FACULTAD DE CIENCIASESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA

QUÍMICA II. SEGUNDO NIVEL

PERÍODO ACADÉMICO. OCTUBRE 2014 – MARZO 2015

PROBLEMAS PARA RESOLVER1. Si el radio de un átomo de helio es 1.0 x 10 -8 cm, qué fracción del volumen de un mol de helio

gaseoso, en condiciones normales, es ocupada por átomos de helio y qué fracción es espacio. {0.01126 %}

2. En un cilindro de 2,5 l se encuentra H2S gaseoso, a 1 atmósfera de presión y 0 oC. Calcular:

a. El número de moléculas de H2S , de átomos de S y de átomos de H presentes.b. La masa de H y el número de átomogramos de S presentes.

3. Un globo metereológico lleno de gas con un volumen de 55.0 litros sde libera a condiciones de nivel del mar de 755 torr y 23 oC. El globo puede expandirse hasta un volumen máximo de 835 litros. Cuando el globo se eleva a una altitud a la cual la temperatura es de −5 oC y la presión es de 0.066 atm, ¿se alcanzará el máximo volumen?

4. La presión parcial del oxígeno en el aire aspirado es de 158 torr y la del aire espirado (respirado) es de 116 torr. Calcular cuántas moles de oxígeno vienen admitidas por los pulmones por litro de aire aspirado a la temperatura de 37° C, sabiendo que el oxígeno admitido viene sustituido por un igual volumen de CO2. {2.17 x 10‒3 mol}

5. Tres compuestos volátiles de un cierto elemento tienen las densidades gaseosas calculadas en c.n. siguientes: 6.75, 9.56 y 10.08. Los tres compuestos contienen el 96.0%, 33.9% y 99.4% del elemento en cuestión, respectivamente. Cuál es el peso atómico más probable del elemento. {Peso atómico = 36.2747 g}

6. Un estudiante quiere determinar el volumen molar del gas oxígeno (M = 32) y para hacerlo, necesita medir el volumen de una masa dada del gas. Decide calentar una muestra de HgO sólido, que se descompone produciendo Hg y O2. Puede determinar la masa del oxígeno liberado pesando el tubo de muestra antes y después de calentarlo. Recogiendo el oxígeno por desplazamiento de agua en un cilindro graduado invertido puede determinar el volumen de O2 a presión atmosférica, cuando el cilindro se ajusta de modo que el nivel de agua es el mismo dentro que fuera. Obtiene los siguientes datos:

Peso del tubo con HgO antes de calentar........................................ 24.475 g.Peso del tubo con Hg y con HgO que no ha reaccionado.............. 24.047 g.Volumen de oxígeno recogido.......................................................... 351.0 ml.Presión atmosférica............................................................................. 709.8 torr 0.9340

atm Temperatura.......................................................................................... 22° C

Determínese el volumen molar a TPN. {2.24 litros}

7. Calcular el aumento porcentual de volumen que sufre un gas pasando de la temperatura de 10º C a la temperatura de 37º C a presión constante. {9.5}

8. Se llena un recipiente de volumen V con 3.0 gramos de un gas "A" a la temperatura de 10° C y presión de 2.0 atm. Otro recipiente de igual volumen se llena con 1.75 gramos de un gas "B" a la temperatura de 30° C y presión de 0.7 atm. Calcular la densidad de A con respecto a B. {7.71}

9. A 100° C y 0.691 atm, una masa de 1.83 g de un cuerpo orgánico puro con una relación de carbono a hidrógeno como de C:H2, ocupa un volumen de 1.9 litros al estado de vapor. (a) Calcular el peso molecular de la sustancia. (b) Determinar su fórmula molecular. [42.6 g/mol; C3H6].

