4 La materia y sus transformaciones

PREPARACIÓN DE LA UNIDAD

• ZnS04

HN03

H3B03

Al2(S04h

AgCl

• Sulfato de cobre (11)

Manganato de potasio

Hidróxido de hierro (III)

Óxido de hierro (11)

Carbonato de calcio

Sulfato de amonio

H2S

KCI03

Na2C03

HCI

NH�n04

Hidrogenocarbonato de sodio

Perclorato de potasio

Fosfato de calcio

Cloruro de manganeso (11) Nitrato de plata

Permanganato de potasio

l. ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA

l. • gaseoso

• líquido

• sólido

• gaseoso

• gaseoso

• sólido y líquido

• gaseoso

• sólido

2. El líquido es prácticamente incompresible y, por tanto, su volumen se mantiene constante, mientras que en un gas el volumen no es ftjo, sino que se acomoda al del recipiente.

La capacidad de difusión es mayor en los gases, y éstos no presentan tensión superficial, a diferencia de los lí­quidos, que acostumbran a contraerse y a formar gotas estables.

Sí que se pueden observar a primera vista. Por ejem­plo, los recipientes para contener gases han de estar cerrados herméticamente.

Entre un líquido y un sólido, la diferencia principal es que el sólido tiene forma definida y constante, cosa que no ocurre con el líquido, tal como se ha vis­to. Se pueden diferenciar fácilmente porque la for­ma del líquido varía cuando cambia de recipiente.

3. Gaseosos: oxígeno, vapor de agua, dióxido de carbono.

Líquidos: agua, aceite, alcohol etHico.

Sólidos: plástico, vidrio, hierro.

4. No permanecerá en un estado si la temperatura cambia lo bastante como para producir un cambio de estado.

El agua a temperatura ambiente se encuentra en estado líquido, pero si se modifica la temperatura por encima de 100 ºC o por debajo de O ºC podemos encontrarla como vapor de agua o como hielo, respectivamente.

5. Respuesta sugerida:

El plasma es un cuarto estado de agregación de la ma­teria que sólo se alcanza en determinadas condicio­nes; es muy inestable y dificil de obtener.

Es un estado de agregación en el que la materia se en­cuentra formada por núcleos atómicos y por electro­nes, separados entre ellos. La materia está totalmente ionizada.

El hecho de que existan cargas positivas y negativas en movimiento produce una fuerte interacción entre ellas, lo cual da al estado del plasma unas características par­ticulares, entre las que destacan:

Estado poco común en la Tierra y muy común en las estrellas.

Carácter gelatinoso.

Dificil de obtener e inestable.

Manejo muy complicado.

Depende de la cohesión entre núcleos atómicos y electrones.

2. TEORÍA CINÉTICO-MOLECULAR DE LA MATERIA

6. • Dado que las partículas de los líquidos y los gases no ocupan posiciones fijas, pueden variar su posi­ción para adaptarse a la forma del recipiente.

4. La materia y 5115 tra115hmnaclones

• Las partículas de los gases se mueven constante­mente y en cualquier dirección y pueden abando­nar el recipiente si no es hermético. En cambio, las partículas de los sólidos y los líquidos no se separan las unas de las otras y no pueden escapar de un re­cipiente abierto.

7. Al calentarse los neumáticos, aumenta también la tem­peratura de las partículas de aire de su interior. Por este motivo, las partículas se mueven más rápidamente, el número de choques con las paredes crece y, además, estos choques son más energéticos. Así pues, la presión en el interior del neumático aumenta por este doble motivo.

3. ECUACIONES QUÍMICAS

1 8. a) Mn02 + 2 KOH + 2 02 � K2Mn04 + H20

O también:

2 Mn02 + 4KOH + 02 � 2 K2Mn04 + 2 H20

b) 3 N02 + H20 � 2 HN03 + NO

e) 4BF3 + 3 H20 � H3B03 + 3 HBF4

9. a) 2 Fe2+ + Sn4+ � 2 Fe3+ + Sn2+

b) 2Ag+ + Cu � 2 Ag + Cu2+

4. CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS

10. Datos: 15,0 g N�C03

•

Ecuación ajustada:

Na2C03 (aq) + 2 HCl (aq) � � 2 NaCl (aq) + C02 (g) + H20 (l)

Mr (Na2C03) = 2 · 22,99 u + 1 2,01 u + 3 · 16,00 u =

= 105,99 u

M, (C02) = 12,01 u + 2 · 1 6,00 u = 44,01 u

Mr (H20) = 2 · 1 ,008 u + 1 6,00 u = 18,016 u

Calculamos la masa de C02 que se obtiene:

Calculamos la masa de H20 que se obtiene:

Se obtienen 6,23 g de C02 y 2,55 g de H20 .

11 . Datos: 60,0 g NO

Ecuación ajustada:

4NH3 (aq) + 5 02 (g) � 4NO (s) + 6 H20 (1)

a) M, (NO) = 14,01 u + 16,00 u = 30,01 u

Calculamos el volumen de 02 necesario, a 273 K y 1 atm:

60,0 g NO · l mol NO . 5 mol 02 22,4 L 02

30,01 g NO 4 mol NO 1 mol 02

= 55,98 L 02

b) Mr (H20) = 2 · 1 ,008 u + 16,00 u = 18,016 u

Calculamos el volumen de agua producida:

60 O NO . 1 mol NO 6 mol H20

' g 30,01 g NO 4 mol NO

18,016 g H20 = 54 03 H O

1 mol H20 ' g 2

Se necesitan 55,98 L de 02 y se producen 54,03 g de H20.

1 2. Datos: 5,0 g KC103

Ecuación ajustada:

2KC103 (s) � 2KC1 (s) + 3 02 (g)

Mr (KC103) = 39,10 u + 35,45 u + 3 · 16,00 u = 1 22,55 u

Calculamos el volumen de 02 producido a 273 K y 1 atm:

5,0 g KQ03 . 1 mol K003 . 3 mol 02 122,55 g KC103 2 mol KC103

. 22,4 L 02 = l 37 L O

1 mol 02 ' 2

Se producen 1,37 L de 02.

13. Datos: 50,0 L C02 p = 9,86 · 104 Pa

Ecuación ajustada:

t = 25 °C

C3Hs (g) + 5 02 (g) � 3 C02 (g) + 4 H20 (g)

Calculamos el número de moles de C02 obtenidos a partir de la ecuación de estado:

T = 25 + 273 = 298 K

V = 50 L = 5 · 10--4m3

p V = n R T � n = p V R T

n = 9,86·10

4Pa} · 10--4m

3 = 1, 99 mol C02

8,31 Pa · m

· 298 K K ·mol

Calculamos la masa de propano que debe quemarse para producir 1 ,99 mol de C02:

Mr (C3H8) = 3 · 12,01 u + 8 · l ,008 u = 44, 094 u

1,98 mol C02 . 1 mol C3Hs . 44,094 g C3Hs =

3 mol C02 1 mol C3H8

= 29,10 g C3H8

Deberán quemarse 29,25 g de C3H8.

14. Datos: 100,0 g N02 p = 0,987 atm t = 20 °C

Ecuación ajustada: N2 (g) + 2 02 (g) � 2 N02 (g)

Calculamos primero los moles de N2 necesarios:

M, (N02 ) = 14,01 + 2 · 16,00 u = 46,01 u

l mol NO l mol N 100,0 g N02 ·

2 ·

2 = l,09 mol N2

46,01 g N02 2 mol N02

Calculamos el volumen que ocupan los 1,09 mol de N2 necesarios aplicando la ecuación de estado:

T = 20 + 273 = 293 K

n R T p V = n R T::::}V = --

p

atm · L 1,09 mol · 0, 082 --- · 293 K

V = K . mol = 26 53 L N 0,987 atm ' 2

Se necesitan 26,53 L de N2.

