Post on 14-Aug-2015
INTRODUCCIÓNElaprendizajedelaQuímicaconstituyeunretoalqueseenfrentancadaañolos,cadavezmás
escasos,estudiantesde2°debachilleratoqueeligen lasopcionesde“Ciencias”,“Cienciasde la
Salud”e“IngenieríayArquitectura”.Estotambiénconstituyeunretoparalosprofesoresque,no
solodebensercapacesdebuscarlaformamáseficazparaexplicarestadisciplina,sinoademás,
inculcarelinterésquenacedelreconocimientodelpapelquejuegalaQuímicaenlavidayenel
desarrollodelassociedadeshumanas.
Enestecontexto, lasOlimpiadasdeQuímicasuponenunaherramientamuy importanteyaque
ofrecen un estímulo, al fomentar la competición entre estudiantes procedentes de diferentes
centrosycondistintosprofesoresyestilosoestrategiasdidácticas.
Estacoleccióndecuestionesyproblemassurgiódelinterésporpartedelosautoresderealizar
unarecopilaciónde losexámenespropuestosendiferentespruebasdeOlimpiadasdeQuímica,
conel findeutilizarloscomomaterialdeapoyoensusclasesdeQuímica.Unavez inmersosen
esta labor, y a la vista del volumen de cuestiones y problemas reunidos, la Comisión de
OlimpiadasdeQuímicadelaAsociacióndeQuímicosdelaComunidadValencianaconsideróque
podía resultar interesante supublicaciónparaponerloadisposiciónde todos losprofesoresy
estudiantesdeQuímicaa losque lespudiera resultardeutilidad.Deestamanera,elpresente
trabajosepropusocomounposiblematerialdeapoyopara laenseñanzade laQuímicaen los
cursos de bachillerato, así como en los primeros cursos de grados del área de Ciencia e
Ingeniería. Desgraciadamente, no ha sido posible ‐por cuestiones que no vienen al caso‐ la
publicación del material. No obstante, la puesta en común de la colección de cuestiones y
problemasresueltospuedeservirdegermenparaeldesarrollodeunproyectomásamplio,enel
queeldiálogo,elintercambiodeideasylacomparticióndematerialentreprofesoresdeQuímica
condistintaformación,origenymetodología,peroconobjetivoseinteresescomunes,contribuya
aimpulsarelestudiodelaQuímica.
En elmaterial original sepresentan los exámenes correspondientesa las últimasOlimpiadas
NacionalesdeQuímica(1996‐2011)asícomootrosexámenescorrespondientesafaseslocalesde
diferentesComunidadesAutónomas.Enesteúltimo caso, sehan incluido sólo las cuestionesy
problemasquerespondieronalmismoformatoquelaspruebasdelaFaseNacional.Sepretende
ampliarelmaterialcon lascontribucionesquerealicen losprofesores interesadosen impulsar
este proyecto, en cuyo caso se harámención explícita de la persona que haya realizado la
aportación.
Las cuestiones sonde respuestasmúltiplesy sehan clasificadopormaterias,de formaqueal
final de cada bloque de cuestiones se indican las soluciones correctas. Los problemas se
presentancompletamenteresueltos.Enlamayorpartedeloscasosconstandevariosapartados,
queenmuchasocasionessepodríanconsiderarcomoproblemasindependientes.Esporelloque
enelcasodelasOlimpiadasNacionalessehaoptadoporpresentarlaresolucióndelosmismos
planteandoelenunciadodecadaapartadoy,acontinuación,laresolucióndelmismo,en lugar
de presentar el enunciado completo y después la resolución de todo el problema. En las
cuestionesyenlosproblemassehaindicadolaprocedenciayelaño.
Losproblemasycuestionesrecogidosenestetrabajohansidoenviadospor:
Juan A. Domínguez (Canarias), Juan Rubio (Murcia), Luis F. R. Vázquez y Cristina Pastoriza
(Galicia), JoséA.Cruz,NievesGonzález,Gonzalo Isabel (CastillayLeón),AnaTejero (Castilla‐
LaMancha),PedroMárquez(Extremadura),PilarGonzález(Cádiz),ÁngelF.Sáenzde laTorre
(La Rioja), José Luis Rodríguez (Asturias),Matilde Fernández (Baleares), Fernando Nogales
(Málaga).
Finalmente,losautoresagradecenaHumbertoBuenosuayudaenlarealizacióndealgunasde
lasfigurasincluidasenestetrabajo.
Losautores
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 1
1.CONCEPTODEMOLYLEYESPONDERALES
1.1.Unagotadeácido sulfúricoocupaun volumende0,025mL.Si ladensidaddelmismo es1,981g· ,calculeelnúmerodemoléculasdeácidosulfúricoquehayenlagotayelnúmerodeátomosdeoxígenopresentesenlamisma.¿Cuántopesaunamoléculadeácidosulfúrico?
(Dato.NúmerodeAvogadro,L=6,022·10 )(Canarias1996)
ElnúmerodemolesdeH SO contenidosenunagotaes:
1gotaH2SO40,025mLH SO1gotaH SO
1,981gH SO1mLH SO
1molH SO98gH SO
5,1 10 4molH SO
ElnúmerodemoléculasdeH SO ydeátomosdeOcontenidosenunagotaes:
5,1·10 4molH SO6,022·10 moleculasH SO
1molH SO=3,0·1020moléculas
3,0·1020moleculasH SO4atomosO
1moleculaH SO=1,2·1020átomosO
LamasadeunamoléculadeH SO es:
98gH SO1molH SO
1molH SO
6,022·10 moleculasH SO=1,6·10 22
gmolécula
1.2. Por análisis de un compuesto orgánico líquido se determina que contiene 18,60% decarbono,1,55%dehidrógeno,24,81%deoxígenoyelrestodecloro.a)Determinarlafórmulaempíricadelcompuesto.Alevaporar1,29gramosdedichasustanciaenunrecipientecerrado,alatemperaturade197°Cypresiónatmosféricanormal,éstosocupanunvolumende385 .b)¿Cuáleslafórmulamoleculardelcompuesto?Al disolver 2,064 gramos del compuesto, en estado líquido, en agua destilada suficiente paraobtener 500mL de disolución, se detecta que ésta tiene carácter ácido; 50 de ella seneutralizancon32 deunadisoluciónobtenidaaldisolver2gdehidróxidodesodiopuroenaguadestilada,hastaconseguir1litrodedisolución.c) Escriba la posible ecuación química correspondiente a la reacción entre las sustancias eindiqueelnúmerodemolesdecadaunadeellasquehanreaccionado.d)¿CuáleselpHdeladisolucióndehidróxidodesodio?
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Murcia1997)
a‐b)Elporcentajedecloroenesecompuestoes:
100%compuesto(18,60%C+1,55%H+24,81%O)=55,04%Cl
Para evitar erroresde redondeo resultamásútil calcularprimero la fórmulamoleculardelcompuestoXapartirdesumasamolar.Suponiendoqueenestadogaseosoéstesecomportacomogasideal,pormediodelaecuacióndeestadoseobtienesumasamolar:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 2
M=1,29g 0,082atm·L·mol 1·K 1 197+273 K
1atm·385cm10 cm1L
=129,1g·mol 1
ParaobtenerlafórmulamoleculardeX:
18,60gC100gX
1molC12gC
129,1gX1molX
=2molCmolX
1,55gH100gX
1molH1gH
129,1gX1molX
=2molHmolX
24,81gO100gX
1molO16gO
129,1gX1molX
=2molOmolX
55,04gCl100gX
1molCl35,5gCl
129,1gX1molX
=2molClmolX
fórmulamolecular:
Simplificandolafórmulaanteriorseobtienelafórmulaempíricaosencilla, .
Dada la fórmulamolecular C Cl H O , y teniendo en cuenta que se trata de un compuestoácido,sufórmulasemidesarrolladapodríaserCHCl COOH.
c)Laecuaciónquímicacorrespondientealareaccióndeneutralizaciónes:
(aq)+NaOH(aq) (aq)+H2O(l)
Comolareacciónesmolamol,elnúmerodemolesquereaccionandeambasespecieseselmismo.
LaconcentracióndeladisolucióndeNaOHes:
NaOH =2gNaOH
1Ldisolucion1molNaOH40gNaOH
=0,05M
ElnúmerodemolesdeNaOHqueseneutralizanes:
32mLNaOH0,05M0,05molNaOH
103mLNaOH0,05M=1,6·10 3molNaOH
LaconcentracióndeladisolucióndeCHCl2‐COOHes:
CHCl COOH =2,064gCHCl COOH500mLdisolucion
1molCHCl COOH129,1gCHCl COOH
103mLdisolucion1Ldisolucion
=0,032M
ElnúmerodemolesdeCHCl COOHqueseneutralizanes:
50mLCHCl COOH0,032M0,032molCHCl COOH
103mLCHCl COOH0,032M=1,6·10 3mol
d) ElNaOH es una base fuerte que se encuentra completamente disociada en iones, por lotanto,[OH ]=[NaOH]=0,05M:
NaOH(aq)Na (aq)+OH (aq)
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 3
pOH=‐log 0,05 =1,3pH=141,3=12,7
1.3.Elnitrógeno formatresóxidos,en losque losporcentajesenmasadeoxígenoson36,35%,53,32% y 69,55%, respectivamente. Comprueba que se cumple la ley de las proporcionesmúltiples.
(C.Valenciana1998)
LaleydeDaltondelasproporcionesmúltiplesdiceque:
“lasmasas de un elemento que se combinan con unamasa fija de otro, para formardiferentescompuestos,estánenrelacióndenúmerosenterossencillos”.
Considerandounamasafijade,porejemplo28gdeN ,lasmasasdeO quesecombinanconestaencadaunodelostresóxidosA,ByCson:
ÓxidoA(36,35%O )
28gN 36,35gO63,65gN
=15,99gO
ÓxidoB(53,32%O )
28gN 53,32gO46,68gN
=31,98gO
ÓxidoC(69,55%O )
28gN 69,55gO30,45gN
=63,95gO
RelacionandoentresílasmasasdeO2seobtiene:
63,95gO (oxidoC)31,98gO (oxidoB)
=21
63,95gO (oxidoC)15,99gO (oxidoA)
=41
31,98gO (oxidoB)15,99gO (oxidoA)
=21
ValoresquedemuestranquesecumplelaleydeDaltondelasproporcionesmúltiples.
1.4.Contestaverdaderoofalsoalasafirmacionessiguientes,justificandolarespuesta.Enlareaccióndecombustión:
(g)+132
(g)
4 (g)+5 O(l)
secumpleque:a)Cuandosequema1moldebutanoseforman4molesde .b)Cuandosequema1moldebutanoquepesa58g/mol,seforman266gdeproductos.c)Cuando sequeman10Ldebutano en condicionesnormales se forman40Lde en lasmismascondiciones.d)Cuandosequeman5gdebutanoseforman20gde .
(C.Valenciana1999)
a)Verdadero.YaquelarelaciónestequiométricaexistenteentreC H yCO es1:4.
b)Verdadero.DeacuerdoconlaleydeconservacióndelamasadeLavoisier,lamasainicial(reactivos)suponiendoquelareacciónestotales:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 4
1molC H 58gC H1molC H
+6,5molO 32gO1molO
=266g
Valorquecoincideconlamasadelosproductosformados.
c)Verdadero.RelacionandoelvolumendeC H yeldeCO :
10LC H1molC H22,4LC H
4molCO1molC H
22,4LCO1molCO
=40LCO
d)Falso.RelacionandolamasadeC H yladeCO :
5gC H1molC H58gC H
4molCO1molC H
44gCO1molCO
=15,2gCO
1.5.Contestaverdaderoofalsoalasafirmacionessiguientes,justificandolarespuesta.a)TodoslospuntosdelateoríaatómicadeDaltonseaplicanenlaactualidad.b)LateoríaatómicadeDaltonnopuedeexplicarlaleydeconservacióndelamasa.c)LateoríaatómicadeDaltonnopuedeexplicarlaleydelosvolúmenesgaseososdeGay‐Lussac.d)Todos los elementosdel sistemaperiódico sonmonoatómicos comoHe,Li,…odiatómicoscomoO2,N2,…
(C.Valenciana1999)
a)Falso.YaqueeldescubrimientodelelectrónporpartedeJ.J.Thomsonacabólapropuestadequelosátomossonindivisibles.
Lademostraciónde la existenciade isótoposporpartedeAston acabó con lapropuestadetodoslosátomosdeunmismoelementosonidénticos.
La demostración de que algunos elementos formaban moléculas diatómicas por parte deCannizzaroacabóconlapropuestadequelosátomosdediferenteselementossecombinabanenproporcionessencillasparaformarmoléculas.
b)Falso.YaqueaunqueparaDaltontodosloselementosdebíansermonoatómicos,lamasaenunareacciónquímicasemanteníaconstanteindependientementedequeseequivocaraenlafórmulaquedebíantenerlasmoléculasdeloscompuestosresultantes.
c) Verdadero. Existía una contradicción entre la propuesta de moléculas gaseosasmonoatómicas deDalton y el resultado experimental obtenido por Gay‐Lussac. Sólo podíaexplicarselaleysiseaceptabaquelasmoléculasgaseosasdeelementoserandiatómicas.
d) Verdadero. Todos los elementos son monoatómicos excepto los siete capaces formarmoléculasdiatómicascomosonH ,N ,O ,F ,Cl ,Br eI ,quenoerancontempladosporlateoríadeDalton.
1.6.Enel fondodeunreactorsehaencontradounaescoriadesconocida.Analizados12,5gdeestepolvosehaencontradoqueconteníaun77,7%dehierroyun22,3%deoxígeno.¿Cuáleslafórmulaestequiométricadeestecompuesto?
(Galicia2000)
Secalculaelnúmerodemolesdeátomosdecadaelemento:
12,5gescoria77,7gFe
100gescoria1molFe55,85gFe
=1,39molFe
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 5
12,5gescoria22,3gO
100gescoria1molO16gO
=1,39molO
Relacionandoentresíelnúmerodemolesdecadaelementoseobtienelafórmulaempíricaosencilladelcompuesto:
1,39molFe1,39molO
=1molFemolO
Formulaempırica:FeO
1.7.UnamezcladeAgClyAgBrcontieneun21,28%deBr.a)¿CuáleselporcentajedeAgBrenlamezcla?b)¿CuáleselporcentajedeAgenlamezcla?
(Canarias2001)
a)LamasadeAgBrcontenidaen100gdemezclaes:
21,28gBr100gmezcla
1molBr79,9gBr
1molAgBr1molBr
187,8gAgBr1molAgBr
=0,5gAgBrgmezcla
50%AgBr
ElrestodelamezclaesAgCl,50%.
b)LamasadeAgprocedentedelAgBrcontenidaen100gdemezclaes:
50gAgBr100gmezcla
1molAgBr187,8gAgBr
1molAg1molAgBr
107,9gAg1molAg
=0,287gAg
gmezcla28,7%Ag
LamasadeAgprocedentedelAgClcontenidaen100gdemezclaes:
50gAgCl100gmezcla
1molAgCl143,4gAgCl
1molAg1molAgCl
107,9gAg1molAg
=0,376gAg
gmezcla37,6%Ag
Elporcentajetotaldeplataenlamezclaes:
28,7%Ag(procedentedelAgBr)+37,6%Ag(procedentedelAgCl)=66,3%Ag
1.8.Elanálisisdeunescapedeunproyectildeartilleríadela1ªGuerraMundialdalossiguientesresultados:hidrógeno=3,88%yarsénico=96,12%.¿Cuáleslafórmulaestequiométricadeestecompuesto?
(Galicia2001)
Tomando una base de cálculo de 100 g de compuesto, se calcula el número de moles deátomosdecadaelemento:
100gcompuesto3,88gH
100gcompuesto1molH1gH
=3,88molH
100gcompuesto96,12gAs
100gcompuesto1molAs74,9gAs
=1,28molAs
Relacionandoentresíelnúmerodemolesdecadaelemento,seobtienelafórmulaempíricaosencilladelcompuesto:
3,88molH1,28molAs
=3molHmolAs
formulaempırica:AsH3
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 6
1.9.Unamuestrade30,0gdeuncompuestoorgánico,formadoporC,HyO,sequemaenexcesodeoxígenoyseproducen66,0gdedióxidodecarbonoy21,6gdeagua.a)Calculeelnúmerodemoléculasdecadaunodeloscompuestosqueseforman.b)¿Cuáleslafórmulamoleculardelcompuesto,sisumasamoleculares100?
(Extremadura2001)
a)ElnúmerodemoléculasdeCO es:
66,0gCO 1molCO44gCO
6,022·1023moleculasCO
1molCO=9,0·1023moléculas
ElnúmerodemoléculasdeH Oes:
21,6gH O1molH O18gH O
6,022·1023moleculasH O
1molH O=7,2·1023moléculasH2O
b) Teniendo en cuenta que en la combustión del compuesto orgánico (X) todo el C setransformaenCO yelHenH2O,losmolesdeátomosenlamuestradelcompuestoXson:
66,0gCO 1molCO44gCO
1molC1molCO
=1,5molC
21,6gH O1molH O18gH O
2molH1molH O
=2,4molH
EloxígenocontenidoenelcompuestoXsecalculapordiferencia:
30gX– 1,5molC12gC1molC
+2,4molH1gH1molH
=9,6gO
9,6gO1molO16gO
=0,6molO
ParaobtenerlafórmulamolecularserelacionanlosmolesdeátomosdecadaelementoconlamasamolardelcompuestoX:
1,5molC30gX
100gX1molX
=5molCmolX
2,4molH30gX
100gX1molX
=8molHmolX
0,6molO30gX
100gX1molX
=2molOmolX
formulamolecular:C5H8O2
(Esteproblemaapareceresueltoenelapartadob)delproblemaO.Q.N.CiudadReal1997).
1.10.Cuandosecalientan2,451gde puroyseco,seliberan0,96gdeoxígenoyseobtienetambiénuncompuestosólido,MX,quepesa1,491g.Cuandoestaúltimacantidadsetrataconexceso de reacciona completamente y forma 2,87 g deAgX sólido. Calcula lasmasasatómicasdeMyX.
(Canarias2002)
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 7
LlamandoxalamasamolardelelementoXeyaladelelementoM.
RelacionandolascantidadesMXO yO:
2,451gMXO1molMXO
x+y+48 gMXO3molO
1molMXO16gO1molO
=0,96gO
RelacionandolascantidadesMXyAgX:
1,491gMX1molMXx+y gMX
1molX1molMX
1molAgX1molX
x+107,9 gAgX1molAgX
=2,87gAgX
Seobtienenlassiguientesecuaciones:
74,55=x+y
0,52 107,9+x =x+y
LasmasasmolaresdeloselementosXyMson,respectivamente:
x=35,45g· y=39,1g·
1.11.Cuandosequeman2,371gdecarbono,seforman8,688gdeunóxidodeesteelemento.Encondicionesnormales,1litroesteóxidopesa1,9768g.Encontrarsufórmula.
(Baleares2002)
Enprimerlugarsecalculalamasamolardelóxido:
M=1,9768gL·22,4
Lmol
=44,2gmol
Lacantidaddeoxígenoquecontienelamuestradeóxidoes:
8,688góxido–2,371gC=6,317gO
Paraobtenerlafórmulamoleculardelóxido:
2,371gC8,688goxido
1molC12gC
44,2goxido1moloxido
=1molC
moloxido
6,317gO8,688goxido
1molO16gO
44,2goxido1moloxido
=2molO
moloxido
Formulamolecular:CO2
Setratadeldióxidodecarbono,CO2.
1.12. Se introducen en un tubo graduado (eudiómetro) 20 de un hidrocarburo gaseosodesconocido, ,y50 deoxígeno.Despuésdelacombustiónylacondensacióndelvapordeaguaal volvera las condiciones iniciales quedaun residuo gaseosode 30 queal sertratadoconpotasacáusticasereducea10 .Determinelafórmuladelhidrocarburo.
(CastillayLeón2002)
Laecuaciónquímicaajustadacorrespondientealacombustióndelhidrocarburoes:
C H + x+y4O xCO +
y2H O
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 8
Alatravesar losgases fríosprocedentesde lacombustión(CO yO sobrante) ladisoluciónacuosadeKOHseproducelaabsorcióndelCO quedandoelO sonreaccionar.Portanto,silos30cm degasessereducena10cm ,quieredecirquelamezclacontenía20cm deCO y10cm deO sinreaccionar.
Considerandocomportamiento idealpara losgases, ydeacuerdocon la leydeAvogadro, larelaciónvolumétricacoincideconlarelaciónmolar:
20cm CO20cm hidrocarburo
1molCO
1molhidrocarburo
1molC1molhidrocarburo
ElvolumendeO consumidoporelcarbonodelhidrocarburoes:
20cm CO 1cm O1cm CO
=20cm O
Siseconsumen40cm deO y20cm sonconsumidosporelcarbono,los20cm restantesreaccionanconelhidrógeno:
20cm O20cm hidrocarburo
1molO
1molhidrocarburo2molH1molO
2molH
1molhidrocarburo
Larelaciónmolares:
2molH1molhidrocarburo
1molC1molhidrocarburo
=2molH1molC
2molH1molH
=4molH1molC
Formulamolecular:CH4
Elhidrocarburoencuestióneselmetano,CH4.
1.13.Indicaen1molde :a)Elnúmerototaldeátomos.b)Elnúmerototaldemoléculas‐fórmula.c)Elnúmerototaldeionesdivalentes.d)Elnúmerototaldeionestrivalentes.
(Dato.NúmerodeAvogadro,L=6,022·10 )(C.Valenciana2002)
a)Elnúmerototaldeátomoses:
1molFe O 5molesatomos1molFe O
Latomos
1molatomos=3,01·1024átomos
b)Elnúmerototaldemoléculas‐fórmulaes:
1molFe O Lmoleculas‐formula
1molFe O=6,02·1023moléculas‐fórmula
c)Elnúmerototaldeionesdivalenteses:
1molFe O 3molesO1molFe O
LionesO1molO
=1,81·1024ionesO2‐
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 9
d)Elnúmerototaldeionestrivalenteses:
1molFe O2molesFe1molFe O
LionesFe1molFe
=1,20·1024iones
1.14.Calculalafórmulaempíricadeuncompuestocuyacomposicióncentesimales:C=24,25%;H=4,05%yCl=71,7%.Sabiendoque3,1gdedichocompuestoenestadogaseosoa110°Cy744mmHgocupanunvolumende1L,calculalafórmulamolecular.¿Cuántosmolesymoléculasdelcompuestohabráenlos3,1g?
(Datos.ConstanteR=0,082atm·L· · ;NúmerodeAvogadro,L=6,022·10 )(Canarias2003)
Para evitar erroresde redondeo resultamásútil calcularprimero la fórmulamoleculardelcompuestoXapartirdesumasamolar.Suponiendoqueenestadogaseosoéstesecomportacomogasideal,pormediodelaecuacióndeestadoseobtienesumasamolar:
M=3,1g 0,082atm·L·mol 1·K 1 110+273 K
744mmHg·1L760mmHg
1atm=99,5g·mol 1
ParaobtenerlafórmulamoleculardelasustanciaX:
24,25gC100gX
1molC12gC
99,5gX1molX
=2molCmolX
4,05gH100gX
1molH1gH
99,5gX1molX
=4molHmolX
71,7gCl100gX
1molCl35,5gCl
99,5gX1molX
=2molClmolX
formulamolecular:
Deacuerdoconlamasamolarobtenida,elnúmeromolesymoléculasdelcompuestoC Cl H es:
3,1gC Cl H1molC Cl H99,5gC Cl H
=0,031mol
0,031molC Cl H6,022·10 moleculasC Cl H
1molC Cl H=1,9· moléculas
1.15. El análisis elemental de un determinado compuesto orgánico proporciona la siguienteinformaciónsobresucomposición:carbono30,45%;hidrógeno3,83%;cloro45,69%yoxígeno20,23%.Ladensidaddesuvapores5,48vecesladelaire,queesiguala1,29g/Lenc.n.¿Cuáleslafórmulamoleculardelcompuesto?
