Manual Trabajo Supervisado2014 Interciclo ESTUDIANTES (97)

Manual de Trabajo Supervisado Qumica II Pgina 1

Universidad Rafael Landvar Facultad de Ingeniera

Departamento de Qumica

Guatemala, mayo de 2014

Manual de Trabajo Supervisado Curso de Qumica II

Incterciclo 2014


Informacin del estudiante y calificacin de las actividades

Nombre del estudiante

Carn

Seccin de trabajo supervisado

Actividad Nota sobre 100 puntos

Firma alumno tutor

Actitud

Repaso: Anlisis dimensional y nomenclatura

Repaso: Gases

Repaso: Estequiometra

Reacciones de precipitacin y neutralizacin

Concentraciones de solutos en disoluciones y estequiometria de reacciones en disolucin

Termoqumica: La naturaleza de la energa

Termoqumica: Entalpa y entalpas de reaccin

Termoqumica: Ley de Hess

Termoqumica: Entalpas de formacin

Fuerzas intermoleculares y propiedades de los lquidos

Cambios de fase: Curvas de calentamiento y diagramas de fase

Slidos: Estructuras de los slidos

Propiedades de las disoluciones: Factores que afectan la solubilidad

Propiedades de las disoluciones: Concentracin de una solucin

Propiedades de las disoluciones: Propiedades coligativas

Termodinmica qumica

Termodinmica qumica: Cambio de entropa en reacciones y la energa libre de Gibbs

Termodinmica qumica: Energa Libre de Gibbs: Temperatura y Equilibrio

Electroqumica: Balance de reacciones redox

Electroqumica: Celdas electroqumicas y potencial estndar

Electroqumica: Energa Libre y Reacciones Redox


ACTIVIDAD No. 01

Repaso Anlisis dimensional y nomenclatura

Elaborado por: K. Schlosser

NOMBRE: CARNE:

NOTA:

EJERCICIOS

1. Hay aproximadamente 7,000,000,000,000,000,000,000,000,000 tomos en el cuerpo humano.

Indique este valor en notacin exponencial.

2. Cada minuto del da los usuarios de Youtube suben 48 horas de nuevos videos. Asumiendo que la duracin promedio de cada video es de 3 minutos, calcule la cantidad de nuevos videos que se comparten en un ao.

3. Indique cul de las siguientes corresponde a la menor masa

a. 2.5 102 mg

b. 2.5 109 fg

c. 2.5 1015 pg

4. De los siguientes, el objeto ms denso es:

a. Un objeto con volumen de 2.5 L y una masa de 12.5 kg b. Un objeto con volumen de 139 mL y una masa de 93 g

c. Un objeto con volumen de 3.91 1024 nm3 y una masa de 7.93 10

1 ng

5. Un cubo de un metal desconocido mide 1.61 mm de cada lado. La masa de este cubo es de 36 mg.

Este metal puede ser Cobre, Niobio o Vanadio. Determine, indicando el % de error, de qu metal se trata.

6. El volumen de agua de mar en la Tierra es aproximadamente 3.30 x 108 mi3. Si el agua de mar

contiene 3.5% en masa de cloruro de sodio y una densidad de 1.03 g/mL, calcule la masa (en

toneladas) de cloruro de sodio disuelta en el agua de mar en la Tierra.

7. El refresco Root beer contiene 0.13% de una disolucin (La densidad de la solucin es 1.0 g/mL)

del 75% en masa de cido fosfrico (H3PO4 = 97.97g/mol). Calcule los miligramos de fsforo en una lata de 12 oz de este refresco. (1 oz equivale a 29.6 mL)

8. El quilate es la unidad de masa que utilizan los joyeros. Un quilate es exactamente igual a 200mg.

Calcule la cantidad de tomos de carbono que estn presentes en un diamante de 24 quilates.


9. La hemoglobina C2952H4664N812S8Fe4 es el transportador de oxgeno en la sangre. En promedio, un adulto tiene alrededor de 5.0L de sangre. Cada mililitro de sangre contiene aproximadamente 5.0 x 109 glbulos rojos y cada glbulo rojo contiene alrededor de 2.8 x 108 molculas de hemoglobina. Calcule la masa de molculas de hemoglobina en gramos que tiene un adulto.

10. El deuterio (H-2) es un istopo del hidrgeno y pesa 2.0140 uma. Se usa a veces en estudios

qumicos para sustituir al istopo principal (H-1). El porcentaje de abundancia natural de este

istopo es 0.015%. Si la sustitucin se hace con un 100% de eficiencia qu masa de hidrgeno gas

natural habra que procesar para obtener una muestra con 2.50 x 1021 tomos de H-2?

11. De los siguientes aniones, indique en cul tendr el cloro un menor estado de oxidacin: ClO3-1 , ClO-1 y ClO2-1

12. En el in cianuro el estado de oxidacin del nitrgeno es:

13. De los siguientes compuestos, indique cul(es) ser(n) una sal binaria: AgH, AsI3, H3P, AlH3, K3P

14. Complete la siguiente tabla, indicando la frmula correspondiente al nombre

Nombre del compuesto Frmula qumica

Nitrito de sodio

Anhdrido permangnico

Sulfato de calcio (II) dihidratado

BIBLIOGRAFA Brown, T. L., LeMay JR., H. E., Murphy, C. J., Bursten, B. E., & Woodward, P. M. (2014). Qumica La Ciencia Central. Mxico D.F., Mxico: Pearson. Petrucci, R.et al. (2011) Qumica General (10 Ed.); Espaa; Editorial Pearson.


ACTIVIDAD No. 02

Repaso Gases

Elaborado por: K.Schlosser

NOMBRE: CARNE:

NOTA:

EJERCICIOS 1. Se obtiene una muestra de gas radn que tiene 5 x 1017 tomos.

a. Determine la masa de esta muestra, expresada en microgramos. b. Determine el volumen de la muestra en condiciones estndar, expresado en microlitros.

2. Se obtiene una muestra de 27.6 mL de fosfina a condiciones estndar. Este gas se usa en la

obtencin de productos qumicos ignfugos (protege contra el fuego) a. Calcule la masa del gas, expresada en miligramos b. Cuntas molculas de fosfina hay en la muestra?

3. Una muestra de gas tiene un volumen de 4.25L a 25.6C y 748mmHg. Calcule el volumen de este ga

a 26.8 C y 742mmHg 4. Una muestra de 0.418g de un gas ocupa un volumen de 115mL a 66.3 C y 743mmHg. Cul es la

masa molar de este gas?

5. La densidad del vapor de fsforo a 310 C y 775mmHg es 2.64g/L. a. Determine la frmula molecular del fsforo en estas condiciones b. Clasifique el fsforo como metal, no metal o metaloide c. Indique el tipo de enlace que existir entre el fsforo y el azufre

6. Un hidrocarburo que tiene 82.7% m/m de carbono y el resto es hidrgeno, tiene una densidad de

2.33g/L a 23 C y 746mmHg. Determine la frmula molecular de este hidrocarburo.

7. Calcule el volumen de oxgeno gaseoso que se consume en la combustin de 75.6L de C3H8 si se miden ambos gases en condiciones estndar.

8. Calcule los litros de hidrgeno gaseoso a condiciones TPE que se obtienen cuando 1 gramo de aluminio slido reacciona por completo con exceso de cido clorhdrico. El otro producto de la reaccin es tricloruro de aluminio.

9. Un recipiente de 2.0L se llena con argn a 752mmHg y 35 C. A continuacin se le aade una muestra de 0.728g de vapor C6H6.

a. Cul es la presin total del recipiente? b. Cul es la presin parcial del C6H6?

BIBLIOGRAFA Petrucci, R.et al. (2011) Qumica General (10 Ed.); Espaa; Editorial Pearson.


ACTIVIDAD No. 03

Repaso Estequiometra


NOMBRE: CARNE:

NOTA:

EJERCICIOS

1. La reaccin del hidruro de calcio (II) con agua produce hidrxido de calcio (II) e hidrgeno como productos. Calcule cuntos moles de H2(g) se producen en la reaccin de 0.82 mol de hidruro clcico con 1.54mol de agua.

2. La descomposicin del KClO3 por medio de calor produce cloruro de potasio y oxgeno molecular.

a. Cuntos moles de oxgeno se pueden producir al descomponer 32.8g de KClO3? b. Cuntos gramos de KClO3 hay que descomponer para producir 50g de oxgeno

gaseoso? c. Cuntos gramos de cloruro de potasio se forman por cada 28.3g de O2 formados?

3. El cobre slido reaccin a con cido ntrico y forma nitrato de cobre (II), agua y monxido de

nitrgeno. Si se aade una muestra de 0.696mol de cobre slido a 136mL de solucin de cido ntrico (densidad de la solucin: 1.01 g/mL), cunto nitrato de cobre se forma?

4. En la reaccin de 227g de tetracloruro de carbono con exceso de cido fluorhdrico se forman

187g de CCL2F2.

a. Calcule en rendimiento terico de esta reaccin

5. El amoniaco puede obtenerse calentando los slidos cloruro de amonio e hidrxido de calcio (II). Los otros productos de la reaccin son dicloruro de calcio y agua.

a. Se se calienta una mezcla formada por 33.0g de cada uno de los slidos (reactivos), cuntos gramos de amoniaco se pueden formar?

b. Cul es el reactivo en exceso y cunto sobra?

6. La criolita es un reactivo industrial importante que se obtiene mediante la siguiente reaccin:

a. En un experimento 7.81g de Al2O3 con exceso de HF se disolvieron en 3.5L de disolucin de NaOH (densidad de la solucin 1.025g/mL). Si se obtuvieron 28.2g de Na3AlF6, cul es el rendimiento porcentual de esta produccin?

BIBLIOGRAFA Petrucci, R.et al. (2011) Qumica General (10 Ed.); Espaa; Editorial Pearson.


ACTIVIDAD No. 04

Estequiometra de soluciones Reacciones de precipitacin y neutralizacin


NOMBRE: CARNE:

NOTA:

INFORMACIN

Las reacciones de precipitacin son aquellas en las que se forma un producto insoluble llamado precipitado. Las reglas de solubilidad ayudan a determinar si un compuesto inico ser soluble en agua o no. (La solubilidad del de una sustancia es la cantidad mxima de la misma que se disuelve en una cantidad dada de disolvente).

Tabla 1. Reglas para predecir la solubilidad de los compuestos inicos Compuestos Solubles Excepciones Importantes

Casi todas las sales de Na+, K+, NH4+

Ninguna

Sales de: - nitrato, NO3- - clorato, ClO3- - perclorato, ClO4- - acetato, CH3CO2-

Ninguna

Casi todas las sales de Cl-, Br-, I- Haluros de Ag+, Hg22+, Pb2+ Compuestos que contienen F- Fluoruros de Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+,

Pb2+ Sales de sulfato, SO42- Sulfatos de Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+,

Pb2+

Compuestos Insolubles Excepciones Importantes Todas las sales de:

- carbonato, CO32- - fosfato, PO43- - oxalato, C2O42- - cromato, CrO42-

Las sales de NH4+ y los cationes de los metales alcalinos

La mayora de los sulfuros metlicos, S2- La mayora de los hidrxidos y xidos metlicos

Fuente: (Kotz & Treichel, 2003)


Reacciones como las de precipitacin en las que los cationes y los aniones parecen intercambiar compaeros se les conocen como reacciones de intercambio o reacciones de mettesis.

