QUIMICA DE BROWN LEMAY Y BURSTEN

EJERCICIOS DE QUIMICA.LA CIENCIA CENTRAL Universidad Nacional AndrésDE BROWN, LEMAY Y BURSTEN Bello Química General Profesora: Betsabé Acevedo P. 2 Guía Nº 1 Materia y Mediciones Lectura de Referencia: “QUÍMICA. La Ciencia Central” 7a Edición. T. L. Brown, H. E. LeMay, Jr., B. E. Bursten Referencia: CAPÍTULO 1. Brown Clasificación y propiedades de la materia 1. Identifique cada una de las siguientes sustancias como gas, líquido o sólido en condiciones ordinarias de temperatura y presión: a) Oxígeno b) cloruro de sodio c) mercurio d) dióxido de carbono 2. Indique el estado de la materia (gas, líquido o sólido) para cada uno de las siguientes sustancias en condiciones ordinarias de temperatura y presión: a) Helio b) cobre c) alcohol isopropilico (empleado como alcohol para fricciones) d) bicarbonato de sodio (polvos para hornear) 3. Clasifique cada una de las siguientes como sustancia pura o mezcla, indique si es homogénea o heterogénea: a) concreto (hormigón) b) agua de mar c) magnesio d) gasolina 4. Clasifique cada una de las siguientes como sustancias pura o mezclas, indique si es homogénea o heterogénea: a) aire b) nitrógeno c) cristales de yodo d) aderezo de queso azul para ensalada 5. Sugiera una forma de averiguar si un líquido incoloro es agua pura o una solución de sal en agua, sin probar el liquido. 6. Sugiera una forma de separar una mezcla de azúcar y arena 7. Dé el símbolo químico para cada uno de los siguientes elementos: a) aluminio b) sodio c) hierro d) potasio e) fósforo f) bromo g) nitrógeno h) mercurio 8. Dé el símbolo químico para cada uno de los siguientes elementos: a) carbono b) cadmio c) cromo d) cinc e) yodo f) azufre g) oxígeno h) neón 9. Nombre los elementos químicos representados por los siguientes símbolos: a) H b) Mg c) Pb d) Si e) F f) Sn g) Cu h) Ca. 10. Nombre los siguientes elementos: a) Na b) Co, c) Mn d) S e) P f) Ni g) Ag h) Ti jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 3 11. Una sustancia sólida blanca A se calienta intensamente en ausencia de aire y se descompone para formar una nueva sustancia blanca B y un gas C. El gas tiene exactamente las mismas propiedades que el producto que se obtiene cuando se quema carbono con exceso de oxígeno. ¿Qué podemos decir acerca de si los sólidos A y B y el gas C son elementos o compuestos? 12. En 1807 el químico inglés Humphry Davy pasó una corriente eléctrica a través de hidróxido de potasio fundido y aisló una sustancia brillante y reactiva. Davy aseguró haber descubierto un nuevo elemento al que llamó potasio. En estos tiempos, antes de la aparición de los instrumentos modernos, ¿cómo se justificaba la aseveración de que una sustancia era un elemento? 13. En un intento por caracterizar una sustancia, un químico hace las siguientes observaciones: la sustancia es un metal lustroso color blanco plateado que se funde a 649° y hierve a 1105° se densidad a 20° es de 1.738 g/cm3 . La C C; C sustancia arde en aire, produciendo una luz blanca intensa, y reacciona con cloro para producir un sólido blanco quebradizo. La sustancia se puede golpear hasta convertirla en láminas delgadas o estirarse para formar alambres y es buena conductora de la electricidad. ¿Cuáles de estas características son propiedades físicas y cuáles químicas? 14. Lea las siguientes descripciones del elemento bromo e indique cuales de las propiedades son físicas y cuales son químicas. El bromo es un líquido marrón rojizo que hierve a 58.9 ° y se congela a –7.2 ° C C. La densidad del líquido a 20° es de 3.12 g/mL. El líquido corroe metales C fácilmente, y reacciona rápidamente con aluminio metálico para formar bromuro de aluminio. 15. Rotule cada uno de los siguiente procesos como procesos químicos o físicos: a) corrosión del aluminio metálico b) fundir hielo c) pulverizar una aspirina d) digerir una golosina e) explosión de nitroglicerina. 16. Se enciende un fósforo y se sostiene bajo un trozo de metal frío. Se hacen las siguientes observaciones: a) el fósforo arde b) el metal se calienta c) se condensa agua en el metal d) se deposita hollín (carbono) en el metal. ¿Cuáles de estos procesos se deben a cambios físicos y cuáles a cambios químicos? Unidades de medición 17. ¿Qué potencia decimal representan las siguientes abreviaciones: a) d b) c c) f d) µ e) M f) k g) n h) m i) p 18. Use prefijos métricos para escribir las siguientes mediciones sin usar exponentes: a) 3.4 x 10-12 m b) 4.8 x 10-6 mL c) 7.23 x 103 g jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 4 d) 2.35 x 10-6 m3 e) 5.8 x 10 –9 s f) 3.45 x 10-3 moles 19. Realice las siguientes conversiones: a) 454 mg a g b) 5.09 x 10-9 m a pm c) 3.5x10-2 mm a µm 20. Convierta a) 3.05 x 105 g a kg b) 0.00035 mm a nm c) 3.45 x 10-1 s a ms 21. Indique si las siguientes son mediciones de longitud, área, volumen, masa densidad, tiempo o temperatura: a) 5 ns b) 3.2 kg/L c) 0.88 pm d) 540 km2 e) 173 K f) 2 mm3 g) 23 ºC 22. ¿Qué tipo de cantidad (por ejemplo, longitud, volumen, densidad) indican las siguientes unidades: a) mL b) cm2 c) mm3 d) mg/L e) ps f)nm g) K 23. a) Una muestra de tetracloruro de carbono, un líquido que solía usarse para el lavado en seco, tiene una masa de 39.75 g y un volumen de 25.00 mL. Calcule su densidad. b) La densidad del platino es de 23.4 g/cm3 . Calcule la masa de 75.00 cm3 de platino. c) La densidad es de 1.74 g/cm3 . Calcule el volumen de 275 g de este metal. 24. a) Un cubo de plástico de 1.5 cm por lado tiene una masa de 1.9 g. Calcule su densidad en g/cm3 ¿Flotará en el agua este material? Los materiales que son menos densos que el agua flotan en ella b) La densidad del bromo líquido es de 3.12 g/mL. Calcule la masa de 0.250 L de bromo. c) La densidad de un trozo de madera de ébano es de 1.20 g/cm3 . Calcule el volumen de 5.74 kg de esta madera. 25. a) Para identificar una sustancia líquida, un estudiante determinó su densidad. Empleando una probeta graduada, midió una muestra de 45 mL de la sustancia y a continuación determino la masa de la sustancia encontrando que pesaba 38.5 g . Las posibles sustancias eran alcohol isopropílico (densidad = 0.785 g/mL) o bien tolueno (densidad = 0.866 g/mL) ¿Cuál fue la densidad calculada y cuál es la probable identidad de la sustancia? b) Un experimento requiere 45.0 g de etilenglicol, un líquido cuya densidad es de 1.114 g/mL. En vez de pesar la muestra en una balanza, un químico opta por medir el líquido en una probeta graduada. ¿Qué volumen del líquido deberá usar? c) Un trozo cúbico de un metal mide5.00 cm por lado. Si el metal es níquel, con densidad 8.90 g/cm3 ¿qué masa tiene el cubo? 26. a) Al haberse desprendido la etiqueta de un frasco que contiene un líquido transparente, el cual se piensa es benceno, un químico mide su densidad. Una porción de 25.0 mL del líquido tuvo una masa de 21.95 g. Si la densidad informada para el benceno es de 0.8787 g/mL ¿la densidad calculada concuerda con el valor tabulado? b) Un experimento requiere 15.0 g ciclohexano, cuya densidad es de 0.7781 g/mL ¿qué volumen de ciclohexano debe usarse? jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 5 c) Una esfera de plomo tiene 5.0 cm de diámetro. ¿Qué masa tiene la esfera si la densidad del plomo es de 11.34 g/cm3 27. Un trozo de papel de aluminio que mide 12.0 pulg por 15.5 pulg y tiene una masa de 5.175 g. El aluminio tiene una densidad de 2.70 g/cm3. Calcule el espesor del papel de aluminio en milímetros. 28. El oro puede martillarse hasta formar láminas extremadamente delgadas llamadas pan de oro. Si un trozo de 1.00 g de oro (densidad = 19.2 g/cm3) se martillea hasta formar una lámina que mide 8.0 x 5.0 pies, calcule el espesor medio de la lámina en metros. ¿Cómo podría expresarse el espesor sin notación exponencial, empleando un prefijo métrico apropiado? 29. Efectúe las siguientes conversiones: a) 62 ºF a ºC b) –16,7 ºC a ºF c) –33 ºC a K d ) 315 K a ºF e) 2500 ºF a K 30. a) La temperatura de un día de verano soleado es de 82 ° exprese esa F temperatura en ° C b) El punto de fusión de cloruro de sodio es de 804 ° exprese esa temperatura C en K c) El mercurio se congela a 234.28 K, exprese su punto de congelación en ° F d) Muchos datos científicos es reportan a 25 ° exp rese esa temperatura en K y C ° F e) El neón, el elemento gaseoso empleado para fabricar anuncios luminosos, tiene un punto de fusión de –248.6 ° y un punto de ebullición de –246.1 ° C C, exprese esas temperaturas en K. Incertidumbre al medir 31. Indique cuáles de los siguientes números son exactos: a) la masa de un broche para papel b) el área superficial de una moneda c) el número de pulgadas que hay en una milla d) el número de onzas que hay en una libra e) el número de microsegundos que hay en una semana f) el número de páginas que tiene un libro. 32. Indique cuáles de los siguientes son números exactos: a) la masa de una lata de café de 32 onzas b) el número de estudiantes en su grupo de química c) la temperatura de la superficie del sol d) la masa de un sello de correos e) la altura media de los estudiantes de su curso f) el número de mL en un metro cúbico de agua 33. Indique el número de cifras significativas en cada una de las siguientes cantidades medidas: a) 1282 kg b) 0.00296 s c) 8.070 mm d) 0.0105 L e) 9.7750 x 10-4 cm 34. Indique el número de cifras significativas en cada una de las siguientes cantidades medidas: a) 8.1441 mg b) 0.00050 m2 c) 6,480,100 s d) –15.20 ° C e) 10 .0800 x -2 10 g jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 6 35. Redondee los siguientes números a cuatro cifras significativas y exprese el resultado en notación exponencial: a) 300.235800 b) 456,500 c) 0.006543210 d) 0.000957830 e) 50.778 x 103 f) –0.035000 36. 35. Redondee los siguientes números a tres cifras significativas y exprese el resultado en notación exponencial: a) 100.000 b) 0.005000 c) 73,000 d) 1.5615 x 105 e) 8854.05 f) –12,350 37. Efectúe las siguientes operaciones y exprese sus resultados con el número apropiado de cifras significativas: a)1.240560 + 75.80 b) 23.67 – 75 c) 890.00 x 112.3 d) 78,132 / 2.50. 38. Efectúe las siguientes operaciones y exprese sus resultados con el número apropiado de cifras significativas: a) 320.55 - (6104.5/2.3) b) [(285.3 x 105) –( 1.200 x 103)] x 2.8954 c) (0.0045 x 20,000.0) + (2813 x 12) d) 863 x [1255 – (3.45 x 108)] Análisis Dimensional 39. Cuando convierte unidades, ¿cómo decide qué parte delo factor de conversión va en el numerador y cuál va en el denominador? 40. La relación entre millas y kilogramos es 1 mi = 1.609 km. Al convertir millas a kilogramos ¿qué parte del factor de conversión va el denominador? 41. Realice las siguientes conversiones: a) 0.076 L a mL b) 5.0 x 10-8 m a nm c) 6.88 x 105 ns a s d) 1.55 kg/m3 a g/L 42. a) El diámetro de un átomo de bromo es de 2.3 x 10-8 cm. Exprese esta distancia en picómetros. b) Los océanos contienen aproximadamente 1.35 x 109 km3 de agua exprese este volumen en litros. c) Una persona ordinaria tiene alrededor de 200 mg de colesterol en 100 mL de sangre. Si el volumen total de sangre en un persona es de 5.0 L ¿cuántos gramos de colesterol total contiene la sangre de este individuo?. 43. Realice las siguientes conversiones: a) 8.60 mi a m b) 3.00 días a s c) 5.0 pm a m 55.35 pies3 a cm3 d) 75.00 mi/h a m/s e) 44. Realice las siguientes conversiones: a) 9.5 pies a cm b) 4.95 qt (cuartos de galón) a mL 3 3 d) 7.00 yd a m e) 2.57 g/mL a kg/m3 c) 45.7 pulg/h a mm/s 45. a) ¿Cuántos litros de vino puede contener un barril cuya capacidad es de 31 gal. b) La dosis recomendada para adultos de elixofilina, un jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 7 fármaco empleado para el tratamiento del asma, es de 6 mg/kg de masa corporal. Calcule la dosis en miligramos para una persona de 150 lb. c) Si un automóvil puede recorre 254 mi con 11.2 gal de gasolina, calcule el rendimiento de la gasolina en km/L d) Una libra de café en grano rinde 50 tazas de café (4 tazas = 1 qt) ¿Cuántos mL de café se pueden preparar con 1 g de café en grano? 46. a) Si el tanque de gasolina de una automóvil compacto tiene una capacidad de 12 galones, ¿qué capacidad tiene en litros? b) si una abeja vuela a una velocidad media de 3.4 m/s, calcule su velocidad media en mi/h c) calcule el desplazamiento en litros de los pistones de un motor cuyo desplazamiento se reporta como 320 pulg3 d) En marzo de 1986, el Exxon Valdez encalló y derramo 240,000 barriles de petróleo crudo cerca de las costas de Alaska. Un barril de petróleo es igual a 42 gal. ¿cuántos litros de petróleo se derramaron? 47. La densidad del aire a la presión atmosférica normal y a 25° es de 1.19 g/L. C Calcular la masa en kilogramos del aire contenido en una habitación que mide 12.5 x 15.5 x 8.0 pies. 48. La concentración máxima de permisible de monóxido de carbono en el aire urbano es de 10 mg/m3 durante un periodo de 8 horas. En este nivel ¿qué masa de monóxido de carbono en gramos está presente en una habitación que mide 8 x 12 x 20 pies? 49. Una refinería de cobre produce un lingote de cobre que pesa150 lb. Si el cobre se estira para formar alambre de 8.25 mm de diámetro, ¿cuántos píes de cobre podrán obtenerse del lingote?. La densidad del cobre es de 8.94 g/cm3 50. El dólar de plata Morgan tiene una masa de 26.73 g. Por ley, se requería que esta moneda contuviera 90% de plata, siendo el resto cobre. a) cuando la moneda se acuño a fines del siglo xix, la onza troy (31.1 g) de plata costaba 1.18 dólares. A este precio, ¿cuánto valía la plata de la moneda?. Ejercicios Adicionales 51. ¿Qué significan los términos composición y estructura cuando se refieren a la materia? 52. Clasifique cada una de las siguientes como sustancia pura, solución o mezcla heterogénea: una monead de oro, una taza de café, una tabla de madera. ¿Qué ambigüedades hay al determinar claramente la naturaleza del material a partir de la descripción dada? 53. a) ¿Qué diferencia hay entre una hipótesis y una teoría? b) ¿Qué diferencia hay entre una teoría y una ley científica? ¿Cuál se refiere a como se comporta la materia y cuál a por qué se comporta como lo hace? jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 8 54. Una muestra de ácido ascórbico (vitamina C) se sintetiza en un laboratorio. La muestra contiene 1.50 g de carbono y 2.00 g de oxígeno. Otra muestra de ácido ascórbico aislada de cítricos contiene 6.35 g de carbono. ¿Cuántos gramos de oxígeno contiene esta otra muestra? ¿Qué ley se esta ilustrando aquí? 55. ¿Cuáles de las siguientes son propiedades intensivas: a) masa c) temperatura d) área e) color f) volumen? b) densidad 56. Indique las unidades SI derivadas para cada una de las siguientes cantidades en términos de unidades SI fundamentales: a) aceleración (distancia / tiempo2) b) fuerza (masa x aceleración) c) trabajo (fuerza x distancia) d) presión (fuerza / área) e) potencia (trabajo / tiempo) 57. El magnesio se usa en las ruedas de automóviles porque es “ más ligero” que el acero. Exprese esta comparación en una forma científicamente más correcta. 58. En general los sólidos tienen una densidad mayor cuando están en su punto de fusión que cuando se encuentran en fase líquida. Sugiera una razón para esto. 59. El helio tiene el punto de ebullición más bajo de todos los líquidos, -268.9 ° C. Exprese esta temperatura en K y ° F. 60. Como ejercicio de laboratorio dos estudiantes determinan el porcentaje de plomo en una muestra. El verdadero porcentaje es de 3.55 %. Los resultados de los estudiantes para tres determinaciones son las siguientes: I: 3.20, 3.15, 3.22 II: 3.65, 3.58, 3.45 a) calcule el porcentaje medio para cada conjunto de datos, e indique cuál conjunto es más exacto con base en dicho valor medio. b) La precisión puede evaluarse examinando la media de las desviaciones respecto al valor medio para ese conjunto de datos. (calcule la diferencia entre la medición de cada estudiante y el valor verdadero y luego obtenga el promedio de los valores absolutos de estas desviaciones)¿cuál conjunto es más preciso? 61. ¿Es apropiado el uso de cifras significativas en cada una de las siguientes afirmaciones?, ¿por qué sí o por qué no? a) La circulación del Reader’s Digest en 1976 fue de 17,887,299. b) Hay más de 1.4 millones de personas en Estados Unidos que tienen el apellido Brwn. c) La precipitación pluvial media anual en San Diego, California, es de 20.54 pulg d) El número de habitantes en East Lansing Michigan, fue de 51,237 en 1979 62. La producción anual de Hidróxido de Sodio en EAU en 1994 fue de 25,830 millones de libras. a) ¿Cuántos gramos de hidróxido de sodio se produjeron en ese año? b) La densidad de hidróxido de sodio es de 2.130 g/cm3 ¿cuántos kilómetros cúbicos se produjeron? jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 9 63. a) Se nos da un frasco que contiene 2.36 mL de un líquido amarillo. La masa total del frasco y el líquido es de 5.26 g. El frasco vacío pesa 3.01 g. Calcule la densidad del líquido b) el mercurio se vende por frascos, una unidad que tiene una masa de 34.5 kg. Calcule el volumen de una botella de mercurio si la densidad del metal es de 13.6 g/mL. c) Una esfera de latón tiene un radio de 2.37 cm. Si la densidad del latón es de 8.47 g/cm3 , ¿qué masa tiene la esfera? 64. Una muestra de 8.47 g de un sólido se coloca en un matraz de 25.00 mL El volumen restante del matraz se llena con benceno, en el cual el sólido es insoluble. El sólido y el benceno juntos pesan 24.54 g. La densidad del benceno 0.879 g/mL. Calcule la densidad del sólido. 65. Suponga que usted decide definir su propia escala de temperatura empleando el punto de congelación (-11.5 ° y el p unto de ebullición (197.6 ° C) C) del etilenglicol. Si establece el punto de congelación como 0 ° y el de ebullición G como 100 ° ¿cuál sería el punto de congelación de l agua en esta nueva G, escala? 66. El ganador de una carrera de 10,000 metros cubrió el recorrido en 20 minutos, 13 segundos. Calcule la velocidad media del ganador en millas por hora. 67. Un auto deportivo rinde 29 millas por galón y tiene un tanque de gasolina con una capacidad de 41 L. a) ¿Qué distancia puede recorrer con un tanque de gasolina? b) ¿Cuánto gastará en gasolina el conductor en un recorrido de 650 millas si el galón de gasolina cuesta $1.39? 68. La distancia entre la Tierra y la Luna es de aproximadamente 240,000 mi. a) Exprese esta distancia en metros. b) El Concorde tiene una velocidad respecto al aire de 2400 km/h. Si el Concorde pudiera volar a la Luna ¿cuántos segundos tardaría? 69. Una moneda de 25 centavos de dólar tiene una masa de 5.67 g y un espesor aproximado de 1.55 mm. a) ¿Cuántas de estas monedas tendría que apilarse para alcanzar una altura de 575 pies. b) ¿Cuánto pesaría esta pila c) ¿Cuánto dinero contendría esta pila? d) En 1994 la deuda nacional de Estados Unidos era de 4.6 billones de dólares. ¿Cuántas pilas como la que se describe aquí se necesitarían para saldar esa deuda? 