(Baleares2003)
Previamente,secalculalamasamolardelcompuesto.
d Xaire
d=densidadrelativaX=densidaddelcompuestoXaire=densidaddelaire
sustituyendo
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 10
X=5,48 1,29g·L1 =7,07g·L 1
Comoelvolumenmolardeungas;encondicionesnormales,es22,4L·mol 1:
M= 7,07g·L 1 22,4L·mol 1 =158,3g·mol 1
ParaobtenerlafórmulamoleculardelcompuestoorgánicoX:
30,45gC100gX
1molC12gC
158,3gX1molX
=4molCmolX
3,83gH100gX
1molH1gH
158,3gX1molX
=6molHmolX
45,69gCl100gX
1molCl35,5gCl
158,3gX1molX
=2molClmolX
20,23gO100gX
1molO16gO
158,3gX1molX
=2molOmolX
formulamolecular:C4H6Cl2O2
1.16.Unamuestrade1,5g·deuncompuestoorgánicoformadoporC,HyOsequemaenexcesode oxígeno produciéndose 2,997 g de y 1,227 g de . Si 0,438 g del compuesto, alvaporizarlo a 100°C y 750mmHg, ocupan 155mL, deducir la fórmula molecular de dichocompuesto.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Cádiz2003)
Para evitar erroresde redondeo resultamásútil calcularprimero la fórmulamoleculardelcompuestoXapartirdesumasamolar.Suponiendoqueenestadogaseosoéstesecomportacomogasideal,pormediodelaecuacióndeestadoseobtienesumasamolar:
M=0,438g 0,082atm·L·mol 1·K 1 100+273 K
750mmHg·155mL760mmHg
1atm10 mL1L
=87,6g·mol 1
ElCcontenidoenelcompuestoXsedeterminaenformadeCO .
2,997gCO1,5gX
1molCO44gCO
1molC1molCO
87,6gX1molX
=4molCmolX
ElHcontenidoenelcompuestoXsedeterminaenformadeH O:
1,227gH O1,5gX
1molH O18gH O
2molH1molH O
87,6gX1molX
=8molHmolX
ElOcontenidoenelcompuestoXsedeterminapordiferencia:
87,6gX 4molC12gC1molC 6molH
1gH1molH
1molXgO
1molO16gO
=2molOmolX
Lafórmulamolecularoverdaderaes .
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 11
1.17.Cuandosecalientaunhidratodesulfatodecobre,sufreunaseriedetransformaciones:Unamuestrade2,574gdeunhidrato"A"secalentóa140°Ctransformándoseen1,833gdeotrohidrato "B", que al ser calentada a 400°C se transformó en 1,647 g de sal anhidra. Ésta,calentadaa1000°Cproporcionó0,819gdeunóxidodecobre.Calculalasfórmulasdeloshidratos"A"y"B"ydelóxidodecobre.
(C.Valenciana2003)
Loshidratosestánconstituidosporlassiguientescantidades:
HidratoA1,647gsalanhidra
2,547 1,647 gH O=0,927gH O
HidratoB1,647gsalanhidra
1,833 1,647 gH O=0,186gH O
Enprimerlugar,hayquedeterminardequésulfatodecobresetrata.Ladeterminaciónpuedehacerseapartirlacantidaddeóxidodecobreobtenidoalfinaldelproceso:
0,819gCu O1molCu O
63,5x+16 gCu O1molCu SO1molCu O
63,5x+96 gCu SO1molCu SO
=1,647gCu SO
Seobtienex≈1.Setratadel .
ParaobtenerlafórmuladeloshidratosserelacionanlosmolesdeCuSO ydeH O:
0,186gH O1molH O18gH O
=1,03·10 molH O
1,647gCuSO1molCuSO159,5gCuSO
=1,03·10 molCuSO
1,03·10 molH O
1,03·10 molCuSO=1
LafórmuladelhidratoBes · .
0,927gH O1molH O18gH O
=5,15·10 molH O
1,647gCuSO1molCuSO159,5gCuSO
=1,03·10 molCuSO
5,15·10 molH O
1,03·10 molCuSO=5
LafórmuladelhidratoAes ·5 .
1.18.Cuandosellevaacabolacombustióncompletade2gdeciertohidrocarburo,seobtienen6,286gde y2,571gdevaporde .Sesabeque2gdecompuestoa20°Cy710mmHgocupanunvolumende0,9195L.Determinalafórmulamoleculardedichocompuesto.
(Datos.ConstanteR=0,082atm·L· · ;1atm=760mmHg)(Canarias2004)
Suponiendoqueenestadogaseosoelhidrocarburosecomportacomogasideal,pormediodelaecuacióndeestadoseobtienelamasamolar:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 12
M=2g 0,082atm·L·mol 1·K 1 20+273 K
710mmHg·0,9195L760mmHg
1atm=55,9g·mol–1
ElCcontenidoenelhidrocarburoXsedeterminaenformadeCO :
6,286gCO2gX
1molCO44gCO
1molC1molCO
55,9gX1molX
=4molCmolX
ElHcontenidoenelhidrocarburoXsedeterminaenformadeH O:
2,571gH O2gX
1molH O18gH O
2molH1molH O
55,9gX1molX
=8molHmolX
Lafórmulamolecularoverdaderaes .
1.19. El análisis elemental de una cierta sustancia orgánica indica que está compuestaúnicamenteporC,HyO.Aloxidarestasustanciaenpresenciadelcatalizadoradecuado,todoelcarbono se oxida a dióxido de carbono y todo el hidrógeno a agua. Cuando se realiza estaoxidacióncatalíticacon1gdecompuestoseobtienen0,978gdedióxidodecarbonoy0,200gdeagua.Yaqueelpesomoleculardeestasustanciaes90g/mol:a)Determinalafórmulamoleculardelcompuesto.b)Nombraelcompuestoorgánicodelquetrataelproblema.
(Baleares2004)
Paraobtenerlafórmulamoleculardelcompuestoorgánico(X):
ElCcontenidoenelcompuestoXsedeterminaenformadeCO :
0,978gCO 1gX
1molCO 44gCO
1molC1molCO
90gX1molX
=2molCmolX
ElHcontenidoenelcompuestoXsedeterminaenformadeH O:
0,200gH O1gX
1molH O18gH O
2molH1molH O
90gX1molX
=2molHmolX
ElOcontenidoenelcompuestoXsedeterminapordiferencia:
90gX 2molC12gC1molC 2molH
1gH1molH
1molXgO
1molO16gO
=4molOmolX
Lafórmulamolecularoverdaderaes .
Conesa fórmulamolecular,uncompuestocondosátomosdeCdebetener losátomosdeHunidos a sendos átomosdeO formandogrupos–OHy losdos restantesátomosdeoxígenodeben estar unidos a los átomosde carbonopor enlaces dobles formando grupos−C=O, esdecir,laúnicaposibilidadesqueelcompuestopresente,porlotanto,dosgruposcarboxilo.SetratadelácidoetanodioicouoxálicocuyafórmulasemidesarrolladaesCOOH−COOH.
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 13
1.20.Uncompuestoorgánicocontieneun51,613%deoxígeno,38,709%decarbonoy9,677%dehidrógeno.Calcula:a)Sufórmulaempírica.b)Si2g·de esta sustancia,ocupan0,9866La1atmdepresióny100°C, ¿cuál es su fórmulamolecular?
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Cádiz2004)
Para evitar erroresde redondeo resultamásútil calcularprimero la fórmulamoleculardelcompuesto X a partir de su masa molar y simplificando ésta obtener la fórmula empírica.Suponiendoqueenestadogaseosoestesecomportacomogasideal,pormediodelaecuacióndeestadoseobtienesumasamolar:
M 2g 0,082atm L mol 1 K 1 100+273 K
1atm 0,9866L 62,0g mol 1
Tomandocomobasedecálculo100gdecompuestoX:
38,709gC100gX
1molC12gC
62,0gX1molX
=2molCmolX
9,677gH100gX
1molH1gH
62,0gX1molX
=6molHmolX
51,613gO100gX
1molO16gO
62,0gX1molX
=2molOmolX
formulamolecular:C2H6O2
Simplificandolafórmulamolecularseobtienequelafórmulaempíricaosencillaes .
1.21. El 68,8% de una mezcla de bromuro de plata y sulfuro de plata es plata. Calcula lacomposicióndelamezcla.
(C.Valenciana2004)
Partiendode100gdemezclayllamandoxalosmolesdeAgBreyalosmolesdeAg Senlamezcla,sepuedenplantearlassiguientesecuaciones:
xmolAgBr187,8gAgBr1molAgBr
+ymolAg S247,8gAg S1molAg S
=100gmezcla
Lacantidaddeplatacontenidaenloscompuestosinicialeses:
xmolAgBr1molAg1molAgBr
+ymolAg S2molAg1molAg S
=68,8gAg1molAg107,9gAg
Resolviendoensistemaformadoporambasecuacionesseobtiene:
x=0,329molAgBr y=0,155molAg S
Lacomposicióndelamezclaexpresadacomoporcentajeenmasaes:
0,329molAgBr187,8gAgBr1molAgBr
100=61,7%AgBr
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 14
0,155molAg S247,8gAg S1molAg S
100=38,3%Ag2S
1.22.Determinaladensidaddelorometálico,sabiendoquecristalizaenunaredcúbicacentradaenlascarasyquesuradioatómicoes0,144nm.
(Datos.Masaatómicarelativadeloro=197;NúmerodeAvogadro,L=6,022·10 )(C.Valenciana2004)(C.Valenciana2007)
Comoseobservaenlafigura,unaredcúbicacentradaenlascarascontiene4átomos.Además,ladiagonaldeunacaradelcuboestá integradaporcuatroradiosatómicos.Apartirdeestevalorsepuedeobtenerlaaristadelcubod,yconella,elvolumendelmismo.
8atomos(vertices)8
+6atomos(caras)
2=4atomos
d2+d2=(4r)2
d=2√2r=2√2(0,144nm)1cm
107nm=4,07·108cm
V=d3=(4,07·108cm)3=6,757·1023cm3
Relacionandomasa,átomosyvolumenseobtieneladensidaddelmetal:
197gmol
1mol
Latomos4atomoscubo
1cubo
6,757·1023cm3=19,4g·cm3
1.23. Por combustión de 0,6240 g de un compuesto orgánico que sólo contiene C, H y O seobtienen0,2160gdeagua.Todoelcarbonocontenidoen0,4160gdeldichocompuestoorgánicosetransformóen1,2000gdecarbonatodecalcio.Elcompuestoorgánicoesunácidotriprótico(tricarboxílico),ysusalcontieneun61,22%deplata.Calculalasfórmulasempíricaymoleculardelcompuesto.
(C.Valenciana2004)
Teniendo en cuenta que por tratarse de un ácido tricarboxílico la sal correspondientecontendrá3molesdeplata(Ag3A),sepuedecalcular,enprimerlugar,lamasamolardelácido(H3A):
3molAg1molAg3A
107,9gAg1molAg
1molAg3AMgAg3A
=61,22gAg100gAg3A
Seobtiene,M=528,7g/molAg3A.
Lamasamolardelácido(H3A)seobtienereemplazandolaplatadelasalporhidrógeno:
528,7gAg3A 3molAg107,9gAg1molAg
+ 3molH1gH1molH
=208g
ElCsedeterminaenformadeCaCO3.
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 15
1,2000gCaCO30,4160gH3A
1molCaCO3100gCaCO3
1molC
1molCaCO3208gH3A1molH3A
=6molCmolH3A
ElHsedeterminaenformadeH2O.
0,2160gH2O0,6240gH3A
1molH2O18gH2O
2molH1molH2O
208gH3A1molH3A
=8molHmolH3A
ElOsedeterminapordiferencia.
208gH3A 6molC12gC1molC 8molH
1gH1molH
1molH3AgO
1molO16gO
=8molOmolH3A
LafórmulamolecularoverdaderaesC6H8O8.
Simplificando,seobtienequelafórmulaempíricaosencillaes .
1.24.Lacombustiónde5,60gdeuncicloalcanopermiteobtener17,6gdedióxidodecarbono.Sesabe que la densidad del compuesto es 2,86 g· a 1 atm y 25°C. Determina la fórmulamoleculardedichocompuesto.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Canarias2005)
Para evitar erroresde redondeo resultamásútil calcularprimero la fórmulamoleculardelcicloalcano.Suponiendoqueenestadogaseosoestesecomportacomogasideal,pormediodelaecuacióndeestadoseobtienelamasamolar:
M=2,86g·L 1 0,082atm·L·mol 1·K 1 25+273 K
1atm=69,9g·mol 1
ElCcontenidoenelcicloalcanosedeterminaenformadeCO :
17,6gCO5,60gcicloalcano
1molCO44gCO
1molC1molCO
69,9gcicloalcano1molcicloalcano
=5molC
molcicloalcano
Comoloscicloalcanossonhidrocarburoscíclicossaturados,elrestodelcontenidodelmismoeshidrógenoysedeterminapordiferencia:
69,9gcicloalcano 5molC12gC1molC gH
1molcicloalcano1molH1gH
=10molH
molcicloalcano
LafórmulamolecularoverdaderadelcicloalcanoesC5H10.
1.25.Enunmatrazde0,5litrossecolocaunaláminadehierroquepesa0,279gysellenaconoxígenoa lapresiónde1,8atmy300K.Tras la reacciónpara formarunóxidodehierro, lapresiónenelinteriordelmatrazresultaser1,616atm.Calcule:a)Gramosdeóxidodehierroquesehanformado.b)Fórmuladedichoóxido.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Murcia2005)
LaecuaciónquímicacorrespondientealareacciónentreFeyO es:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 16
2xFe(s)+yO (g)2Fe O (s)
AlserelO elúnicogaspresenteenelmatraz, ladiferenciaentrelapresióninicialylafinalproporciona la cantidad de O reaccionado. Aplicando la ecuación de estado de los gasesideales:
n=1,8 1,616 atm 0,082atm·L·mol 1·K 1 300K
0,5L=3,7·10 molO
Losgramosdeóxidoformadoseobtienenapartirdelascantidadesreaccionadas:
0,279gFe+3,7·10 molO32gO1molO
=0,397g
Secalculaelnúmerodemolesdeátomosdecadaunodeloselementos:
0,279gFe1molFe55,8gFe
=5,0·10 molFe
3,7·10 molO2molO1molO
=7,4·10 molO
Larelaciónmolarentreamboselementoses:
7,4·10 molO
5,0·10 molFe=1,5
molOmolFe
=3molO2molFe
LaformuladeloxidoesFe2O3
1.26. La espinaca tiene un alto contenido en hierro (2mg/porción de 90 g de espinaca) ytambiénes fuentede ionoxalato ( )que secombinacon los ioneshierropara formareloxalatodehierro,sustanciaque impidequeelorganismoabsorbaelhierro.Elanálisisdeunamuestra de 0,109 g de oxalato de hierro indica que contiene 38,82% de hierro. ¿Cuál es lafórmulaempíricadeestecompuesto?
(Baleares2005)
Paraobtenerlafórmulasecalculaelnúmerodemolesdecadaunadelasespecies:
0,109gmuestra38,82gFe
100gmuestra1molFe55,8gFe
=7,6·10 molFe
Elrestohasta100%correspondealcontenidodeoxalato:
0,109gmuestra61,18gC O100gmuestra
1molC O
88gC O=7,6·10 molC O
Relacionandoentresíambascantidades:
7,6·10 molFe
7,6·10 molC O=1
molFe
molC Oformulaempırica:FeC2O4
1.27. La hemoglobina de los glóbulos rojos de la mayoría de los mamíferos contieneaproximadamente 0,33% de hierro en peso. Simediante técnicas físicas se obtiene un pesomolecularde68000,¿cuántosátomoshierrohayencadamoléculadehemoglobina?
(Galicia2005)
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 17
Relacionandoelhierroconlahemoglobina(hemo):
0,33gFe100ghemo
1molFe55,8gFe
68000ghemo1molhemo
=4molFe
molhemo4
átomosFemoléculahemo
1.28.Deuncompuestoorgánicogaseososesabeque1gdelmismoocupaunvolumende1La200°Cy0,44atm.Lacombustiónde10gdedichocompuestodalugara0,455molesde y0,455molesde .SidichocompuestoestáconstituidoporC,HyO,sepide:a)Obtenersusfórmulasempíricaymolecular.b) Escribir las fórmulas de todos los isómeros posibles que se corresponden con la fórmulamolecularobtenida.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Canarias2006)
a)Paraevitarerroresderedondeoresultamásútilcalcularprimerolafórmulamoleculardelcompuesto X y, simplificando ésta, obtener la fórmula empírica. Suponiendo que en estadogaseosoéste se comporta comogas ideal,pormediode laecuaciónde estado seobtiene lamasamolar:
M=1g 0,082atm·L·mol 1·K 1 200+273 K
0,44atm·1L=88,2g·mol 1
ElCcontenidoenelcompuestoXsedeterminaenformadeCO :
0,455molCO 10gX
1molC1molCO
88,2gX1molX
=4molCmolX
ElHcontenidoenelcompuestoXsedeterminaenformadeH O:
0,455molH O10gX
2molH1molH O
88,2gX1molX
=8molHmolX
ElOcontenidoenelcompuestoXsedeterminapordiferencia:
88,2gX 4molC12gC1molC 8molH
1gH1molH
1molXgO
1molO16gO
=2molOmolX
La fórmula molecular o verdadera es C4H8O2 y simplificándola, se obtiene su fórmulaempíricaosencilla .
Alavistadelafórmulamolecularycomparándolaconladelhidrocarburosaturadodecuatrocarbonos,C4H10,sededucequeelcompuestodebepresentaruna insaturación,portanto,sicontiene dos átomos de oxígeno los compuestos posibles,más corrientes, deben ser ácidoscarboxílicosyésteres:
– – –COOH ácidobutanoico
–CH –COOH ácidometilpropanoico
– –COO– propanoatodemetilo
–COO– – acetatodeetilo
H–COO– – – formiatodepropilo
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 18
H–COO–C formiatodeisopropilo
1.29.Unamezclade2,6482gde y sesometióadiferentesoperacionesquedieronlugara2,248gde .Calculalacomposicióndelamezclainicial.Datos.Masasmolecularesrelativas: =181,88; =82,94; =149,88.
(C.Valenciana2005)
LlamandoxeyalosmolesdeV O yVO ,respectivamente,presentesenlamezclasepuedenplantearlassiguientesecuaciones:
xmolV O181,88gV O1molV O
+ymolVO 82,94gVO1molVO
=2,6482gmezcla
LascantidadesdeV O obtenidasapartirdelasmasasinicialesdelosóxidosson:
xmolV O2molV
1molV O1molV O2molV
149,88gV O1molV O
=149,88xgV O
ymolVO 1molV1molVO
1molV O2molV
149,88gV O1molV O
=74,94ygV O
Apartirdelosvaloresanterioressepuedeplantearlasiguienteecuación:
149,88x+74,94y gV O =2,248gV O
Resolviendoelsistemaformadoporambasecuacionesseobtiene:
x=y=0,01mol
Lasmasasdeóxidosdelamezclainicialson:
0,01molV O 181,88gV O1molV O
=1,8188gV O
0,01molVO 82,94gVO1molVO
=0,8294gVO
Lacomposicióndelamezclaexpresadacomoporcentajeenmasaes:
1,8188gV O2,6482gmezcla
100=68,68% 0,8294gVO2
2,6482gmezcla100=31,32%
1.30.DeSainte‐Marie‐aux‐Mines, localidad francesa,situadaen laregióndeAlsacia, juntoa lafronteraalemana,famosaporsusyacimientosmineros,ricosenmineralesdecobreyplata,sehaextraídounmineralargentíferoquecontieneun12,46%declorurodeplata,delqueseobtieneeste metal con un rendimiento en el proceso metalúrgico del 90,4%. La plata obtenida setransformaenunaaleacióndeplatacuyaleyesde916gdeAg/1000gdealeación.Calcularlacantidaddealeaciónquepodráobtenerseapartirde2750kgdemineral.
(Murcia2006)
LamasadeAgClcontenidaenelminerales:
2750kgmineral103gmineral1kgmineral
12,46gAgCl100gmineral
=3,43·105gAgCl
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 19
LamasadeAgquesepuedeextraerdelAgCles:
3,43·105gAgCl1molAgCl143,4gAgCl
1molAg1molAgCl
107,9gAg1molAg
=2,58·105gAg
LamasadeAgteniendoencuentaelrendimientoes:
2,58·105gAg90,4gAg(reales)100gAg(teoricos)
=2,33·105gAg
LamasadealeaciónquesepuedefabricarconlaAgobtenidaes:
2,33·105gAg1000galeacion
916gAg1kgaleacion1000galeacion
=254,4kgaleación
1.31.CiertocompuestoorgánicosólocontieneC,HyO,ycuandoseproducelacombustiónde10gdelmismo,seobtienen8,18gdeaguay11,4Ldedióxidodecarbonomedidosalapresiónde740mmHgy25°C.Ademássesabeque9,2gdedichocompuestoocupanunvolumende14911mLmedidosalapresiónde250mmHgy300°C.a)Determinalasfórmulasempíricaymoleculardeestecompuesto.b)Formulaynombradoscompuestosorgánicoscompatiblesconlafórmulamolecularobtenida.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(PreselecciónC.Valenciana2006)
a)Paraevitarerroresderedondeoresultamásútilcalcularprimerolafórmulamoleculardelcompuesto X y simplificando esta obtener la fórmula empírica. Suponiendo que en estadogaseosoexistecomportamientoideal,pormediodelaecuacióndeestadoseobtienelamasamolar:
M=9,2g 0,082atm·L·mol 1·K 1 300+273 K
250mmHg·14911mL760mmHg1atm
10 mL1L
=88,1g·mol1
ElCcontenidoenelcompuestoXsedeterminaenformadeCO .
Considerandocomportamientoideal,elnúmerodemolesdeCO es:
n=740mmHg·11,4L
0,082atm·L·mol 1·K 1 25+273 K
1atm760mmHg
=0,454molCO
0,454molCO 10gX
1molC1molCO
88,1gX1molX
=4molCmolX
ElHcontenidoenelcompuestoXsedeterminaenformadeH O:
8,18gH O10gX
1molH O18gH O
2molH1molH O
88,1gX1molX
=8molHmolX
ElOcontenidoenelcompuestoXsedeterminapordiferencia:
88,1gX 4molC12gC1molC 8molH
1gH1molH
1molXgO
1molO16gO
=2molOmolX
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 20
La fórmula molecular o verdadera es C4H8O2 y simplificándola, se obtiene su fórmulaempíricaosencilla .
b)Loscompuestosconesa fórmulamolecularpresentanuna insaturación(dobleenlace)yaque,elhidrocarburosaturadodecuatrocarbonostendríaporfórmulamolecularC4H10.Podríatratarse,entreotros,deunácidocarboxílicoobiendeunéster,por loquedoscompuestoscompatiblesconesafórmulapodríanser:
– – –COOHácidobutanoico
–COO– – acetatodeetilo
1.32.Calculacuántoaumentará lamasade3,5gde siseconviertecompletamenteen·10 .