15. Datos: % (HN03) = 33,50 % ::::} % (H20) = 66,50 %

d = 1 ,200 g · mL-1

Calculamos los moles de cada componente en 100 g de disolución:

M, (HN03) = l,008 u + 14,01 u+ 3 · 16,00 u=63,018 u

M, (H20) = 2 · 1 ,008 u+ 16,00 u= 18,016 u

( O ) loo disol . , 33,50 g HN03

n HN 3 = g UC!On · · 100 g disolución

1 mol HNOg = O 532 mol HNO

63,018 g HN03 ' 3

n (H20) = 100 g disolución · 66•50 g H20

100 g disolución

1 mol H O - - --

2-- = 3,691 mol H20

18,016 g H20

Calculamos el volumen de 100 g de disolución a partir de la densidad:

m m lOO g d = -::::} V = - = = 83,33 mL

V d 1, 200 g · mL-1

Calculamos la molaridad, la molalidad y la fracción molar del HN03:

M =mol componente

= 0,532 mol HN03

L disolución 83,33 mL disolución

l OOO mL

= 6, 384 mol · L-1 l L

_mol componente _ 0, 532 mol HN03 1 000 g _ m- - · ----

kg disolvente 66,50 g H20 1 kg

= 8, 000 mol · L-1

X (HNOg) = n (HN03 )

= n (HN03 )

nT n (HN03 ) + n (H20)

X (HN03 ) = 0, 532 mol

= 0,126 0,532 mol + 3,691 mol

La disolución es 6,384 M, o bien, 8,000 m. La fracción molar del HN03 es 0,126.

1 6. Datos: % (NiS04) = 6 % d = 1 ,06 g · mL-1

Calculamos la molaridad:

M, (NiS04 ) = 58,69 u + 32,07 u+ 4 · 16,00 u=154,76 u

M = mol componente . 6 g NiSO 4

L disolución 100 g disolución

1 mol NiS04 . 1,06 g disol . 1 000 mL = 0 41 M

154, 76 g NiS04 1 mL 1 L '

La disolución es 0,41 M.

1 7. Datos: M1 = 2,0 mol · L-1 V2 = 150 mL

M2 = 0,8 mol · L-1

Teniendo en cuenta que el número de moles de NaOH no varía de una disolución a otra, calculamos el volu­men de la nueva disolución:

V1 · M1 = V2 · M2

V1 = V2 · M2

= 150 mL · 0, 8 mol · L-1

= 60 mL M1 2, 0 mol · L-1

Se necesita un volumen de 60 mL.

18. Datos: V = 50,0 mL d = 1 ,1 kg/L

Riqueza: 15% en masa

La riqueza nos indica que en 100 mL de disolución hay 15 g de ácido sulfúrico.

M, (H2S04) = 2 · 1,008 u + 32,07 u + 4 · 16,00 u =

= 98,086 u

M, (Na2S04) = 2 · 22,99 u + 32,07 u + 4 · 16,00 u =

= 142,05 u

Formulamos y ajustamos la ecuación correspondiente:

H2S04 (aq) + 2 NaOH (aq) � � N�S04 (aq) + 2 H20 (l)

Procedemos de la manera habitual, con factores de conversión.

O 0050 L dis. H SO . 1 100 g dis. H2SO 4 ' 2 4

1 L dis. H2S04

15 g H2S04 . 1 mol H2S04 1 mol Na2S04

100 g dis. H2S04 98,086 g H2S04 1 mol H2S04

142,05 g Na2S04 = 1 1 95 Na SO

1 mol Na2S04 ' g 2 4

Se obtendrán 11,95 g de Na2S04.

19. Datos: V = 40,0 mL d 1,09 g/mL

Riqueza: 18 % (masa)

M, (HCI) = 1,008 u + 35,45 u = 36,458 u

La reacción ajustada es:

Zn (s) + 2 HCl (aq) � ZnC12 (aq) + H2 (g)

Utilizando los factores de conversión:

4. La materia y 5115 tra115hmnaclones

O 0040 L dis. HCl . 1 090 g dis. HCI

. 18 g HCI

' 1 L dis. HCI 100 g dis. HCI

1 mol HCI . 1 mol H2 22,4 L H2 = 2 41 L H

36,458 g HCI 2 mol HCI 1 mol H ' 2

Se obtendrán 2,41 L de hidrógeno.

20. Datos: 20,0 g Zn del 85 % de pureza

Ecuación ajustada:

Zn (s) + 2 HCl (aq) � ZnC12 (aq) + H2 (g)

Calculamos el volumen de H2 (g) que se obtiene a 273 K y 1 aun:

Ar (Zn) = 65,38 u

20 O Z . 85 g Zn puro 1 mol Zn

, g n rrnpuro · 100 g Zn impuro 65,38 g Zn

. 1 mol H2 . 22,4 L H2 = 5 82 L H

1 mol Zn 1 mol H2 ' 2

Se obtendrán 5,82 L de H2 a 273 K y 1 aun.

21 . Datos: Aire: 21 % 02 100,0 g C.J110

Ecuación ajustada:

13 C4H10 (g) + 2 02 (g) � 4 C02 (g) + 5 H20 (g)

Calculamos el volumen de 02 (g) necesario, medido a 273 K y 1 aun:

Mr (C4H10) = 4 · 12,01 u + 10 · 1 ,008 u= 58,12 u

13 2 mol 02 100 O C H . 1 mol C4H10

' g 4 10 58 12 C H ' g 4 10

22' 4 L 02 = 250, 52 L O

1 mol 02 2

1 mol C4H10

Calculamos el volumen de aire necesario para conte­ner 250,52 L de 02:

V (aire) = 250,52 L 02 · lOO L aire

= 1 192,95 L aire 21 L 02

Se necesitan 1 192,95 L de aire.

22. Datos: 6,5 g NaHC03 impurezas de N�S04

0,80 L C02 p = 1 ,013 · 10 5 Pa t = 22 °C

Ecuación ajustada:

NaHC03 (s) � C02 (g) + NaOH (s)

Calculamos el número de moles de C02 obtenidos uti­lizando la ecuación de estado:

T = 22 + 273 = 295 K

V = 0,80 L = 0,8 ·10-3

m3

p V = n R T::::} n = p V R T

n = 1,013 · 10 5 Pa .?·8 · 10 -

3m

3 = 3,31 · 10-

2 mol C02

8,31 Pa · m

· 295 K K · mol

Calculamos la masa inicial de NaHC03 a partir del C02 obtenido en la reacción:

Mr (NaHC03 ) = 22,99 u+ 1 ,008 u+ 12,01 u+

+ 3 . 16,00 u= 84,008 u

3,31 · 10 -2

mol CO . 1 mol NaHC03 2

1 mol C02

84,008 g NaHC03 = 2 78 NaHCO

1 mol NaHC03 ' g 3

Calculamos el porcentaje de NaHC03 presente en la muestra:

% NaHCOg = masa NaHC03

· lOO = 2, 78 g

· lOO = masa muestra 6, 5 g

= 42, 77 % El porcentaje d e riqueza de NaHC03 e n la muestra es el 42,77%.

23. Datos: 5,0 g aleación Cu y Zn

p = 9,99 · 104 Pa

Ecuación ajustada:

0,324 L H2

t = 20 ºC

Zn (s) + H2S04 (aq) � H2 (g) + ZnS04 (aq) Calculamos el número de moles de H2 que se han des­prendido utilizando la ecuación de estado:

T = 20 + 273 = 293 K

V = 0,324 L = 0, 324 -10 -3

m3

p V = n R T::::}n = p V R T

9, 99 · 104

Pa · 0,324 · 10-3

m3

_ 1 33 . 10 _2 1 n = 3 - , mo H2

8,31 Pa·m

· 293 K K · mol

Calculamos la masa de Zn que debe haber reacciona­do para obtener el H2 desprendido:

Ar (Zn) = 65,38 u

1 33 -10 -2

mol H · 1 mol Zn

· 65 •38 g Zn

= O 87 g Zn ' 2 1 mol H2 1 mol Zn

'

Con este dato, calculamos la masa de cobre que había en la aleación inicial:

m (Cu) = m (aleación) - m (Zn)

m (Cu) = 5,0 g - 0,87 g = 4,13 g Cu

Calculamos el porcentaje de Cu en la aleación:

% Cu = 4•13 g Cu

· 100 = 82, 6 % 5,0 g

El porcentaje en cobre es el 82,6%.