Las ecuaciones qumicas se escriben para mostrar si las sustancias disueltas estn presentes en la disolucin predominantemente como iones o como molculas. Una ecuacin inica completa muestra a todos los electrolitos fuertes disueltos en forma de sus iones componentes. Los cidos y las bases son electrolitos importantes. Aquellos cidos y bases que son electrolitos fuertes se conocen como cidos fuertes y bases fuertes, respectivamente. Aquellos que son electrolitos dbiles son cidos dbiles y bases dbiles. Cuando se mezclan disoluciones de cidos y bases, ocurre una reaccin de neutralizacin. La reaccin de neutralizacin entre un cido y un hidrxido metlico produce agua y una sal. Tambin pueden formarse gases como resultado de reacciones cido-base.

EJERCICIOS

1. D el nombre de dos compuestos solubles en agua que contengan el in Cu2+ y otros dos que contengan el in Ba2+. D el nombre de dos compuestos insolubles en agua basados en el ion Cu2+ y otros dos basados en el ion Ba2+.

2. Prediga si cada uno de los siguientes compuestos inicos es probable que sea soluble en agua. En caso que sea soluble, escriba las frmulas de los iones presentes en la solucin acuosa.

a. LiNO3 b. CaCl c. CuO d. NaCH3CO2 e. PbCrO4

3. En cada uno de lo siguientes casos, indique si ocurrir una reaccin de precipitacin al

mezclar las soluciones de los dos reactivos solubles en agua. Escriba la reaccin qumica balanceada para las reacciones de precipitacin que ocurran.

a. Cromato de potasio y nitrato de plata b. Carbonato de sodio con cloruro de cobre (II) c. Carbonato de potasio con nitrato de sodio d. Cloruro de nquel (II) con hidrxido de potasio. e. Cloruro de bario (II) con sulfato sdico

4. Prediga los productos de cada reaccin de precipitacin y despus balancee la ecuacin

completa. Cuando aplique, escriba las ecuaciones inicas netas.

a. NiCl2(ac) + (NH4)2S(ac) b. Mn(NO3)2(ac) + NaPO4(ac) c. Nitrato de Plomo (II) + Bromuro de Potasio d. Carbonato de amonio + Cloruro de Calcio (II) e. Sulfato clcico + oxalato sdico


5. Complete y balancee las siguientes reacciones cido-base. Proporcione el nombre de los reactivos y de los productos.

a. CH3CO2H(ac) + Mg(OH)2(s) b. H2C2O4(ac) + Ca(OH)2(s) c. HClO4(ac) + NH3(ac) d. H3PO4(ac) + KOH(ac)

EJERCICIOS ADICIONALES (Brown, LeMay JR., Murphy, Bursten, & Woodward, 2014) Captulo 4. Ejercicios 4.27, 4.28, 4.35, 4.37, 4.43

BIBLIOGRAFA Kotz, J. C., & Treichel, P. M. (2003). Qumica y Reactividad Qumica (5 edicin ed.). Mxico D.F., Mxico: Thomson. Brown, T. L., LeMay JR., H. E., Murphy, C. J., Bursten, B. E., & Woodward, P. M. (2014). Qumica La Ciencia Central. Mxico D.F., Mxico: Pearson.


ACTIVIDAD No. 05

Estequiometra de soluciones Concentraciones de solutos en disoluciones y estequiometria de

reacciones en disolucin Elaborado por: D.de Urrutia

NOMBRE: CARNE:

NOTA:

INFORMACIN La concentracin de un soluto en una disolucin expresa la cantidad del soluto disuelto en una cantidad dada de la disolucin. Una de las formas ms comunes de expresar la concentracin de un soluto en una disolucin es en trminos de la molaridad. La molaridad de un soluto en una disolucin es el nmero de moles del soluto por litro de disolucin. Esta permite realizar conversiones entre el volumen de una disolucin y el nmero de moles de soluto. Las disoluciones de molaridad conocida pueden prepararse pesando el soluto y diluyndolo hasta un volumen conocido, o mediante la dilucin de una disolucin del soluto ms concentrada, de concentracin conocida (disolucin madre). Al agregar disolvente a la disolucin (el proceso de dilucin) se disminuye la concentracin del soluto sin modificar el nmero de moles del soluto en la disolucin.

Tabla 2. Formas de expresar la concentracin Concentracin Descripcin Frmula

Porcentaje en Masa Indica los gramos de soluto disueltos

en 100 gramos de disolucin

Partes por Milln (ppm)

Una ppm indica un gramo de soluto por un milln (106) de gramos de

solucin

Partes por Billn (ppb)

Una ppb indica un gramo de soluto por un billn (estadounidense = 109)

de gramos de solucin

Partes por Trilln (ppt)

Una ppt indica un gramo de soluto por un trilln (estadounidense =

1012) de gramos de solucin

Fraccin Molar Es la relacin entre los moles del

soluto y los moles totales de la disolucin

Molaridad Es la cantidad de moles de soluto por

litro de disolucin

Molalidad Es la cantidad de moles de soluto por

kilogramo de disolvente

Normalidad Es el nmero de equivalentes de

soluto por litro de disolucin

Fuente: (Brown, LeMay JR., Murphy, Bursten, & Woodward, 2014) (Kotz & Treichel, 2003)


En el proceso conocido como titulacin, combinamos una disolucin de concentracin conocida (una disolucin estndar) con una disolucin de concentracin desconocida, para determinar la concentracin desconocida o la cantidad de soluto en la muestra desconocida. El punto en la titulacin en la que reaccionan cantidades estequiomtricamente equivalentes de reactivos, se conoce como punto de equivalencia.

EJERCICIOS

1. Si se disuelve 6.73 g de Na2CO3 en suficiente agua para obtener 250 mL de disolucin, cul ser la concentracin molar (molaridad) de carbonato de sodio? Cules son las concentraciones molares de los iones Na+ y CO32-?

2. Que volumen de NaOH 0.123M, en mL, contiene 25.0 g de NaOH?

3. En un experimento de laboratorio se requieren exactamente 500 mL de solucin de 0.200 M Na2CO3. Le suministran el carbonato de sodio slido, agua destilada y una matraz volumtrico de 500 mL. Describa cmo preparara la solucin necesaria.

4. Si diluyen 25.0 mL de cido clorhdrico 1.50M hasta 500 mL, cul es la concentracin molar del

cido diluido?

5. Una muestra de vinagre requiere de 28.33 mL de solucin de NaOH 0.953M para su titulacin hasta el punto de equivalencia. Qu masa (en gramos) de cido actico contiene la muestra de vinagre y cul es la concentracin de cido actico en el vinagre? La reaccin qumica es:

cido actico acetato de sodio

6. Una muestra de 0.263 g de carbonato de sodio (Na2CO3), requiere 28.35 mL de

HCl acuoso para su titulacin hasta el punto de equivalencia. Cul es la molaridad de HCl?

7. El cido clorhdrico se puede adquirir de proveedores de reactivos con una concentracin de 0.100M y esta solucin puede emplearse para estandarizar la solucin de una base. Si para titular 25.00mL de una solucin de hidrxido de sodio hasta el punto de equivalencia se requiere 29.67mL de cido clorhdrico 0.100M, Cul es la concentracin de la base?.

8. Se desea analizar un mineral de hierro para determinar su contenido de este

metal. El hierro de la muestra se puede transformar cuantitativamente al in hierro (II) en solucin acuosa y despus esta solucin puede titularse con permanganato de potasio acuoso. La ecuacin inica neta balanceada para la reaccin que ocurre durante la titulacin es:

Una muestra de 1.026 g de mineral de hierro, requiere 24.35 mL de KMnO4 0.0195M para llegar al punto de equivalencia. Cul es el porcentaje en masa de hierro en el mineral?

9. Qu volumen de Pb(NO3)2 0.750 M, en mL, se requerir para que reaccione totalmente con 1.00 L de solucin de NaCl 2.25 M? Escriba la reaccin balanceada.


10. Se desea determinar el porcentaje en peso de cobre en una aleacin que lo contiene. Tras disolver una muestra de la aleacin en cido, se le agrega exceso de KI y los iones de Cu2+ e I-experimentan la reaccin siguiente:

El I3- liberado se titula con tiosulfato de sodio segn la ecuacin:

Si se requiere 26.32 mL de tiosulfato de sodio 0.101 M para la titulacin hasta el punto de equivalencia, cul es el porcentaje en masa de cobre en 0.251 g de la aleacin?

EJERCICIOS ADICIONALES (Brown, LeMay JR., Murphy, Bursten, & Woodward, 2014) Captulo 4, ejercicios 4.65, 4.73, 4.85.

BIBLIOGRAFA

Brown, T. L., LeMay JR., H. E., Murphy, C. J., Bursten, B. E., & Woodward, P. M. (2014). Qumica La Ciencia Central. Mxico D.F., Mxico: Pearson. Kotz, J. C., & Treichel, P. M. (2003). Qumica y Reactividad Qumica (5 edicin ed.). Mxico D.F., Mxico: Thomson.


ACTIVIDAD No. 06

Termoqumica La naturaleza de la energa

Elaborado por: D.de Urrutia

NOMBRE: CARNE:

NOTA:

INFORMACIN La termodinmica es el estudio de la energa y sus transformaciones. La termoqumica es la parte de la termodinmica que estudia las transformaciones de energa, especialmente el calor durante las reacciones qumicas. La unidad del SI para la energa es el Joule (J). Otra unidad de energa comn es la calora (cal), que se defini originalmente como la cantidad de energa necesaria para aumentar la temperatura de 1 g de agua en 1C.

Al estudiar las propiedades termodinmicas, se define una cantidad especfica de materia como el sistema. Todo lo que est fuera del sistema se denomina entorno. Cuando se estudia una reaccin qumica, el sistema, por lo general, se compone de los reactivos y productos. Un sistema cerrado puede intercambiar energa, pero no materia con el entorno. Se puede transferir energa entre el sistema y el entorno en forma de trabajo o calor. El trabajo es la energa necesaria para mover un objeto en contra de una fuerza. El calor es la energa que se transfiere de un objeto caliente a uno ms fro. La energa es la capacidad de realizar un trabajo o de transferir calor. La capacidad calorfica es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de sustancia en 1 K. A la capacidad calorfica de un mol de una sustancia pura se le llama capacidad calorfica molar; para un gramo de sustancia, se utiliza el trmino calor especfico o capacidad calorfica especfica. Sus unidades son J/g-K. El calor transferido (q), cuando la temperatura de una sustancia cambia, se calcula a partir de la masa (m), la capacidad calorfica especfica (Cp) y el cambio de temperatura (T), donde el cambio de temperatura es la temperatura final menos la temperatura inicial.

Si no se transfiere calor entre un sistema y sus alrededores, la suma de cambios de calor dentro del sistema es igual a cero.


EJERCICIOS 1. En cada uno de los siguientes casos, indique si el proceso es exotrmico o endotrmico:

a. b. c. d.