70. En Estados Unidos el agua empleada para irrigación se mide en acres-pies. Un jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 10 acre-pie de agua cubre un acre hasta una profundidad de un pie. Un acre mide 4840 yd2 . Un acre-pie es suficiente agua para aprovisionar dos hogares típicos durante 1.00 años. El agua desalinizada cuesta cerca de $2000.000 por acrepie. a) ¿Cuánto cuesta el litro de agua desalinizada? b) ¿Cuánto tendría que pagar un hogar al día si ésta fuera la única fuente de agua? 71. Un recipiente cilíndrico con radio r y altura h tiene un volumen de π r2h. a) Calcule el volumen en centímetros cúbicos de un cilindro con radio de 16.5 cm y una altura de 22.3 cm. b) Calcule el volumen en metros cúbicos de un cilindro de 6.3 pies de altura y 2.0 pies de diámetro. c) Calcule la masa en kilogramos de un volumen de mercurio igual al volumen del cilindro de b). La densidad del mercurio es de 13.6 g/cm3 72. Un tubo cilíndrico de vidrio con una longitud de 15.0 cm se llena con etanol. Se determina que la masa de etanol necesaria para llenar el tubo es de 9.64 g. Calcule el diámetro interior del tubo en cm. La densidad del etanol es de 0.789 g/ml 73. El oro forma una aleación con otros metales para aumentar su dureza y fabricar joyería con él. a) Considere una alhaja de oro que pesa 9.85 g y tiene un volumen de 0.675 cm3 . La alhaja sólo contiene oro y plata, que tiene densidades de 19.3 g/cm3 y 10.5 g/cm3 respectivamente. Suponiendo que el volumen total de la alhaja es la suma de los volúmenes de oro y plata que contiene, calcule el porcentaje de oro (en masa) de la alhaja. b) La cantidad relativa de oro en una aleación normalmente se expresa en unidades de quilates. El oro puro normalmente tiene 24 quilates, y el porcentaje de oro en una aleación se indica como un porcentaje de ese valor. Por ejemplo, una aleación que tiene 50 % de oro tiene 12 quilates. Exprese la pureza de la alhaja en quilates. 74. Suponga que recibe una muestra de un líquido homogéneo. ¿qué haría para determinar si es una solución o una sustancia pura? 75. La cromatografía es un método sencillo pero confiable para separar una mezcla en sus sustancias constituyente. Suponga que usa cromatografía para separar una mezcla de dos sustancias. ¿Cómo sabría si la separación tuvo éxito? ¿Puede proponer una forma de cuantificar qué tan buena o qué tan deficiente es la separación? jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 11 76. Un sólido flota en cualquier líquido que sea más denso. Usando un manual de química, encuentre la densidad de las siguientes sustancias: tetracloruro de carbono, hexano, benceno, y yoduro de metilo. ¿Flotará en cualquiera de estos líquidos una esfera de mármol cuya masa es de 2.00 g y cuyo radio es de 0.56 cm? 77. Empleando el Handbook of Chemistry and Physics o una fuente de datos similares, determine qué elemento sólido tiene la mayor densidad a) qué elemento sólido tiene el punto de fusión más alto conocido b) qué elemento sólido tiene el punto de fusión más bajo conocido c) cuáles son los únicos elementos que son líquidos a temperatura ambiente (unos 20 ° C) jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 12 Respuestas Guía Nº 1 Clasificación y propiedades de la materia 1. (a) Gas (b) sólido (c) líquido (d) gas. 2. (a) Gas (b) sólido (c) líquido (d) sólido 3. (a) mezcla heterogénea (b) mezcla homogénea (c) sustancia pura (d) mezcla homogénea 4. (a) mezcla homogénea (considere aire limpio) (b) sustancia pura (c) sustancia pura (d) mezcla heterogénea. 5. El agua pura es una sustancia pura, en tanto que una solución de sal en agua es una mezcla. Tome una pequeña cantidad del líquido y deje que se evapore. Si el líquido es agua salada, habrá un residuo sólido blanco (sal). Si el líquido es agua, no habrá residuo alguno. 6. Estos dos sustancias tienen diferentes propiedades físicas, incluyendo diferentes solubilidades en agua. Entonces, adicione agua a la mezcla, solo el azúcar se disolverá. Luego filtre la mezcla, la arena quedará retenida en el papel filtro y el azúcar estará disuelta en el agua. Luego podrá evaporar el agua filtrada y recoger el azúcar sólida. 7. (a) Al (b) Na (c) Fe (d) K (e) P (f) Br (g) N (h) Hg 8. (a) C (b) Cd (c) Cr (d) Zn (e) I (f) S (g) O (h) Ne 9. (a) Hidrógeno (b)magnesio (c)plomo (d)silicio (e) flúor (f) estaño (g)cobre (h) calcio. 10. (a) Sodio (b) cobalto (c) manganeso (d)azufre (e)fósforo (f)níquel (g)plata (h) titanio. 11. C es un compuesto; contiene carbono y oxígeno. A es un compuesto; contienen al menos carbono y oxígeno. B no esta definido por los datos proporcionados; probablemente es un compuesto porque pocos elementos existen como sólidos blancos. 12. Antes de la instrumentación moderna, la clasificación de una sustancia pura como un elemento se basaba solo en si la sustancia podía fragmentarse o romperse en otros componentes elementales. Si los resultados eran negativos, la sustancia era un elemento. En algunos casos estos resultados eran ambiguos pero todavía no se conocía o no se había descubierto una técnica más poderosa y todavía no se conoce. 13. Propiedades físicas: blanco plateado; lustroso; punto de fusión = 649 ºC; punto de ebullición = 1105 ºC; densidad a 20 ºC = 1.738 g/mL: se convierte en lámina golpeándola; se estira para formar alambres; buena conductora. Propiedades químicas: arde en aire; reacciona con Cl2. 14. Propiedades físicas: liquido; color marrón rojizo; hierve a 58.9 ºC; congela a –7.2 ºC, densidad a 20 ºC 3.12 g/mL. Propiedades químicas: corrosivo, el líquido corroe metales fácilmente y reacciona rápidamente con Al para formar bromuro de aluminio. 15. a) Químico (b) físico (c) físico (d) químico (e) químico. 16. (a) Químico (b) físico (c) físico (la producción de agua es un cambio químico pero la condensación es un cambio físico) (d) físico (la producción de hollín es un cambio químico pero la deposición es un cambio físico) Unidades de Medición 17. (a) 1 x 10-1 (b) 1 x 10-2 (c) 1 x 10-15 (d) 1 x 10-6 jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 13 (e) 1 x 106 (f) 1 x 103 (g) 1 x 10-9 (h) 1 x 10-3 (i) 1 x 10-12 18. (a) 3.4 pm (b) 4.8 nL (c) 7.23 kg (d) 2.35 x 10-6 m3 x 1 cm3 x 1 mL = 2.35 mL (1 x 10-2)3 m3 1 cm3 (e) 5.8 ns (f) 3.45 mmol 19. (a)0.454 g (b) 5.0 x 103 ppm (c) 35 µm 20. (a) 3.05 x 105 g x 1 kg = 3.05 x 102 kg ( 305 kg) 1 x 103 g (b) 0.00035 mm x 1 x10-3 m x 1 nm = 3.05 x 102 nm 1mm 1 x 10-9 m (c) 3.45 x 10-1 s x 1 ms = 3.45 x 102 ms (345ms) 1 x 10-3 s 21. (a) Tiempo (b) densidad (c) longitud (d) área (e) temperatura (f) volumen (g) temperatura. 22. (a) volumen (b) área (c) volumen (d) densidad (e) tiempo (f) longitud (g) temperatura. 23. (a) 1.59 g/cm3 (b) 1.76 x 103 g (c) 158 cm3 24. (a) 0.56 g/cm3 (b) 7.80 x 102 g de bromo (c) 4.78 L de ebano 25. (a) densidad calculada = 0.86 g/mL. La sustancia es probablemente tolueno, densidad = 0.866 g/mL (b) 40.4 mL de etilenglicol (c) 1.11 x 103 g de níquel 26. (a) 0.878 g/mL (b) 19.3 mL de ciclohexano (c) 7.4 x 102 g 27. 1.60 x 10-2 mm 28. 14 nm de espesor 29. (a) 17 ºC (b) 1.9 ºF (c) 240 K (d) 108 ºF (e) 1644 K 30. (a) 28 ºC (b) 1077 K (c) –37 97 ºF (d) 77 ºF (e) pto de fusión = 24.6 K y pto de ebullición = 27 1 K Incertidumbre al medir 31. Exactos: (c), (d), (e), (f) 32. Exactos: (b), (e) 33. (a) 4 (b) 3 (c) 4 (d) 3 (e) 5 34. (a) 5 (b) 2 (c) ambiguos; 5, 6 o 7 (d) 4 (e) 6 35. (a) 3.002 x 102 (b) 4.565 x 105 (c) 6.543 x 10-3 (d) 9.578 x 10-4 36. (a)1.00 x 102 (e) 8.85 x 103 (b)5.00 x 10-3 (f) –1.24 x 104 (c) 7.30 x 104 (d) 1.56 x 105 37. (a) 77.04 (b) –51 (c) 9.995 x 104 (d) 3.13 x 104 38. (a) -2.3 x 103 (b) 8.260 x 107 (c) 3.4 x 104 (d) 7.62 x 105 jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 14 Análisis Dimensional 39. Disponga factores de conversión de modo que las unidades iniciales se cancelen y las nuevas unidades queden en el lugar apropiado, ya sea en el numerador o denominador. 40. (a) 1.609 km/1 mi 41. (a) 76 mL (b) 50 nm (c) 6.88 x 10-4 s (d) 1.55 g/L 42. (a) 2.3 x 102 pm (b) 1.35 x 1021 L (c) 10 g de colesterol. 43. (a) 1.38 x 104 m (b) 2.59 x 105 s (c) $ 0.410/L (d) 5.0 x 10-9 m/s (e) 33.52 m/s (f) 1.567 x 106 cm3 44. (a) 2.9 x 102cm (b) 4.68 x 103 mL (c) 0.322 mm/s (d) 5.35 m3 (e) 0.659 ¢/g (f) 2.57 x 103 kg/m3 45. (a) 1.2 x 102 L (b) 4 x 102 mg (c) 9.64 km/L (d) 26 mL/g 46. (a) 45 L (b) 7.6 mi/h (c) 5.24 L (d) 3.8 x 107 L 47. 52 kg de aire 48. (a) 0.54 g CO 49. 467 pies 50. (a) $ 0.91 (b) 8.7 monedas Ejercicios Adicionales 51. (a) Composición es el contenido de una sustancia; estructura es la disposición de ese contenido. 52. Una moneda de oro es probablemente una solución sólida, por algunas propiedades del oro (muy blando) es factible que para la fabricación de la moneda se haga uso de otros metales. Una taza de café es una solución siempre que no hallan sólidos en suspensión (grumos de café) Si es así el sistema es una mezcla heterogénea. Una tabla de madera es una mezcla heterogénea de varios componentes de la celulosa. A veces estas mezclas son visibles en las vetas de la madera. La ambigüedad en cada uno de los ejemplos anteriores es que el nombre de la sustancia no nos proporciona una completa descripción del material. 53. (a) Una hipótesis es una posible explicación para un cierto fenómeno o un conjunto de datos experimentales preliminares. Una teoría es algo más jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 15 general y esta sustentada en un cuerpo significativo de evidencia experimental (b) Una ley científica es un sumario o una declaración del comportamiento natural; ella nos dice como es el comportamiento de la materia. La teoría es una explicación del comportamiento natural, ella nos intenta explicar el porque la materia se comporta y cual es el camino que usa. 54. (a) 8.47 g de O; la ley de la composición constante. 55. (a) Intensivas (no dependen de la cantidad): (b) densidad; (c) temperatura; (e) color 56. (a) m/s2 (b) kg-m/s2 (c) kg-m2/s2 (d) kg/m-s2 (e) kg-m2/s3 57. El magnesio es menos denso que el acero. Esto es que par un volumen unitario, la masa de magnesio es menor que la masa de un volumen unitario de acero. 58. En estado sólido, las moléculas tienen un ordenamiento regular. En estado líquido las moléculas están en movimientos relativos unas con otras. Las moléculas con orientación fija en estado sólido, tienden a minimizar el espacio vacío entre moléculas. Para un volumen especifico de sustancia hay más masa (menos espacios vacíos) en estado sólido que en estado líquido. Entonces la densidad de los sólidos es más grande. 59. 4.3 K; 452.0 ºF 60. (a) I. 3.19 % II. 3.56 %. Basándonos en los valores promedio el set II es mas exacto. Esto significa que estos valores están más cercanos al valor verdadero de 3.55 % (b) Desviaciones promedio I. = 0.03 II. = 0.07. El set I. es más preciso que el set II. Esto significa que los valores del set I. son más cercanos unos de otros que los valores del set II. 61. (a) Inapropiado; (b) Apropiado (c) Pude ser apropiado (d) Inapropiado 62. (a) 1.172 x 1013 g de NaOH (b) 5.501 x 10-3 km3 63. (a) 0.953 g/mL (b) 2.54 L (c) 55.8 cm3 (d) 472 g 64. 1.3 g/mL 65. Punto de congelación del H2O = 5.50 ºG (G = escala etilenglicol) 66. 18.44 mi/h 67. (a) 310 mi (b) $31 68. (a) 3.9 x 108 m (b) 5.8 x 105 s 69. (a) 1.13 x 105 centavos (b) 641 kg (c) $2.83 x 104 (d) 1.6 x 108 pilas jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 16 70. (a) 0.16 ¢/L (b) $2.74 /día 71. (a) 1.91 x 104 cm3 (b) 0.56 m3 (c) 7.6 x 103 kg Hg 72. (a) 1.02 cm 73. (a) 61 5% Au (b)15 quilates 74. La solución puede ser separada de sus componentes a través de métodos físicos. Si el líquido es una solución, el soluto puede ser sólido o un líquido y dependiendo del caso la separación de los componentes será diferente. Si evaporamos la muestra y finalmente queda un sólido, esto nos indica que se trataba de una solución y no de un liquido puro. Si no se observa un sólido, podemos destilar la muestra y observar si hay dos o más líquidos con diferentes puntos de ebullición, esto indicaría que se puede tratar de una solución con uno o más solutos líquidos. Si el resultado sigue siendo negativo, es probable que la sustancia sea un líquido puro, aunque debemos decir que estos resultados no son necesariamente concluyentes. Todavía las técnicas de separación son deficientes. 75. Una separación es considerada exitosa si se pueden ver dos distintos puntos en el papel. La cuantificación se relaciona con las características de la separación, calculando un valor referencial de cada punto en la cromatografía: distancia recorrida por el punto distancia recorrida por el solvente Si estos dos valores para los dos puntos son diferentes, la separaciones exitosa. 76. Tetracloruro de carbono: 1.5940 g/cm3; hexano: 0.6603 g/cm3; benceno: 0.87654 g/cm3; yoduro de metileno: 3.3254 g/cm3. La esfera de mármol flota en el yoduro de metileno. 77. (a) Osmio, densidad = 22.6 g/cm3 (b) Tungsteno, m.p. = 3410 ºC (c) Helio, b.p. = -268.9 ºC (d) Mercurio y bromo tienen puntos de congelación bajo temperatura ambiente y puntos de ebullición sobre la temperatura ambiente. jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 17 Universidad Nacional Andrés Bello Química General Prof.: Betsabé Acevedo P. Guía N° 2: Átomos moléculas, iones Lectura de Referencia: “Química. La Ciencia Central” 7ª Edición. T.L. Brown, H.E. LeMay, Jr., B.E. Bursten Referencia: Capítulos 2 Brown 1. ¿Cuántos protones, neutrones y electrones hay en los siguientes átomos: a) 40Ar, b) 55Mn c) 65Zn d) 79Se e) 184W f) 235U 2. Todos los núclidos siguientes se emplean en medicina. Indique el número de protones y neutrones que tiene cada núclido: a) fósforo – 32 b) cromo –51 c) cobalto-60 d) tecnecio-99 e) yodo-131 f) talio-201 3. Complete la siguiente tabla suponiendo que cada columna representa un átomo neutro: Símbolo Protones Neutrones Electrones Número de masa 39 K 25 30 64 48 56 137 207 82 4. Escriba el símbolo correcto, con subíndice y superíndice, de cada uno de las siguientes especies: a) el isótopo de sodio con masa 23 b) el núclido de vanadio que contiene 28 neutrones c) una partícula alfa d) el isótopo de cloro que tiene una masa de 37 e) el núclido de magnesio que tiene el mismo número de protones y de neutrones. 5. El isótopo de uranio que se emplea para generar energía nuclear tiene 143 neutrones en su núcleo. El isótopo más común de uranio tiene 146 neutrones en su núcleo. Escriba los símbolos químicos completos, con subíndices y superíndices, de estos isótopos de uranio. 6. Para cada uno de los siguientes elementos, escriba su símbolo, localícelo en la tabla periódica e indique si es un metal, un metaloide o un no metal: a) plata b) helio c) fósforo d) cadmio e) calcio f) bromo g) arsénico. jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 18 7. Localice cada uno de los siguientes elementos en la tabla periódica, proporcione el nombre del elemento e indique si es un metal, un metaloide o un no metal: a) Sr b) Si c) S d) Sm e) Sb f) Sc g) Se. 8. Escriba el nombre y el símbolo químico para cada uno de los elementos del grupo 6 A (los calcógenos) y clasifique cada uno como, metal, metaloide o no metal. 9. ¿Qué proporciona más información: la fórmula empírica, la fórmula molecular o la fórmula estructural? Explique. 10. Dos compuestos tienen la misma empírica, ¿deben tener la misma fórmula molecular? 11. En la lista siguiente, encuentre los grupos de compuestos que tienen la misma fórmula empírica: C2H2, N2O4, C2H4, C6H6, NO2, C3H6, C4H8. 12. Escriba la fórmula empírica que corresponde a cada una de las fórmulas moleculares siguientes: N2O4, C6H12, C4H2O4, P2O5, C6H12O6, SO3. 13. Complete la siguiente tabla: Símbolo Protones Neutrones Electrones Carga Neta 31 P -3 40 Ca+2 23 28 21 28 31 +2 52 130 - I Cr+3 45 36 -2 47 60 46 69 48 +2 33 42 -3 14. Cada uno de los elementos siguientes puede formar un ión en reacciones Químicas. Consultando la tabla periódica, prediga la carga del ión más estable de cada uno: a) Al; b) Ca; c) S; d) I; e) Cs. 15. Empleando la tabla periódica, prediga las cargas de los iones de los siguientes elementos: a) Rb; b) Sr; c) Se; d) At 16. Con la tabla periódica como guía, prediga la fórmula y el nombre del compuesto formado por los elementos siguientes: a) Ga y F; b) Li y H; c) Al y I; d) K y S 17. Prediga la fórmula empírica de los compuestos iónicos formado por los pares de elementos siguientes: a) Ca y S; b) Na y F; c) Mg y N; d) Al y O 18. Prediga la fórmula empírica del compuesto iónico formada por: a) Ca+2 y Br-; b) NH4+1 y Cl-1; c) Al+3 y C2H3O2-1; d) K+1 y SO4-2; e) Mg+2 y PO4-3 19. Prediga las fórmulas químicas de los compuestos formados por los pares iónicos jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 19 siguientes: a) Mg+2 y NO3-1; b) Na1+ y CO3-2; c) Ba+2 y OH-1; d) NH4+ y PO4-3; e) Hg2+2 y ClO320. Prediga si cada uno de los compuestos siguientes es molecular y iónico: a) B2H6; b) CH3OH; c) LiNO3; d) Sc2O3; e) CsBr; f) NOCl; g) NF3; h) Ag2SO4 jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 20 Respuestas Guía Nº 2 21. Especie Protones Neutrones Electrones 40 Ar 18 22 18 55 Mn 25 30 25 65 Zn 30 35 30 79 Se 34 45 34 184 W 74 110 74 235 U 92 143 92 22. Núclidos Proton Neutrones es fósforo – 32 15 17 cromo –51 24 27 yodo-131 53 78 cobalto-60 27 33 tecnecio-99 43 56 talio-201 81 120 39 55 112 137 207 23. Símbolo Protones Neutrones Electrones Número de masa K 19 20 19 39 Mn 25 30 25 55 Cd 48 64 48 112 Ba 56 81 56 137 Pb 82 125 82 207 24. a) el isótopo de sodio con masa 23 = 23Na11 b) el núclido de vanadio que contiene 28 neutrones = 51V23 c) una partícula alfa = 4He2 d) el isótopo de cloro que tiene una masa de 37 = 37Cl17 e) el núclido de magnesio con el mismo número de protones y de neutrones = 24Mg12 25. 235U92, 238U92 26. a) plata = Ag ( metal) b) helio = He ( No metal) c) fósforo = P ( no metal) d) cadmio = Cd ( metal) e) calcio = Ca ( (metal) f) bromo = Br (no metal) g) arsénico = As (metaloide). 27. a) Sr = Estroncio (Metal) b) Si = Silicio ( metaloide) c) S = Azufre ( no metal) d) Sm = Samario (metal) e) Sb = antimonio (metaloide) f) Sc = Escandio (metal) g) Se = Selenio (no metal). 28. O = oxígeno, no metal; S = azufre, no metal; Se = selenio, no metal; Te = Teluro, metaloide; Po = polonio, metal. (algunos piensan que el Po tiene más características de metaloide) jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 21 29. La fórmula estructural contiene más información. Esta fórmula muestra el tipo de átomos, el número total de ellos presentes en la molécula y la forma en que esto se conectan. 1 30. No, dos moléculas con igual fórmula empírica pueden tener diferente fórmula molecular, por ejemplo CH2O es la fórmula empírica para el formaldehído CH2O y la glucosa C6H12O6. 31. 1 CH: C2H2, C6H6 1 32. a)NO2 CH2: C2H4, C3H6, C4H8 c)C2HO2 d)P2O5 NO2:N2O4, NO2 e)CH2O f)SO3. b)CH2 33. Complete la siguiente tabla: 1 Símbolo Protones 31 P -3 15 40 Ca+2 20 51 2+ V 23 79 Se234 59 2+ Ni 28 52 Cr+3 24 107 + Ag 47 119 2+ Sn 50 75 As333 130 I 53 Neutrones Electrones Carga Neta 16 18 320 18 2+ 28 21 2+ 45 36 231 26 2+ 28 21 3+ 60 46 1+ 69 48 2+ 42 36 377 54 1- 34. a)Al3+; b)Ca2+; c)S2-; d)I-; e)Cs+. 1 1 a)Rb+; b)Sr2+; c)Se2-; d)At35. 1 36. a)Ga F3 fluoruro de galio III b)LiH hidruro de litio c)AlI3 yoduro de aluminio d) K2S sulfuro de potasio 1 37. a)Ca S b)NaF c)Mg3N2 d)Al2O3 38. a)CaBr2 b)NH4Cl c)Al(C2H3O2)3 d)K2SO4 e)Mg3(PO4)2 1 19. a)Mg(NO3)2 b)Na2CO3 c)Ba(OH)2 d)(NH4)3PO4 e)Hg2(ClO3)2 20. Moleculares (todos los elementos son no metales): a)B2H6 b)CH3OH f) NOCl g) NF3 Iónicos (formados por iones, usualmente contienen un catión metálico) c)LiNO3 d) Sc2O3 e)CsBr h)Ag2SO4 jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 22 Universidad Nacional Andrés Bello Química General Profesora: Betsabé Acevedo P Guía Nº3: Estructura Electrónica de los átomos Lectura de Referencia: “QUÍMICA. La Ciencia Central” 7ª Edición. T. L. Brown, H. E. LeMay, Jr., B. E. Bursten Referencia: CAPÌTULO 6. Brown Energía Radiante 1. 