo limitante. Rendimiento de una reaccin

Ejercicios Resueltos 1. Una muestra de 7,61 g de cido p-aminobenzoico, compuesto que contiene

carbono, hidrgeno, nitrgeno y oxgeno, se quem en corriente de oxgeno obtenindose 17,1g de CO2, 3,50 g de H2O y 0,777 g de N2. Cul es la frmula emprica del cido?

Desarrollo

Todo el carbono, hidrgeno y nitrgeno existentes en la muestra inicial se hallan ahora en el CO2, H2O y N2 obtenidos como productos. Por lo tanto para calcular los moles de tomos de carbono, hidrgeno y nitrgeno se necesita conocer los moles de CO2, H2O y N2, respectivamente.

Como 1 mol de CO2 contiene 1 mol de C, los moles de C son iguales a los moles de

CO2. Los moles de CO2 = 17,1 g / 44,01 g/mol = 0,389 mol. Moles de C = 0,389

Como 1 mol H2O contiene 2 moles de H, los moles de H son 2 x moles H2O. Los moles de H2O = 3,50 g / 18 g/mol = 0,194 mol. Moles de H = 2 x 0,194 mol = 0,389 mol

como 1 mol de N2 contiene 2 moles de N, los moles de N = 2 x moles N2. Los moles de N2 = 0,777 g/ 28 g/mol = 0,0278 mol. Moles de N = 2 x 0,0278 mol = 0,0556 mol

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Los moles de oxgeno que forman parte del cido se obtienen por diferencia entre la masa total de muestra quemada y la masa total de C, H, N que ahora calcularemos. As:

masa C : 0,389 mol x 12,01 g/mol = 4,67 g de C masa H : 0,389 mol x 1,01 g/mol = 0,39 g de H masa N : 0,0556 mol x 14 g/mol = 0,78 g de N

masa (C + H + N ) = 5,84 g

masa oxgeno = masa muestra masa (C + H + N ) masa oxgeno = 7,61 g 5,84 g

= 1,77 g

Entonces los moles de O son:

moles O = 1,77 g / 16 g/mol = 0,111 mol

Ahora dividiendo los moles de cada elemento por el menor nmero de moles, se determina la proporcin entera de moles ms simple que nos da los subndices de la frmula emprica:

C: 0,389 mol / 0,0556 mol = 6,996 se aproxima a 7 H: 0,389 mol / 0,0556 mol = 6,996 se aproxima a 7 N: 0,0556 mol / 0,0556 mol = 1 O: 0,111 mol / 0,0556 mol = 1,996 se aproxima a 2

Resultado: La Frmula Emprica del cido p-aminobenzoico es C7H7NO2. 2. La disminucin del ozono en la estratsfera ha sido tema de gran preocupacin

entre los cientficos en los ltimos aos. Se piensa que el ozono puede reaccionar con el xido ntrico NO proveniente de las emisiones de los aviones a propulsin que circulan a elevadas alturas. La reaccin es:

O3 (g) + NO (g) O2 (g) + NO2 (g)

Si 74,0 g de O3 (g) se hacen reaccionar con 67,0 g de NO(g)

a) Cul de los reactivos limita la reaccin? b) Cul es el rendimiento terico de NO2 en gramos? c) Cuntos gramos quedan en exceso? d) Si en la prctica se obtienen 61g de NO2 calcule el porcentaje de rendimiento de la reaccin

Desarrollo

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a) La ecuacin qumica nos indica que 1 mol (48 g) de O3 reacciona exactamente con 1 mol (30 g) de NO produciendo 1 mol (32g) de O2 y 1 mol (46 g) de NO2.

Primero, debemos determinar cul de los dos reactivos limita la reaccin, el O3 o el NO. Esto se puede hacer utilizando moles o tambin con gramos.

Determinacin en Moles: Esto se hace comparando los moles de reactivos del problema, con los moles respectivos en la ecuacin qumica balanceada: O3 : moles problema = 74g = 1,54 mol 48g/mol NO : moles problema = 67g = 2,23 mol 30g/mol Ahora, el cuociente que resulte menor, corresponde al reactivo limitante: O3 :

moles problema = 1,54 mol = 1,54 moles ecuacin 1 mol

NO:

moles problema = 2,23 mol = 2,23 moles ecuacin 1 mol

Entonces, sern los 1,54 mol de ozono los que limiten la cantidad de producto a

obtener, pues estn en menor cantidad y reaccionarn todos. De NO una parte de los 2,23 mol reacciona formando productos y el resto queda como NO en exceso.

Determinacin en Gramos:

Probaremos el clculo con los gramos de O3 48 g O3 = 74,0 g O3 x = 46,3 g de NO 30 g NO x g NO

Este resultado indica que O3 es el reactivo limitante ya que los 74,0 g de l reaccionan todos, slo con 46,3 g de los 67g que hay de NO. El NO alcanza e incluso sobran gramos de l, por eso es el reactivo en exceso.

Si hubisemos hecho primero el clculo con los gramos de NO:

48g O3 = x g O3 x = 107,2 g de O3 30 g NO 67,0 g NO

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Nos habramos dado cuenta que el O3 es el limitante porque se necesitaran ms gramos de los que hay disponibles de O3, que son slo 74,0g, para que reaccionasen todos los 67,0 g de NO. Cuando no pueden reaccionar todos los gramos de un reactivo significa que es el reactivo en exceso.

b) Calcular el rendimiento terico significa calcular la mxima cantidad posible de

producto que se podra obtener, en base a la ecuacin qumica balanceada. El clculo se hace con aquel reactivo que reacciona totalmente, o sea, con el reactivo limitante

Clculo en Moles:

En la ecuacin la relacin en moles es: 1 mol de O3 produce 1 mol de NO2 Entonces planteamos 1mol O3 = 1,54 mol O3 1mol NO2 X mol NO2

Despejando la X resulta X = 1,54 mol de NO2 que llevamos a gramos multiplicando por la masa molar del NO2

Masa NO2 = 1,54 mol x 46 g/mol = 70,8g de NO2

que correspondera al Rendimiento Terico de NO2 en gramos. Clculo con Gramos:

La ecuacin relaciona al limitante O3 con el producto NO2, 1mol de O3 (48 g) produce 1 mol de NO2 (46 g), entonces planteamos:

48 g O3 = 74,0 g O3 x = 70,9 g de NO2 es el Rendimiento Terico 46 g NO2 x g NO2 c) Los gramos en exceso son de NO, ya vimos en a) que con el limitante reaccionan 46,3

g de los 67,0 g disponibles, lo que queda en exceso es la diferencia: 67,0 g 46,3 g = 20,7 g de NO quedan en exceso (sin reaccionar) d) El porcentaje de rendimiento de una reaccin relaciona el Rendimiento Real o

experimental con el Rendimiento Terico: R. real x 100 = 61 g x 100 = 86 %

R. terico 70,9 g

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Ejercicios

1. Calcule las masas molares de los siguientes compuestos: a) LiBr b) Na2 SO4 c) Cu (NO3)2 d) C12H22O11 e) Al2 (SO4)3 f) CuSO4 x 5 H2O

2. Realice los siguientes clculos:

a) El nmero de moles en 39g de selenio b) El nmero de moles en 0,41 g de vanadio c) La masa de 0,15 mol de nquel d) La masa de 0,085 mol de oxgeno gaseoso e) La masa de 0,50 mol de sulfuro de hierro (II)

3. Calcule el nmero de moles de zinc que contienen 3 monedas que pesan 2,46 g si su

composicin es un 97 % de Zn y un 3,0 % de Cu. 4. Determine la composicin porcentual de la gema conocida como esmeralda Be3 Al2 Si6 O18

5. Cuntos tomos hay presentes en:

a) 0,50 moles de Na b) 14 g de N c) un cubo de hierro (densidad =7,87 g/cm3) de 3,00cm de arista

6. Calcule el nmero de molculas que hay en:

a) 2 moles de O2 b) 0,039 moles de H2O c) 1g de O3

7. Si 5,00g de un compuesto molecular desconocido contiene 4,55 x 1022 molculas,

cul es su masa molar? 8. Una muestra de L-Carnitina, C7H15NO3, sustancia que se ingiere como suplemento

diettico para reducir la fatiga muscular contiene 4,0 x 1022 tomos de carbono. Al respecto determine:

a) El nmero de molculas contenidas en la muestra b) La masa molar del compuesto L-carnitina c) El nmero de moles de la muestra d) La masa en gramos de la muestra e) El nmero de tomos de hidrgeno en la muestra

9. La cafena, una sustancia que es estimulante del sistema nervioso autnomo, tiene una

masa molar de 194 g/mol. Su composicin porcentual en masa es 49,47 % de C, 5,20 % de H, 28,84 % de N y 16,48 % de O. Cules son las frmulas emprica y molecular de la cafena?

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10. Una muestra de 0,25 g de un compuesto orgnico que contiene C, H, O y N se quem, obtenindose 0,6151 g de CO2, 0,1628 g de H2O y 0,0378 g de NO2. Cul es la frmula emprica del compuesto?