2. En cada uno de los siguientes casos, defina el sistema y sus alrededores e indique el sentido de la

transferencia de calor entre ellos. a. Se quema metano en una estufa de gas en el hogar. b. Se coloca agua a 25 en el compartimiento de congelacin de un refrigerador, donde

se enfra y posteriormente se solidifica. c. Las gotas de agua sobre la piel de un nadador se evaporan. d. En el laboratorio, en un matraz se mezcla aluminio con Fe2O3(s). Ocurre una reaccin

y se desprende gran cantidad de calor.

3. La capacidad calorfica molar del mercurio es de 28.1 J/mol-K. Cul es la capacidad calorfica especfica de este metal en J/g-K?

4. Qu cantidad de calor se requiere para aumentar la temperatura de 50.00 mL de agua desde 25.52 hasta 28.75 ? La densidad del agua a esta temperatura es 0.997 g/mL.

5. Un pedazo de hierro de 88.5 g a la temperatura de 78.8C se coloca en un vaso de precipitados que

contiene 244 g de agua a 18.8C. Cuando se alcanza el equilibrio trmico, cul es la temperatura final? (Suponga que no se pierde calor para calentar el vaso de precipitados y que tampoco se pierde calor a los alrededores.)

6. En un experimento se determin que se requeran 59.8 J para cambiar en 1.00K la temperatura de

25.0 g de etilenglicol (compuesto que se emplea como anticongelante en los motores de automviles). Calcule la capacidad calorfica especfica del etilenglicol con estos datos.

7. Un pedazo de 15.5 g de cromo calentado a 100.0 se coloca en 55.5 g de agua a 16.5 . La

temperatura final del metal y del agua es de 18.9 . Cul es la capacidad calorfica especfica del cromo? (Suponga que no se transfiere calor al recipiente y al aire circundante).

8. Un vaso de precipitados contiene 156 g de agua a 22 y otro 85.2 g a 95 . Si se mezcla el agua de

ambos vasos, cul es la temperatura final?

9. La temperatura inicial de una muestra de 344 g de hierro es 18.2 . Si la muestra absorbe 2.25 kJ de calor, cul es su temperatura final?

10. Un pedazo de cinc de 13.8 g se calienta a 98.8 en agua a ebullicin y se deja caer en un vaso de precipitados que contiene 45.0 g de agua a 25.0 . Cuando el agua y el metal alcanzan el equilibrio trmico la temperatura es de 27.1 . Cul es la capacidad calorfica especfica del cinc?

EJERCICIOS ADICIONALES (Brown, LeMay JR., Murphy, Bursten, & Woodward, 2014) Captulo 5, ejercicios 5.4, 5.8, 5.20, 5.21, 5.22, 5.23.

BIBLIOGRAFA Brown, T. L., LeMay JR., H. E., Murphy, C. J., Bursten, B. E., & Woodward, P. M. (2014). Qumica La Ciencia Central. Mxico D.F., Mxico: Pearson. Kotz, J. C., & Treichel, P. M. (2003). Qumica y Reactividad Qumica (5 edicin ed.). Mxico D.F., Mxico: Thomson.


ACTIVIDAD No. 07

Termoqumica Entalpa y entalpas de reaccin


NOMBRE: CARNE:

NOTA:

INFORMACIN La energa interna de un sistema es la suma de todas las energas cinticas y potenciales de sus partes componentes. La energa interna de un sistema puede cambiar debido a la energa que se transfiere entre el sistema y el entorno. De acuerdo con la primera ley de la termodinmica, el cambio en la energa interna de un sistema, E, es la suma del calor q, transferida hacia o desde el sistema y el trabajo, w, realizado sobre o por el sistema:

Tanto q como w tienen un signo que indica la direccin de la transferencia de energa. Cuando se transfiere calor del entorno al sistema, q > 0. De forma similar, cuando el entorno realiza trabajo sobre el sistema, w > 0. En un proceso endotrmico el sistema absorbe calor del entorno; en un proceso exotrmico el sistema libera calor al entorno. Cuando se produce o se consume un gas durante una reaccin qumica que ocurre a presin constante, el sistema podra realizar trabajo presin-volumen (P-V) contra la presin que prevalece. Por esta razn, definimos una nueva funcin de estado llamada entalpia, H, la cual est relacionada con la energa:

H = E + PV

En un sistema en donde slo est involucrado el trabajo presin-volumen de los gases, el cambio de entalpia del sistema, H, es igual al calor ganado o perdido por el sistema a presin constante:

H = qp (el subndice p denota presin constante). En un proceso endotrmico, AH > 0; en un proceso exotrmico, AH < 0. Toda sustancia tiene una entalpia caracterstica. En un proceso qumico, la entalpia de reaccin es la entalpia de los productos menos la entalpia de los reactivos:

Las entalpias de una reaccin siguen algunas reglas sencillas:

1. La entalpia de una reaccin es proporcinala la cantidad de reactivo que reacciona. 2. Invertir una reaccin modifica el signo de H. 3. La entalpia de reaccin depende de los esta dos fsicos de los reactivos y de los productos.


EJERCICIOS

1. Se vierte oro fundido en un molde para solidificarlo a presin atmosfrica. Con el oro definido como el sistema, la solidificacin es un proceso exotrmico o endotrmico?

2. Qu cantidad de energa calorfica se requiere para descomponer 12.6 g de agua lquida en sus

elementos? 3. La combustin del etano, C2H6, produce un cambio de entalpa de -2857.3 kJ para la reaccin

escrita a continuacin. Calcule el valor de H al quemar 15.0 g de etano.

4. El monxido de nitrgeno, gas que recientemente se detect participa en muchos procesos biolgicos, reacciona con oxgeno para dar NO2 gaseoso, de color caf. Indique si la siguiente reaccin es exotrmica o endotrmica. Si se transforman 1.25 g de NO totalmente en NO2, qu cantidad de calor se absorbe o se desprende?

5. El carburo de calcio, CaC2, se fabrica por reaccin del CaO con carbono a alta temperatura. (Posteriormente el carburo de calcio se emplea para fabricar acetileno.)

Indique si la reaccin es endotrmica o exotrmica. Si se permite que 10.0 g de CaO reaccionen con exceso de carbono, qu cantidad de calor se absorbe o se desprende en esta reaccin?

6. El isooctano (2,2,4-trimetilpentano), uno de los diversos hidrocarburos que constituyen la

gasolina, se quema con oxgeno para dar agua y dixido de carbono.

Si se quema 1.00L de isooctano (densidad = 0.69 g/mL), qu cantidad de calor desprende?.

7. El cido actico, CH3CO2H, se prepara industrialmente por reaccin de metanol y monxido de carbono.

Si se produce 1.00 L de cido actico (densidad = 1.044 g/mL) mediante esta reaccin, qu cantidad de calor se desprender?

8. El perxido de hidrgeno puede descomponerse en agua y oxgeno mediante la reaccin:

Calcule la cantidad de calor liberado cuando 5.00 g de perxido de hidrgeno se descomponen a presin constante.

EJERCICIOS ADICIONALES (Brown, LeMay JR., Murphy, Bursten, & Woodward, 2014)

Captulo 5, ejercicios 5.27, 5.36, 5.39, 5.41, 5.43, 5,47, 5.97



ACTIVIDAD No. 08

Termoqumica Ley de Hess


NOMBRE: CARNE:

NOTA:

INFORMACIN Debido a que la entalpia es una funcin de estado, H slo depende de los estados inicial y final del sistema. De esta manera, para un conjunto particular de reactivos y productos, el cambio de entalpia de un proceso es el mismo si el proceso se lleva a cabo en una sola etapa o mediante una serie de etapas. La ley de Hess establece que si una reaccin se lleva a cabo en una serie de etapas, el H de la reaccin ser igual a la suma de los cambios de entalpia de las etapas. Por lo tanto, podemos calcular H para cualquier proceso, siempre y cuando podamos escribir el proceso como una serie de etapas, para las cuales conozcamos H. El cambio total de entalpa del proceso es independiente al nmero de etapas y de la trayectoria que siga la reaccin. Esta ley es una consecuencia del hecho de que la entalpa es una funcin de estado. Por lo tanto, se puede calcular H de cualquier proceso siempre y cuando se encuentre una trayectoria para la cual se conozca H para cada etapa. Esto significa que un nmero relativamente pequeo de mediciones experimentales permite calcular el H de un gran nmero de reacciones. La ley de Hess aporta un medio til para calcular cambios de energa que son difciles de medir directamente.

EJERCICIOS

1. Cul es el cambio de entalpa para la formacin de etano a partir de carbono elemental e hidrgeno? La ecuacin neta es:

Las ecuaciones y entalpas de las etapas son las siguientes:

2. El grafito y el diamante son dos altropos del carbono. El cambio de entalpa para el proceso:

No puede medirse directamente, pero puede evaluarse mediante la ley de Hess. Determine este cambio de entalpa usando los calores de combustin del grafito (-393.5 kJ/mol) y del diamante (-395.4 kJ/mol) medidos experimentalmente.


3. Emplee la Ley de Hess para calcular el cambio de entalpa para la formacin de CS2(l) a partir de C(s) y S(s) y los siguientes valores de entalpa:

4. Se pueden medir las entalpas de las siguientes reacciones:

Emplee estos valores y la ley de Hess para determinar el cambio de entalpa en la reaccin:

5. Es posible medir las entalpas de las siguientes reacciones:

Emplee estos valores y la ley de Hess para determinar el cambio de entalpa en la reaccin:

6. Es posible determinar experimentalmente los cambios de entalpa para las siguientes reacciones:

Utilice estos valores para determinar el cambio de entalpa par ala formacin de NO(g) a partir de sus elementos (esta entalpa no puede medirse directamente porque la reaccin es favorecida en reactivos).

7. Se desea determinar el cambio de entalpa para la formacin de PCl3(l) a partir de sus elementos:

El cambio de entalpa para la formacin de pentacloruro de fsforo a partir de sus elementos se puede determinar experimentalmente y tambin el cambio de entalpa para la reaccin de tricloruro de fsforo lquido con ms cloro para dar pentacloruro de fsforo slido:

Emplee estos datos para calcular el cambio de entalpa para la formacin de 1.00 mol de PCl3(l) a partir de fsforo y cloro.


8. Calcule el cambio de entalpa para la reaccin:

dada la siguiente informacin:

EJERCICIOS ADICIONALES (Brown, LeMay JR., Murphy, Bursten, & Woodward, 2014) Captulo 5, ejercicios 5.61, 5.62, 5.63, 5.64, 5.65, 5.66

BIBLIOGRAFA Brown, T. L., LeMay JR., H. E., Murphy, C. J., Bursten, B. E., & Woodward, P. M. (2014). Qumica La Ciencia Central. Mxico D.F., Mxico: Pearson.

Kotz, J. C., & Treichel, P. M. (2003). Qumica y Reactividad Qumica (5 edicin ed.). Mxico D.F., Mxico: Thomson.


