departamento de física y química. cuestiones y...

Departamento de Física y Química. Cuestiones y Problemas de Repaso

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m3 L cm

3 mL

m3

L

cm3

mL

EL TRABAJO EN LA CIENCIA

1. La distancia desde la Tierra hasta el Sol es de 150 millones de km. Expresa esa cantidad en m y cm. Como 1 km = 1000 m y 1 m = 100 cm, se tiene:

150 millones de km = 150 106 km = m10·150km

m10·km10·150 9

36

150 millones de km = 150 109 m = cm10·150m

cm10·m10·150 11

29

2. ¿Qué relación hay entre 1 m3 y el litro? ¿Qué objeto ocupa un volumen mayor: uno de 1mL u otro de 1 cm3? El litro es igual al dm3, por lo que: 1 m3 = 1000 L 1 mL y un cm3 son iguales ya que un litro tiene 1000 mL y a su vez el litro es igual al dm3 que contiene 1000 cm3. 3. El cuadro adjunto es una tabla de doble entrada que relaciona las unidades de volumen más habituales. Rellena dicha tabla con los valores numéricos de las equivalencias entre las diferentes unidades.

Aplicando las relaciones entre las diferentes unidades resulta:

m3 L cm3 mL

m3 1 1 m3 = 103 L 1 m3 = 106 cm3 1 m3 = 106 mL

L 1 L = 10-3 m3 1 1 L = 103 cm3 1 L = 103 mL

cm3 1 cm3 = 10-6 m3 1 cm3 = 10-3 L 1 1

mL 1 mL = 10-6 m3 1 mL = 10-3 L 1 1


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4. Un embalse contiene 125 hm3 de agua. ¿Cuántas botellas de medio litro se pueden llenar con el agua existente en el embalse?

El agua del embalse expresada en litros es:

V = 125 hm3 = 125 hm3 L10·125m

L10·m10·125m10·125

hm

m10· 9

3

33636

3

36

Luego en botellas de medio litro son: 2 · 125 ·109

5. La masa de un objeto es 10-2 kg. Expresa esta cantidad en mg.

m = 10-2 kg = mg10kg

mg10·kg10 4

62

6. Expresa la duración de una clase de 50 minutos (min.) en segundos (s) y en horas (h), usando los correspondientes factores de conversión.

50 min = s300min

s60·min50

50 min = h0,83min

h60

1

·min50

7. ¿Qué diferencia hay entre hipótesis y teoría científica? Una hipótesis es una suposición provisional que intenta explicar un fenómeno a estudiar, mientras que una teoría científica es la expresión de una serie de fenómenos conocidos y relacionados entre sí, que se apoyan en observaciones y leyes, de forma que constituye un modelo que explica el conjunto y el comportamiento de los fenómenos que abarca.


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LOS ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA

1. Completa las casillas del siguiente cuadro, poniendo un sí o un no.

ESTADO DE LA MATERIA: GAS SÓLIDO LÍQUIDO

Se caracteriza por tener un volumen fijo

Se distingue por tener una forma defini-da independiente del recipiente que lo contenga

Es muy compressible

Sus partículas tienden a ocupar totalmente el recipiente que las contiene

El volumen y la forma definida son propiedades que sirven para caracterizar a los estados de agregación de la materia. La compresibilidad es una propiedad que mide la facilidad que tiene un sistema material de comprimirse o reducirse de volumen. La fluidez es una propiedad directamente relacionada con la tendencia de las partículas de un sistema material a moverse, más o menos libremente, a través del recipiente que lo contenga. Por tanto resulta:

ESTADO DE LA MATERIA: GAS

SÓLIDO LÍQUIDO

Se caracteriza por tener un volumen fijo No Sí Sí

Se distingue por tener una forma defini-da independiente del recipiente que lo contenga

No Sí No

Es muy compressible Sí No No

Sus partículas tienden a ocupar totalmente el recipiente que las contiene

Sí No No


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2. Completa la siguiente tabla:

Sistema material Masa Volumen Densidad

Aceite de oliva 1,0 L 92 cg/cm3

Sal 16,20 kg 2,16 g/mL

Leche 840 g 0,75 L

Gasolina 40,0 L 680 g/L

Por tanto, el cuadro relleno es:

Sistema material Masa Volumen Densidad

Aceite de oliva 0,92 kg 1,0 L 92 cg/cm3

Sal 16,20 kg 7,50 L 2,16 g/mL

Leche 840 g 0,75 L 1,12 g/cm3

Gasolina 27,2 kg 40,0 L 680 g/L

3. El depósito de gasóleo de una vivienda unifamiliar tiene una capacidad de 2 m3, sabiendo que la densidad del gasóleo es 0,70 kg/L. a) Expresa el volumen del depósito en L. b) Calcula la cantidad de gasóleo, en kg, que cabe en dicho depósito. c) El coste de un depósito lleno, si el precio del gasóleo de calefacción es 0,68 €/L

a) Lm

LmmV 2000

100022

3

33 ·

b) kg = m L 00

m = kg/L

V

md gasoleo

gasoleo1400

02700 ,

c) €€

,· 13606802000 L

LCoste


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4. Interpreta la gráfica adjunta y responde a las siguientes preguntas:

a) ¿Se trata de un proceso de calentamiento o de enfriamiento? b) ¿Cuáles son los valores de las temperaturas de fusión y ebullición? c) ¿En qué estado de agregación se encuentra la sustancia entre las temperaturas de 50 °C y - 50 °C? d) ¿En qué tramos de la gráfica la temperatura disminuye? e) ¿Cuál es el estado de agregación a 90 °C?

a) De enfriamiento porque la temperatura desciende al aumentar el tiempo. b) Tebullición = 78 °C y Tfusión = - 114 °C c) Líquido. d) En todos excepto en los dos que hay el cambio de estado a 78 °C y - 114 °C. e) Gas. 5. ¿Por qué las rocas con grietas se rompen solas fácilmente en invierno?

Porque entre sus grietas penetra el agua de la lluvia y al helarse ésta, aumenta de volumen y presiona contra la roca hasta que la rompe.

6. Explica por qué se tiende la ropa para secarla y por qué se seca antes en verano.

Para facilitar que el agua que contiene la ropa húmeda se evapore y así la ropa se seca antes. En verano con el aumento de la temperatura, se facilita la agitación de las moléculas de agua y éstas pasan antes del estado líquido al gaseoso.


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7. En relación con la gráfica adjunta: a) Coloca sobre la misma, las palabras gas, sólido y líquido. b) Indica los valores de las temperaturas de fusión y ebullición.

a) De abajo a arriba hay que poner: sólido debajo del tramo horizontal de abajo, líquido en el medio y gas arriba. b) Tebullición = 115 °C y Tfusión = 17 °C 8. Dibuja la gráfica de calentamiento de una sustancia que se encuentra inicialmente a 20 °C y cuyas temperaturas de fusión y ebullición son 75 °C y 140 °C, respectivamente. ¿En qué estado de agregación se halla esta sustancia a 50 °C, 120 °C y 160 °C? A 50 ° C es sólido A 120 ° C es líquido A 160 ° C es gas

9. ¿Qué diferencia hay entre vaporización, evaporización y ebullición? y ¿entre vapor y gas?

La ebullición y la evaporación es el paso de una sustancia del estado líquido al gaseoso, pero mientras la evaporación sólo ocurre en la superficie de separación entre las dos fases (líquido y gas), la ebullición tiene lugar en el seno del todo el líquido. Normalmente se suele diferenciar entre vapor y gas, matizando la siguiente diferencia: Vapor para aquellas sustancias que se encuentran en el estado gaseoso y que pueden volver fácilmente al estado líquido, mientras que se reserva el término de gas para aquellas sustancias que se encuentran en el estado gaseoso y que difícilmente pueden pasar al estado líquido.


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MEZCLASY SUSTANCIAS PURAS

1. Cita cinco ejemplos de cada uno de los siguientes tipos de sistemas materiales: a) Sustancias puras. b) Mezclas heterogéneas. c) Mezclas homogéneas. a) Sustancias puras: Agua destilada, dióxido de carbono, oxígeno, cobre y cloruro de sodio b) Mezclas heterogéneas: madera de aglomerado, leche con nata, sopa de fideos, firme de carretera, tapón de corcho. c) Mezclas homogéneas: gasolina, gaseosa, aire, agua salada y bronce. 2. Completa las frases siguientes: a) Una decantación permite separar los ……………. de una mezcla ………….. b) En la filtración se separa un …………. de un …………… c) La centrifugación acelera la ……………… a) Una decantación permite separar los componentes de una mezcla heterogénea. b) En la filtración se separa un sólido de un líquido c) La centrifugación acelera la decantación. 3. A partir de una disolución diluida se puede obtener una disolución concentrada, pero también a partir de una disolución concentrada se puede preparar una disolución diluida. ¿Qué hay que hacer en cada caso? Retirar disolvente. Para ello hay diversas formas, siendo las más frecuentes dejar que se evapore disolvente o calentando, si el disolvente tiene una temperatura de ebullición menor que la del soluto.