24. Datos: 7,6 g Fe 9,5 g s

Ecuación ajustada: Fe (s) + S (s) � FeS (s)

Calculamos el número de moles iniciales de cada reac­tivo:

Ar (Fe) = 55,85 u

1 mol Fe n (Fe) = 7,6 g Fe · = 0,14 mol Fe

55,85 g Fe

A,(S) = 32,07 u 1 mol S n (S) = 9,5 g S ·

7 = 0,30 mol de S

32,0 g s

Según la estequiometría de la reacción, para que reac­cionen 0,14 mol de Fe se necesitan:

1 mol S 0,14 mol Fe· = 0,14 mol S

1 mol Fe

Como disponemos de 0,30 mol S, el reactivo limitante es el Fe. Calculamos, pues, la masa de FeS que se obtendrá tomando como referencia la cantidad inicial de Fe:

Mr (FeS) = 55,85 u+ 32,07 u= 87,92 u

O,l4 mol Fe. 1 mol FeS . 87,92 g FeS

= ll,96 g FeS 1 mol Fe 1 mol FeS

Calculamos la masa de S que reaccionará con el reacti­vo limitante:

0,14 mol Fe· 1 mol S · 32•07 g S

= 4,36 g S 1 mol Fe 1 mol S

Calculamos el exceso de S por diferencia con la masa total de S presente:

9,5 g s - 4,36 g s = 5,14 g s

Se pueden obtener 11,96 g de FeS y quedará un exce­so de 5,14 g de S sin reaccionar.

25. Datos: 0,67 gNO

Ecuación ajustada: 03 +NO � 02 + N02

Calculamos el número de moles de cada reactivo:

Mr (03) = 3·16,00 u = 48,00 u

n (O ) =O 74 O · 1 mol 03 = 1,54 -10-2 mol 03 3 ' g 3

48,00 g 03

M.(NO) = 14,01 u+16,00 u= 30,01 u

n (NO) = O 67 NO · l mol NO = ' g 30,01 g NO

= 2,23 -10-2 mol NO

Según la estequiometría de la reacción, para que reac­cionen 1,54 · 10-2 mol 03 se necesitan:

1 54 · 10-2

mol 03 · 1 mol NO

= 1 54 · 10-2 mol NO ' 1 mol 03 '

Como disponemos de 2,23 · 10-2 mol NO, el reactivo li­mitante es el 03. Calculamos, pues, la masa de N02 que se produce tomando como referencia la cantidad ini­cial de 03:

Mr (N02) = 14,01+2·16,00 u= 46,01 u 2 1 mol N02 46,01 g N02 1,54·10- mol 03 ·---�

1 mol 03 1 mol N02 = 0,71 g N02

Se producen 0,71 g de N02.

6. REACCIONES SIMULTÁNEAS Y REACCIONES CONSECUTIVAS

26. Datos: 1,0 g H2 2,12 g NH8

Ecuación ajustada: 3 H2 (g) + 2N2 (g) � 2NH3 (g)

Calculamos primero la masa teórica de NH3 que debe­ría obtenerse a partir de 1,0 g de H2.

M,(H2) = 2 · 1,008 = 2,016 u

Mr(NH3) = 14,01+3·1,008=17,034 u

l,O g H2. lmol H2 2 molNH3_17,034 gNH3 =

2,018 g H2 3 mol H2 1 mol NH3

= 5,63 g NH3

Calculamos el rendimiento de la reacción:

Rend. = mrea1 · 100 =

2•12 g NH3 · 100 = 37, 7 % mteor 5,63 g NH3

El rendimiento de la reacción es del 37,7%.

27. Datos: 100,0 g NaCl al 90 % 20 L HCl (g)

Ecuación ajustada:

2NaCl (s) + H2S04 (aq) � Na2S04 (aq) + 2 HC1 (g)

Calculamos primero el volumen de HCl que se obten­dría a 273 K y 1 atrn:

Mr(NaCl) = 22,99 u+ 35,45 u= 58,44 u

100 0 N C l. . 90 gNaCl . lmolNaCl '

g a unp 100 g NaCliinpur 58,44 g NaCl

2 mol HCl 22,4 L HCl = 34,50 L HCl

2 mol NaCl 1 mol HCl

Calculamos el rendimiento de la reacción sabiendo que se obtuvieron 20,0 L HCl:

Rend. = V rea! · 100 =

20,0 L HCl · 100 = 58 %

Vt.eor 34,50 L HCl

Pueden obtenerse teóricamente 34,50 L de HCl, aun­que el rendimiento de la reacción es del 58 %.

28. Datos: 114,0 g Al

p = 9,89 · 104 Pa

Ecuación ajustada:

Rendimiento 85 %

t = 22 ºC

2Al (s) + 6 HC1(aq) � 2A1Cl3 (aq) + 3 H2 (g)

Calculamos los moles de H2 (g) que se obtienen te­niendo en cuenta el rendimiento de la reacción:

Ar (Al) = 26, 98 u

114 O Al . 1 mol Al . 3 mol H2 . � = 5 39 mol H ' g 26, 98 g Al 2 mol Al 100 ' 2

Calculamos el volumen que ocupan los 5,39 mol de H2 obtenidos utilizando la ecuación de estado:

T = 22 + 273 = 295 K

nRT pV=nRT�V=-­

p

4. La materia y 5115 tra115hmnaclones

Pa·m3

5,39 mol·8,31 --·295 K V = K · mol = O 1336 m 3

= 9,89·104 atm '

= 133,6 L H2

Se obtienen 133,6 L de H2.

29. Datos: 38,0 g KCl03 Rendimiento: 90 %

t=25°C p = 9,99 · 104 Pa Ecuación ajustada:

2 KCl03 (s) � 3 02 (g) + 2 KCl (s) Calculamos los moles de 02 (g) que se obtienen te­niendo en cuenta el rendimiento de la reacción:

Mr (KCl03) = 39,10 u+ 35,45 u+3·16,00 u=122,55 u

38 0 KClO . 1 mol KCl03 3 mol 02 '

g 3 122,55 g KCl03 2 mol KCl03

90 -100

= 0,42 mol 02

Calculamos el volumen que ocupan los 0,42 mol 02 re­cogidos utilizando la ecuación de estado:

T=25+273=298 K nRT

pV =nRT::::}V =--p

Pa·m3

0,42 mol· 8,31 ---·298 K V = K ·mol = O 01041 m3

= 9, 99 · 104 Pa '

= 10,41 L 02

Pueden recogerse 10,41 L de oxígeno.

30. Datos: 4,00 g KCl03 y KCl04 2,40 g KCl

11

Ecuaciones ajustadas:

2KC103 (s) � 2 KCl (s) + 3 02 (g)

KC104 (s) � KCl (s) + 2 02 (g)

Llamamos x e y, respectivamente, a las masas de KCl03 y KCl04 presentes en la mezcla inicial.

De manera que: x +y = 4,00

Calculamos la masa de KCl que se obtiene a partir de la descomposición de cada compuesto:

Mr (KCl03) = 39,10 u+ 35,45 u+ 3·16,00 u=122,55 u

Mr (KCl04) = 39,10 u+ 35,45 u+ 4·16,00 u=138,55 u

M,(KCl) = 39,10 u+ 35,45 u= 74,55 u

v.ClO 1 mol KCl03 2 mol KCl X g -"" 3 . .

122,55 g KCl03 2 mol KCl03

74,55 g KCI =O 608. x KCl

1 mol KCl ' g

v·cio 1 mol KClO 4 1 mol KCl y g -"" 4

. . 138,55 g KCl04 1 mol KCl04

74,55 g KCI =O 538. KCl

1 mol KCl ' y g

De manera que: 0,608 · x + 0,538 · y= 2,40

Con las dos ecuaciones formamos el sistema:

{x+y=4,00 0,608 ·X+ 0,538 ·y= 2,40

1 · {X= 3 543 cuyas so uc10nes son: ' y= 0,457

Por tanto, la mezcla está formada por 3,543 g de KCl03 y 0,457 g de KCl04.

Con estos datos, calculamos el porcentaje de cada compuesto en la mezcla inicial:

% KCl03 = m (KCl03) · 100 =

3,543 g · 100 = mT 4,0 g

= 88,58 % KCl03

% KCl04 = m (KCI04) · 100 =

0,457 g · 100 = mT 4,0 g

= 11,43 % KCl04

La mezcla está formada por el 88,58 % de KC103 y el 11,43% de KC104.