11. El anlisis de una muestra de cido ascrbico cuya masa es 1,274 g entreg la

siguiente composicin: 0,521 g de C; 0,058 g de H y el resto de oxgeno. Encuentre la frmula molecular de la vitamina C si se conoce que su masa molar es de 176 g/mol.

12. Equilibre las siguientes ecuaciones qumicas:

a) __ Al(OH)3 (s) + __ H2SO4 (ac) __ Al2(SO4)3 (ac) + __ H2O(l)

b) __ Mg(OH)2 (s) + __HCl (ac) __ MgCl2 (ac) + __H2O (l)

c)__ Cu (s) +__ HNO3 (ac) __Cu(NO3)2 (ac) +__NO2(g) +__ H2O(l)

d) __C8H18 (l) + __ O2 (g) ___CO2 (g) +__ H2O(l)

13. El carbonato de sodio reacciona con el cido clorhdrico segn la reaccin (no

balanceada): Na2CO3 (s) + HCl (ac) NaCl (ac) + CO2 (g) + H2O(l)

Qu masa de CO2 se produce a partir de la reaccin de 2,94 g de carbonato de sodio con un exceso de cido clorhdrico?

14. Qu masa de carbn reacciona totalmente con 17,8 g de SiO2 segn la ecuacin

siguiente? SiO2 (s) + 3 C (g) SiC (s) + 2 CO (g)

15. Para la siguiente reaccin no balanceada: C2H2 + O2 CO2 + H2O

Si se hacen reaccionar 125 g de C2H2 con 125 g de O2 a) Balance de la reaccin b) Quin limita la reaccin? c) Cul es la masa de agua producida? d) Cul es la masa en gramos que reacciona del reactivo en exceso? e) Calcular la masa del reactante que queda en exceso.

16. Cuntos moles de Fe2O3 (s) se pueden producir de la reaccin de 0,45 mol de Fe con

0,30 mol de O2 (g)? Escriba y equilibre la reaccin. 17. Se hace reaccionar 37 g de Fe3O4 con 18 g de NaH, hidruro de sodio, para obtener

hierro metlico segn la ecuacin:

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Fe3O4 + 4 NaH 3 Fe + 4 NaOH

a) Calcule el rendimiento terico de la reaccin en gramos b) Determine la masa del reactante que queda en exceso c) Si experimentalmente se obtienen 22,8 g de hierro, calcule el porcentaje de

rendimiento de la reaccin

18. Se hace reaccionar 33,5 g de N2H4 con 80,3 g de H2O2 segn la ecuacin: N2H4 + 2 H2O2 N2 + 4 H2O

Si la reaccin tiene un rendimiento de 78,2 %: a) Cul sera el rendimiento experimental de N2 en gramos?

b) Calcular la masa del reactante que queda en exceso

Respuestas

1. a) 86,85 g/mol b) 142,04 g/mol c) 155,56 g/mol d) 342,30 g/mol e) 342,14 g/mol f) 249,7 g/mol 2. a) 0,49 mol de Se b) 8,0 x 10-3 mol de V c) 8,8 g de Ni d) 2,7 g de O2 e) 44,0 g de FeS 3. 0,037 mol de Zn 4. 5,02 % Be 10,05 % Al 31,35 % Si 53,58 % O 5. a) 3,01 x 1023 tomos de Na

b) 6,02 x 1023 tomos de N c) 2,29 x 1024 tomos de Fe

6. a) 1,20 x 1024 b) 2,34 x 1022 c) 1,25 x 1022 7. 66,4 g/mol 8. a) 5,71 x 1021 molculas b) 161,2 g/mol c) 9,48 x 10-3 mol d) 1, 53 g e) 8,57 x 1022 tomos 9. C4 H5 N2 O ; C8 H10 N4 O2 10. C17 H22 NO4

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11. C6H8O6 12. a) 2,3,1,6 b) 1,2,1,2 c) 1,4,1,1,2 d) 2,25,16,18 13. 1,22 g 14. 10,7 g 15. a) 2 C2H2 + 5 O2 4 CO2 + 2 H2O b) O2 c) 28,2 g d) 40,7 g e) 84,3 g 16. 0,2 mol 17. a) 26,8 g de Fe b) 2,6 g de NaH c) 85 % 18. a) 22,9 g b) 9,2 Ejercicios de Solemnes y Exmenes anteriores 1. La L-Dopa, un frmaco usado para el tratamiento de la enfermedad de Parkinson,

tiene 54,82% de C, 5,62 % de H, 7,10% de N y 32,46% de O. Cul es la frmula emprica del compuesto?

2. La dimetilhidrazina, el combustible usado en el mdulo de descenso lunar Apolo est

compuesto por C 39,98 %, H 13,44 % y N 46,58 %.

a) Determine la Frmula Emprica de este compuesto b) Si la masa molar es 60,10 g/mol determine la Frmula Molecular.

3. El carburo de silicio, SiC, se comercializa como abrasivo. Se obtiene calentando

xido de silicio, SiO2, y carbono, C, a altas temperaturas:

SiO2(s) + 3C(s) SiC(s) + 2CO(g)

a) Cul es el reactivo limitante y cual es el reactivo en exceso si se permite que reaccionen 3,0 g SiO2 de y 2,26x1023 tomos de C? b) Cuntos gramos de SiC pueden formarse? c) Cunto queda del reactivo en exceso despus que se consume todo el reactivo limitante ?

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4. La disminucin del ozono en la estratsfera ha sido tema de gran preocupacin entre los cientficos durante los ltimos aos. El ozono puede reaccionar con el xido ntrico (NO), proveniente de las emisiones de los aviones de propulsin que viajan a gran altura, de acuerdo a la siguiente ecuacin qumica:

O3 (g) + NO (g) O2 (g) + NO2 (g)

Suponga que se hacen reaccionar 0,670 g de O3 con 0,980 g de NO. Indique y calcule lo siguiente:

a) Cul de los dos compuestos es el Reactivo Limitante? Justifique con clculos

su respuesta b) Calcule el rendimiento terico en gramos de NO2 c) Si el rendimiento de la reaccin es de un 85% cuntos gramos de NO2 se

obtienen? d) Calcule el nmero de moles de reactivo en exceso que se recuperan al finalizar

la reaccin.

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Gases

Objetivos Especficos 1. Caractersticas generales de los gases 2. Presin de gases y el manmetro 3. Leyes de los gases. Ley de Boyle. Ley de Charles. Ley de Avogadro 4. Ecuacin de los gases ideales y su relacin con las leyes de los gases 5. Peso Molecular y densidad de los gases 6. Mezclas de gases y presiones parciales. Ley de Dalton 7. Clculos estequeomtricos simples de reacciones que involucren gases ideales Ejercicios Resueltos 1. Qu volumen de O2 (g) medido a 17,7C y 0,978 atm reacciona con 15,1g de C4H10

(g) para producir CO2 (g) y H2O (l)? Desarrollo

La reaccin es la siguiente: C4H10 (g) + O2 (g) CO2 (g) + H2O (l)

Balanceada queda: 2 C4H10 (g) + 13 O2 (g) 8 CO2 (g) + 10 H2O (l)

Los 15,1 g de C4H10 en moles son: n = m / masa molar = 15,1 g / 58,14 g/mol = 0,26 mol

En la ecuacin vemos que 2 mol de C4H10 reaccionan con 13 mol de O2; calculemos los moles de O2 que reaccionan con 0,26 mol de C4H10:

2 mol C4H10 = 0,26 mol C4H10 x = 1,69 mol O2 reaccionan 13 mol O2 x mol O2

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Ahora debemos calcular el Volumen que ocupan los 1,69 moles a 17,7C y 0,978 atm Con la ecuacin de estado del gas ideal P x V = n x R x T

La temperatura en Kelvin es: ( 17,7 + 273,15) = 290,85 K

Despejando volumen V = n x R x T = 1,69 mol x 0,082 atm L/mol K x 290,85 K P 0,978 atm Resultado: V = 41,2 L de O2 son los que reaccionan. 2. La reaccin de cido clorhdrico con zinc metlico libera gas hidrgeno segn la

reaccin: Zn(s) + 2 HCl(ac) ZnCl2(ac) + H2(g)

El gas producido es recogido sobre agua. Si se recolectan 156 mL de H2 a 19C y 769,0 mm Hg de presin total Cul es la masa de hidrgeno obtenida?