PROBLEMAS RESUELTOS DE GASES

10. a. El peso molecular de un líquido volátil se determinó por el método Dumas. Un matraz de 120 mililitros contenían 0.345 gramos de vapor a 100° C y una atmósferaa de presión. ¿Cuál es el peso molecular del compuesto? b. Al analizar el líquido volátil se encontró que contenía 54.5% de carbono, 9.10% de ghidrógeno y 36.4% de oxígeno en masa, ¿cuál es su fórmiula molecular? {88.0; C4H8O2}

11. Un recipiente abierto al aire pesa 32.4567 g. El frasco se llenó con un líquido orgánico y se cerró, mismo que a la temperatura ambiente pesaba 32.6457 g., que a su vez en un baño maría se calentó hasta 110° C y a la presión atmosférica. A continuación se abrió el frasco, se llenó con agua a la temperatura ambiente y pesó 187.1200 g. La lectura barométrica era 745 mm. Todas las pesadas se hicieron a la temperatura de la habitación de 25° C. La densidad del aire a 25 C es 1.292 g/l. Cuál es la masa molecular del líquido orgánico. Tomar en cuenta el peso del aire en el recipiente durante la pesada inicial. {78.95 g}

12. Expresar las presiones parciales de una mezcla gaseosa en función de la concentración molar. 13. Calcular la composición en porcentaje en peso de una mezcla de 5.0 gramos de helio y argón, que

ocupa un volumen de 10.0 litros a 25° C y 1.0 atm. {% (He) = 74.6}

14. Un recipiente de 250 ml contiene un gas "A" a la presión de 5OO torr. Un segundo recipiente de 450 ml contiene un gas "B" a la presión de 950 torr. Los dos recipientes vienen ligados mediante un pequeño tubo. Suponiendo de trabajar a temperatura constante, calcular la presión total final en los recipientes y la composición porcentual de los dos gases en la mezcla final. {Gas B: 77.7 %}

15. Un matraz de 1.0 l contiene una mezcla de H2 y CO2 a 10° C y 786 mm de presión. (a) Calcular el peso del hidrógeno si el matraz contiene 0.1 g de CO2. (b) Cuál sería el volumen de la mezcla a las condiciones normales. {0.0845 g; 1.0 litro}

16. Un frasco de 22 litros de capacidad contiene 40 g de gas argón y un peso de gas hidrógeno, a una determinada presión y temperatura. La densidad de la mezcla gaseosa es de 2.0 g/l. El peso específico del argón se puede tomar como 40. Calcular: (a) Los gramos de hidrógeno presente. (b) El peso molecular promedio de la mezcla gaseosa. {H2 4.0 g; 14.66 g/mol}

17. El aire en un globo de aire caliente a 744 torr se calienta desde 17 oC hasta 60 oC. Suponiendo que los moles de aire y la presión permanecen constantes, ¿Cuál es la densidad del aire a cada temperatura? La masa molar promedio del aire es de 28.8 g/mol.

18. Si la temperatura del aire atmosférico en un día es 25° C. La tensión del vapor de agua en el aire saturado a 25° C es 23.8 mm Hg y la tensión de vapor del agua en el aire es 12.8 mm Hg. Calcular la humedad relativa. {53.8 %}

19. 43 ml de acetileno CH CH a 30° C se recogen en un tubo de vidrio que está a su vez en agua. Las superficie del agua en el interior del tubo está elevada de aquella externa en 7.0 cm. Sabiendo que la presión externa es de 758 torr, que la tensión de vapor del agua a 30° C es 31.82 torr, que el peso específico del mercurio es de 13.8 g/ml y aquel del agua es de 1.0 g/ml. Calcular el número de moles de acetileno recogidas en el tubo. {1.64 x 10‒3 mol}

20. Calcular el volumen que ocuparía en condiciones normales de P y T, 250 ml de oxígeno medidos sobre agua a 25° C y 730 mm. Si a esta temperatura la presión de vapor del agua es 23.76 mm. Además el coeficiente de dilatación térmica es 0.0036° C‒1. {213 2 ml}