ACTIVIDAD No. 09

Termoqumica Entalpas de formacin


NOMBRE: CARNE:

NOTA:

INFORMACIN La entalpia de formacin, , de una sustancia es el cambio de entalpia de la reaccin en la que sta se

forma a partir de sus elementos constituyentes. El cambio de entalpia estndar de una reaccin, , es el cambio de entalpia cuando todos los reactivos y productos se encuentran a una presin de 1 atm y a una temperatura especfica, por lo general de 298 K (25 C). Si combinamos estos conceptos, tenemos que la entalpia de formacin estndar, , de una sustancia es

el cambio de entalpia de la reaccin que forma un mol de la sustancia a partir de sus elementos en su forma ms estable con todos los reactivos y los productos a 1 atm de presin y, por lo general a 298 K. Para cualquier elemento en su estado ms estable a 298 K y 1 atm de presin, . El cambio de

entalpia estndar para cualquier reaccin se puede calcular fcilmente a partir de las entalpias de formacin estndar de los reactivos y productos en la reaccin.

En varias bibliografas se encuentran tablas con listado de valores de cambios de entalpas estndar de formacin obtenidas del NIST (Instituto Nacional de Normas y Tecnologa) para algunas sustancias comunes. stos son los valores para la formacin de un mol del compuesto en su estado estndar a partir de sus elementos en sus estados estndar. Un examen de estos valores conduce a algunas observaciones importantes:

a) La entalpa estndar de formacin para un elemento en su estado estndar es cero.

b) Los valores para los compuestos en solucin se refieren al cambio de entalpa par ala formacin de una solucin de 1M del compuesto a partir de los elementos que lo constituyen, ms el cambio de entalpa que ocurre cuando la sustancia se disuelve en agua.

c) La mayora de los valores del cambio de entalpa estndar de formacin son negativos, lo que

indica que la formacin de la mayora de los compuestos a partir de sus elementos, es exotrmica. El desprendimiento de calor generalmente indica que la formacin de compuestos a partir de sus elementos (en condiciones estndar) es favorecida en productos.

d) Los valores de cambio de entalpa estndar de formacin pueden emplearse para comparar las

estabilidades trmicas de compuestos relacionados.


A continuacin encontrar una tabla con las entalpas estndar de formacin a 298 K de compuestos

seleccionados. Una tabla ms extensa la puede encontrar en su libro de Brown, en el apndice C, pgina 1059.

Tabla 3. Entalpas estndar de formacin a 298 K de compuestos seleccionados.

Fuente: (Brown, LeMay JR., Murphy, Bursten, & Woodward, 2014)

EJERCICIOS

1. Calcule la entalpa estndar de combustin del benceno, C6H6.

Los dems valores necesarios puede encontrarlos en la tabla No. 3

de este documento o en el apndice C de su libro de Brown.

2. El calor estndar de formacin de un compuesto se define como el cambio de entalpa para la formacin del compuesto a partir de sus elementos en sus estados estndar. Escriba una ecuacin qumica balanceada para la reaccin de formacin de metanol lquido y determine el valor de

para el metanol en el apndice C.

3. Escriba una ecuacin qumica balanceada para la formacin de 1 mol de Cr2O3(s) a partir de cromo y oxgeno en sus estados estndar y determine el valor de para el Cr2O3(s) en el apndice C.

Cul es el cambio de entalpa estndar si se oxidan 2.4 g de cromo a Cr2O3(s)?

4. Utilice los calores estndar de formacin del apndice C para calcular los cambios de entalpa estndar en los siguientes casos:

a. 1.0 g de fsforo blanco se quema y forma P4O10(s). b. 0.20 mol de NO(g) se descompone en N2(g) y O2(g). c. Se forman 2.40 g de cloruro de sodio a partir de sodio slido y exceso de cloro

gaseoso. d. 250 g de hierro se oxidan con oxgeno a xido frrico slido. e. 0.054 g de azufre se quema formando dixido de azufre gaseoso.

5. El primer paso en la produccin del cido ntrico a partir del amonaco consiste en la oxidacin de

NH3.


a. Emplee las entalpas estndar de formacin para calcular el cambio de entalpa estndar de esta reaccin.

b. Qu cantidad de calor se desprendi o se absorbi en la oxidacin de 10.0 g de amoniaco.

6. La entalpa estndar de formacin del xido de bario slido, BaO(s), es -553.5 kJ/mol, y la entalpa de formacin del perxido de bario, BaO2, es -634.3 kJ/mol. Calcule el cambio de entalpa estndar para la siguiente reaccin e indique si es exotrmica o endotrmica.

7. El cambio de entalpa para la oxidacin del naftaleno, C10H8, se mide por calorimetra.

Utilice este valor junto con los calores estndar de formacin de dixido de carbono gaseoso y agua lquida para calcular la entalpa de formacin del naftaleno en kilojoules por mol.

8. Cuando se calientan a altas temperaturas, el coque (principalmente carbono, obtenido al calentar carbn en ausencia de aire) u el vapor de agua se produce una mezcla llamada gas de carbn, que puede emplearse como un combustible o materia prmera para otras reacciones. La ecuacin de produccin del gas de carbn es:

a. Use los calores estndar de formacin para determinar el cambio de entalpa de esta

reaccin. b. Qu cantidad de calor participa en la reaccin al transformar 1.0 tonelada mtrica

(1000 kg) de carbono en gas de carbn? 9. La entalpa molar estndar de formacin del diborano, B2H6(g), no puede determinarse

directamente porque es imposible preparar el compuesto mediante la reaccin de boro con hidrgeno. Sin embargo, puede calcularse a partir de otros cambios de entalpa. Las siguientes entalpas s pueden medirse.

a. Utilice la ley de Hess para determinar la ecuacin de formacin del diborano a partir de boro e hidrgeno en sus estados estndar. Asigne los cambios de entalpa a cada reaccin.

b. Calcule el cambio de entalpa estndar de formacin para el diborano gaseoso. c. Indique si la formacin de diborano gaseoso es favorecida en productos o en reactivos.

10. Suponga que desea calentar el aire de una casa con gas natural (metano) y que la casa tiene 275

m2 (aproximadamente 2800 pies2 de rea) y los techos estn a distancia de 2.50 m de los pisos y el aire de la casa tiene una capacidad calorfica molar de 29.1 J/mol-K. (El nmero de moles del aire de la casa puede encontrarse asumiendo que la masa molar promedio del aire es de 28.9 g/mol y la densidad del aire a estas temperaturas es de 1.22 g/L aproximadamente.) Qu masa de metano tendr que quemarse para calentar el aire desde 15.0 hasta 22.0 ?


Captulo 5, ejercicios 5.77, 5.79, 5.106, 5.114, 5.116.



ACTIVIDAD No. 10

Fuerzas intermoleculares Fuerzas intermoleculares y propiedades de los lquidos


NOMBRE: CARNE:

NOTA:

INFORMACIN Los enlaces entre tomos son los responsables de la formacin de compuestos y le brindan la identidad a los mismos. A estas fuerzas se les llama fuerzas intramoleculares. Entre un compuesto y otro tambin existen fuerzas de atraccin, que se les llama fuerzas intermoleculares. Estas determinan el comportamiento de los compuestos (temperatura de ebullicin, de fusin, etc.)

Fuerzas intramoleculares Fuerzas intermoleculares Las fuerzas intermoleculares que existen entre los compuestos dependen de las caractersticas de los mismos; por ejemplo, entre compuestos apolares nicamente existirn fuerzas de dispersin de London. Estas son fuerzas de atraccin entre dipolos inducidos e instantneos y su magnitud depende de la facilidad con que se producen los desplazamientos de los electrones dentro de las molculas. Esto causa una descompensacin temporal de la distribucin de la carga, es decir, sobre la polarizabilidad de la molcula. Por otra parte, las molculas polares, adicional a las fuerzas de dispersin entre ellas, tambin tendrn atraccin dipolo-dipolo. Algunas sustancias que contienen hidrgeno, muestran atracciones intermoleculares llamadas puentes de hidrgeno. En estas hay tomos de H enlazado a tomos muy electronegativos (N. O y F).

Tabla 4. Representacin grfica de las fuerzas intermoleculares Dispersin de London Dipolo-Dipolo Puente de hidrgeno In-dipolo

Imgenes obtenidas de (Brown, 2009)


EJERCICIOS

1. Indique las fuerzas intermoleculares que se presentan entre molculas de: a. Br2 b. ICl c. Fluoruro de hidrgeno d. Metano e. Benceno (C6H6) f. CH3Cl g. PF3 h. NaCl i. CS2

2. Subraye cul de los siguientes slidos moleculares tendrn fuerzas intermoleculares dipolo-dipolo

a) NH3 b) BF3 c) I2 d) H2S

3. Explique por qu el amoniaco tiene un punto de ebullicin mayor al metano.

4. Qu molcula, BF3 PF3, tendr el punto de fusin ms elevado?

5. Los compuestos Br2 y ICl tienen el mismo nmero de electrones, pero el Br2 se funde a -7.2C y el

ICl se funde a 27.2C Por qu?

6. Los compuestos binarios de hidrgeno de los elementos del grupo 4A y sus puntos de ebullicin

son: CH4 -162C , SiH4 - 112C, GeH4 -88C, SnH4 -52C.

a. Explique el incremento de los puntos de ebullicin del CH4 al SnH4

7. De cul miembro de cada uno de los siguientes pares de susstancias se esperara que tuviera el

punto de ebullicin ms alto?

a. O2 y Cl2

b. SO2 y CO2

c. HF y HI

8. Los siguientes compuestos tienen las mismas frmulas moleculares C4H10. Cul compuesto

tendra el punto de ebullicin ms alto?


9. Complete la siguiente tabla

Tabla 5. Propiedades de los lquidos

Propiedad Significado Tensin superficial

Viscosidad

Fuerzas de cohesin

Fuerzas de adhesin

Presin de vapor

10. La tensin superficial, viscosidad y presin de vapor estn relacionadas con las fuerzas

intermoleculares. Explique por qu la tensin superficial y viscosidad disminuyen con la temperatura mientras que la presin de vapor aumenta.

11. Calcule la presin de vapor del mercurio en su punto de ebullicin normal (375 C)

12. A continuacin se muestran varias mediciones de presin de vapor del C6F6 como una funcin de

la temperatura.

T (K) Pvap (torr)

280 32.42

300 92.47

320 225.1

330 334.4

340 482.9

a. Grafique los datos colocando en el eje y el lnP y en el eje x 1/T (K)

b. Utilice la ecuacin de Clausius-Clapeyron para determinar el Hvap para el C6F6

c. Determine el punto de ebullicin normal del C6F6

d. Determine el % de error con respecto del punto de ebullicin normal terico


13. La presin de vapor del benceno C6H6 es de 40.1 mmHg a 7.6C. Calcule su presin de vapor a

60.6C. El calor molar de vaporizacin del benceno es de 31.0 kJ/mol

14. La gasolina es una mezcla de hidrocarburos, uno de los componentes ms importantes es el

octano C8H18, cuya presin de vapor es 13.95 torr a 25 C y una presin de vapor de 144.78torr a

78 C.

a. Calcule el calor molar de vaporizacin del octano

b. Calcule el punto de ebullicin normal del octano

c. Determine el % de error con respecto del punto de ebullicin normal terico

EJERCICIOS ADICIONALES (Brown, LeMay JR., Murphy, Bursten, & Woodward, 2014) Captulo 11, ejercicios 11.5, 11.11, 11.15, 11.19, 11.90

BIBLIOGRAFA Brown, T. L., LeMay JR., H. E., Murphy, C. J., Bursten, B. E., & Woodward, P. M. (2014). Qumica La Ciencia Central. Mxico D.F., Mxico: Pearson. Petrucci, R.et al. (2011) Qumica General (10 Ed.); Espaa; Editorial Pearson.