31. Datos: 0,156 g Al y Zn

p = 9,66 · 104 Pa

Ecuaciones ajustadas:

0,114 L H2

t= 27 °C

2Al (s) + 3 H2S04 (aq) � Al2 (S04)g (aq) + 3 H2 (g)

Zn (s) + H2S04 (aq) � ZnS04 (aq) + H2 (g)

Calculamos el número total de moles de H2(g) obteni­dos, utilizando la ecuación de estado:

T=27+273=300 K

V= 0,114L=1,14·10-4m3

pV=nRT::::}n= pV RT

n = 9,66·104 Pa·1

�14·10-4 m

3 = 4,42·10-3

mol H2 8 31

Pa . m · 300 K ' K·mol

Llamamos x e y, respectivamente, a las masas de Al y Zn presentes en la mezcla inicial.

De manera que: x +y= 0,156

Calculamos el número de moles de H2 que se despren­den en cada reacción:

A,(Al) = 26, 98 u Ar (Zn) = 65,38 u

1 mol Al 3 mol H2 2 x g Al · · 5, 56 · 10- x mol H2 26,98 g Al 2 mol Al

Z 1 mol Zn 1 mol H2 _ 1 53 10_2

1 H y g n· · , · y mo 2 65,38 g Zn 1 mol Zn

De manera que: 5,56 · 10-2 x + 1,53 · 10-2 y= 4,40 · 10-3

Con las dos ecuaciones formamos el sistema:

{X+ y= 0,156

5,56·10-2

X+1,53·10-2y=4,42·10-

3

L 1 . d l . {X= 0,050 as so uciones e sistema son: y= 0,106

Por tanto, la mezcla está formada por 0,050 g de Al y 0,106 g de Zn.

Con estos datos calculamos el porcentaje de cada me­tal en la mezcla inicial:

% Al= m (Al)

· 100 = 0,050 g · 100 = 32,05 %

mT 0,156 g

% Zn = m (Zn)

· 100 = 0•106 g ·100 = 67,95 %

mT 0,156 g

La muestra está formada por un 32,05 % de Al y un 67 ,95 % de Zn.

32. Datos: Rendimiento: 65 %

Ecuaciones ajustadas:

Ca3 (P04 h � 3 CaO + P205

P205 + 5 C � 2 P + 5 CO

Calculamos la masa de P que puede obtenerse tenien­do en cuenta el rendimiento del proceso:

Mr [ Ca3(P04h] = 3 · 40,08 u+ 2 · 30,97 u+ + 8 . 16,00 u= 310,18 u

Mr(P) = 30,97 u

2 000 g Ca3(P04 )2 . 1 mol Ca3(�04)2 310,18 g Ca3 P04)2

1 mol P205 2 mol P 30,97 g P 1 mol Ca3(P04)2 1 mol P205 1 mol P

. 65 g

=259 60 p lOO g '

g

Pueden obtenerse 259,60 g de fósforo.

33. Respuesta sugerida:

(Datos de Radiografia y perspectivas del sector químico espa­ñol, FEIQUE, octubre 2008.)

En 2007, el valor de la producción de la industria quí­mica española fue de 40 062 millones de euros, con un crecimiento del 3,8 % respecto a 2006. El sector acu­muló un crecimiento del 38 % desde 2000, siendo Es­paña el país europeo con mayor crecimiento entre los grandes productores.

El volumen de ventas de la industria química en 2006 fue de 47 138 millones de euros, el 10 % del total de la cifra de negocios del conjunto de la industria españo­la, que alcanzó los 484000 millones de euros. Fue el cuarto mayor sector industrial, tras alimentación, bebi­das y tabaco (18 % del total), metalurgia y productos metálicos (16 %), y material de transporte (15 %).

La industria química española se encuentra principal­mente en Cataluña, comunidad donde se genera casi la mitad de la producción ( 46%). Junto a Madrid (13 % ) ,

Valencia (8 % ) , Andalucía (7 % ) y País Vasco ( 4 % ) , las cinco comunidades agrupan casi el 80% del total de la producción química española.

Las principales zonas de implantación de industria quí­mica en España son Tarragona y Huelva. Otras áreas importantes son: Barcelona, Vizcaya, Puertollano, As­turias, Cantabria, Madrid, Algeciras, Valencia, Caste­llón, Cartagena y otras zonas de Aragón.

Según datos de 2007, la química básica representa el 40,5 % del sector. La química de la salud representa un 25,8 %, y la química para la industria y el consumo final totaliza un 33,7 %.

Por subsectores, los mayores porcentajes correspon­den a: producción de materias primas de plástico y caucho (17,4 %), especialidadesfannacéuticas (17,0 %), química orgánica (11,5%), pinturas y tintas (9,6 %), detergentes y productos de limpieza (8,8 % ) .

34. Para buscar información puede recurrirse a un atlas de economía.

Las zonas donde se concentran las principales indus­trias de este tipo son: Tarragona, Castellón, Puertolla­no y Algeciras.

35. Por cemento se entiende aquel material de construc­ción pulverulento que, mezclado con agua, forma una masa plástica capaz de endurecer en contacto con el aire o con el agua, adquiriendo en un tiempo relativa­mente breve una buena resistencia a la compresión.

• Cl,asificación de los tipos de cemento

Una posible clasificación divide los cementos en:

- Cementos naturales.

- Cementos artificiales: Portland (de 5 tipos), Por-tland de alto horno o siderúrgicos, puzolánico, aluminoso, especiales .

Otra clasificación atiende a la calidad y pureza de su composición, así como a sus propiedades mecánicas:

- Cementos corrientes.

- Supercementos.

• Materias primas

El material común que se utiliza para la fabricación del cemento es: sílice, calcita, dolomita, óxido de hierro, limonita y anhidrita. Se obtiene de diferen­tes tipos de rocas.

• El cemento natural es el que se obtiene de rocas naturales en las que existe caliza y arcilla en más del 30 %.

• Las materias primas básicas para la fabricación de Portland son: caliza CaO, sílice Si02, alúmina Al203, óxido de hierro Fe203.

• Fabricación del Portl,and

Las materias primas seleccionadas se muelen y se mezclan en las proporciones adecuadas. La mezcla pasa a un horno rotatorio de 1 400 º C a 1 650 º C. En este proceso la mezcla se convierte químicamente en un cemento endurecido llamado clinker. Seguida­mente, se enfría y se pulveriza.

En caso de querer obtener hormigón, se adiciona una pequeña cantidad de yeso: CaS04 • 2 H20.

4. La materia y 5115 tra115hmnaclones

La composición química una vez formado el cemen­to es: silicato tri.cálcico 3 CaO · Si02, silicato dicálcico 2 CaO · Si02, aluminato tri.cálcico 3 Ca0-Al203, alu­minoferrito de tetracalcio 4 CaO · AI203 · Fe203.

• Aplicaciones

Según la proporción en que se encuentren los cuatro componentes anteriores, se obtienen diferentes tipos de cemento.

- Tipo l. Características: elevado calor de hidrata­ción. Usos: usos generales, aceras, edificios, puen­tes, alcantarillas, tanques y embalses.

- Tipo 11. Características: moderado calor de hidra­tación y resistencia al sulfato.Usos: estructuras de desagüe, paredes de retención.

- Tipo 111. Características: toma resistencia en poco tiempo. Usos: cuando hay que eliminar rápida­mente el encofrado.

- Tipo IV. Características: bajo calor de hidratación. Usos: presas de gran pesadez.

- Tipo V. Característica: sulfatorresistente. Usos: hormigón expuesto a suelos y aguas residuales.

• Impacto ambiental

Los principales problemas de la industria del cemen­to son la contaminación atmosférica provocada por la emisión de polvo de las chimeneas de las fábricas y la contaminación del ambiente en que trabajan los obreros.

• Localización de alguna fábrica

La localización de la industria del cemento está liga­da a la existencia de macizos de roca calcárea, la exi­gencia de combustible y la proximidad a grandes centros de consumo.