4. Indica qué métodos utilizarías para separar los componentes de una mezcla formada por polvo de tiza, hielo y sal. Son tres sustancias sólidas, puesto que sobre el pedazo o pedazos de hielo se quedan adheridos algunos granos de sal y el polvo de tiza, la forma más simple de separación consiste en calentar el conjunto hasta que funda el hielo y se convierta en agua líquida, con lo que disolverá la sal y quedará una disolución salada y polvo de tiza, que se separa fácilmente por filtración. La disolución de agua con sal se puede separar mediante una destilación o calentando la mezcla hasta ebullición, con lo que la sal quedará como residuo sólido y el agua pasará al estado gaseoso.


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5. Sabiendo que la densidad y la concentración se pueden expresar en la misma unidad, ¿existe alguna diferencia entre ambos conceptos? Son conceptos distintos. La densidad expresa la relación entre la masa de un sistema y el volumen que ocupa, mientras que la concentración muestra la cantidad de un soluto que existe en una disolución. 6. La concentración de una disolución de nitrato potásico es de 15 g/L. ¿Qué cantidad de nitrato potásico hay en 25 cm3 de disolución?

g 0,375 = m

cm1000

L·cm25

m =

L

g 15C

3

3

7- La leche tiene una densidad de 1,03 g/mL y 2,9 g de proteínas en 100 mL. Expresa la concentración de proteínas en g/L y en % en masa.

L

g29 =

mL1000

L·mL100

g2,9

disoluciónVolumen

solutomasag/LenC

A partir del dato de la densidad de la leche se puede obtener la masa de la disolución, de forma que:

g103 = m mL100

lechem =

mL

g 1,03d , de forma que:

%2,82 = 100· g103

g2,9 100·

disoluciónmasa

solutomasa%enC

8. La gráfica adjunta representa la solubilidad del nitrato y del sulfato de potasio en agua a distintas temperaturas. a) ¿Se disolverán 80 g de nitrato a 40 °C?, ¿y a 70 °C? b) ¿Se disolverán 60 g de sulfato a 50 °C?, ¿y de nitrato?

a) En la gráfica se puede leer que a 40 C se

disuelven 60 g de nitrato en 100 mL de agua y a 70C se disuelven en torno a 150 g de nitrato en 100 mL de agua. Por tanto a 40 °C no se disuelven 80 g de nitrato, sólo se disuelven 60 g, y a 70 °C como se puede disolver hasta 150 g, luego sí que se disuelven 80 g de nitrato. b) En la gráfica se puede leer que a 50 °C se disuelven en torno a 90 g de nitrato y 18 g de sulfato en 100 mL de agua, luego sí que se disuelven 60 g de nitrato en 100 mL de agua y de sulfato sólo se disuelven 18 g de los 60 g existentes.


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9- Explica detalladamente los pasos que debes seguir para preparar 1,5 L de una disolución de azúcar en agua cuya concentración sea 17,7 g/L.

g 26,6 = m L 1,5

m =

L

g 17,7C

De esta forma, se pesa en una balanza de precisión 26,6 g de azúcar, depositándolo en un vidrio de reloj, que previamente se ha parado. A continuación, se vierte dicha cantidad con un embudo en un matraz aforado de 1,5 L de capacidad, lavando después el embudo con agua destilada, para arrastrar todos los restos de azúcar dentro del matraz. Posteriormente, se añade más agua destilada en el matraz y se agita para favorecer el proceso de la disolución. Una vez disuelto el soluto, se llena el matraz aforado con agua destilada hasta el enrase que indica 1,5 L y, de esta forma, se obtienen 1,5 L de una disolución acuosa de azúcar de concentración 17,7 g/L. 10. En una experiencia de laboratorio se olvidó poner el nombre de la sustancia encima de la gráfica correspondiente. Se quiere corregir la omisión y para ello se debe saber que: a) El nitrato de plata es una sustancia que se disuelve muy bien en frío. b) La solubilidad del cloruro sódico prácticamente no está afectada por un aumento de la temperatura. c) El nitrato potásico se disuelve muy mal en frío, pero su solubilidad aumenta mucho al crecer la temperatura. d) El sulfato sódico cambia bruscamente su solubilidad a la temperatura de 30 °C. La gráfica A es la del nitrato de plata, la gráfica B es la del nitrato potásico, la gráfica C es la del sulfato sódico y la gráfica D es la del cloruro sódico.


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11. Dos sustancias A y B son poco solubles en agua. De la sustancia A se disuelven tan solo 9,2 · 10-4 g en 160 cm3 de agua. De la sustancia B solamente se disuelven 11,5 · 10-4 g en 200 cm3 de agua. ¿Qué sustancia es la más soluble en agua?

cmg/ 10 · 5,75 = cm 160

g 10 · 9,2 = S

36-

3

-4

A y cmg/ 10 · 5,75 = cm 200

g 10 · 11,5 = S

36-

3

-4

B

Las dos tienen la misma solubilidad, luego ambas son igualmente solubles. 12. Una disolución contiene 12,0 g de azúcar en 200 mL de disolución. La densidad de la disolución es 1,022 g/mL. Halla: a) El tanto por ciento en masa y la concentración de la disolución en g/L. a) A partir del dato de la densidad de la disolución se puede obtener la masa de la disolución, de forma que:

g204,4 = m mL200

disoluciónm =

mL

g 1,022d , de forma que:

%5,87 = 100· g204,4

g12,0 100·

disoluciónmasa

solutomasa%enC

b) L

g60 =

mL1000

L·mL200

g12,0

disoluciónVolumen

solutomasag/LenC


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ELEMENTOS QUÍMICOS Y COMPUESTOS QUÍMICOS

1. Escribe el símbolo químico de los elementos químicos que se citan a continuación: a) Plomo. b) Mercurio. c) Oxígeno. d) Fósforo. e) Oro. f) Aluminio.

a) Plomo: Pb. b) Mercurio: Hg. c) Oxígeno: O. d) Fósforo: P. e) Oro: Au. f) Aluminio: Al.

2. Escribe el símbolo químico de los elementos químicos que se citan a continuación: a) Cloro. b) Antimonio. c) Cinc. d) Flúor. e) Platino. f) Plomo.

a) Cloro: Cl. b) Antimonio: Sb. c) Cinc: Zn. d) Flúor: F. e) Platino: Pt. f) Plomo: Pb.

3. Escribe el nombre de los elementos químicos que tienen el siguiente símbolo químico: a) Ni. b) Ag. c) N. d) Sn. e) S. f) Cd. a) Ni: Níquel. b) Ag: Plata. c) N: Nitrógeno. d) Sn: Estaño. e) S: Azufre. f) Cd: Cadmio. 4. Indica el significado de las fórmulas de los siguientes compuestos químicos: a) Cloruro cúprico: CuCl2. b) Hidróxido de calcio: Ca(OH)2. c) Sulfuro de sodio: Na2S. a) Cloruro cúprico: CuCl2. La fórmula indica que dicho compuesto químico está formado por la unión de los elementos químicos: cobre y cloro, y en la relación de un átomo de cobre por cada dos de cloro. b) Hidróxido de calcio: Ca(OH)2. La fórmula indica que dicho compuesto químico está formado por la unión de los elementos químicos: calcio, oxígeno e hidrógeno, y en la relación de un átomo de calcio por dos de oxígeno y dos de hidrógeno. c) Sulfuro de sodio: Na2S. La fórmula indica que el compuesto químico está formado por la unión de los elementos químicos: sodio y azufre, y en la relación de dos átomos de sodio por uno de azufre.


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5. Indica el significado de las fórmulas químicas de los siguientes compuestos químicos: a) Agua: H2O. b) Ácido nítrico: HNO3. c) Dióxido de carbono: CO2. a) Agua: H2O. Está formada por la unión de los elementos químicos: hidrógeno y oxígeno, de forma que intervienen dos átomos de hidrógeno por cada uno de oxígeno. b) Ácido nítrico: HNO3. Está formado por la unión de los elementos químicos: hidrógeno, nitrógeno y oxígeno, de forma que intervienen en la relación un átomo de hidrógeno, otro de nitrógeno y tres de oxígeno. c) Dióxido de carbono: CO2. Está formado por la unión de los elementos: carbono y oxígeno, de forma que intervienen en la relación de un átomo de carbono y dos de oxígeno.

6. Indica la fórmula de los siguientes compuestos químicos: a) Ácido Clorhídrico. b)

Metano. c) Amoníaco. d) Monóxido de carbono. e) Cloruro de sodio. f) Ácido

sulfúrico.

a) Ácido Clorhídrico: HCl. b) Metano: CH4. c) Amoníaco: NH3. d) Monóxido de carbono: CO. e) Cloruro de sodio: NaCl. f) Ácido sulfúrico: H2SO4.

7. Diferencia las siguientes sustancias en elementos o compuestos químicos: nitrato de sodio, óxido ferroso, butano, cobre, alcohol etílico, hidrógeno, hidróxido de aluminio, neón, cloruro de calcio y sodio.