ACTIVIDAD No. 11

Cambios de fase Curvas de calentamiento y diagramas de fase


NOMBRE: CARNE:

NOTA:

INFORMACIN Un diagrama de fases es una forma grfica que resume las condiciones en las cuales existen equilibrios entre los diferentes estados de la materia. Permite entonces predecir la fase de una sustancia a temperatura y presin dadas.

Una sustancia puede existir en ms de un estado de la materia. Los cambios de fase son las transformaciones de una fase a otra. Complete la siguiente tabla con los nombres de los cambios de fase:

Cambio de fase Nombre Slido lquido

Lquido slido

Slido gas

Gas slido

Lquido gas

Gas lquido


EJERCICIOS

1. La curva de calentamiento se gener al medir la temperatura al calentar un slido.

Fuente: (Brown, 2009)

a. El intervalo _______ depende del calor especfico de la sustancia en estado slido b. El intervalo _______depende del calor especfico de la sustancia en estado lquido c. El intervalo _______ depende del calor especfico de la sustancia en estado gaseoso d. El intervalo __________ depender del Hvap de esta sustancia.

e. El intervalo __________ depender del Hfusion de esta sustancia.

2. Calcule el calor asociado a la conversin de 25.0 gramos de hielo a -4.00 C a vapor a 110.0 C. Los

calores especficos del hielo, agua y vapor son 2.09 J/g-K, 4.18 J/g-K, y 1.84 J/g-K, respectivamente.

2H O , Hfus = 6.01 kJ/mol y Hvap = 40.67 kJ/mol.

3. El 2 3 3C Cl F tiene un punto de ebullicin normal de 47.6 C. Los calores especficos de 2 3 3C Cl F (l) y

2 3 3C Cl F (g) son 0.91 J/g-K y 0.67 J/g-K, respectivamente. El calor molar de vaporizacin del

compuesto es 27.49 kJ/mol. Calcule el calor (kJ) para convertir 50.0 g del compuesto de 5.0 C a 80.0 C.

4. El etanol 2 5(C H OH) funde a -114 C. El calor molar de fusin es 5.02 kJ/mol. Los calores

especficos del etanol slido y lquido son 0.97 J/g-K y 2.3 J/g-K, respectivamente. Calcule el calor (kJ) necesario para convertir 25.0 g de etanol de -135 C a -50 C?

5. Calcule el calor (kJ) que se necesita para convertir 10.0 g de hielo a -25.0 C a agua a 80.0 C. Los

calores especficos del hielo, agua y vapor son 2.09 J/g-K, 4.18 J/g-K, y 1.84 J/g-K, respectivamente.

2H O , Hfus = 6.01 kJ/mol, y Hvap = 40.67 kJ/mol.

6. Los puntos de ebullicin y congelacin normales del dixido de azufre son -10C y -72.7C,

respectivamente. El punto triple est en -75.5C y 1.65 x 10-3 atm, y su punto crtico est a 157C y 78atm. Con esta informacin dibuje el diagrama de fases de este compuesto.


7. Dibuje un posible diagrama de fases para la hidracina, N2H4, a partir de los siguientes datos:

punto triple (2 C y 3.4mmHg), punto de fusin normal (2 C), punto de ebullicin normal (113.5 C) y punto crtico (380 C y 145atm).

8. En el siguiente diagrama de fases, indique: A. El intervalo a las condiciones de presin y

temperatura en las cuales se encuentran los estados slido y gaseoso de la sustancia en equilibrio

B. El intervalo a las condiciones de presin y temperatura en las cuales se encuentran los estados lquido y gaseoso de la sustancia en equilibrio

C. El punto crtico D. El punto triple

9. El punto de ebullicin normal de la sustancia presentada en el diagrama de fases es:

EJERCICIOS ADICIONALES (Brown, LeMay JR., Murphy, Bursten, & Woodward, 2014) Captulo 11, ejercicios 11.7, 11.44, 11.45, 11.46, 11.61

BIBLIOGRAFA

Brown, T. L., LeMay JR., H. E., Murphy, C. J., Bursten, B. E., & Woodward, P. M. (2014). Qumica La Ciencia Central. Mxico D.F., Mxico: Pearson.

Petrucci, R.et al. (2011) Qumica General (10 Ed.); Espaa; Editorial Pearson.


ACTIVIDAD No. 12

Slidos Estructuras de los slidos


NOMBRE: CARNE:

NOTA:

INFORMACIN Los slidos pueden ser cristalinos o amorfos. En un slido cristalino, los tomos, iones o molculas estn ordenas en disposiciones bien definidas: mientras, un slido amorfo es un slido cuyas partculas no tienen una estructura ordenada. El orden de los slidos cristalinos permite tener una imagen de todo el slido examinando slo una pequea parte. La celda de repeticin de un slido cristalino se denomina celda unitaria y esta posee toda la simetra caracterstica del arreglo de las partculas. Un slido cristalino puede representarse mediante una matriz tridimensional de puntos, cada uno de los cuales representa un entorno idntico dentro del cristal. Tal matriz de puntos se denomina red cristalina. Entre los slidos se pueden distinguir los slidos moleculares, los slidos de red covalente, los slidos inicos y por ltimo, los slidos metlicos.

Fuente: (Chang, 2009)


EJERCICIOS

1. Complete la siguiente tabla con las propiedades generales de los tipos de slidos:

Tipo de cristal Fuerzas que mantienen unidas estos slidos

Propiedades generales Ejemplos

Inico

Covalente

Molecular

Metlico

2. Un slido es duro, quebradizo y no conduce electricidad. Su forma fundida y una disolucin acuosa

que contenga la sustancia si conduce la electricidad. Clasifique el slido.

3. Un slido es suave y tiene punto de fusin bajo (


11. El bario metlico cristaliza en una red cbica centrada en el cuerpo(los tomos de Ba slo estn en los puntos reticulares). La longitud de la arista de la celda unitaria es de 502 pm, y la densidad del metal es3.50 g/cm3. Con esta informacin calcule el nmero de Avogadro.

EJERCICIOS ADICIONALES (Brown, LeMay JR., Murphy, Bursten, & Woodward, 2014) Captulo 12, ejercicios 12.11, 12.13, 11.29, 12.31

BIBLIOGRAFA

Brown, T. L., LeMay JR., H. E., Murphy, C. J., Bursten, B. E., & Woodward, P. M. (2014). Qumica La Ciencia Central. Mxico D.F., Mxico: Pearson. Petrucci, R.et al. (2011) Qumica General (10 Ed.); Espaa; Editorial Pearson.


ACTIVIDAD No. 13

Propiedades de las disoluciones Factores que afectan la solubilidad


NOMBRE: CARNE:

NOTA:

INFORMACIN Las disoluciones son mezclas homogneas de dos o ms sustancias puras. En una disolucin, el soluto se dispersa de forma uniforme en todo el disolvente.


Cualquiera de los tipos de fuerzas intermoleculares puede operar entre las partculas de un soluto y un solvente para formar una solucin. Por ejemplo, las fuerzas de dispersin de London dominan cuando una sustancia no polar se disuelve en otra, y lar fuerzas in-dipolo dominan en disoluciones de sustancias inicas en agua. En la formacin de disoluciones estn implicados 3 tipos de interacciones intermoleculares:

1. Deben superarse las interacciones soluto-soluto entre las partculas del soluto para as dispersar las partculas de este a travs del disolvente

2. Se deben vencer las interacciones disolvente-disolvente entre las partculas del disolvente, para as acomodar las partculas del soluto en el disolvente

3. Las interacciones disolvente-soluto entre partculas del disolvente y soluto ocurren conforme se mezclan las partculas

La solubilidad entonces se define como la mxima cantidad de un soluto que se puede disolver en determinada cantidad de un disolvente a una temperatura especfica. La temperatura afecta la solubilidad de la mayor parte de sustancias. La ley de Henry explica que la solubilidad de un gas en un lquido es directamente proporcional a la presin parcial del gas sobre la disolucin.


EJERCICIOS

1. A partir de la siguiente grfica indique la relacin entre la solubilidad y la temperatura a. Indique los nombres de todos los compuestos ah presentes (en cualquier sistema)


2. Compare sus observaciones del inciso anterior con esta otra figura, que representa la solubilidad

de gases



3. Indique el tipo de interaccin soluto-solvente que debera ser el ms importante en cada una de las siguientes disoluicones:

a. Tetracloruro de carbono en benceno C6H6 b. Metanol CH3OH en agua c. Bromuro de potasio en agua

4. Calcule la concentracin molar del oxgeno en agua a 25 C para una presin parcial de 0.22atm. La constante de la ley de Henry para el oxgeno es de 1.3 x 10-3 mol/L*atm

5. La solubilidad del dixido de carbono en agua a 25 C y 1atm es de 0.034mol/L. Calcule su solubilidad en condiciones atmosfricas. (La presin parcial deli dixido de carbono en el aire es 0.0003atm) suponga que el CO2 obedece la ley de Henry.

6. A 0 C y una presin de O2 de 1.0 atm, la solubilidad del oxgeno en agua es 48.9mL de O2 por litro. Calcule la molaridad del O2 en una disolucin acuosa saturada cuando el O2 est sometido a su presin parcial normal en aire (0.2095atm)

7. En un manual de datos se encuentra que la solubilidad del monxido de carbono en agua a 0 C y 1atm es 0.0354mL de CO por mililitro de agua. Calcule la presin del CO sobre la disolucin para obtener una concentracin 0.0100M de CO.


Captulo 13, ejercicios 13.2, 13.3, 13.5, 13.9

BIBLIOGRAFA Brown, T. L., LeMay JR., H. E., Murphy, C. J., Bursten, B. E., & Woodward, P. M. (2014). Qumica La Ciencia Central. Mxico D.F., Mxico: Pearson. Chang R. (2013) Qumica. Undcima edicin. Editorial McGraw-Hill. Petrucci, R.et al. (2011) Qumica General (10 Ed.); Espaa; Editorial Pearson.


ACTIVIDAD No. 14

Propiedades de las disoluciones Concentracin de una solucin


NOMBRE: CARNE:

NOTA:

EJERCICIOS

1. Calcule la molaridad de los siguientes solutos disueltos en agua: a. 2.92 mol de CH3OH en 7.16L de disolucin b. 25.2 g de CO(NH2)2 en 275mL de disolucin c. 18.5mL de C3H5(OH)3 (d=1.26g/mL) en 375mL de disolucin

2. Calcule la cantidad de las siguientes sustancias que debe disolverse en agua para obtener las

siguientes disoluciones: a. Glucosa (C6H12O6) en gramos, para obtener 75.0mL de solucin 0.350M b. Metanol (CH3OH) (d=0.792g/mL) en mililitros, para obtener 2.25L de disolucin 0.485M.