2. Especifique las unidades SI básicas para (a) la longitud de onda; (b) la frecuencia de la luz; (c) la velocidad de la luz. ¿Qué relación hay entre la longitud de onda y la frecuencia de la energía radiante? ¿Qué variedad de longitudes de onda (en nanómetros) abarca la porción visible del espectro electromagnético? Determine cuáles de las afirmaciones siguientes son falsas o verdaderas. Si una afirmación es falsa, corríjala. (a) La radiación electromagnética tiene componentes tanto eléctricos como magnéticos. (b) La radiación de longitud de onda larga se propaga por el espacio más lentamente que la radiación de longitud de onda corta. (c) La luz infrarroja tiene frecuencias más bajas que la luz visible. Liste los siguientes tipos de radiación electromagnética en orden de longitud de onda creciente: (a) los rayos gamma producidos por un núclido radiactivo utilizado para obtener imágenes médicas; (b) la radiación de una estación de FM que esta a 93.1 MHz en el cuadrante; (c) una señal de radio de una estación AM que esta a 680 kHz en el cuadrante; (d) la luz amarilla de los arbotantes con lámparas de vapor de sodio; (e) la luz roja de un diodo emisor de luz, como los de la pantalla de la calculadora. a) Que frecuencia tiene la radiación electromagnética cuya λ = 0.589 pm?; b) Calcular la longitud de onda de la radiación cuya frecuencia ν = 5.11 * 1011 s-1; c) las radiaciones de las partes a) o b) serían visibles al ojo humano; d) que distancia viaja la radiación electromagnética en 6.54 s ¿Qué frecuencia tiene la radiación cuya longitud de onda es de 1.73 nm? (b) Calcule la longitud de onda de una radiación cuya frecuencia es de 9.83 x 109 s-1 (c) Las radiaciones de las partes (a) o (b), ¿podrían detectarse con un detector de microondas? (d) ¿Qué distancia viaja la radiación electromagnética en 90.0 fs? Los átomos de mercurio excitados emiten luz intensa con una longitud de onda de 436 nm. ¿Qué frecuencia tiene esta radiación? Empleando la figura 6.4 (ver Capitulo 6 Texto Brown), prediga el color asociado a esta longitud de onda. 3. 4. 5. 6. 7. jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 23 Energía Cuantizada y fotones 8. (a) ¿Qué significa decir que la energía esta cuantizada? (b) ¿Por qué no percibimos la cuantización de la energía en nuestras actividades cotidianas? 9. (a) Calcule el incremento de energía más pequeño, un cuanto, que puede ser emitido o absorbido a una longitud de onda de 645 nm. (b) Calcule la energía de un fotón con frecuencia 2.85 x 1012 s –1. (c) Determine la longitud de onda de la radiación cuyos fotones tienen una energía de 8.23 x 10-19 J. ¿En que porción del espectro electromagnético se encuentra esta radiación? 10. Una estación de radio AM difunde a 820 kHz, mientras que su filial de FM transmite a 89.7 MHz. Calcule y compare las energías de los fotones emitidos por las estaciones de radio. 11. Un láser de diodo con longitud de onda de 785 nm se enciende durante un minuto. Durante ese tiempo, el laser emite una señal con una energía total de 31 J. ¿Cuántos fotones se emitieron? 12. El ojo humano recibe una señal de 3.65 x 10-17 J de fotones cuya longitud de onda es de 515 nm. ¿Cuántos fotones inciden sobre el ojo? 13. Cierta película fotográfica requiere una energía de radiación mínima de 80 kJ/mol para causar una exposición. Determine la radiación de longitud de onda más grande que posee la energía necesaria para exponer la película. ¿Podría usarse esta película para fotografía infrarroja? 14. El molibdeno metálico debe absorber radiación con una frecuencia mínima de 1.09 x 1015 s-1 antes de que se pueda emitir un electrón de su superficie por el efecto fotoeléctrico. (a) Determine la energía mínima necesaria para producir dicho efecto. (b) Determine la longitud de onda de la radiación que proporciona fotones con esta energía. (c) Si irradiamos molibdeno con luz con longitud de onda de 120 nm, calcule la energía cinética máxima que pueden tener los electrones emitidos. Modelo de Bohr, ondas y materia 15. Explique como la idea de espectro de línea es congruente con la idea de energías cuantizadas. 16. ¿Se emite o absorbe energía cuando ocurren las transiciones electrónicas siguientes en hidrógeno? (a) de n = 3 a n = 6; (b) de una orbita con radio 4.76 Å a una con radio 2.12 Å; (c) ionización del electrón desde el estado basal. 17. Para cada una de las siguientes transiciones en el átomo de hidrógeno, calcule la energía, λ y ν de la radiación asociada y determine si la radiación se emite o se absorbe durante la transición: a)de n=5 a n=1, b) de n=6 a n=2; c) de n=4 a n=5. Algunas de las transiciones anteriores se emite o absorbe en el visible. 18. Para cada una de las transiciones electrónicas siguientes en el átomo de hidrógeno, calcule la energía, frecuencia y longitud de onda de la radiación asociada y determine si la radiación se emite o absorbe durante la transición: (a) de n = 2 a n = 7; (b) de n = 5 a n = 6; (c) de n = 6 a n = 3. ¿Alguna de las transiciones anteriores emite o absorbe luz visible? 19. Una de las líneas de emisión del átomo de hidrogeno tiene una longitud de onda de 93.8 nm, a) en que región del espectro electromagnético se encuentra esta emisión?, b) determine los valores inicial y final de n asociados a esta emisión jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 24 20. Un átomo de hidrógeno puede absorber luz con longitud de onda 1282 nm. (a) ¿En qué región del espectro electromagnético se encuentra esta absorción? (b) Determine los valores inicial y final de n asociado a esta absorción. 21. Calcule la longitud de onda de los siguientes objetos: (a) un automóvil de 3000 libras ( 1 kg = 2.205 lb) que se desplaza a 55 mi/h (1 km = 0.62137 mi); (b) una pelota de béisbol que pesa 5.0 onzas (1 onza = 28.3 g) es lanzada a una velocidad de 89 mi/h; (c) un átomo de helio que se mueve a 8.5 x 105 m/s 22. El modelo de Bohr del átomo de hidrógeno contempla la determinación exacta de la posición y el momento del electrón. Explique por qué este modelo es incompatible con el principio de incertidumbre. 23. El microscopio electrónico se ha utilizado ampliamente para obtener imágenes muy ampliadas de materiales biológicos y de otro tipo. Cuando un electrón se acelera a través de 100 V, alcanza una velocidad de 5.93 x 106 m/s. Calcule la longitud de onda característica de este electrón. ¿Es la longitud de onda comparable con el tamaño de los átomos? Mecánica Cuántica y orbitales atómicos En la descripción de la mecánica cuántica del átomo de hidrógeno, ¿qué significado físico tiene el cuadrado de la función de onda, 2? 25. (a) Para n = 4, ¿qué valores puede tener l? (b) Para l = 2, ¿qué valores puede tener ml? 26. a) Para n = 5, ¿qué valores puede tener l? (b) Para l = 3, ¿qué valores puede tener ml? 27. Cite los valor de n, l y ml para (a) cada orbita de la subcapa 4f; (b) cada orbita de la capa n = 3; (c) cada orbital de la subcapa 2p; (d) cada orbital de la subcapa 5d 28. Cuáles de los siguientes conjuntos de números cuánticos para un electrón del átomo de hidrógeno son permitidos : a) n =2, l =1, ml =1; b) n = 1; l = 0; ml = -1; c) n = 4, l = 2, ml = -2 ; d) n = 3, l = 3, ml =0. Para las combinaciones permitidas escriba la designación apropiada de la subcapa a la que pertenece el orbital (es decir 1s, etc). 29. ¿Cuál de los siguientes conjuntos de números cuánticos están permitidos para un electrón en un átomo de hidrógeno: (a) n = 1, l = 1, ml = 0; (b) n = 3, l = 0, ml = 0; (c) n = 4, l = 1, ml = -1; (d) n = 2, l = 1, ml = 2? Para las combinaciones permitidas, escriba la designación apropiada de la subcapa a la que pertenece el orbital. 30. (a) ¿Qué similitudes y diferencias hay entre los orbitales 2s y 3s del átomo de hidrógeno? (b) ¿Qué similitudes y diferencias hay entre el orbital 2s y un orbital 2p? (c) Para el átomo de hidrógeno, ¿qué tiene más alta energía: el orbital 2s, el 3s o un orbital 2p? Átomos con muchos electrones, espín electrónico 31. ¿Qué números cuánticos deben ser iguales para que los orbitales sean degenerados (tengan la misma energía) (a) en un átomo de hidrógeno, y (b) en un átomo con muchos electrones? 32. (a) Cite los valores que puede tener el número cuántico de espín electrónico. (b) ¿Qué equipo experimental puede usarse para distinguir 24. jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 25 electrones que tienen valores distintos del número cuántico de espín electrónico? (c) Dos electrones de un átomo ocupan el orbital 1s. ¿Qué cantidad debe ser diferente para los dos electrones? ¿Qué principio determina la respuesta a esta pregunta? 33. Indique el número máximo de electrones de un átomo que pueden tener los siguientes números cuánticos: (a) n = 3; (b) n = 4, l = 2; (c) n = 4, l = 3, ml = 2; (d) n = 2, l = 1, ml = 0, ms = -1/2 34. Liste los posibles valores de los cuatro números cuánticos para cada electrón del átomo de boro en estado basal. Configuraciones electrónicas 35. (a) ¿Qué representa cada cuadro de un diagrama de orbitales? (b) ¿Qué cantidad se representa con la dirección (hacia arriba o hacia abajo) de las medias flechas que se dibujan en un diagrama de orbitales? (c) ¿Se usa la regla de Hund para deducir la configuración electrónica del berilio? Explique. 36. a) ¿Cuántos electrones como máximo se pueden colocar en un orbital?; b) ¿qué diferencia hay entre un electrón apareado y uno no apareado?, c) Se aplica la regla de Hund para deducir la configuración electrónica de Silicio (Si, Z = 14).? 37. Escriba las configuraciones electrónicas de los siguientes átomos, utilizando las abreviaturas de gas noble apropiado para los electrones internos: (a) Rb, (b) Se; (c) Zn; (d) V; (e) Pb; (f) Yb 38. Escriba las configuraciones electrónicas completas para los átomos siguientes: (a) K; (b) Al; (c) S; (d) Mn; (e) Y, (f) Nb 39. Utilizando diagrama de orbitales, determine el número de electrones no apareados que hay en cada uno de los átomos siguientes: (a) Ge; (b) In; (c) Ni; (d) Kr; (e) Br 40. Indique el elemento específico que corresponde a cada una de las configuraciones electrónicas siguientes: (a) 1s22s22p63s2; (b) [Ne] 3s23p1; (c) [Ar] 4s13d5; (d) [Kr]5s24d105p4. Ejercicios adicionales La luna está a aproximadamente 240.000 millas de la tierra. ¿Cuánto tardaría un rayo láser en llegar a la luna, ser reflejado y regresar a la tierra? 42. Los números cuánticos que se listan a continuación corresponden a cuatro electrones distintos del mismo átomo. Ordénelos por energía creciente . Indique si hay dos que tengan la misma energía. (a) n = 4, l = 0, ml = 0, ms = +1/2 (b) n = 3, l = 2, ml = 1, ms = +1/2 (c) n = 3, l = 2, ml = -2, ms = -1/2 (d) n = 3, l = 1, ml = 1, ms = -1/2 43. Para cada una de las configuraciones siguientes, determine el elemento al que corresponde y diga si se trata de una configuración electrónica basal o de estado excitado: (a) [He]2s12p5; (b) [Ar]4s23d10 4p5 ; (c) [Ne]3s23p2 4s1; (d) [Kr]5s24d10 5p1 41. jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 26 Respuestas Guía Nº 3 1. (a) metros (m) (b) 1/segundos (s-1), (c) metros / segundos (m/s) 2. Longitud de onda (λ) y frecuencia ( ) son inversamente proporcionales; la λ constante de proporcionalidad es la velocidad de la (c). = c/λ. El rango de λ longitud de onda en la porción visible del espectro electromagnético es 400-700 nm. 3. (a) verdadero, (b) falso. Toda la radiación electromagnética se mueve a la misma velocidad (c = 3.0 x 108 m/s). (c) Verdadero. 4. Longitud de onda de: (a) rayos gamma < (d) luz amarilla (visible) < (e) luz roja (visible) < (b) ondas de (radio) FM de 93.1 MHz < (c) ondas (de radio) AM de 680 kHz o 0.680 MHz. 5. a) 5.09 x 1020 s-1; b) 5.87 x 10-4 m ; c) ninguna es visible al ojo humano; d) 1.96 x 109 m 6. (a) 1.73 x 1017 s-1 (b) 3.05 x 10-2 m (c) Si. La radiación de (b) esta en el rango de microondas. (d) 2.70 x 10-5 m (27.0 µm) 7. 6.88 x 1014s-1; azul 8. (a) Cuantización significa que la energía sólo se puede absorber o emitir en cantidades específicas o en múltiplos de estas cantidades. Esta cantidad mínima de energía es igual a una constante multiplicada por la frecuencia de la radiación emitida o absorbida; E = h . (b) En las actividades cotidianas, los objetos macroscópicos como nuestros cuerpos, ganan o pierden cantidades totales de energía mucho más grande que un cuanto individual, h . La ganancia o pérdida de la cantidad relativamente minúscula de energía no se advierte. 9. (a) E = 3.08 x 10-19 J (b) E = 1.89 x 10-21 J (c) λ = 241 nm; ultravioleta. 10. E = h AM: 5.43 x 10-28 J, FM: 5.94 x 10-26 J. El fotón de FM tiene 100 veces más energía que el fotón de la AM. 11. 1.2 x 1020 fotones 12. 95 fotones 13. 1.50 x 10-6 m, de acuerdo con la figura 6.4 (longitudes de onda de la radiación electromagnética) este film puede ser usado para fotografía infrarroja. 14. (a) Emin = 7.22 x 10-19 J (b) λ = 275 nm (c) E120 = 1.66 x 10-18 J. El exceso de energía del fotón de 120 nm se convierte en la energía cinética del electrón emitido. Ek = 9.3 x 10-19 J/ electrón. jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 27 15. Cuando se aplica a los átomos, la noción de energías cuantizadas significa que sólo se permiten ciertos valores de E, los cuales están representados por las líneas del espectro de emisión de los átomos excitados. 16. (a) se absorbe (b) se emite (c) se absorbe. 17. Transición electrónica n= 5 a n=1 n= 6 a n=2 n= 4 a n=5 18. Transición electrónica n=2 a n=7 n=5 a n=6 n=6 a n=3 E (J) 5.01 x 10-19 2.66 x 10-20 -1.82 x 10-19 (s-1) 7.55 x 1014 4.02 x 1013 2.74 x 1014 λ (m) 3.97 x 10-7 7.46 x 10-6 1.09 x 10-6 Emisión o Absorción Absorción Absorción Emisión E (J) -2.09 *10–18 -4.84 *10–19 4.1 *10–20 (s-1) 3.16*1015 7.31*1014 7.4*1013 λ (m) 9.49*10-8 4.10*10-7 4.05*10-6 Emisión o Absorción Emisión Emisión Absorción 19. (a) esta línea se ubica en la región del ultravioleta, (b) ni = 6 y nf = 1 20. (a) Infrarrojo, (b) Usando la ecuación 6.6 del texto Brown, se obtiene λ = 1.875 x 10-6 m, como esta longitud de onda es mas larga que 1.282 x 10-6 m, entonces ni = 3 pero nf > 5. Resolvemos entonces la misma ecuación para buscar ahora el valor de nf, dando = 5, entonces ni = 3 y nf = 5. 21. (a) 2.0 x 10-38 m, (b) 1.2 x 10-34 m, (c) 1.2 x 10-13 m 22. El principio de incertidumbre establece que existe un limite en cuanto a la precisión con la que podemos conocer la posición y el momento de inercia simultáneos de un electrón. En el modelo de Bohr los electrones se mueven en esferas exactas que tienen energía conocida, lo que implica que la posición y el momento de inercia de un electrón pueden conocerse con exactitud y simultáneamente. Esto viola el principio de incertidumbre. 23. λ = 1.23 x 10-10 m, (1.23 Å)Tanto los radios atómicos como las distancias interatómicas están en el orden de 1 a 5 Å , esta λ es comparable con el tamaño de los átomos. 24. El cuadrado de la función de onda tiene el significado físico de amplitud o de probabilidad. La cantidad 2 en un punto dado del espacio es la probabilidad de localizar el electrón dentro de una pequeña unidad de volumen, alrededor de ese punto en cualquier instante dado. La probabilidad total, es decir, la suma de 2 en todo el espacio alrededor del núcleo, debe ser igual a 1. 25. (a) n = 4, l = 3, 2, 1, 0 (b) l = 2, ml = -2, -1, 0 1, 2 26. (a) n = 5, l = 4, 3, 2, 1, 0 (b) l = 3, ml = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3. jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 28 27. Caso a) cada orbital de subcapa 4f n 4 4 4 4 4 4 4 n 3 3 3 3 3 3 3 3 3 l 3 3 3 3 3 3 3 l 0 1 1 1 2 2 2 2 2 ml 3 2 1 0 -1 -2 -3 ml 0 1 0 -1 2 1 0 -1 -2 b) cada orbital de la capa n = 3 3s 3p 3d 28. (a) Permitida para 2p (b) prohibido para l = 0 ml solo puede valer 0, (c) permitida para 4d, (d) prohibida, si n = 3, los únicos valores posibles de l son 0, 1 y 2. 29. (a) prohibido para n = 1, l solo puede valer 0, (b) permitida para 3s, (c) permitida para 4p, (d) prohibida por l = 1 ya que el valor máximo de ml es 1. 30. (a) Los orbitales 2s y 3s del átomo de hidrógeno tienen la misma forma esférica general, pero el orbital 3s tiene una extensión radial mayor y un nodo más que el orbital 2s. (b) La forma de los orbitales 2s y 2p es diferente (esférica contra forma de lóbulo), en tanto que la distancia media del núcleo a un electrón que ocupa uno u otro orbital es similar. (c) En el átomo de hidrógeno, los orbítales 2s y 2p tienen la misma energía y el orbital 3s tiene un nivel más alto de energía. 31. El mismo número cuántico principal, n, (b) los números cuánticos principal y azimutal, n y l. 32. (a) +1/2, -1/2, (b) un imán con un campo magnético no homogéneo fuerte, (c) deben tener diferentes valores de ms; el principio de exclusión de Pauli. 33. (a) 18, (b) 10, (c) 2, (d) 1 jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 29 34. B: 1s2, 2s2, 2p1 electrón 1s1 1s2 2s1 2s2 2p1 (todas son posibles) n 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 l 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 ml 0 0 0 0 1 1 1 0 0 -1 -1 ms ½ -½ ½ -½ ½ -½ ½ ½ -½ ½ -½ 35. (a) Cada cuadro representa un orbital. (b) El sentido de las medias flechas representa el espín electrónico. (c) No. En el Be no hay electrones en las subcapas que tienen orbitales degenerados, así que la regla de Hund no se aplica. (a) 2. (b) Si en un orbital hay dos electrones significa que están apareados y cada electrón tendrá un espin opuesto al otro. En un diagrama de orbitales se dibujarán con flechas en direcciones opuestas. Electrones desapareados ubicados en orbitales degenerados tienen el mismo espin y en un diagrama de orbitales se esquematizarán con flechas en la misma dirección. (c) Si. La configuración electrónica del Si es 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p2, la regla de Hund requiere que los dos electrones de 3p estén desapareados y ubicados en diferentes suborbitales. 36. 37. (a) Rb, [Kr]5s1, (b) Se, [Ar]4s23d104p4, (c) Zn, [Ar]4s23d10, (d) V, [Ar]4s23d3, (e) Pb, [Xe]6s24f145d106p2, (f) Yb, [Xe]6s24f14 38. a) b) c) d) e) f) Elemento K Al S Mn Y Nb Configuración electrónica 1s , 2s , 2p , 3s , 3p6, 4s1 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p1 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p4 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d5 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d1 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d10, 5p6, 6s2, 4f4 2 2 6 2 jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 30 39. Elemento a) Ge b) In c) Ni d) Kr e) Br ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ Diagrama de Orbitales Comentario 2 electrones desapareados 1 electrón desapareado 4s 3d 4p 5s 4d 5p 2 electrones desapareados 0 electrones desapareados 1 electrón desapareado 4s 3d 5s 4d 5p 4s 40. (a) Mg (b) Al, (c) Cr, (d) Te 41. 2.6 s 42. (d) 3p <(a) 4s < (b) 3d = (c) 3d 3d 4p 43. (a) O, excitado (b) Br, basal (c) P, excitado (d) In, basal. jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 31 Universidad Nacional Andrés Bello Química General Prof.: Betsabé Acevedo P. Guía N° 4: Enlace Químico Lectura de Referencia: “Química. La Ciencia Central” 7ª Edición. T.L. Brown, H.E. LeMay, Jr., B.E. Bursten Referencia: Capítulo 8 Brown 1. (a) ¿Qué son los electrones de valencia? (b) ¿Cuántos electrones de valencia posee un átomo de carbono? (c) Un átomo tiene la configuración electrónica 1s22s22p63s23p1. ¿Cuántos electrones de valencia tiene ese átomo? 2. (a) Enuncie la regla del octeto. (b) ¿Cuántos electrones debe ganar un átomo de fósforo para alcanzar un octeto? (c) un átomo tiene la configuración electrónica 1s22s22p5 ¿Cuántos electrones debe ganar este átomo para alcanzar un octeto? 3. Escriba el símbolo de Lewis para cada uno de los átomo o iónes siguientes: (a) Cl; (b) Mg; (c) Br; (d) Ar; (e) K; (f) Se; (g) Al+3; (h) Sn+2 4. Utilizando símbolo de Lewis haga un diagrama de la reacción entre átomos de calcio y oxígeno para formar la sustancia iónica CaO 5. Utilice símbolos de Lewis para representar la reacción que ocurre entre átomos de Al y F. 6. Escriba la configuración electrónica de cada uno de los iónes y determine cual de ellos posee una configuración de gas noble: (a) Ba+2; (b) Cl-; (c) Te-2; (d) Cr+2; (e) Sc+3; (f) Co+3 7. Escriba la configuración electrónica de cada uno de los iónes y determine cual de ellos posee una configuración de gas noble: (a) P-3; (b) Al+3; (c) Au+; (d) Ru+3; (e) Pt+2; (f) Ti+3 8. (a) ¿Qué significa el termino enlace covalente? (b) ¿En que difieren los enlaces de Cl2 de los de NaCl? 9. (a) Explique por qué un átomo de Br en Br2 satisface la regla del octeto en tanto que un átomo de Br libre no lo hace. (b) Explique por qué la figura 8.6 (ver texto Brown) es congruente con la estructura de Lewis para el H2 . 