Son elementos químicos: cobre, hidrógeno, neón y sodio. Son compuestos químicos: nitrato de sodio, óxido ferroso, butano, alcohol etílico, hidróxido de aluminio y cloruro de calcio. 8. Rellena los huecos del siguiente cuadro: Especie química Protones Neutrones Electrones Z A

Mg 12 12

P 16 15

F 9 19

Al 13 27

Especie química Protones Neutrones Electrones Z A

Mg 12 12 12 12 24

P 15 16 15 15 31

F 9 10 9 9 19

Al 13 14 13 13 27


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9. El número atómico de un átomo de azufre es 16, determina el proceso mediante el cual un átomo de azufre se convierte en anión sulfuro S2-. El átomo de azufre tiene 16 protones. Como es un átomo eléctricamente neutro, su número de electrones también es igual a 16. Pero si el átomo de azufre incorpora a su corteza dos electrones, se convierte en el anión sulfuro: S + 2 e- → S2- Y el S2- tiene 16 protones y 18 electrones.

10. El número atómico de un átomo de litio es 3, determina el proceso mediante el cual un átomo de litio se convierte en su catión de litio Li+.

El átomo de litio tiene 3 protones y 3 electrones y si pierde un electrón se convierte en el

catión litio, que se puede representar mediante el proceso: Li → Li+ + 1 e

-

Y en este caso el Li+ tiene 3 protones y 2 electrones.

11. ¿Qué semejanzas y diferencias hay entre el monóxido de carbono y el dióxido de carbono? Semejanzas: Ambos compuestos químicos están formados por los elementos químicos

carbono y oxígeno.

Diferencias: En el monóxido de carbono la relación numérica entre el carbono y el oxígeno

es de un átomo de carbono por cada átomo de oxígeno, y en el dióxido de carbono hay dos

átomos de oxígeno por cada átomo de carbono.

12. Halla el número de protones, electrones y neutrones del 210

84 Po.

A = 210 y Z = 84, luego: Número de protones = 84 Número de electrones = 84 13. Indica cuáles de las siguientes afirmaciones son falsas: a) El catión cálcio adquiere su carga eléctrica +2 por ganancia de dos protones por su átomo y el proceso se puede representar mediante: Ca + 2 p+ → Ca2+. b) El catión cálcio adquiere su carga eléctrica +2 por perdida de dos electrones de su átomo y el proceso se puede representar mediante: Ca → Ca2+ + 2 e-

c) El catión cálcio adquiere su carga eléctrica +2 por ganancia de dos neutrones por su átomo y el proceso se puede representar mediante: Ca + 2 n → Ca2+. Los átomos sólo adquieren carga eléctrica para convertirse en iones por pérdida o ganancia de electrones, luego la afirmación a) es falsa. También es falsa la c),


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pues, además, el neutrón no tiene carga eléctrica. Luego sólo es verdadera la afirmación b). 14.¿Cuántos electrones son necesarios para obtener una carga de 25,0 C? Dato: carga eléctrica del electrón 1,6021 · 10-19 C/e.

25,0 C = n 1 · 1,6021 · 10-19 C/e n1 = 1,56 · 1020 electrones

15. Se dispone de la información contenida en la siguiente tabla referida a cuatro átomos: V, W, X e Y:

V W X Y

31 protones 31 protones 32 protones 32 protones

31 neutrones 32 neutrones 33 neutrones 33 neutrones

a) ¿Cuáles son isótopos diferentes del mismo elemento químico? b) ¿Cuáles pertenecen al mismo isótopo del mismo elemento químico? c) ¿Son W y X átomos del mismo elemento químico? Teniendo en cuenta que el número atómico Z es igual al número de protones y el número másico A es igual a la suma del número de protones más neutrones, la tabla anterior se transforma en:

V W X Y

Z 31 31 32 32

A 62 63 65 65

De esta forma: a) V y W son dos isótopos del mismo elemento químico de Z = 31. b) X e Y, pues tiene el mismo Z e idéntico A. c) No, pues tienen diferente valor de Z.


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UNIÓN DE LOS ÁTOMOS Y CANTIDAD DE SUSTANCIA

1. Indica si la siguiente frase es cierta o falsa y razona la respuesta: “En un elemento químico todos sus átomos son iguales y no existen enlaces químicos entre sí”. La primera premisa de la frase es cierta y la segunda es falsa. Todos los átomos de un mismo elemento químico son iguales entre sí, pero el que existan enlaces químicos o no, entre dichos átomos, depende de la naturaleza del elemento químico en cuestión. Así, si el elemento químico es un gas noble no hay enlaces químicos entre sus átomos y existirán de forma aislada, pero si es otro elemento químico, como, por ejemplo, el cloro, formarán moléculas diatómicas Cl2 mediante la existencia de un enlace covalente entre cada dos átomos de cloro.

2. El amoníaco es una sustancia formada por los elementos nitrógeno e hidrógeno, por tanto, ¿qué tipo de sustancia es? Es un compuesto químico que responde a la fórmula NH3. 3. El cloro es una sustancia que no se puede descomponer en otras más sencillas, ¿de qué tipo de sustancia se trata?

Es un elemento químico que responde a la fórmula Cl2.

3. Los átomos de flúor se unen entre sí para formar moléculas F2, de carácter covalente, pero también se unen con átomos de otros elementos químicos para formar compuestos diferentes. Así, por ejemplo, el flúor con el calcio forma fluoruro de calcio, de fórmula CaF2, que es un compuesto químico iónico. ¿Qué diferencia hay en el enlace entre el F2 y el CaF2? En el F2 se forma una molécula con un enlace covalente por compartición de un par de electrones, de forma que dicha molécula se puede representar mediante: F - F. El CaF2 es en realidad: Ca2+ + 2 F-, de forma que el catión Ca2+ resulta de la pérdida de dos electrones y su transferencia a cada uno de los dos átomos de F para formar el anión fluoruro F-, según el proceso que se puede representar mediante: Ca → Ca2+ + 2 e- y F + 1 e- → F- F + 1 e- → F-


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4. Utilizando un modelo de bolas, representa: a) Una molécula de O2. b) Una molécula de H2O. c) Una molécula de CO2.

a) Representando al oxígeno por una bola grande de color rojo, la molécula de O2 se muestra mediante:

b) Representando al oxígeno por una bola grande de color rojo y al hidrógeno por una bola pequeña blanca, la molécula de H2O se muestra mediante:

c) Representando al oxígeno por una bola grande de color rojo y al carbono por una bola más pequeña de color negro, la molécula de CO2 se muestra mediante:

4. A partir de la representación de la tabla adjunta para el carbono, hidrógeno, oxígeno, azufre y nitrógeno, representa mediante el modelo de bolas las moléculas de los compuestos químicos de fórmula: CH4, SO3, N2O y H2O.

H2O

N2O

CH4


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5. Rellena los huecos del siguiente cuadro:

6. Con la siguiente información: He42 , Li7

3 , O168 , Na23

11 y Cl3517 halla el número

de electrones, protones y neutrones de los átomos de dichos elementos químicos.

He42 : A = 4 y Z = 2, luego tiene 2 protones, 2 electrones y N = A – Z = 4 -2 = 2

neutrones

Li73 : A = 7 y Z = 3 luego tiene 3 protones, 3 electrones y N = A – Z = 7 -3 = 4

neutrones

O168 : A = 16 y Z = 8 luego tiene 8 protones, 8 electrones y N = A – Z = 16 -8 =

8 neutrones

Na2311 : A = 23 y Z = 11 luego tiene 11 protones, 11 electrones y N = A – Z = 23 -

11 = 12 neutrones

Cl3517 : A = 35 y Z = 17 luego tiene 17 protones, 17 electrones y N = A – Z = 35 -

17 = 18 neutrones

Especie química

Protones Neutrones Electrones Z A

P 16 15

I 53 127

Ga 31 39

Zn 30 65

Especie

química


P 15 16 15 15 31

I 53 74 53 53 127

Ga 31 39 31 31 70

Zn 30 35 30 30 65


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7- ¿Por qué los siguientes átomos: Ar3918 y K39

19 tienen distinto símbolo

químico, mientras que: H11 , H2

1 y H31 tienen el mismo?

Ar3918 y K39

19 tienen distinto símbolo químico porque tienen diferente número

atómico y, por tanto, son átomos de dos elementos químicos diferentes.