RESOLUCIÓN DE EJERCICIOS Y PROBLEMAS

36. Datos: Disol NH3 18 % (".f J d = O, 93 g · mL-1

30,0 g (NH4hS04

Ecuación ajustada:

2 NH3 (aq) + H2S04 (aq) � (NH4)2S04 (aq) M, [ (NH4)2 S04] = 2 · 14,01 u + 8 · 1,008 u + 32,07 u +

+ 4 · 16,00 u = 132,154 u

M, (NH3) = 14,01 u + 3 · 1,008 u = 1 7,034 u

30 O (NH ) SO . 1 mol (NH4)2S04 ' g 4 2 4

132,154 g (NH4)2 S04

2 mol NH3 1 7,034 g NH3 100 g dis

1 mol (NH4)2 S04 1 mol NH3 18 g NH3

1 mol dis 46 20 mL disol · ' = , UCIOn

0, 93 g dis Hacen falta 46,20 mL de disolución.

37. Datos: AgN03 0,1 M

0,718 g AgCl

100 mL dis NaCl

•

Ecuación ajustada:

Ag N03 (aq) + NaCl (aq) � AgCl (s) + NaN03 (aq)

Como tenemos exceso de AgN03, el reactivo limitan­te es el NaCl. De manera que todo el AgCl formado procede de la disolución de NaCl.

Calculamos los moles NaCl que han reaccionado:

Mr (AgCl) = 107,9 u + 35, 45 u = 143,35 u

O, 718 g AgCl . 1 mol AgCl . 1 mol NaQ

= 143, 55 g AgCl 1 mol AgCl

= 5,0 ·10 -3

mol NaCl

Conocidos el número de moles y el volumen, pode­mos calcular la molaridad:

M (NaCl) = 5,0 · 10-

3 mol NaQ . 1 mL dis

= 0 05 mol

100 mL dis 1 L dis '

L

La disolución es 0,05 M.

38. Datos: 6,0 g Al

Ecuación ajustada:

a) Calculamos los moles de cada reactivo:

Ar (Al) = 26, 98 u

6 O Al · 1 mol Al

= O 22 mol Al ' g 26, 98 g Al

'

l L dis 50 mL dis H2S04 · -

1-0-0-0

-mL--

dis-.

Según la estequiometría de la reacción, para que reaccionen 0,03 mol de H2S04 se necesitan:

2 mol Al 0,03 mol H2S04 · = 0,02 mol Al

3 mol H2S04

Como disponemos de 0,22 mol Al, el reactivo limi­tante es el H2S04•

b) Calculamos el volumen de H2 medido a 273 K y 1 atm a partir del H2S04:

0,03 mol H2S04 . 3 mol H2 22,4 L H2 =

3 mol H2SO 4 1 mol H2

= 0, 672 L H2

Calculamos la masa de Al2 (S04)g partiendo tam­bién del H2S04:

M, [Al2(S04 )g] = 2 · 26, 98 u+ 3 · 32,07 + 12 · 16,00 =

= 342,17 u

0 05 L dis H SO . 0,6 mol H2S04 . 1 mol Al2 (S04)3 ' 2 4

l L dis 3 mol H2S04

. 342,17 g � (S04)g

= 3 42 Al (SO ) l mol Al (SO )

' g 2 4 3 2 4 3

Se formarán 0,672 L de H2, medidos a 273 K y 1 atm, y 3,42 g de Al2(S04) g .

39. Datos: 20,0 g NaCl comercial dis H2S04 70,82 % (".fJ d = 1,62 g · mL-1 6,0 L HCI p = 0,987 atm t = 18 ºC

Ecuación ajustada: 2 NaCl (s) + H�04 (aq) -4 Na2S04 (aq) + 2 HC1 (g)

Calculamos el número de moles de HCl utilizando la ecuación de estado:

T = 18+ 273 = 291 K

pV=nRT� n= pV RT

n = 0,987 atm. 6,0 L = 0,25 mol HCI 0,082· atm·L ·291K

K·mol Calculamos la masa de NaCl puro que debe reaccionar para producir 0,25 mol HCI.

0,25 mol HCI. 2 mol NaCl . 58,44 g NaCl 2 mol HCI 1 mol NaCl

= 14,61 g NaCl

Calculamos la pureza del NaCl comercial:

Pureza= m (NaCl) · 100 = 14'61 g · 100 = 73,05 % mT 20,0 g

A partir del HCI obtenido, calculamos el volumen de la disolución de H�04 consumido:

M.(H2S04) = 2 · l,008 u+ 32,07 u+4·16,00 u= = 98,086 u

5 1 mol H2S04 98,086 g H2S04 0,2 mol HCI · · --����

2 mol HCI 1 mol H2SO 4 100 g dis . 1 mL dis = 10 69 mL

70,82 g H2S04 1,62 g dis '

La pureza de la muestra es del 73,05 % y el volumen de disolución de H�04 consumido es de 10,69 mL

40. Datos: 2,50 g CaC03 p = 9,86 · 104 Pa t = 25 °C dis HCI 16 % ('iJ d = 1,170 g · mL-1

Ecuación ajustada:

CaC03 (s) + 2 HC1 (aq) -4 CaCl2 (aq) + C02 (g) + H20 (1) a) Calculamos el número de moles de C02 obtenidos:

Mr(CaC03) = 40,08 u+12,01 u+3·16,00 u= = 100,09 u

2 50 CaCO . 1 mol CaC03 1 mol C02 = ' g 3 100, 09 g CaC03 1 mol CaC03

= 2,50·10-2 mol C02

Calculamos el volumen que ocupan los 2,50 · 10-2 mol C02 a partir de la ecuación de estado:

T = 25+273 = 298 K nRT pV=nRT�V=-­

p

2 Pa ·ms 2,50·10- mol· 8,31 · --· 298 K V= K·mol

9,86·104 Pa

= 6,3·10-4m3 = 0,63 L C02

Se obtienen 0,63 L de C02.

b) Calculamos el volumen de la disolución de HCl ne­cesario para que reaccione totalmente el CaC03:

Mr (HCl) = 1,008 u+ 35,45 u= 36,458 u

2,50 g CaCOs . 1 mol CaC03 . 2 mol HCI 100,09 g CaC03 1 mol CaC03

36,458 g HCI . 100 g disol 1 mL disol 1 mol HCI 16 g HCI 1,170 g disol

= 9, 73 mL disol El volumen de HCI necesario es 9, 73 mL.

EJERCICIOS Y PROBLEMAS

41. Un clavo de hierro se encuentra en estado sólido y, se­gún la teoría cinético-molecular, los átomos de hierro ejercen entre ellos fuerzas atractivas de gran intensi­dad, de modo que su movilidad es prácticamente nula. Fonnarán una estructura rígida y compacta, donde el espacio entre los átomos será muy pequeño. Estructura de un sólido metálico.

En el caso del aceite, tenemos un líquido que, sin tener una forma fija, se adapta a la forma del reci­piente porque las fuerzas de atracción entre las moléculas que lo forman son de una intensidad moderada y ello les permite cierto grado de movi­lidad. Además, la energía cinética de sus molécu­las será mayor que en un sólido. Las partículas se mueven deslizándose unas sobre otras, y el espacio entre ellas aún es pequeño com­parado con su tamaño.

4. La nmterla y sus tnlnsformadones

En el caso del gas hidrógeno, las fuerzas atractivas entre sus átomos prácticamente no existen, y la dis­tancia entre ellas es muy grande comparada con su tamaño. Los átomos tienen, pues, total libertad para moverse dentro del recipiente.

42. Estado líquido Estado gaseoso

1 43. a) K 2Mn04 + 2 Cl2 � KMn04 + KCl

O también: 2 K2Mn04 + Cl2 � 2 KMn04 + 2 KCI

b) 6HC1+Al203�2A1Cl3 + 3H20

5 e) 2 NH3 + 2 02 � 2 NO + 3 H20

O también:

d) 3H2S04 + 2Al � Al2 (S04h + 3H2

e) Cu+ 4HN03 �Cu (N03h + 2 N02 + 2H20

44. Datos:

11

Ecuación ajustada:

Fe2 (SO 4 h + 6 NaOH � 2 Fe(OH)3 + 3 Na2SO 4 Mr [Fe2(S04 )3] = 2 · 55,85 u+ 3 · 32,07 u+

+ 12·16,00 u= 399,91 u Mr [Fe(OH)3] = 55,85 u+3·16,00 u+33·1,008 u=

= 106,87 u 1 mol Fe (SO )

m [Fe(OH)3] = 34,0 g Fe2 (S04 )3. 2 4 3 399,91 g Fe2(S04h

2 mol Fe (OH)3 . 106,87 g Fe (OH)3 18,17 g Fe (OH)3 1 mol Fe2 (S04 )3 1 mol Fe (OH)3

Se producen 18,17 g de Fe (OH)g.