10. Utilice símbolos de Lewis y estructura de Lewis para hacer un diagrama de formación de PH3 a partir de átomos de P y H. jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 32 11. Utilice símbolos de Lewis y estructura de Lewis para hacer diagramar la formación de SiCl4 a partir de átomos de Si y Cl. 12. (a) Construya una estructura de Lewis para el O2 en la que cada átomo alcance un octeto de electrones. (b) Explique por qué es necesario formar un doble enlace en la estructura de Lewis. (c) El enlace O-O en el O2 es más corto que en los compuestos que contienen un enlace O-O sencillo. Explique esta observación. 13. La longitud de los enlaces C-S en el disulfuro de carbono, CS2 , es más corta que la esperada para los enlaces C-S sencillos. Utilice una estructura de Lewis para racionalizar esta observación. 14. ¿Cuál de los siguientes enlaces son polares: (a) B-Cl; (b) Cl-Cl; (c) P-F; (d) Hg-Sb; (e) O-Br? ¿Cuál es el átomo más electronegativo en cada enlace polar? 15. Acomode los enlaces de cada uno de los conjuntos siguientes en orden de polaridad creciente: (a) H-F, O-F, Be-F; (b) C-S, B-F, N-O; (c) O-Cl, S-Br, C-P. jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 33 Respuestas Guía Nº 4 1. (a) Los electrones de valencia son los que toman parte en la formación de enlaces químicos. Esto involucra generalmente a los electrones que están más allá de la configuración central de gas noble del átomo, aunque a veces son sólo los electrones de la capa externa. (b) El C tiene 4 electrones de valencia: C: [He] 2s22p2 4 electrones de valencia (c) El (Al) tiene 3 electrones de valencia: Al: [Ne] 3s23p1 3 electrones de valencia 2. (a) Los átomos ganarán, perderán o compartirán electrones para alcanzar la configuración del gas noble más cercano. A excepción del He el número corresponde a ocho electrones en la capa de valencia. A esta regla se le conoce como Regla del Octeto. (b) P: [Ne] 3s2 3p3. El átomo de fósforo tiene 5 electrones de valencia, debe ganar 3 electrones para alcanzar el octeto. (c) 1s2 2s2 2p5 = [He]2s2 2p5. Este átomo (F) tiene 7 electrones de valencia y deberá ganar 1 electrón para completar el octeto. 3. Especie Símbolo de Lewis Especie Símbolo de Lewis Cl Cl K K Mg Mg Se Se Br Br Al+3 [ Al ]+3 Ar Ar Sn+2 [ Sn ]+2 4. Ca + O Ca+2 + [ O ]-2 jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 34 5. Al + F + F + F Al+3 + 3[ F ]- 6. (a) Ba+2 [Xe] configuración de gas noble (b) Cl- [Ne]3s23p6 = [Ar] configuración de gas noble (c) Te+2 [Kr]5s24d105p6 = [Xe] configuración de gas noble (d) Cr+2 [Ar]3d4 (e) Sc+3 [Ar], configuración de gas noble (f) Co+3 [Ar]3d6 7. a) b) c) d) e) f) Iónes P-3 Al+3 Au+1 Ru+3 Pt+2 Ti+3 Configuración electrónica Observación [Ne]3s23p6 = [Ar] c.e. de gas noble [Ne] c.e. de gas noble 14 10 [Xe]4f 5d [Kr]4d5 [Xe]4f145d8 [Ar]3d1 8. (a) Un enlace covalente es el enlace que se forma cuando dos átomos comparten uno o más electrones. (b) El enlace iónico en el NaCl se debe a la fuerte atracción electrostática entre los Iónes Na+ y Cl- con cargas opuestas. El enlace covalente del Cl2 se debe a que dos átomos neutros de cloro comparten un par de electrones. 9. (a) Un átomo libre del bromo tiene 7 electrones de la valencia, entonces le falta 1 electrón para completar su octeto. En la estructura de Lewis del Br2, cada átomo del bromo tiene 6 electrones no enlazados y 1 par de electrones enlazados. Ambos electrones de este par compartido se pueden contar en el octeto de cualquier átomo del bromo. De esta manera los átomos del bromo han completa sus octetos compartiendo un par de electrones. (b) En la figura 8.6 la densidad electrónica es mayor entre los dos núcleos que lejos de ellos. La probabilidad más alta de encontrar al electrón es entre los dos núcleos de los átomos de Hidrógeno, aunque existe una probabilidad finita que un electrón se ubique en cualquier posición a cierta distancia (radio) del núcleo. Esto es consistente con la estructura de Lewis que muestra los dos átomos de H compartiendo un par de electrones. Esto implica que el par de electrones compartidos será encontrado muy probablemente entre los dos núcleos atómicos. 10. H· + H· + H· + P H H – P: H jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 35 11. Cl· + Cl· + Cl· + Cl· + Si Cl Cl – Si – Cl Cl 12. (a) O = O (b) Se requiere un doble enlace porque no hay suficientes electrones para satisfacer la regla del octeto con enlaces sencillos y pares no compartidos. (c) Cuanto mayor es el número de pares de electrones compartidos entre dos átomos, más corta es la distancia entre los átomos. Un doble enlace O = O es más corto que un enlace sencillo O – O 13. S=C=S La estructura de Lewis para el CS2 muestra que el enlaces C-S es dobles. Si comparamos la distancia C-S en un enlace simple y doble, diremos que el enlace simple es más largo que el enlace doble. 14. Los enlaces de (a), (c) y (e) son polares. El átomo más electronegativo en cada enlace polar es: (a) Cl, (c) F, (e) O 15. (a) O-F < H-F < Be-F (b) C-S < N-O <B-F (c) S-Br < C-P <O-Cl jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 36 Universidad Nacional Andrés Bello Química General Prof.: Betsabé Acevedo P. Guía N° 5: Nomenclatura Inorgánica (Incluye Apuntes de Nomenclatura) Lectura de Referencia: “Química. La Ciencia Central” 7ª Edición. T.L. Brown, H.E. LeMay, Jr., B.E. Bursten Referencia: Capítulos 2 Brown Nombre de los compuestos inorgánico 1. 2. Escriba la fórmula química de (a) ión clorito, (b) ión cloruro, (c) ión clorato, (d) ión perclorato, (e) ión hipoclorito. Dé los nombre a los compuestos iónicos siguientes: (a) AlF3, (b) Fe(OH)2, (c) Cu(NO3)2, (d) Ba(ClO4)2, (e) Li3PO4, (f) Hg2S, (g) Ca(C2H3O2)2, (h) Cr2(CO3)3, (i) K2CrO4, (j) (NH4)2SO4 Escriba la fórmula química de los siguientes compuestos: (a) óxido de cobre I, (b) peróxido de potasio, (c) hidróxido de aluminio, (d) nitrato de cinc, (e) bromuro de mercurio I, (f) carbonato de hierro III, (g) hipobromito de sodio. De nombre o la fórmula química, según sea apropiado, para cada uno de los ácidos siguientes: (a) ácido sulfúrico, (b) ácido nitroso, (c) ácido yodhídrico, (d) H2CO3, (e) HClO4, (f) HC2H3O2 Suponga que encuentra las siguientes frases en es sus lecturas. Escriba la fórmula química de cada una de las sustancias mencionadas. (a) El clorato de potasio se emplea en el laboratorio como fuente de oxígeno, (b) el hipoclorito de sodio se usa como blanqueador en hogar, (c) El amoniaco es importante en la síntesis de fertilizantes como el nitrato de amonio, (d) el ácido fluorhídrico se emplea para grabar cristal, (e) el olor de los huevos podridos se debe al sulfuro de hidrógeno, (f) Si agregamos ácido clorhídrico al bicarbonato de sodio, se forma dióxido de carbono gaseoso. Ejercicios de otros textos 6. Determine el estado de oxidación (EO) de cada elemento presente en los siguientes compuestos o iónes: Especie Estados de Oxidación + (NH4) (MnO4)-2 H2O2 HCIO3 K2 Cr2 O7 Fe2 (SO3)3 Pb(SO4)2 H2S2O3 3. 4. 5. jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 37 Ca O2 K2O Na2SO4 LiOH Fe(OH)3 (NH4)2 CO3 CaH2 CaCO3 KCIO3 HF 7. Escriba la fórmula de los siguientes compuestos: Nombre Oxido Niqueloso Cromato de Potasio Sulfato Cúprico Oxido Férrico Ioduro Férrico Óxido de Nitrógeno III Fluoruro de Cesio Sulfito Plumboso Cloruro de Plata Hidruro de Calcio Sulfuro de Zinc Nitrato de Plata Cloruro de Aluminio Sulfato Ferroso Fosfato ácido de litio Dicromato de sodio Fórmula 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 8. ¿Cuál es el nombre de los siguientes iónes? Fe2+........................................................................ Pb+2........................................................................ Ni+2 ........................................................................ Fe+3........................................................................ Cu+2 ........................................................................ Hg+ ........................................................................ Hg+2........................................................................ Ni+3 ........................................................................ jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 38 Cu+ ........................................................................ Ag+ ........................................................................ Co+3 ........................................................................ Au+3 ........................................................................ 9. ¿Cómo se llaman los siguientes compuestos (Nombra por IUPAC)? Fórmula NaOH CI2O7 K2SO3 HCI CaH2 CaCO3 KCIO3 HF Cu(OH)2 HCIO H3PO4 H2CO3 HNO2 K2Cr2O7 MgCI2 Li2Cr2O7 NH4CI NH3 Ca3(PO4)2 KIO3 Ni2(SO4)3 HNO3 NaNO3 CuS CuCI2 Fe2(SO4)3 HClO4 MoCI2 Ba(HCO3)2 NaCIO KMnO4 H2SO4 NaNO2 HCN Mg(C2H3O2)2 AI2O3 H2S H2SO3 Nombre IUPAC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 39 10. Marque la única alternativa correcta. 1. ¿Qué compuesto se formó en la siguiente reacción? CaO + H2O → .............. a) CaH2 b) CaOH c) Ca(OH)2 d) Ca2OH e) H2CaO2 2. Un ejemplo de un anhídrido es: a) NaOH b) HNO3 c) NaHCO3 d) SO3 e) Fe2O3 3. El CaH2 corresponde a un: a) Sal binaría b) anhídrido c) hidrácido d) hidruro e) hidróxido 4. Uno de los siguientes compuestos es el hidróxido de potasio: a) KH b) KOH c) KHCO3 d) K2O e) K2O2 5. El cloruro férrico es: a) FeCl2 b) Fe2Cl3 c) FeCl3 d) Fe3Cl e) Fe2Cl5 6. El nombre del compuesto NiO en nomenclatura Iupac es: a) óxido nitroso b) óxido nítrico c) óxido niquélico d) anhídrido niqueloso e) óxido de niquel II 7. El ácido perclórico es: a) HCl b) HClO c) HClO2 d) HClO3 e) HClO4 jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 40 8. El Cr2S3 es un compuesto que se clasifica como: a) sal binaria b) sal terciaria c) anhídrido d) hidruro e) ácido hidrácido 9. Un ejemplo de oxoácido es: a) H2O b) HNO3 c) HBr d) HCl e) HCO310. ¿Cuál de los siguientes compuestos no es un hidrácido? a) HBr b) HCl c) LiH d) H2S e) H2Se 11. Dados los siguientes compuestos y sus nombres: I N2O3...........anhídrido de nitrógeno III II H2SO3.........ácido sulfúrico III CuS...........sulfuro cúprico ¿Cuáles nombres está correctos? a) I y III b) II c) III d) I y II e) I, II y III 12. ¿A que tipo de compuestos representan las 4 siguientes fórmulas respectivamente? NaBr P2O3 H3PO4 BeO a) óxido, sal binaria, ácido, óxido b) hidróxido, óxido, sal, óxido c) sal, anhídrido, oxoácido, óxido d) hidruro, anhídrido, ácido, peróxido e) brumuro, óxido, sal, peróxido 13. Dada la siguiente ecuación de disociación: Fe(OH)3 → A + B A y B son respectivamente: a) Fe+3 y 3OHb) 3 Fe+3 y OHc) FeO y H2O d) FeO3 y H2O e) Fe+2 y OH- jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 41 14. Los hidruros son compuestos que resultan al combinar: a) hidrógeno y un no metal b) hidrógeno y un metaloide c) hidrógeno (-1) con un metal d) hidrógeno (+1) con un metal e) metal con no metal 15. Los nombre Iupac y tradicional para PbO son respectivamente: a) anhídrido plúmbico y óxido de plomo b)anhídrido plúmboso y óxido de plomo c) óxido de plomo I y óxido plumboso d) óxido de plomo II y óxido plumboso e) óxido de plomo I y óxido plumbico 16. Los hidrácidos son compuestos formados respectivamente por: a) hidrógeno(-1) + no metal b) hidrógeno (-1) + metal c) hidrógeno (+1) + no metal d) hidrógeno (+1) + metal e) son compuestos sin hidrógeno 17. Las fórmulas correcta de los ácidos sulfuroso, bromhídrico y sulfúrico son: a) HSO3 , HCl y HSO4 b) H2SO4 , HBr y HSO3 c) H2SO3 , HBrO y H2SO4 d) H2SO3 , HBr y H2SO4 e) H2SO5 , H2Br y H2S 18. El HBr y el HNO3 son respectivamente: a) oxoácido e hidrácido b) hidruro e hidrácido c) sal y ácido d) hidrácido y oxoácido e) ambos son oxoácidos 19. El producto de la siguiente ecuación es: 2Na+ + SO4-2 → ¿....? a) sulfito de sodio b) sulfuro de sodio c) bisulfito de sodio d) hidruro de sodio e) sulfato de sodio 20. El anión del ácido nítrico reacciona con el potasio para formar: a) KNO2 b) K(NO3)2 c) K2NO3 d) K2NO2 e) KNO3 jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 42 21. El dicromato de potasio es: a) KCr4 b) K2CrO4 c) KCrO7 d) K2Cr2O7 e) KHCrO4 22. Un ejemplo de sal binaria es: a) NaCl b) CuSO3 c) KHCO3 d) KNO3 e) Al2(SO4)3 23. El nombre del compuesto FeO, según la nomenclatura tradicional es: a) anhídrido férrico b) anhídrido ferroso c) óxido ferroso d) óxido férrico e) óxido de fierro I 24. El perclorato de aluminio es: a) Al (ClO4)3 b) Al (Cl3)3 c) Al (ClO2)3 d) AlCl3 e) AlClO4 25. La fórmula del nitrato de plata es: a) HNO3 b) PtNO3 c) AgOH d) AgHSO4 e) AgNO3 26. La fórmula correcta para el ácido sulfúrico y el óxido de sodio I son: a) H2SO3 y KOH b) H2S y NaOH c) H2SO4 y Na2O d) H2SO3 y Na2O e) H2SO4 y NaO 27. Un ejemplo de un hidrácido y un oxácido respectivamente son: a) HNO3 y H2SO4 b) HClO4 y HClO c) HI y HBr d) HCl y H2SO3 e) H2O y H2O2 jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 43 28. El compuesto CoSO4 es un (a) ............. y se llama...................... a) sal - sulfito de carbono II b) hidróxido - sulfuro de cadmio I c) oxoácido - bisulfito de cobre II d) hidruro - hidruro de cobalto IV e) sal - sulfato de cobalto II 29. Un ejemplo de un óxido y un anhídrido respectivamente son: a) CuO y SO3 b) ClO7 y Cl2O c) NiO y HBr d) KH y SO3 e) H2O y H2O2 30. El nombre tradicional de ácido cloroso corresponde a la fórmula: a) HClO b) HClO3 c) HClO2 d) H2ClO d) HCl jcdelacruz_________________________________________________________________unsch apuntes de nomenclatura 44 Apuntes de Nomenclatura Recomiendo estudiar los siguientes apuntes, antes de hacer sus ejercicios de nomenclatura. Estados de Oxidación (EO) Es la carga eléctrica neta que presenta el átomo o un ión. Las siguientes reglas ayudan a asignar el EO de los elementos. 1.- Sus valores pueden ser positivos o negativos. 2.- Un elemento puede tener uno ó más EO. Todos los Metales alcalinos (Grupo IA) tienen EO + 1. Todos los metales Alcalinos Térreos (Grupo II A) tienen EO + 2. El aluminio siempre tiene O + 3 en todos sus compuestos. 3.- En los elementos libres (que no están combinados) el EO es cero. 4.- En una molécula neutra, la suma de los EO de todos los átomos debe ser cero. 5.- Para los iones formados por un sólo átomo el EO es igual a la carga del ión. Así para Li+ su EO es +1 y O-2 su EO –2 6.- En un ión poli atómico la suma de los EO de todos los elementos debe ser igual a la carga neta del ión. Por ejemplo, en el ión amonio NH4+ ;N (-3), H (+1). Así la suma de los EO es –3 + 4 (+1)= +1, que es la carga neta del ión. 7.- El EO del oxigeno en la mayoría de sus componentes es –2 excepto en los peróxido donde actúa con su EO-1 8.- El EO del hidrógeno en la mayoría de sus compuestos es +1 excepto cuando esta formando hidruros (unido a un metal) donde actúa con su EO-1 A continuación presentamos una lista con elementos y sus EO. seleccionado los que se usan con mayor frecuencia. Se han jcdelacruz_________________________________________________________________unsch apuntes de nomenclatura 45 Estados de Oxidación IA H Li Na K Rb Cs Fr 1 1 1 1 1 1 1 IIA Be Mg Ca Sr Ba Ra 2 2 2 2 2 2 IIIA B Al Ga In Tl 3 3 3 3 3,1 Grupo IVA VA C ± 4,2 N ± 3, 5, 4,2 Si 4 P ± 3, 5, 4 Ge 4 As ± 3,5 Sn 4,2 Sb ± 3, 5 Pb 4,2 Bi 3,5 VIA O S Se Te Po -2 ± 2, 4, 6 -2, 4, 6 -2, 4, 6 2, 4 VIIA F Cl Br I At -1 ± 1, 3, 5, 7 ± 1, 5 ± 1, 5, 7 ± 1, 3, 5, 7 IB Cu Ag Au IIB 2, 1 Zn 1 Cd 3, 1 Hg Grupo IIIB IVB VB VIB 2 Sc -3 Ti 4, 3 V 5, 4 3, 2 Cr 2 Y 2, 1 La Ac 3 Zr 3 Hf 3 4 Nb 4 Ta 5, 3 Mo 5 W VIIB 6, 3, 2 Mn 6, 5, 4, 3, 2 Tc 6, 5, 4, 3, 2 Re 7, 6, 4, 2, 3 7 7, 6, 4, 2, -1 VIII B Fe Ru Os Co Rh Ir Ni Pd Pt 2, 3 2, 3, 4, 6, 8 2, 3, 4, 6, 8 2, 3 2, 3, 4 2, 3, 4, 6 2, 3 2, 4 2, 4 jcdelacruz_________________________________________________________________unsch apuntes de nomenclatura 46 Nombres y fórmulas de algunos ácidos inorgánicos La siguiente tabla entrega alguna información de algunos hidrácidos y oxácidos más usados. Nombre Ácido clorhídrico Ácido bromhídrico Ácido fluorhídrico Ácido sulfhídrico Ácido cianhídrico Ácido nítrico Ácido nitroso Ácido sulfúrico Ácido sulfuroso Ácido hipocloroso Ácido cloroso Ácido clórico Ácido perclórico Ácido fosfórico Fórmula HCl HBr HF H2S HCN HNO3 HNO2 H2SO4 H2SO3 HClO HClO2 HClO3 HClO4 H3PO4 Anión (es) ClBrFHSS-2 CNNO3NO2SO4 -2 HSO4SO3-2 HSO3ClOClO2ClO3ClO4PO4 -3 HPO4-2 H2PO4PO3 -3 HPO3-2 H2PO3CO3-2 HCO3C2H3O2Nombre del anión Cloruro Bromuro Fluoruro Sulfuro ácido Sulfuro Cianuro Nitrato Nitrito Sulfato Sulfato ácido Sulfito Sulfito ácido Hipoclorito Clorito Clorato Perclorato Fosfato Fosfato ácido Fosfato diácido Fosfito Fosfito ácido Fosfito diácido Carbonato Carbonato ácido Acetato Ácido fosforoso H3PO3 Ácido Carbónico Ácido Acético H2CO3 C2H3O2H Las siguientes especies son aniones también de uso frecuente. Lo especial de estos aniones es que sólo son estables estas especies y no el posible ácido del cual podrían proceder. Anión MnO4CrO4Cr2O7-2 Nombre del anión Permanganato Cromato Dicromato jcdelacruz_________________________________________________________________unsch apuntes de nomenclatura 47 Funciones Químicas Inorgánicas Tipo de Función Nombre de la Función Formada por Óxido (Anhídrido) Oxígeno, Metal (No Metal) Peróxidos Grupo Peróxido y metales del Grupo 1A y 2A, además del Hidrógeno Metal e Hidrógeno No Metal e Hidrógeno Metal y No Metal Binaria Hidruros Hidrácidos Sal Binaria Hidróxidos Terciarias Oxácidos Metal y Grupo Hidróxilo Hidrógeno, No Metal y Oxígeno Metal, No Metal y Oxígeno Sal Terciaria jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 48 Universidad Nacional Andrés Bello Química General Prof.: Betsabé Acevedo P. Guía N° 6 Estequiometría: cálculos con fórmulas y ecuaciones químicas Lectura de Referencia: “Química. La Ciencia Central” 7ª Edición. T.L. Brown, H.E. LeMay, Jr., B.E. Bursten Referencia: Capítulos 3 Brown 1. a) ¿Qué principio o ley se aplica en el proceso de balancear las ecuaciones química? b) ¿Qué símbolos se emplean para representar gases, líquidos, sólidos y soluciones acuosas en las ecuaciones químicas? c) ¿Qué diferencia hay entre P4 y 4 P en una ecuación química?. 2. a) ¿Qué diferencia hay entre un reactivo y un producto en una ecuación química? b) Al balancear ecuaciones químicas, ¿Por qué no se modifican los subíndices de las fórmulas químicas? c) La siguiente ecuación, es congruente con la ley de conservación de masas: H2SO4(ac) + Ca(OH)2 → H2O(l) + CaSO4(s) 3. a) b) c) d) e) Balancee las siguientes ecuaciones químicas: ___NH4NO3(s) → ___N2O(g) + ___H2O(l) ___ La2O3(s) + ___H2O(l) → ___La(OH)3 ___Mg3N2(s) + ___H2O(l) → ___Mg(OH)2 + ___NH3 ___C6H6(l) + ___O2(g) → ___CO2(g) + ___H2O(l) ___CH3NH2(g) + ___O2(g) → ___CO2(g) + ___H2O(g) + ___N2(g) 4. Solo se presentan dos isótopos de boro en la naturaleza: 10B de masa = 10.013 uma y abundancia = 19.78%, y 11B de masa = 11.009 uma y abundancia = 80.22%. Calcule la masa atómica promedio del boro. 5. Determine los pesos formulares de cada uno de los siguientes compuestos: a) P2O3; b) BaSO4; c) Mg(C2H3O2)2. 6. Calcule el porcentaje en masa de oxígeno en cada uno de los siguientes compuestos: a) SO3; b) CH3COOH; c) Ca(NO3)2 ; d) (NH4)2SO4. 