H11 , H2

1 y H31 tienen el mismo símbolo químico porque tienen igual número

atómico y, por tanto, son isótopos 8. Rellena los huecos del siguiente cuadro:

Especie química


F- 9 10

Ca2+ 18 40

N3- 7 14

Cs+ 55 133

Fe3+ 30 23

Especie

química


F- 9 10 10 9 19

Ca2+ 20 20 18 20 40

N3- 7 7 10 7 14

Cs+ 55 78 54 55 133

Fe3+ 26 30 23 26 56

9. Establece las relaciones correctas entre las dos columnas siguientes: Ganar electrones Enlace metálico Compartir electrones Enlace covalente Perder electrones Enlace iónico Electrones libres

Ganar electrones con Enlace iónico Compartir electrones con Enlace covalente Perder electrones con Enlace iónico Electrones libres con Enlace metálico


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10. En la tabla periódica adjunta coloca en el lugar adecuado los siguientes elementos químicos con su símbolo respectivo: litio, selenio, bromo, silicio, calcio, helio, aluminio y antimonio. I A II A III A IV A V A VI A VII A VIII

A

1º

2º

3º

4º

5º

6º

7º

El resultado es:

I A II A III A IV A V A VI A VII A VIII

A

1º He

2º Li

3º Al Si

4º Ca Se Br

5º Sb

6º

7º

11. ¿Qué masa tiene un lingote de oro formado por 5 mol de oro? Como la masa molar del Au es 197 g/mol, entonces:

M

mn , entonces:

g/mol197

mmol5 m = 985 g


20

12. Halla la cantidad de sustancia, en mol, de: a) 146 g de HCl. b) 30 g de SiO2.

a) M de HCl = 1 g/mol + 35,5 g/mol = 36,5 g/mol, entonces: mol4g/mol36,5

g146n

b) M de SiO2 = 28 g/mol + 2 · 16 g/mol = 60 g/mol, entonces:

mol0,5g/mol60

g30n

13. Explica el significado del número de Avogadro. El número o mejor la constante de Avogadro es el factor que sirve para convertir el nivel microscópico de estudio de un sistema de átomos, iones o moléculas a un sistema macroscópico del mismo formado por un colectivo de dichas partículas igual a 6,02 · 1023. 14. Rellena la siguiente tabla: Nombre Símbolo

o fórmula

Masa molar

Cantidad de sustancia, en

mol

Masa ,en g,

Calcio 5

Aluminio 270

Óxido de azufre (IV)

3

Sulfuro de plomo (II)

1435,2

Luego resulta: Nombre Símbolo o

fórmula Masa molar Cantidad de

sustancia, en mol

Masa, en g,

Calcio Ca 40 g/mol 5 200

Aluminio Al 27 g/mol 10 270

Óxido de azufre (IV)

SO2 64 g/mol 3 192

Sulfuro de plomo (II)

PbS 239,2 g/mol 6 1435,2


21

15. Halla la composición centesimal del compuesto químico de fórmula Na2CO3. La masa-fórmula del Na2CO3 es: M = 2 · 23 u + 12 u + 3 · 16 u = 106 u, entonces:

%43,4100·u106

u23·2Nade% %11,3100·

u106

u12·1Cde%

%45,3100·u106

u16·3Ode%

16. Una disolución acuosa de hidróxido de sodio contiene 16,2 g/L. Halla: a) La concentración molar de la disolución. b) La masa, en g, del soluto que habrá en 252 mL de disolución. La masa molar del NaOH es: M = 23 g/mol + 16 g/mol + 1 g/mol = 40 g/mol, entonces:

a) mol/L0,4L1

g/mol40

g16,2

C

b)

mL1000

L·mL252

g/mol40

m

mol/L0,4 m = 4,1 g

17. Calcula el volumen de una disolución de concentración 0,1 mol/L, que contiene 31,9 g de sulfato cúprico, de fórmula CuSO4. La masa molar del CuSO4 es: M = 63,5 g/mol + 32 g/mol + 4 · 16 g/mol = 159,5 g/mol, entonces:

V

g/mol159,5

g31,9

mol/L0,1 V= 2 L

18. Halla el volumen que ocupan 64,0 g del gas oxígeno en un reciento cerrado que se encuentra a la presión de 0,5 atm y temperatura de 20 °C. La masa molar del O2 es M = 32 g/mol y como: p · V = n · R · T, entonces:

K20)(273K·mol

L·atm0,082·

g/mol32

g64,0V·atm0,5 V = 96,1 L


22

LAS REACCIONES QUÍMICAS

1. Si alguien pregunta qué es una reacción química, ¿qué respuesta se puede dar?

Un cambio químico y, por tanto, una transformación en la que hay modificación de las uniones de los átomos con la formación de unas sustancias distintas a partir de las iniciales. 2. Indica cuáles de los siguientes cambios son físicos o químicos: a) La

formación del arco iris. b) La fermentación de la leche. c) La formación de nubes.

d) La disolución de azúcar en agua. e) La obtención de sal en una salina. f) La

preparación de una infusión de manzanilla. g) La obtención de hierro en un alto

horno.

a) La formación del arco iris es cambio físico.

b) La fermentación de la leche es cambio químico.

c) La formación de nubes es cambio físico.

d) La disolución de azúcar en agua es cambio físico.

e) La obtención de sal en una salina es cambio físico.

f) La preparación de una infusión de manzanilla es cambio físico.

g) La obtención de hierro en un alto horno es cambio químico.

3. Coloca dentro de los paréntesis de la siguiente frase lo que corresponda de las siguientes expresiones: elemento químico, compuesto químico, mezcla homogénea, mezcla heterogénea, cambio físico o cambio químico: “El hierro (......) no protegido, al cabo de un tiempo adquiere un color rojizo y un aspecto quebradizo y se dice que le ataca el aire (....), es decir, se ha oxidado (.....) al combinarse con el oxígeno (....). Este óxido (....) se rompe al ser golpeado (....) y puede ser arrastrado (....) por el agua (....) en la que no se disuelve (....), formando una (....)”. La solución es: El hierro (elemento químico) no protegido, al cabo de un tiempo adquiere un color rojizo y un aspecto quebradizo y se dice que le ataca el aire (mezcla homogénea), es decir, se ha oxidado (cambio químico) al combinarse con el oxígeno (elemento químico). Este óxido, llamado herrumbre (compuesto químico) se rompe al ser golpeado (cambio físico) y puede ser arrastrado (cambio físico) por el agua (compuesto químico) en la que no se disuelve (cambio físico), formando una mezcla (mezcla heterogénea).


23

4. La reacción entre el nitrógeno y el hidrógeno para formar amoníaco tiene lugar mediante la siguiente ecuación química: N2 + H2 NH3. Ajusta dicha ecuación química e indica su relación estequiométrica. N2 + 3 H2 2 NH3 y la relación estequiométrica es: 1:3:2 5. En la anterior reacción química, sabiendo que todas las sustancias que intervienen son covalentes, explica el proceso que tiene lugar a nivel microscópico con los enlaces que se rompen y se forman.

Se rompe el enlace NN del N2 y los tres enlaces H-H en las tres moléculas de H2 para formar tres enlaces N-H en cada una de los dos moléculas de NH3.

6. A partir de la representación del modelo de bolas adjunto, responde a las

siguientes preguntas: a) Muestra un posible nombre para los reactivos y los

productos de la reacción. b) Escribe la ecuación química de la reacción química

representada por el modelo de bolas e indica si ésta está ajustada o no. Justifica

la respuesta.

a) Hidrógeno + Oxígeno Agua b) 2 H2 + O2 2 H2O No está ajustada en la representación del modelo de bolas, pues hay dos moléculas de O2 y sólo reacciona una con dos moléculas de H2 para obtener 2 moléculas de H2O.

7. Ajusta las ecuaciones químicas de las siguientes reacciones químicas:

a) C2H6 + O2 CO2 + H2O. b) Fe + O2 Fe3O4. c) Ca + O2 Cão

a) C2H6 + 7/2 O2 2 CO2 + 3 H2O b) 3 Fe + 2 O2 Fe3O4 c) Ca + 2 O2 CaO

8. Ajusta las ecuaciones químicas de las siguientes reacciones químicas:

a) PCl3 + H2O H3PO3 + HCl. b) Sn + HCl SnCl2 + H2

a) PCl3 + 3 H2O H3PO3 + 3 HCl b) Sn + 2 HCl SnCl2 + H2

9. Escribe la ecuación química que representa la siguiente reacción química: El

sodio metal reacciona con el agua para formar hidróxido de sodio e hidrógeno.

Na (s) + H2O (l) NaOH (aq) + 2 H2 (g)


24

10. Se desea obtener sulfuro de calcio por reacción de 10 kg de calcio con

azufre. Halla: a) La cantidad de sulfuro de calcio que se obtiene. b) La cantidad

de azufre necesaria en la reacción. Se identifican los reactivos y los productos y se escribe y ajusta la ecuación química

que describe el proceso:

Ecuación química ajustada Ca + S CaS

Estequiometría de la reacción

química

1 mol 1 mol 1 mol

Datos m de Ca = 10

kg

Incógnitas ¿m S? ¿m CaS?