3. cul de las siguientes disoluciones tiene una concentracin de KCL 0.5M?

a. 0.5g de KCl por mL de disolucin b. 36g de KCl por litro de disolucin c. 7.46mg de KCl por mL de disolucin d. 373g de KCl en 10.0L de disolucin

4. Una disolucin acuosa saturada de bromuro de sodio contiene 116g de soluto en 100g de agua.

Exprese esta composicin en %m/m

5. Una cierta salmuera tiene 3.87% m/m de cloruro de sodio. Una muestra de 75mL pesa 76.9g Cuntos litros de esta disolucin deben evaporarse hasta sequedad para obtener 725kg de cloruro de sodio?

6. La concentracin molar de una solucin de cido sulfrico es 6.0M y tiene una densidad de

1.338g/L. cul es el porcentaje en masa de cido sulfrico en esta disolucin?

7. Cuntos gramos de yodo, I2, deben disolverse en 725mL de disulfuro de carbono CS2 (d=1.261g/mL) para obtener una disolucin 0.236m?

8. El cido sulfrico concentrado que se usa en el laboratorio est al 98% m/m. Calcula la molalidad de esta disolucin si la densidad de la misma es 1.83 g/mL

9. A 25.0mL de una disolucin de nitrato de potasio 0.866M se le agrega agua hasta lograr un volumen de 500.0mL. Determine la concentracin final de la disolucin.


10. Determine la molalidad de una disolucin de cido clorhdrico 0.87M. Tome en cuenta que la densidad de la disolucin de cido clorhdrico a esa concentracin es 1.04 g/mL

11. Una disolucin acuosa tiene 34% m/m de cido fosfrico y una densidad e 1.209g/mL. a. Calcule la molalidad de esta disolucin b. Calcule la molaridad de esta disolucin

12. Calcule la fraccin molar de soluto en:

a. CH3CH2OH 21.7% m/m b. Urea (CO(NH2)2 0.684m

BIBLIOGRAFA

Brown, T. L., LeMay JR., H. E., Murphy, C. J., Bursten, B. E., & Woodward, P. M. (2014). Qumica La Ciencia Central. Mxico D.F., Mxico: Pearson. Chang R. (2013) Qumica. Undcima edicin. Editorial McGraw-Hill. Petrucci, R.et al. (2011) Qumica General (10 Ed.); Espaa; Editorial Pearson.


ACTIVIDAD No. 15

Propiedades de las disoluciones Propiedades coligativas


NOMBRE: CARNE:

NOTA:

INFORMACIN La disminucin de la presin de vapor, descenso del punto de congelacin, la elevacin del punto de ebullicin y la presin osmtica son propiedades coligativas de las disoluciones que tienen muchas aplicaciones prcticas. Estas propiedades dependen solamente del nmero de partculas de soluto que estn presentes, y no de su naturaleza.


En las disoluciones de electrolitos, las interacciones entre los iones conducen a la formacin de pares inicos. El factor de vant Hoff proporciona luna medida del grado de disociacin de los electrolitos en una disolucin.


EJERCICIOS

1. El etilenglicol es un anticongelante usado en automviles. Es soluble en agua y su punto de ebullicin es 197 . Calcule el punto de congelacin de una solucin que contiene 651g de etilenglicol en 2505g de agua. La masa molar del etilenglicol es 62.01g/mol

2. El punto de congelacin del etanol (C

2H

5OH) es -114.6 C. La constante

(K

f) del etanol es 2.00

C/m. Calcule la temperatura de congelacin (C) de una solucin preparada a partir de 50.0 g de

glicerina 3 8 3(C H O ) en 200.0 g de etanol

3. Se prepara una solucin disolviendo 7.00 g de glicerina (C

3H

8O

3) en 201 g de etanol

(C

2H

5OH) .

Calcule el punto de congelacin de la solucin en C. El punto de congelacin del solvente puro es -

114.6 C a 1 atm. La constante (K

f) del etanol es 1.99 C/m.

4. Calcule la temperatura de congelacin de una solucin preparada con 5.0 gramos de cloruro de

potasio y 550.0 gramos de agua.

5. Calcule la presin osmtica (atm) de una solucin preparada disolviendo 25.0 mg de aspirina

(C

9H

8O

4) en 0.250 L de agua a 25 C.

6. Una solucin que contiene 10.0 g de un lquido desconocido y 90.0 g de agua tiene un punto de

congelacin de -3.33 C. Si la constante Kf agua= 1.86 C/m, calcule la masa molar del lquido

desconocido.

7. La presin osmtica de una disolucin de yoduro de potasio 0.010M a 25 C es de 0.465atm. Calcule el factor de vant Hoff para el KI a esta concentracin.

8. La disminucin del punto de congelacin de una disolucin de sulfato de magnesio (II) 0.100m es de 0.225 C. Calcule el factor de vant Hoff del sulfato magnsico a esta concentracin.

9. Las presiones osmticas de las disoluciones de dicloruro de calcio y de urea 0.010M a 25 C son de 0.605atm y 0.245atm, respectivamente. Calcule el factor de vant Hoff para la disolucin de diclouroro clcico.

a. Cul sera el cambio en el valor de i a medida que la disolucin se vuelve ms concentrada?

b. Cul sera el cambio en el valor de i a medida que la disolucin se vuelve ms diluida?


Captulo 13, ejercicios 13.63, 13.67, 13.69, 13.83

BIBLIOGRAFA

Brown, T. L., LeMay JR., H. E., Murphy, C. J., Bursten, B. E., & Woodward, P. M. (2014). Qumica La Ciencia Central. Mxico D.F., Mxico: Pearson. Chang R. (2013) Qumica. Undcima edicin. Editorial McGraw-Hill. Petrucci, R.et al. (2011) Qumica General (10 Ed.); Espaa; Editorial Pearson.


ACTIVIDAD No. 16

Termodinmica qumica Elaborado por: J.Donis

NOMBRE: CARNE:

NOTA:

INFORMACIN La termodinmica qumica es el rea de la qumica que trata con las relaciones de energa. La Primera Ley de la Termodinmica establece que la energa no puede crearse ni destruirse, por lo tanto, la energa total del Universo es constante. La energa puede, sin embargo, convertirse de un tipo a otro, as como ser transferida del sistema a los alrededores y viceversa. Esta ley se expresa matemticamente como E= q+w, donde E es el cambio en la energa interna de un sistema, q es el calor absorbido (o liberado) por el sistema de (o hacia) su entorno, y w es el trabajo que realice el entorno sobre el sistema, o este sobre el entorno. As, un proceso espontneo es aquel que ocurre por s mismo, sin ayuda externa alguna. Los procesos que son espontneos en una direccin, son no espontneos en la direccin inversa. Asimismo, en un proceso reversible, el sistema cambia de tal manera que el sistema y sus alrededores puede retornar a sus estados originales por medio del mismo proceso en direccin inversa. Los procesos irreversibles no pueden ser deshechos por medio de aplicar el proceso inverso. Todos los procesos espontneos son irreversible, de hecho, todos los procesos reales son irreversible. ENTROPA Y LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINMICA La entropa podra definirse como una medida de la aleatoriedad o desorden en un sistema. Est relacionado con varios tipos de movimiento en las molculas. Al igual que la energa interna y la entalpa, la entropa es una funcin de estado. Por lo tanto,

S = Sfinal Sinicial Para un proceso que ocurre a temperatura constante (proceso isotrmico):

Donde, qrev = el calor transferido cuando el proceso se lleva a cabo de manera reversible a una temperatura constante. T = temperatura en Kelvin. La entropa es una funcin de estado muy importante. La Segunda Ley de la Termodinmica establece que La entropa no cambia en el universo para procesos reversibles y se incrementa para procesos espontneos.


EJERCICIOS 1. Defina con sus propias palabras los siguientes conceptos.

a. Sistema b. Alrededores c. Universo d. Condiciones Estndar e. Funcin de Estado

2. Qu es entropa? Si durante un proceso qumico, el sistema queda ms ordenado, qu signo debera

tener el cambio de entropa?

3. Depende el cambio de entropa del camino que se tome para ir del estado inicial al estado final del sistema? Razone su respuesta.

4. Cmo cambia la entropa de un sistema para cada uno de los siguientes procesos?

a. Un slido se funde. b. Un lquido se congela c. Un lquido hierve. d. Un vapor se convierte en slido. e. Un vapor se condensa en un lquido. f. Un slido se sublima g. El alcohol etlico se disuelve en agua

5. Para cada uno de los siguientes pares de sustancias seleccione la que tenga el mayor valor de entropa

a 25C. Se utiliza la misma cantidad molar para hacer la comparacin. Explique en qu bas su eleccin.

a. Li(s) o Li (l) b. C2H5OH (l) o CH3OCH3 (l). (Sugerencia: cul de esas molculas puede formar puentes de

hidrgeno?) c. Ar(g) o Xe(g) d. CO(g) o CO2(g) e. O2(g) u O3(g) f. NO2(g) o N2O4(g)

6. Diga si espera que el signo del cambio de entropa sea positivo o negativo para cada uno de los

siguientes procesos y justifique su prediccin.

a. PCl3(l)+Cl2(g) PCl5 (s) b. 2HgO(s) 2Hg(l) + O2(g) c. H2(g) 2H(g) d. U(s) + 3F2(g) UF6 (s)

7. El galio elemental (Ga) se congela a 29.8C, y su entalpa molar de fusin es Hfus = 5.59 kJ/mol.

a. Cuando el galio fundido se solidifica a Ga(s) en su punto de fusin normal, el S es positivo o

negativo? b. Calcule el valor de S cuando se solidifican 60.0 g de Ga(l) a 29.8C.


8. El punto de ebullicin normal del etanol C2H5OH es 78.3C, y su entalpa molar de vaporizacin es

38.56 kJ/mol, Cul es el cambio de entropa del sistema cuando 125 g de C2H5OH (g) a 1 atm se condensan para formar el lquido en el punto de ebullicin normal?

9. Utilizando los datos termodinmicos del apndice C de su libro de texto, determine el punto de

ebullicin normal del etanol (recuerde que tanto la fase lquida como la fase de vapor se encuentran en equilibrio a 1 atm de presin en el punto de ebullicin normal). Del problema anterior, se tiene que el punto de ebullicin real es de 78.3C, coincide este valor con su resultado?

EJERCICIOS ADICIONALES (Brown, LeMay JR., Murphy, Bursten, & Woodward, 2014) Captulo 19, ejercicios:19.19, 19.27, 19.29, 19.43

BIBLIOGRAFA

Brown, T.; LeMay, H.; Bursten, B. & Murphy, C.; (2014) Qumica, La Ciencia Central (12 Ed.); Mxico; Editorial Pearson Educacin. Chang, R.; (2007) Qumica (9 Ed.); Mxico; McGraw Hill Editores.