(C.Valenciana2006)(O.Q.N.Castellón2008)
Relacionandosustanciaanhidraconsustanciahidratada:
3,5gNa SO1molNa SO142gNa SO
1molNa SO ·10H O
1molNa SO=0,025molNa SO ·10H O
0,025molNa SO ·10H O322gNa SO ·10H O1molNa SO ·10H O
=8,0gNa SO ·10H O
Elaumentodemasaqueseregistraes:
Δm= 8,0gNa SO ·10H O 3,5gNa SO =4,5g
1.33.Lasproteínasseencargandelaformaciónymantenimientodelamaquinariaestructuralycatalíticade lacélulaviva.Siseconsumenmásproteínasde lasnecesarias, losaminoácidosenexceso experimentan la desaminación (pierden los grupos amino), los residuos libres denitrógenoseutilizanparacompletarlosdepósitosdegrasasehidratosdecarbonoyelnitrógenoseelimina,atravésdelaorina,enformadeamoníaco,ureayácidoúrico.Enestasoperacioneselhígadodesarrollaunpapelfundamental.La mayoría de los animales acuáticos, incluyendo muchos peces, pero no todos, excretansimplemente amoníaco, sin transformarlo. En los anfibios y en los mamíferos encontramospreferentementeurea,yenlosreptilesyaves,ácidoúrico.Suponiendoqueenun servivo seproduce ladesaminaciónde2gdiariosdeácidoglutámico( )yqueel5%delnitrógenototalsetransformaenamoníaco( ),el60%enurea( ) y el 5% en ácido úrico ( ). Calcula la cantidad máxima de estos trescomponentes,expresadaenmg,presenteenlaorinadiaria.
(C.Valenciana2006)
Lamasadenitrógenocontenidaenlos2gdeácidoglutámico(C5H9NO4)es:
2gC5H9NO41molC5H9NO4147gC5H9NO4
1molN
1molC5H9NO4103mmolN1molN
=13,6mmolN
Siel5%delnitrógenototalseconvierteenamoníaco(NH3):
13,6mmolN5mmolN(transf)100mmolN(total)
1mmolNH31mmolN
17mgNH31mmolNH3
=12mgNH3
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 21
Siel60%delnitrógenototalseconvierteenurea(CH4N2O)
13,6mmolN60mmolN(transf)100mmolN(total)
1mmolCH4N2O
2mmolN60mgCH4N2O1mmolCH4N2O
=245mgCH4N2O
Siel5%delnitrógenototalseconvierteenácidoúrico(C5H4N4O3):
13,6mmolN5mmolN(transf)100mmolN(total)
1mmolC5H4N4O3
4mmolN168mgC5H4N4O31mmolC5H4N4O3
=29mgC5H4N4O3
1.34.El volumenmolar ( /mol) de la plata sólida es 10,3. Sabiendo que sólo un 74% delvolumentotaldeuntrozodeplatametálicaestáocupadoporátomosdeplata(suponiendoqueelrestoesespaciovacíoquequedaentrelosátomos),calculaelradiodeunátomodeplata.
(Datos.1Å=10 m; =4/3 ;L=6,022·10 )(Canarias2007)
Apartirdelvolumenmolarsepuedeobtenerelvolumenqueocupaunátomodeplata:
10cm3
mol
1mol
6,022·1023atomos=1,71·10
cm3
atomo
Comolosátomosdeplatasoloaprovechanel74%delespaciodelaredcristalina,elvolumenefectivoqueocupaunátomodeplataes:
1,71·10cm3
atomo74cm3(efectivos)
100cm3(totales)=1,27·10
cm3
atomo
Siseconsideraquelosátomosdeplatasonesféricos,elradiodelosmismoses:
R=3V4
3
=3 1,27·10 cm3
4
3
=1,45 10 cm1m
100cm
1Å
10 m=1,45Å
1.35.Lacombustióncompletade3gdeunalcoholproduce7,135gde y3,65gde .Sesabequedichoalcoholposeeunátomodecarbonoasimétrico(carbonoquiral)yqueenestadogaseoso3gdelmismoocupan1,075La25°Cy700mmdeHg.Determinarsufórmulamolecularysufórmulaestructural.
(Datos.ConstanteR=0,082atm·L· · ;1atm=760mmHg)(Canarias2007)
Suponiendo que en estado gaseoso el alcohol se comporta como gas ideal, pormediode laecuacióndeestadoseobtienelamasamolar:
M=3g 0,082atm·L·mol 1·K 1 25+273 K
700mmHg·1,075L760mmHg1atm
=74g·mol 1
ElCcontenidoenelalcoholROHsedeterminaenformadeCO :
7,135gCO 3gROH
1molCO44gCO
1molC1molCO
74gROH1molROH
=4molCmolROH
ElHcontenidoenelalcoholROHsedeterminaenformadeH O:
Proble
ElO
Lafór
Alavcualefórmu
1.36.condia)Cab)Indc)Jus
Lafórsepro
Porlo
Tenievolumceton
Relac
Seob
Setra
emasyCuestion
3,65gH O3gROH
Ocontenido
74gX 4
rmulamolec
vistadelafóes es un carulasecorres
Al quemaricionesnormlculeelpesodiquecuálesstifiquesitien
rmulaempíoducesiemp
CnH2nO+O
oque,1mol
endo en cuemendeCO na:
CnH2nO=1
cionandoCO
2,7LCO12
btienen=4,
atadelabut
nesdelasOlim
1molH O18gH O
enelalcoho
4molC12g1mo1m
cularoverda
órmulamolerbono asimspondecon
r completammalesde .moleculardssufórmulaneisómeros
ricadeunapreCO yH
O nCO
deCnH2nOp
enta que 1producido
12·n+2·n+
O conlaceto
1molCO22,4LCO
1
portantoel
tanonacuya
mpiadasdeQuí
2molH1molH O
olROHsedet
gColC 10m
molROH
aderaesC4H
ecular,setrétrico, es del2‐butano
mente 2,16 g.delacetona.desarrolladayencasoafi
cetonasatuO,deacuer
O +nH O
producenm
mol de gasseráden·2
16=(14·n+
ona:
molCnH2nOnmolCO
pesomolec
afórmulaes
mica.Volumen
74gROH1molROH
terminapor
molH1gH1mol
H10 .
ratadeunaldecir, que tiol,cuyafórm
g de una c
aynómbrelafirmativo,for
uradaesCnHdoconlare
molesdeCO
en condicio2,4L.Consi
+16)g/mol
O14n+161molC
culardelace
–CO–
n7.(S.Menargu
H=10
molmolR
rdiferencia:
HlH gO
1m16
lcoholsaturiene cuatromualestructu
cetona satu
a.rmúlelosynó
H2nO.Alqueacción:
.
ones normaiderando,ad
gCnH2nOCnH2nO
=
etonaesM=
– .
ues&F.Latre)
HROH
molOgO
=1m
mo
radode4casustituyenturales:
rada se ob
ómbrelos.
maruncom
ales ocupa 2demás lama
2,16gCnH2
=14·4+16=
molOolROH
arbonos,unotes diferent
tiene 2,7 li
(Gali
mpuestocarb
22,4 L, entoasamolecula
2nO
=72
22
odelostes. Esa
itros en
icia2007)
bonílico
onces elarde la
Proble
Notieques
1.37.químiPCBcmolar(g)ma)Cab)Escc)Cald)Dib
a‐b)PdelAr
ElC
ElH
ElC
36
La fóconti
Simpl
c)Elp
d)La
emasyCuestion
eneisómeroon:
Enuntiempica,perosecontienensorde360,88gmientrasquelculacuántocribelafórmlculaelporcbujalaestru
Paraevitarroclorysim
Ccontenidoe
2,2240g1,5200gAr
Hcontenido
0,2530g2,5300gAr
Clcontenido
60,88gAroc
órmulamoleene6átomo
lificandolaa
porcentajed
6molCl1molAroc
estructuram
nesdelasOlim
osdecadena
– –
but
po, losbifeniencontróquolamentecarg· .Lalacombustióosátomosdemulaempíriccentajeenpeucturamolec
erroresdermplificandoe
enelAroclor
COroclor
1m44
enelAroclo
H Oroclor
1m18
enelAroclo
clor 12m
1m
ecular o verosdecloro.
anterior,se
decloroene
lclor
35,5gC1molC
moleculard
mpiadasdeQuí
a,nideposi
– –CHO
tanal
ilospoliclorauerepresentrbono,hidrógcombustiónónde2,5300eclorocontieadelcompuesodecloroqculardelcom
redondeoreestaobtener
rsedetermi
olCOgCO
1m1mo
orsedeterm
olH OgH O
2m1m
orsedeterm
molC12gC1molC
molAroclor
rdadera es C.
obtieneque
elAroclor‐12
ClCl1molA
360,88gA
elcompuest
mica.Volumen
ición,niópt
ados(PCB) ftabanunriesgenoycloronde1,5200g0gproduce0eneunamoléesto.quecontienempuesto.
esultamásúlafórmulae
inaenforma
molColCO
360,1m
inaenforma
molHmolH O
3601
minapordife
CC 4mol
C12H4O6, po
elafórmulae
254es:
roclorAroclor
100
topodríaser
2,2’,4
n7.(S.Menargu
icos,perosí
–
2‐meti
fueronamplsgopara lao.ElAroclorgdeAroclor0,2530gdeéculadeAro
eelcompuest
útilcalcularempírica.
adeCO .
88gAroclormolAroclor
adeH O.
0,88gAroclomolAroclor
erencia.
H1gH1molH
or lo que ca
empíricaos
0=59%Cl
r:
alaquecor
4,4’,5,5’‐hexa
ues&F.Latre)
ítiene2isó
–CHO
lpropanal
liamenteusasaludyelmr‐1254esun‐1254produ
.clor‐1254.
to.
(Preselecc
primero la
r=12
mmolA
orr
=4mo
molA
gCl1molC35,5g
adamolécul
sencillaes C
rrespondeel
acloro‐1,1’‐b
ómerosdef
O
adosen la inmedioambiePCBconunuce2,2240g
ciónC.Valencia
fórmulamo
molCAroclor
olHAroclor
ClCl=6
momolA
la de Aroclo
C6H2O3 .
lnombre
bifenilo(PCB
23
función
ndustriante.Losnamasade
ana2007)
olecular
olClAroclor
or‐1254
B)
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 24
1.38.Uncompuestoorgánicoestáconstituidoporcarbono,hidrógenoyoxígeno.Sisequemantotalmente2,9gdedichocompuestoseobtienen6,6gde y2,7gde .Sepide:a)Hallar la fórmula empírica ymolecular del compuesto sabiendo que los 2,9 g ocupan unvolumende1,2La1atmy25°C.b) Indica y nombra cuatro posibles fórmulas estructurales que correspondan al compuestodesconocido.c)Sabiendoquelaoxidacióndelcompuestodesconocidodaunácidocarboxílicoyporreduccióndaundeterminadoalcohol,determinacuálesdichocompuesto.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Canarias2008)
a)Paraevitarerroresderedondeoresultamásútilcalcularprimerolafórmulamoleculardelcompuesto X y simplificando esta obtener la fórmula empírica. Suponiendo que en estadogaseosoexistecomportamientoideal,pormediodelaecuacióndeestadoseobtienelamasamolar:
M 2,9g 0,082atm L mol1 K1 25 273 K
1atm 1,2L 59,1g mol1
ElCcontenidoenelcompuestoXsedeterminaenformadeCO .
6,6gCO 2,9gX
1molCO44gCO
1molC1molCO
59,1gX1molX
=3molCmolX
ElHcontenidoenelcompuestoXsedeterminaenformadeH O:
2,7gH O2,9gX
1molH O18gH O
2molH1molH O
59,1gX1molX
=6molHmolX
ElOcontenidoenelcompuestoXsedeterminapordiferencia:
59,1gX 3molC12gC1molC 6molH
1gH1molH
1molXgO
1molO16gO
=1molOmolX
La fórmula molecular o verdadera es C3H6 . Como no se puede simplificar, la fórmulaempíricaeslamisma.
b) De acuerdo con la fórmula general de los hidrocarburos saturados, CnH2n+2, la fórmulageneraldelosalcoholessaturadosseráCnH2n+2O,yaqueunátomodeHsesustituyeporungrupoOH.Paran=3, la fórmuladeberíaserC3H8O,comoseobservaunadiferenciadedosátomosdeHentre lafórmulamolecularobtenidayladelalcoholsaturado,quieredecirqueexisteundobleenlaceenlaestructura,luegocompuestosposiblespodríanser,entreotros,deun aldehído o de una cetona, de un alcohol o de un éter insaturados. Las fórmulasestructuralesdecuatrocompuestoscompatiblesconesafórmulason:
Propanalopropionaldehído
Acetonaopropanona
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 25
1‐Propen‐1‐ol
Metoxieteno
c)Comopor reduccióndel compuestoX seobtieneun alcohol, el compuestoXdebe serunaldehídoounacetona;perosialoxidarloseobtieneunácidocarboxílicodebetratarsedeunaldehído,yaquelafunciónoxigenadadebeencontraseenunátomodecarbonoprimario.Porlotanto:
CompuestoXPropanal
AlcoholprocedentedelareduccióndeX1‐Propanol
ÁcidoprocedentedelaoxidacióndeXPropanoico
1.39.Elmentolesunalcoholsecundariosaturado,queseencuentraenlosaceitesdementa;seemplea en medicina y en algunos cigarrillos porque posee un efecto refrescante sobre lasmucosas.Unamuestrade100,5mgsequemaproduciendo282,9mgde y115,9mgde ;enunexperimentodistinto sehadeterminadoelpesomoleculardelmentol resultando serde156g.¿Cuáleslafórmulamoleculardelmentol?
(Murcia2008)
ElCcontenidoenelmentolsedeterminaenformadeCO :
282,9mgCO 100,5mgmentol
1mmolCO 44mgCO
1mmolC1mmolCO
156mgmentol1mmolmentol
=10mmolC
mmolmentol
ElHcontenidoenelmentolsedeterminaenformadeH O:
115,9mgH O100,5mgmentol
1mmolH O18mgH O
2mmolH1mmolH O
156mgmentol1mmolmentol
=20mmolH
mmolmentol
ElOcontenidoenelmentolsedeterminapordiferencia:
156mgmentol 10mmolC12mgC1mmolC 20mmolH
1mgH1mmolH
1mmolmentol=
16mgOmmolmentol
16mgOmmolmentol
1mmolO16mgO
=1mmolO
mmolmentol
LafórmulamolecularoverdaderadelmentolesC10H20 .
1.40.Lacombustiónde0,216gdeuncompuestoformadoporC,HyOproduce0,412gde y0,253gde .a)Obténlafórmulaempíricadeestecompuesto.b)Escribelafórmulaestructural,ysucorrespondientenombrequímico,dedosposiblesisómerosdelcompuesto.c)Indica,encadaunodelosisómeros,lahibridacióndelosorbitalesdelosátomosdeCyO.d)Escribelaecuacióndecombustióndelcompuesto.
(Galicia2008)
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 26
a)ElCcontenidoenelcompuestoXsedeterminaenformadeCO :
0,412gCO1molCO44gCO
1molC1molCO
=9,36·103molC
ElHcontenidoenelcompuestoXsedeterminaenformadeH2O:
0,253gH O1molH O18gH O
2molH1molH O
=2,81·102molH
ElOcontenidoenelcompuestosedeterminapordiferencia:
0,216gX 9,36·103molC12gC1molC
2,81·102molH1gH1molH
=0,076gO
0,076gO1molO16gO
=4,72·103molO
Relacionandotodaslascantidadesconlamenorseobtienelafórmulaempírica:
9,36·103molC
4,72·103molO=2
molCmolO
2,81·102molH
4,72·103molO=6
molHmolO
formulaempırica:C2H6O
b)Lafórmulaestructuraldedosisómeroses:
Alcoholetílicooetanol Dimetiléterometoximetano
c) En los dos isómeros los átomosdeC yOparticipan en enlaces sencillos, por lo tanto, elmodelodehibridaciónquepermiteexplicarlaspropiedadesdeamboscompuestostendráqueser:hibridación ,entodosloscasos.
C
C
OC
O
C
H
H
H
H
H
H
H
H
H
HH
Hsp3
sp3
sp3sp3
sp3
sp3
d)Laecuaciónquímicacorrespondientealareaccióndecombustióndelcompuestoes:
C2H6 (l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2 (l)
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 27
1.41. El laboratorio de control de calidad de cierta industria química efectúa análisis demateriasprimasqueseutilizanenlafabricacióndesusproductos.AlanalizarciertocompuestoorgánicoquesólocontieneCeH,sedeterminóqueenlacombustióndeunamuestrade0,6543gseproducían2,130gdedióxidodecarbonoy0,6538gdeagua.Ademássesabeque0,540gdedichocompuestoocupanunvolumende299,9mLmedidosa lapresiónde640mmHgy35°C.Determinalasfórmulasempíricaymoleculardeestecompuesto.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(PreselecciónC.Valenciana2008)
Para evitar erroresde redondeo resultamásútil calcularprimero la fórmulamoleculardelcompuesto X y simplificando esta obtener la fórmula empírica. Considerando que este secomportadeformaidealsepuedecalcularlamasamolardelmismo:
M=0,540g 0,082atm·L·mol 1·K 1 35+273
640mmHg·299,9mL760mmHg1atm
103mL1L
=54g·mol1
ElCcontenidoenelcompuestoXsedeterminaenformadeCO .
2,130gCO 0,6543gX
1molCO 44gCO
1molC1molCO
54gX1molX
=4molCmolX
ElHcontenidoenelcompuestoXsedeterminaenformadeH O.
0,6538gH O0,6543gX
1molH O18gH O
2molH1molH O
54gX1molX
=6molHmolX
La fórmula molecular del compuesto X es C4H6. Simplificándola, se obtiene la fórmulaempírica, C2H3 .
1.42.Unaarcilla típicadeMoróutilizadaen la fabricacióndebaldosasdepasta roja tiene lasiguientecomposición:
Sustancia Otras%enpeso68,219,27,74,9
Calculael%enpesodeSi,AlyFequecontienelaarcilla.(C.Valenciana2008)
Tomandocomobasedecálculo100gdearcilla,losporcentajesdecadaunodeloselementosseleccionadosson:
68,2gSiO100garcilla
1molSiO60gSiO
1molSi1molSiO
28gSi1molSi
100=31,8%Si
19,2gAl O100garcilla
1molAl O102gAl O
2molAl
1molAl O27gAl1molAl
100=10,2%Al
7,7gFe O100garcilla
1molFe O159,8gFe O
2molFe
1molFe O55,9gFe1molFe
100=5,4%Fe
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 28
1.43.Siseempleancubiertosdeplata,nosedebencomerconelloshuevosrevueltosopasadosporagua,porquelonormalesqueseennegrezcan,alformarsesulfurodeplata,porreaccióndeaquellaconelazufredelosaminoácidoscaracterísticosdelasproteínasdelhuevo.Allimpiarlos,sevaelsulfurodeplata,yconello,aunquenolocreas,variosmillonesdeátomosdeplata.Siuntenedorde80gramosdepeso,conunporcentajedeplatadel85%,despuésdeunabuenadietaabasehuevos,hacombinadoel0,5%desuplataenformadesulfuro.Calcule:a)Elnúmeroaproximadodeátomosdeplataqueseperderánenlalimpiezadeltenedor.b) Si la plata en orfebrería tiene un precio aproximado de 10 € por gramo, ¿qué coste, sinconsiderarlosdetergentesempleados,supondráesalimpieza?
(Murcia2009)
a)Lamasadeplataquepierdeeltenedores:
80gtenedor85gAg
100gtenedor0,5gAg(combinada)100gAg(total)
=0,34gAg
Elnúmerodeátomosdeplataes:
0,34gAg1molAg107,9gAg
6,022·1023atomosAg
1molAg=1,9·1021átomosAg
b)Elcosteenplatadellavadodeltenedores:
0,34gAg10€1gAg
=3,4€
1.44.UnamezcladeNaBry contieneun29,96%deNaenmasa.Calcula:a)Elporcentajeenmasadecadacompuestoenlamezcla.b)Elporcentajeenmasadesodiodecadacompuesto.
(Córdoba2009)
a)Paradeterminarlacomposicióndelamezclaseplanteanlassiguientesecuaciones:
xgNaBr+ygNa SO =100gmezcla
xgNaBr1molNaBr102,9gNaBr
1molNa1molNaBr
+
+ygNa SO1molNa SO132gNa SO
2molNa
1molNa SO=29,96gNa
1molNa23gNa
Comosepartede100gdemezclaelresultadoproporcionalacomposiciónexpresadacomoporcentajeenmasa:
x=39,1%NaBry=60,9%
b)ElporcentajedeNacadacompuestoes:
1molNa1molAgBr
23gNa1molNa
1molNaBr102,9gNaBr
100=22,4%Na
2molNa1molNa SO
23gNa1molNa
1molNa SO132molNa SO
100=34,8%
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 29
1.45. Cierto compuesto orgánico presenta la siguiente composición centesimal (en masa):C=62,1%;H=10,3%yO=27,6%.Además,a100°Cy1atmelcompuestoseencuentraenfasegaseosaytieneunadensidadde1,9g/L.Determinasufórmulamolecular.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(PreselecciónC.Valenciana2009)
Para evitar erroresde redondeo resultamásútil calcularprimero la fórmulamoleculardelcompuestoXapartirdesumasamolar.Suponiendoqueenestadogaseosoéstesecomportacomogasideal,pormediodelaecuacióndeestadoseobtienesumasamolar:
M=1,9g·L 1 0,082atm·L·mol 1·K 1 100+273 K
1atm=58,1g·mol 1
ParaobtenerlafórmulamoleculardelasustanciaX:
62,1gC100gX
1molC12gC
58,1gX1molX
=3molCmolX
10,3gH100gX
1molH1gH
58,1gX1molX
=6molHmolX
27,6gO100gX
1molO16gO
58,1gX1molX
=1molOmolX
formulamolecular:C3H6O
1.46. Se indican a continuación lasmasas atómicas relativas y la composición isotópica delmagnesioyantimonio:
=23,9850(78,60%) =25,9826(11,29%) =24,9858(10,11%)=122,9042(42,75%) =120,9038(57,25%)
Conestosdatoscalculalamasamoleculardel .(C.Valenciana2009)(C.Valenciana2011)
LasmasasatómicasmediasdeloselementosMgySbson,respectivamente:
78,60at Mg23,9850uat Mg
+ 10,11at Mg24,9858uat Mg
+ 11,29at Mg25,9826uat Mg
100atMg=24,31u
57,25at Sb120,9038uat Sb
+ 42,75at Sb122,9042uat Sb
100atSb=121,76u
LamasamoleculardelMg Sb es:
3atMg24,31uatMg
+2atSb121,76uatSb
=316,45u
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 30
1.47.Setomóunamuestrade0,2394g·deunnuevo fármacocontra lamalariaysesometióaunaseriedereaccionesen laque todoelnitrógenodelcompuestose transformóennitrógenogas.Recogidoestegasocupóunvolumende19mLa24°Cy723mmHg.Cuandosequemaunamuestrade6,478gdeestemismofármacoseobtienen17,57gde y4,319gde .SesabequeelcompuestoformadoporC,N,HyO,yquelamasamolaresde324g.¿Cuálessufórmulamolecular?
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Murcia2010)
Para evitar erroresde redondeo resultamásútil calcularprimero la fórmulamoleculardelcompuestoXapartirdesumasamolar.
ElCcontenidoenelcompuestoXsedeterminaenformadeCO .
17,57gCO6,478gX
1molCO44gCO
1molC1molCO
324gX1molX
=20molCmolX
ElHcontenidoenelcompuestoXsedeterminaenformadeH O:
4,319gH O6,478gX
1molH O18gH O
2molH1molH O
324gX1molX
=24molHmolX
Lacantidad,enmoles,deN obtenidoes:
n=723mmHg·19mL
0,082atm·L·mol 1·K 1 24+273 K
1atm760mmHg
1L
10 mL=7,4·10 4molN
7,4·10 4molN0,2394gX
2molN1molN
324gX1molX
=2molNmolX
ElOcontenidoenelcompuestoXsedeterminapordiferencia:
324gX 20molC12gC1molC 24molH
1gH1molH 2molN
14gN1molN
1molX=32
gOmolX
32gOmolX
1molO16gO
=2molOmolX
La fórmula molecular o verdadera esC20H24N2O2.