21. Las moléculas gaseosas de NH3 y HCl escapan de una solución de amoníaco y ácido clorhídrico. Cuando se difunden juntas se forma una nube blanca (humo) de NH4Cl sólido. Supóngase haber colocado simultáneamente en cada extremo de un tubo de un metro una de estas soluciones. (a) Calcular a cuántos centímetros con respecto del extremo del HCl del tubo se formará por primera vez el humo blanco. (b) Cuál es el tiempo que se tardó en formarse la nube. {40.5 cm; 87.093 s}

22. Calcular la velocidad cuadrática media en unidades SI fundamentales de las moléculas de hidrógeno (a) 3 C, y (b) C.N. {1834.4 m/s; 1845.2 m/s}

23. Si 1.00 mol de un gas ideal ocupa 22.4 l a 0 ºC, ejerce una presión de 1.00 atm. Si a = 6.49 atm∙l2/mol2 y b = 0.0562 l/mol, las constantes de Van der Waals, calcule pa presión ejercida por 1.00 mol de Cl2 en 22.4 l a 0 ºC. {0.990 atm}

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PROBLEMAS RESUELTOS DE GASES

24. 131 gramos de xenón están en un recipiente de 1 dm3 de capacidad a 25 C. Suponiendo que se comporta como un gas de Van der Waals, calcular: (a) su presión que ejercería, y (b) La presión interna del gas. {21.56 atm; 4.194 atm}

25. ¿Qué volumen de hidrógeno se combinará con 42 litros de oxígeno para formar vapor de agua a 550 K y a presión atmosférica? {84 litros}

26. Cuántos gramos de triperclorato de yodo puede prepararse con la reacción

AgClO4 + I2 AgI + I(ClO4)3

a. Balancear la ecuación por el método del número de valenciab. Identificar el tipo de reacciónc. Si reaccionan 1.5 moles de perclorato de plata.d. Si reaccionan 20 ml en c.n. de yodo gaseoso.e. Si se producen 6.5 g de yoduro de plata.f. Si reaccionan 1.0 át-g de yodo.g. Si reaccionan 12 kg de perclorato de plata.h. Si reaccionan 20 volúmenes en c.n. de yodo gaseoso.

27. Cuando 1.0 mol de N2 y 1.0 mol de H2 reaccionaron a 350° C, tiene lugar la siguiente reacción incompleta N2 + 3H2 2NH3. Siendo la densidad de la mezcla 3.10 g/l a una presión de 10.0 atm. Calcular: (a) la fracción de H2 que reaccionan, (b) la presión del NH3. {15.87 %; }

28. 15 gramos de agua oxigenada se calienta al interior de un cilindro de 10 litros a 400° C, descomponiéndose el agua oxigenada según la ecuación 2H2O2 2H2O + O2. Calcular la presión en el interior del cilindro, si se supone que éste inicialmente estaba vacío. {3.65 atm}

29. Calcular: (a) el peso de MnO2 y (b) el volumen de ácido clorhídrico, de peso específico 1.12 que contiene el 40% en peso de HCl, necesario para producir 20.0 l de gas cloro en c.n. de acuerdo a la reacción: MnO2 + 4HCl MnCl2 + 2H2O + Cl2. {77.68 g MnO2; 291 litros}

30. La combustión completa del octano, C8H18, un componente de la gasolina, procede así:

2 C8H18 (l) + 25 O2 (g) 16 CO2 (g) + 18 H2O (g)

a. ¿Cuántas moles de O2 se necesitan para quemar 0.750 mol de C8H18?

b. ¿Cuántos gramos de O2 se requieren para quemar 5.00 g de C8H18?

c. El octano tiene una densidad de 0.692 g/ml a 20° C. ¿Cuántos gramos de O2 se requieren para quemar 1.00 gal de C8H18?