ACTIVIDAD No. 17

Termodinmica qumica Cambio de entropa en reacciones y la energa libre de Gibbs

Elaborado por: J.Donis

NOMBRE: CARNE:

NOTA:

INFORMACIN CAMBIO DE ENTROPA EN REACCIONES QUMICAS Para calcular SUniverso, es necesario conocer tanto SSist como el Salred. Analizando SSist para una reaccin qumica, donde el sistema est representado por la siguiente reaccin:

aA + bB cC + dD

Como en el caso de la entalpa de una reaccin, la entropa estndar de una reaccin Sreaccin est dada por

Sreaccin = [cS(C)+dS(D)]- [aS(A)+bS(B)] O de manera ms general, se utiliza m y n para representar los coeficientes estequiomtricos de la reaccin

Sreaccin = Se han medido los valores de la entropa estndar de numerosos compuestos, en J/molK. Estos valores se pueden encontrar en el apndice C de su libro de texto (Brown, 2014). La entropa podra definirse como una medida de la aleatoriedad o desorden en un sistema. Est relacionado con varios tipos de movimiento en las molculas. ENERGA LIBRE DE GIBBS Para determinar la espontaneidad de una reaccin de una manera ms directa que determinando el

SUniverso, se utiliza una funcin termodinmica conocida como la energa libre de Gibbs (G) o solo energa libre:

G=H - TS Todas las cantidades de la ecuacin son propiedades del sistema y T es su temperatura. G tiene, por lo tanto, unidades de energa y es una funcin de estado (al igual que H y S). Para un proceso a temperatura constante, el cambio de energa libre ( G) de un sistema es

G= H - T S As, la energa libre es la energa disponible para realizar un trabajo. De lo anterior se tiene que:


EJERCICIOS 1. En qu condiciones la entropa de una sustancia pura es igual a 0 J/molK? Puede una sustancia en

condiciones estndar tener un valor de 0 J/molK? Explique sus respuestas. 2. Puede una sustancia tener un valor de entropa negativo? Explique su respuesta. 3. Por qu es ms conveniente predecir la direccin de una reaccin en trminos de Gsist que en

trminos de Suniv? En qu condiciones se puede utilizar Gsist para predecir la espontaneidad de una reaccin?

4. Con los datos del apndice C de su libro de texto, calcule el cambio de entropa estndar para las

siguientes reacciones a 25C: a. H2(g) + CuO(s) Cu(s) + H2O(g) b. 2Al(s) + 3ZnO(s) Al2O3(s) + 3Zn(s) c. CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(l)

5. Calcule los cambios de entalpa estndar y entropa para la descomposicin de agua lquida para

formar Oxgeno e Hidrgeno gaseosos. Diga si la reaccin es espontnea y explique en qu basa su razonamiento.

6. Calcule los cambios de entalpa estndar y entropa para la formacin del HCl(g) a partir de Hidrgeno

y Cloro gaseosos. Diga si la reaccin es espontnea y explique en qu basa su razonamiento. 7. Cuando se calientan algunos carbonatos metlicos, entre ellos el Carbonato de Magnesio (II), se se

descomponen segn la reaccin: MgCO3(s) MgO(s) + CO2(g)

Calcule el cambio de entalpa y entropa estndar para la reaccin. Diga si ser espontnea a 298 K. Es espontnea la reaccin a temperaturas ms altas?

8. Calcule G para las siguientes reacciones a 25C:

a. N2(g) + O2(g) 2NO(g) b. H2O(l) H2O(g) c. 2C2H2(g) + 5O2(g) 4CO2(g) + 2H2O(l) d. 2Mg(s) + O2(g) 2MgO(s)

9. Empleando Hf y S, calcule Grxn para cada una de las reacciones siguientes:

a. 2Pb(s) + O2(g) 2PbO(s) b. NH3(g) + HNO3(ac) NH4NO3(ac) c. Cul de estas reacciones ser favorecida en los productos? Explique.

EJERCICIOS ADICIONALES (Brown, LeMay JR., Murphy, Bursten, & Woodward, 2014) Captulo 19, ejercicios:19.49, 19.53, 19.61, 19.65, 19.67, 19.71, 19.75

BIBLIOGRAFA Brown, T.; LeMay, H.; Bursten, B. & Murphy, C.; (2014) Qumica, La Ciencia Central (12 Ed.); Mxico; Editorial Pearson Educacin. Chang, R.; (2007) Qumica (9 Ed.); Mxico; McGraw Hill Editores.


ACTIVIDAD No. 18

Termodinmica qumica Energa Libre de Gibbs: Temperatura y Equilibrio


NOMBRE: CARNE:

NOTA:

INFORMACIN Los valores de S y H no varan mucho con la temperatura. Por lo tanto, la dependencia de la energa libre de Gibbs, G, con respecto a la temperatura se rige principalmente por el valor de T en la expresin

G= H - T S. El trmino de entropa - T S tiene el mayor efecto sobre la dependencia de G con respecto a la temperatura y, consecuentemente, sobre la espontaneidad del proceso. Asimismo, en condiciones no estndar, G se relaciona con G y con el valor del cociente de reaccin, Q:

G= G+RTlnQ En esta ecuacin, R es la constante del gas ideal, 8.314 J/molK, T es la temperatura absoluta; y Q es el cociente de reaccin para la mezcla de reaccin de inters. En equilibrio, ( G=0, Q=K), G= -RTlnK. As el cambio de energa libre estndar est directamente relacionado con la constante de equilibrio de la reaccin K. Esta relacin denota la dependencia de las constantes de equilibrio con respecto a la temperatura.

EJERCICIOS 1. Explique la diferencia entre G y G.

2. Para cualquier proceso que ocurre a temperatura y presin constante, cul es el significado de

G=0?

3. Para cierto proceso, G es grande y negativo. Esto significa que el proceso necesariamente ocurre de forma rpida? Razone su respuesta.

4. Con los datos del apndice C de su libro de texto, calcule H, S y G para las siguientes reacciones

a 25C:

a. 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) b. 2C2H6(g) + 7O2(2) 4CO2(g) + 6H2O(g)


5. Cierta reaccin es espontnea a 450 K. El cambio de entalpa de la reaccin es de +34.5kJ. Qu se concluye acerca del signo y la magnitud de S en la reaccin?

6. A partir de los valores de H y S que se dan, calcule la G de las siguientes reacciones a 298 K. Si

la reaccin no es espontnea en condiciones estndar a 298K, a qu temperatura sera espontnea en cada caso?

a. 2PbS(s) + 3O2(g) 2PbO(s) + 2SO2(g) H= - 844kJ S= -165J/K

b. 2POCl3(s) 2PCl3(g) + O2(g) H= 572kJ S= 179J/K

7. Considere la reaccin

3CH4(g) C3H8(g) + 2H2(g) a. Calcule G a 298 K. b. Calcule G a 298 K si la mezcla de reaccin consiste en 40.0 atm de CH4, 0.0100 atm de C3H8(g) y

0.0180 atm de H2.

8. Calcule G y la constante de equilibrio, K, para la siguiente reaccin en equilibrio a 298K: 2H2O(g) 2H2(g) + O2(g)

9. Considere la reaccin

PbCO3(s) PbO(s) + CO2(g) Utilizando los datos del apndice C de su libro de texto (Brown, 2014), calcule la presin de equilibrio del CO2 en el sistema a a) 400C y b) 180C

EJERCICIOS ADICIONALES (Brown, LeMay JR., Murphy, Bursten, & Woodward, 2014) Captulo 19, ejercicios:19.77, 19.83, 19.85, 19.100



ACTIVIDAD No. 19

Electroqumica Balance de reacciones redox


NOMBRE: CARNE:

NOTA:

INFORMACIN La electroqumica estudia la conversin entre la energa elctrica y la energa qumica. En esta conversin se identifican dos tipos de procesos: la oxidacin y la reduccin. La oxidacin es la prdida de electrones en una reaccin qumica, mientras que la reduccin implica la ganancia de electrones. De esta manera, las reacciones de oxidacin-reduccin (redox) implican la transferencia de electrones, donde un tomo se oxida (pierde electrones) y otro tomo se reduce (gana electrones).

Por ejemplo, en la reaccin entre el magnesio metlico y el cido clorhdrico, se puede observar esta transferencia de electrones:

Los nmeros escritos encima de los elementos son sus respectivos nmeros de oxidacin. Al perder electrones, el nmero de oxidacin de un elemento aumenta. Por otra parte, al ganar electrones, el nmero de oxidacin del elemento se reduce (reduccin). As, de la reaccin anterior, se puede deducir que el elemento oxidado es el Magnesio, mientras que los iones H+ son reducidos. Los iones Cl- son espectadores.

La sustancia que recibe electrones (se reduce) y hace posible que otra se oxide se conoce como agente oxidante. Por otra parte, un agente reductor es la sustancia que cede electrones (se oxida) y que ocasiona que la otra sustancia se reduzca.

Las ecuaciones que representan los procesos redox se pueden balancear con el mtodo del ion electrn. A continuacin se detalla dicho mtodo: Mtodo del in electrn para balanceo de ecuaciones redox: Medio cido: Paso 1: Escribir la ecuacin no balanceada de la reaccin en su forma inica.

Paso 2: La ecuacin se divide en dos semirreacciones (oxidacin y reduccin)


Paso 3: En cada semirreaccin se balancean los tomos distintos del O e H. La semirreaccin de oxidacin ya tiene balanceados los tomos de Fe. Para balancear los tomos de Cr en la semirreaccin de reduccin se multiplica el Cr3+ por 2.

Paso 4: En las reacciones que se llevan a cabo en medio cido, se agrega H2O para balancear los tomos de O y para balancear los tomos de H se agrega H+.

Paso 5: Para balancear las cargas se aaden electrones a un lado de cada semirreaccin. Si es necesario, se iguala el nmero de electrones en las dos semirreacciones multiplicando una o ambas reacciones por los coeficientes apropiados.

Paso 6: Se suman las dos semirreacciones y se balancea la ecuacin final por inspeccin. Los electrones a ambos lados de la ecuacin se deben cancelar.

Paso 7: Se verifica que la ecuacin contenga el mismo tipo y nmero de tomos, as como las mismas cargas en ambos lados de la ecuacin. Medio bsico: En las reacciones en medio bsico, los tomos se pueden balancear como se hizo en el paso 4 para un medio cido. Luego, por cada ion H+ se debe agregar un nmero igual de iones OH- en ambos lados de la ecuacin. En el mismo lado de la ecuacin donde aparezcan iones H+ y OH-, los iones se pueden combinar para dar agua.


EJERCICIOS 1. Complete y balancee las medias reacciones siguientes. En cada caso indique si se produce oxidacin o

reduccin. a. Co+2 (ac) Co+3 (ac)

b. H2O2 (ac) O2 (g) (en solucin cida)

c. ClO3- Cl- (en solucin cida)

d. OH- (ac) O2 (g) (en solucin bsica).

e. SO32- (ac) SO42- (ac) (en solucin bsica)

Balanceo de Ecuaciones Redox: Ajuste de las reacciones, Agentes Oxidantes y Reductores

2. Balancee las siguientes ecuaciones redox por el mtodo del in electrn. En cada caso, identifique el

agente oxidante y el agente reductor del lado izquierdo de cada una de las ecuaciones.

a. Mn+2 + H2O2 MnO2 + H2O (en solucin bsica)

b. Bi(OH)3 + SnO22- SnO32- + Bi (en solucin bsica)

c. Cr2O72- + C2O42- Cr3+ + CO2 (en solucin cida)

d. ClO3- + Cl- Cl2 + ClO2 (en solucin cida)

e. BrO3- (ac)+ N2H4 (g) Br (ac) + N2 (g) (en solucin cida)

f. H2O2 (ac)+ ClO2 (ac) ClO2 (ac) + O2 (g) (en solucin bsica)


Captulo 20, ejercicios: 20.17, 20.19, 20.21, 20.23

BIBLIOGRAFA

Brown, T.; LeMay, H.; Bursten, B. & Murphy, C.; (2014) Qumica, La Ciencia Central (12 Ed.); Mxico; Editorial Pearson Educacin. Chang, R.; (2007) Qumica (9 Ed.); Mxico; McGraw Hill Editores.