Se trata de la quinina cuya fórmulaestructurales:
1.48.Lareacciónentre50gdealuminioenpolvoyenexcesodebromolíquidoproduce494gdeuncompuesto.Deduzca:a)Eltipodereacciónylamasadebromoenestecompuesto.b)Lafórmulamoleculardelcompuestosisumasamolaresde534g· ·.
(Baleares2010)
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 31
a)LareacciónentreAl(s)yBr (l)debeserdeoxidación‐reducción.Enlamisma,elAlsedebedeoxidaraAl yelBrsedebereduciraBr .
DeacuerdoconlaleydeLavoisier,lamasadeBrcontenidaenelcompuestoes:
494gcompuesto–50gAl=444gBr
b)Paraobtenerlafórmulamoleculardelcompuesto:
50gAl494gcompuesto
1molAl27gAl
534gcompuesto1molcompuesto
=2molAl
molcompuesto
444gBr494gcompuesto
1molBr80gBr
534gcompuesto1molcompuesto
=6molBr
molcompuesto
LafórmulamoleculardelcompuestoesAl2Br6.
1.49. Se sabe que los elementos presentes en la vitamina C son C,H yO.En una experienciaanalíticaserealizólacombustiónde2,0gdevitaminaC,enpresenciadelacantidadnecesariadeoxígeno,yseobtuvieron3,0gde y0,816gde .a)HallalafórmulaempíricadelavitaminaC.b)Aunquenosedisponedeldatode lamasamolarde lavitaminaC,sesabequesuvalorestácomprendidoentre150y200g/mol.Determinasufórmulamolecular.
(PreselecciónC.Valenciana2010)
a)ElCcontenidoenlavitaminaCsedeterminaenformadeCO :
3,0gCO1molCO44gCO
1molC1molCO
=6,82·10 molC
ElHcontenidoenlavitaminaCsedeterminaenformadeH O:
0,816gH O1molH O18gH O
2molH1molH O
=9,07·10 molH
ElOcontenidoenelcompuestosedeterminapordiferencia:
2,0gvitC 6,82·10 molC12gC1molC
9,07·10 molH1gH1molH
=1,091gO
1,091gO1molO16gO
=4,72·10 molO
Relacionandotodaslascantidadesconlamenorseobtienelafórmulaempírica:
6,82·10 molC
6,82·10 molO=1
molCmolO
3molC3molO
9,07·10 molH
6,82·10 molO=1,33
molHmolO
4molH3molO
formulaempırica:C3H4O3
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 32
b)Lamasamolardelcompuestomássencilloes:
M=3molC12gC1molC
+4molH1gH1molH
+3molO16gO1molO
=88g·mol 1
Como lamasamolarde lavitaminaCdebeestarcomprendidaentre150y200,entonces lamasamolardebesereldobledelvalorcalculado,176g·mol .PortantolafórmulamoleculardelavitaminaCesC6H8O6.
1.50. La sal de Epsom es un sulfato demagnesio con una determinada cantidad de agua decristalización, ·x .Cuando sedeshidratan completamente30gde saldeEpsom,atemperaturaadecuada,lapérdidademasaobservadaesde15,347g.Determinaelvalordex.
(C.Valenciana2010)
LarelaciónmolarentreH OyMgSO es:
15,347gH O30 15,347 gMgSO
1molH O18gH O
120,3MgSO1molMgSO
=7mol
mol
Elvalordexes7.
1.51. A veces elmétodo gravimétrico permite descubrir nuevos compuestos. Por ejemplo, lagravimetría del ácido bórico permite revelar la existencia de un compuesto X.Al calentar elácidobóricosedescomponeendosetapasacompañadasdedisminucióndemasadelsólido.EnlaprimeraseproduceelcompuestoXy,porencimade110°CelcompuestoXsedescomponeasuvez:
(s)X(s)+ (g)
X(s) (s)+ (g) (lasecuacionesnoestánajustadas)Resultadosdelosexperimentos:
T/°C 40 110 250
m/g 6,2 4,4 3,5
CalculelafórmulaempíricadelcompuestoX.(C.Valenciana2010)
Lasmasasdecadaelementocontenidasenlamuestrainicialde6,2gdeH BO son:
6,2gH BO1molH BO61,8gH BO
1molB
1molH BO10,8gB1molB
=1,08gB
6,2gH BO1molH BO61,8gH BO
3molH
1molH BO1,0gH1molH
=0,30gH
6,2gH BO1molH BO61,8gH BO
3molO
1molH BO16,0gO1molO
=4,82gO
LamasadeH Oquesepierdeenlaprimerareacciónes:
6,2gH BO –4,4gX=1,8gH O
Lasmasasdehidrógenoyoxígenocontenidasenlos1,8gdeH Oeliminadason:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 33
1,8gH O1molH O18gH O
2molH1molH O
1,0gH1molH
=0,20gH
1,8gH O–0,20gH=1,60gO
De acuerdo con la ley de conservación de la masa, la sustancia X está constituida por lassiguientescantidades:
0,30gH(inicial)–0,20gH(eliminado)=0,10gH(enX)
4,82gO(inicial)–1,60gO(eliminado)=3,22gH(enX)
1,08gB(inicial)–0,00gB(eliminado)=1,08gB(enX)
RelacionandoelnúmerodemolesdelelementoqueestépresenteenmenorcantidadconelrestodeloselementosseobtienelafórmulaempíricaosencilladeX:
1,08gB1molB10,8gB
=0,10molB
0,10gH1molH1gH
=0,10molH
3,22gO1molO16gO
=0,20molO
0,20molO0,10molB
=2molO1molB
0,10molH0,10molB
=1molH1molB
LafórmulaempíricaosencillaqueseobtieneparaelcompuestoXesHBO2.
1.52.Elcobrecristalizaenunaredcúbicacentradaenlascaras(ocúbicadeempaquetamientocompacto)ysudensidadesde8,95g/ a20°C.¿Cuáles la longitudde laaristade laceldaunidad?
(Datos.Masaatómicarelativadeloro=63,55;NúmerodeAvogadro,L=6,022·10 )(C.Valenciana2010)
Segúnseobservaenlafigura,unaredcúbicacentradaenlascarascontiene4átomos:
8atomos(vertices)8
+6atomos(caras)
2=4atomos
Apartirdeladensidadsepuedeobtenerelvolumendelaceldillaunidad:
1cm3Cu8,95gCu
63,55gCu1molCu
1molCu
6,022·1023atomos4atomoscubo
=4,72·1023cm3
cubo
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 34
Apartirdelvolumensepuedeobtenerlaaristadelcuboa:
a= 4,72·1023cm3=3,61·108cm1cm
107nm=0,361nm
1.53.Un compuestodebario yoxígenode fórmuladesconocida sedescompone térmicamenteliberando366mLdeoxígeno,medidosa273,1Ky1atmdepresión,yunresiduode2,5gdeBaOpuro.Indicalafórmulaempíricadelcompuestodesconocidoysumasainicial.
(Baleares2011)
Laecuaciónquímicacorrespondientealareaccióndelcompuestodesconocidoes:
Ba O (s)BaO(s)+O (g)
Elnúmerodemolesdeátomosdeoxígenoliberadoses:
366mLO1LO
10 mLO1molO22,4LO
2molO1molO
=3,27·102molO
Elnúmerodemolesdeátomosdebarioquequedanenelresiduoes:
2,5gBaO1molBaO153,5gBaO
1molBa1molBaO
=1,63·102molBa
Larelaciónmolarentreamboselementoses:
3,27·102molO1,63·102molBa
=2molOmolBa
Formula:BaO2
DeacuerdoconleydeconservacióndelamasadeLavoisier,lamasademuestrainiciales:
2,5gBaO+3,27·102molO16gO1molO
=3,023g
(Hasidonecesariocorregirundatodelproblemaparaevitarquesalieraunresultadoabsurdoenlaresolución).
1.54. La esmeralda es una piedra preciosa de color verde, variedad delmineral denominadoberilo, cuya fórmula es . Es muy valorada debido a su rareza, pues desde laantigüedad se descubrieron piedras preciosas de color verde como la malaquita, pero laesmeraldaeslaúnicacristalina.Sunombresignificapiedraverdeysuverdeestanespecialqueensuhonor,seledenominaverdeesmeralda.ElmayorproductordeesmeraldasenelmundoesColombia seguidoporBrasil. Su color esmás omenos intensodebidoa la variación entre elnúmerodeátomosdeberilioyaluminio.Paraunaesmeraldade10quilates(1quilate=200mg),calcular:a)Losmolesdeátomosdeberilio.b)Eltotaldeátomosdeoxígeno.c)Porcentajedealuminioysilicio.d) Ordenar todos los elementos que forman la esmeralda, de acuerdo a su radio yelectronegatividad.
(Murcia2011)
Elnúmerodemolesdeesmeraldaes:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 35
10quilates200mg1quilate
1g
10 mg1molBe Al Si O537gBe Al Si O
=3,7·103molBe Al Si O
a)Elnúmerodemolesdeátomosdeberilioenlamuestraes:
3,7·103molBe Al Si O3molBe
1molBe Al Si O=1,1· molBe
b)Elnúmerodeátomosdeoxígenoenlamuestraes:
3,7·103molBe Al Si O18molO
1molBe Al Si O=6,7·102molO
6,7·102molO6,022·10 atomoO
1molO=4,0· átomoO
c)Elporcentaje(enmasa)deAlySienlaesmeraldaes:
2molAl1molBe Al Si O
1molBe Al Si O537gBe Al Si O
27gAl1molAl
100=10,1%Al
6molSi1molBe Al Si O
1molBe Al Si O537gBe Al Si O
28gSi1molSi
100=31,3%Si
d) Siendo elementos de diferentes periodos, Be y O (n = 2) y Al y Si (n =3), el factordeterminantedeltamañoeselnúmerodecapaselectrónicas,portanto,AlySitienenmayortamañoqueBeyO.
Respectoelementosdeunmismoperiodo,eslacarganuclearefectivaelfactordeterminantedeltamaño.Enunperiodo,éstaesmayorenelelementoquetienemayornúmeroatómicoloquehacequelaatracciónnuclearseamayor,portanto,eltamañoserámenor.
Atendiendoloscriteriosanteriores,elordencrecientedetamañosatómicos(pm)es:
O(73)<Be(112)<Si(117)<Al(143)
La electronegatividad, χ, mide la capacidad que tiene un átomo para atraer hacia sí loselectronesdesuenlaceconotrosátomos.Suvalorsepuedecalcularapartirdelosvaloresdelaenergíadeionización,I,ydelaafinidadelectrónica,AE,deformaqueaumentaalaumentarambaspropiedades.
Laelectronegatividaddeunelementoesmayorcuantomenoressuradioatómicoycuantomayoressucarganuclearefectiva.Portanto,laelectronegatividaddeunátomoenun:
‐grupo:disminuyeaumentarelvalordelnúmerocuánticoprincipaln.
‐periodo:aumentaalaumentarelvalordelnúmeroatómico.
Elordencrecientedeelectronegatividad(segúnPauling)deloselementosdadoses:
Be(1,57)<Al(1,61)<Si(1,90)<O(3,44)
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 36
1.55. Una amina primaria que contiene un carbono quiral, tiene la siguiente composicióncentesimal:65,753%deC,15,068%deHy19,178%deN.Sisesabequesumasamolecularesmenorde100,determinalafórmulaestructuraldedichaaminaynómbrala.
(Canarias2011)
RelacionandoelnúmerodemolesdelelementoqueestépresenteenmenorcantidadconelrestodeloselementosseobtienelafórmulaempíricaosencilladelaaminaX:
65,753gC1molC12gC
=5,48molC
15,068gH1molH1gH
=15,07molH
19,178gN1molN14gN
=1,37molN
5,48molC1,37molN
=4molC1molN
15,07molH1,37molN
=11molH1molN
LafórmulaempíricaosencillaqueseobtieneparalaaminaXes C4H11N .
Comolamasamolecularesmenorque100ylamasadelafórmulamássencillaes73,elvalordendebeser1,portanto,lafórmulamoleculardelaaminaesC4H11N.
Teniendoencuentaqueposeeuncarbonoquiral,sufórmulaestructuralysunombreson:
1‐metilpropilamina.
1.56.SesabequeloselementospresentesenellimonenoCeH.Apartirde10kgdelimonesseextrajeron240gdelimoneno.Enlacombustiónde2,56gdelimoneno,conlacantidadnecesariadeoxígeno,seobtuvieron8,282gde y2,711gde .a)Hallalafórmulaempíricadellimoneno.b)Aunque no se dispone del dato de lamasamolar del limoneno, se sabe que su valor estácomprendidoentre120y150g/mol.Determinasufórmulamolecular.
(PreselecciónC.Valenciana2011)
a)ElCcontenidoenellimonenosedeterminaenformadeCO :
8,282gCO1molCO44gCO
1molC1molCO
=0,188molC
ElHcontenidoenellimonenosedeterminaenformadeH O:
2,711gH O1molH O18gH O
2molH1molH O
=0,301molH
Relacionandoambaslascantidadesseobtienelafórmulaempírica:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 37
0,301molH0,188molC
=1,6molHmolC
16molH10molC
formulaempırica:C10H16
b)Lamasamolardelcompuestomássencilloes:
M=10molC12gC1molC
+16molH1gH1molH
=136g·mol1
Como la masa molar del limoneno debe estar comprendida entre 120 y 150, entonces lafórmulamolecularcoincideconlaempírica.
Lafórmulaestructuraldellimonenoes:
1.57. Por combustión de 0,2345 g de un compuesto orgánico que sólo contiene C, H y O seobtienen0,48gdedióxidode carbono.Alquemar0,5321gdelmismo compuesto se obtienen0,3341 g de agua. La densidad del compuesto orgánico en estado gaseoso, respecto de ladensidaddelnitrógeno,esde3,07,enlesmismascondicionesdepresiónytemperatura.Calculadlafórmulaempíricaymoleculardelcompuesto.
(C.Valenciana2011)
ParafacilitarloscálculossedeterminapreviamentelafórmulamoleculardelcompuestoXysimplificándolaseobtienelafórmulaempírica.Paraelloesprecisodeterminarpreviamentelamasamolardelasustancia.Considerandocomportamientoideal:
ρX=3,07ρN2MX
Vmolar=3,07
MN2
VmolarMX=3,07 28g·mol
1 =86g·mol1
ElCcontenidoenelcompuestosedeterminaenformadeCO :
0,48gCO0,2345gX
1molCO44gCO
1molC1molCO
86gX1molX
=4molCmolX
ElHcontenidoenelcompuestosedeterminaenformadeH O:
0,3341gH O0,5321gX
1molH O18gH O
2molH1molH O
86gX1molX
=6molHmolX
ElOcontenidoenelcompuestosedeterminapordiferencia:
86gX 4molC12gC1molC 6molH
1gH1molH
1molXgO
1molO16gO
=2molOmolX
LafórmulamolecularoverdaderaesC4H6O2
Simplificandolaanteriorseobtienequelafórmulaempíricaosencillaes C2H3O .
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 38
1.58.El clorurode sodio esun sólido iónicoque cristaliza enuna red cúbica centrada en lascarasdeaniones,conloscationesocupandoloshuecosoctaédricos.a)Dibujalaceldaunidad.b)Indicaelíndicedecoordinacióndelcatiónydelaniónysupoliedrodecoordinación.c)ExplicalarazónporlaqueasignamosalclorurodesodiolafórmulaNaCl.d)Justificalafórmulaquecorrespondealaceldaunidad.e)Losradiosde losiones y son0,95·10 y1,81·10 cm,respectivamente.Calcula ladensidaddelclorurodesodio.f)Enlossólidosiónicosesfrecuentelaexistenciadedefectosreticulares,ycomoconsecuencia,lano estequiometría. ¿Cuántos aniones cloruro faltan, pormol de compuesto, en un cristal quetienedefórmula , ?¿Cuálserálafórmuladeunamuestradeclorurodesodioen laquefaltan13milmillonesdecationessodioporcadamoldeanionescloruro?
(Dato.NúmerodeAvogadro,L=6,022·10 )(C.Valenciana2011)
a‐c)Enunempaquetamientodeesferassegúnunaredcúbicacentradaenlascaras,lasesferasquedefinenelretículocristalinosesitúanenlosvérticesycentrodelascarasdeuncubo.Enelcasodeunsólidoiónico,untipodeiones,elquedefineelretículo(cationesoaniones,pueslasposiciones catiónicas y aniónicas son intercambiables), se sitúaenestasposiciones y, elotrotipodeiones,ocuparálatotalidaddehuecosoctaédricos,quecoincidenconloscentrosdelasaristasyelcentrodelcristal.
Por ejemplo, en el caso del NaCl, se puedesuponer que los aniones cloruro se sitúanenlosvérticesyenloscentrosdelascarasdel cubo, mientras que los cationes sodioocupanloscentrosdelasaristasyelcentrodelcristal.
Lafraccióndecadaionenunaestructuracúbicadependedelaposiciónqueocupeenésta.EnelcasodelNaClelnúmerodeionesporceldaunidades:
aniones cationes
8aniones(vertice)·18=1anion
6aniones(cara)·12=3aniones
12cationes(arista) ·14=3cationes
1cation(centro) ·1 =1cation
4aniones 4cationes
b)El índicedecoordinacióndel catiónydelaniónes6:6Elpoliedrodecoordinaciónesunoctaedro.
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 39
Por lo tanto, se asigna al cloruro de sodio la fórmulaNaCl, porque un cristal ideal declorurodesodioestáformadoporunempaquetamientocompactodeiones,conigualnúmerodecationesydeaniones.Enlossólidosiónicoslafórmulacorresponde,portanto,alafórmulaempírica.Noesunafórmulamolecular,puesenlossólidosiónicos,comoelclorurosódico,noexisteunaunidaddiscreta,conexistenciareal,“unamolécula”,formadaporuncatiónsodioyunanióncloruro.
d)Comosehavistoenelapartadoanterior,lafórmuladelaceldaunidades:Na4Cl4.
e)Para calcular ladensidad, esnecesariodeterminarpreviamenteelvolumende la celdillaunidad,yparaconoceréstelalongituddelaarista.
Comolosionessituadosenunaaristaseencuentrantangentes,lalongituddelaaristavienedeterminadapordosveceselradiodelaniónydosveceselradiodelcatión:
a=2R +2R
a=2 0,95·10 +1,81·10 cm=5,52·10 cm
V=a3= 5,52·10 cm 3=1,68·10 cm3
Relacionandomasayvolumen:
58,5g·mol
1,68·10 cm3·celda
1mol
2·6,022·1023iones8iones1celda
=2,31g·cm
f)Sifaltan 1−0,98 molesdeionesCl :
0,02molCl6,022·1023ionesCl
1molCl=1,2·1022iones
Sifaltan1,3·10 ionesNa :
1,3·10 ionesNa1molNa
6,022·1023ionesNa=2,16·10 molNa
Lafórmulaqueseobtienees:
1 2,16·10 molNa
1molCl=0,9999999999998molNa
1molClNa0,9999999999998Cl
Noobstante,lafórmulaesNaClyaquedeberíanfaltarmásionesparaquenosecumplieralaestequiometría1:1.
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 40
2.GASES
2.1.Lacombustiónde produce y .Secolocanenunrecipientede5L,un litrodeetano,medidoa25°C y745 torr, y6gde gaseoso.La combustión se iniciamedianteunachispaeléctrica.¿Cuálserálapresiónenelinteriordelrecipienteunavezqueseenfríaa150°C?
(Datos.ConstanteR=0,082atm·L· · ;1atm=760Torr)(O.Q.L.Canarias1996)
LaecuaciónquímicacorrespondientealacombustióndelC H es:
C H (g)+72O (g)2CO (g)+3H O(g)
ConsiderandocomportamientoidealelnúmerodemolesdeC H (g)es:
n=745Torr·1L
0,082atm·L·mol 1·K 1 25+273 K1atm
760Torr=0,04molC H
ElnúmerodemolesdeO (g)es:
6gO1molO32gO
=0,19molO
Larelaciónmolares:
0,19molO0,04molC H
=4,7
Como la relaciónmolar es<3,5quieredecirquesobraO ,por loque eselreactivolimitantequedeterminalacantidaddegasesformados.
RelacionandoC H conO :
0,04molC H7molO2molC H
=0,14molO
LacantidaddeO sobrantees:
0,19molO (inicial)–0,14molO (consumido)=0,05molO (exceso)
RelacionandoC H conlosproductosgaseososformados:
0,04molC H2+3 molesgas1molC H
=0,20molgas
Lapresiónejercidaporlamezclagaseosaes:
p=0,05+0,20 moles 0,082atm·L·mol 1·K 1 150+273 K
745Torr·1L=1,7atm
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 41
2.2.Sepreparóunamezclapara lacombustiónde abriendouna llavequeconectabadoscámarasseparadas,unaconunvolumende2,125Lde aunapresiónde0,750atmylaotra,con un volumen de 1,500 L y llena de a 0,500 atm. Los dos gases se encuentran a unatemperaturade80°C.a)Calculalafracciónmolardel enlamezclaylapresiónejercidaporesta.b)Silamezclasepasasobreuncatalizadorparalaformaciónde yposteriormentevuelvealosdosrecipientesoriginalesconectados,calcula lasfraccionesmolaresylapresióntotalen lamezclaresultante.Suponerque laconversióndel es totalconsiderando lacantidadde conlaquesecuenta.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Canarias1997)
a)Considerandocomportamientoideal,elnúmerodemolesgascontenidoencadacámaraes:
n =0,75atm·2,125L
0,082atm·L·mol 1·K 1 80+273 K=0,055molSO
n =0,5atm·1,500L
0,082atm·L·mol 1·K 1 80+273 K=0,026molO
LafracciónmolardeSO es:
y =0,055molSO
0,055molSO +0,026molO=0,68
Lapresióntotaldelamezclaalconectarambascámarases:
p=0,055+0,026 mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 80+273 K
2,125+1,500 L=0,65atm
b)Laecuaciónquímicacorrespondientealareacciónentreambosgaseses:
2SO (g)+O (g)2SO (g)
Alexistirmolesdeambassustanciasesprecisodeterminarcuáldeellasesellimitante:
0,055molSO0,026molO
=2,1
Comolarelaciónestequiométricaes>2quieredecirquesobraSO ysegastatodoel queesellimitantedelareacciónquedeterminalacantidaddeSO formado.
RelacionandoellimitanteconO ySO :
0,026molO2molSO1molO
=0,052molSO (consumido)
0,055molSO (inicial)−0,052molSO (consumido)=0,003molSO (exceso)
0,026molO2molSO1molO
=0,052molSO
Lasfraccionesmolaresdelosgasesdespuésdelareacciónson:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 42
y =0,003molSO
0,003molSO +0,052molSO=0,055
y =0,052molSO
0,003molSO +0,052molSO=0,945
Lapresióntotaldelamezclagaseosafinales:
p=0,003+0,052 moles 0,082atm·L·mol 1·K 1 80+273 K
2,125+1,500 L=0,44atm
2.3.AnteladenunciapresentadaenlaOficinadeConsumoMunicipalrespectoalcontenidodelaconocida“bombona”debutano,yaquesetemequecontengaunamezcladeestegasypropano,sehaceanalizarunadeellas.Paraellosetomaunamuestragaseosade60 ,seintroducenen un recipiente adecuado y se le añaden 600 de oxígeno; se provoca la combustióncompletayseobtieneunvolumenfinaldemezclagaseosade745 .Lasmedidasdelosvolúmenesanterioresserealizaronbajolasmismascondicionesdepresiónytemperatura, siendoéstas talesque todas lasespeciesquímicas implicadas seencontrabanenestadogaseoso.¿Conteníapropanolamuestra?Razonesurespuesta.
(Murcia1997)
Partiendodelassiguientessuposiciones:
▪Quela“bombona”contienexcm C H
ycm C H
▪Quealfinaldelareacciónquedanzcm deO sinreaccionar.