Se determinan las masas molares de las sustancias que intervienen en el proceso a partir de la información que proporciona la tabla periódica, de forma que: M de Ca = 40

mol

g, M del S = 32

mol

gy M del CaS = 72

mol

g

Los pasos a seguir, en los que en cada uno de ellos se utiliza el factor de conversión

adecuado, son:

masa de Ca, en g )º1 cantidad de Ca, en mol

)º2 cantidad de CaS, en mol

)º3 masa de CaS, en g

masa de Ca , en g )º1 cantidad de Ca, en mol:

Camol250g40

Camol·

kg

g1000·kg10Caden

cantidad de Ca, en mol )º2 cantidad de CaS, en mol, a través del dato de la

ecuación química ajustada que proporciona que 1 mol de Ca origina 1 mol de CaS:

CaSmol250Camol1

CaSmol1·Camol250CaSden

cantidad de CaS, en mol )º3 masa de CaS, en g:

CaSg18000CaSmol1

CaSg72·CaSmol250CaSdem

b) cantidad de Ca, en mol )º1 cantidad de S, en mol

)º2 masa de S, en g

cantidad de Ca, en mol )º1 cantidad de S, en mol, a través del dato de la ecuación

química ajustada que proporciona que 1 mol de Ca reacciona con 1 mol de S:

Smol250Camol1

Smol1·Camol250Sden

cantidad de S, en mol )º2 masa de S, en g:


25

Sg8000Smol1

Sg32·Smol250Sdem

11. El óxido de calcio reacciona con el agua para formar hidróxido de calcio.

Halla la cantidad de óxido de calcio que reacciona si se obtienen 37,0 g de

hidróxido de calcio.

Se identifican los reactivos y los productos y se escribe y ajusta la ecuación química


Ecuación química ajustada CaO + H2O Ca(OH)2

Estequiometría de la reacción

química

1 mol 1 mol 1 mol

Datos m Ca(OH)2 =

37,0 g

Incógnitas ¿m CaO?

Se determinan las masas molares de las sustancias que intervienen en el proceso a partir de la información que proporciona la tabla periódica, de forma que: M de CaO =

56 mol

gy M del Ca(OH)2 = 74

mol

g

Los pasos a seguir, en los que en cada uno de ellos se utiliza el factor de conversión

adecuado, son:

masa de Ca(OH)2, en g )º1 cantidad de Ca(OH)2, en mol

)º2 cantidad de

CaO, en mol )º3 masa de CaO, en g

masa de Ca(OH)2, en g )º1 cantidad de Ca(OH)2 en mol:

22

2 Ca(OH)mol0,5g74

Ca(OH)mol·g37,0Ca(OH)den

cantidad de Ca(OH)2, en mol )º2 cantidad de CaO, en mol, a través del dato de la

ecuación química ajustada que proporciona que 1 mol de Ca(OH)2 se obtiene a partir de 1 mol de CaO:

CaOmol0,5Ca(OH)mol1

CaOmol1·Ca(OH)mol0,5CaOden

2

2

cantidad de CaO, en mol )º3 masa de CaO, en g:

CaOg28,0CaOmol1

CaOg56·CaOmol0,5CaOdem


26

12. En la combustión completa del butano se queman 8 mol de dicho gas. a)

Escribe la ecuación química de la reacción química que tiene lugar. b) Calcula la

cantidad, en g, de oxígeno necesarios para la combustión del butano c) Halla la

cantidad, en g, de dióxido de carbono formado.

a) Se identifican los reactivos y los productos y se escribe y ajusta la ecuación química


Ecuación química

ajustada

C4H10 + 13/2

O2

4 CO2 + 5 H2O

Estequiometría de la

reacción química

1 mol 13/2

mol

4 mol 5 mol

Datos n C4H10 = 8

mol

Incógnitas ¿m

O2?

¿m

CO2?

Se determinan las masas molares de las sustancias que intervienen en el proceso a partir de la información que proporciona la tabla periódica, de forma que: M de O2 = 32

mol

gy M del CO2 = 44

mol

g

b) Los pasos a seguir, en los que en cada uno de ellos se utiliza el factor de

conversión adecuado, son:

cantidad de C4H10, en mol )º1 cantidad de O2, en mol

)º2 masa de O2, en g

cantidad de C4H10, en mol )º1 cantidad de O2, en mol, a través del dato de la

ecuación química ajustada que proporciona que 1 mol de C4H10 reacciona con 13/2

mol de O2:

2

104

21042 Omol52

HCmol1

Omol13/2·HCmol8Oden

cantidad de O2, en mol )º2 masa de O2, en g

2

2

222 Og1664

Omol1

Og32·Omol52Odem

c) Los pasos a seguir, en los que en cada uno de ellos se utiliza el factor de conversión

adecuado, son:

cantidad de C4H10, en mol )º1 cantidad de CO2, en mol

)º2 masa de CO2, en

g

cantidad de C4H10, en mol )º1 cantidad de CO2, en mol, a través del dato de la

ecuación química ajustada que proporciona que 1 mol de C4H10 origina 5 mol de CO2:

2

104

21042 COmol40

HCmol1

COmol5·HCmol8COden

cantidad de CO2, en mol )º2 masa de CO2, en g


27

2

2

222 COg1760

COmol1

COg44·COmol40COdem

13. Calcula el volumen, en L, de vapor de agua que se obtiene cuando el

hidrógeno reacciona con 0,2 L el oxígeno, sin que varíen las condiciones de

presión y temperatura.

Se identifican los reactivos y los productos y se escribe y ajusta la ecuación química


Ecuación química

ajustada

2 H2 + O2 2 H2O


reacción química

2 mol 1 mol 2 mol

2

volúmenes

1

volumen

2 volúmenes

Datos V O2 =

0,2 L

Incógnitas ¿V H2O?

Aplicando la ley de los volúmenes de combinación el único paso es:

V de O2, en L V de H2O, en L, de forma que:

OHL0,4Ovolumen1

OHvolúmenes2·OL0,2OHdeV 2

2

222

14. Indica cómo afectan a la velocidad de una reacción química los siguientes factores: a) Un aumento de la temperatura. b) La existencia de un catalizador. c) El que los reactivos estén diluidos o concentrados. d) Si los reactivos están pulverizados o se encuentran en disolución. a) Un aumento de la temperatura favorece el curso de la reacción química y aumenta la velocidad de ésta. b) La existencia de un catalizador favorece el curso de la reacción química y aumenta la velocidad de ésta. c) El que los reactivos estén diluidos o concentrados. La existencia de una mayor cantidad de reactivos favorece el curso de la reacción química y aumenta la velocidad de ésta, por el contrario, la dilución disminuye la velocidad de la reacción. d) Si los reactivos están pulverizados o se encuentran en disolución. En ambos casos se favorece el curso de la reacción química y aumenta la velocidad de ésta.


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QUÍMICA Y SOCIEDAD 1. Cita una serie de inconvenientes que se producirían si dejase de existir el petróleo a partir mañana La sociedad actual está pensada en el consumo masivo del petróleo como fuente de energía. Por tanto, si de un día para otro dejase de existir el petróleo no funcionarían los medios de transporte, la calefacción de nuestras casas y hasta el consumo de energía eléctrica quedaría muy resentido, pues gran parte de su producción requiere el uso del petróleo en las llamadas centrales térmicas. La consecuencia sería un colapso total de nuestra forma de vida. 2. ¿Crees que en la actualidad se puede beber directamente el agua de un río, como hacían nuestros abuelos y abuelas cuando eran niños y niñas? La respuesta es No. En la actualidad las aguas de los ríos están contaminadas y son perjudiciales para la salud si se beben directamente, sin que antes hayan sido purificadas mediante un tratamiento adecuado de potabilización de las mismas. Se reserva el término agua depurada para un agua tratada sin contaminantes físicos o químicos, mientras que un agua potabilizada es un agua depurada que además ha llevado un tratamiento microbiológico para hacerla exenta de microorganismos patógenos, para que pueda ser así apta para el consumo humano. 3. Cita y comenta varias aplicaciones positivas y otras negativas de las reacciones químicas de combustión. Positivas: Para cocinar alimentos, mover un vehículo con motor de combustión interna, la producción de energía eléctrica en las centrales termoeléctricas y el calentamiento de las viviendas mediante la calefacción. Negativas: La contaminación que producen del medio ambiente, al producir dióxido de carbono, que es un gas responsable del calentamiento global del planeta 4. En épocas pasadas, las personas también quemaban madera, por ser entonces el combustible por excelencia y se producían gases contaminantes, pero ¿por qué no se hablaba entonces de contaminación? Porque globalmente se contaminaba poco el medio ambiente y éste no era afectado por la emisión de gases contaminantes al quemar la madera. Pero en la actualidad, el número tan elevado de personas existentes y la contaminación excesiva que producen hace que el medio ambiente se resienta por la emisión de gases como el dióxido de carbono procedente de la combustión, principalmente, de los productos del petróleo. 5. ¿Es lo mismo depuración que potabilización del agua?