Desarrollo

Al ser recogido sobre agua, el hidrgeno queda mezclado con vapor de agua; la presin total est dada por la suma de las presiones parciales:

2 2total H vapor H OP p p= + (Ley de Dalton)

Despejando la presin parcial del H2:

2 2H total vapor H Op P p=

La presin de vapor de agua a 19C es 16,5 mm Hg (dato que aparece en tablas) y la presin total es de 769,0 mm Hg. Reemplazando estos valores resulta:

pH2 = 769,0 mm Hg - 16,5 mm Hg = 752,5 mm Hg

Con la presin del H2 y utilizando la Ecuacin de los Gases Ideales podemos calcular los moles de hidrgeno haciendo previamente las conversiones de unidades de P, T y V:

2

752,5 0,990760H

mmHgp atmmmHg

= = ; 156 0,1561000

mLV L= =

T = (19 + 273) K = 292 K;

Despejando nmero de moles de la ecuacin de los gases, y reemplazando valores:

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2

2

321 1

0,990 0,156 6,45 100,082 292

HH

p V atm x Ln x mol HRT atmLK mol x K

= = =

Para obtener la masa de gas H2 producida por la reaccin multiplicamos los moles por la masa molar del gas:

masa H2 = n H2 x masa molar = 6,45 x 10-3 mol x 2,02 g/mol = 0,0130 g

Resultado: masa de hidrgeno = 0,0130 g

Ejercicios 1. Ordene en forma creciente las siguientes presiones: 623 mm Hg, 133 kPa y 0,155

atm. (Dato: 1 atm = 760 mm Hg = 101,325 kPa) 2. Una masa de aire correspondiente a 330L y sometida a 750 mm Hg de presin se

bombea dentro de un neumtico cuya capacidad es de 15L.Calcule la presin final del neumtico en atm.

3. Un cilindro firmemente sellado de 5,0 L contiene gas Argn a 19C. La presin en el

cilindro es de 781 mm Hg. Se calienta el cilindro hasta que se duplica la presin. Cul es la temperatura del gas a esa presin?

4. Un globo se llena con He (g) hasta un volumen de 3,22 L a 32C. El globo se pone en

nitrgeno lquido hasta que su temperatura alcanza 132C. Asumiendo que la presin permanece constante Cul ser el volumen de este globo enfriado?

5. Si 3,67 g de CO2 (g) se introducen en un cilindro vaco de 2,50 L a 65 C, cul ser la

presin dentro del cilindro? 6. La presin en un recipiente cerrado de 20,0 L es de 0,512 atmsferas a 72C.

Cuntas moles de gas contienen dicho recipiente? 7. Un cilindro de 50,0 L con Ar (g) tienen una presin de 137 atm a 25C. Qu masa de

Ar est dentro del cilindro? 8. Calcular la densidad (en g/L) del gas Kriptn a 308 K y 527 atm 9. Para determinar la masa molar de un compuesto desconocido se calientan 1,351 g del

mismo hasta 120C ,en un volumen de 1,26 L .Como gas ejerce una presin de 1007 mm Hg.Cul es la masa molar del compuesto?

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10. Una muestra de gas que consiste en 14 g de N2, 4 g de O2 y 8 g de H2 se encuentra en un recipiente de 15 Litros a una temperatura de 50C. Para esta mezcla calcule:

a) La presin total en el recipiente b) La fraccin molar de cada gas en la mezcla c) La presin parcial que cada gas ejerce

11. Un hidrocarburo gaseoso desconocido contiene un 85,63% de C. Si su densidad es 0,426g/L a 0,465 atmsferas y 373 K. Cul es la frmula molecular de dicho hidrocarburo?

12. Qu volumen de O2(g), medido a 91,2 C y 743 mm Hg, ser producido por la

descomposicin de 4,88 g de KClO3? La reaccin de descomposicin es: 2 KClO3 (s) 2 KCl (s) + 3 O2 (g) 13. El oxido ntrico, NO(g), precursor en la preparacin industrial del cido ntrico,

HNO3, se forma al reaccionar amonaco, NH3(g), con oxgeno, O2(g),en presencia de un catalizador, de acuerdo a la siguiente ecuacin:

____NH3 (g) + ____ O2 (g) ____ NO(g) + ____ H2O(g)

a) Equilibre la ecuacin y b) Encuentre cuantos litros de NH3(g) son necesarios para

reaccionar con 1,76 moles de O2(g) a 5,38 C y 3,55 atm. 14. Si 4,00 g de S8 reaccionan con 4,25 L de O2 a 39 C y 1,00 atm, Cul es la masa

mxima de SO3 producido? S8(s) + 12 O2(g) 8 SO3(g)

15. La nitroglicerina (masa molar 227,1 g/mol) se descompone segn la reaccin:

4 C3H5N3O9(l) 6 N2(g) + 12 CO2(g) + 10 H2O (g) + O2(g) Qu volumen total de gases se produce a 65 C y 744 mm Hg por descomposicin de

5,00 g de nitroglicerina? Respuestas

1. 0,155 atm ,623 mmHg,133 KPa 2. 21,7 atm. 3. 311C 4. 1,49 L 5. 0,925 atm 6. 0,36 mol 7. 1,12 x 104 g 8. 2,3 g/L

9. 26,1g /mol

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10. a) 8,1 atm; b) XN2 = 0,11 XO2 = 0,0272 XH2 = 0,863 c) pN2 = 0,88 atm pO2 = 0,22 atm pH2 = 6,99 atm 11. C2H4 12. 1,83 L 13. a) 4, 5, 4, 6 ; b) 9,0 L 14. 8,9 g 15. 4,52 L Ejercicios de Solemnes y Exmenes anteriores 1. El cobre reacciona con el cido sulfrico segn la ecuacin:

2 H2SO4(ac) + Cu(s) SO2(g) + CuSO4(ac) + 2 H2O(l) Si se tienen 30 g de cobre y 200 g de H2SO4, calcular:

a) Qu reactivo est en exceso y en qu cantidad? b) El volumen de de SO2 que se desprende a 35C y 740 torr. c) Masa de CuSO4 que se forma.

2. El carburo de silicio, SiC, se comercializa como abrasivo. Se obtiene calentando

xido de silicio, SiO2, y carbono, C, a altas temperaturas:

SiO2(s) + 3C(s) SiC(s) + 2CO(g)

a) Cul es el reactivo limitante y cual es el reactivo en exceso si se permite que reaccionen 3,0 g SiO2 de y 2,26x1023 tomos de C?;

b) Cuntos gramos de SiC pueden formarse? c) Cunto queda del reactivo en exceso despus que se consume todo el reactivo

limitante?. d) Si se obtienen slo 3,1 L de CO a 1 atm y 200C cul es el rendimiento de la

reaccin?

3. Los botes salvavidas de los barcos llevan recipientes conteniendo fosfuro de calcio (Ca3P2 MM 182,00 g/mol). Al arrojar los botes por la borda se abren pequeos agujeros por los que penetra el agua a los recipientes con fosfuro de calcio. La reaccin que ocurre produce fosfina (PH3 MM 34,00 g/mol), segn la siguiente reaccin

Ca3P2 (s) + H2O(l) Ca(OH)2(s) + PH3 (g)

a) Balancee la ecuacin b) Determine el volumen de fosfina producido cuando reacciona 1,00 kg de fosfina, si la reaccin ocurre a 15C y a una presin de 760mm de Hg

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Soluciones

Objetivos Especficos

1. Composicin de soluciones. 2. Unidades de concentracin de las disoluciones % m/m, % m/v, ppm, M, m. 3. Diluciones. 4. Electrlitos fuertes y dbiles: Bases, cidos y sales. 5. Reacciones en solucin: Reacciones cido-base, reacciones de precipitacin. 6. Propiedades Coligativas de no-electrolitos: Descenso del punto de congelacin,

Descenso de la presin de vapor. Aumento del punto de ebullicin, Presin Osmtica: Soluciones isotnicas e hipotnicas.

7. Reacciones Qumicas en Solucin: Clculos estequeomtricos. Ejercicios Resueltos 1. Se prepara una disolucin disolviendo 54,35 g de KOH en 489,30 g de agua. La

densidad es 1,087 g/mL. Exprese la concentracin de la disolucin en:

a) % en masa ( % p/p) b) molalidad c) Molaridad Desarrollo a) Los gramos de disolucin corresponden a g soluto ms g solvente:

54,35 g de KOH + 489,30 g de agua = 543,65 g de disolucin % en masa se define como los gramos de soluto en 100 g de disolucin

54,35 g KOH = x g de KOH

543,65 g de solucin 100 g de solucin X = 10 g de KOH

Como hay 10 g de soluto en 100 g de disolucin,la disolucin es al 10 % en masa o 10% p/p

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b) molalidad: moles de soluto / Kg de SOLVENTE

nKOH = masa / masa molar = 54,35 g / 56,112 g/mol = 0,97 mol de KOH Kg solvente = 489,30g x 1 Kg = 0,48930 Kg 1000 g m = 0,97 mol / 0,48930 Kg = 1,98 molal

c) Molaridad: moles de soluto / Litros de disolucin

Los moles de soluto ya los calculamos: 0,97 mol de KOH Debemos calcular el volumen en litros de 543,65 g de disolucin. Para ello tenemos la densidad

solucionsolucionsolucion

mdV

=

De donde, reemplazando se obtiene:

543,65 500,1 1 0,51,087 / 1000solucion

g mL x LV Lg mL mL

= = = Ahora calculamos la Molaridad, M:

0,97 1,94( ) 0,5

moles molMV L L

= = =

2. Si se requieren 37,5 mL de una solucin 0,25 molar de HCl para neutralizar una solucin de Ca(OH)2 Cuntos gramos de hidrxido de calcio hay en la solucin?