7. Una muestra de glucosa, C6H12O6, contiene 4.0 x 1022 átomos de carbono: a) ¿cuántos átomos de hidrógeno contiene la muestra? b) ¿cuántas moléculas de glucosa contiene la muestra? c) ¿cuántos moles de glucosa contiene la muestra? d) calcule la masa de la muestra en gramos. jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 49 8. a) Calcule la masa molar de Cu(NO3)2; b)calcule la masa en gramos de 0.120 moles de Cu(NO3)2; c) ¿cuántos moles de Cu(NO3)2 hay en 3.15 g de este compuesto?; d)¿cuántos átomos de N hay en 1.25 mg de Cu(NO3)2?. 9. ¿Qué diferencia hay entre una fórmula empírica y una fórmula molecular? 10. Explique porque podemos usar las composiciones porcentuales para obtener fórmulas empíricas pero no necesariamente fórmulas moleculares. 11. Escriba la fórmula empírica de cada uno de los compuestos siguientes si una muestra contiene: a) 0.0130 mol de C, 0.0390 mol de H y 0.0065 mol de O; b) 11.6 g de Fe y 5.01 g de O; c) 40.0 % de C, 6.7 % de H y 53.3 % de O en masa. 12. Determine la fórmula empírica de cada uno de los compuestos siguientes si una muestra contiene: a) 0.104 mol de K, 0.052 mol de C y 0.156 mol de O; b) 5.28 g de Sn y 3.37 g de F, c) 87.5 % de N y 12.5 % de H en masa. 13. Escriba la fórmula molecular de cada uno de los siguientes compuestos: a) fórmula empírica CH, masa molar 78 g/mol b) fórmula empírica NO2, masa molar = 92.02 g/mol 14. Determine la fórmula empírica y molecular de cada una de las sustancias siguientes: a) etilenglicol (sustancia empleada como componente primario de la mayor parte de las soluciones anticongelantes) formada por 38.7 % de C, 9.7 % de H y 51.6 % de O, PM = 62.1 uma. b) cafeína, un estimulante presente en el café, 49.5 % de C, 5.15 % de H, 28.9 % de N y16.5 % de O con una masa molar de alrededor de 195 g. c) epinefrina (adrenalina) una hormona secretada al torrente sanguíneo en momentos de peligro o tensión: 59.0 % de C, 7.1 % de H, 26.2 % de O y 7.7 % de N, PM cerca de 180 uma. d) Nicotina, un componente del tabaco: 74.1 % de C, 8.6 % de H y 17.3 % de N, masa molar de 160 ± 5 g. 15. El olor característico de la piña se debe al butirato de etilo, un compuesto que contiene C, H y O. La combustión de 2.78 mg de este compuesto produce 6.32 mg de CO2 y 2.58 mg de H2O. Determine la fórmula empírica del compuesto. 16. El mentol, la sustancia que podemos oler en las pastillas mentoladas para la tos, se compone de C, H y O. Una muestra de 0.1005 g de mentol se quema, produciendo 0.2829 g de CO2 y 0.1159 g de H2O. Determine la fórmula empírica del mentol. Si el compuesto tiene una masa molarde 156 g/mol, ¿qué fórmula molecular tiene? 17. La sosa para lavar, un compuesto que se emplea para acondicionar aguas duras para el lavado de ropa, es un hidrato, lo que significa que su estructura sólida incluye cierto número de moléculas de agua. Su fórmula puede escribirse como Na2CO3 x H2O. jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 50 Cuando una muestra de 2.558 g de sosa para lavar se calienta a 125 ° se C pierde toda el agua de hidratación dejando 0.948 g de Na2CO3 ¿Cuál es el valor de x? 18. ¿Por qué es indispensable que usar ecuaciones químicas balanceadas al resolver problemas estequiométricos? 19. El alcohol del “gasohol” arde según la siguiente ecuación: C2H5OH (l) + 3O2 (g) → 2CO2 (g) + 3H2O (l) a) ¿Cuántos moles de CO2 se producen cuando 3.00 moles de C2H5OH se queman de esta forma? b) ¿Cuántos gramos de CO2 se producen al quemar de esta manera 3.00 g de C2H5OH? 20. El hidruro de calcio reacciona con agua para formar hidróxido de calcio e hidrógeno gaseoso. a) Escriba la ecuación química balanceada para la reacción. b) ¿cuántos gramos de hidruro de calcio se requieren para formar 10.0 g de hidrógeno? 21. La fermentación de la glucosa, C6H12O6, produce alcohol etílico, C2H5OH, y CO2 : C6H12O6 (ac) → 2C2H5OH(ac) + 2CO2(g) a) ¿cuántos moles de CO2 se producen cuando 0.330 moles de glucosa reaccionan de esta manera? b) ¿cuántos gramos de glucosa se requieren para formar 2.00 moles de C2H5OH c) ¿cuántos gramos de CO2(g) se forman cuando se producen 2.00 g de C2H5OH. 22. (a) Defina los términos reactivo limitante y reactivo en exceso. (b) ¿Por qué las cantidades de productos formados en una reacción están sólo por la cantidad del reactivo limitante? 23. Un fabricante de bicicletas tiene 5350 ruedas, 3023 cuadros y 2655 manubrios. a) ¿cuántas bicicletas pueden fabricarse usando estos componentes? b) ¿Cuántos componentes de cada tipo sobran? c) ¿Cuál componente es el reactivo limitante en cuanto a que limita la producción de bicicletas? 24. Una planta embotelladora tiene 120550 botellas vacías con capacidad de 355 ml cada una de ellas, 123000 tapas y 51575 litros de bebida: a) ¿cuántas botellas de bebida pueden llenarse y taparse ? b) ¿cuánto sobra de cada componente? c) ¿qué componente limita la producción? jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 51 25. El carburo de silicio, SiC, se comercializa como abrasivo. Se obtiene calentando SiO2 y C a altas temperaturas: SiO2(s) + 3C(s) → SiC(s) + 2CO(g) a) ¿Cuántos gramos de SiC pueden formarse si se permite que reaccionen 3.0 g SiO2 de y 4.5 g de C? b) ¿Cuál es el reactivo limitante y cual es el reactivo en exceso? c) ¿Cuánto queda del reactivo en exceso después que se consume todo el reactivo limitante?. 26. Uno de los pasos del proceso comercial de para convertir amoniaco en ácido nítrico implica la conversión de amoniaco en óxido de nitrógeno II: 4NH3 (g) + 5O2 (g) 4NO (g) + 6H2O (g) a) ¿Cuántos gramos de NO se forman cuando 1.50 g de NH3 reaccionan con 1.85 g de O2? b) ¿Cuál es el reactivo limitante y cual está en exceso? c) ¿Cuánto del reactivo en exceso queda una vez que se ha consumido totalmente el RL? 27. Cuando se burbujea ácido sulfhídrico gaseoso en una solución de hidróxido de sodio, la reacción forma sulfuro de sodio y agua. ¿Cuántos gramos de sulfuro de sodio se forman si 1.50 g de ácido sulfhídrico son burbujeados en una solución que contiene 1.65 g de hidróxido de sodio? 28. Soluciones de ácido sulfúrico y acetato de plomo II reaccionan para formar sulfato de plomo sólido y una solución de ácido acético. Si se mezcla 10.0 g de ácido sulfúrico y 10.0 g de acetato de plomo, calcule el número de gramos de ácido sulfúrico, acetato de plomo II, sulfato de plomo y ácido acético presentes en la mezcla al termino de la reacción. 29. Una técnica de laboratorio común para preparar pequeñas cantidades de oxígeno consiste en descomponer clorato de potasio por calentamiento. Si se descomponen 2.00 g de clorato de potasio da 0.720 g de oxígeno, calcule el porcentaje de rendimiento de la reacción. Sugiera una razón por la que el rendimiento real es tan marcadamente menor que teórico. 30. a) Cuántos gramos de dióxido de carbono (CO2) pueden formarse cuando se enciende una mezcla de 1.93 g de etileno (C2H4) y 3.75 g de oxigeno (O2). Suponga una combustión completa para formar dióxido de carbono y agua: b) escriba la ecuación balanceada. 31. Las soluciones de carbonato de sodio y nitrato de plata reaccionan para formar carbonato de plata sólido y una solución de nitrato de sodio. Una solución que contiene 5.0 g de carbonato de sodio se mezcla con otra que contiene 5.0 g de nitrato de plata. Una vez que la reacción llega a su término, la solución se evapora a sequedad dejando una mezcla de sales. ¿Cuántos gramos de carbonato de sodio, nitrato de plata, carbonato de plata y nitrato jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 52 de sodio están presentes al final de la reacción?. Escriba y balance su ecuación química para iniciar sus cálculos. 32. Una estudiante hace reaccionar benceno, C6H6, con bromo, Br2, para preparar bromobenceno, C6H5Br: C6H6 + Br2 → C6H5Br + HBr a) calcular el rendimiento teórico de la reacción si 30.0 g de benceno reacciona con 65.0 g de bromo, b) si el rendimiento real es de 56.7 g, calcule el porcentaje de rendimiento. 33. a) Una molécula de antibiótico llamada penicilina G tiene una masa de 5.342 x 10-21 g. Calcule la masa molar de la penicilina G. b) La hemoglobina, la proteína portadora de oxígeno de los glóbulos rojos de la sangre, tiene 4 átomos de Fe por molécula y contiene 0.340 % en masa de Fe. Calcule la masa molar de la hemoglobina. 34. Un elemento X forma un yoduro XI3 y un cloruro XCl3. El yoduro se interconvierte cuantitativamente en el cloruro de acuerdo a: 2XI3 + 3Cl2 → 2XCl3 + 3I2 Si se trata 0.5000 g de XI3 se obtiene 0.2360 g de XCl3. a) calcule el peso atómico del elemento X. b) identifique el elemento X. 35. La vainillina, el saborizante que domina en la vainilla, contiene C, H y O. Cuando se quema totalmente 1.05 g de esta sustancia, se produce 2.43 g de CO2 y 0.50 g de H2O. Determine la fórmula empírica de la vainillina. 36. Una mezcla que contiene KClO3, K2CO3, KHCO3 y KCl se calentó y produjo CO2, O2 y H2O gaseosos según la siguientes ecuaciones: 2KClO3(s) → 2KCl(s) + 3O2(g) 2KHCO3(s) → K2O(s) + H2O(g) + 2CO2(g) K2CO3(s) → K2O(s) + CO2(g) KCl no reacciona en las condiciones de la reacción. Si 100.0 g de la mezcla produce 1.8 g de H2O, 13.2 g de CO2, y 4.0 g de O2, ¿qué composición tenia la mezcla original?. Suponga que la mezcla se descompone por completo. jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 53 Respuestas Guía Nº 6 1. (a) La de conservación de la masa, (b) (g), (l), (s) y (ac), (c) P4 representa cuatro átomos de fósforo unido entre sí a través de un enlace químico, formado una sola molécula. 4 P representa cuatro átomos de fósforo individuales. 2. (a) Los reactantes son las sustancias con las que se comienza una reacción química y los productos con las que se termina. Los reactantes aparecen en el lado izquierdo de la flecha en una ecuación química y los productos aparecen el lado derecho. 3. (a) NH4NO3(s) → N2O(g) + 2H2O(l) (b) La2O3(s) + 3 H2O(l) → 2 La(OH)3 (c) Mg3N2(s) + 6 H2O(l) → 3 Mg(OH)2 + 2 NH3 (d) 2 C6H6(l) + 15 O2(g) → 12 CO2(g) + 6 H2O(l) (e) 4 CH3NH2(g) + 9 O2(g) → 4 CO2(g) + 10 H2O(g) + 2N2(g) 4. 10.812 uma 5. (a) 110.0 uma (b) 233.4 uma (c) 142.3 uma 6. (a) 59.9 % (b) 53.3 % (c) 58.5 % (d) 48.4% 7. (a) 8.0 x 1022 átomos de H (b) 6.7 x 1021 moléculas de glucosa (c) 1.1 x 10-2 moles de glucosa (d) 2.0 g de glucosa. 8. (a)187.57 g (b) 22.5 g de Cu(NO3)2 (c)1.68 x 10-2 moles (d)8.03 x 1018 átomos de N 9. Una fórmula empírica proporciona el número relativo y la clase de cada átomo en un compuesto, pero una fórmula molecular indica el número real de átomos de cada clase en la molécula. 10. Las composiciones porcentuales dan las masas relativas de cada elemento en un compuesto. Estos porcentajes producen número relativos de átomos en una molécula, de la fórmula empírica. 11. (a) C2H6O (b) Fe2O3 (c) CH2O 12. (a) K2CO3 (b) SnF4 (c) NH2 13. C6H6 ; N2O4 14. (a) fórmula empírica: CH3O; fórmula molecular: C2H6O2 (b) fórmula empírica: C4H5N2O; fórmula molecular: C8H10N4O2 (c) fórmula empírica: CH3O; fórmula molecular: C2H6O2 (d) fórmula empírica: CH3O; fórmula molecular: C2H6O2 15. C3H6O 16. C10H20O jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 54 17. x = 10; Na2 CO3 •10 H2O 18. Las proporciones molares implícitas en los coeficientes de una ecuación química balanceada son fundamentales para resolver problemas estequiométricos. Si la ecuación no esta balanceada, las proporciones molares serán incorrectas y darán origen a errores en las cantidades calculadas de reactivos y productos. 19. (a) 6.00 moles de CO2 (b) 5.73 g de CO2 20. (a) CaH2 (s) + 2H2O (l) → Ca(OH)2 (ac) + 2H2 (g) (b) 104 g de CaH2 21. (a) 0.660 mol de CO2 (b) 180 g de C6H12O6 (c)1.91 g de CO2 22. (a) El reactivo limitante determina el número máximo de moles de productos resultado de una reacción química; cualquier otro reactivo es un reactivo en exceso (b) El reactivo limitante regula la cantidad de productos porque se consume totalmente durante la reacción; no se puede formar más producto cuando uno de los reactivos no esta disponible (porque se acabo) 23. (a) Puede armar 2655 bicicletas (b) sobran 368 cuadros y 40 ruedas (c)los manubrios. 24. (a) 120550 botellas llenas y con tapa (b) 2450 tapas, 8.8 x103 L de bebida (c) las botellas son el componente limitante. 25. (a) 2.0 g de SiC (b) el SiO2 es el reactivo limitante (c) quedan 2.70 g 26. (a) 1.39 g de NO son producidos (b) O2 es el RL y NH3 es el RE (c) 0.71 g de NH3 27. 1.61 g de Na2S 28. ácido sulfúrico = 7.0 g, acetato de plomo II= 0, sulfato de plomo = 9.32 g ácido acético = 3.69 g 29. 92.0% de rendimiento. Dos razones podrían ser el calentamiento desigual de KClO3 y por lo tanto una reacción incompleta, o la perdida de O2 antes de pesar. 30. (a) 3.44 g de CO2 (b) C2H4 (g) + 3O2 (g) → 2CO2 (g) + 2 H2O (g) 31. Nada queda de AgNO3 (reactivo limitante), 3.44 g de Na2CO3, 4.06 g de Ag2CO3 y 2.50 g de NaNO3 32. (a) 60.3 g es el rendimiento teórico. (b) 94.0 % es el porcentaje de rendimiento. 33. (a) 3217 g/mol de penicilina G (b) 6.57 x 104 g/mol de hemoglobina. jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 55 34. (a) Masa atómica = 138.9 g (b) X es lantano , La 35. C8H8O3 36. 10.2 g de KClO3, 20.0 g de KHCO3, 13.8 g de K2CO3, 56.0 g de KCl jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 56 Universidad Nacional Andrés Bello Química General Prof: Betsabé Acevedo P. Guía Nº 7: Gases Lectura de Referencia: “QUÍMICA. La Ciencia Central” 7a Edición. T. L. Brown, H. E. LeMay, Jr., B. E. Bursten Referencia: CAPÍTULO 10 Brown 1. Considere dos personas con la misma masa paradas en una habitación. Una de ellas esta parada en ambos pies y la otra esta parada en un solo pie; a) ¿las dos personas ejercen la misma fuerza sobre el suelo?; b) ¿las dos personas ejercen la misma presión sobre el suelo? 2. (a) ¿Qué altura en metros deberá tener una columna de agua para ejercer una presión igual a la de una columna de 760 mm de Hg? La densidad del agua es d =1.0 g/mL y la del Hg es d =13.6 g/mL. (b) Calcule la presión en atmósferas sobre el cuerpo de un buzo si está a 28 pies debajo de la superficie de agua y la presión atmosférica en la superficie es de 0.98 atm. 3. Una cantidad fija de gas a temperatura constante exhibe una presión de 737 torr y ocupa un volumen de 20.5 L. Utilice la Ley de Boyle para calcular a) el volumen que ocuparía el gas si la presión aumenta a 1.80 atm; b) la presión del gas si el volumen aumenta a 16 L. 4. Una cantidad fija de gas a presión constante ocupa un volumen de 8.50 L a una temperatura de 29° Utilizando la ley de Charle s determine a) el volumen C. que ocuparía el gas si la temperatura se eleva a 125° b) la temperatura en C; grados Celcius , cuando el volumen del gas es de 5.0 L. 5. (a) ¿Cómo se explica la ley de combinación de volúmenes con la hipótesis de Avogadro? (b) Considere un matraz de 1.0 L que contiene gas neón y un matraz de 1.5 L que contiene gas xenón. Ambos gases están a la misma temperatura y presión. Según la ley de Avogadro, ¿qué puede decirse acerca de la relación del número de átomos en los dos matraces?. 6. El nitrógeno y el hidrógeno gaseoso reaccionan para formar amoniaco gaseoso: N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3(g) A cierta temperatura y presión, 0.70 L de N2 reacciona con 2.1 L de H2. Si se consumen todo el N2 y el H2, ¿qué volumen de NH3, a la misma temperatura y presión se producirá? 7. Calcule cada una de las siguientes cantidades para un gas ideal: a) la presión en atmósferas, si 8.25 x 10-2 moles ocupan 174 mL a –15° b) la cantidad de C; gas en moles, si 6.38 L a 35 ° tiene una presión d e 955 torr; c) el volumen de C jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 57 gas en litros, si 2.95 moles tiene una presión de 0.76 atm a una temperatura de 52 ° d) la temperatura absoluta del gas, en la que 9.87x10-2 moles ocupan C; 164 mL a 682 torr. 8. Una respiración profunda de aire tiene un volumen de 1.05 L a una presión de 740 torr, y la temperatura corporal es de 37 ° Ca lcule el número de C. moléculas en la respiración. 9. A 46° y 0.880 atm de presión, un gas ocupa un v olumen de 0.600 L: C a)¿Cuántos litros ocupará a 0° y a 0.205 atm?; b) ¿Cuántos litros ocupará a C condiciones de presión y temperatura estándar? 10. a) Calcule la densidad de SO3 gaseoso a 0.96 atm y 35° b) calcule la masa C; molar de un gas si 4.40 g ocupan 3.50 L a 560 torr y 41° C. 11. El magnesio se puede utilizar como capturador en recipientes evacuados, para reaccionar con los últimos restos de oxígeno. Si un recipiente de 0.382 L tiene una presión parcial de O2 de 3.5 x 10-6 torr a 27° ¿qué masa de Mg C, reaccionará según la siguiente ecuación? 2Mg(s) + O2(g) → 2MgO(s) 12. El sulfato de amonio, (NH4)2SO4, se puede preparar por la reacción de amoníaco, NH3, con ácido sulfúrico, H2SO4: 2NH3 (g) + H2SO4 (ac) → (NH4)2SO4(ac) Calcule el volumen de amoníaco gaseoso necesario a 20° y 25.0 atm para C reaccionar con 150.0 kg de H2SO4. 13. Una mezcla que contiene 0.538 mol de He (g), 0.315 mol de Ne (g) y 0.103 mol de Ar (g) está confinada en un recipiente de 7.0 L a 25° C: a) calcule la presión parcial de cada uno de los gases b) calcule la presión total de la mezcla. 14. Una mezcla contiene 4.00 g de CH4 (g), 4.00 g de C2H4 (g) y 4.00 g de C4H10 (g) está encerrado en un matraz de 1.50 L a una temperatura de 0 ºC. (a) Calcule la presión parcial de cada uno de los gases de la muestra, (b) Calcule la presión total de la mezcla. 15. Una mezcla de gases contiene 0.55 mol de N2, 0.20 mol de O2 y 0.10 mol de CO2. Si la presión total de la mezcla es de 1.32 atm, calcule la presión parcial de cada componente. 16. A una profundidad bajo el agua de 250 pies, (1 m = 3.28 pies) la presión es de 8.38 atm. ¿qué porcentaje en moles de oxigeno debe tener el gas de buceo para que la presión parcial de oxígeno en la mezcla sea de 0.21 atm, igual que en el aire a 1.0 atm? jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 58 17. Ocasionalmente se generan cantidades pequeñas de oxígeno gaseoso en el laboratorio calentando KClO3 en presencia de MnO2 como catalizador: 2KClO3 (s) → 2KCl (s) + 3O2 (g) ¿Qué volumen de oxígeno se obtiene sobre agua a 23 ºC si se hace reaccionar 0.3570 g de KClO3 y la presión barométrica es de 742 torr? (La presión de vapor de agua a 23 ºC = 21.07 Torr) jcdelacruz_________________________________________________________________unsch 59 Respuestas Guía Nº 7 1. (a) F = m x a. Las fuerzas que se ejercen sobre el piso son exactamente iguales. (b) P = F/A. La persona parada en un pie aplica esta fuerza en un área más pequeña y por tanto ejerce una presión mayor sobre el piso. 2. (a) 10.3 m (b) 1.81 atm 3. (a) V = 11.0 L (b) P = 944 torr 4. (a) 11.2 L (b) –95 ºC 5. (a) Si volúmenes iguales de gases a la misma temperatura y presión contienen número iguales de moléculas y las moléculas reaccionan en proporciones de números enteros y pequeños, se deduce que los volúmenes de los gases reaccionantes están en proporciones de números enteros y pequeños. (b) puesto que los dos gases están ala misma presión y temperatura, la proporción de los números de átomos es la misma que la relación de volúmenes. 6. 1.4 L de NH3 (g) 7. (a) P = 10.0 atm (b) n = 0.317 mol (c) V = 1.0 x 102 L (d) T = 18.2 K 8. 2.42 x 1022 moléculas de gas 9. (a) V = 2.20 L (b) V = 0.452 L 10. (a) d = 3.0 g/L (b) Masa Molar = 44.0 g/mol 11. 3.5 x 10-9 g de Mg 12. 2.94 x 103 L de NH3 13. (a) P de He = 1.88 atm, P de Ne = 1.10 atm, P de Ar = 0.360 atm (b) Pt = 3.34 atm 14. PCH4 (g) = 3.72 atm, PC2H4 (g) = 2.13 atm, PC4H10 (g) = 1.03 atm (b) Pt = 6.88 atm 15. P de N2 = 0.85 atm, P de O2 = 0.31 atm, P de CO2 = 0.16 atm 16. 2.5 moles por ciento de O2 17. 0.112 L jcdelacruz______________________________________________________________unsch 60 Universidad Nacional Andrés Bello Química General Prof.: Betsabé Acevedo P. Guía N° 8 Reacciones acuosas y Estequiometría de soluciones Lectura de Referencia: “Química. La Ciencia Central” 7ª Edición. T.L. Brown, H.E. LeMay, Jr., B.E. Bursten Referencia: Capítulos 4 Brown 1. ¿La concentración de una solución es una propiedad intensiva o extensiva?. 