No, son conceptos diferentes. En la depuración se somete al agua a diversos tratamientos para conseguir que ésta tenga una composición lo más semejante al agua dulce de un río, lago o pantano, mientras que la potabilización es un tratamiento por el


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que desinfecta el agua para eliminar los microorganismos perjudícales para la salud humana que puede contener y hacerla apta para el consumo humano. 6. En la combustión completa del butano, de fórmula C4H10, se queman 226

moles de dicho gas. a) Escribe la ecuación química del proceso que tiene lugar.

b) Calcula la cantidad, en mol, de oxígeno que se necesita para la combustión

del butano. c) Halla la cantidad, en g, de dióxido de carbono formado.

a) Se identifican los reactivos y los productos y se escribe y ajusta la ecuación química


Ecuación química

ajustada

C4H10 + 13/2 O2 4 CO2 + 5

H2O


reacción química

1 mol 13/2

mol

4 mol 5 mol

Datos n C4H10 = 226

mol

Incógnitas ¿n O2? ¿m CO2?

La masa molar del CO2 es: M = 44 g/mol

b) El paso a seguir es: cantidad de C4H10, en mol )º1 cantidad de O2, en mol, a

través del dato de la ecuación química ajustada que proporciona que 1 mol de C4H10

se combina con 13/2 mol de O2:

2

104

21042 Omol1469

HCmol1

Omol13/2·HCmol226Oden

c) Los pasos a seguir, en los que en cada uno de ellos se utiliza el factor de conversión

adecuado, son:

cantidad de C4H10, en mol )º1 cantidad de CO2, en mol

)º2 masa de CO2, en

g

cantidad de C4H10, en mol )º1 cantidad de CO2, en mol, a través del dato de la

ecuación química ajustada que proporciona que 1 mol de C4H10 originan 4 mol de CO2:

2

104

21042 COmol904

HCmol1

COmol4·HCmol226COden

cantidad de CO2, en mol

)º2 masa de CO2, en g

2

2

222 COg39776

COmol1

COg44·COmol904COdem


30

7. El vapor de agua reacciona a alta temperatura con el carbón para originar monóxido de carbono e hidrógeno. Halla: a) La cantidad de hidrógeno que se obtiene por reacción de 207,0 g de agua. b) La cantidad de carbono que reacciona.

Se identifican los reactivos y los productos y se escribe y ajusta la ecuación química que describe el proceso:

Ecuación química ajustada

C + H2O CO + H2

Estequiometría de la reacción química

1 mol + 1 mol 1 mol + 1 mol

Datos m H2O = 207,0 g

Incógnitas ¿m C? ¿m H2?

a) Los pasos a seguir son:

masa de H2O , en g )º1

cantidad de H2O, en mol )º2

cantidad de H2, en mol

)º3

masa de H2, en g

1º. masa de H2O , en g )º1

cantidad de H2O, en mol:

Como la masa molar del H2O es 18 mol

g, entonces:

OHmolOHg

OHmolOHgOHdeln 2

2

222 511

18

10207 ,·,

2º. Cantidad de H2O, en mol )º2

cantidad de H2, en mol, a través del dato de la ecuación química ajustada que proporciona que 1 mol de H2O proporcionan 1 mol de H2:

2

2

222 511

1

1511 Hmol

OHmol

HmolOHmolHden ,·,

3º. Cantidad de H2, en mol )º3

masa de H2, en g:

Como la masa molar del H2 es 2 mol

g, entonces:

2

2

222 023

1

2511 Hg

Hmol

HgHmolHdem ,·,

b) Como la cantidad que reacciona de H2O es 11,5 mol, entonces los pasos a seguir son:

cantidad de H2O, en mol )º1

cantidad de C, en mol )º2

masa de C, en g

1º. cantidad de H2O, en mol )º1

cantidad de C, en mol, a través del dato de la ecuación química ajustada que proporciona que 1 mol de H2O reacciona con 1 mol de C:

CmolOHmol

CmolOHmolCden 511

1

1511

2

2 ,·,

2º. Cantidad de C, en mol )º2

masa de C, en g:


31

Como la masa molar del C es 12 mol

g, entonces:

CgCmol

CgCmolCdem 0138

1

12511 ,·,

8. Indica los principales efectos contaminantes que produce la combustión de la

gasolina de un vehículo de motor de combustión.

La emisión de los gases que resultan de la combustión de la gasolina, que es una mezcla de hidrocarburos. Por tanto, se emite a la atmósfera procedente de los tubos de escape de los vehículos dióxido de carbono y vapor de agua. El dióxido de carbono es un gas contaminante y contribuye a aumentar el calentamiento de la Tierra por efecto invernadero. También resulta que la gasolina que se echa a los depósitos de los vehículos lleva impurezas y además de la mezcla de dióxido de carbono y vapor de agua, se vierten a la atmósfera otros gases de azufre y de nitrógeno, que con el vapor de la atmósfera se convierten en los peligrosos ácidos sulfúrico y nítrico, que producen la contaminación por lluvia ácida. Si la gasolina es la antigua SUPER lleva además un aditivo de plomo, que se vierte a la atmósfera por el tubo de escape. El plomo es un metal pesado, que es muy peligroso para la salud, sobre todo porque al respirar un atmósfera con partículas de plomo se depositan éstas en los pulmones y son capaces de producir graves dolencias, si su concentración es elevada y el tiempo de exposición a dicha atmósfera contaminada es larga.

Pero además, la combustión suele ser incompleta y se echan cenizas y residuos sólidos,

que también contaminan, pues las partículas sólidas de los humos son peligrosas para

las vías respiratorias de las personas.

10. ¿Qué diferencia hay entre las dos ecuaciones químicas siguientes: a) C2H4 + 3 O2 2 H2O + 2 CO2 b) 2 C2H4 + 5 O2 4 H2O + 2 CO2 + 2 CO

Ambas ecuaciones químicas, que están perfectamente ajustadas, representan la combustión del etano, pero mientras la primera es la reacción de combustión completa del etano, la segunda muestra una reacción de combustión incompleta del mismo. La reacción de combustión incompleta es una reacción en la que el etano arde en una atmósfera pobre en oxígeno, lo cual se puede observar perfectamente, si multiplicamos a la primera ecuación, la de la combustión completa, por dos y comparamos ambas ecuaciones en las que ocurre: a) 2 C2H4 + 6 O2 4 H2O + 4 CO2 b) 2 C2H4 + 5 O2 4 H2O + 2 CO2 + 2 CO donde a igualdad cantidad de etano, en la combustión completa de etano reaccionan 6 O2, mientras que en la combustión incompleta 5 O2.


32

LA ENERGÍA

1. Enumera tres aparatos que utilices habitualmente e indica qué los mantiene en funcionamiento. Los electrodomésticos que utilizamos en nuestras casas funcionan gracias a la corriente eléctrica. Los vehículos de transporte transforman la energía química almacenada en los derivados del petróleo. 2. ¿Por qué se dice que el carbón es un combustible fósil? ¿Para qué se usa en la actualidad? El carbón procede de la transformación de restos de plantas que vivieron hace millones de años. En la actualidad se usa como combustible en las centrales térmicas para producir energía eléctrica. También se usa en los altos hornos para obtener hierro.

3. Clasifica en energía primaria y secundaria: carbón, viento, gasolina, alimentos y energía eléctrica. Fuente de energía primaria es la se toma de la naturaleza sin transformar: carbón y viento. Fuente de energía secundaria es la que proviene de la transformación de la fuente de energía primaria: gasolina, alimentos y energía eléctrica.

4. Actualmente, )en qué parcela de la actividad humana crees que es más difícil

la sustitución del petróleo por otras fuentes de energía? El petróleo es difícil de sustituir en el sector del transporte. 5. Indica el recorrido que efectúa la energía transformada en una bombilla desde el Sol hasta que da luz a través del camino del petróleo.

El petróleo se origina por la descomposición de organismos vegetales y animales en zonas pantanosas. El petróleo almacena energía química, obtenida de la transformación de la energía solar hace millones de años. El petróleo se extrae, se transporta y se somete a diversos procesos de destilación hasta que se obtienen los distintos combustibles. Estos combustibles se queman en una central térmica con el fin de transformar la energía química en energía eléctrica. La energía eléctrica se transforma en luz y calor en el filamento de la bombilla.


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6. Describe las transformaciones de la energía que realizan los siguientes aparatos: horno, motor de gasolina, lavadora, pila, bombilla, taladro, ascensor, radiador. Un horno transforma energía eléctrica en calor. Un motor de gasolina transforma la energía química del combustible en cinética del vehículo. Una lavadora y un taladro transforman energía eléctrica en energía cinética de rotación. Una pila, mediante unas reacciones químicas, transforma la energía química que almacenan unos reactivos en energía eléctrica. Una bombilla transforma la energía eléctrica en luz y calor. Un ascensor transforma la energía eléctrica en energía potencial gravitatoria. Un radiador transfiere calor del agua caliente al ambiente. 7. Describe el camino que siguió y las transformaciones que sufrió la energía solar desde que llegó a la Tierra hasta que se almacenó en forma de carbón. La energía solar es captada por los vegetales que la emplean para elaborar su material celular, almacenándola en forma de energía química. Las plantas sepultadas por procesos geológicos se transforman en carbón al cabo de decenas de millones de años. 8. ¿Cómo repercute en el medioambiente la explotación de una mina de carbón a cielo abierto? Una explotación de carbón a cielo abierto modifica totalmente el entorno: destruye la capa vegetal, genera escombreras de enorme tamaño, modifica la capa freática y produce contaminación del aire por partículas. 9. La industria petrolera utiliza como unidad de capacidad el barril de petróleo: busca su equivalencia en litros. La medida del petróleo en barriles proviene del recipiente (barril) que se utilizaba para transportarlo al principio de su explotación. Equivale a 158,98 litros. 10. Representa en un esquema el ciclo de los cambios de estado del agua en la naturaleza. El calor del Sol evapora el agua de los mares y del suelo formando las nubes. Las nubes, después de ser arrastradas por el viento, la descargan en las montañas. Este agua forma arroyos y ríos, al bajar por el río puede ser detenida en un embalse y utilizada para mover turbinas o regar los campos. También puede formar parte de los seres vivos. Más o menos tarde su destino será el mar para volver a recorrer otra vez el ciclo.