2 HCl (ac) + Ca(OH)2 (ac) CaCl2 (ac) + 2 H2O (l) Desarrollo

Calculando los moles de HCl que hay en los 37,5 mL de solucin 0,25 mol/L:

( )

molesMV L

= ; despejando n = M x V (L) n = 0,25 mol/L x 0,0375 L

n = 9,36 x 10-3 moles de HCl De la ecuacin: 2 moles de HCl neutralizan 1 mol de Ca (OH)2

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Entonces ahora calcularemos a cuntos moles de hidrxido de calcio neutralizan los 9,36 x 10-3 moles de HCl que hay en los 37,5 mL de la solucin 0,25 molar:

2 mol HCl = 9,36 x 10-3 mol HCl X = 4,68 x 10-3 mol Ca(OH)2

1 mol Ca(OH)2 X mol Ca(OH)2

Son 4,68 x 10-3 moles de Ca(OH)2 los neutralizados; como se pregunta por los gramos, llevamos los moles de hidrxido de calcio a gramos: Masa Ca(OH)2 = n x Masa Molar = 4,68 x 10-3 mol x 74,10 g /mol = 0,347 g

Resultado: Hay 0,347 g de Ca(OH)2 en la solucin.

Ejercicios

1. Se mezclan 28 g de soluto (masa molar 95,21 g/mol) y 250 g de agua formando una disolucin. La densidad de la mezcla homognea es 1,18 g/mL. Exprese la concentracin de la disolucin en:

a) % p/p o en masa b) % p/V c) molalidad d) Molaridad

2. Calcule los gramos de Na2CO3 (masa molar 106 g/mol) que se deben pesar para

preparar 100 mL de disolucin de concentracin 0,2 mol/L 3. Qu masa en gramos se necesita para preparar 500 mL de disolucin 50 ppm de

fluoruro de sodio, sustancia que es utilizada para prevenir las caries? 4. Cul es la concentracin molar de una solucin preparada disolviendo 7 g de KOH

(masa molar: 56,11g/mol) en agua y completando en matraz de aforo hasta un volumen de 250 mL.

5. Si la concentracin de cloruro de potasio (masa molar: 74,55 g/mol) en agua es 113

ppm y considerando la densidad de la solucin como 1,0 g/mL cul es la molaridad de la solucin?

6. Qu volumen se debe medir de una solucin de HCl 6,0 M para preparar por

dilucin, 50 ml de otra disolucin de HCl cuya concentracin sea 0,6 mol/L?

7. El cido sulfrico concentrado que se vende comercialmente es al 98 % (p/p) siendo su densidad 1,836 g/mL. Si la masa molar del cido es 98,08 g/mol Cul es su concentracin molar?

8. Si se miden 10mL del H2SO4 descrito en la pregunta anterior, y se vacan a un

matraz de aforo de 100 mL, completndose el volumen total con agua Cul es la molaridad de esta disolucin?

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9. Cul es la presin parcial de equilibrio del vapor de agua sobre una mezcla homognea de 48,0 g de etanol, CH3CH2OH, en 24,0 g de H2O a 25C ? La presin parcial del agua pura a 25,0 C es 23,8 mmHg. Asuma comportamiento ideal para la solucin.

10. Calcule el punto de ebullicin de una solucin que contiene 2,33 g de cafena,

C8H10N4O2 , disuelta en 15,0 g de benceno. El punto de ebullicin del benceno es 80,1C y su constante ebulloscpica Keb es 2,53 C/m.

11. Cul es el punto de congelacin de una solucin que contiene 4,78 gramos de

naftalina (masa molar = 128,2 g/mol) disuelta en 32,0 gramos de p-dicloro-benceno? El punto de congelacin del p-dicloro-benceno puro es 53,0C y la constante de disminucin del punto de congelacin, Kf es 7,10 C/m.

12. Cul es la masa molar de un compuesto si 6,21 gramos se disuelven en 24,0

gramos de cloroformo para formar una solucin que tiene un punto de ebullicin de 68,04C? El punto de ebullicin del cloroformo puro es 61,70 C y su constante ebulloscpica, Keb es 3,63 C / m.

13. Una solucin se prepara disolviendo 4,78 g de un no electrolito desconocido en

suficiente agua para tener 0,500 L de solucin. La presin osmtica de la solucin es 1,98 atmsferas a 27 C.Cul es la masa molar del soluto? (R = 0,08206 Latm/molK)

14. Identifique en las siguientes reacciones cul corresponde a una reaccin cido-base

y cul es una reaccin de precipitacin:

a) HCl (ac) + AgNO3(ac) AgCl(s) + HNO3(ac) b) H2SO4 (ac) + Mg(OH)2 (ac) MgSO4 (ac) + 2 H2O(l) c) Ba(OH)2(ac) + Na2SO4(ac) BaSO4(s) + 2 NaOH(ac)

15. Escribir la ecuacin molecular, ecuacin inica y ecuacin inica neta para las

siguientes reacciones que ocurren en solucin acuosa:

a) hidrxido de litio acuoso y cido ntrico acuoso b) hidrxido de potasio acuoso y cido actico acuoso c) nitrato de plomo(II) acuoso con bromuro de sodio acuoso

16. Cuntos mL de solucin de H2SO4 14,2 Molar se necesitan para que reaccionen

completamente 50 g de zinc?

Zn(s) + H2SO4 (ac) ZnSO4 (ac) + H2(g)

- 34 -

17. Al neutralizarse una muestra de 10 ml de HCl con una solucin de NaOH de 0,2M, se gastaron exactamente 17 mL de la solucin bsica. Determine la concentracin molar de la solucin cida.

HCl(ac) + NaOH(ac) NaCl(ac) + H2O(l)

18. Qu volumen de NaCl 0,30 Molar se requiere para precipitar todo el in Pb2+

presente en 25,0 ml de Pb(NO3)2 0,44 Molar?

Pb(NO3)2(ac) + 2 NaCl (ac) PbCl2(s) + 2 NaNO3(ac) 19. Una disolucin de hidrxido de sodio concentrado es 19,4 M lo que corresponde a

50,5% en masa Cul es la densidad de esta disolucin? Respuestas 1. a) 10,1 %m/m b) 11,9 %m/v c) 1,18 m d) 1,25 mol/L 2. 2,1 g 3. 0,025 g 4. 0,5 mol/L 5. 1,52 x 10-3 mol/L 6. 5 mL 7. 18,3 mol/L 8. 1,83 mol/L 9. 13,4 mm Hg 10. 82,1C 11. 44,7C 12. 148 g/mol 13. 119 g/mol 14. a) reaccin de precipitacin b) reaccin cido-base c) reaccin de precipitacin

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15. a) HNO3(ac) + LiOH(ac) H2O(l) + LiNO3(ac) H+(ac) + NO3-(ac) + Li+(ac) + OH-(ac) H2O(l) + Li+(ac) + NO3-(ac)

H+(ac) + OH-(ac) H2O(l) b) CH3CO2H (ac) + KOH(ac) KCH3CO2(ac) + H2O(l) H+(ac) + CH3CO2-(ac) + K+(ac) + OH-(ac) CH3CO2-(ac) + K+(ac) + H2O(l)

H+(ac) + OH-(ac) H2O(l)

c) Pb(NO3)2(ac) + 2 NaBr(ac) PbBr2(s) + 2 NaNO3(ac) Pb2+(ac)+ 2NO3- (ac)+ 2 Na+(ac)+ 2 Br-(ac) PbBr2(s)+ 2 Na+(ac)+2 NO3- (ac)

Pb2+(ac) + 2 Br-(ac) PbBr2(s) 16. 53,87 mL 17. 0,34 molar 18. 73,3 mL 19. 1,54 g/mL Ejercicios de Solemnes y Exmenes anteriores

1. A una taza con 225 g de agua, se le agregan 40,0 g de sacarosa (C12H22O11). La solucin resultante posee una densidad de 1,09 g/mL. Al respecto calcular: a) concentracin % p/p. b) la Molaridad de la solucin

2. Una solucin de cido ntrico al 69% p/p, tiene una densidad de 1,41 g/mL a

20C. a) Qu masa de cido ntrico concentrado se necesitan para preparar 100 mL

de cido 6 M? b) Qu volumen de cido ntrico concentrado se necesitan para preparar 2000

mL de cido 0,5 M? c) Cuantos moles estn contenidos en 10 mL de la solucin b) d) Qu cantidad de milimoles estn contenidos en 50 mL de la solucin b)

3. Una solucin se prepara disolviendo 4,78 g de un no electrolito desconocido en

suficiente agua para tener 0,500 L de solucin. La presin osmtica de la solucin es 1,98 atmsferas a 27,0 C. Calcule la masa molar del soluto.