Aplicando la ley de Gay‐Lussac de las combinaciones volumétricas y escribiendo lasecuacionesquímicascorrespondientesa lasreaccionesdecombustióndelbutanoypropano(seindicanlascantidades,envolumen,consumidasdereactivosyformadasdeproductos).
Combustióndelbutano
C H (g)+132O (g)4CO (g)+5H O(g)
xcm 13x2cm 4xcm 5xcm
Combustióndelpropano
C H (g)+5O (g)3CO (g)+4H O(g)
xcm 5xcm 3xcm 4xcm
Sepuedenplantearlassiguientesecuaciones:
mezclainicial C H +C H :x+y=60
mezclafinal CO +H O+O sobrante :9x+7y+z=745
oxıgeno O consumido+O sobrante :6,5x+5y+z=600
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 43
Seobtiene:
x=50 y=10 z=225
Comoseobserva,lamuestraconteníapropano.
2.4.Enun recipiente cerradoexisteunamezclademetanoyetano.Sequemaestamezcladegases con exceso de oxígeno recogiéndose 3,070 g de dióxido de carbono y 1,931 g de agua.Determinelarelaciónentrelapresiónparcialejercidaporelmetanoylaejercidaporeletano.
(Extremadura1999)
Lasecuacionesquímicascorrespondientesalacombustióndeamboshidrocarburoses:
CH (g)+2O (g)CO (g)+2H O(g)
C H (g)+72O (g)2CO (g)+3H O(g)
LlamandoxeyalosmolesdeCH yC H ,respectivamente,sepuedenplantearlassiguientesecuaciones:
xmolCH1molCO1molCH
+ymolC H2molCO1molC H
=3,070gCO1molCO44gCO
(ec.1)
xmolCH2molH O1molCH
+ymolC H3molH O1molC H
=1,931gH O1molH O18gH O
(ec.2)
Resolviendoelsistemaseobtiene:
x=5,24·10 molCH
y=3,23·10 molC H
DeacuerdoconlaleydeDaltondelaspresionesparciales,lapresiónparcialdeungasenunamezclagaseosasecalculamediantelaexpresión:
p =p·y
Laspresionesparcialesdeambosgasesson:
p =p5,24·10 molCH
5,24·10 molCH +3,23·10 molC H=0,14p(atm)
p =p3,23·10 molC H
5,24·10 molCH +3,23·10 molC H=0,86p(atm)
LarelaciónentrelaspresionesdelCH yC H es:
p
p=0,14p0,86p
=0,16
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 44
2.5.Enunrecipientede3Ldecapacidadserecogen5Ldeoxígenoa2atmdepresióny10Ldenitrógenoa4atm.Seextraen20Lde lamezclagaseosaa1atmdepresión.Sabiendoque latemperaturapermaneceinvariablea25°C,calcule:a)Lapresiónfinalenelrecipiente.b)Losgramosdeoxígenoydenitrógenoquecontieneelrecipientealfinaldelproceso.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(CastillayLeón2000)
a)Considerandocomportamientoideal,elnúmerodemolesdecadagases:
nO2=2atm·5L
Ratm·L·mol 1·K 1·TK=
10molO
n =4atm·10L
Ratm·L·mol 1·K 1·TK=
40molN
Lacantidadtotaldegasqueseintroduceenelrecipientees:
ninicial=10RT
+40RT
=50RT
mol
Elnúmerodemolesdegasextraídodelrecipientees:
nextraıdo=1atm·20L
Ratm·L·mol 1·K 1·TK=
20mol
Elnúmerodemolesdegasquequedaenelrecipientees:
nfinal=50RT
+20RT
=30RT
mol
Lapresiónqueejerceestacantidaddegasenelrecipientees:
p=
30RT mol ·Ratm·L·mol
1·K 1·TK
3L=10atm
b)Lasfraccionesmolaresdecadagasenlamezclainicialson:
y =
10RT molO
10RT molO +
40RT molN
=0,2
y =1–y y =1–0,2=0,8
Considerandoquelamezclafinaltienelamismafracciónmolar,elnúmerodemolesdecadagasenlamismaes:
n =0,230RT
molO n =0,830RT
molN
Lasmasasdelosgasesson:
m =0,230
0,082·298molO
32molO1molO
=7,9g
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 45
m =0,830
0,082·298molN
28molN1molN
=27,5g
2.6.Undepósitode700 ,queseencuentraaunatemperaturade15°C,estállenodeungascuyacomposiciónes70%depropanoy30%debutanoenpeso.Lapresióninicialeneldepósitoes250atm.Elgasalimentaaunquemadordondeseconsumearazónde30,2L/min,medidoa25°Cy1atm.Elsistemadecontroldelquemadorlanzaunaseñaldeavisocuandolapresióneneldepósitoesinferiora12atm.a)¿Cuántotiempocabeesperarquetardeenproducirseelaviso?b)¿Quécaudaldeaire,expresadoenL/min,esnecesarioparaquemarelgas?Condiciones,25°Cy1atm.
(Datos.Constantede losgases=0,082atm·L· · ;Composiciónvolumétricadelaire:21%deoxígenoy79%deotrosgasesinertesaefectosdelacombustión)
(Extremadura2000)
a)Considerandocomportamientoideal,elnúmerodemolesinicialesyfinalesdegases:
niniciales=250atm·700L
0,082atm·L·mol 1·K 1 15+273 K=7410,2mol
nfinales=12atm·700L
0,082atm·L·mol 1·K 1 15+273 K=355,7mol
Elnúmerodemolesdegasquehansalidodeldepósitoes:
n= 7410,2–355,7 mol=7054,5mol
Elvolumenqueocupanencondicionesambientaleses:
V=7054,5mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 25+273 K
1atm=1,72·10 L
Relacionandoelvolumenconelcaudalvolumétricoseobtieneeltiempoquepuedefuncionarelquemador:
1,72·10 L1min30,2L
=5695min
b)Si lamezclaestáformadapor70%deC H y30%deC H , lasfraccionesmásicasde lamismason:
Y =0,7Y =0,3
Cambiandolasfraccionesmásicasafraccionesmolares:
y =0,7gC H
1molC H44gC H
0,7gC H1molC H44gC H +0,3gC H
1molC H58gC H
=0,755
y =1–yC3H8
=0,245
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 46
Las ecuaciones químicas correspondientes a la combustión de los dos hidrocarburos de lamezclason:
C H (g)+5O (g)3CO (g)+4H O(g)
C H (g)+132O2(g)4CO2(g)+5H2O(l)
DeacuerdoconlaleydeAvogadro,lacomposiciónmolardeunamezclagaseosacoincideconlavolumétrica,asíquesepuederelacionarelcaudaldemezclagaseosaquesequemaconelO yairenecesarioparalacombustión:
30,2Lmezclamin
0,755LC H1Lmezcla
5LO1LC H
100Laire21LO
=543Lairemin
30,2Lmezclamin
0,245LC H1Lmezcla
13LO2LC H
100Laire21LO
=229Lairemin
=772Lairemin
2.7.Unrecipientede20mLcontienenitrógenoa25°Cy0,8atmyotrode50mLcontienehelioa25°Cy0,4atm.a)Determinaelnúmerodemoles,demoléculasydeátomosencadarecipiente.b) Si se conectan los dos recipientes a través de un tubo capilar, ¿cuáles son las presionesparcialesdecadagasylatotaldelsistema?c)Calculalaconcentracióndecadagasenlamezcla,expresadaenfracciónmolaryporcentajeenmasa.
(Datos.ConstanteR=0,082atm·L· · ;NúmerodeAvogadro,L=6,022·10 )
(Canarias2001)
a)Considerandocomportamientoideal,elnúmerodemolesdecadagases:
n =0,8atm·0,02L
0,082atm·L·mol 1·K 1 25+273 K=6,55·10 mol
nHe=0,4atm·0,05L
0,082atm·L·mol 1·K 1 25+273 K=8,18·10 molHe
Elnúmerodepartículascontenidasencadarecipientees:
6,55·10 molN6,022·10 moleculasN
1molN=3,9·10 moléculas
3,9·1020moleculasN2atomosN
1moleculasN=6,8·10 átomosN
8,18·10 molHe6,022·10 atomosHe
1molHe=4,9·10 átomosHe
b)Alconectarambosrecipienteselvolumentotaldelsistemaes:
V =V +V = 0,05+0,02 L=0,07L
Lasrespectivaspresionesson:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 47
p =6,55·10 mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 25+273 K
0,07L=0,229atm
pHe=8,18·10 mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 25+273 K
0,07L=0,286atm
De acuerdo con la ley deDalton, la presión total de lamezcla es la suma de las presionesparcialesdeloscomponentes:
ptotal=p +pHe=(0,229+0,286)atm=0,515atm
c)Lasfraccionesmolaresson:
y =6,55·10 molN
6,55·10 molN +8,18·10 molHe=0,445
yHe=8,18·10 molHe
6,55·10 molN +8,18·10 molHe=0,555
Lamasamolarmediadelamezclagaseosaes:
M=(0,445·28+0,555·4)g·mol 1=14,67g·mol 1
Lamasadecadaunodeloscomponentesdeunmoldemezclaes:
m =0,445molN28gN1molN
=12,45gN
mHe=0,555molHe4gHe1molHe
=2,22gHe
Lacomposiciónexpresadacomoporcentajeenmasaes:
12,45gN14,67gmezcla
100=84,9% 2,22gHe
14,67gmezcla100=15,1%He
2.8.Un laboratoriodedicadoal estudiode los efectosde losproductosquímicos en el cuerpohumanohaestablecidoquenosepuedesobrepasar laconcentraciónde10ppmdeHCNenelairedurante8horasseguidassisequierenevitarriesgosparalasalud.Sabiendoqueunadosisletaldecianurodehidrógenoenelaire(segúnelíndiceMerck)esde300mgdeHCNporkgdeaire,atemperaturaambiente,calcule:a)¿AcuántosmgdeHCNporkgdeaireequivalenlas10ppm?b)¿Quéfraccióndedosisletalrepresentanlas10ppm?c)Siseconsideraque ladosis letaldelHCNensangreequivaleaunaconcentraciónde1,1mgporkgdepeso,¿quévolumendeunadisolucióndeHCN0,01Msedebeadministraraunacobayadelaboratoriode335gramosdepesoparasufallecimiento?(Datos.Composiciónmediadelaireenvolumen:79%denitrógenoy21%deoxígeno.1ppm=1 / )
(Murcia2002)
a)LadosisdeHCNenelairees:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 48
10ppmHCN=10cm3HCNm3aire
Parapasardem deaireakgdeaireseprecisasumasamolar.Sabiendoquesucomposiciónmedia envolumen es79%denitrógenoy21%deoxígeno yque, de acuerdo con la leydeAvogadro,estacoincideconlacomposiciónmolar:
M=79molN
28gN1molN +21molO
32gO1molO
100molaire=28,8g·mol 1
Teniendoencuentaque1moldecualquiergasocupaVL,endeterminadascondicionesdepyT,sepuedeobtenerlarazónmolardelHCNenaire:
10cm3HCNm3aire
m3aire
103Laire
1Laire
103cm3aireVLaire1molaire
1molHCNVLHCN
=10 5 molHCNmolaire
Convirtiendolarazónmolarenrazónmásica:
10 5 molHCNmolaire
1molaire28,8gaire
27gHCN1molHCN
103gaire1kgaire
103mgHCN1gHCN
=9,4mgHCNkgaire
b)Relacionandolas10ppmconladosisletal:
9,4mgHCNkgaire
300mgHCNkgaire
100=3,1%
c)ElnúmerodemolesdeHCNenlasangredelacobayaparaalcanzarladosisletales:
1,1mgHCNkg
0,335kg1gHCN
103mgHCN1molHCN27gHCN
=1,4·10 5molHCN
Relacionandoladosisletalensangreenlacobayaconladisolución:
1,4·10 5molHCN103mLHCN0,01M
0,01molHCN=1,4mLHCN0,01M
2.9.Unrecipientecerradode1000Ldecapacidadcontiene460gdeetanolpuro(líquido)yaire(composición 80% y 20%
en volumen) a 27°C y 1 atm de presión. Se provoca la
combustión y se espera hasta que nuevamente la temperatura sea de 27°C.El volumen totalpermaneceinalteradoysedesprecianlosvolúmenesquepuedenocuparlossólidosyloslíquidosfrentealosgases.Calcule:a)Númerototaldemoléculaspresentesantesydespuésdelacombustión.b)Laspresionesparcialesdecadacomponentedespuésdelacombustiónylapresióntotaldelamezclaresultante.c)Ladensidadmediadelamezclafinaldegases.
(Datos.ConstanteR=0,082atm·L· · ;NúmerodeAvogadro,L=6,022·10 )(Córdoba2003)
Laecuaciónquímicacorrespondientealacombustióndeletanoles:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 49
C H OH(l)+3O (g)2CO (g)+3H O(l)
a)Elnúmerodemolesydemoléculasdeetanolexistentesantesdelacombustiónes:
460gC H OH1molC H OH46gC H OH
=10molC H OH
10molC H OH6,022·1023moleculasC H OH
1molC H OH=6,0·1024moléculas
Considerandocomportamiento idealelnúmerodemolesdeairecontenidosenelrecipientees:
n =1atm·1000L
0,082atm·L·mol 1·K 1 27+273 K=40,7molaire
De acuerdo con la ley de Avogadro, la composición volumétrica de una mezcla gaseosacoincideconlacomposiciónmolar,portantoelnúmerodemolesymoléculasdecadagasdelairees:
40,7molaire80molN100molaire
=32,6molN
32,6molN6,022·1023moleculasN
1molN=2,0·1025moléculas
40,7molaire20molO100molaire
=8,1molO
8,1molO6,022·1023moleculasO
1molO=4,9·1024moléculas
LarelaciónmolarentreC H OHyO es:
8,1molO10molC H OH
=0,8
Comolarelaciónes<3,quieredecirquesobraC H OHyqueel eselreactivolimitantequedeterminalascantidadesdeCO yH2Oqueseproducen.
Elnúmerodemolesydemoléculasdeetanolexistentesdespuésdelacombustiónes
8,1molO1molC H OH3molO
=2,7molC H OH
10molC H OH(inicial)–2,7molC H OH(gastado)=7,3molC H OH(exceso)
7,3molC H OH6,022·1023moleculasC H OH
1molC H OH=4,4·1024moléculas
ElnúmerodemolesydemoléculasdeCO yH Oexistentesdespuésdelacombustiónes
8,1molO2molCO3molO
=5,4molCO
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 50
5,4molCO6,022·1023moleculasCO
1molCO=3,3·1024moléculas
8,1molO3molH O3molO
=8,1molH O
8,1molH O6,022·1023moleculasH O
1molH O=4,9·1024moléculas
b) Antes de la combustión los gases presentes en el recipiente son O y N . Considerandocomportamientoideallaspresionesparcialesejercidasporestosson:
p =8,1mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 27+273 K
1000L=0,2atm
p =32,6mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 27+273 K
1000L=0,8atm
Después de la combustión los gases presentes son N (que no ha reaccionado) y el CO formado.LapresiónparcialejercidaporelN es lamismayaquenocambia lacantidaddeestepresenteenelrecipiente,ylapresiónparcialdeCO es:
p =5,4mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 27+273 K
1000L=0,13atm
c)Ladensidaddelamezclagaseosapresentealfinaldelareacciónes:
=32,6molN
28molN1molN +5,4molCO2
44molCO21molCO2
1000L=1,15g·L–1
2.10.Semezclanenunrecipienteherméticode25L;5,6gdeeteno,8,8gdepropanoy57,6gdeoxígenoaunatemperaturade300K.a)Calcula lapresióna laque seencuentra sometida lamezcladegasesy calcula también lapresiónparcialdecadaunodelosgasesdelamezcla.A continuación, se realiza la reacción de combustión de los compuestos de la mezclarefrigerandoelrecipienteymanteniendolatemperaturaconstantea300K.b)¿Cuáleslapresióndelamezclaresultantedespuésdelareacción?c)¿Cuálseríalapresióndelamezclaresultantedespuésdelareacciónsilatemperaturafuerade500°C?
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Baleares2004)
a)Previamente,secalculaelnúmerodemolesdesustanciasqueformanlamezcla:
5,6gC H1molC H28gC H
=0,2molC H
8,8gC H1molC H44gC H
=0,2molC H
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 51
57,6gO1molO32gO
=1,8molO
Elnúmerototaldemolesdemezclaes:
n = 0,2+0,2+1,8 mol=2,2mol
Considerandocomportamientoideal,lapresiónejercidaporlamezclagaseosaes:
p=2,2mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 300K
25L=2,2atm
Para determinar la presión parcial ejercida por cada gas se aplica la ley deDalton de laspresionesparciales:
p =p·y
p =p =2,2atm0,2mol2,2mol
=0,2atm
p =2,2atm1,8mol2,2mol
=1,8atm
b)Paraconocerlapresióndespuésdelareacciónesprecisoescribirlasecuacionesquímicascorrespondientes a las reacciones de combustión que tienen lugar y calcular el número demolesdeespeciesgaseosasalfinaldelamisma:
C H (g)+3O (g)2CO (g)+2H O(l)
C H (g)+5O (g)3CO (g)+4H O(l)
0,2molC H3molO1molC H
=0,6molO
0,2molC H5molO1molC H
=1,0molO
1,6molO consumido
1,8molO (inicial)–1,6molO (consumido)=0,2molO (exceso)
0,2molC H2molCO1molC H
=0,4molCO
0,2molC H3molCO1molC H
=0,6molCO
1,0molCO
0,2molC H2molH O1molC H
=0,4molH O
0,2molC H4molH O1molC H
=0,8molH O
1,2molH O
Elnúmerodemolesdegasdespuésdelacombustiónes(1,0molCO +0,2molO ).Aplicandolaecuacióndeestadodelosgasesideales:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 52
p=1,2mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 300K
25L=1,2atm
c)Alatemperaturade500°CelH Oestáenestadogaseoso,porlotanto,elnúmerodemolesdegasalfinaldelareaccióneselanteriormás1,2molH O:
Considerandocomportamientoideal,lapresiónejercidaporlamezclagaseosaes:
p=2,4mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 500+273 K
25L=6,1atm
2.11.Ungasdecombustióntienelasiguientecomposiciónenvolumen:Nitrógeno 79,2%Oxígeno 7,2%Dióxidodecarbono 13,6%
Unmoldeestegassepasaaunevaporador,queseencuentraaunatemperaturade200°Cyaunapresiónde743mmHg,enelqueincorporaaguaysaledelevaporadoraunatemperaturade85°Cyaunapresiónde740mmHg,conlasiguientecomposiciónenvolumen:
Nitrógeno 48,3%Oxígeno 4,4%Dióxidodecarbono 8,3%Agua 39,0%
Calcule:a)Elvolumendegasquesaledelevaporadorporcada100litrosdegasqueentra.b)Elpesodeaguaevaporadaporcada100litrosdegasqueentra.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Extremadura2005)
a)Paradeterminarelvolumendegasquesaledelevaporadorsehaceunbalancedemateriarespectoaunocualquieradelosgasesdelamezcla,porejemploN2:
GE·yN2E=GS·yN2
S
Considerandocomportamientoidealparalamezclagaseosa:
100Lgas·743mmHg1atm
760mmHg
0,082atm·L·mol 1·K 1 200+273 K0,792=
VLgas·740mmHg1atm
760mmHg
0,082atm·L·mol 1·K 1 85+273 K0,483
Seobtiene,V=124,6L
b)Elnúmerodemolesdegasasalidaes:
GS=124,6Lgas·740mmHg
0,082atm·L·mol 1·K 1 85+273 K
1atm760mmHg
=4,13mol
Lamasadeaguaevaporadacontenidaenelgases:
4,13molgas39molH O100molgas
18gH O1molH O
=29g
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 53
2.12.Undepósitode4,0Lde capacidadque contienegasnitrógenoa8,5atmdepresión, seconectaconotrorecipientequecontiene7,0Ldegasinerteargóna6,0atmdepresión.¿Cuáleslapresiónfinalenlosdosrecipientes?
(Baleares2007)
Considerandocomportamientoideal,elnúmerodemolesdegascontenidoencadadepósitoes:
nN2=8,5atm·4L
Ratm·L·mol 1·K 1·TK=
34RT
mol
nAr=6atm·7L
Ratm·L·mol 1·K 1·TK=
42RT
mol
Siseconectanambosdepósitoslapresiónenamboses:
p=
34RT +
42RT mol·Ratm·L·mol 1·K 1·TK
4+7 L=6,9atm
2.13.Sehaceestallar50mLdeunamezclademetano(CH4),eteno(C2H4)ypropano(C3H8),enpresencia de 250mL de oxígeno.Después de la combustión, y condensado el vapor de aguaproducido, el volumende losgases era175mL,quequedaron reducidosa60mLdespuésdeatravesar una disolución concentrada deNaOH. Calcula la composición (en%) de lamezclagaseosainicial.Nota:TodoslosvolúmenesestánmedidosenlasmismascondicionesdepyT.
(C.Valenciana2007)
Aplicando la ley de Gay‐Lussac de las combinaciones volumétricas y escribiendo lasecuaciones químicas correspondientes a las reacciones de combustión delmetano, eteno ypropano, se indican las cantidades, en volumen, consumidas de reactivos y formadas deproductos:
Combustióndelmetano:
CH (g)+2O (g)CO (g)+2H O(g)
xmL2xmLxmL2xmL
Combustióndeleteno:
C H (g)+3O (g)2CO (g)+2H O(g)
ymL3ymL2ymL2ymL
Combustióndelpropano:
C H (g)+5O (g)3CO (g)+4H O(g)
zmL5zmL3zmL4zmL
Teniendoencuentaque lamezcladegasesdespuésdeenfriada(paraquecondenseH O)yabsorbido el CO por reacción con NaOH sólo contiene O , el volumen de final de 60 mLcorrespondealO quequedasinreaccionar(k).
Sepuedenplantearlassiguientesecuaciones:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 54
mezclainicial x+y+z=50
O introducido 2x+3y+5z+k=250
mezclafinal CO +O sobrante x+2y+3z+k=175
O sobrante k=60
EliminandoelO sobrantesepuedenreescribirlasecuacionescomo:
mezclainicial CH +C H +C H x+y+z=50
O consumido 2x+3y+5z=190
CO absorbidoporNaOH x+2y+3z=115
Resolviendoelsistemaseobtiene:
x=10mLCH y=15mLC H z=25mLC H
Expresandoelresultadocomoporcentajeenvolumen:
10mLCH50mLmezcla
100=20%
15mLC H50mLmezcla
100=30%
25mLC H50mLmezcla
100=50%
2.14.Enunrecipientecerradoyvacíode20Lseintroducen0,3gdeetano;2,9gdebutanoy16gdeoxígeno.Seproducelacombustióna225°C.Calcula:a)Elvolumendeaire,enc.n.,queseríanecesarioparatenerlos16gdeoxígeno.b)Lapresióntotalylaspresionesparcialesenlamezclagaseosafinal.