2. Suponga que prepara 500 mL de una solución 0.10 M de una sal y luego derrama un poco de solución. ¿Qué pasa con la concentración que queda en el recipiente? 3. Cierto volumen de una solución 0.50 M contiene 4.5 g de cierta sal. ¿Qué masa de la sal esta presente en el mismo volumen de una solución 2.5 M?. 4. Explique la diferencia entre 0.50 mol de HCl y HCl 0.50 M. 5. a) Calcule la molaridad de una solución que contiene 0.0345 mol de NH4Cl en 400 mL de solución; b) ¿cuántos moles de HNO3 hay en 35.0 mL de una solución 2.20 M de ácido nítrico?; c) cuántos mililitros de una solución 1.50 M de KOH se necesitan para suministrar 0.125 mol de KOH?. 6. a) Calcule la masa de KBr que hay en 0.250 L de una solución de KBr 0.120 M; b) calcule la concentración molar de una solución que contiene 4.75 g de Ca(NO3)2 en 0.200 L; c) calcule el volumen en mL de Na3PO4 1.50 M que contiene 5.0 g de soluto. 7. Partiendo de sacarosa sólida, C12H22O11, describa como prepararía 125 mL de una solución de sacarosa 0.150 M. 8. ¿Cómo prepararía 100.0 mL de solución de AgNO3 0.08000 M a partir del soluto puro? 9. Describa como prepararía 400 mL de C12 H22O11 0.100 M a partir de 2.00 L de C12H22O11 1.50 M. 10. Para un experimento se requieren 200 mL de solución de HNO3 1.0 M. Lo único que hay disponible es una botella de HNO3 6.0 M. ¿Cómo prepararía usted la solución deseada? 11. Clasifique las siguientes sustancias como no electrolitos, electrolito fuerte o electrolito débil a) HF; b) etanol, CH3CH2OH; c) NH3; d) KClO3; e) Cu(NO3)2, f) HNO3; g) O2; h) HBrO; i) KOH; j) CoSO4; k) sacarosa; l) C12H22O11 jcdelacruz______________________________________________________________unsch 61 12. ¿Qué tiene una concentración más alta de ión potasio: KCl 0.20 M, K2CrO4 0.35 M o K3PO4 0.080 M? 13. Indique la concentración de cada ión o molécula presente en las siguientes soluciones: a) NaOH 0.14 M; b) CaBr2 0.25 M; c) CH3OH 0.25 M; d) una mezcla de 50.0 mL de KClO3 0.20 M y 25.0 mL de Na2SO4 0.20 M . Suponga que los volúmenes son aditivos. 14. Una solución acuosa de un soluto desconocido se prueba con papel tornasol y se determina que es ácida. La solución conduce débilmente la electricidad en comparación con una solución de NaCl con la misma concentración: ¿cuál de las sustancias podría ser la desconocida?: KOH, NH3, HNO3, KClO2, H3PO3, CH3COCH3? 15. Rotule cada una de las siguientes sustancias como ácido, base, sal o ninguna de las anteriores. Indique si la sustancia existe en solución acuosa totalmente en forma en forma molecular, totalmente como iones o como una mezcla de moléculas y iones; a) HF; b) acetonitrilo, CH3CN; c) NaClO4; d) Ba(OH)2 16. Explique las observaciones siguientes: a) el NH3 no contiene iones OH- pero sus soluciones acuosas son básicas; b) se dice que el HF es un ácido débil, pero es muy reactivo 17. ¿Por qué usamos una flecha simple ( ) en la ecuación química para la ionización de HNO3 pero una flecha doble ( ) para la ionización de HCN? 18. Complete y balancee las ecuaciones siguientes: a) HBr (ac) + Ca(OH)2 (ac), b) Cu(OH)2 (s) + HClO4 (ac), c) Hidróxido de hierro III sólido reacciona con ácido sulfúrico. 19. Escriba la fórmula química de la sal que se forma en cada una de las reacciones de neutralización siguientes: (a) ácido acético acuoso es neutralizado con hidróxido de potasio acuoso (b) hidróxido de calcio sólido es disuelto con ácido nítrico (c) amoniaco acuoso es neutralizado con ácido sulfúrico 20. Escriba ecuaciones iónicas netas balanceadas para las reacciones siguientes e identifique el o los iones espectadores presentes en cada una: a) Pb(NO3)2 (ac) + Na2SO4 (ac) PbSO4 (s) + 2 NaNO3 (ac) b) 2 Al (s) + 6 HCl (ac) 2 AlCl3 (ac) + 3H2 (g) c) FeO (s) + 2 HClO4 (ac) H2O (l) + Fe(ClO4)2 (ac) 21. Empleando pautas de solubilidad o extensiones razonables de la misma, rediga si los compuestos siguientes son solubles en agua: a) NiCl2 b) Ag2S c) Cs3PO4 d) SrCO3 e) (NH4)2SO4 f) K3PO4 g) Pb(C2H3O2)2 h) Ga(OH)3 i) NaCN j) BaSO4 jcdelacruz______________________________________________________________unsch 62 22. Muestras individuales de una solución de una sal desconocida se trata con soluciones diluidas de AgNO3, Pb(NO3 )2 y BaCl2. Se forman precipitados en los tres casos, ¿Cuál de los siguientes podría ser el anión de la sal desconocida: Br-1, SO4-2, NO3-1? 23. Se tratan muestras individuales de una solución de una sal desconocida con soluciones diluidas de HBr, H2SO4 y NaOH. Sólo se forma un precipitado con H2SO4. ¿Cuál de los cationes siguientes podría contener la solución: K+, Pb+2, Ba+2? 24. Escriba ecuaciones iónicas netas balanceadas para las reacciones que podrían ocurrir al mezclar cada uno de los pares siguientes: a) H2SO4 (ac) y BaCl2 (ac) b) NaCl (ac) y (NH4)2SO4 (ac) c) AgNO3 (ac) y Na2CO3 (ac) d) KOH (ac) y HNO3 (ac) e) Ca(OH)2 (ac) y HC2H3O2 (ac) f) Pb(NO3)2 (ac) y MgSO4 (ac) 25. a) ¿Cuántos mL de HCl 0.155 M se necesitan para neutralizar totalmente 35.0 mL de una solución 0.101 M de Ba(OH)2 b) ¿Cuántos mL de H2SO4 2.50 M se requieren para neutralizar 75.0 g de NaOH c) Si se necesitan 55.8 mL de una solución de BaCl2 para precipitar todo el sulfato de una muestra de 544 mg de Na2SO4 (al formarse BaSO4), ¿ qué molaridad tiene la solución? d) Si se requieren 37.5 mL de una solución 0.250 M de HCl para neutralizar una solución de Ca(OH)2, ¿cuántos gramos de Ca(OH)2 hay en la solución? 26. Se derrama un poco de ácido sulfúrico en una mesa de laboratorio. El ácido puede neutralizarse espolvoreando sobre él bicarbonato de sodio y absorbiendo con un trapo la solución resultante. El bicarbonato de sodio reacciona con el ácido sulfúrico como sigue: 2 NaHCO3 (s) + H2SO4 (ac) Na2SO4 (ac) + 2CO2 (g) + 2H2O(l) Se agrega bicarbonato de sodio hasta que cesa la efervescencia causada por la formación de CO2 (g) . Si se derramaron 35 mL de H2SO4 6.0 M, ¿qué masa mínima de NaHCO3 debe agregarse al derrame para neutralizar el ácido? 27. a)Qué volumen de solución 0.115 M de HClO4 se requieren para neutralizar 50.0 mL de NaOH 0.0875 M? b) que volumen de HCl 0.128 M se requieren para neutralizar 2.87 g de Mg(OH)2 c) Si se necesitan 25.8 mL de AgNO3 para precipitar todos los iones de Cl- de una muestra de 785 mg de KCl (con formación de AgCl), ¿qué molaridad tiene la solución de AgNO3? d) si se requieren 45.3 mL de una solución 0.108 M de HCl para neutralizar una solución de KOH, ¿cuántos gramos de KOH deben estar presentes en la solución. No olvidar escribir la ecuación balanceada. jcdelacruz______________________________________________________________unsch 63 28. Se permite que una muestra de Ca(OH)2 sólido permanezca en contacto con agua a 30.0 ° durante mucho tiempo, hasta que la s olución que contiene C tanto Ca(OH)2 como puede retener. Se extrae una muestra de 100 mL de esta solución y se titula con HBr 0.05 M. Se requieren 48.8 mL de la solución de ácido para la neutralización. ¿qué molaridad tiene la solución de Ca(OH)2?. No olvidar escribir la ecuación balanceada. 29. Calcule la molaridad de la solución que se produce mezclando: a) 50.0 mL de NaCl 0.200 M y 100.0 mL de NaCl 0.100 M b) 24.5 mL de NaOH 1.50 M y 20.5 mL de NaOH 0.850 M. (Suponga que los volúmenes son aditivos) jcdelacruz______________________________________________________________unsch 64 Respuestas Guía Nº 8 1. Intensiva; la proporción del soluto respecto a la cantidad total de solución es la misma cualquiera que sea la cantidad de solución presente. 2. La concentración de la solución remanente no cambia y se asume la misma de la solución original. 3. 23 g de soluto. 4. El termino 0.50 moles define una cantidad (18 g aprox.) de una sustancia pura HCl. El termino 0.50 M es una razón; indica que existen 0.50 moles de HCl por cada 1.0 litros de solución. Esta razón de moles de soluto en solución es la misma independiente del volumen de la solución que se este considerando. 5. (a) 0.0863 M NH4Cl (b) 0.0770 mol de HNO3 (c) 83.3 mL de 1.50 M de KOH 6. (a) 4.46 g de KBr (b) 0.145 M de Ca(NO3)2 (c) 20.3 mL de 1.50 M Na3PO4 7. Agregue 6.42 g de C12H22O11 a un matraz aforado de 125 mL, disuelva en un pequeño volumen de agua y adicione agua hasta la marca del cuello. Agite perfectamente para asegurarse que el mezclado sea completo. 8. Se debe pesar 1.359 g de AgNO3. Esta cantidad de sólido se disuelve en un vaso con una pequeña cantidad de agua y luego se pone en un matraz de 100 mL. Se agrega el contenido del vaso y se enjuaga una o dos vez (cuidando de no pasar el volumen de 100 mL) finalmente se afora, es decir, se completa el volumen con agua destilada hasta la marca del aforo. 9. Enjuague y limpie perfectamente una bureta de 50 mL y llénela con C12H22O11 1.50 M. Mida y ponga 26.7 mL de esta solución en un recipiente aforado de 400 mL; agregue agua hasta la marca y mezcle perfectamente. 10. Se debe diluir el ácido 6.0 M. Para calcular el volumen que se debe tomar del ácido 6.0 M (más concentrado) hacemos uso de la fórmula de dilución: V1xC1 = V2xC2. 33 mL. Entonces tome los 33 mL del ácido 6.0 M (con una pipeta o lo ideal es desde una bureta) Se ponen dentro de un matraz de 200 mL y se aforan con agua destilada. 11. (a) HF: electrolito débil (b) CH3CH2OH: no electrolito (c) NH3: electrolito débil (d) KClO3: electrolito fuerte (e) Cu(NO3)2: electrolito fuerte (f) HNO3: electrolito fuerte (g) O2: no electrolito (h) HBrO: electrolito débil (i) KOH: electrolito fuerte (j) CoSO4: electrolito fuerte (k) sacarosa no electrolito (l) C12H22O11 no electrolito. 12. 0.15 M K2Cr2O7. jcdelacruz______________________________________________________________unsch 65 13. (a) NaOH 0.14 M: 0.14 M de Na+ y 0.14 M de OH- (b) CaBr2 0.25 M: 0.25 M de Ca+2 y 0.50 M de Br- (c) CH3OH 0.25 M (queda igual) (d) una mezcla de 50.0 mL de KClO3 0.20 M y 25.0 mL de Na2SO4 0.20 M: 0.13 M de K+, 0.13 M de ClO- , 0.13 M de Na+, 0.067 M de SO4-2. 14. H3PO3 15. (a) HF; ácido, mezcla de iones y moléculas, (electrolito débil) (b) CH3CN (acetonitrilo); ninguna de las anteriores, únicamente moléculas (no electrolito) (c) NaClO4 sal, sólo iones (electrolito fuerte) (d) Ba(OH)2 base, únicamente iones, (electrolito fuerte) 16. (a) El NH3 produce iones OH- en solución acuosa cuando reacciona con el agua en una reacción llamada hidrólisis: NH3 (ac) + H2O (l) NH4+ (ac) + OH-(ac), la presencia de los iones OH- hacen básica a la solución (b) El término “débil” se refiere a la tendencia del HF a disociarse en los iones H+ y F- en solución acuosa, pero no hace referencia a la reactividad con otros compuestos. 17. La flecha con solo una dirección indica que el HNO3 esta completamente disociado en H+ y NO3- en solución acuosa. La flecha doble indica que el HCN está sólo parcialmente disociado y existe en solución como una mezcla de H+ , CN- y moléculas no disociadas de HCN. 18. (a) 2 HBr (ac) + Ca(OH)2 (ac) CaBr2 (ac) + 2H2O (l) (b) Cu(OH)2 (s) + 2 HClO4 (ac) Cu(ClO4)2 (ac) + 2H2O (l) (c) Hidróxido de hierro III sólido reacciona con ácido sulfúrico 2Fe(OH)3 (s) + 3H2SO4 (ac) Fe2(SO4)3 (ac) + 6H2O (l) 19. a) KC2H3O2 (b) Ca(NO3)2 (c) (NH4)2SO4 20. (a) Pb(NO3)2 (ac) + Na2SO4 (ac) PbSO4 (s) + 2 NaNO3 (ac) +2 -2 Ecuación Iónica neta: Pb (ac) + SO4 (ac) PbSO4 (s) Iones espectadores: NO3-, Na+ (b) 2Al (s) + 6HCl (ac) 2 AlCl3 (ac) + 3H2 (g) Ecuación Iónica neta: 2Al (s) + 6H+(ac) 2Al+3 (ac) + 3H2 (g) Iones espectadores: Cl c) FeO (s) + 2HClO4 (ac) H2O (l) + Fe(ClO4)2 (ac) Ecuación iónica neta: FeO(s) + 2H+(ac) H2O (l) + Fe2+ (ac) Iones espectadores: ClO421. (a) NiCl2 soluble (d) SrCO3 insoluble (g) Pb(C2H3O2)2 22. SO4-2 (b) Ag2S insoluble (c) Cs3PO4 soluble (e) (NH4)2SO4 soluble (f) K3PO4 (h) Ga(OH)3 (j) NaCN (k) BaSO4 jcdelacruz______________________________________________________________unsch 66 23. Se descarta la presencia de K+ porque el hidróxido y sus sales son soluble, se descarta la presencia de Pb2+ porque habría formado precipitado con el hidróxido, BaSO4 es insoluble y el Ba(OH)2 es soluble, luego la solución solo puede contener Ba2+ 24. (a) H2SO4 (ac) y BaCl2 (ac); Ba+2 (ac) + HSO4-(ac) BaSO4 (s) + H+ (ac) (b) NaCl (ac) y (NH4)2SO4 (ac); no hay reacción (c) AgNO3 (ac) y Na2CO3 (ac); 2Ag+ (ac) + CO3 2Ag2CO3 (s) + (d) KOH (ac) y HNO3 (ac); H (ac) + OH (ac) H2O (l) (e) Ca(OH)2 (ac) y HC2H3O2 (ac); HC2H3O2 (ac) + OH- (ac) H2O(l) + C2H3O2(ac) PbSO4 (s) (f) Pb(NO3)2 (ac) y MgSO4 (ac); Pb2+ (ac) + SO42-(ac) 25. (a) 45.6 mL de solución de HCl (b) 375 mL de solución de H2SO4 (c) 0.0686 M de BaCl2 (d) 0.347 g de Ca(OH)2 26. 35 g de NaHCO3 27. (a) 38.0 mL de 0.115 M de HClO4 (b) 769 mL de HCl 0.128 M (c) 0.408 M AgNO3 (d) 0.275 g de KOH 28. 1.22 x 10-2 M Ca(OH)2 solución de Ca(OH)2 es 0.0904 g en 100 mL de solución. 29. (a) 0.133 M de NaCl (b) 1.20 M de NaOH. jcdelacruz______________________________________________________________unsch 67 Universidad Nacional Andrés Bello Química General Prof.: Betsabé Acevedo P. Guía Nº 9 Propiedades de las Soluciones Lectura de Referencia: “Química. La Ciencia Central” 7ª Edición. T.L. Brown, H.E. LeMay, Jr.,B.E. Bursten Referencia: CAPÍTULO 13 (BROWN) Reacciones en Solución Acuosa Concentración de las soluciones 30. Calcule el porcentaje en masa de CaCl2 en una solución que contiene 16.5 g de CaCl2 en 456 g de agua; b) un mineral de plata contiene 83.5 g de Ag por tonelada de mineral. Exprese la concentración de plata en ppm. 31. Calcule la fracción molar de alcohol metílico (CH3OH) en las siguientes soluciones: a) 8.5 g de CH3OH en 224 g de agua b) 65.2 g de CH3OH en 144 g de CCl4. 32. Calcule la fracción molar del fenol C6H5OH en cada una de las soluciones siguientes: a) 4.5 g de fenol en 855 g de agua b) 44.0 g de fenol en 550 g de alcohol etílico. 33. Calcule la molaridad de las soluciones acuosas siguientes: a) 10.5 g de NaCl en 350.0 mL de solución b) 40.7 g de LiClO4 • 3H2O en 125 mL de solución c) 40.0 mL de ácido nítrico 1.50 M diluido a 500 mL. 34. Calcule la molalidad de cada una de las siguientes soluciones: a) 13.0 g de benceno C6H6, disuelto en 17.0 g de CCl4 b) 5.85 g de NaCl disuelto en 0.250 L de agua (considere que la densidad del agua es 0.997 g/mL). 35. a) ¿Cuántos gramos de azufre S8, es preciso disolver en 100.0 g de naftaleno, C10H8, para preparar una solución 0.16 molal, b) Calcule la molalidad de una solución que se prepara disolviendo 1.80 moles de KCl en 16.0 moles de agua. 36. La densidad de CH3CN es de 0.786 g/mL, y la densidad de CH3OH es de 0.791 g/mL. Se prepara una solución disolviendo 20.0 mL de CH3OH en 100.0 mL de CH3CN, a) calcule la molaridad de la solución, b) calcule la molalidad de la solución, c) suponiendo que los volúmenes son aditivos, calcule la molalidad de CH3OH en solución. jcdelacruz______________________________________________________________unsch 68 37. La densidad del Tolueno C7H8 es de 0.867 g/mL y la del Tiofeno, C4H4S, es de 1.065 g/mL. Para una solución que se preparar disolviendo 15.0 g de tiofeno en 250.0 mL de tolueno, calcule: a) fracción molar del tiofeno en la solución b) molalidad c) molaridad 38. El ácido ascórbico, vitamina C, es una vitamina soluble en agua. Una solución que contiene 80.5 g de ácido ascórbico, C6H8O6, disuelto en 210 g de agua tiene una densidad de 1.22 g/ml a 55 ºC. Calcule: a) porcentaje en masa b) fracción molar de C6H8O6 c) molalidad d) molaridad 39. Una solución acuosa de ácido sulfúrico, H2SO4 que contiene 571.6 g de ácido por litro de solución tiene una densidad de 1.329 g/cm3, calcule: (a) porcentaje en masa (b) fracción molar de H2SO4 (c) molalidad (d) molaridad 40. Calcule el número de moles de soluto que están presentes en cada una de las siguientes soluciones: (a) 75.0 g de solución acuosa que tiene 2.50 % en masa de sacarosa, C12H22O11 (b) 300 g de una solución acuosa que tiene 0.460 % en masa de NaCl (c)1.20 L de HNO3 2.55 M 41. Describa como prepararía cada una de las soluciones acuosas siguientes: a) 1.60 L de solución de Na2CO3 0.110 M partiendo de Na2CO3 sólido b) 120 g de una solución 0.65 molal de (NH4)2SO4 partiendo del soluto sólido c) 1.20 L de una solución que contiene 20.0 % en masa de Pb(NO3)2, partiendo del soluto sólido. La densidad de la solución es de 1.20 g/mL d) una solución de HCl 0.50 M que apenas neutralizaría 6.60g de Ba(OH)2, partiendo de HCl 6.0 M Propiedades Coligativas 42. a) Calcule la masa de etilenglicol C2H6O2, que se debe agregar a 1.00 kg de etanol, CH3CH2OH, para reducir su presión de vapor en 13.2 torr a 35° La C. presión de vapor del etanol puro es 100 torr; b) calcule la masa de KBr que se debe añadir a 0.500 kg de agua para reducir su presión de vapor en 4.60 torr a 40° P(H 2O) a 40° = 55.3 torr. C, C 43. La urea, (NH2)2CO, es un producto del metabolismo de las proteínas en los mamíferos. Calcule la presión osmótica de una solución acuosa que contiene 2.02 g de urea en 145 ml de solución a 20° C. jcdelacruz__________________________________________________________________unsch 69 44. La lisozima es una enzima que rompe las paredes celulares de las bacterias. Una solución que contiene 0.150 g de esta enzima en 210 mL de solución tiene una presión osmótica de 0.953 torr a 25° Es time la masa molar de la C. sustancia. 45. Calcule los puntos de congelación y de ebullición de cada una de las siguientes soluciones: a) glicerol 0.17 molal en etanol b) 1.92 moles de naftaleno (C10H8) en 16.8 moles de cloroformo (CHCl3). Etanol Kf = 1.99 ° C/m Kb = 1.22 ° C/m Pto ebullición = 78.3 ºC Pto congelación = -117.3 ºC Otros ejercicios de no del Brown Concentración de Soluciones 46. Partiendo de sacarosa sólida, C12H22O11, describa como prepararía 125 mL de una solución de sacarosa 0.150 M. 47. ¿Cuántos gramos de nitrato de plata deberá pesar para preparar 200 mL de una solución al 2.00 % en masa? La densidad de la solución es 1.01 g/ml 48. Se disuelven 16.3 g de ácido nítroso hasta completar un volumen de 250 ml de solución. Calcular la molaridad de la solución . 49. ¿Qué volumen en mL se deben tomar de una solución de glucosa 0.25 M si se desea tener 25 mg de azúcar? 50. ¿Cuántos gramos de Sulfato ferroso FeSO4 deberá pesar para preparar 0.65 litros de una solución al 1.50 % en masa? Considere que la solución tiene una densidad de 1.0 g/ml. 51. Se disuelven 147.85 g de ácido fosfórico H3PO3 hasta completar un volumen de 250 mL de solución. Calcular la molaridad resultante. 52. Se tienen una solución de glucosa C6H12O6 0.25 M. Si a partir de ella se quiere preparar 550 ml de una solución 0.100 M, ¿qué cantidad de la solución 0.25 M se deben tomar? 53. La cantidad de 180 mg de colesterol C27H46O por cada 0.100 litro en el suero sanguíneo está dentro del rango normal para esta hormona. Calcular la concentración molar si un adulto tiene como promedio 5000 ml de suero sanguíneo. 54. ¿Cuál es el % m/m de una solución formada al agrega 2 tabletas de sacarina C7H5SO3N (cada tableta masa 0.500 g) a una taza de café (volumen de la taza = 275 ml), considere que la solución tiene una densidad de 1.00 kg/L Cloroformo K f = 4.68 ° C/m K b = 3.63 ° C/m Pto ebullición = 60.9 ºC Pto congelación = -63 ºC jcdelacruz__________________________________________________________________unsch 70 55. Se tiene una solución de ácido sulfúrico H2SO4 al 98.0 % en masa cuya densidad es 1.84 g/ml. ¿Qué volumen de esta solución debemos tomar para recuperar 40.0 g de ácido puro? 56. Se tiene 1200 ml de una solución 0.078 M de carbonato de calcio (CaCO3 ) ¿Cuántos g de soluto contiene? 