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4. Cuntos gramos de hidrxido de magnesio se requieren para neutralizar

(reaccionen completamente) 10 ml de solucin de HCl al 32%m/m y densidad=1,16 g/ml

Mg(OH)2 (ac) + 2HCl (ac) MgCl2 (ac) + 2H2O(l)

5. La densidad del acetonitrilo (CH3CN) es d= 0,786 g/mL y la densidad de

metanol (CH3OH) es d = 0,791 g/mL. Si preparamos una solucin al disolver 15,0 mL de metanol en 90,0 mL de acetonitrilo.

a.- Cul es la fraccin molar () de metanol en la solucin? b.- Cul es la molalidad (m) de la solucin? c.- Asumiendo que los volmenes son aditivos, cual es la Molaridad (M) de metanol en la solucin?

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Equilibrio Qumico

Objetivos Especficos

1. Velocidad de reaccin y equilibrio qumico 2. La constante de equilibrio 3. Relacin entre Kc y KP 4. Clculo de constantes de equilibrio y de las concentraciones en equilibrio 5. Principio de Le Chatelier : cambios de concentracin, presin y temperatura

Ejercicios Resueltos 1. El trixido de azufre se descompone en un recipiente cerrado 2 SO3 (g) 2 SO2 (g) + O2(g)

El recipiente se carga inicialmente, a 1000 K , con SO3 (g) a una presin parcial de 0,500 atm.En el equilibrio la presin parcial de SO3 (g) es de 0,200 atm. Calcule el valor de la constante de equilibrio a 1000 K

Desarrollo

La expresin de la constante de equilibrio se escribe en funcin de las presiones parciales de equilibrio:

223

2

2SO O

PSO

p x pK

p=

Haremos una tabla con presiones iniciales, el cambio que ocurre y presiones de equilibrio:

2 SO3 (g) 2 SO2 (g) + O2 (g) piniciales 0,500 atm 0 atm 0 atm cambio 2x 2x x pequilibrio (0,500 2x) atm (2x) atm (x) atm

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El enunciado dice que peq (SO3) = 0,200 atm , lo que nos permitir encontrar el valor de x reemplazando en: peq (SO3) = (0,500 2x) atm = 0,200 atm y despejando el valor de x: X = 0,15 Con el valor de x se encuentran las presiones de SO2 y O2: Peq (SO2) = 2x = 2 (0,15) = 0,3 atm Peq (O2) = x = 0,15 atm Reemplazando las presiones de equilibrio en la expresin de Kp:

22

3

2 2

2 2

(0,3) 0,15 0,338(0, 2)

SO OP

SO

p x p xKp

= = =

Resultado: La constante de equilibrio a 1000 K es Kp = 0,338 2. Se introduce una mezcla de 0,20 mol de CO2 , 0,10 mol de H2 y 0,16 mol de H2O en

un recipiente de 2,00 L.Se establece el equilibrio siguiente a 500 K: CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)

En el equilibrio pH2O = 3,51 atm

a) Calcule la constante de equilibrio de la reaccin. b) Calcule las presiones parciales de equilibrio de CO2, H2 y CO.

Desarrollo

a) Clculo de las concentraciones molares iniciales

( )

molesMV L

= , reemplazando valores: CO2 = 0,20 mol /2L = 0,10 M H2 = 0,10 mol/2L = 0,05 M

H2O = 0,16mol /2L = 0,08 M Planteando la tabla con las concentraciones molares iniciales, el cambio y las concentraciones molares de equilibrio:

CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)

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Ciniciales 0,10 M 0,05 M 0 M 0,08 M cambio x x x x

Cequilibrio (0,10 x)M (0,05 x)M (x) M (0,08 + x)M

El valor de x lo podemos obtener considerando que en el equilibrio pH2O = 3,51atm De P x V = n x R x T tenemos que P = (n/V) x R x T, despejando la concentracin molar del agua en el equilibrio:

1 13,51 0,0855

0,082 500n P atm MV RT atmLK mol x K

= = =

Como la concentracin de equilibrio del agua es (0,08 + x) = 0,0855 M Despejando, el valor de x resulta x = 5,55 x 10-3

Reemplazando el valor de x en las concentraciones de equilibrio planteadas en la tabla:

[CO2] = (0,10 x) = 0,0944 M [H2] = (0,05 x) = 0,0444 M [CO] = (x) = 0,00555 M [H2O] = (0,08 + x) = 0,0855 M

La expresin de la constante de equilibrio en funcin de las concentraciones molares de equilibrio es:

3

2

2 2

[ ][ ] (5,55 10 )(0,0855) 0,18[ ][ ] (0,0944)(0,0444)CCO H O xKCO H

= = =

el valor de la constante es Kc = 0,18

b) Las presiones parciales se calculan a travs de P x V = n x R x T despejando la

presin: P = n/v x R xT calculando para CO2 :

PCO2 = 0,0944 mol/L x 0,082 atm L x 500 K = 3,87 atm mol K De la misma manera se obtiene la presin de H2 y de CO: PH2 = 1,82 atm y PCO = 0,23 atm Ejercicios 1. Escriba la expresin de la constante de equilibrio Kc y Kp para las siguientes

reacciones:

- 40 -

a) 2 HBr (g) ' H2(g) + Br2(l) b) CS2(g) + 3 Cl2(g) ' S2Cl2(g) + CCl4(g) c) 2 Hg2O(s) ' 4 Hg(s) + O2(g)

2. Escriba una ecuacin qumica equilibrada en la que tanto los reactivos como los

productos son gases, que corresponda a la siguiente expresin de constante de equilibrio:

4 5

3 24 6

2

[ ] [ ][ ] [ ]C

NH OKNO H O

=

3. Cul es la relacin entre Kp y Kc para la reaccin siguiente? CS2(g) + 3 Cl2(g) ' S2Cl2(g) + CCl4(g) 4. La oxidacin del dixido de azufre produce trixido de azufre:

2 SO2(g) + O2(g) ' 2 SO3(g) Calcule el valor de Kc conociendo Kp = 2.8 x 102 a 999 K. (R = 0,082 Latm / molK) 5. A una temperatura dada, una mezcla en equilibrio contiene las concentraciones

siguientes de gases: [SO3] = 0,054 M, [SO2] = 0,0047 M, y [O2] = 0,58 M. a) Cul es la constante de equilibrio, Kc, para la siguiente reaccin?

2 SO3(g) ' 2 SO2(g) + O2(g)

b) Cul es el valor de Kc para la reaccin 2 SO2(g) + O2(g) ' 2 SO3(g) ? 6. Se adicionan 0,0774 moles de N2O4 (g) a un recipiente de 1,00 L a una temperatura

dada. Despus de alcanzado el equilibrio, la concentracin de NO2 (g) es 0,0068 M. Cul es el valor de Kc para la reaccin siguiente?

N2O4(g) ' 2 NO2(g)

7. A un tubo se adicionan 1,07 atmsferas de PCl5 a 500 K y se cierra hermticamente.

El PCl5 se descompone hasta que se establece el equilibrio siguiente:

PCl5 (g) ' PCl3 (ac) + Cl2 (g) La presin de equilibrio en el tubo es 1,54 atmsferas. Calcule Kp. 8. Una mezcla gaseosa de NO2 y N2O4 est en equilibrio. Si la concentracin de N2O4 es

7,1 x 10-4 M, cul es la concentracin de NO2?

2 NO2(g) ' N2O4(g) Kc = 170

- 41 -

9. A 25C la descomposicin del tetraxido de dinitrgeno: N2O4(g) ' 2 NO2(g) tiene una constante de equilibrio Kp de 0,144. En el equilibrio, la presin total del sistema es 0,48 atmsferas. Cul es la presin parcial de cada gas en equilibrio?

10. La constante de equilibrio Kc para la reaccin:

PCl 3 (g) + Cl2 PCl5 (g) es Kc = 49 a 230C

Si se agregan 0,50 moles de cada reactivo: PCl3 y Cl2 a un recipiente de 5,0 L Cuales son las concentraciones de PCl5 , PCl3 y Cl2 en el equilibrio a la misma temperatura?

11. El bromuro de carbonilo se descompone para producir monxido de carbono y bromo

gaseosos: COBr2(g)' CO (g) + Br2(g)

Kc es igual a 0,19 a 73 C. Si una concentracin inicial de COBr2 de 0,63 M se

calienta a 73C hasta que alcance el equilibrio,cules son las concentraciones de equilibrio de COBr2, CO, y Br2?

12. a) El yoduro de hidrgeno puede descomponerse en hidrgeno y yodo gaseosos.

2 HI (g) ' H2(g) + I2(g) Kp = 0.016 Si 0,820 atmsferas HI (g) se adicionan a un recipiente, a)cul es la presin de cada

gas cuando se establece el equilibrio? b) Cul es el valor de Kc? 13. La siguiente reaccin tiene una constante de equilibrio Kc = 3,07 x 10-4 a 24C

2 NOBr(g) 2 NO(g) + Br2(g)

Calculando el cociente de reaccin Qc compruebe si las concentraciones

[NOBr] = 0,181 M; [NO] = 0,0123 M; [Br2] = 0,0201 M corresponden a una mezcla en equilibrio, si no hubiese alcanzado an el estado de equilibrio indique la direccin en que est procediendo la reaccin.