(Datos.ConstanteR=0,082atm·L· · ;composiciónvolumétricadelaire:20%O2,80%N2)
(Cádiz2008)
a)Teniendoencuentaqueenlasmezclasgaseosaslacomposiciónvolumétricacoincideconlacomposiciónmolar,relacionandoO conaire:
16gO1molO32gO
100molaire20molO
22,4Laire1molaire
=56Laire
b) Las ecuaciones químicas ajustadas correspondientes a las combustiones de los doshidrocarburosson:
C H (g)+72O (g)2CO (g)+3H O(g)
C H (g)+132O (g)4CO (g)+5H O(g)
RelacionandoloshidrocarburosconO seobtienelamasadeestequequedasonreaccionar:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 55
0,3gC H1molC H30gC H
7molO2molC H
32gO1molO
=1,12gO
2,9gC H1molC H58gC H
13molO2molC H
32gO1molO
=10,40gO
LacantidadO quequedasinreaccionares:
16gO (inicial)– 1,12+10,40 gO (consumido)1molO32gO
=0,14molO (exceso)
Relacionando los hidrocarburos con los productos se obtienen los moles de CO y H Oformados:
0,3gC H1molC H30gC H
2molCO1molC H
=0,02molCO
2,9gC H1molC H58gC H
4molCO1molC H
=0,20molCO
0,22molCO
0,3gC H1molC H30gC H
3molH O1molC H
=0,03molH O
2,9gC H1molC H58gC H
5molH O1molC H
=0,25molH O
0,28molH O
Laspresionesparcialesdecadagasseobtienenaplicandolaecuacióndeestadodelosgasesideales:
p =xRTV
=0,14mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 225+273 K
20L=0,29atm
pC =xRTV
=0,22mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 225+273 K
20L=0,45atm
p =xRTV
=0,28mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 225+273 K
20L=0,58atm
Lapresióntotaldelamezclaes:
pt= 0,29+0,45+0,58 atm=1,32atm
2.15. Se dispone de 25 L de hidrógenomedidos a 700mmHg y 30°C y de 14 L de nitrógenomedidosa730mmHgy20°C.Sehacenreaccionarambosgasesenlascondicionesadecuadas.a)Ajustalareaccióndesíntesisycalculalamasa,engramos,deamoníacoproducido.b)Sisesuponequelareaccióntranscurreconunrendimientodel100%,calculalacantidadengramosdeldelosreactivo/squenohanreaccionado.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(CastillayLeón2008)
a‐b)LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealasíntesisdeNH es:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 56
N (g)+3H (g)2NH (g)
Alexistirinicialmentecantidadesdeambosreactivosesprecisodeterminarpreviamentecuálde ellos es el reactivo limitante. Considerando comportamiento ideal, el número de molesinicialesdecadareactivoes:
pH2=700mmmHg·25L
0,082atm·L·mol 1·K 1 30+273 K
1atm760mmmHg
=0,93mol
p =730mmmHg·14L
0,082atm·L·mol 1·K 1 20+273 K
1atm760mmmHg
=0,56mol
Comolarelaciónmolar:
0,93molH0,56molN
=1,66<3
lo que quiere decir que sobra N , por lo que se consume todo el que es el reactivolimitanteydeterminalacantidaddeNH formado.
RelacionandoH conNH :
0,93molH2molNH3molH
17gNH1molNH
=10,54g
RelacionandoH conN seobtienelacantidaddeestesobrante:
0,93molH1molN3molH
=0,31molN
0,56molN (inicial)0,31molN (reaccionado)=0,25molN (enexceso)
0,25molN28gN1molN
=7,0g
2.16.Ungasdegasógenotienelasiguientecomposiciónexpresadaen%envolumen: 8,0%;CO23,2%; 17,7%; 1,1%; 50%.Calculaladensidaddelgasa23°Cy763mmHg.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(C.Valenciana2008)
DeacuerdoconlaleydeAvogadro,elporcentajeenvolumendeunamezclagaseosacoincideconsuporcentajeenmoles.
Lamasadecadaunodelosgasescontenidosen100molesdemezclaes:
8,0molCO44gCO1molCO
=352gCO 23,2molCO28gCO1molCO
=649,6gCO
17,7molH2gH1molH
=35,4gH 1,1molCH16gCH1molCH
=17,6gCH
50,0molN28gN1molN
=1400gN
Lamasatotaldegaseses:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 57
352gCO +649,6gCO+35,4gH +17,6gCH +1400gN =2454,6ggasógeno
Considerando comportamiento ideal, el volumen ocupado por los 100moles de gas en lascondicionesdadases:
V=100mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 23+273 K
763mmHg760mmHg1atm
=2417,7L
Ladensidaddelgasdegasógenoes:
ρ=2454,6g2417,7L
=1,015g·L 1
2.17.Elgasqueestádentrodeunrecipienteejerceunapresiónde120kPa.Seextraeunaciertacantidaddelgasqueocupa230 a100kPa.Elgasrestantedelrecipienteejerceunapresiónde80kPa.Todaslasmedidassehanrealizadoalamismatemperatura.Calculaelvolumendelrecipiente.
(Datos.ConstanteR=0,082atm·L· · ;1atm=101326Pa)(Baleares2009)
Considerando comportamiento ideal y llamando p a la equivalencia entre kPa y atm, elnúmerodemolesdegascontenidoenelrecipientees:
niniciales=120kPa·VL
Ratm·L·mol ·K ·TK1atmpkPa
=120VpRT
mol
Elnúmerodemolesdegasextraídosdelrecipientees:
nextraıdos=100kPa·230L
Ratm·L·mol ·K ·TK1atmpkPa
=2,3·10pRT
mol
Elnúmerodemolesdegasquequedanenelrecipientees:
nrestantes=80kPa·VL
Ratm·L·mol ·K ·TK1atmpkPa
=80VpRT
mol
Haciendounbalancedemateriadelgas:
niniciales=nextraıdos+nrestantes
120VpRT
2,3·10pRT
80VpRT
V=575L
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 58
3.DISOLUCIONES
3.1.Alprepararunadisolucióndeácidoclorhídrico1Mharesultadoalgodiluido,puessóloes0,932M.Calculaelvolumendeácidoclorhídricode riqueza32,14%enmasaydensidad1,16g/mLqueesnecesarioañadira1Ldeladisoluciónoriginalparaqueresulteexactamente1M.Suponerquenohaycontraccióndevolumenalmezclarlosdosácidos.
(Canarias1997)(C.Valenciana1998)(Extremadura2000)(Baleares2001)
MolesdeHClquecontieneladisoluciónmalpreparada:
1Ldisolucion0,932molHClLdisolucion
=0,932molHCl
SiseañadenxmLdeHCldel32,14%aladisolución,elnúmerodemolesdeHClquecontienees:
xmLHCl32,14%1,16gHCl32,14%1mLHCl32,14%
32,14gHCl
100gHCl32,14%1molHCl36,5gHCl
=0,0102xmolHCl
Almezclarambasdisolucionessedebeobtenerunadisolucióndeconcentración1M:
0,932+0,0102x molHCl1+0,001x Ldisolucion
=1Mx=7,4mLHCl32,14%
3.2.Sedisponede6,5gdedisoluciónacuosadehidróxidode litio (LiOH)de1,07dedensidadrelativay0,08defracciónmolarenLiOH.Calcular:a)Lamolalidaddeladisolución.b)Laconcentraciónen%enpeso.c)Lamolaridaddelamisma.d)¿Cuántosgramosdeaguahabráqueañadira lacitadacantidaddedisoluciónparaque lafracciónmolarenLiOHseaahora0,04?
(Murcia1998)
a) En primer lugar se calculan las cantidades de soluto y disolvente contenidas en unadisolucióndeLiOHde fracciónmolar0,08 (tomandocomobasede cálculouna cantidaddedisolucióntalqueelnúmerodemolesdeLiOHmáselnúmerodemolesdeH Osealaunidad).Porlotanto,existirán0,08molesdeLiOHporcada0,92molesdeH O.
0,08molLiOH24gLiOH1molLiOH
=1,92gLiOH
0,92molH O24gH O1molH O
=16,56gH O
18,48gdisolucion
LasmasasdeLiOHyH Ocontenidasenlos6,5gdedisoluciónson:
6,5gdisolucion1,92gLiOH
18,48gdisolucion=0,68gLiOH
6,5gdisolución–0,68gLiOH=5,82gH2O
Lamolalidaddeladisoluciónes:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 59
0,68gLiOH5,82gH O
1molLiOH24gLiOH
10 gH O1kgH O
=4,8m
b)Laconcentracióndeladisoluciónexpresadacomoporcentajeenmasaes:
0,68gLiOH6,5gdisolucion
100=10,4%
c)Laconcentraciónmolardeladisoluciónes:
0,68gLiOH6,5gdisolucion
1molLiOH24gLiOH
1,07gdisolucion1mLdisolucion
10 mLdisolucion1Ldisolucion
=4,6M
d)LanuevadisolucióncontienelamismacantidaddeLiOHynmolesdeH O:
0,68gLiOH1molLiOH24gLiOH
0,68gLiOH1molLiOH24gLiOH +nmolH O
=0,04n=0,068molH O
0,68molH O18gH O1molH O
=12,24gH O
Comoladisoluciónyacontiene5,82gdeH O,lamasadeestasustanciaaañadires:
12,24gH O(total)–5,82gH O(inicial)=6,42g (añadida)
3.3.En1000gdeaguaa20°Csedisuelven725Ldeamoníaco,medidosa20°Cy744mmHg.Ladisoluciónresultantetieneunadensidadde0,882g· .Calculalamolaridaddeladisoluciónyelaumentodevolumenqueexperimentaelaguaaldisolverelamoníacogaseoso.
(Canarias1998)
Considerandocomportamientoideal,elnúmerodemolesde quesedisuelvenenelaguaes:
n=744mmHg·725L
0,082atm·L·mol ·K (20+273)K
1atm760mmHg
=29,5molNH
Lamasacorrespondientees:
29,5molNH17gNH1molNH
=501,5gNH
Lamasatotaldedisoluciónresultantees:
1000gH O+501,5gNH =1501,5gdisolución
Elvolumenocupadoporladisoluciónes:
1501,5gdisolucion1mLdisolucion0,882gdisolucion
=1702mLdisolucion
Considerandoqueelaguatienedensidad0,998alatemperaturade20°C,elvolumenocupadopor1000gdelamismaes:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 60
1000gH O1mLH O0,998gH O
=1002mLH O
ElaumentodevolumenqueexperimentaelH OaldisolverseelNH es:
V=1702mLdisolución–1002mLH O=700mL
Laconcentraciónmolardeladisoluciónresultantees:
29,5molNH31702mLdisolucion
10 mLdisolucion1Ldisolucion
=17,3M
3.4.Setienendosdisolucionesacuosasdeácidoclorhídrico,unadel36%enmasayρ=1,1791g/ yotradel5%enmasayρ=1,0228g/ .Calculeelvolumenquedebetomarsedecadaunade ellasparapreparar500 deunadisolucióndel15% enmasa conuna ρ=1,0726g/ .Resuelvaelproblemasuponiendoquelosvolúmenessonaditivosysuponiendoquenoloson.
(Extremadura1998)
Lamasadeladisoluciónapreparar(15%)es:
500mLHCl15%1,0726gHCl15%1mLHCl15%
=536,3gHCl15%
LamasadeHClcontenidaendichadisoluciónes:
536,3gHCl15%15gHCl
100gHCl15%=80,445gHCl
Suponiendovolúmenesaditivosyquesedeseanpreparar500mLdedisolución:
LacantidaddeHClenV mLdeladisoluciónconcentrada(36%)es:
mLHCl36%1,1791gHCl36%1mLHCl36%
36gHCl
100gHCl36%=0,4245 gHCl
LacantidaddeHClenV2mLdeladisolucióndiluida(5%)es:
mLHCl5%1,0228gHCl5%1mLHCl5%
5gHCl
100gHCl5%=0,0511 gHCl
Resolviendoelsistema:
V1+V2=500
0,4245V1+0,0511V2=80,445
V1=147mLHCl36%
V2=353mLHCl5%
Suponiendovolúmenesnoaditivosyquesedeseanpreparar500mLdedisolución:
LacantidaddeHClenm gdeladisoluciónconcentrada(36%)es:
m1gHCl36%36gHCl
100gHCl36%=0,36m1gHCl
LacantidaddeHClenm mLdeladisolucióndiluida(5%)es:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 61
m2gHCl5%5gHCl
100gHCl5%=0,05m2gHCl
Resolviendoelsistema:
m1+m2=536,3
0,36m1+0,05m2=80,445
m1=136,7gHCl36%
m2=363,3gHCl5%
Losvolúmenesquesedebenmezclarson:
136,7gHCl36%1mLHCl36%
1,1791gHCl36%=116mLHCl36%
363,3gHCl5%1mLHCl5%
1,0228gHCl5%=355mLHCl5%
3.5.Sedisponede35kgdeunadisoluciónquetienelasiguientecomposición:Fracciónmolardeetanol0,02Fracciónmolardeagua0,98.
a) Calcule lamasa de agua que habrá que evaporar de lamisma para convertirla en unadisoluciónacuosa2mdeetanol.b)Sabiendoqueladensidaddeladisoluciónresultantees0,987g· ,calculesumolaridadysutemperaturadeebullición.
Dato.Constanteebulloscópicadelagua=0,52°C·kg· .(CastillayLeón2000)
a) Dadas las fracciones molares de los componentes de la disolución se puede calcular lafracciónmásicadelamisma:
0,02molC H OH0,98molH O
46gC H OH1molC H OH
1molH O18gH O
=0,92gC H OH17,64gH O
0,92gC H OH
18,56gdisolucion
LasmasasdeC H OHydeH Ocontenidasenlos35kgdedisoluciónson:
35kgdisolucion103gdisolucion1kgdisolucion
0,92gC H OH
18,56gdisolucion=1735gC H OH
35kgdisolucion– 1735gC H OH1kgC H OH
103gC H OH=33,625kgH O
LlamandoxaloskgdeH Oaevaporardeladisoluciónanteriorparaquesea2molal:
2=1735gC H OH33,625–x kgH O
46gC H OH1molC H OH
x=14,8kg
b)Sialadisoluciónanteriorselehanevaporado14,8kgdeH Oquedan 35–14,8 =20,2kgdedisoluciónquecontienen1735gdeC H OH.
Sabiendo que la densidad de la disolución es 0,897 g·cm , es decir, 0,897 kg·L , laconcentraciónmolares:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 62
1735gC H OH20,2kgdisolucion
46gC H OH1molC H OH
0,897kgdisolucion1Ldisolucion
=1,67M
Latemperaturadeebullicióndeunadisoluciónsecalculamediantelaexpresión:
ΔT =k m 1+α n–1
k =constantecrioscopicam=concentracionmolalα=gradodedisociacionionican=numerodeiones
TeniendoencuentaquesetratadeunadisoluciónacuosadeC H OH,solutonoiónico(0)conloquelaexpresiónsesimplificaa:
ΔT =k mTeb=0,52°C·kgmol
2molkg
=1,04°C
Considerando que el disolvente es H O que tiene una T = 100°C, la temperatura deebullicióndeladisoluciónes:
T =100°C+ΔT =101,4°C
3.6.¿Cuáleslamolalidaddeunadisoluciónacuosaenlaquelafracciónmolardelsolutoes0,1?(Canarias2000)
Encualquiermezclabinariasecumpleque:
x +x =1x =0,9
Tomandocomobasedecálculounacantidaddedisoluciónquecontenga0,1molesdesoluto,tambiéncontendrá0,9molesdeH O.
Lamolalidaddeladisoluciónes:
0,1molsoluto1molH O
1molH O18gH O
103gH O1kgH O
=6,2m
3.7.SedisponededosdisolucionesAyB.LadisoluciónAcontiene6,00gde en1kgdeyladisoluciónBestáformadapor6,00gde y1kgde .A20°C,ladensidadde
la disolución A esmenor que la densidad de la disolución B. Indique cuál de las siguientesproposicionesrelativasaestasdisolucionesescierta:a)LasdisolucionesAyBtienenlamismamolaridad.b)Ambasdisolucionestienenlamismamolalidad.c)Lasfraccionesmolaresde enAyBsoniguales.d)Elporcentajede esdiferenteenAyB.
(Canarias2000)(CastillayLeón2001)
Ambas disoluciones contienen igual masa de soluto (m ) y por tanto, moles de soluto (n),idénticamasadedisolución(m )ydedisolvente(m ),yademás,respectodelasdensidades,expresadasenkg/L,secumplequeρ <ρ .
a)Falso.SiM =M :
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 63
MA=nmolCH3OH
m kgA 1LAρ kgA
M =nmolCH3OH
m kgB 1LBρ kgB
MM
=ρρ
Comoρ <ρ secumplequeM <M .
b)Verdadero.Sim =m :
m =nmolCH OH
m kgdisolvente
m =nmolCH OH
m kgdisolvente
=
c)Falso.Six =x :
x =nmolCH OH
nmolCH OH+10 gH O1molH O18gH O
x =nmolCH OH
nmolCH OH+10 gCCl1molCCl154gCCl
xx=
n+1000154
n+100018
<1
Comoseobserva, ladisolución cuyodisolvente tienemayormasamolar (CCl4) tienemayorfracciónmolar.
d)Falso.Si%CH OH(A)%CH OH(B):
%A=m gCH OH
m gdisolucion100
%B=m gCH OH
m gdisolucion100
%A%B
=1
Comoseobserva,%CH OH(A)=%CH OH(B).
Larespuestacorrectaeslab.
3.8.Unácidosulfúricoconcentradotieneunadensidadde1,81g· yesdel91%enmasadeácidopuro.Calculeelvolumendeestadisoluciónconcentradaquesedebetomarparapreparar500 dedisolución0,5M.
(Canarias2000)
LamasadeH SO quesenecesitaparapreparar500cm dedisolucióndeH SO 0,5Mes:
500cm H SO 0,5M0,5molH SO 1LH SO 0,5M
1LH SO 0,5M
103cm H SO 0,5M98gH SO 1molH SO
=24,5gH SO
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 64
ComosedisponedeH SO concentradoderiqueza91%enmasaydensidad1,81g·cm :
24,5gH SO100gH SO 91%
91H SO1cm H SO 91%1,81gH SO 91%
=14,9 91%
3.9.Sedisponedeunadisolución(DisoluciónA)deácidoclorhídricodel36%enpesoydensidad1,18g· .a)Calcularelvolumenquehayqueañadirdeestadisolucióna1litrodeotradisolucióndeácidoclorhídrico del 12% en peso y densidad 1,06 g· para que la disolución resultante seaexactamentedel25%enpeso.b) ¿Qué volumen de la disolución A hay que añadir a 500mL de otra disolución de ácidoclorhídrico0,92Mparaquelanuevadisoluciónresulteexactamente1M?c) ¿Qué volumen de la disoluciónA se necesita para neutralizar 50mL de una disolución dehidróxidodesodioquecontiene100g· ?
(Murcia2000)
a)LasmasasdedisoluciónyHClcontenidasen1LdedisolucióndiluidadeHCl(12%)son:
1LHCl12%103cm HCl12%1LHCl12%
1,06gHCl12%1cm HCl12%
=1060gHCl12%
1060gHCl12%12gHCl
100gHCl12%=127,2gHCl
LasmasasdedisoluciónyHCl contenidasenxmLdedisoluciónconcentradadeHCl (36%)son:
xcm HCl36%1,18gHCl36%1cm HCl36%
=1,18xgHCl36%
1,18xgHCl36%36gHCl
100gHCl36%=0,425xgHCl
Si se mezclan x cm de HCl 36% con 1 L de HCl del 12% se obtiene una disolución deconcentración25%enmasadeHCl:
1,18xgHCl36%127,2+0,425x gHCl
1060+1,18x gHCl25%100=25%x=1062 HCl36%
b)ElnúmerodemolesdeHClcontenidosen500mLdisolucióndeHCl0,92Mes:
500mLHCl0,92M1LHCl0,92M
103mLHCl0,92M0,92molHCl1LHCl0,92M
=0,46molHCl
ElnúmerodemolesdeHClcontenidosenymLdedisoluciónconcentradadeHCl(36%)es:
ymLHCl36%1,18gHCl36%1mLHCl36%
36gHCl
100gHCl36%1molHCl36,5gHCl
=1,16·10 ymolHCl
Suponiendo volúmenes aditivos, al mezclar ambas disoluciones se debe obtener unadisolucióndeconcentración1M:
0,46+1,16·10 y molHCl500+10 y LHCl1M
=1Mx=4 HCl36%
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 65
c)LaecuaciónquímicacorrespondientealareaccióndeneutralizaciónentreHClyNaOHes:
HCl(aq)+NaOH(aq)NaCl(aq)+H2O(l)
ElnúmerodemolesdeNaOHcontenidosen50mLdedisolucióndeNaOHdeconcentración100g/Les:
50mLNaOH100g/L100gNaOH
103mLNaOH100g/L1molNaOH40gNaOH
=0,125molNaOH
RelacionandoNaOHconladisolucióndeHCl36%(A):
0,125molNaOH1molHCl1molNaOH
1mLHCl36%
1,16·10 molHCl=10,8mLHCl36%
3.10.Adiferenciadelagua,quereaccionaviolentamenteconlosmetalesalcalinos,elamoníacolíquidosecombinaconellosformandodisolucionesdeintensocolorazul.Suponiendoquetiene1707 g de una disolución de sodio en amoníaco líquido, siendo la fracciónmolar delmetal0,0937, ¿cuántos gramos de amoníaco debería evaporar si necesita que la fracción molaraumentea0,1325?
(Extremadura2001)(CastillayLeón2001)
Unadisoluciónquetienefracciónmolar0,0937paraunodesuscomponentes,paraelotrolafracciónmolares 1–0,0937 =0,9063.
Convirtiendolarazónmolarenrazónmásicayfracciónmásica:
0,0937molNa0,9063molNH
23gNa1molNa
1molNH17gNH
=0,14gNagNH
0,14gNa
1,14gdisolucion
LasmasasdeNayNH contenidasen1707gdeladisoluciónanteriorson:
1707gdisolucion0,14gNa
1,14gdisolucion=210gNa
1707gdisolución–210gNa=1497gNH
Unadisoluciónquetienefracciónmolar0,1325paraunodesuscomponentes,paraelotrolafracciónmolares 1–0,1325 =0,8675.
Convirtiendolarazónmolarenrazónmásica:
0,1325molNa0,8675molNH
23gNa1molNa
1molNH17gNH
=0,207gNagNH
Si la disolución dada contiene 210 g de Na y lo que se evapora es NH , la masa de éstenecesariaparaobtenerladisoluciónresultantees:
210gNa1gNH30,207gNa
=1014gNH3
LamasadeNH aevaporares:
1497gNH (inicial)–1014gNH (final)=483g (aevaporar)
Proble
3.11.usualdeterc.n.Ela)¿Cub)Pronatur
a)La
Laec
Relac
b)La
Segúnelectrcorrecada
3.12.carbodilucicontie
Laec
Relac
emasyCuestion
La concentlmente de lrminadacanloxígenoprouáleslamolopongaunaralezadesus
expresión8
8mLmLdisoluc
uaciónquím
2H O (aq
cionandoO2
8mLmLdisoluc
estructurad
n el modelorones solitaespondeunnátomodeox
Se necesitaonato sódicoiónapartirene93,64%
uaciónquím
Na CO (s)
cionandoNa
nesdelasOlim
tración unala forma “atidaddedisovienedelalaridadenestructuramsenlaces.
8volúmenes
LO2cionH O
micaajustada
q)2H O
conH O :
LO2cionH O
122
deLewisde
o RPECV serios alredednúmeroestéxígenoylag
1 litro de uoanhidro.Cadeotroácide .
micacorresp
)+H SO (a
a CO yH SO
mpiadasdeQuí
disoluciónagua oxigensoluciónpuedisociaciónd
deunagmolecularp
squieredeci
acorrespon
O(l)+O2(g
mmolO22,4mLO2
2
lH O es:
e trata unadorde cadaérico(m+n)geometríaes
un cierto ácalcular lamido sulfúrico
ondienteal
aq)Na
O :
mica.Volumen
acuosa de pnada de xdeproducirdelperóxidoguaoxigenadarael ,
irquehay:
dientealad
)
2mmolH O1mmolO2
sustancia cátomo cent=4porloqscomollama
cido sulfúricomolaridaddeo concentrad
lareaccióne
SO (aq)+C
n7.(S.Menargu
peróxido devolúmenes”xvecessuvodehidrógendade8volú,justificando
descomposic
=0,71M
cuya distributral se ajustqueladisposanalgunosa
o para reace esteácidodo conuna
entreNa CO
CO (g)+H
ues&F.Latre)
hidrógeno”. Esto quievolumendenoenaguaymenes?osugeomet
cióndelH O
ución de ligta a la fórmsiciónestetrautorescon“
cionar totaly cómopoddensidadde
O yH SO e
O(l)
( ) seere decir qoxígenogasyoxígeno.
tríaenfunció
(Extremadu
O es:
gandos y paulaAX2E2 araédricares“formadeli
lmente con 1dríapreparae1,830g/mL
(Balea
s:
66
expresaue unaseosoen
óndela
ura2001)
ares dea laquespectoaibro”.