ACTIVIDAD No. 20

Electroqumica Celdas electroqumicas y potencial estndar


NOMBRE: CARNE:

NOTA:

INFORMACIN Las celdas electroqumicas son dispositivos experimentales utilizados para generar electricidad mediante una reaccin redox espontnea.

Fuente: Chang, R.; (2007) Qumica (9 Ed.); Mxico; McGraw Hill Editores.

En este caso, la celda se basa en la oxidacin del Zn a Zn2+ y la reduccin del Cu2+ a Cu. Las barras de zinc y de cobre se conocen como electrodos. El electrodo en el que se lleva a cabo la oxidacin se conoce como nodo, mientras que el electrodo donde se lleva a cabo la reduccin se conoce como ctodo. En esta celda, las reacciones de oxidacin y de reduccin en los electrodos (reacciones de semicelda), son


La Notacin convencional para las celdas electroqumicas es el diagrama de la celda:

Donde la lnea vertical representa los lmites de las fases, la doble lnea indica el puente salino. Por convencin, el nodo se escribe primero a la izquierda y los dems componentes aparecen en el mismo orden en que se encontraran al moverse del nodo al ctodo.

Potencial de celda: Tambin llamado fuerza electromotriz o fem E, es la diferencia de potencial elctrico entre el nodo y el ctodo. Se mide en forma experimental con un voltmetro, donde la lectura (en volts) es el voltaje de la celda.

Potencial estndar de reduccin (E): Es el voltaje asociado con una reaccin de reduccin en un electrodo cuando todos los solutos son 1M y todos los gases estn a 1 atm.

E=Ereduccin+Eoxidacin

Fuente: Brown, T.; LeMay, H.; Bursten, B. & Murphy, C.; (2009) Qumica, La Ciencia Central (11 Ed.); Mxico;

Editorial Pearson Educacin.


EJERCICIOS 1. Cul de los siguientes reactivos puede oxidar el H2O a O2(g) en condiciones de estado estndar?

H+ (ac), Cl- (ac), Cl2(g), Cu2+(ac), Pb2+(ac), MnO4-(ac) (en medio cido). 2. Utilice los datos de la tabla de potenciales estndar de reduccin para elegir, de cada uno de los

siguientes pares de sustancias, el que tiene el agente oxidante ms poderoso: a. Cl2(g) o Br2 (g) b. Zn2+(ac) o Cd2+(ac) c. Cl-(ac) o ClO3-(ac) d. H2O2 (ac) u O3 (g)

3. Cul especie de cada par es mejor agente reductor en condiciones estndar? a. Na o Li, b. H2 o I2, c. Fe2+ o Ag, d. Br- o Co2+

4. En una celda que utiliza las reacciones de semicelda Ag/Ag+ y Al/Al3+ a 25C a. Escriba la ecuacin de la reaccin de la celda que se lleva a cabo en condiciones de estado

estndar. b. Cul electrodo es el nodo y cul es el ctodo? c. Indique los signos de los electrodos. d. Diga si los electrones fluyen del electrodo de cinc al electrodo de nquel o del nquel al cinc. e. En qu sentidos migran los cationes y los aniones a travs de la solucin?

5. Una celda voltaica que emplea la reaccin

Tl3+(ac)+2Cr2+(ac) Tl+(ac) +2Cr3+(ac) Tiene un potencial estndar de celda medido de 1.19V.

a. Escriba las dos reacciones de media celda. b. Cul es el de la reduccin del Tl3+(ac) a Tl+(ac)? c. Dibuje un esquema de la celda voltaica, rotule el nodo y ctodo e indique el sentido del flujo

de electrones. 6. Usando potenciales estndar de reduccin, calcule la fem estndar de cada una de las siguientes

reacciones: a. Cl2(g) + 2I-(ac) 2Cl-(ac)+I2(s) b. Hg(l)+2Fe3+(ac) Hg2+(ac)+2Fe2+(ac) c. 2Cu+(ac) Cu(s)+Cu2+(ac)

7. Una solucin 1M de Cu(NO3)2 se coloca en un vaso de precipitados con una tira de Cu metlico. Se

pone una solucin 1M de SnSO4 en un segundo vaso con una tira de Sn metlico. Los dos vasos de precipitados se conectan por medio de un puente salino y los dos electrones se unen con alambres a un voltmetro.

a. Qu electrodo sirve como nodo y cul es el ctodo? b. Cul electrodo gana masa y cul pierde masa conforme la reaccin avanza? c. Escriba la ecuacin que corresponde a la reaccin global de la celda. d. Qu fem genera la celda en condiciones estndar?

EJERCICIOS ADICIONALES (Brown, LeMay JR., Murphy, Bursten, & Woodward, 2014) Captulo 20, ejercicios: 20.25, 20.27, 20.37, 20.41, 20.43, 20.49



ACTIVIDAD No. 21

Electroqumica Energa Libre y Reacciones Redox


NOMBRE: CARNE:

NOTA:

INFORMACIN Espontaneidad de las reacciones redox: La disminucin de la energa libre de un sistema en una reaccin redox espontnea es igual al trabajo elctrico realizado por el sistema sobre los alrededores:

Donde n es el nmero de moles de electrones que pasan a travs del circuito, F es la constante de Faraday (la carga elctrica contenida en 1 mol de electrones, 1F= 96500J/Vmol) y E es la fem de la celda.

Efecto de la concentracin en la fem de la celda: La constante de equilibrio de una reaccin redox se puede conocer a partir de la fuerza electromotriz estndar de una celda. La ecuacin de Nernst proporciona la relacin entre la fem de la celda y las concentraciones de los reactivos y de los productos en condiciones de estado no estndar:

Donde Q es el cociente de la reaccin y cuando se alcanza el equilibrio E=0, Q=K= constante de equilibrio.

Celdas voltaicas comerciales: Las celdas voltaicas comerciales emplean diversas reacciones redox. Una batera se compone de una o ms celdas voltaicas conectadas en serie. Entre las bateras comunes se encuentra el acumulador de plomo, la batera nquel-cadmio, la pila seca comn (tal como la celda de Leclanch) y la pila seca alcalina.

Celdas combustibles: son celdas voltaicas que utilizan reacciones redox en las que participan combustibles ordinarios como hidrgeno y metano.

Electrlisis: Una reaccin de electrlisis, que se lleva a cabo en una celda electroltica, emplea una fuente externa de electricidad para impulsar una reaccin electroqumica no espontnea. Los signos de los electrodos son opuestos a los de una celda voltaica. Debido a lo anterior, la oxidacin se lleva a cabo en el ctodo y la reduccin en el nodo. El trabajo realizado en una electrlisis est dado por w=nFEext, donde Eext representa el potencial externo aplicado. El trabajo elctrico se suele medir en kilowatt-horas. Corrosin: Consiste en reacciones redox indeseables en las cuales un metal es atacado por alguna sustancia del entorno.


EJERCICIOS

1. Usando potenciales estndar de reduccin, calcule la fem estndar de cada una de las siguientes reacciones, as como el G a 298K:

a. Cl2(g) + 2I-(ac) 2Cl-(ac)+I2(s) b. Hg(l)+2Fe3+(ac) Hg2+(ac)+2Fe2+(ac) c. 2Cu+(ac) Cu(s)+Cu2+(ac)

2. Cul es la fem de una celda que consta de una semicelda de Pb/Pb+2 y una semicelda de Pt/H2/H+ si

[Pb2+]=0.10M, [H+]= 0.050 M y PH2= 1.0 atm? 3. Se construye una celda voltaica que utiliza la reaccin siguiente y opera a 298 K:

2Al(s) + 3Mn2+(ac) 2Al3+(ac) + 3 Mn(s) a. Determine la fem de esta celda en condiciones estndar. b. determine la fem de esta celda cuando [Mn2+]=0.10M, [Al3+]= 1.5 M 4. Calcule la fem de la siguiente celda de concentracin

Mg(s) | Mg2+ (0.24M) || Mg2+ (0.53M) | Mg(s) 5. Una celda exhibe una fem estndar de 0.35V a 298K. Determine el valor de la constante de equilibrio

de la celda a) si n=1, b) si n=2, c) si n=3 6. Si se emplean 120 g de cinc en la cubierta de una batera de celda seca alcalina y todo se consume en

la reaccin de la celda, cuntos gramos de MnO2 reaccionan?

7. Suponga que una batera seca alcalina se fabrica con cadmio metlico en lugar de cinc. Qu efecto

tendra esto sobre la fem de la celda?

8. Calcule la fem estndar de una celda combustible de propano donde se lleva a cabo la siguiente

reaccin global:

C3H8+(g)+ 5O2(g) 3CO2(g)+4H2O(l)

La reaccin se lleva a cabo a 298K y el Gf del propano es -23.5 kJ/mol

9. Si el costo de la electricidad para producir magnesio por electrlisis del cloruro de magnesio fundido

es de $155 por tonelada de metal, cul es el costo (en dlares) de la electricidad necesaria para

producir a) 10.0 toneladas de aluminio, b) 30.0 toneladas de sodio, c) 50.0 toneladas de calcio?

10. Cuntos faradays de electricidad se necesitan para producir a) 0.84 L de O2 a exactamente 1 atm y

25C a partir de una disolucin acuosa de H2SO4; b) 1.50 L de Cl2 a 750 mmHg y 20C a partir de NaCl

fundido; c) 6.0 g de Sn a partir de SnCl2 fundido?

11. Se depositaron 0.300 g de cobre a partir de una disolucin de CuSO4, mediante el paso de una

corriente de 3.00 A durante 304s. Calcule el valor de la constante de Faraday.

12. Una solucin de Cr3+(ac) se electroliza empleando una corriente de 13.5 A. a) Qu masa de Cr(s) se

habr depositado despus de 3.00 das? b) Qu amperaje se requiere para depositar 1.00 mol de Cr

de una solucin de Cr3+ en un perodo de 12.0 hr?


13. 300 ml de una solucin de NaCl se electrolizaron durante 6.00 min. Si el pH de la solucin final fue

12.24, calcule la corriente promedio utilizada.

14. En la electrlisis de NaCl (ac), cuntos litros de Cl2(g) ( TPE) genera una corriente de 7.50 A durante

un perodo de 100 min? b) cuntos moles de NaOH(ac) se habrn formado en la solucin en este

perodo?

15. Una importante fuente de plata es su recuperacin como subproducto en la metalurgia del plomo. El

porcentaje de Ag en el plomo se determina como sigue. Una muestra de 1.050 g se disuelve en cido

ntrico producindose Pb2+(ac) y Ag+(ac). La

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Manual Trabajo Supervisado2014 Interciclo ESTUDIANTES (97)