45. Datos: 10,0 g Fes 273Ky1 atm

Ecuación ajustada:

2HC1 (aq) + FeS (aq) � FeC12 (aq) + H2S (g)

Calculamos el volumen de H2S que se obtendrá a 1 atmy273 K:

Mr(FeS) = 55,85 u+ 32,07 u= 87,92 u 1 mol FeS 1 mol H2S 22,4 L H2S

lO O g FeS· · ·--�� ' 87, 92 g FeS 1 mol FeS 1 mol H2S = 2,55 L de H2S

Se obtendrán 2,55 L de H2S.

46. Datos: 4,0 gAl 273Ky1 atm

Ecuación ajustada: 2Al (s) + 6HC1 (aq) �2A1Cl3 (aq) + 3H2 (g)

Calculamos el volumen de H2 que se obtiene a 273 K y 1 atm:

Ar (Al) = 26, 98 u 1 mol Al 3 mol H2 22,4 L H2 4,0 g Al· . . =

26,98 g Al 2 mol Al 1 mol H2 = 4,98 L H2

Se obtienen 4,98 L de H2.

47. Datos: V= 100,0 L C02 p = 9,86 · 104 Pa t = 25 °C Ecuación ajustada:

13 C4H10 (g) + 2 02 (g) � 4 C02 (g) + 5 H20 (g)

Calculamos el número de moles de C02 que se han obtenido utilizando la ecuación de estado:

T = 25 + 273 = 298 K

V= 100,0 L = O,lm3

pV=nRT�n=pV

RT

9,86·104

Pa · 0,1 m3

n = 3,98 mol C02 8,31

Pa·m3

·298 K K ·mol

Calculamos la masa de butano que debe quemarse para obtener 3,98 mol de C02:

Mr (C4H10) = 4·12,01 u+ 10 · l,008 u = 58,12 u

3 98 mol CO . 1 mol C4H10 . 58,12 g C4H10 ' 2

4 mol C02 1 mol C4H10 = 57,83 g C4H10

Deben quemarse 57 ,83 g de butano.

48. Datos: 15,0 g Zn p = 9,99 · 104 Pa

Ecuación ajustada:

t= 25 °C

Zn (s) + 2 HCl (aq) � ZnC12 (aq) + H2 (g)

Calculamos los moles de H2 que pueden obtenerse:

A.(Zn) = 65,38 u

15,0 g Zn· 1 mol Zn . 1 mol H2 = 0,23 mol H

65,38 g Zn 1 mol Zn 2

Calculamos el volumen que ocupan los 0,23 mol de H2 obtenidos utilizando la ecuación de estado:

T = 25 + 273 = 298 K nRT p V =nRT� V=-­

p Pa·m3

0,23 mol· 8,31 ---· 298 K V= K ·mol

9,99-104 Pa

= 0,00570 m3 = 5, 70 L H2

Se pueden obtener 5,70 L de H2.

49. Datos: 200,0 g NO Ecuación ajustada:

p = 2,0 atm t=300°C

4 NH3 (g) + 5 02 (g) � 4 NO (g) + 6H20 (g) Calculamos el número de moles de 02 necesarios para obtener 200,0 g de NO:

Mr(NO) = 14,01 u+16,00 u= 30,01 u

200 0 NO . 1 mol NO . 5 mol 02 _ ' g

30,01 g NO 4 mol NO - 8'33 mol 02

Calculamos el volumen que ocupan los 8,33 mol de 02 utilizando la ecuación de estado:

T = 300 + 273 = 573 K nRT p V =nRT� V=--

p atm·L 8,33 mol· 0,082 ---· 573 K

V = K . mol = 195, 70 L 02 2,0 atm

Se necesitan 195,70 L de 02.

50. Datos: 3,2 g (NH4hC03 p = 9,6 · 104 Pa

Ecuación ajustada:

Rendimiento 80 % t=43°C

(NH4hC03 (aq) + 2 NaOH (aq) �

� Na2C03 (aq) + 2 NH3 (g) + 2H20 (1) Calculamos los moles de NH3 que se obtendrán tenien­do en cuenta el rendimiento de la reacción:

Mr [(NH4)2C03] = 2·14,01 u+8·1,008 u+ + 12,01 u+3·16,00 u= 96,094 u

3,2 g (NH4)2C03 . 1 mol (NH4)2C03 96,094 g (NH4)2C03

2 mol NH3 80 _ _2 1 mol (NH4)2C03

. 100 - 5,33·10 mol NH3

Calculamos el volumen que ocupan los 5,33 . 10-2 mol de NH3 aplicando la ecuación de estado:

T = 43 + 273 = 316 K nRT pV=nRT�V=-­

p

Pa·m3 5,33 -10-2 mol· 8,31 ---· 316 K

V = K·mol 9,6·104 Pa

= 0,00146 m3 = 1,46 L NH3

Se producirán 1,46 L de NH3.

51. Datos: 0,756 g NaCl y NaBr 1,617 g AgCl y AgBr

Ecuaciones ajustadas:

NaCl (aq) + AgN03 (aq) � NaN03 (aq) + AgCl (aq) NaBr (aq) + AgN03 (aq) � NaN03 (aq) + AgBr (aq)

Llamamos x e y, respectivamente, a las masas iniciales de NaCl y NaBr que hay en la mezcla. De manera que: x +y= 0,756 Determinamos la masa de AgCl que se produce a par­tir de x g de NaCl:

Mr (NaCl) = 22, 99 u+ 35,45 u= 58,44 u Mr (AgCl) = 107, 9 u+ 35,45 u= 143,35 u

N el 1 mol NaCl 1 mol AgCl 143,35 AgCl X g a · · · _..:_______,,___ 58,44 g NaCl 1 mol NaCl 1 mol AgCl

= 2,453 X g AgCl

Determinamos la masa de AgBr que se produce a par­tir de y g de NaBr:

Mr(NaBr) = 22,99 u+79,90 u=102,89 u Mr (AgBr) = 107, 9 u+ 79, 90 u = 187,80 u

y g NaBr. 1 mol NaBr . 1 mol AgBr . 187,80 AgBr = 102,89 g NaBr 1 mol NaBr 1 mol AgBr

= 1,825 y g AgBr

De manera que: 2,453 X+ 1,834 y= 1,617

Con las dos ecuaciones formamos un sistema:

{x+ y= 0,756 2,453X+1,834 y= 1,617

Al resolverlo se obtiene: { x = 0,379 y= 0,377

Por tanto, la mezcla está formada por 0,379 g de NaCl y 0,377 g de NaBr. Con estos datos, calculamos el porcentaje de cada com­puesto en la mezcla inicial:

% NaCl = _x_ · 100 = 0,379 g · 100 = 50 % mmezcla O, 756 g

% NaBr = _y_ ·lOO = 0,377 g ·100 = 50% mmezcla O, 756 g

La composición inicial de la mezcla es 50 % de NaCl y 50% de NaBr.

4. La materia y 5115 tra115hmnaclones

52. Datos: V1=40 mL disolución Br 0,50 M V2 = 25 mL disolución Ag+ 0,75 M

Ecuación ajustada: Br (aq) + Ag+ (aq) � AgBr (s) Para determinar cuál es el reactivo limitante, calcula­mos el número de moles de cada especie presentes en la disolución final:

n _ = 40 mL . 1 L · O, 50 mol - O 020 mol Br-Br l OOO mL l L '

n • = 25 mL · 1 L · O, 75 mol =O 019 mol Ag+ Ag l OOOmL l L '

Según la estequiometría de la reacción, para que reac­cionen 0,019 mol Ag+ se necesitan:

0,019 mol Ag+ · 1 mol Br: = 0,019 mol Br-

1 mol Ag Como disponemos de 0,020 mol Br, el reactivo limi­tante es el Ag+. Para determinar su concentración, cal­culamos primero el volumen de la disolución final:

VF=V¡ + V2=40 mL+ 25 mL= 65 mL Con este dato, calculamos la concentración de Ag+ en la disolución final: [

Ag+ J = nAg.