31. Cuando reaccionan 1.0 mol de CH4 con 8.0 moles de aire. Los gases de combustión forman una mezcla gaseosa caliente y a 1.0 atm de presión, contienen CO2, CO, N2 y vapor de agua. Calcular las presiones parciales de los gases componentes. (El aire tiene una composición de O2 21% y N2 79%). {P(O2) = 0.0686 atm; P(N2) = 0.6781 atm}

32. Los gases de amoniaco y cloruro de hidrógeno reaccionan para formar cloruro de amonio sólido. Un matraz de reacción de 10.00 litros contiene amoniaco a 0.452 atmósferas y 22 oC, y se introducen 155 militros de gas cloruro de hidrógeno a 7.50 atmósferas de presión y 271 K. Después que ocurre la reacción , y al temperatura regresa a 22 oC, ¿cuál es la presión dentro del matraz? (Ignore el volumen del sólido formado). {P(NH3) = 0.335 atm}

33. Si la ecuación balanceada de la desomposición del nitrato de potasio es

2 KNO3 (s) 2 KNO2 (s) + O2 (g)

una muestra impura de KNO3 con masa de 48.2 gramos se calentó hasta que se descompuso todo el KNO3. El oxígeno liberado ocupó 4.22 litros en condiciones PTE. ¿Qué porcentaje de la muestra era KNO3?

34. El horneado de la galena [sulfuro de plomo(II)] es un paso inicial en el aislamiento industrial del plomo. ¿Cuántos litros de óxido de azufre, medidos en condiciones STP, se producen al reaccionar

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PROBLEMAS RESUELTOS DE GASES

3.75 kg de galena con 228 l de oxígeno gaseosos a 220° C y 2.0 atm? También se forma óxido de plomo(II).

35. 455.0 g de una mezcla de Na2CO3 y Na2SO4 vienen tratada con ácido en exceso. Se da la siguiente reacción

Na2CO3 + H+ Na+ + CO2

Sabiendo que se recogen 67.20 litros de gas medidos a c.n., determinar la composición porcentual de la mezcla. {69.9 % Na2CO3}

36. Sea la reacción:

C6H12O6 (s) + 6 O2 (g) 6 CO2 (g) + 6 H2O (l)

Determínese:

a. ¿Cuántos gramos de agua se producen en la oxidación de 1.00 gramos de glucosa, C6H12O6?b. ¿Cuántos ml de oxígeno se requiere, medidos a condiciones normales de P y T?c. ¿Cuántos ml de CO2 medidos a 30 oC y 780 mm?d. Si se ponen a reaccionar un peso molecular de cada sustancia reactiva, ¿cuál es la cantidad en

masa de anhídrido carbónico formado?

37. Se mezclan 10 g de CaO con 10 g de C. La mezcla se hace reaccionar fuera del contacto del aire. El producto de reacción obtenido, tratando con agua en exceso, desarrolla 0.50 l de gas, medidas a c.n. Calcular el rendimiento del proceso, sabiendo que las reacciones son:

CaO + 3C CaC2 + CO

CaC2 + 2H2O Ca(OH)2 + C2H2

{12.52 %}

38. Se tiene la siguientereacción: KBiO3 + Mn(NO3)2 + HNO3 Bi(NO3)3 + KMnO4 + KNO3 + H2O

(a) Balancear la ecuación química por el método del ion-electrón.

(b) Si un empírico pone en reacción 0.2345 moles de KBiO3, 0.3456 moles de Mn(NO3)2 y suficiente HNO3 concentrado al 97% en peso de HNO3 y de peso específico 1.4567.

i. ¿Cuánto ácido (en masa) se consumirá?

ii. ¿Cuántas moles de KNO3 obtendrá?

iii. De alguna manera se pudo establecer que, únicamente se habían consumido 24.65 ml de HNO3 concentrado. (Considerar que se consume el 100% de áacido) ¿Cuál es el rendimiento de reacción?

iv. ¿Cuál es la composición porcentual de H2O?

39. Por acción de un exceso de sosa sobre 10.26 g de una muestra de sulfato de amonio (NH4)2SO4, se desprenden 3.62 l de amoníaco, medidos a 20° C y a 745 mm de presión. Determinar la pureza del sulfato de amonio analizado.

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