14. Considere el equilibrio siguiente entre xidos de nitrgeno: 3 NO(g) NO2(g) + N2O(g) H = -155,7 kJ.

a) Aumenta o disminuye con un aumento de temperatura la constante de equilibrio de la reaccin? b) A temperatura constante, alterara un cambio en el volumen del recipiente la fraccin de productos de la mezcla de equilibrio?

15. Si la siguiente reaccin qumica est en el equilibrio:

- 42 -

I2(g) + Cl2(g) ' 2 ICl (g) + 26.9 kJ

Y a 25 C su constante de equilibrio es Kp = 2.0 x 105. Qu consecuencias tendr en

Kp bajar la temperatura a 5 C? 16. Considere el equilibrio que sigue en el cual H < 0:

2 SO2(g) + O2(g) ' 2 SO3(g)

Cmo afectar cada uno de los cambios siguientes a una mezcla de equilibrio de los tres gases? a) Se agrega O2 (g) al sistema b) Se calienta la mezcla de reaccin c) se duplica el volumen del recipiente d) se agrega un catalizador a la mezcla e) se aumenta la presin total del sistema agregando un gas noble f) se extrae SO3(g) del sistema.

17. Considere la reaccin A (g)' 2 B (g) donde Kp = 5,0 a 25 C. Si 0,50 mol de A y

2,0 mol de B se introducen en un recipiente de 1,0 L a 25C y se les permite reaccionar qu cambio ocurrir en las concentraciones de A y de B?

18. Cuando se pone NH4HS slido en un matraz cerrado a 28C, el slido se disocia

segn la ecuacin: NH4HS(s) NH3(g) + H2S(g).

La presin total de la mezcla en equilibrio es de 0.766 atm. Determine la Kp a esta temperatura.

19. El bromuro de nitrosilo se descompone segn la ecuacin qumica siguiente:

2 NOBr (g) 2 NO(g) + Br2(g)

Cuando 0.260 atmsferas de NOBr se inyectan en un recipiente hermtico y se les permite alcanzar el equilibrio, el 22% de NOBr se descompone. Cul es el valor de la constante de equilibrio Kp para la reaccin?

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Respuestas

1. a) Kc = [H2] / [HBr]2 ; Kp = p H2 / p2 HBr b) Kc = [S2Cl2] [CCl4] / [CS2] [Cl2]3 ; Kp = p S2Cl2 p CCl4 /p CS2 p3 Cl2

c) Kc = [O2] ; Kp = pO2

2. 4 NO(g) + 6 H2O(g) 4 NH3(g) + 5 O2(g)

3. Kc = (RT)2 Kp

4. 2,3 x 104

5. a) 4,4 x 10-3 b) 227,3

6. 6,2 x 10-4

7. 0,37 8. 2,0 x 10-3 9. 0,20 atm de NO2 y 0,28 atm de N2O4 10. [PCl3] = [Cl2] = 0,036 M; [PCl5] = 0,064M 11. [COBr2] = 0,37 M, [CO] = 0,26 M, [Br2] = 0,26 M 12. a) HI = 0,654 atm, H2 = 0,083 atm, I2 = 0,083 atm b) Kc = Kp = 0,016 13. Como Qc es menor que Kc la reaccin procede hacia la derecha

14. a) La reaccin es exotrmica, por lo tanto la constante de equilibrio disminuye al aumentar la temperatura.

b) n no es igual a cero, entonces un cambio de volumen a temperatura constante influye en la fraccin de productos en la mezcla de equilibrio.

15. La reaccin proceder en la direccin directa y Kp aumentar

16. a) desplaza el equilibrio a la derecha b) reduce el valor de K c) desplaza el

equilibrio a la izquierda d) no afecta e) no afecta f) desplaza el equilibrio a la derecha

17. [A] aumentar y [B] disminuir

18. Kp = 0,147 19. Kp = 2,3 x 10-3

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Ejercicios de Solemnes y Exmenes anteriores

1. El fosgeno (COCl2), gas txico usado en la sntesis de una gran variedad de compuestos orgnicos, se descompone de acuerdo a:

COCl2(g) R CO(g) + Cl2(g) H = 177,8 KJ/mol

Una muestra de COCl2 de concentracin inicial 0,500 M, se calienta a 527C en un recipiente de reaccin. En el equilibrio, la concentracin de CO es 0,046 M. Determine

a) El valor de la constante de equilibrio (Kc) para la reaccin a 527C b) El valor de Kp a 527C c) Si al sistema se le adiciona calor qu le ocurre al valor de la constante, explique brevemente?

2. La disociacin de bromo molecular (Br2) a 600C ocurre de acuerdo a la siguiente

ecuacin: Br2(g) 2Br(g). Se introducen 0,2 moles de Br2(g) en un recipiente de 0,5L a 600C. En estas condiciones el bromo se disocia en 0,8%.

a) Calcule las concentraciones de Br2(g) y Br(g) en el equilibrio. b) Calcule la constante de equilibrio Kc. c) Calcule la constante de equilibrio Kp.

3. Una mezcla de 2,0 mol de H2 y 2,0 mol de I2, ambos gaseosos, se coloca en un

recipiente de 4,00 litros a 25C. Cuando se alcanza el equilibrio se encuentra que la concentracin de HI (g) es 0,76 Molar. La ecuacin qumica que representa este equilibrio es:

H2(g) + I2(g) 2 HI(g) Al respecto:

a) Calcule Kc b) Calcule Kp c) Hacia donde se encuentra desplazado el equilibrio? Justifique su respuesta d) Si retira hidrgeno del sistema cmo se vera afectada la concentracin de I2 (g)?

4. Considere el siguiente equilibrio qumico:

2SO2 (g) + O2 (g) 2SO3 (g)

En que forma cada uno de los siguientes cambios afectara el equilibrio de esta reaccin: a) Si agregamos O2 (g) al sistema b) Si duplicamos el volumen del matraz c) Si agregamos un catalizador d) Si removemos SO3 (g) del sistema

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Equilibrio Inico en solucin acuosa (I)

Equilibrio cido-Base Objetivos Especficos 1. cidos y bases; definicin de Brnsted-Lowry 2. Producto inico del agua y escala de pH

3. cidos y bases, fuertes y dbiles Ejercicios Resueltos 1. La constante de disociacin cida del cido hipocloroso es Ka = 3,0 x 10-8. Para una

disolucin 0,0075M de HClO en agua, calcule:

a) las concentraciones de H3O+, ClO-, HClO en el equilibrio b) el porcentaje de disociacin del cido c) el pH de la disolucin cida

Desarrollo

Escribimos la ecuacin para la reaccin de disociacin en iones del cido dbil en agua y la situacin de concentraciones iniciales, cambio y concentraciones finales que son las de equilibrio:

HClO + H2O ' H3O+ + ClO-

Cinicial 0,0075M 0M 0M

cambio X X X

Cequilibrio (0,0075 X) M (X) M (X) M a) Debemos encontrar la x para responder cules son las concentraciones de equilibrio.

Para ello planteamos la expresin de Ka en funcin de las concentraciones molares de equilibrio de reactivos y productos:

Ka = [H3O+] [ClO-] = 3,0 x 10-8

[HClO]

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Reemplazando: Ka = (X) (X) = 3,0 x 10-8 (0,0075 X)

Resolviendo, queda la siguiente ecuacin de segundo grado:

X2 + 3,0 x 10-8X - 2,25 x 10-10 = 0 que se resuelve con X = 2 4

2b b ac

a

X = 8 8 2 103,0 10 (3,0 10 ) 4(2,25 10 )

2x x x

X 1 = - 1,5 x 10-5 X 2 = 1,5 x 10-5

El valor negativo no tiene sentido fsico, por lo que el valor de X es 1,5 x 10-5. Ahora respondemos cuales son las concentraciones molares de todas las especies presentes en el equilibrio:

[HClO] = (0,0075 X)M = (0,0075 1,5 x 10-5 ) = 7,485 x 10-3 M

[H3O+] = [ClO-] = (X)M = 1,5 x 10-5M b) % de disociacin = [H3O+] x 100 = 1,5 x 10-5M [HClO]inicial 0,0075 c) pH = - log [H3O+] = - log (1,5 x 10-5) = 4,8

Nota: Antes de resolver la ecuacin cuadrtica se puede comprobar si la x del denominador en la expresin de Ka se puede despreciar, por ejemplo, si se cumple que:

Ka 1,0 x 10-4 4 Cinicial

En el caso de nuestro ejemplo el clculo resulta 3,0 x 10-8 = 1,0 x 10-6 4 x 0,0075

Como 1,0 x 10-6 < < 1,0 x 10-4

Podramos haber despreciado la x en el denominador facilitando el clculo y cometiendo un mnimo error en el valor obtenido de la X.