= 0,019 mol . 1 000 mL 0,29 mol· L-l VF 65 mL 1 L

Calculamos ahora la masa de AgBr que se produce to­mando como referencia la cantidad inicial de Ag+:

Mr(AgBr) = 107,9 u+79,90 u=187,80 u

= 0 019 1 Ag+ . 1 mol AgBr . mAgBr , mo + 1 mol Ag . 187,80 g AgBr = 3,52 g AgBr

1 mol AgBr

El reactivo limitante es el ion Ag+ y su cantidad es de 0,019 mol. La masa de AgBr que precipita es de 3,52 g.

53. Datos: 2,70 L C3Hs y C.JI10

•

72,85 L aire del 21 % de 02 Ecuaciones ajustadas:

Llamamos x e y, respectivamente, a los volúmenes de C3H8 y de C.JI10 en la mezcla inicial. De manera que: X +y= 2,70 Como todos los volúmenes están dados en condiciones normales, la relación volumétrica es la misma que la re­lación molar. Determinamos el volumen de aire necesario para la combustión de los x L de C3H8.

X L c H . 5 L 02 . lOO L aire = 23 81 X L aire 3 8 1 L C3H8 21 L 02 '

Determinamos el volumen de aire necesario para la combustión de los y L de C4H10•

11 Lo 2 L C H - �2---y 4 10 1 L C H

lOO L aire = 30 95 L aire 21 L O ' y 4 10 2

De manera que: 23,81 x + 30,95 y= 75,85 Con las dos ecuaciones formamos un sistema: { x+y = 2,70

23,81 X+ 30, 95 y= 75,85

{X= 1,50 Su resolución nos da: y= l,20

Por tanto, la mezcla está formada por 1,50 L de C3H8 y 1,20 L de C4H10. A partir del volumen de cada gas, calculamos su masa y la masa total de la mezcla inicial:

Mr (C3H8) = 3 · 12,01 u+8·1,008 u= 44,094 u Mr (C4H10 ) = 4·12,01 u+10 · l,008 u= 58,120 u

m = 1 50 L. 1 mol . 44,094 g C3H8 = c,H, ' 22,4 L 1 mol = 2, 953 g C3H8

m = 1 20 L· 1 mol . 58,120 g C4H10 c,H" ' 22,4 L 1 mol = 3,114 g C4H10

mT= mc,H,+ mc,H10= 2,953 g + 3,114 g = = 6,067 g

Con estos datos, calculamos el porcentaje en masas de cada gas en la mezcla inicial:

% C3H8 = mc,H, · 100 = 2•953 g ·100 = 48,67 %

mT 6,067 g

% C4H10 = mc,H10 • 100 = 3'114 g · 100 = 51,33 % mT 6,067 g

La mezcla está formada por un 48,67 % de C3H8 y un 51,33% de C.JI10.

54. Datos: 5,0 g H2 (g) 5,0 g 02 (g) Ecuación ajustada: 2 H2 (g) + 02 (g) � 2 H20 (g) Calculamos el número de moles de cada reactivo:

Mr (H2) = 2 · l,008 u= 2,016 u Mr (02) = 2 · 16,00 u= 32,0 u

1 mol H2 nH = 5,0 g H2 · = 2,48 mol H2 ' 2,016 g H2 1 mol 02 n0 = 5,0 g 02 · = 0,16 mol 02 ' 32,0 g 02

Según la estequiometría de la reacción, para que reac­cionen 0,16 mol 02 se necesitan:

2 mol H 0,16 mol 02 · 2 = 0,32 mol H2 1 mol 02

Como disponemos de 2,48 mol H2, el reactivo limitan­te es el 02. Calculamos, pues, la masa de H20 que se formará tomando como referencia la cantidad inicial de 02 •

MT (H20) = 2 · l,008 u+ 16,00 u = 18,016 u 1 mol 02 2 mol H20 mH O= 5,0 g 02 · --�� ---� -' 32,0 g 02 lmol 02

18,016 g H20 5 --��� = ,63 g H20 1 mol H20

Se formarán 5,63 g de H20.

55. Datos: m (H2S04) = 100 g m (H20) = 400 g

d = 1 120 _g_ ' mL

Calculamos los moles de cada componente: MT (H2SO 4) = 98, 086 u MT(H20) = 18,016 u

1 mol H2S04 n (H2S04) = 100 g H2S04 · ---��-98, 086 g H2SO 4

= 1, 02 mol H2SO 4 1 mol H O n (H20) = 400 g H20 . 2

18,016 g H20 = 22,20 mol H20

Calculamos la masa total de disolución y su volumen a partir de la densidad:

mT = m (H20) + m (H2S04 ) mT = 400 g + 100 g = 500 g

d= m=>V= m = 500 g =446 43 mL V d 1,120 g·mL-1 '

Calculamos la molaridad, la molalidad y la fracción molar del soluto:

M = mol componente = 1,02 mol H2S04 . 1 000 mL L disolución 446, 43 mL 1 L

= 2,285 mol· L-1 mol componente 1, 02 mol H2SO 4 1 000 g m= = .

Kg disolvente 400 g H20 1 k g H20 = 2,550 mol· k g-1

X(H2S04) = n(H2S04) = n(H2S04) nT n(H2S04 )+n(H20)

X (H2S04) = l,02 mol = 0,044 1, 02 mol + 22, 20 mol

La disolución es 2,285 M, o bien, 2,550 m. La fracción molar del H2S04 es 0,044.

56. Datos: V1 = 350 mL M2 = 0,080 M M1 = 0,125 mol· mL-1

Calculamos el volumen de la disolución final teniendo en cuenta que el número de moles de HCl no varía:

V1 ·M1 = V2 ·M2

V2 = V1 · M1 = 350 mL · 0,125 mol· L-1 = 547 mL M2 0,080 mol· L-1

Suponiendo volúmenes aditivos, el volumen de agua que hay que añadir es:

V2 - V1 = 547 mL - 350 mL = 197 mL Se necesitan 197 mi.. de agua.

57. Datos: m (KCl) = 4 g m0 (disolución)= 80 g % (KCl) = 10%

La masa final de la disolución será: me (disolución) = m (KCl) + m0 (disolución) =

=4 g+80 g=84 g Calculamos la masa de KCl que hay en la disolución al 10%:

m0 (KCl) = 80 g disolución · lO g KCl = 8 g 100 g disolución

La masa final de K Cl será: me (KCl) = m (KCl) + m0 (KCl) mr(K Cl) =4 g+8 g=l2 g K Cl Calculamos el porcentaje en masa de la disolución fi­nal:

%(K C1)= mr(KCl) = 12 g · 100=14% mr (disolución) 84 g

La concentración final será del 14%.

58. Datos: 3,5 g NaCl 4,2 g CaC12 AgN03 0,5 M Ecuaciones ajustadas:

NaCl (s) + AgN03 (aq) � AgCl (aq) + NaN03 (aq) CaC12 (s) + 2 AgN03 (aq) � 2 AgCl (aq) + CaN03 (aq)

a) La masa total de AgCl que puede obtenerse vendrá determinada por la cantidad de c1- de la mezcla. Calculamos, pues, los moles de o- que tenemos en cada compuesto:

Mr (NaCl) = 22, 99 u+ 35,45 u= 58,44 u Mr (CaC12) = 40,08 u+ 2 · 35,45 u= 110, 98 u

n _ (NaCl) = 3 5 NaCl · 1 mol NaCl · et ' g 58,44 g NaCl

· 1 mol o- = 5 99 -10-2 mol 1 mol NaCl '

1 mol CaC12 na-(CaC12) = 4,2 g CaC12 · ----�-110, 98 g CaC12

· 2 mol o- = 7,57 -10-2 mol 1 mol CaC12

na- = 5, 99 -10-2 mol+ 7,57 -10-2 mol= 0,136 mol

Con este dato, calculamos la masa de AgCl que se obtendrá cuando haya precipitado todo el c1-:

MT(AgCl) = 107,9 u+35,45 u=143,35 u

m =O 136 mol o-· 1 mol AgCl · AgCl ' 1 mol o-. 143,35 g AgC1 = 19 50 AgC1 1 mol AgC1

' g

La masa total de precipitado será 19,50 g.

b) La cantidad mínima de disolución de AgN03 que hay que añadir es la necesaria para que precipiten todos los cloruros. Por tanto, la calcularemos a partir del número de moles de c1-.