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11. Describe las transformaciones de la energía que se realizan en una central hidroeléctrica. La energía potencial gravitatoria del agua embalsada se transforma en energía cinética del agua que cae. En la turbina se transforma la energía del agua que cae en energía cinética de rotación que, a su vez, la transforma en energía eléctrica el alternador que lleva acoplado. 12. Representa en un esquema la cadena energética de un biocarburante obtenido de las semillas de girasol. La luz del sol induce el desarrollo de la planta que almacena la energía solar en forma de energía química. De las semillas se obtiene aceite que se quema en el motor de un automóvil donde se transforma la energía química en energía cinética. La secuencia es: sol, planta de girasol, semillas, combustibles (aceite) y automóvil. 13. ¿Dónde es más interesante construir una central maremotriz: en el océano Atlántico o en el mar Mediterráneo? La diferencia de nivel de las mareas en el mar Mediterráneo es muy pequeña. En el océano Atlántico son mayores, pero no tienen el suficiente desnivel como para pensar en su aprovechamiento. 14. ¿Cuándo se intercambia la energía en forma de trabajo? ¿Cuándo lo hace en forma de calor? Pon ejemplos de cada uno de los mecanismos. La energía se transfiere en forma de trabajo cuando se precisa del concurso de una fuerza como al elevar un objeto, dejarlo caer y en los motores. El calor es la transferencia de energía que tiene lugar cuando se modifica la temperatura de un objeto o cambia su estado de agregación, como en los radiadores y al calentar o enfriar un objeto. 15. Justifica que la energía asociada a los alimentos, al viento, al agua embalsada, y al petróleo tienen su origen en el Sol. La energía electromagnética que recibimos del Sol en forma de luz y calor sigue, esencialmente, cuatro caminos: una parte es devuelta al espacio exterior; otra, que podemos denominar ciclo atmosférico, es la responsable de los vientos; una tercera es la responsable del ciclo hidrológico, y, por último, una cuarta, la que proporciona la energía para mantener el ciclo de la materia viva. La materia viva constituyen los alimentos y la materia vida transformada durante procesos geológicos de larga duración dio lugar al carbón y al petróleo.


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16. Describe las transformaciones de la energía que realizan los siguientes aparatos: motor eléctrico, batería, quemador de calefacción, motor de gasolina, bombilla, placa de cocina, horno, secador del pelo, lavadora y batidora. Un motor eléctrico transforma energía eléctrica en energía cinética de rotación. Una batería transforma energía química en energía eléctrica al descargarse y transforma energía eléctrica en química cuando se carga. Un quemador de calefacción transforma la energía química del combustible en calor que calienta el agua de la caldera. Un motor de gasolina transforma la energía química del combustible en cinética del vehículo. Una bombilla transforma energía eléctrica en luz y calor. Una placa de cocina y un horno transforman energía eléctrica calor y luz. Un secador del pelo transforma energía eléctrica calor y energía cinética del aire. Una lavadora y una batidora transforman energía eléctrica en cinética de rotación. 17. En las siguientes viñetas cuatro corresponden a la cadena energética del carbón y otras cuatro a la del petróleo. Identifícalas, ordénalas y describe las transformaciones de la energía que se realizan a lo largo de la cadena. La secuencia de la cadena energética del carbón es: carbón, central térmica, red eléctrica y vivienda. El carbón se extrae en las minas, se transporta y se quema en una central térmica, donde se transforma la energía química que almacena en energía eléctrica. La red eléctrica transporta la energía eléctrica que se transforma en otros tipos de energía, luz, calor, movimiento, en los diferentes aparatos eléctricos. La secuencia de la cadena energética del petróleo es: petróleo, refinería, gasolina y automóvil. El petróleo se extrae de los pozos y se transporta hasta la refinería, en donde se obtienen los diferentes derivados. Uno de ellos la gasolina se quema en el motor de un automóvil, donde se transforma la energía química que almacena en energía cinética. 18. Las siguientes expresiones caracterizan a las distintas fuentes de energía: inagotables, se agotan, el suministro depende de las importaciones, discontinuas, diluidas, concentradas, no alteran el medio ambiente, alteran el entorno, tecnológicamente desarrolladas, tecnológicamente poco desarrolladas, relativamente baratas, relativamente caras. Clasifícalas según correspondan a fuentes de energía renovables y a fuentes de energía no renovables. Las fuentes de energía renovables se caracterizan por ser: inagotables, discontinuas, diluidas, no alteran el medio ambiente, estar algunas tecnológicamente poco desarrolladas y ser relativamente caras.


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Las fuentes de energía no renovables se caracterizan por: agotarse, su suministro depende de las importaciones, están concentradas, alteran el entorno, están tecnológicamente desarrolladas y son relativamente baratas.

ELECTRIZACIÓN Y CORRIENTE ELÉCTRICA

1. Los átomos de la materia están formados por neutrones, protones y electrones. Estas dos últimas partículas poseen la propiedad carga eléctrica. ¿Por qué al tocar un objeto no se siente ninguna sensación relacionada con la carga eléctrica? Al tocar la materia se nota ninguna sensación porque es eléctricamente neutra. 2. ¿Por qué los terminales de un enchufe son metálicos y la carcasa de plástico? Los terminales de un enchufe son metálicos porque tienen que conducir la corriente eléctrica y la carcasa es de plástico porque su misión es la de un aislante, para que no ocurran accidentes. 3. ¿Qué función tienen las pilas en el circuito eléctrico de una linterna? La misión de la pila es la de mantener a la intensidad de la corriente eléctrica por el circuito. 4. Durante la electrización, el vidrio se carga positivamente al frotarlo con un trozo de seda y el plástico lo hace negativamente al frotarlo con un paño de lana. Coloca en la figura adjunta cargas positivas y negativas según corresponda e indica el flujo de los electrones al frotar ambos materiales.

Los electrones pasan del objeto que se carga positivamente al que lo hace negativamente. Es decir, del vidrio a la seda y de la lana al plástico. 5. Clasifica las siguientes sustancias según sea su comportamiento frente a la corriente eléctrica: hierro, madera, cristal, cobre, aluminio, plástico, papel. El hierro, cobre y aluminio conducen la corriente eléctrica y, por ello, se denominan conductores.

vidrio

seda

plástico

lana

+ + + + + +

- - -- - -

- - -- - -

+ + ++ + +

electrones electrones

vidrio

seda

plástico

lana


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La madera, el cristal, el plástico y el papel no conducen la corriente eléctrica, y se denominan aislantes. 6. De que material están fabricados los siguientes objetos: pararrayos, mango de destornilladores, interruptores.

Los pararrayos deben conducir la corriente eléctrica, por lo que se fabrican con una punta de acero unida al suelo mediante un cable de cobre. Los mangos de los destornilladores y los interruptores deben ser aislantes de la corriente, por lo que se fabrican de materiales aislantes como los plásticos. 7. Relaciona los generadores eléctricos de la columna central con la forma de energía que transforman y con el tipo de corriente eléctrica que proporcionan.

Forma de la energía Generador eléctrico Tipo de corriente eléctrica

Química Mecánica

Pila Batería Dínamo Alternador

Corriente alterna Corriente continua

8. Contesta verdadero o falso a las siguientes cuestiones: a) Un átomo neutro no contiene cargas eléctricas. b) Un átomo queda cargado positivamente cuando gana protones. c) Un objeto cargado positivamente no tiene electrones. d) Los átomos con carga negativa tienen más electrones que protones. e) En un fenómeno de electrización no se crea carga neta. f) Un objeto se carga negativamente cuando gana electrones. a) Falso, un átomo neutro tiene el mismo número de cargas positivas que negativas. b) Falso, los átomos no pueden ganar protones. Un átomo queda cargado positivamente cuando pierde electrones. c) Falso, un cuerpo cargado positivamente ha perdido algunos electrones solamente. d) Verdadero. e) Verdadero, la carga ni se crea, ni se destruye. Durante un fenómeno de electrización se produce una separación de cargas. f) Verdadero.