57. ¿Cuántos mL de agua se deberán agregar a 34.6 g de azúcar para obtener una solución final al 50.0 % en masa? 58. Un químico prepara una solución añadiendo 56.1 g de etanol puro (C2H6O) a 143.9 g de agua. Calcule % m/m y la Molaridad de la solución. La densidad de la solución es 1.01 g /ml 59. Calcule la Molaridad de una solución que fue preparada mezclando 35.6 g de benceno (C6H6) con 198.3 mL de tolueno (C7H8) densidad del benceno = 1.04 g/mL y la densidad del tolueno = 1.17 g/mL 60. ¿Cuántos g de cloruro de sodio se necesitan para preparar 2000 mL de una solución 2.0 M de la sal? 61. Si tenemos 300 mL de una solución 0.05 M ¿Cuál es la masa molar del soluto si se pesaron 600 mg del soluto en la preparación? 62. Calcule la molalidad de la solución siguiente: 0.06 moles de soluto disueltos en 3000 mL de un solvente cuya densidad es de 1.03 g/mL 63. Se tienen una solución de glucosa C6H12O6 , 2.5 x 10-3 M. Si a partir de ella se quiere preparar 550 ml de una solución 1.5 x10-4 M, ¿qué cantidad de la solución 2.5 x10-3 M se deben tomar? 64. El agua de mar es una solución acuosa con una concentración aproximada de 3.2 % en masa en cloruro de sodio, NaCl. Calcule la masa de sal que se puede obtener al evaporar 2.0 litros de agua de mar. La densidad del agua de mar 1.12 g/ml 65. Se calientan 150.0 mL de una solución 0.15 M de BaSO4 (soluto no volátil), hasta que se evapora un 35% de la solución. ¿Cuál es la nueva molaridad de la solución? 66. ¿Cuántos gramos de nitrato de plata hay en 450 ml de una solución 2.00 M? 67. Una persona que padece úlcera al duodeno tiene ácido clorhídrico en el jugo gástrico con una concentración de 7.7 x10-2 molar. Si diariamente se segregan 3500 ml de jugo gástrico, ¿qué masa de ácido se produce en el estómago? 68. ¿Hasta que volumen, en ml, es necesario completar una solución que fue preparada con 12.0 gramos de hidróxido de aluminio, Al(OH)3 para que la concentración final sea 5.50 x10-2 molar? jcdelacruz__________________________________________________________________unsch 71 69. Se tiene 8.0 litros de una solución 2.50 M de ácido nítrico, HNO3 Si a esta solución se le agregan 36.0 litros agua destilada. ¿cuál es la nueva molaridad de la solución. Propiedades Coligativas 70. Calcular la presión de vapor a 28 ºC de una solución que contiene 100 g de Na2SO4 en 300 mL de agua. La presión de vapor del agua a la misma temperatura es 28.35 mm Hg. Discuta si habría diferencia en la variación de la presión de vapor de la solución si se pone un soluto molecular de similar masa molar en lugar del soluto iónico en cuestión. 71. Calcular el punto de congelación y el punto de ebullición de una solución que contiene 30.0 g de naftaleno C10H8 en 150 g de agua. Compare los valores si se reemplaza naftaleno por 30.0 g cloruro de sodio. Kf H2O = 1.86 ºC/m, Kb H2O = 0.512 ºC/m 72. Una solución que contiene 5.31 g de almidón por litro, tiene una presión osmótica de 12.7 mm Hg a 25 ºC. Calcular la masa molar del almidón. 73. El alcohol etílico (C2H5OH), para uso industrial se desnaturaliza para que no sea usado en bebidas alcohólicas. La desnaturalización consiste en agregarle alcohol metílico (CH3OH) en la siguiente proporción: 0.5 L de CH3OH en 10 L de etanol de 95% en volumen con agua. CH3OH: d = 0.787 g/mL Pvº = 100 mm Hg a 20 ºC. C2H5OH(95%) d = 0.810 g/mL Pvº = 40 mm Hg a 20 ºC H20: d = 1.000 g/mL Pvº = 17.5 mm Hg a 20 ºC ¿Cuál es la presión de vapor de este alcohol desnaturalizado?. 74. Una muestra de 2.00 g de urea sintética se disuelve en 140 g benceno, C6H6. Al medir el punto de congelación de la solución, se obtiene el valor de 4.28 ºC. Si el punto de congelación del C6H6 puro es 5.51 ºC y su Kf = 5.12 ºC/molal. ¿Cuál es la masa molar de la urea? 75. Una fábrica tiene al aire libre un depósito que contiene 500 litros de agua. En el invierno, la temperatura ambiente puede llegar hasta -10 ºC y se ha pensado añadir etanol, C2H5OH, al agua como anticongelante. Sabiendo que la densidad del etanol es 0.789 g/mL, ¿qué volumen de alcohol debería añadirse para impedir la congelación del agua? 76. Calcule el punto de ebullición de una solución que contiene 25.0 g de urea, (NH2)2CO, disueltos en 1500,0 g de nitrobenceno, C6H5NO2. La Kb para el nitrobenceno es 5.24 ºC/m, y su punto de ebullición es 210.8 ºC. 77. Para conseguir que 10 litros de agua congelen a – l0 ºC ¿Cuántos gramos de etilenglicol, C2H6O2, como anticongelante, debe agregarse? 78. Calcule la presión osmótica de una solución que es 0.25 M de sacarosa, C12H22O11, a 37 ºC. ¿Cuál es el valor de la presión osmótica si se reemplaza la sacarosa por una solución 0.25 M de cloruro de aluminio? jcdelacruz__________________________________________________________________unsch 72 79. La insulina es una proteína que regula el metabolismo de los carbohidratos y cuya deficiencia provoca diabetes. Un muestra contiene 20 mg de insulina, disuelta en suficiente agua para hacer 10.0 mL de solución, tiene una presión osmótica de 6.48 Torr a 25 ºC. Calcule la masa molar de la insulina. 80. La pepsina es la principal enzima del jugo gástrico. Una muestra contiene de 3.00 mg de pepsina disuelta en un volumen total de 10 mL de solución y tiene una presión osmótica de 7.40 mm de Hg a 25 ºC. Calcule la masa molar de la pepsina. 81. Los polivinilos, o polímeros vinílicos, constituyen un importante grupo de los polímeros de gran importancia en la tecnología actual. La forma final del polímero derivado del alcohol vinílico, CH2=CHOH, es (CH2-CHOH)X y, a lo largo del proceso de polimerización interna, se controla el crecimiento de x. Al disolver 18 g del polímero en 500 mL de agua, la solución congela a – 0.51 ºC. Determine el valor de x para este grado de polimerización. jcdelacruz__________________________________________________________________unsch 73 Respuestas Guía Nº 9 1. (a) 3.49 % (b) 92.0 ppm 2. (a) XCH3OH = 0.021 (b) XCH3OH = 0.685 3. (a) X C6H5OH = 1.0 x 10-3 (b) X C6H5OH = 0.0377 4. (a) 0.513 M NaCl (b) 2.03 M LiClO4 • H2O (c) 0.120 M HNO3 5. (a) 9.79 m C6H6 (b) 0.402 M NaCl 6. (a) 4.1 g de S8 (b) 6.24 m 7. (a) 4.12 M (b) 6.28 m 8. (a) X C4H4S = 0.0705 (b) 0.822 m de C4H4S (c) 0.675 M de C4H4S 9. (a) 27.7 % de C6H8O6 en masa (b) X C6H8O6 = 0.0377 (c)2.18 m de C6H8O6 (d)1.92 M de C6H8O6 10. (a) 43.01 % (b) XH2SO4 = 0.122 (c) 7.69 m (d) 5.827 M 11. (a) 5.48 x 10-3 mol C12H22O11 (b) 2.36 x 10-2 mol de NaCl (c) 3.06 mol HNO3 12. (a) Se deben pesar 18.7 g de Na2CO3 esta masa se disuelve en un vaso con una pequeña cantidad de agua y luego se lleva a un matraz de aforo de 1.6 L, se afora con agua destilada (b) Se deben pasar 9.5 g de (NH4)SO4 esta masa se disuelve en un vaso con una pequeña cantidad de agua. Una vez disuelto se agrega 110.5 g de agua (120 – 9.5 = 110.5) de tal manera que la solución completa sea de 150 g (c) Se pesan 288 g de Pb(NO3)2 Luego de disolver en un poco de agua destilada se agregan 1152 g de agua de tal manera que la solución completa pese 1400 g o 1.2 L (d) Debemos calcular primero los moles de HCl necesarios para neutralizar 6.6 g de Ba(OH)2 = 0.0772 moles de HCl, son necesarios 150 mL de 0.50 M de HCl, esta solución la debemos preparar del ácido 6.0 M por dilución lo que da 13 mL. Entonces: se toman 13 mL del ácido 6.0 M y se aforar a 150 mL con agua destilada. 13. (a) 205 g de C2H6O2 (b) 150 g de KBr 14. = 5.58 atm 15. Masa molar = 1.39 x 104 g/mol de lisozina 16. (a)Tcong = -114.9 ºC Teb =78.6 ºC (b)Tcong = -68.0 ºC Teb.= 64.7 ºC (c)Tcong = -1.2 ºC Teb = 100.3 ºC Ejercicios no del Brown. 17. Se deben pesar 6.41 g de sacarosa, disolverlos en una pequeña porción de agua destilada y una vez disuelta se pone en un matraz de aforo de 125 mL. Completar con agua destilada hasta el aforo. 18. 4.0 g de sal 19. 1.39 M 20. 0.56 mL de la solución 0.25 M 21. 9.75 g de sal 22. 7.20 M 23. 220 mL 24. 4.7 x 10-3 M 25. 0.36 % 26. 22.2 mL 27. 9.36 g de CaCO3 28. 34.6 g de agua 29. 28 % m/m y 6.2 M jcdelacruz__________________________________________________________________unsch π 74 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43. 44. 45. 46. 47. 48. 49. 50. 51. 52. 1.96 M 233.8 g de NaCl 40.0 g/mol 0.0194 molal 33 mL de solución 71.7 g de NaCl 0.231 M 152.9 g de AgNO3 9.82 g de HCl 2800 mL 0.45 M 27.2 mmHg. La presión de vapor de la solución no depende del tipo de soluto disuelto. Pto congelación de la solución con C10H8 = -2.85 ºC Pto ebullición de la solución con C10H8 = 100.8 ºC Pto congelación de la solución con NaCl = -12.7 ºC Pto ebullición de la solución con NaCl = 103.5 ºC 7.77 x 103 g/mol 33.1 mmHg 59.5 g/mol 157.2 L 212.3 ºC 3.33 kg 6.89 atm, Para el caso de AlCl3 la presión osmótica tiene un valor de 27.5 atm 5.73 x 103 g/mol 754 g/mol x=3 jcdelacruz__________________________________________________________________unsch 75 Universidad Nacional Andrés Bello Química General Prof: Betsabé Acevedo P. Guía N° 10 Equilibrio Químico Lectura de Referencia: “QUÍMICA. La Ciencia Central” 7a Edición. T. L. Brown, H. E. LeMay, Jr., B. E. Bursten Referencia: CAPÍTULO 15. Brown 1. Escriba las expresiones para Kc y Kp para las siguientes reacciones químicas. Indique en cada caso si la reacción es homogénea o heterogénea: a) b) c) d) e) f) 3NO(g) ↔N2O(g) +NO2(g) CH4(g) + 2H2S(g) ↔ CS2(g) + 4H2(g) Ni(CO)4 (g) ↔ Ni(s) + 4CO(g) Fe2O3(s) + 3H2(g) ↔ 2Fe(s) + 3H2O (g) 2N2O5(g) ↔ 4NO2(g) + O2(g) FeO(s) + H2(g) ↔Fe(s) + H2O(g) 2. La constante de equilibrio para la reacción: 2NO(g) ↔ N2(g) + O2(g) es Kc= 2.4 x 103 a 2000 °C. a) Calcule Kc para: N2(g) + O2(g)↔ 2NO(g) ↔ b) A esta temperatura ¿favorece el equilibrio al NO o al N2 y el O2? 3. La constante de equilibrio de la reacción: 2SO3(g) ↔ 2SO2(g)+ O2(g) es Kc= 2.4 x 10-3 a 700 °C. (a) Calcule Kc para: 2SO2 (g) + O2(g) ↔ 2SO3(g) (b) A esta temperatura ¿favorece el equilibrio al SO2 y el O2 o al SO3? 4. Se coloca yoduro de hidrógeno gaseoso en un recipiente cerrado a 425 °C donde se descompone parcialmente en hidrógeno y yodo según: 2HI(g) ↔ H2(g) + I2(g) En la posición de equilibrio se encuentra que [HI] = 3.53 x 10-3 M; [H2] = 4.79 x 10-4 M; [I2] = 4.79x10-4 M. Calcule Kc y Kp a esta temperatura. 5. A temperaturas cercanas a los 800 ºC, el vapor de agua se hace pasar sobre coque (una forma de carbono que se obtienen de la hulla) caliente reacciona para formar CO e H2 : C(s) + H2O (g) ↔ CO(g)+ H2(g) La mezcla de gases que se produce es un combustible industrial importante que se llama gas de agua. Cuando se alcanza el equilibrio a 800 ºC [H2] = 4.0 x 10-2 M, [CO] = 4.0 x 10-2 M, [H2O] = 1.0 x 10-2 M. Calcule Kc a esta temperatura. 6. Para la reacción : 2NO (g) + Cl2 (g) ↔ 2 NOCl (g) jcdelacruz__________________________________________________________________unsch 76 A 500 K la constante de equilibrio de la reacción es Kp = 52.0. Una mezcla de los tres gases en equilibrio presenta presiones parciales de 0.095 atm para NO y 0.171 atm para Cl2. ¿Cuál es la presión parcial del NOCl en la mezcla. 7. El tricloruro de fósforo gaseoso y el cloro gaseoso reaccionan para formar pentacloruro de fósforo gaseoso: PCl3 (g) + Cl2 (g) ↔ PCl5 (g) Un recipiente para gases se carga con una mezcla de PCl3 (g) y Cl2 (g) la cual se deja que alcance el equilibrio a 450 K. En el equilibrio las presiones parciales de los tres gases son PPCl3 = 0.124 atm PPCl5 = 1.30 atm PPCl2 = 0.157 atm. Calcular el valor de Kp e esta temperatura. Discuta hacia que dirección esta desplazado el equilibrio. 8. A 700 ºC Kc = 20.4 para la reacción: SO2 (g) + ½ O 2 (g) ↔ SO3 (g) a) ¿Cuál es el valor de Kc para la reacción SO3 (g) ↔ SO2 (g) + ½ O 2 (g) b) ¿Cuál es el valor de Kc para la reacción 2SO2 (g) + O2 (g) ↔ 2SO3 (g) c) ¿Cuál es el valor de Kp para la reacción 2 SO2 (g) + O2 (g) ↔ 2SO3 (g) 9. Una mezcla de 0.100 moles de CO2, 0.05000 moles de H2 y 0.1000 moles de H2O se colocan en un recipiente de 1.000 L. Se establece el equilibrio siguiente: CO2 (g) + H2 (g) ↔ CO(g)+ H2O(g) En el equilibrio [CO2] = 0.0954 M. a) Calcule la concentración en el equilibrio de todas las demás especies. b) Calcule Kc de la reacción c) ¿Se dispone de suficiente información para calcular Kp? 10. A 100 °C la constante de equilibrio para la reacción: COCl2(g) ↔ CO(g)+ Cl2(g) tiene un valor de Kc = 2.19x10-10. ¿Las siguientes mezclas de reactante y productos están en una posición de equilibrio? (a) [COCl2] = 5.00x10-2 M; [CO] =3.31x10-6 M; [Cl2] = 3.31x10-6 M (b) [COCl2] = 3.50x10-3 M; [CO] =1.11x10-5 M; [Cl2] = 3.25x10-6 M (c) [COCl2] = 1.45 M; [CO] = 1.56x10-6 M; [Cl2] = 1.56x10-6 M (d) Si la respuesta es NO, indique la dirección que la reacción debe proceder para alcanzar la posición de equilibrio. 11. A 100 °C , Kc = 0.078 para la reacción siguiente: SO2Cl2(g) ↔ SO2(g) + Cl2(g) En una mezcla de los tres gases en el equilibrio las concentraciones de SO2Cl2 y SO2, son: 0.136 M y 0.072 M, respectivamente. ¿Cuál es la concentración de Cl2 en el equilibrio? 12. A 900 K la reacción siguiente tiene un Kp = 0.345 SO2 (g) + O2 (g) 2SO3 (g) jcdelacruz__________________________________________________________________unsch 77 En una mezcla en equilibrio las presiones parciales de SO2 y O2 son 0.215 atm y 0.679 atm respectivamente. ¿Cuál es la presión parcial de equilibrio del SO3 en la mezcla. 13. A 1285 ºC la constante de equilibrio para la reacción Br2 (g) ↔ 2 Br (g) es de Kc = 1.04 x 10-3 Un recipiente de 0.200 L que contiene una mezcla de los gases en equilibrio tiene 0.245 g de Br2 (g) en su interior. ¿Cuál es la masa de Br (g) que hay en el recipiente? 14. Para la reacción : H2 (g) + I2 (g) ↔ 2HI (g) Kp = 55.3 a 700 K . En un matraz de 2.00 L que tiene una mezcla de los tres gases en equilibrio, hay 0.056 g de H2 y 4.36 g de I2 ¿Cuál es la masa de HI que hay en el matraz? 15. Considere la reacción: PCl 5 (g) ↔ PCl3 (g) + Cl2 (g) a 250° Kc = 1.80. Si se agregan 0.100 moles de PCl5 a un recipiente de C 5.00 L ¿Cuales son las concentraciones de PCl5 , PCl3 y Cl2 en el equilibrio a esta temperatura. 16. ¿Cómo afectan los cambios siguientes el valor de la constante de equilibrio de una reacción exotérmica? a) extracción de un reactivo o un producto b) disminución del volumen c) disminución de la temperatura. 17. Una muestra de bromuro de nitrosilo (NOBr) se descompone de acuerdo a la siguiente ecuación: 2NOBr(g) ↔ 2NO(g) + Br2(g) En el equilibrio la mezcla contenida en un matraz de 5.0 l a 100 °C contiene 3.22 g de NOBr, 3.08 g de NO y 4.19 g de Br2 (a) Calcule Kc (b) Calcule Kp (c) ¿Cuál es la presión total ejercida por la mezcla de tres gases? 18. Para el equilibrio, 2IBr(g) ↔ I2(g) + Br2(g) donde Kc = 8.5x10-3 a 150 °C. Si 0.040 mol de IBr son colocados en un container de 1.0 l, cuál es la concentración de esta sustancia una vez que alcance la posición de equilibrio? 19. Una muestra 0.831 g de SO3 se colocan en un recipiente de 1.00 L y se calienta a 1100 K. El SO3 se descompone en SO2 y O2 2SO3 (g) ↔ 2SO2 + O2 En el equilibrio, la presión total en el recipiente es de 1.300 atm. Encuentre los valores de KC y Kp para esta reacción a 1100 K. jcdelacruz__________________________________________________________________unsch 78 Respuestas Guía Nº 10 1. Kc (a) Kc = [N2O][NO2] [NO]3 (b) Kc = [CS2][H2]4 [CH4][H2S]2 (c) Kc = [CO]4 [Ni(CO)4] (d) Kc = [H2O]3 [H2]3 (e) Kc = [O2][NO2]4 [N2O5]2 (f) Kc = [H2O] [H2] 2. Kp Kp = PN2O x PNO2 P3NO Kp = PCS2 P4H2 PCH4P2H2S Kp = P4CO PNi(CO)4 Kp = P3H2O P3H2 Kp = PO2P4NO2 P2N2O5 Kp = PH2O PH2 Tipo de equilibrio Homogéneo Homogéneo Heterogéneo Heterogéneo Homogéneo Heterogéneo (a) Kc = 4.2 x 10-4 (b) el equilibrio favorece al N2 y al O2 a esa temperatura. (a) Kc = 4.2 x 102 (b) el equilibrio favorece a SO3 a esa temperatura. Kc = 1.84 x 10-2, kp = 1.84 x 10-2 Kc = 0.16 La presión del NOCl (g) es 0.28 atm (a) Kp = 66.8 (b) Como Kp > 1, los productos son más favorables que los reactantes. En este caso el equilibrio favorece a PCl5 (g) (a) Kc = 0.0490 (b) Kc = 416 (c) Kc = 5.21 (a) [H2] = 0.0454 M, [CO] = 0.0046 M, [H2O] = 0.1046 M [CO2] = 0.0954 M (b) Kc = 0.11 (c) No. Para calcular Kp a partir de Kc, se debe conocer la temperatura de la reacción. Aunque en este caso Kc = Kp ya que ∆n = 0 (a) Q = 2.19 x 10-10; la mezcla esta en equilibrio, Q = Kc (b) Q = 1.03 x 10-8; la reacción avanza hacia la izquierda, Q > Kc (c) Q = 1.68 x 10-12; la reacción avanza hacia la derecha, Q < Kc Kc = 0.15 M 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. jcdelacruz__________________________________________________________________unsch 79 12. 13. 14. 15. 16. PSO3 = 0.104 atm [Br2] = 7.67 x 10-3 M, [Br] = 2.82 x 10-3 M, 0.0451 g de Br 20.79 g de HI [PCl5] = 2 x 10-4 M, [PCl3] = [Cl2] = 0.0198 M (a) Ningún efecto (b) ningún efecto (c) aumenta la constante de equilibrio (d) ningún efecto (a) Kc = 6.44 x 10-2 (b) Kp = 1.97 (c) PT = 0.968 atm [IBr] = 0.034 M Kc = 0.047 Kp = 4.3 17. 18. 19. jcdelacruz__________________________________________________________________unsch 80 Universidad Nacional Andrés Bello Química General Prof.: Betsabé Acevedo P. Guía N° 11 Equilibrio ácido-base y Tampones Lectura de Referencia: “Química. La Ciencia Central” 7ª Edición. T.L. Brown, H.E. LeMay, Jr., B.E. Bursten Referencia: Capítulos 16 y 17 Brown 1. a) Escriba una ecuación química que ilustre la autoionización del agua b) escriba la expresión del producto iónico del agua Kw, explique por qué se omite la concentración de agua liquida. c) que significa que una solución sea básica. 2. El óxido de deuterio D2O posee una constante de producto iónico Kw = 8.9 x10-16 a 20 °C. Calcule [D+] y [OD-] para D2O a esta temperatura. 3. En que factor cambia la [H+] para un cambio de pH de a) 2 unidades b) 0.50 unidades. 4. Complete la siguiente tabla: [H+] M [OH-] M pH 2.5 x10-4 6.9 x10-8 3.2 pOH Ácida o básica 5.7 5. Escriba las bases conjugadas de los siguientes ácidos de Bronsted-Lowry: a) HClO2 b) H2S c) HSO4- d) NH4+ 6. Escriba los ácidos conjugadas de las siguientes bases de Bronsted-Lowry: a) NH3 b) IOc) CH3COO- d) HAsO427. Para cada una de los siguientes ecuaciones químicas mencione cada para ácido-base conjugado: a) NH4+(ac) + CN-(ac) ⇔ HCN(ac) + NH3(ac) b) (CH3)3N(ac) + H2O(l) ⇔ (CH3)3NH+(ac) + OH-(ac) c) HCO2H (ac) + PO4-3(ac) ⇔ HCO2-(ac) + HPO42-(ac) 8. Prediga los productos de las siguientes reacciones ácido-base: a) NH2- (ac) + H2O (l) ↔ b) HClO2 (ac) + H2O (l) ↔ c) H3O+(ac) + F− (ac) ↔ d) O2-(ac) + H2O (l) ↔ e) HSO4- (ac) + HS- (ac) ↔ f) HCO3-(ac) + F− (ac) ↔ jcdelacruz__________________________________________________________________unsch 81 9. Calcule el pH de cada una de las siguientes soluciones de ácidos fuertes: a)1.8x10-4M de HBr, b) 1.02 g de HNO3 en 250.0 mL de solución, c) 50.0 mL de una solución preparada a partir de 2.0 mL de HClO4 0.5 M, d) una solución formada mezclando 10.0 mL de HBr 0.010 M con 20.0 mL de HCl 2.5x10-3 M. 10. Calcule la [OH-] y el pH de a) una solución de Sr(OH)2 3.5x10-4 M; b) 1.5 g de LiOH en 250 mL de solución; c) 1.0 mL de NaOH 0.095 M llevado a una solución de 2.0 L; d) una solución formada adicionando 5.0 mL de KOH 0.0105M a 15.0 mL de Ca(OH)2 3.5x10-3 M. 11. El ácido láctico, HC3H5O3, tiene un hidrógeno ácido. Una solución 0.10 M de ácido láctico tiene un pH de 2.44. Determine la constante de acidez Ka. 12. La constante de disociación o de acidez de ácido benzoico (HC7H5O2) es 6.5x10-5. Calcule las concentraciones en equilibrio de H+(ac), C7H5O2-(ac) y HC7H5O2(ac) en la solución si la concentración inicial del ácido en la solución es 0.050 M. 13. Calcule el % disociación de HCrO4− (Ka = 3.0x10-7) soluciones: a) 0.250 M b) 0.0800 M c) 0.0200 M en las siguientes 14. Una solución = 0.200 M de un ácido débil HX está ionizada en 9.4% . Calcule las concentraciones de todas las especies en solución y también calcule Ka. 15. El ácido tartárico H2C4H4O6 (presente en la uva) es un ácido diprótico. Calcule el pH de una solución 0.025M. Explique las aproximaciones realizadas en sus cálculos. Ka1 = 1.0 x 10-3, Ka2 = 4.6x10-5. 16. Calcule la concentración molar de iones OH- y el pH de una solución 0.050 M de etilamina (C2H5NH2), Kb = 6.4x10-4. 