4. La materia y 5115 tra115hmnaclones

La reacción es:

Cl- (aq) + AgN03 (aq) � AgCl(aq) + N03 (aq)

V = 0,136 mol Cl- · l mol AgN_?3 ·

1 mol CI

. 1 L disol AgN03 . 1 000 mL = 272 mL O, 5 mol AgN03 1 L disol

La cantidad mínima de disolución que se necesita es de 272mL.

59. Datos: 250,0 g CaC03 del 82 %

500 mL HN03 3 M

Rendimiento 93 %

Ecuación ajustada:

CaC03 (s) + 2 HN03 (aq) � � Ca(N03h (s) + C02 (g) + H20 (1)

a) Calculamos el número de moles disponibles de cada reactivo:

Mr (CaC03) = 40,08 u+12,01 u+3 · 16,00 u =

= 100,09 u

82 g CaC03 ncaeo = 250,0 g CaC03imp · ' · 100 g CaC03imp.

1 mol CaC03 = 2,05 mol CaC03 100,09 g CaC03

l L nHNO, = 500 mL. -

1-00

_0

_m

_L_ 3 mol HN03 = 1 L dis

= 1,50 mol HN03

Se dispone de 2,05 mol de CaC03 y de 1,50 mol de HN03.

b) Según la estequiometría de la reacción, para que reaccionen 1,50 mol HN08 se necesitan:

1, 50 mol HN03 · 1 mol CaC03

= O, 75 mol CaC03 2 mol HN03

Como disponemos de 2,05 mol de CaC03, el reac­tivo limitante es el HN03. Calculamos, pues, la masa de Ca(N03)2 que podrá obtenerse tomando como referencia la cantidad inicial de HN03.

Mr[Ca(N03)2] = 40,08 u+2·14,01 u+6·16,00 u = 164,10 u

1 mol Ca (N03)2 mca(NO) = 1,50 mol HN03 ·-----�

'' 2 mol HN03

. 164,10 g Ca (N03)2 = 123,08 g Ca (N03)2 1 mol Ca (N03)2

Pueden obtenerse 123,08 g de Ca(N03h.

60. Datos: 7,33 g BaCl2 · 2 H20

•

dis H2S04 60 % ('Y°.J d = 1,5 g · mL-1

a) Ecuación ajustada:

BaC12 (aq) + H2S04 (aq) � BaS04 (s) + 2 HCI (aq)

b) Mr (H2SU4) = � · l,UUM u+ :1�,07 u+ 4 · lb,UU u =

= 98,086 u

M = 60 g H2SO 4 . 1, 5 g disolución

100 g disolución 1 mL disolución

1 000 mL l L

1 mol H2S04 = 9,18 mol

98,086 g H2S04 L

La disolución es 9,18 M.

e) Calculamos el volumen de la disolución a partir de la masa de la muestra:

Mr (BaC12 · 2 H20) = 137,3 u+ 2 · 35,45 u+ + 2 · (2 · 1,008 u + 16,00 u) = 244,232 u

V = 7 33 BaCl . 2 H O . 1 mol BaC12 · 2 H20

' g 2 2 244,232 g BaC12 · 2 H20

1 mol BaC12 1 mol H2SO 4 1 mol BaC12 · 2 H20 1 mol BaC12

1 L disol . 1 000 mL = 3,27 mL 9,18 mol H2S04 1 L

Se consumirán 3,27 mL de disolución de H2S04•

EVALUACIÓN

1. a) En los sólidos, las partículas están muy próximas en­tre ellas y en posición de equilibrio, de modo que es dificil que se desplacen las unas respecto de las otras, y el espacio que ocupan no se puede reducir.

En los líquidos, aunque las partículas no ocupan posiciones ftjas, también están muy próximas y no hay espacio que se pueda reducir entre ellas al comprimirlos.

b) En los gases, las partículas están muy alejadas las unas de las otras; esto permite comprimirlos, re­duciendo el volumen entre partículas, y expandir­los, aumentando este volumen.

2. Datos: 40,0 g KC103 p = 9,99 · 104 Pa t = 25 ºC

Ecuación ajustada:

2 KC103 (s) � 2KC1(s) + 3 02 (g) Calculamos el número de moles de 02 que se produ­cen por descomposición del KC103:

Mr (KC103) = 39,10 u + 35,45 u+3·16,00 u=122,55 u

40 0 KClO . 1 mol KC103 3 mol 02 ' 3 122,55 g KC103 2 mol KC103

= 0,49 mol 02

Calculamos el volumen que ocupan los 0,49 mol de 02 utilizando la ecuación de estado:

T = 25 + 273 = 298 K

n R T p V = n R T ::::) V = -­

p

Pa · m3

0,135 mol · 8,31 · --- · 298 K V = K · mol

9,33 · 104

Pa

= 3, 58 · 10-3

m3

= 3,58 L S02

Se producen 12,15 L de 02.

3. Datos: m (H2S04) = 1 2,0 g V = 300 mL

Calculamos la molaridad:

Mr (H2S04 ) = 98,086 u

M = mol componente

= 12,0 g H2S04 . 1 000 mL .

L disolución 300 mL 1 L

1 mol H2S04 7 1 ---�-- = 0,40 mol · L-98,086 g H2S04

La disolución es 0,407 M.

4. Datos: d = 1 ,84 g · mL-1 M = 18,1 mol · mL-1

Calculamos la masa de disolución y la masa de H2S04 de 1 L de disolución:

(disol . , ) l L di l . , 1 000 mL m UCIOn = SO UCIOn · ·

l L 1,84 g disolución

1 840 dis 1 . , 1 mL disolución

= g 0 ucion

Mr (H2S04 ) = 98,086 u

18,1 mol H SO m (H2S04) = 1 L disolución ·

2 4 . 1 L disolución

98, 086 g H2SO 4 775 ----�- = 1 ,4 g H2S04 1 mol H2S04

A partir de estos datos, calculamos el porcentaje de H2S04:

% (H S04 ) = m (H2S04 )

· lOO = 1 775, 4 g

· l OO = 2 m (disolución) 1 840 g

= 96, 5 %

La riqueza en ácido es del 96,5 %.

5. Datos: V1 = 25 mL

M1 = 0,86 mol · mL-1 V2 = 500 mL

Teniendo en cuenta que el número de moles de KN03 no varía, calculamos la nueva molaridad:

V1 · M1 = V2 · M2

M _ V1 · M1 _ 25 mL · 0,86 mol · L-1 2 -

V2 -

500 mL = 0,04 mol · mL-1

La disolución que resulta es 0,04 M.

6. Datos: 50 mL H2S04 9 M

p = 9,33 · 104 Pa

Rendimiento: 60 %

Ecuación ajustada:

2 H2S04 (aq) + Cu (s) �

20 g Cu 90 %

t = 25 °C

� CuS04 (aq) + S02 (g) + 2 H20 (l)

Calculamos el número de moles de cada reactivo:

l L nH�4

= 50 mL . -1-0-00

_m_

L_

Ar CCu) = 63,55 u

90 g Cu 1 mol Cu neu = 20 g Cuimpuro · --�--- -----

100 g Cuimpuro 63,55 g Cu

= 0,28 mol Cu

Según la estequiometría de la reacción, para que reac­cionen 0,45 mol H2S04 se necesitan:

0, 45 mol H2S04 · 1 mol Cu

= 0,225 mol Cu 2 mol H2S04

Como disponemos de 0,28 mol Cu, el reactivo limitan­te es el H2S04• Calculamos, pues, los moles de S02 que se producen tomando como referencia la canti­dad inicial de H2S04:

1 mol S02 60 n80 = 0,45 mol H2S04 · ----�

• 2 mol H2S04 100

= 0,135 mol S02

Calculamos el volumen que ocupan los 0,135 mol de S02 utilizando la ecuación de estado:

T = 25 + 273 = 298 K

n R T p V = n R T � V = --

p

Pa · m3

0, 135 mol · 8,31 · --- · 298 K V = K · mol

9,33 · 104

Pa

= 3, 58 · 10-3

m3

= 3, 58 L S02

El reactivo limitante es el H2S04 y en la reacción se producirán 3,58 L de S02•

4. La materia y 5115 tra115hmnaclones