Química Pila Corriente alternaBatería

Mecánica Dinamo Corriente continuaAlternador


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9. Calcula la intensidad de la corriente eléctrica que recorre un conductor por el que pasa una carga 720 C en una hora.

Aplicando la definición de intensidad: q 720 C

I = = = 0,2 At 3 600 s

10. Por un circuito eléctrico pasa una intensidad de la corriente eléctrica de 4 A, ¿Cuánto tiempo transcurrirá para que se transporte una carga de 60 C?

Aplicando la definición de intensidad y despejando: 6

4 15q 0 C

I = ; = t

A t st

11. En una resistencia eléctrica, ¿se consume la corriente eléctrica? Ni la corriente, ni la energía eléctrica se gastan. En la resistencia se transforma la energía eléctrica en otro tipo de energía. 12. Una carga de +2 μC atrae a otra carga colocada a 60 cm de distancia con una fuerza de intensidad 1,5 · 10–4 N. Determina la magnitud y el signo de la carga desconocida. Como la fuerza es atractiva, la carga desconocida tiene signo negativo. Aplicando la

ley de Coulomb y llamando q1 = + 2 μC = 2 10 - 6 C, se tiene:

)m (0,6

q · C 10 · 2 ·

C

m · N 10 · 9 = N 10· 1,5 ;

r

q · q K = F

22

6 -

2

294 -

2

21

Despejando y como la carga desconocida tiene signo negativo: q2 = - 3 10-9 C = - 3 nC 13. Calcula la diferencia de potencial entre los extremos de una resistencia eléctrica de 1,2 kΩ, cuando pasa por ella una intensidad de la corriente eléctrica de 5 mA. ¿Qué intensidad de la corriente eléctrica pasa por ella cuando se conecta a una diferencia de potencial de 9 V? Aplicando la ley de Ohm:

a) ΔV = R · I; ΔV = 1,2 10 3 Ω · 5 10 - 3 A = 6 V

b) ΔV = R · I; 9 V = 1,2 10 3 Ω · I I = 7,5 · 10-3 A = 7,5 mA 14. Por un conductor pasa una intensidad de la corriente eléctrica de 2 A. Determina la carga eléctrica y los electrones que lo atraviesan al cabo de 1 min.

La carga que pasa por el conductor es: q = I t = 2 A 60 s = 120 C

Como la carga del electrón es 1,6 10 - 19 C:

electrones 10·7,5 = C 10· 1,6

electrón1C120 = electrones 20

19 -


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CIRCUITOSELÉCTRICOS Y ELECTROMAGNETISMO

1. ¿A qué se denomina efectos de la corriente eléctrica? Enuméralos y pon un ejemplo de cada uno de ellos.

Se denominan efectos de la corriente eléctrica a las diferentes maneras que hay de transformar la energía eléctrica en otros tipos de energía. La energía eléctrica tiene efectos térmicos, luminosos, magnéticos y químicos. El efecto térmico, conocido también como efecto Joule, es la base del funcionamiento de hornos, planchas y estufas eléctricas. El efecto luminoso es el fundamento del funcionamiento de las lámparas tradicionales o de incandescencia. Una corriente eléctrica al pasar por un conductor produce efectos magnéticos y se comporta como un imán. Al pasar la corriente eléctrica por ciertas sustancias se produce una reacción química. Este efecto químico, denominado electrólisis, se utiliza en los procesos como la de carga de las baterías

2. ¿Es correcta la expresión electricidad consumida? Escribe la expresión correcta.

La energía no se consume, se transforma de un tipo en otro tipo de energía. La expresión correcta es: Energía eléctrica transformada. 3. Enuncia la ley de la conservación de la energía en términos de la potencia transformada en un circuito.

La potencia que transforma un generador en potencia eléctrica se transforma íntegramente en los diferentes

aparatos eléctricos conectados en un circuito eléctrico.

4. ¿A qué se denomina potencia de un aparato eléctrico?

Potencia de un aparato eléctrico es una magnitud que indica la rapidez con la que se transforma la energía eléctrica en otros tipos de energía.

5. ¿Qué diferencias hay entre una asociación de aparatos eléctricos en serie o en paralelo? ¿Cómo están conectados los aparatos eléctricos en las viviendas?

En una conexión en serie, los aparatos se conectan uno a continuación del otro y la diferencia de potencial del generador se reparte entre todos. Si se conectan en paralelo,


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todos lo están conectados a la misma diferencia de potencial. Los aparatos eléctricos se conectan en paralelo, así si se desenchufa uno funcionan los demás.

6. ¿Qué diferencia hay entre el comportamiento de las cargas eléctricas y los polos magnéticos de un imán?

Las cargas eléctricas tienen existencia separada unas de otras, por el contrario los polos de un imán no se pueden separar.

7. ¿De qué forma se detecta si en una región del espacio existe un campo magnético? ¿Cómo se reconoce la dirección y sentido de ese campo magnético?

En un punto del espacio hay un campo magnético cuando una brújula tiende a orientarse de una forma determinada en dicho punto. La dirección del campo magnético es la que indica la aguja de la brújula y, por convenio, su sentido es el que señala el polo norte de la brújula.

8. ¿Qué diferencias hay entre un alternador y una dínamo? ¿Qué transformaciones energéticas se realizan en esos aparatos?

Un alternador y una dínamo transforman energía mecánica en energía eléctrica. Un alternador produce corriente alterna y una dínamo corriente continua.

9. Para producir una potencia eléctrica de 1 kW con energía solar fotovoltaica se precisa cubrir una extensión de 10 m2 con paneles solares. ¿Qué potencia proporcionarían un conjunto de paneles que cubran la extensión de una hectárea de terreno?

1 hectárea = (100 m)2 = 10 000 m2 Como se obtiene 1 kW con 10 m2, en el caso de 10 000 m2 se produce una potencia 1000 veces superior, o sea: 1 000 kW.

10. De qué magnitud son unidad el kW y el kWh. ¿En qué situaciones se utilizan estas unidades? El kW es una unidad de potencia: 1 kW = 1 000 W

El kWh es unidad de energía: 1 kWh = 1 000 W 3 600 s = 3 600 000 J La potencia de los motores eléctricos se mide de kW. Las compañías eléctricas miden la potencia, de las centrales eléctricas y la que ponen a disposición en los domicilios, en kW.

La energía eléctrica que se transforma en las viviendas se mide en kWh.


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FORMULACIÓN

Indica el nombre de las siguientes sustancias, eligiendo el nombre que consideres adecuado entre las tres posibles nomenclaturas existentes: tradicional, de Stock o sistemática. 1. CuH2. Hidruro cúprico, hidruro de cobre (II) o dihidruro de cobre. 2. HgO. Óxido mercúrico, óxido de mercurio (II) o monóxido de mercurio. 3. AgH. Hidruro de plata. 4. CO2. Dióxido de carbono, u óxido de carbono (IV). 5. HCl. Ácido clorhídrico o cloruro de hidrogeno.

6. PbH4. Hidruro plúmbico, hidruro de plomo (IV) o tetrahidruro de plomo. 7. CdO. Óxido de cádmio. 8. Fe(OH)2.Hidróxido ferroso, hidróxido de hierro (II) o dihidróxido de hierro. 9. SO3. Óxido de azufre (VI) o Trióxido de azufre.

10. IAg. Yoduro de plata.

11. H2CO3. Ácido carbónico. 12. HBrO2. Ácido bromoso. 13. H2SO3. Ácido sulfuroso. 14. Au(OH)3. Hidróxido aúrico, hidróxido de oro (III) o trihidróxido de oro.

15. Co2O3. Óxido cobáltico, óxido de cobalto (III) o trióxido de dicolbalto. 16. Br2O7. Óxido perbrómico, óxido de bromo (VII) o heptaóxido de dibromo. 17. Na2CO3. Carbonato de sodio. 18. NiO. Óxido niqueloso, óxido de níquel (II) o monóxido de níquel. 19. BaSO4. Sulfato de bario. 20. CoCl3. Cloruro cobáltico, cloruro de cobalto (III) o tricloruro de cobalto.


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Indica la fórmula química de las siguientes sustancias.

1. Monóxido de carbono. CO. 2. Sulfuro de aluminio. Al2S3. 3. Cloruro de bario. BaCl2. 4. Amoníaco. NH3. 5. Dióxido de plomo. PbO2. 6. Óxido de cinc. ZnO. 7. Bromuro de plata. AgBr. 8. Fluoruro de cinc. ZnF2. 9. Cloruro de cadmio. CdCl2. 10. Dióxido de silicio. SiO2. 11. Trihidruro de hierro. FeH3. 12. Ácido sulfhídrico. H2S. 13. Agua oxigenada. H2O2. 14. Ácido Nitroso. HNO2 15. Ácido Sulfuroso. H2SO3. 16. Yoduro de vanadio (III). VI3. 17. Ión ferroso. Fe2+. 18. Óxido hipocloroso. Cl2O. 19. Dicloruro de calcio. CaCl2. 20. Monosulfuro de dicobre. Cu2S.

departamento de física y química. cuestiones y...

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