2. Una disolucin de cido fenilactico HC8H7O2 tiene un pH de 2,68. Sabiendo que

en la disolucin este cido dbil est disociado un 2,47%, calcule:

a) La constante de disociacin Ka del cido fenilactico b) La concentracin inicial de la disolucin del cido.

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Desarrollo

A partir del pH se obtiene la concentracin molar de iones hidronio H3O+: Si pH = log [H3O+] La concentracin molar de iones hidronio es: [H3O+] = 10-pH = 10-2,68 = 2,1 x 10-3 M La ecuacin de disociacin del cido es:

HC8H7O2 + H2O ' H3O+ + C8H7O2-

Cinicial X 0 M 0M

cambio 2,1 x 10-3 M 2,1 x 10-3 M 2,1 x 10-3 M

Cequilibrio (x 2,1 x 10-3)M (2,1 x 10-3)M (2,1 x 10-3)M

La expresin de la constante Ka es: Ka = [H3O+] [C8H7O2-] [HC8H7O2]

Reemplazando las concentraciones molares de equilibrio: Ka = (2,1 x 10-3)(2,1 x 10-3) (x 2,1 x 10-3) Para obtener el valor de Ka slo falta saber el valor de x que corresponde a la concentracin inicial del cido fenilactico y que podemos calcular a partir del % de disociacin:

% de disociacin = [2,1 x 10-3] x 100 = 2,47 % [HC8H7O2] inicial Despejando [HC8H7O2] inicial = 0,085 M (respuesta b)

Y ahora podemos reemplazar en la expresin de Ka: Ka = (2,1 x 10-3)(2,1 x 10-3) = 5,3 x 10-5 (0,085 2,1 x 10-3)

La respuesta a) es Ka = 5,3 x 10-5

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Ejercicios 1. Segn la definicin de Brnsted-Lowry de un cido como dador de protones y de una

base como aceptor de protones identifique en las siguientes reacciones pares conjugados cido-base:

a) HCO3-(ac) + H2O (l) ' CO32-(ac) + H3O+(ac)

b) HF (aq) + HPO42-(aq) ' F-(aq) + H2PO4-(aq) c) HSO4- (ac) + HS- (ac) ' SO42- (ac) + H2S (ac) 2. Indique la base conjugada de las siguientes especies: a) H3O+ b) HCl c) H2O d) H2PO4- e) NH4+ 3. Indique el cido conjugado de las siguientes especies: a) OH- b) SO42- c) HS- d) NO3- e) NH2- 4. De las siguientes especies cules son anfteras?

a) CN- b) HCO3- c) HS- d) NH3 e) HCO2- 5. Clasifique los siguientes cidos como fuertes o dbiles:

a) HCl b) HNO2 c) H2SO4 d) HNO3 e) HF f) CH3CO2H g) HClO4 6. A temperatura ambiente (25C) una solucin acuosa contiene 7,7 x 10-8 M en iones

hidrxido Cul es la concentracin molar en iones H3O+ ?Cul es el pH de esta solucin?

7. A 25C la constante de ionizacin del agua es Kw = 1,0 x 1014 y las concentraciones de

[H3O+ ] = [OH-] = 1,0 x 10-7 M en agua neutra. Su pH es 7 a 15 C su valor es Kw = 4,5 x 10-15 Cul es la concentracin molar de H3O+ en agua neutra a esta temperatura? y el pH?

8. Calcular el pH de las siguientes soluciones acuosas de cidos o bases fuertes: a) 0,16 mol de HNO3 disueltos en agua ,completando un volumen de 1,5 L de solucin b) 0,014 g de NaOH (masa molar = 40 g/mol) disueltos en 350 mL de solucin c) una solucin acuosa con pH 3,0 que se diluye desde 2 L hasta 4,0 L. d) 0,25 g de Ba(OH)2 (masa molar = 171,36 g/mol) en 100 mL de solucin

9. Cul es la concentracin molar de iones H3O+ en las siguientes soluciones? a) solucin acuosa que tiene un pH de 12,17 b) solucin acuosa de NaOH 0,044 M c) solucin acuosa con pH de 10,60 se diluye desde 1,0 L hasta 1,5 L d) solucin acuosa con pOH de 2,55

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10. Escriba la ecuacin de disociacin en iones, o de ionizacin, de los siguientes cidos

dbiles al ser disueltos en agua y la correspondiente expresin de su constante de disociacin cida Ka: a) HNO2 b) HCO2H c) HPO42

11. Dadas las constantes de disociacin cida para los cidos :

CIDO Ka HNO2 4,5 x 104 HCO2H 1,8 x 104 HPO42 3,6 x 1013

a) Cul de los tres es el ms dbil? b) Cul es el valor del pKa de cada cido? c) Cul tiene la base conjugada ms dbil?

12. Cul es el pH y el porcentaje de disociacin del cido benzoico C6H5CO2H en solucin

acuosa 0,015 M? La constante de disociacin del cido es Ka = 6,3 x 105

13. El cido lctico (HC3H5O3) tiene un hidrgeno cido. Una disolucin 0,10 M del cido tiene un pH de 2,44. Calcule Ka para el cido lctico.

14. El pH de una disolucin acuosa 0,10 M de la base dbil propilamina C3H7NH2 es de 11,86. Cul es la constante de disociacin de la base Kb?

15. Un cido dbil monoprtico est disociado un 5,0 % en una solucin acuosa que se prepar 0,010 M. Encuentre la constante de disociacin Ka y la concentracin de equilibrio del cido.

16. Cuntos moles de HF (Ka = 6,8 x 104) deben utilizarse para formar 0,500 L de disolucin con un pH de 2,70?

17. El ingrediente activo de la aspirina es el cido acetilsaliclico (HC9H7O4) un cido monoprtico con Ka = 3,3 x 104 a 25C Cul es el pH de una disolucin obtenida disolviendo dos tabletas de aspirina con 500 mg de cido acetilsaliclico cada una en 250 mL de agua?

18. Quin tiene un pH ms bajo? :

a) Una disolucin 0,1M de un cido fuerte o una disolucin 0,1M de un cido dbil

b) Una disolucin 0,1M de un cido con Ka= 2 x 103 u otra 0,1M de un cido con Ka= 8 x 106

c) Una disolucin 0,1M de una base con pKb= 4,5 o de una base con pKb= 6,5

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Respuestas

1. a) HCO3- y CO32- ; H2O y H3O+ b) HF y F- ; HPO42- y H2PO4- c) HSO4- y SO42- ; HS- y H2S 2. a) H2O b) Cl c) OH d) HPO42 e) NH3 3. a) H2O b) HSO4- c) H2S d) HNO3 e) NH3 4. b) HCO3 c) HS d) NH3 5. cidos fuertes: HCl, HNO3, HClO4, H2SO4 (en su primera ionizacin) cidos dbiles: HNO2 , HF, CH3CO2H 6. [H3O+] = 1,3 x 107 M ; pH = 6,9 7. [H3O+] = 6,7 x 108 M ; pH = 7,2 8. a) 0,97 b) 11,0 c) 3,3 d) 11,5 9. a) 6,8 x 1013 M b) 2,3 x 1013 M c) 3,8 x 1011 M d) 3,5 x 1012 M 10. a) HNO2 (ac) + H2O (l) ' NO2-(ac) + H3O+(ac) Ka = [NO2] [H3O+]/[ HNO2]

b) HCO2H (ac) + H2O (l) ' HCO2-(ac) + H3O+(ac) Ka =[HCO2] H3O+]/[HCO2H] c) HPO42- (ac) + H2O (l) ' PO43-(ac) + H3O+(ac) Ka =[PO43] [H3O+]/[HPO42]

11. a) in hidrgeno fosfato HPO42- es el ms dbil

b) 3,35 ; 3,74 ; 12,44 c) HNO2

12. a) pH = 3,03 b) 6,22 %

13. Ka = 1,4 x 104 14. Kb = 5,6 x 104 15. Ka = 2, 5 x 105 ; 9,5 x 103 M 16. 3,9 x 103 mol de HF 17. pH = 2,6 18. a) Una disolucin 0,1M de un cido fuerte b) El cido con Ka = 2 x 103 c) La base con pKb = 6,5

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Ejercicios de Solemnes y Exmenes anteriores 1. Se tienen tres cidos diferentes:

i) HA tiene una concentracin 0,1 M ii) H2X tiene una concentracin 0,1 M iii) HY tiene una concentracin 0,1 M (Ka = 5,1x 106)

Calcule el pH para cada cido y ordene en forma creciente de acuerdo a su acidez

2. Se disuelven 12,8g de cido frmico (HCOOH) en agua completando 500 mL de

solucin. La constante de disociacin del cido es Ka = 2,14x104 a 25 C. a) Escriba la reaccin de disociacin del cido en agua y la expresin de Ka b) Calcule el pH de la disolucin c) Obtenga el % de disociacin del cido

3. El cido frmico (HCOOH) tienen una Ka = 1,7 x104.

a) Escriba la ecuacin de disociacin de esta especie en agua. b) Calcular las concentraciones de todas las especies presentes en una

disolucin de cido de pH = 3. c) Que masa de cido Frmico (HCOOH) de masa molar 46,03 g/mol, se

requiere para preparar 250mL de la disolucin de pH = 3. 4. Se prepara una solucin disolviendo 1,50 g de KOH en 250 mL de agua. De esta

solucin se toman 5 mL y se completa con agua hasta un volumen final de 500 mL. Calcule la molaridad y el pH de ambas soluciones.