1 kg dearseporL yque
res2002)
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 67
1000gNa CO1molNa CO106gNa CO
1molH SO1molNa2CO3
=9,43molH SO
Lamolaridaddeladisoluciónácidaes:
9,43molH SO1Ldisolucion
=9,43M
LamasadedisolucióndeH SO deriqueza93,64%necesariaparapreparar1Ldedisolución9,43Mes:
9,43molH SO98gH SO1molH SO
100gH SO 93,64%
93,64gH SO=987g 93,64%
Elprocedimientoexperimentales:
▪Sepesan987gdeH SO del93,64%.
▪Seintroduceunpocodeaguaenunrecipienteconcapacidadparaunlitrodedisolución.
▪Seañaden lentamente los987gdeH SO del93,64%a lavezqueseagitaconcuidadolamezcla.
▪Elprocesodedisolucióndelácidosulfúricoenaguaesfuertementeexotérmico,porloqueunavezquelamezclasehayaenfriado,secompletaconaguahastaobtener1Ldedisolución.
También se podría haber calculado el volumen correspondiente a los 987 g de H SO del93,64%aañadir:
100gH SO 93,64%1mLH SO 93,64%1,830gH SO 93,64%
=539mL 93,64%
pero en el laboratorio resulta más problemático medir ese volumen con una probeta quemedirlamasaconunabalanza.
3.13.Lalegislaciónmedioambientalestablecelossiguienteslímitesparalasconcentracionesdeionesdemetalespesadosenlosvertidosdeaguasresiduales:
cadmio<0,05ppm aluminio<0,5ppm.Unlaboratoriodeanálisisdemetalespesadosgeneracomoresiduounadisoluciónacuosaquees10 Mennitratodealuminioy10 Mennitratodecadmio.Calcule:a)Elcontenidodelosiones y dedichadisoluciónexpresadosenmg/L.b)Elvolumendeaguapuraquedebemezclarseconcada litrodeestadisoluciónparaqueelvertidocumplalalegislaciónvigente.
(CastillayLeón2002)
a)Portratarsededisolucionesacuosasdiluidassepuedeconsiderarlaconcentraciónenppmcomomgsoluto/Lagua.
LaconcentracióndeAl deladisolución,expresadaenmg/L,es:
10 molAl NO1Ldisolucion
1molAl
1molAl NO27gAl1molAl
103mgAl1gAl
=0,27mg
L
Elvalor0,27ppm<0,5ppm,valormáximopermitidoporlalegislación,porlotantorespectoalAl sepuederealizarelvertidosinproblemas.
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 68
LaconcentracióndeCd ,expresadaenppm,deladisoluciónes:
10 molCd NO1Ldisolucion
1molCd
1molCd NO112,4gCd1molCd
103mgCd1gCd
=1,12mg
L
El valor 1,12 ppm > 0,05 ppm, valor máximo permitido por la legislación, por lo tantorespectoal seránecesariodiluirparapoderrealizarelvertidodelaguacontaminada.
b)Considerandovolúmenesaditivos,yllamandoValoslitrosdeaguaaañadirparaconseguirlaconcentraciónpermitidaenelcasodelCd:
1,12mgCd1+V Ldisolucion
=0,05mgCd
LdisolucionV=21,5LH2O
3.14. En la fabricación de ácido sulfúrico por elmétodo de las cámaras de plomo, ahora endesuso,seobtieneunácidosulfúricoconunariquezadel63,66%enmasa.Calculelacantidaddeaguaquesedebeevaporar,porkgdemezclainicial,paraconcentrardichoácidohastaun75%enmasaderiqueza.
(CastillayLeón2003)
LasmasasdeH SO yH Ocontenidasen1kgdedisoluciónderiqueza63,66%es:
10 gH SO 63,66%63,66gH SO
100gH SO 63,66%=636,6gH SO
Llamando x a lamasa de H O que debe evaporar de la disolución anterior para tener unariquezadel75%:
636,6gH SO(1000–x)gdisolucion
100=75%x=151,2g
3.15.Sedeseanpreparar30gdeunadisoluciónal60%enpesodeetanol.Paraello,partiremosdeuna disolución acuosa de etanol al 96% en volumen y de agua destilada. A la temperatura detrabajo, ladensidadde ladisolucióndeetanolal96%es0,81g/mLy ladensidaddelagua1,000g/mL.¿Quévolumendeambassustanciastendremosquemezclarparaprepararladisolución?Calculetambiénlafracciónmolardeletanolenladisoluciónobtenida.Dato:densidaddeletanolabsoluto=0,79g/mL.
(Murcia2004)
Lasmasasdeetanol,C H O,ydeaguacontenidasen30gdedisolucióndeetanolal60%enpesoson:
30gC H O60%(w/w)60gC H O
100gC H O60%(w/w)=18gC H O
30gC H O60%(w/w)–18gC H O=12gH O
Relacionandoeletanolabsoluto(100%)conladisolucióndel96%envolumen:
18gC H O1mLC H O
0,79mLC H O100mLC H O96%(v/v)
96mLC H O=23,7mL O96%(v/v)
Elvolumendeaguaaañadir:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 69
23,7mLC H O96%(v/v)0,81gC H O96%(v/v)1mLC H O96%(v/v)
=19,2gC H O96%(v/v)
30gC H O60%(w/w)–19,2gC H O96%(v/v) gH O1mLH O1,000gH O
=10,8mL
Lafracciónmolardeladisoluciónobtenidaes:
x O=18gC H O
1molC H O46gC H O
18gC2H6O1molC H O46gC H O +12gH O
1molH O18gH O
=0,37
3.16. Al preparar una disolución al 50% de hidróxido potásico partiendo de un productocomercialconun90%deriqueza,seagregóunexcesodeagua,resultandouna lejíadel45%.¿Cuánto producto comercial debe añadirse a 200 gramos de esta disolución para tener laconcentracióndeseada?
(Galicia2004)
LamasadeKOHcontenidaen200gdedisolucióndeKOHal45%enmasaes:
200gKOH45%45gKOH
100gKOH45%=90gKOH
LamasadeKOHcontenidaenxgdedisolucióndeKOHal60%enmasaes:
xgKOH60%60gKOH
100gKOH60%=0,6xgKOH
Al mezclar ambas disoluciones se puede obtener una cuya concentración sea del 50% enmasa:
90+0,6x gKOHx+200 gKOH50%
100=50%x=100gKOH60%
3.17.Sepreparaunadisoluciónmezclando30mLdeagua,dedensidad1000kg/ y40mLdeacetona de densidad 0,6 g/ . La densidad de la disolución resultante es igual a 0,9 kg/L.Calculalaconcentracióndeacetonaexpresadaen%enmasayenmolaridad.
(Baleares2005)
LasmasasdeH OydeC H Oquesemezclanson:
30mLH O1000kgH O1m3H O
1000gH O1kgH O
1m3H O
106mLH O=30gH O
40mLC H O0,6gC H O1mLC H O
=24gC H O
Laconcentracióndeladisoluciónexpresadacomo%enmasaes:
24gC H O24+30 gdisolucion
100=44%
Laconcentraciónmolardeladisoluciónes:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 70
24gC H O24+30 gdisolucion
1molC H O58gC H O
10 gdisolucion1kgdisolucion
0,9kgdisolucion1Ldisolucion
=6,9M
3.18.Calculaelvolumendeácidosulfúrico(tetraoxosulfato(VI)dehidrógeno)comercial(ρ=1,8g· yriqueza90%enmasa)quesenecesitaparapreparar500 deunadisolucióndeácidosulfúrico0,1M.
(Canarias2006)
LamasadeH SO quesenecesitaparapreparar500cm deladisolución0,1Mes:
500cm H SO 0,1M1LH SO 0,1M
103cm H SO 0,1M0,1molH SO1LH SO 0,1M
98gH SO1molH SO
=4,9gH SO
Como sedisponedeH SO comercial de riqueza90%y = 1,8 g·cm , el volumenque senecesitaes:
4,9gH SO100gH SO 90%
90gH SO1cm H SO 90%1,8gH SO 90%
=3 90%
3.19.Calculalosgramosdesolutoqueesprecisoañadira400mLdeunadisoluciónderiqueza30%ydensidad1,32g· paraconvertirlaenotradel40%.
(Baleares2006)
Lasmasasdedisoluciónydesolutode400mLdeunadisoluciónderiqueza30%es:
400mLdisolucion30%1,32gdisolucion30%1mLdisolucion30%
=528gdisolucion30%
528gdisolucion30%30gsoluto
100gdisolucion30%=158gsoluto
Llamando x a masa de soluto a añadir a la disolución anterior para que la concentraciónaumentehastael40%:
158+x gsoluto528+x gdisolucion
100=40%x=88gsoluto
3.20.Lacervezaqueseconsumecorrientementetieneun3,5%decontenidoenalcoholetílico,.Calculalamasadealcoholpresenteenunabotellaquecontiene330mL(“untercio”)
decervezasuponiendoqueladensidaddeestaesiguala1,00g· .(Baleares2007)
La masa de alcohol etílico (C H OH) contenida en un botellín de cerveza de 330 mL dedisoluciónes:
330mLcerveza1gcerveza1mLcerveza
3,5gC H OH100gcerveza
=11,6g
3.21.Semezclan30mLdeaguadedensidad1000kg/ con40mLdeacetona( )dedensidad0,6g/mL.Ladensidaddeladisoluciónresultantees0,9kg/L.Calculalaconcentracióndeestadisoluciónexpresadaen%masayenmolaridad.
(C.Valenciana2007)
Lasmasasdeacetonayaguaquesemezclanson:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 71
40mLCH COCH0,6gCH COCH1mLCH COCH
=24gCH COCH
30mLH O1m3H O
106mLH O1000kgH O1m3H O
103gH O1kgH O
=30gH O
Aplicandoelconceptodeporcentajeenmasa:
24gCH COCH24gCH COCH +30gH O gdisolucion
100=44,4%
Aplicandoelconceptodemolaridad:
24gCH COCH54gdisolucion
1molCH COCH58gCH COCH
103gdisolucion1kgdisolucion
0,9kgdisolucion1Ldisolucion
=6,9M
3.22.Unwhiskycontieneun40%envolumendealcohol.Aproximadamente,el15%delalcoholingeridopasaalasangre.¿Quéocurreconelrestodelalcohol?¿Cómosepierde?Calculalaconcentracióneng/ yenmol/Ldealcoholensangredeunhombretrasbebertreswhiskiesenunafiesta.Elhombretiene70kgdepeso.Silaconcentraciónde0,003g/ esindicativadeintoxicaciónetílica,¿seintoxicóelhombre?Datos.Alcohol= ;volumendeunacopadewhisky=100mL;densidaddelalcohol=0,79kg/L;elvolumendesangrevaríasegúnelpesodelcuerpo.Enunhombreyen litroseselresultadodel8%delamasacorporal.Comodatoscuriososdiremosqueelmáximopermitidoparaconducires0,3g/Lensangreyqueconunacantidadde4g/Lseentraencomaetílico.
(Galicia2008)
LamasadeCH CH OH(=0,79g·mL )queingiereelhombrealtomarlastrescopases:
3copas100mLwhisky
1copa40mLCH CH OH100mLwhisky
0,79gCH CH OH1mLCH CH OH
=94,8gCH CH OH
LamasadeCH CH OHquepasaalasangrees:
94,8gCH CH OH15gCH CH OH(sangre)100gCH CH OH(ingerido)
=14,2gCH CH OH(sangre)
Elvolumendesangredeunhombrede70kges:
70kg8Lsangre100kg
=5,6Lsangre
Despreciando el volumen ocupado por el alcohol etílico en la sangre, la concentraciónexpresadacomog·cm es:
14,2gCH CH OH5,6Lsangre
1Lsangre
103cm3sangre=0,0025
gcm3sangre
Estevaloresmayorque0,003g·cm ,portanto,elhombrenosufrió intoxicaciónetílica.Sinembargo,estevalores10vecessuperioralpermitidoporlaleyparaconducir(0,3g·L ).
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 72
Despreciando el volumen ocupado por el alcohol etílico en la sangre, la concentraciónexpresadacomomol·L es:
14,2gCH CH OH5,6Lsangre
1molCH CH OH46gCH CH OH
=0,055molL
El restodealcohol ingerido se repartepor losórganosdel cuerpoy se eliminaa travésdelaliento,orina,sudor.
3.23.Ciertaempresa fabricabateríasparaautomóvilesynecesitapreparar4500Ldiariosdeácido sulfúrico del 34% de riqueza en peso (densidad 1,25 g/mL). ¿Cuántos litros de ácidosulfúricoconcentrado(98%deriquezaenpeso,densidad1,844g/mL)serequeriránparacubrirlasnecesidadesdiariasdelasempresa?
(PreselecciónC.Valenciana2008)
Lamasadedisolucióndel34%quesenecesitaes:
4500LH SO 34%103mLH SO 34%1LH SO 34%
1,25gH SO 34%1mLH SO 34%
=5,63·106gH SO 34%
LamasadeH SO quecontienees:
5,63·106gH SO 34%34gH SO
100gH SO 34%=1,91·106gH SO
Comosedisponededisolucióndel98%:
1,91·106gH SO100gH SO 98%
98gH SO=1,95·106gH SO 98%
Elvolumendedisolucióndel98%es:
1,95·106gH SO 98%1mLH SO 98%1,844gH SO 98%
1LH SO 98%
103mLH SO 98%=1057L 98%
3.24.Apartirdeácido clorhídricocomercialdedensidad1,18g/mLy36%enpeso, sequierepreparar500mLdeunadisolución0,5Myposteriormente100mLdeunadisolución0,1Mapartirdelaanterior.Indiqueloscálculosnecesariosyelprocedimientoaseguir.CalculeelnúmerodegramosdeHquehayenlosúltimos100mLdedisolución, incluyendolosprocedentesdeagua.
(Murcia2009)
Parapreparar500mLdedisolucióndeHCl0,5MapartirdeHClderiqueza36%.
500mLHCl0,5M1LHCl0,5M
103mLHCl0,5M0,5molHCl1LHCl0,5M
36,5gHCl1molHCl
=9,1gHCl
Como se dispone de HCl comercial de riqueza 36% y = 1,18 g·mL , el volumen que senecesitaes:
9,1gHCl100gHCl36%
36gHCl1mLHCl36%1,18gHCl36%
=21,5mLHCl36%
Elprocedimientoexperimentales:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 73
▪Sellenaconaguahastasumitadunmatrazaforado500mL.
▪ Se miden con una pipeta 21,5 mL de HCl de riqueza 36% y se introducen en el matrazaforado.
▪Seagitalamezclaysecompletaconaguahastallegarelaforo,cuidandodeañadirlaúltimaporcióndeaguaconuncuentagotas.
Parapreparar100mLdedisolucióndeHCl0,1MapartirdeHCl0,5M
100mLHCl0,1M1LHCl0,1M
103mLHCl0,1M0,1molHCl1LHCl0,1M
=0,01molHCl
ComosedisponedeHCl0,5M,elvolumenquesenecesitaes:
0,01molHCl1LHCl0,5M0,5molHCl
103mLHCl0,5M1LHCl0,5M
=20mLHCl0,5M
Elprocedimientoexperimentales:
▪Sellenaconaguahastasumitadunmatrazaforado100mL.
▪Semidenconunapipeta21,5mLdedisolucióndeHCl0,5Myse introducenenelmatrazaforado.
▪Seagitalamezclaysecompletaconaguahastallegarelaforo,cuidandodeañadirlaúltimaporcióndeaguaconuncuentagotas.
LamasadeHcontenidosenelHClañadidoes:
0,01molHCl1molH1molHCl
1gH1molH
=0,01gH
Comoladisolución0,1Mcontienepocosolutosepuedesuponerquesudensidades1g·mL ,conloquelamasadeH Ocontenidaenlos100mLdedisolución0,1Mes:
100gHCl0,1M–0,01molHCl36,5gHCl1molHCl
=99,64gH O
99,64gH O1molH O18gH O
2molH1molH O
1gH1molH
=11,07gH
LamasatotaldeHcontenidaenladisoluciónes:
0,01gH+11,07gH=11,08gH
3.25. El etilenglicol, − , o simplemente glicol, es un líquido de densidad 1,115g/ que se utiliza como disolvente y anticongelante. ¿Qué volumen de esta sustancia esnecesariodisolverparapreparar750mLdeunadisolucióndeglicol0,250M?
(Baleares2009)
Elnúmerodemolesdeglicolcontenidosen750mLdedisolución0,250Mes:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 74
750mLglicol0,250M1Lglicol0,250M
103mLglicol0,250M0,250molglicol1Lglicol0,250M
=0,1875molglicol
Elvolumendeglicoles:
0,1875molglicol62gglicol1molglicol
1cm3glicol1,115gglicol
=10,4cm3glicol
3.26.Una disolución de ácido nítrico tiene una densidad de 1,124 g/mL y 20,69% (P/PT). Setoman40mLdedichadisoluciónysediluyenconaguaa15°C(ρ=1g/mL)hastaunvolumende250mL.¿Cuáleslaconcentracióneng/Ldeladisolucióndiluida?
(Córdoba2010)
LamasadeHNO contenidaen40mLdedisoluciónderiqueza20,69%es:
40mLHNO 20,69%1,124gHNO 20,69%1mLHNO 20,69%
20,69gHNO
100gHNO 20,69%=9,3gHNO
Laconcentracióndeladisoluciónes:
9,3gHNO250mLdisolucion
10 mLdisolucion1Ldisolucion
=37,2g/L
3.27.Semezclan50mLdeunadisoluciónquecontiene54,6gdesulfatodeamonioen500mLdedisolucióncon75mLdeotradisolución0,52Mdelamismasal.Deladisoluciónresultantedelamezclansetoman30mLysediluyenconaguahastaobtener100mLdedisoluciónfinal.Calculelaconcentracióndeladisoluciónfinalexpresandoelresultadoenconcentraciónmolaryppm.
(CastillayLeón2011)
Laconcentraciónmolardeladisolución(A)es:
54,6g NH SO500mLdisolucionA
1mol NH SO132g NH SO
1000mLdisolucionA
1LdisolucionA=0,827M
Elnúmerodemmolesdesolutocontenidosen50mLdeestadisoluciónes:
50mLdisolucionA0,827mmol NH SO1mLdisolucionA
=41mmol NH SO
Elnúmerodemmolesdesolutocontenidosen75mLdeladisoluciónB(0,52M)es:
75mLdisolucionB0,52mmol NH SO1mLdisolucionB
=39mmol NH SO
Considerandovolúmenesaditivos, la concentraciónmolarde ladisolución resultante (C)demezclarlosvolúmenesdadosdelasdisolucionesAyBes:
41+39 mmol NH SO50+75 mLdisolucionC
=0,64M
Elnúmerodemmolesdesolutocontenidosen30mLdeladisoluciónCes:
30mLdisolucionC0,64mmol NH SO1mLdisolucionC
=19,2mmol NH SO
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 75
Considerandovolúmenesaditivos, laconcentraciónmolardeladisoluciónfinal(D)obtenidaaldiluirenaguaelvolumendadodeladisoluciónC:
19,2mmol NH SO100mLdisolucionD
=0,192M
Laconcentracióndeladisoluciónfinal(D)expresadaenppmes:
0,192mmol NH SO1mLdisolucionD
132mg NH SO1mmol NH SO
10 mLdisolucionD1LdisolucionD
=25344ppm
3.28.El término “proof” queaparece en lasbotellasdebebidasalcohólicas sedefine como eldobledelporcentaje en volumende etanolpuro en ladisolución.Así,unadisolucióndel95%(v/v)deetanoles190proof.¿Cuáleslamolaridaddeunadisoluciónquesea92“proof”?
(Datos.Etanol, ;densidaddeletanol:0,8g/ ;densidaddelagua:1g/ )(C.Valenciana2011)
Tomandocomobasedecálculo100mLdebebidayaplicandoelconceptodemolaridad
M=46mLCH CH OH100mLbebida
0,8gCH CH OHmLCH CH OH
1molCH CH OH46gCH CH OH
1000mLbebida
1Lbebida=8
molL
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 76
4.REACCIONESQUÍMICAS
4.1.Unamuestragranuladadeunaaleaciónparaaviones(Al,MgyCu)quepesa8,72gsetratóinicialmenteconunálcaliparadisolverelaluminio,ydespuésconHClmuydiluidoparadisolverelmagnesiodejandounresiduodecobre.Elresiduodespuésdehervirloconálcalipesó2,10g,yelresiduo insolubleenácidoapartirdelanteriorpesó0,69g.Determina lacomposiciónde laaleación.
(Canarias1997)
LamuestradealeaciónestáformadaporxgAlygMgzgCu
portanto,sepuedeescribirque:
x+y+z=8,72
AltratarlaaleaciónconálcalisedisuelveelAlqueseseparadelamezcla:
Al(s)+3OH (aq)Al OH (aq)
portanto,sepuedeescribirque:
y+z=2,10x=6,62gAl
AltratarelresiduodeMgyCuconHClsedisuelveelMgqueseseparadelamezcla:
Mg(s)+2HCl(aq)MgCl (aq)+H (g)
portanto,sepuedeescribirque:
z=0,69gCudedondey=1,41gMg
4.2.Unglobosellenaconhidrógenoprocedentedelasiguientereacción:
(s)+ (l) (aq)+ (g)a)Ajustelareacción.b) ¿Cuántos gramos de hidruro de calcio harán falta para producir 250 mL de hidrógeno,medidosencondicionesnormales,parallenarelglobo?c) ¿Qué volumendeHCl 0,1M seránecesariopara que reaccione todo el hidróxido de calcioformado?d)¿Quévolumenadquiriráelglobosiasciendehastalazonadondelapresiónesde0,5atmylatemperaturade‐73°C?
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Extremadura1998)
a)Laecuaciónquímicaajustadaes:
(s)+ (l) (aq)+ (g)
b)Considerandocomportamientoideal,elnúmerodemolesdegasaobteneres:
n=1atm·0,25L
0,082atm·L·mol 1·K 1 273K=1,1·10 2molH2
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 77
RelacionandoH yCaH :
1,1·10 2molH1molCa OH
2molH42gCa OH1molCa OH
=0,235g
c)LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealaneutralizacióndelCa OH conHCles:
2HCl(aq)+Ca OH (aq)CaCl (aq)+2H O(l)
RelacionandoH yHCl:
1,1·10 2molH1molCa OH
2molH
2molHCl1molCa OH
1LHCl0,1M0,1molHCl
=0,11LHCl
d)Considerandocomportamientoideal,elvolumenocupadoelgasencondicionesdiferentesalasinicialeses:
V=1,1·10 2mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 273 73 K
0,5atm=3,7L
Eldescensodelatemperaturadebereducirelvolumenocupadoporelgas,peroeldescensode presión hace aumentar el volumen del gas y este aumento compensa la reducción delvolumenproducidaporelenfriamientodelgas.
4.3.Altratar0,558gdeunaaleacióndecincyaluminioconácidoclorhídrico,sedesprendieron609mL de hidrógeno que fueron recogidos sobre agua a 746mmHg de presión y 15°C detemperatura.a)Escribelasreaccionesdelcincyelaluminioconelácidoclorhídrico.b)Calculaelnúmerodemolesdehidrógenoqueseobtuvieronenelexperimento.c)Calculalacomposicióndelamuestraexpresandoelresultadoen%.