17. Prediga si las soluciones acuosas de las siguientes sales son ácidas, básicas o neutras: a) NH4Br b) FeCl3 c) Na2CO3 d) KClO4 e) NaHCO3 18. El ácido sórbico HC6H7O2 , es un ácido monoprótico débil con Ka = 1.7 x 10-5. Su sal (sorbato de potasio) se agrega al queso para evitar la formación de mohos. ¿Cuál es el pH de una solución que contiene 4.93 g de sorbato de potasio en 0.500 L de solución? 19. El ingrediente activo de la aspirina es el ácido acetilsalicílico, HC9H7O4 un ácido monoprótico con Ka 3.3 x 10-4 a 25 ° ¿Cuál es el pH de una C solución obtenida disolviendo dos tabletas de aspirina, cada una con 325 mg de ácido acetilsalicílico en 250 mL de agua. 20. La efidrina, es estimulante del sistema nervioso central, se usa en aerosoles nasales como descongestionante. Este compuesto es una base orgánica débil: C10H15N (ac) + H2O (l) C10H15NH+ (ac) + OH- (l) jcdelacruz__________________________________________________________________unsch 82 ¿Qué pH esperaría usted para una solución 0,035 M de efedrina si se supone que no hay otra sustancia presente? Kb = 1.4 x 10-4 21. El volumen del estómago de un adulto varía desde alrededor unos 50 mL cuando está vacío hasta 1 L cuando está lleno. Si su volumen es de 450 mL y su contenido tiene un pH de 2.0 ¿cuántos moles de protones contiene? 22. La Codeína, C18H21NO3, es una base orgánica débil. Una solución 5.0 x10-3 M de codeína tiene un pH de 9.95. Calcular el valor de kb de esta sustancia. Efecto del ión común, Soluciones Amortiguadoras y Titulaciones ácido- base 23. Discuta si el pH aumenta, disminuye o permanece igual al agregar: NaNO2 a una solución de HNO2 CH3NH3Cl a una solución de CH3NH2 KBr a una solución de HBr NH3 a una solución de HCl NaClO4 a una solución de NaOH 24. Calcule el pH de las siguientes soluciones amortiguadoras: a) HCOONa 0.100 M más HCOOH 0.180 M, Ka = 1.8 x 10-4 b) C5H5N 0.075 M más C5H5NHCl 0.050 M, Kb = 1.7 x 10-9 25. Calcule el % ionización de para: a) solución de ácido butanoíco (Ka = 1.5x10-5) 0.100 M, b) de ácido butanoico 0.10 M en una solución de butanoato de sodio 0.050 M 26. ¿Cuántos gramos y moles de hipobromito de sodio se deben agregar a 1.00 L de ácido hipobromosos 0.200 M para formar una solución amortiguadora de pH = 8.80. Suponga que el volumen no cambia al agregar el sólido. Ka(HBrO) = 2.5 x 10-9 27. Calcule el pH de las siguientes soluciones a) propionato de potasio KC3H5O2 0.0080 M y ácido propionico HC3H5O2 0.16 M Ka = 1.3 x 10-5; b) trimetilamina (CH3)3N 0.15 M y cloruro de trimetilamonio (CH3)3NHCl 0.12 M Kb = 6.4 x 10-5 28. Calcule el pH de una solución amortiguadora formada por 100 mL de ácido fórmico (HCOOH) 0.20M y 250 ml de solución 0.150 M de formiato de sodio (HCOONa) 0.15 M. Ka = 1.8 x 10-4 29. Se prepara una solución amortiguadora adicionando 5.0 g de NH3 y 20.0 g de NH4Cl en agua suficiente para formar 2.5 L de solución; a) cual es el pH de esta solución amortiguadora. Kb(NH3) = 1.8x10-5 30. Una solución amortiguadora contiene 0.11 mol de ácido acético, CH3COOH, y 0.15 mol de acetato de sodio, CH3COONa, en 1.0 litro de a) b) c) d) e) jcdelacruz__________________________________________________________________unsch 83 solución, a) determine el pH de esta solución amortiguadora; b) determine el pH de la solución amortiguadora después de agregar 0.02 mol de KOH; c) determine el pH de la solución amortiguadora después de agregar 0.02 mol de HCl. Ka(CH3COOH) = 1.8x10-5. 31. ¿Cuál es la proporción de HCO3-- a H2CO3 en la sangre de pH = 7.4. ¿Cuál es la proporción de HCO3-- a H2CO3 en la sangre de un maratonista agotado cuyo pH = 7.1 Ka1 = 4.3 x 10-7 Titulaciones 32. Diga cuantos mL de NaOH 0.0350 M se requieren para titular cada una de las siguientes soluciones hasta el punto de equivalencia: a) 40.0 mL de HNO3 0.0350 M b) 65.0 mL de HBr 0.0620 M c) 80.0 mL de una solución que contiene 1.65 g de HCl por litro. 33. ¿Cuántos mililitros de de HCl 0.075 M se necesitan para titular cada una de las siguientes soluciones hasta alcanzar el punto equivalente: a) 40.0 ml de NaOH 0.075 M, b) 38.2 ml de KOH 0.105 M, c) 50.0 ml de una solución que contiene 1.65 g de NaOH por litro. 34. Si 20.0 ml de una muestra de HBr 0.200 M es titulada con una solución de NaOH 0.200 M. Calcule el pH de la solución resultante después de agregar los siguientes volúmenes de base : a)15.0 ml b)19.9 ml c)20.0 ml d) 20.1 ml e) 35.0 ml 35. Una muestra de 30 mL de KOH 0.200 M se titula con una solución de 0.150 M de HClO4 Calcular el pH después de adicionar los siguientes volúmenes de ácido: a) 30.0 mL b) 39.5 mL c) 39.9 mL d) 40.0 mL e) 40.1 mL Ejercicios Adicionales no del Brown Cálculos de pH de Ácidos y bases fuertes y débiles 36. a) Explique por que el pH de una solución 1 x10-8 M de HNO3 no es 8.0 b) Calcule el pH de esta solución. 37. Clasifique las siguientes sustancias en ácidos y bases fuertes o débiles, justificando mediante la constante respectiva: a) HNO2 Ka = 4.5 x 10 -4 d) NH3 Kb = 1.78 x 10-5 b) HI Ka = ∞ e) HCl Ka = ∞ c) KOH Kb = ∞ f) H2O Kw = 1.0 x 10 –14 38. Calcule el pH y el concentraciones son: a) [ H+] = 2.00 x 10– 3 b) [ H+] = 1.00 x 10– 4 pOH de las siguientes soluciones, cuyas c) [ OH-] = 2.00 x 10– 5 d) [ OH-] = 1.78 x 10 –5 jcdelacruz__________________________________________________________________unsch 84 39. Se dispone de las siguientes soluciones: a) Solución A con pH = 5 c) solución C con pOH = 8 b) Solución B con [H+] = 2.4 x 10 –5 d) solución D con [OH-] 3.8 x 10 –8 Ordénelas en acidez creciente. 40. Para una solución de HCl que tiene un pH = 3, calcule la concentración de iones OH41. El pH de una solución de ácido perclórico es de 5 ¿Cuál concentración del ácido? es la 42. Calcule el pH de una solución 0,01 M de ácido fórmico. Ka = 1.8 x 10– 4 43. La constante de ionización del ácido cianhídrido, HCN, es Ka = 4.8 x 10-10 Calcular la concentración de H+, OH- y HCN en el equilibrio para 450 ml de una solución preparada con 0.16 moles de HCN. 44. Un cierto ácido orgánico 0.01 M, se disocia un 0.18 % en disolución acuosa, calcule la constante de acidez para este ácido orgánico. 45. Para las siguientes mezclas calcule el pH, planteé las ecuaciones químicas respectivas: a) La mezcla de 400 ml de HCl 0.25 M con 200 ml HCl 0.15 M b) La mezcla de 50 ml de NaOH 0.25 M con 15 ml de NaOH 0.15 M. c) La mezcla de 50 ml de HCl 0.25 M con 10 ml de NaOH 0.25 M d) La mezcla de 30 ml de HBr 1x10-3 M con 50 ml de NaOH 0.025 M e) La mezcla de 150 ml de HCl 2x10-2 M con 200ml de KOH 3x10-3 M f) La mezcla de 75 ml de HCl 0.035 M con 80 ml de NaOH 0.025 M 46. El ácido fenilacético HC8H7O2, es una de las sustancias que se acumulan en la sangre de las personas que padecen de fenilceturonia, un trastorno hereditario que puede causar retraso mental o incluso la muerte. Se determina que una solución 0.085 M de esta sustancia tiene un pH de 2.68 Calcule el valor de ka para este ácido. jcdelacruz__________________________________________________________________unsch 85 Respuestas Guía Nº 11 1. (a)H2O (l) ↔ H+ (ac) +OH- (ac) (b) Kw = [H+][OH-], el [H2O] (l) se omite porque es un líquido puro. La molaridad de los sólidos y líquidos puros no cambia una vez establecido el equilibrio. (c) Qué una solución sea básica significa que la [OH-] es mayor que la [H+] 2. Kw = [D+][OD-] = 8.9 x 10-16 [D+] = [OD-] = 3.0 x 10-8 M 3. Una manera de resolver este ejercicio es dándose valores de pH. pH = 1.0 significa [H+] = 1.0 x 10-1 pH = 3.0 significa [H+] = 1.0 x 10-3. Luego si dividimos 1.0 x 10 –1 / 1.0 x 10-3 = 100. Lo que significa que hay un incremento de 100 unidades en la [H+] al aumentar en 2 unidades el valor del pH. b) Se hace igual a a) dando un incremento de 3.2 unidades. 4. [H+] M 2.5 x10-4 1.4x10-7 6.0x10-4 5.0x10-9 [OH-] M 4.0 x 10-11 6.9 x10-8 2.0 x 10-11 2.0 x 10-6 pH 3.6 6.8 3.2 8.3 pOH 10.4 7.2 10.8 5.7 Ácida o básica ácida ácida ácida básica 5. (a) ClO2-, b) HS-, c) SO4-2, d) NH3 6. (a) NH4+, b) HIO, c) HC2H3O2, d) H2AsO4 7. ácido NH4+ H2O HCO2H 8. g) h) i) j) k) l) base CN(CH3)3N PO4-3 Base conjugada NH3 OHHCO2ácido conj. NH3 (ac) + H3O+ + HF (ac) + OH- (ac) + H2S (ac) + HF (ac) + Ácido conjugado HCN (CH3)3NH+ HPO4-2 Base conj. OH- (ac) ClO2- (ac) H2O (l) OH-(ac) SO4-2 (ac) CO3-2 (ac) Base NH2- (ac) + H2O (l) + F− (ac) + O2-(ac) + HS- (ac) + F− (ac) + ácido H2O (l) ↔ HClO2 (ac) ↔ H3O+(ac) ↔ H2O (l) ↔ HSO4 (ac) ↔ HCO3-(ac) ↔ 9. a) 3.7 b) 1.2 c) 1.7 d) 2.3 10. [OH-] pH [OH-] pH -4 -5 a) 7.0 x 10 10.8 c) 4.8 x 10 9.7 b) 0.251 13.4 d) 7.9 x 10-3 11.9 11. Ka = 1.36 x 10-4 12. [H+] = 1.8 x 10-3 M, [C7H5O2-] = 1.8 x 10-3 M, [HC7H5O2] =0.048 M 13. a) 0.11 % b) 0.19 % c) 0.39 % 14. [HX] = 0.181 M [H+] = [X-]= 0.0188 M Ka = 2.0 x 10-3 jcdelacruz__________________________________________________________________unsch 86 15. pH = 2.35 16. [OH-] = 5.3 x 10-3 pH = 11.13 17. a) ácido, b) ácido, c) básico, d) Neutro, e) ácido 18. pH = 8.8 19. pH = 2.7 20. pH = 11.3 21. 5.0 x 10-3 moles de H+ 22. Kb = 1.6 x 10-6 23. a) b) c) d) e) NaNO2 a una solución de HNO2 CH3NH3Cl a una solución de CH3NH2 KBr a una solución de HBr NH3 a una solución de HCl NaClO4 a una solución de NaOH el pH aumenta el pH decrece el pH no cambia el pH aumenta el pH no cambia 24. a) pH = 3.5 b) pH = 5.4 25. a) 1.2 % b) 0.030 % 26. Para 1.0 L se necesitan 0.32 moles, 38.1 g de NaBrO 27. a) pH = 4.58 b) pH = 9.9 28. pH= 3.62 29. pH= 9.15 30. a) pH = 4.88 b) pH = 5.0 c) pH = 4.74 31. (a) [HCO3-] = 11.0 b) [HCO3-] = 5.4 [H2CO3] [H2CO3] 32. (a) 40.0 mL de solución de NaOH (b) 115.0 mL de solución de NaOH (c) 103.45 mL de solución de NaOH 33. (a) 40.0 mL de solución de HCl (b) 53.5 mL de solución de HCl (c) 27.5 mL de solución de HCl 34. mL de NaOH 15.0 19.9 20.0 20.1 35.0 35. mL de KOH 30.0 39.5 39.9 40.0 40.1 pH 12.398 11.0 10.2 7.0 3.5 pH 1.544 3.3 7.0 10.7 12.737 jcdelacruz__________________________________________________________________unsch 87 Ejercicios Adicionales no del Brown 36. a) Como es de esperar en sistemas muy diluidos a autoionización del agua contribuye a la concentración del [H+] casi 10 veces más que el ácido fuerte. (b) pH = 7.0 Sustancia HNO2 NH3 HI 37. Constante Ka = 4,5 x 10 -4 Clasificación Comentario Ácido débil Base débil Ácido fuerte El hecho que sea posible medir un valor para Ka, lo convierte en un sistema débil. El hecho que sea posible medir un valor para Kb, lo convierte en un sistema débil. El valor de Ka tiende a infinito, esto da cuenta que el equilibrio esta casi completamente desplazado a la derecha, no existiendo concentración de ácido en el medio. El valor de Ka tiende a infinito, esto da cuenta que el equilibrio esta casi 100% desplazado a la derecha, no existiendo concentración de ácido en el medio. El valor de Kb tiende a infinito, esto da cuenta que el equilibrio esta casi 100% desplazado a la derecha, no existiendo concentración de base en el medio. El valor de Kw da cuenta de la baja concentración de los iones H+ y OHexistente en solución, este equilibrio esta casi completamente desplazado a los reactantes. Kb = 1,78 x 10-5 Ka = ∞ HCl Ka = ∞ Ácido fuerte KOH Kb = ∞ Base fuerte H2O Kw = 1,0 x 10 –14 Anfótera 38. Sustancia [ H+] = 2.00 x 10– 3 [ OH-] = 2.00 x 10– 5 [ H+] = 1.00 x 10– 4 [ OH-] = 1.78 x 10 -5 39. Solución Solución A Solución B solución C solución D Dato pH = 5.0 [H+] = 2.4 x 10 –5 pOH = 8.0 [OH-] 3.8 x 10 –8 pH 5.0 4.6 6.0 6.6 pH 2.7 9.3 4.0 9.3 pOH 11.3 4.7 10.0 4.7 Orden de acidez creciente: solución D, C, A, B. 40. [OH-] = 1.0 x –11 41. 1.0 x 10-5 jcdelacruz__________________________________________________________________unsch 88 42. 43. 44. 45. 46. pH = 2.90 [H+] = 1.31 x 10-5 [OH-] = 7.63 x 10-10 [HCN] = 0.359 Ka = 3.25 x 10-8 Ka = 5.26 x 10-5 a) b) c) d) e) f) [H+] totales 0.216 [H+] sobrantes 0.16 6.86 x 10-3 0.625 [OH-] totales 0.227 [OH-] sobrantes 0.0153 - pH 0.66 13.4 pH 0.78 12.2 2.16 2.4 jcdelacruz__________________________________________________________________unsch 89 Universidad Nacional Andrés Bello Química General Profesora: Betsabé Acevedo P. Guía Nº 12 Electroquímica Lectura de Referencia: “QUÍMICA. La Ciencia Central” 7a Edición. T. L. Brown, H. E. LeMay, Jr., B. E. Bursten Referencia: CAPÍTULO 20. Brown Reacciones de oxidación – reducción 1. ¿Qué quiere decir el término oxidación?, b) ¿En que lado de una semireacción de oxidación aparecen los electrones? c) qué significa el término oxidante? 2. ¿Qué quiere decir el término reducción, b) ¿En que lado de una semireacción de reducción aparecen los electrones? c) qué significa el término reductor? 3. En cada una de las siguientes ecuaciones redox balanceadas, identifique los elementos que sufren cambios en el estado de oxidación e indique la magnitud del cambio: (a) I2O5 (s) + 5CO (g) I2 (s) + 5CO2 (g) (b) 2Hg2+ + (ac) + N2H4 (ac) 2Hg (l) + N2 (g) + 4H+ (ac) + (c) 3H2S (ac) + 2H (ac) + 2 NO3 (ac) 3S (s) 2NO (g) 4H2O (l) (d) Ba+2 (ac) + 2OH- (ac) + H2O2 (ac) + 2ClO2 (ac) Ba(ClO2)2 (s) + 2H2O (l) + O2 (g) 4. El sulfuro de plomo (II) sólido reacciona a alta temperatura con el oxígeno del aire para formar óxido de plomo (II) y dióxido de azufre. (a) escriba la ecuación balanceada para esta reacción. (b) ¿qué sustancias son reductoras y cuáles son oxidantes? 5. Complete y balancee las siguientes Semireacciones, en cada caso indique si se produce una oxidación o una reducción: (a) Co+2 (ac) (b) H2O2 (ac) (c) ClO3-(ac) (d) OH- (ac) (e) SO3-2 (ac) (f) Sn+4 (ac) (g) Mn+2 (ac) (h) NO3-(ac) (i) Cr(OH)3 (s) (j) ClO- (ac) Co+3 (ac) O2 (g) Cl- (ac) O2 (g) SO4-2 (ac) Sn+2 (ac) MnO2 (s) NO (g) CrO42- (ac) Cl- (ac) (medio ácido) (medio ácido) (medio básico) (medio básico) (medio ácido) (medio ácido) (medio básico) (medio básico) jcdelacruz__________________________________________________________________unsch 90 6. Complete y balancee las ecuaciones siguientes: (a) Pb(OH)4-2 (ac) + ClO– (ac) PbO2 (s) + Cl- (ac) (medio básico) (b) Tl2O3 (s) + NH2OH (ac) TlOH (s) + N2(g) (medio básico) 2(c) Cr2O7 (ac) + CH3OH (ac) HCO2H (ac) + Cr +3 (ac) (medio ácido) (d) MnO4 (ac) + Cl (ac) Cl2 (ac) + Mn +2 (ac) (medio ácido) (e) H2O2 (ac) + ClO2 (ac) ClO2- (ac) + O2 (ac) (medio básico) (f) NO2- (ac) + Cr2O7 2-(ac) NO3- (ac) + Cr +3 (ac) (medio ácido) 7. Se construye una celda voltaica de la siguiente manera: un compartimiento de electrodo se compone de una tira de cinc inmersa en una solución de nitrato de cinc, y la otra contiene una tira de níquel colocada en una solución de cloruro de níquel (II): La reacción global de la celda es: Zn (s) + Ni2+ (ac) Zn2+ (ac) + Ni (s) (a) escriba las semireacciones que se llevan a cabo en los dos compartimientos de electrodos, (b) ¿cuál electrodo es ánodo y cuál es en cátodo?, (c) Indique los signos de los electrodos, (d) Diga si los electrones fluyen del electrodo de cinc al electrodo de níquel o de níquel al cinc, (e) ¿En que sentido emigran los cationes y los aniones a través de la solución? 8. (a) ¿Qué quiere decir el término fuerza electro motriz?, (b) ¿Cómo se define el volt?, (c) ¿Qué tiene de especial un potencial estándar de celda? 9. Una celda voltaica que emplea la reacción: Tl +3 (ac) + 2Cr+2 (ac) Tl + (ac) + 2Cr+3 (ac) tiene un potencial estándar de celda medido de 1.19 V. (a) escriba las dos semireacciones de celda, (b) ¿cuál es el Eº red de la del Tl 3+ (ac) a Tl+ (ac)? (c) dibuje un esquema de celda voltaica, rotule el ánodo y el cátodo e indique el sentido del flujo de los electrones. 10. Usando potenciales estándares de reducción, calcule la fem estándar de cada de las reacciones siguientes: (a) Cl2 (g) +2I- (ac) 2Cl- (ac) + I2 (s) 3+ (b) Hg (l) +2Fe (ac) Hg+2 (ac) + 2Fe2 (ac) (c) 2Cu+ (ac) Cu (s) + Cu2+(ac) 2+ (d) Ca (s) + Mn (ac) Ca+2 (ac) + Mn (s) (e) 3Zn (s) +2Al3+ (ac) 2Al (s) + 2 Zn2+ (ac) 2+ (f) 3 Co (ac) Co (s) + 2Co 3+ (ac) jcdelacruz__________________________________________________________________unsch 91 Respuestas Guía Nº 12 11. (a) Oxidación: proceso que se caracteriza por la perdida de electrones, (b) los electrones aparecen en el lado de los productos, lado derecho de la semireacción de oxidación, (c) El oxidante (o agente oxidante) es el reactivo que se reduce; gana los electrones que son perdidos por la sustancia que es oxidada. 12. (a) Reducción: proceso que se caracteriza por la ganancia de electrones, (b) los electrones aparecen en el lado de los reactivos, lado izquierdo de la semireacción de reducción (c) El reductor (o agente reductor) es el reactivo que se oxida; sede los electrones a la sustancia que se reduce. 13. (a) I es reducido desde +5 a 0; el C es oxidado de +2 a +4 (b) Hg es reducido de +2 a 0; el N es oxidado de -2 a 0 (c) N es reducido de +5 a +2; el S es oxidado de -2 a 0 (d) Cl es reducido de +4 a +3; el O es oxidado de -1 a 0 14. (a) 2PbS (s) + 3 O2 (g) → 2PbO (s) + 2SO2 (g) (b) O2 es el agente oxidante, en la reacción experimenta una reducción de 0 a -2. El S es el agente reductor, es oxidado desde -2 a +4. El Pb no experimenta cambios en su estado de oxidación en esta reacción. 15. (a) Co+2 (ac) → Co+3 (ac) + 1ē (b) H2O2 (ac) → O2 (g) + 2H+ (ac) + 2ē (c) ClO3- (ac) + 6H+ (ac) + 6ē → Cl- (ac) + 3H2O (l) (d) 4OH- (ac) → O2 (g) + 2H2O (l) + 4ē (e) SO3-2 (ac) + 2OH- (ac) → SO4-2 (ac) + H2O (l) + 2ē (f) Sn+4 (ac) + 2ē → Sn+2 (ac) (g) Mn+2 (ac) +2H2O (l) → MnO2 (s) + 4H++ 2ē (h) NO3- (ac) + 4H+ + 3ē → NO (g) + 2H2O (l) (i) ClO- (ac) + H2O(l) + 2ē → Cl- (ac) + 2OH- (ac) (j) Cr(OH)3 (s) + 5OH- (ac) → CrO42- (ac) + 4H2O(l) + 3ē oxidación oxidación reducción oxidación oxidación reducción oxidación reducción reducción oxidación 16. (a) Pb(OH)4-2 (ac) + ClO– (ac) → PbO2 (s) + Cl- (ac) + 2OH- (ac) + H2O (l) (b) Tl2O3 (s) + 4NH2OH (ac) → 2TlOH (s) + 2N2(g) + 5H2O (l) (c) 2Cr2O72- (ac)+ 3CH3OH (ac) +16H+ (ac) → 3HCO2H (ac) + 4Cr +3(ac) +11H2O(l) (d) 2MnO4- (ac) + 10Cl- (ac) + 16H+ → 5Cl2 (ac) + 2Mn +2 (ac) + 8H2O (l) (e) H2O2 (ac) + 2ClO2 (ac) + 2OH- → 2ClO2- (ac) + O2 (ac) + 2H2O (l) (f) 3NO2- (ac) + Cr2O7 2-(ac) + 8H+ (ac) → 3NO3- (ac) + 2Cr +3 (ac) + 4H2O (l) 17. (a) Zn (s) → Zn2+ (ac) + 2ē, Ni2+(ac) + 2ē → Ni (s) (b) Zn(s) es el anodo; Ni (s) es el cátodo (c) Zn(s) negativo, Ni(s) positivo (d) Los electrones fluyen desde el electrodo de Zn (-) al electrodo de Ni (+) jcdelacruz__________________________________________________________________unsch 92 (e) Los cationes migran hacia el cátodo de Ni (s); los aniones migran hacia el ánodo de Zn (s). 18. (a) La fuerza electro motriz es la fuerza impulsora que hace que los electrones atraviesen el circuito externo de una celda voltaica. Es la diferencia potencial de la energía entre un electrón en el ánodo y un electrón en el cátodo. (b) El volt es la diferencia potencial de la energía requerida para impartir 1 J de la energía a una carga de 1 culombio. 1V = 1 J/C (c) El potencial estándar de celda es el potencial (fem) de la celda medido en condiciones estándares, esto es soluciones acuosas 1M y para los gases a una presión de 1 atmósfera. 19. (a) Las dos semireacciones de celda son Tl+3(ac) + 2ē → Tl +(ac) Ered = ? +2 +3 2Cr (ac) → 2Cr (ac) + 1ē Ered = - 0.41 V (b) Ecelda = Ered (cátodo) - Ered (ánodo), 1.19 V = Ered- - ( - 0.41 V) Ered = 1.19 V - 0.41 V = 0.78 V (c) Esquema: Por el hecho de ser el Cr+2 (ac) fácil de oxidar será necesario aislar la semicelda del oxígeno. 20. Reacciones Cl2 (g) +2I- (ac) → 2Cl- (ac) + I2 (s) Hg (l) +2Fe3+ (ac) → Hg+2 (ac) + 2Fe2 (ac) 2Cu+ (ac) → Cu (s) + Cu2+(ac) Ca (s) + Mn2+ (ac) → Ca+2 (ac) + Mn (s) 3Zn (s) +2Al3+ (ac) → 2Al (s) + 2 Zn2+ (ac) 3 Co2+ (ac) → Co (s) + 2Co 3+ (ac) Cálculo la fem estándar Eº = 1.359 V- 0.536 V = 0.823 V Eº = 0.771 V - 0.854 V = 0.823 V Eº = 0.521 V - 0.153 V = 0.368 V Eº = -1.18 V - (-2.87 V) = 1.69 V Eº = -1.66 V - (-0.763 V) = -0.90 V Eº = - 0.277 V-1.842 V = -2.119 V jcdelacruz__________________________________________________________________unsch brown, lemay y bursten ejercicios con respuestas