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Equilibrio Inico en Solucin Acuosa (II)

Amortiguadores y Kps Objetivos Especficos 1. Propiedades cido-base de las soluciones salinas. 2. Efecto del in comn; soluciones amortiguadoras 3. Solubilidad y Equilibrios de solubilidad.

Ejercicios Resueltos 1. El cido furoico (HC5H3O3) tiene un valor de Ka de 6,76 x 104 a 25C.

a) Calcule el pH de una disolucin amortiguadora preparada mezclando 30,0 mL

de HC5H3O3 0,250 M y 20,0 mL de furoato de sodio (NaC5H3O3 ) 0,22 M y diluyendo a un volumen total de 125mL.

b) Calcule el pH despus de agregar 0,01 moles de NaOH a la disolucin amortiguadora de pH

c) Calcule el pH que resultara al agregar 0,01 moles de NaOH a 1 litro de agua pura (no tome en cuenta el cambio de volumen)

Desarrollo a) Se debe calcular la concentracin molar del cido dbil y de la sal que forman esta

disolucin amortiguadora:

Para el cido furoico (HC5H3O3):

Molaridad = n V(L)

Necesitamos saber los moles que aporta el cido, para ello despejamos:

n = M x V(L)

Ahora, reemplazamos la Molaridad y el volumen de cido: n = 0,250 M x 0,030L

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y obtenemos n = 7,5 x 103 mol de cido furoico

El volumen total de la disolucin es de: 30,0 mL + 20,0 mL = 50,0 mL

Como los moles de cido estn ahora en 50,0 mL la molaridad del cido es:

Molaridad = n = 7,5 x 103 mol = 0,15M V(L) 0,050 L

Considerando la dilucin a 125 mL:

Vc x Cc = Vd x Cd 50,0 mL x 0,15 M = 125 mL x Cd Cd = 0,06 M

La concentracin molar del cido en la disolucin es 0,06 M Para furoato de sodio (NaC5H3O3 ): n = M x V(L) = 0,22 M x 0,020L n = 4,4 x 103 mol de sal

que ahora estn en 50,0 mL de disolucin, calculando la molaridad de la sal:

Molaridad = n = 4,4 x 103 mol = 0,088M V(L) 0,050 L

Considerando la dilucin a 125 mL:

Vc x Cc = Vd x Cd 50,0 mL x 0,088M = 125 mL x Cd

Cd = 0,0352 M

La concentracin molar de la sal en la disolucin es 0,0352 M

Para el clculo del pH de la disolucin buffer podemos utilizar la ecuacin de Henderson-Hasselbach:

pH = pKa + log [base] con pKa = log Ka [Acido] pH = log 6,76 x 10-4 + log 0,0352 0,06 pH = 3,17 + ( 0,232) pH = 2,94

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Nota: [base] es equivalente a [sal] ya que sta contiene la base conjugada del cido dbil

b) La base fuerte NaOH en solucin acuosa disocia completamente:

NaOH Na+ + OH-

Produciendo 0,01 mol de iones OH .El cido furoico que es parte del amortiguador, consume los moles de OH ; anotaremos las cantidades que hay antes de la reaccin y despus de la reaccin: Antes de la reaccin: 0,06 mol 0,01 mol 0,0352 mol

HC5H3O3 + OH H2O + C5H3O3 Despus de la reaccin: 0,05 mol 0 mol 0,0452 mol La misma cantidad que se consume de cido es la que se produce de su base conjugada El pH del buffer se calcula con las nuevas cantidades de base y de cido:

pH = 3,17 + log 0,0452 = 3,17 + ( 0,0438) = 3,13

0,05

El pH del buffer apenas aument desde 2,94 a 3,13 o sea el cambio es de 0,19 unidades de pH

c) Como 0,01 mol de NaOH aportan 0,01 mol de OH- al agua pura, se calcula pOH:

pOH = log OH = log 0,01 = 2 14 pOH = pH 14 2 = pH = 12

Vemos que, la pequea cantidad de NaOH agregada hizo variar el pH del agua en grado importante, en cambio el pH del amortiguador, cambia muy poco.

2. Se aade lentamente nitrato de plata, AgNO3, a una disolucin que es 0,020 M en

iones Cl y 0,020 M en iones Br-. Calcule la concentracin molar de los iones Ag+ necesaria para iniciar:

a) La precipitacin de AgBr (Kps= 5,0 x 1013) y b) La precipitacin de AgCl (Kps = 1,6 x 1010) Cul de las sales precipita primero?

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Desarrollo a) En el caso del bromuro de plata, la constante del producto de solubilidad queda

expresada como: Kps = [Ag+] [Br]

Como [Br] = 0,020 M calcularemos la concentracin de iones plata que deben sobrepasarse para que comience la precipitacin del AgBr:

[Ag+] = Kps = 7,7 x 1013 = 3,9 x 1011M [Br] 0,020

O sea con una concentracin de iones plata superior a 3,9 x 1011M precipitar AgBr

b) Para la precipitacin de AgCl:

Kps = [Ag+] [Cl] Como [Cl] = 0,020 M

[Ag+] = Kps = 1,6 x 1010 = 8,0 x 109 M [Cl] 0,020

Por lo tanto se necesita una [Ag+] > a 8,0 x 109 M para que comience la precipitacin de AgCl. Vemos que AgBr precipita antes que AgCl pues necesita una concentracin menor de iones plata.

Ejercicios 1. Cules de las siguientes sales da reaccin de hidrlisis en agua?

a) CaCl2 b) NaBr c) KCN d) NaCH3CO2 e) NH4Cl 2. Escriba la reaccin de hidrlisis que ocurre al disolver acetato de sodio (NaCH3CO2)

en agua 3. Calcule el pH de una disolucin de acetato de sodio (NaCH3CO2) 0,3 mol/L.

Considere Ka (HCH3CO2) = 1,8 x 105 4. Escriba la reaccin de hidrlisis que ocurre al disolver cloruro de amonio (NH4Cl) en

agua 5. Calcule el pH de una disolucin acuosa de cloruro de amonio (NH4Cl) 0,25 mol/L si

Kb NH3 = 1,8 x 105

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6. Una solucin acuosa formada por amonaco (NH3) y cloruro de amonio (NH4Cl) es una solucin amortiguadora de pH qu sucede cuando a una solucin acuosa de amonaco se le aade cloruro de amonio?

7. Indique cmo est formada una disolucin reguladora o amortiguadora de pH y cul

es la funcin que cumple. 8. Calcule el pH de una disolucin acuosa que es 0,30M en HF y 0,15M en F

(Ka = 7,2 x 104) a) Cul es el pH despus de agregar 0,01 mol de HCl a 1,0 L de solucin? b) Cul es el pH al agregar 0,01 mol de NaOH a 1,0 L de solucin? 9. Queremos obtener una disolucin amortiguadora con pH = 5. Para ello preparamos un

litro de disolucin 0,2 M de un cido HA cuya Ka=5 x 106. Cuntos moles de sal NaA debemos aadir?

10. Calcule el pH de la solucin buffer que resulta cuando 4,0 g de NH3 y 8,0 g de NH4Cl

se disuelven en agua completando un volumen de 0,5 L (Kb NH3 = 1,79 x 105). 11. La constante Ka del cido hipocloroso HClO es 3,5 x 108Cul es la relacin [ClO]/

[HClO] necesaria para tener una solucin buffer con pH 7,7? 12. La constante Ka del cido cianhdrico es 4,9 x 1010 ,calcule el pH de una disolucin

amortiguadora preparada mezclando 30 mL de HCN 0,05 M con 70 mL de disolucin de cianuro de sodio 0,030 M. Considere volmenes aditivos.

13. Se pone cromato de plata slido, Ag2CrO4 ,en agua pura a 25C hasta obtener una

disolucin saturada de la sal. Los iones presentes son Ag+ y CrO42. Un anlisis muestra que la concentracin de in plata es 1,3 x 104M. Calcule la constante del producto de solubilidad Kps del Ag2CrO4 La ecuacin de equilibrio entre el slido sin disolver y los iones disueltos en solucin es:

Ag2CrO4(s) 2 Ag+(ac) + CrO42(ac) 14. La Kps del Ba(IO3)2 a 25C es de 6,0 x 1010. Cul es la solubilidad molar del

Ba(IO3)2? 15. A una disolucin 2,0 x 10-4M de Ag+ y 1,5 x 103M de Pb+2 se le agrega iones yoduro,

I- Qu precipitar primero AgI (Kps = 8,3 x 1017) o PbI2 (Kps = 7,9 x 109)? Indique la concentracin mol

Manual de Quimica General 104

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