(Datos.ConstanteR=0,082atm·L· · ;presióndevapordelaguaa15°C=13mmHg)(C.Valenciana1998)
a)LasecuacionesquímicascorrespondientesalasreaccionesdelosmetalesconHClson:
Zn(s)+2HCl(aq) (aq)+ (g)
Al(s)+6HCl(aq)2 (aq)+3 (g)
b)Aplicandolaecuacióndeestadodeungasideal:
n=(746 13)mmHg
1atm760mmHg 609mL
1L103mL
0,082atm·L·mol 1·K 1 15+273 K=2,49·102molH2
c) Llamandox ey, respectivamente, a los gramos de Zn yAl en la aleación y relacionandoestascantidadesconelH formado:
xgZn1molZn65,4gZn
1molH1molZn
=0,0153xmolH
ygAl1molAl27gAl
3molH2molAl
=0,0556ymolH 2
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 78
Sepuedeplantearelsiguientesistemadeecuaciones:
xgZn+ygAl=0,558gmezcla
0,0153xmolH +0,0556ymolH =0,0249molH
x=0,152gZn
y=0,406gAl
Expresandoelresultadoenformadeporcentajeenmasa:
0,152gZn0,558gmezcla
100=27,2%Zn0,406gAl
0,558gmezcla100=72,8%Al
4.4.Porlaaccióndelaguasobreelcarburodealuminio( )seobtienemetanoehidróxidode aluminio. Calcula el volumen de gasmetano,medido sobre agua a 16°C y 736mmHg depresión,queseobtiene,suponiendounapérdidadegasdel1,8%,partiendode3,2gdecarburodealuminiodel91,3%deriqueza.
(Datos.ConstanteR=0,082atm·L· · ;presióndevapordelaguaa16°C=13,6mmHg)(C.Valenciana1998)
LaecuaciónquímicacorrespondientealareacciónquímicaentreAl C yH Oes:
Al C (s)+12H O(l)3CH (g)+4Al OH (aq)
RelacionandoAl C conCH4:
3,2gmuestra91,3gAl C100gmuestra
1molAl C144gAl C
3molCH1molAl C
=6,09·10‐2molCH
Teniendoencuentalapérdidadegas:
6,09·10 2molCH (teorico)1,8molCH (perdido)100molCH (teorico)
=1,1·10 3molCH (perdido)
6,09·10 2molCH (teorico)‐1,1·10 3molCH (perdido)=5,98·10 2molCH (real)
Considerandocomportamiento idealy teniendoencuentaqueel gas seencuentra recogidosobreagua:
V=5,98·10 2mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 16+273 K
736‐13,6 mmHg760mmHg1atm
=1,49LCH4
4.5.Setienen90gdeetano( )gas.Suponiendoqueeletanoesungasideal,calcula:a)Volumenqueocupaa1atmy25°C.b)Númerodemoléculasdeetanoquehayenlos90g.c)Volumende (gas,consideradotambiénideal)quesepuedeformar,alamismapresiónytemperatura, a partir del etano si la reacción siguiente es completa (ajusta previamente laecuaciónquímica):
(g)+ (g) (g)+ (l)
(Datos.ConstanteR=0,082atm·L· · ;NúmerodeAvogadro,L=6,022·10 )(C.Valenciana1998)
Elnúmerodemolesdegascorrespondientealos90gdeetanoes:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 79
90gC H 1molC H30gC H
=3molC H
a) Considerando comportamiento ideal, el volumen ocupado por el gas en las condicionesdadases:
V=3mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 25+273 K
1atm=73,3L
b)Aplicandoelconceptodemol,elnúmerodemoléculascorrespondientealamasadegases:
3molC H 6,022·1023moleculasC H
1molC H=1,8·1024moléculas
c)Laecuaciónquímicaajustadacorrespondientealacombustióndeletanoes:
C H (g)+72O (g)
2 CO (g)+3H O(l)
RelacionandoC H yCO :
3molC H 2molCO21molC H
=6molCO
Considerandocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelgasenlascondicionesdadases:
V=6mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 25+273 K
1atm=146,6L
4.6.Setratan6gdealuminioenpolvocon50mLdedisoluciónacuosa0,6Mdeácidosulfúrico.Suponiendoqueelprocesoquetienelugares:
Al(s)+ (aq) (aq)+ (g)Determina,trashaberajustadolaecuaciónquímica:a) El volumen de hidrógeno que se obtendrá en la reacción, recogido en una cubetahidroneumáticaa20°Cy745mmHg.(Lapresióndevapordelaguaa20°Ces17,5mmHg).b)Lacantidadde · queseobtendráporevaporacióndeladisoluciónresultantedelareacción.c)Elreactivoquesehallaenexcesoylacantidadquesobra,expresadaengramos.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(C.Valenciana1998)
Paralaresolucióndelosapartadosa)yb)esprecisoresolveranteselapartadoc).c)LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealareacciónentreH SO yAles:
2Al(s)+3H SO (aq)Al SO (aq)+3H (g)
Paradeterminarcuáleselreactivolimitante,esprecisocalcularelnúmerodemolesdecadaunadelasespeciesreaccionantes:
6gAl1molAl27gAl
=0,222molAl
50mLH SO 0,6M0,6molH SO
103mLH SO 0,6M=0,03molH SO
0,03molH SO0,222molAl
=0,13
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 80
Comolarelaciónmolaresmenorque1,5quieredecirquesobraAlquequedasinreaccionary que el es el reactivo limitante que determina las cantidades de sustancias quereaccionanyseproducen.
RelacionandoH SO yAl:
0,03molH SO 2molAl
3molH SO27gAl1molAl
=0,54gAl(gastado)
6,0gAl(inicial)–0,54gAl(gastado)=5,46gAl(enexceso)
a)RelacionandoH SO yH :
0,03molH SO 3molH
3molH SO=0,03molH
Considerandocomportamiento idealyqueademásel gas se encuentra recogido sobreagua(cubetahidroneumática),elvolumenqueocupaes:
V=0,03mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 20+273 K
745‐17,5 mmHg760mmHg1atm
=0,75L
b)RelacionandoH SO yAl SO :
0,03molH SO1molAl SO3molH SO
=0,01molAl SO
ComosetratadeAl SO ·H O:
0,01molAl SO1molAl SO ·H O1molAl SO
360gAl SO ·H O1molAl SO ·H O
=3,6g · O
4.7.Paradeterminarlariquezadeunamuestradecincsetoman50gdeellaysetratanconunadisolucióndeácidoclorhídricodedensidad1,18g·cm–3y35%enpesodeHCl,necesitándoseparalacompletareaccióndelcinccontenidoenlamuestra,129cm3dedichadisolución.a)Establecerlaecuaciónquímicacorrespondientealareacciónquetienelugar.b)Determinarlamolaridaddeladisolucióndeácidoclorhídrico.c)Hallarelporcentajedecincenlamuestra.d) ¿Qué volumen de hidrógeno, recogido a 27°C y a la presión de 710mmHg, se desprenderáduranteelproceso?
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Murcia1999)
a)LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealareacciónentreHClyZnes:
Zn(s)+2HCl(aq) (aq)+ (g)
b) Tomando como base de cálculo 100 g de disolución de HCl de riqueza 35%, suconcentraciónmolares:
35gHCl100gHCl35%
1molHCl36,5gHCl
1,18gHCl35%1cm3HCl35%
103cm3HCl35%1LHCl35%
=11,3M
c)ElnúmerodemolesdeHClquereaccionanes:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 81
123cm3HCl35%11,3molHCl
103cm3HCl35%=1,46molHCl
ParacalcularlariquezadelamuestraserelacionanlosmolesdeHClyZn:
1,46molHCl1molZn2molHCl
65,4gZn1molZn
=47,6gZn
47,6gZn
50gmuestra100=95,3%Zn
d)RelacionandoHClconH :
1,46molHCl1molH2molHCl
=0,73molH
Considerandocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelgases:
V=0,73mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 27+273 K
710mmHg760mmHg1atm
=19,2L
4.8.Paraconocer lacomposicióndeunaaleacióndealuminioycinc, se trataunamuestrade0,136 g de ésta con exceso de ácido clorhídrico y se recogen 129,0mL de hidrógeno gas encondicionesnormalesdepresiónytemperatura.
(Galicia1999)(Canarias2000)
LasecuacionesquímicascorrespondientesalasreaccionesdelosmetalesconelHClson:
Zn(s)+2HCl(aq)ZnCl (aq)+H (g)
2Al(s)+6HCl(aq)2AlCl (aq)+3H (g)
ElnúmerodemolesdeH desprendidoes:
129,0mLH1LH
103mLH1molH22,4LH
=5,8·10 3molH
Llamando x e y a las masas de Zn y Mg contenidas en la aleación y relacionando estascantidadesconelH formado:
xgZn1molZn65,4gZn
1molH1molZn
=1,5·10 2xmolH
ygAl1molAl27gAl
3molH2molAl
=5,6·10 2ymolH
Sepuedeplantearelsiguientesistemadeecuaciones:
xgZn+ygAl=0,136galeacion
1,5·10 2x+5,6·10 2y molH =5,8·10 3molH
x=0,045gZn
y=0,091gAl
Expresandoelresultadoenformadeporcentajeenmasa:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 82
0,044gZn0,136galeacion
100=32,4%Zn0,092gAl
0,136galeacion100=67,6%Al
(EnCanarias2000elgasserecogea27°Cy1atm).
4.9.Elorigende formacióndeunacuevaseencuentraen ladisolucióndelcarbonatodecalciograciasalaguadelluviaquecontienecantidadesvariablesde ,deacuerdoconelproceso:
(s)+ (g)+ (l) (aq)+2 (aq)a)Suponiendoqueunacueva(subterránea)tieneformaesféricayunradiode4m,queelaguadelluviacontieneenpromedio20mgde /L,quelasuperficiesobrelacuevaesplanay,portanto,eláreadondecaelalluviaresponsabledelaformacióndelacuevaescircular,de4mderadio,yqueenpromediocaen240L/ alañoenellugardondesehaformadolacueva,calculaeltiempoquehanecesitadoparaqueseformaralacueva.b)Calculalaconcentración(enmol/Lyenmg/L)quetendríael enelaguasubterráneadeesa cueva, suponiendoque laúnica fuentedeagua fuera la lluvia y laúnica fuentede calciofuera lareacciónarriba indicada.Sise tomaraun litrodeaguade lacuevayseevaporaraelagua,enestascondiciones,¿quécantidaddebicarbonatodecalcioseobtendría?c) En realidad se ha analizado el agua de la cueva, observándose que tiene la siguientecomposición enmg/L: 40,0; 13,1; 7,8; 153,0; 23,8 y 10,9.Suponiendo que al evaporar un litro de agua mineral, todo el calcio se combina con elbicarbonato,calcula lamasade formado.Sielbicarbonatoquesobra secombinaconelsodio,calculalamasade formado.Sielsodiosobrantesecombinaconelcloruro,calcula lamasa de cloruro de sodio que se forma. Si el cloruro sobrante se combina con elmagnesio, calcula la masa de cloruro de magnesio obtenida. Si el magnesio que sobra secombinaconelsulfato,calculalamasadesulfatodemagnesioobtenida.Sifinalmenteelsulfatoque sobrasecombinaracon ,¿cuánto debería tenerelagua (enmg/L),yquemasade
seformaría?
(Datos. esfera=4/3π ; círculo=π ;densidad (s)=2,930g· )(C.Valenciana1999)
a)Eláreasobrelaquecaeelaguadelluviaes:
A=π· 4m =50,265m
Elvolumendeaguaquecaesobrelacuevaenunañoes:
50,265m240Lm ·ano
=12064Lano
ElvolumendelacuevayportantodeCaCO quesedisuelvees:
V=43π 4m
106cm1m
=2,681·108cm CaCO
LacantidaddeCaCO quesetienequedisolverenlacuevaes:
2,681·108cm CaCO2,930gCaCO1cm CaCO
1molCaCO100gCaCO
=7,855·106molCaCO
RelacionandoCaCO yCO :
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 83
7,855·106molCaCO1molCO1molCaCO
44gCO1molCO
=3,456·108gCO
RelacionandoCO yaguadelluvia:
3,456·108gCO103mgCO1gCO
1Lagua20mgCO
=1,728·1010Lagua
Eltiemponecesariopararecogerelaguadelluviaes:
1,728·1010Lagua1ano12064L
=1,432·106años
b)Teniendoencuentaqueelaguadelluviacontiene20mgCO /LlaconcentracióndeCa expresadaenmol/Lymg/Les:
20mgCOL
1gCO
103mgCO1molCO44gCO
1molCa1molCO
=4,54·10 4mol
L
4,54·10 4 molCaL
40gCa1molCa
103mgCa1gCa
=18,2mg
L
c)Trabajandoenmmolesymg,lasmasasdelassalesqueseformanson:
Ca HCO (considerandolimitanteelionCa )
40mgCa1mmolCa40mgCa
1mmolCa HCO
1mmolCa162mgCa HCO1mmolCa HCO
=162mgCa HCO
NaHCO (obtenidoconelionHCO sobrante)
162mgCa HCO –40mgCa =122mgHCO
153mgHCO (total)–122mgHCO (gastado)=31mgHCO (sobrante)
31mgHCO1mmolHCO61mgHCO
1mmolNaHCO1mmolHCO
84mgNaHCO1mmolNaHCO
=42,7mg
NaCl(obtenidoconelionNa sobrante)
42,7mgNaHCO –31mgHCO =11,7mgNa
13,1mgNa (total)–11,7mgNa (gastado)=1,4mgNa (sobrante)
1,4mgNa1mmolNa23mgNa
1mmolNaCl1mmolNa
58,5mgNaCl1mmolNaCl
=3,6mgNaCl
MgCl (obtenidoconelionCl sobrante)
3,7mgNaCl–1,4mgNa =2,3mgCl
10,9mgCl (total)–2,3mgCl (gastado)=8,6mgCl (sobrante)
8,6mgCl1mmolCl35,5mgCl
1mmolMgCl2mmolCl
95,3mgMgCl1mmolMgCl
=11,5mg
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 84
MgSO (obtenidoconelionMg sobrante)
11,5mgMgCl –8,6mgCl =2,9mgMg
7,8mgMg (total)–2,9mgMg (gastado)=4,9mgMg (sobrante)
4,9mgMg1mmolMg24,3mgMg
1mmolMgSO1mmolMg
120,3mgMgSO1mmolMgSO
=24,3mg
K SO (obtenidoconelionSO sobrante)
24,3mgK SO –4,9mgMg =19,4mgSO
23,8mgSO (total)–19,4mgSO (gastado)=4,4mgSO (sobrante)
4,4mgSO1mmolSO
96mgSO1mmolK SO
1mmolSO174,2mgK SO1mmolK SO
=8,0mg
LamasadeionK necesariaparaesacantidaddeK SO es:
8,0mgK SO –4,4mgSO =3,6mg
4.10.Aun laboratorio llegaunamuestrahúmedaqueesunamezcladecarbonatosdecalcioymagnesiodelaquesedeseaconocerlacomposiciónporcentual.Paraellosepesan2,250gdelamisma y se calcinan en un crisol de porcelana hasta su total descomposición a los óxidoscorrespondientes.Enelprocesosedesprendedióxidodecarbonogaseoso,quemedidoa1,5atmy30°Cocupaunvolumende413,1 .Unavezfríoelcrisolseprocedeasupesada,llegandoalaconclusióndequeelresiduosólidoprocedentedelacalcinacióntieneunamasade1,120g.Calculelacomposiciónporcentualdelamezcla.(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )
(CastillayLeón2000)
Lasecuacionesquímicascorrespondientesaladescomposicióntérmicadeamboscarbonatosson:
CaCO (s)CaO(s)+CO (g)
MgCO (s)MgO(s)+CO (g)
Considerandocomportamientoideal,elnúmerodemolesdeCO desprendidoes:
n=1,5atm·413,1mL
0,082atm·L·mol 1·K 1 30+273 K1L
103mL=2,5·10 2molCO
LlamandoxeyalasmasasdeCaCO yMgCO3contenidasenlamezclayrelacionandoestascantidadesconelCO formado:
xgCaCO1molCaCO100gCaCO
1molCO1molCaCO
=x100
molCO
ygMgCO1molMgCO84,3gMgCO
1molCO
1molMgCO=
y84,3
molCO
x100
+y
84,3=2,5·10 2
RelacionandolasmasasdeCaCO yMgCO conelCaOyMgOformados:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 85
xgCaCO1molCaCO100gCaCO
1molCaO1molCaCO
56gCaO1molCaO
=56x100
gCaO
ygMgCO1molMgCO84,3gMgCO
1molMgO1molMgCO
40,3gMgO1molMgO
=40,3y84,3
gMgO
56x100
+84,3y84,3
=1,12
Resolviendoelsistemadeecuacionesseobtiene:
x=0,717gCaCO y=1,503gMgCO
Elporcentajedecadacarbonatorespectodelamuestrahúmedaes:
0,717gCaCO2,25gmezcla
100=31,9% 1,503gMgCO2,25gmezcla
100=66,8%
4.11.Enlasbotellasdeaguamineralsuelefigurarelanálisisquímicodelassalesquecontieney,además, el residuo seco,que correspondeal residuo sólidoquedejaun litrodeaguamineralcuando se evapora a sequedad. Este número no coincide con la suma de las masas de lassustancias disueltas, porque al hervir, algunas sustancias sufren transformaciones, como porejemplo,losbicarbonatosquesetransformanencarbonatos,conlacorrespondientepérdidadedióxidodecarbonoyagua:
(aq) (s)+ (g)+ (g)Elanálisisdeunaguamineralenmg/Leselsiguiente:
40,87,813,1124,116,630,7
a)Compruebaquetienelamismacantidaddecargaspositivasynegativas.b) Suponiendo que todo el calcio se encuentra en forma de bicarbonato de calcio y que seproducen las pérdidas indicadas en la introducción, calcula el residuo seco al evaporar asequedadunlitrodeaguamineral.c) Sial evaporara sequedad, todo el sulfato se encuentra en formade sulfatode sodio, ¿quémasadesulfatodesodio,declorurodesodio,declorurodemagnesioydecarbonatodecalcioseobtienenenelresiduoseco?
(C.Valenciana2000)
a)Secalculaelnúmerodemmolescorrespondientesaloscationes(molesdecargaspositivas)yaniones(molesdecargasnegativas)contenidosenunlitrodeaguamineral:
40,8mgCa1mmolCa40mgCa
2mmol(+)1mmolCa
=2,04mmol(+)
7,8mgMg1mmolMg24,3mgMg
2mmol(+)1mmolMg
=0,64mmol(+)
13,1mgNa1mmolNa23mgNa
1mmol(+)1mmolNa
=0,57mmol(+)
3,25mmol(+)
Procediendodelamismaformaconlosaniones:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 86
124,1mgHCO1mmolHCO61mgHCO
1mmol(‐)
1mmolHCO=2,03mmol(‐)
16,6mgSO1mmolSO
96mgSO2mmol(‐)
1mmolSO=0,35mmol(‐)
30,7mgCl1mmolCl35,5mgCl
1mmol(‐)1mmolCl
=0,87mmol(‐)
3,25mmol(‐)
Haciendounbalancedecargasseobservaquecoincideelnúmerodecargaspositivasconeldecargasnegativas.
b)El residuosecoestará formadopor lasmasasde los cationesyanionesa laquehayquedescontarlamasadelosgasesqueseliberanenlareacción(CO yH O):
m . =m –m m . =m – m +m
m =[ 40,8+7,8+13,1 + 124,1+16,6+30,7 ]mg=233,1mg
m =40,8mgCa +124,1mgHCO =164,9mgCa HCO
TodoelCa secovierteenCaCO :
Ca HCO (aq)CaCO (s)+CO (g)+H O(g)
m =40,8mgCa1mmolCa40mgCa
1mmolCaCO1mmolCa
100mgCaCO1mmolCaCO
=102,0mgCaCO
Portanto,lamasadelresiduosecoes:
m . =(233,1mgiones)–[164,9mgCa HCO +102,0mgCaCO ]=170,2mg
c)Lasmasasdelassalescontenidasenlasbotellason:
Na SO (considerandolimitanteelionSO )
16,6mgSO1mmolSO96mgSO
1mmolNa SO1mmolSO
142mgNa SO1mmolNa SO
=24,6mg
NaCl(obtenidoconelionNa sobrante)
16,6mgSO1mmolSO
96mgSO2mmolNa
1mmolSO23mgNa1mmolNa
=8,0mgNa
13,1mgNa (total)–8,0mgNa (gastado)=5,1mgNa (sobrante)
5,1mgNa1mmolNa23mgNa
1mmolNaCl1mmolNa
58,5mgNaCl1mmolNaCl
=13,0mgNaCl
MgCl (considerandolimitanteelionMg quereaccionaconelCl sobrante)
7,8mgMg1mmolMg24,3mgMg
1mmolMgCl1mmolMg
95,3mgMgCl1mmolMgCl
=30,6mg
CaCO (calculadoenelapartadoanterior)=102,0mg
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 87
4.12.Unamuestrade3g,mezcladeclorurodeamonio ( )yclorurode sodio (NaCl) sedisuelveen60 deunadisolucióndehidróxidodesodioquecontiene26g· deNaOH.Sehierveladisoluciónresultantehastaconseguireldesprendimientodetodoelamoníacoformado.El exceso de NaOH se valora, hasta neutralización, con 24 de una disolución de ácidosulfúricoquecontiene39,5g· de .Calculeelcontenidodeclorurodeamonioenlamuestraoriginal.
(Murcia2001)
LaecuaciónquímicacorrespondientealareacciónentreNaOHyNH Cles:
NH Cl(s)+NaOH(aq)NaCl(aq)+NH (g)+H O(l)
LosmolesdeNaOHquereaccionanconNH ClseobtienenmedianteladiferenciadelosmolestotalesylosconsumidosconH SO .
▪MolestotalesdeNaOH
60cm disolucion26gNaOH
103cm disolucion1molNaOH40gNaOH
=0,039molNaOH
▪MolesenexcesodeNaOH(reaccionadosconH SO )
LaecuaciónquímicacorrespondientealareacciónentreH SO yNaOHes:
H SO (aq)+2NaOH(aq)Na SO (aq)+2H O(l)
LosmolesdeNaOHquereaccionanconladisolucióndeH SO deconcentración39,5g/L:
24cm disolucion39,5gH SO
103cm disolucion1molH SO98gH SO
2molNaOH1molH SO
=0,019molNaOH
▪MolesdeNaOHquereaccionanconNH Cl
0,039molNaOH 0,019molNaOH =0,020molNaOH
RelacionandoNaOHyNH Cl:
0,020molNaOH1molNH Cl1molNaOH
53,5gNH Cl1molNH Cl
=1,07gNH Cl
Lariquezadelamuestraes:
1,07gNH Cl3gmezcla
100=35,7%
4.13.Lafermentacióndelaglucosa, ,paraproduciretanoltienelugardeacuerdoconlareacción(noajustada):
+ Calcula lacantidaddeetanol,enkg,queproduciría la fermentaciónde2,5kgdeglucosasielrendimientodelareacciónesdel25%.
(C.Valenciana2001)
Laecuaciónquímicaajustadacorrespondientealafermentacióndelaglucosaes:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 88
C H O (s)2CH CH OH(l)+2CO (g)
Relacionandoglucosaconetanol:
2,5kgC H O103gC H O1kgC H O
1molC H O180gC H O
2molCH3CH2OH1molC H O
=27,8molCH CH OH
27,8molCH CH OH46gCH CH OH1molCH CH OH
1kgCH CH OH
103gCH CH OH=1,28kgCH CH OH
Teniendoencuentaunrendimientodel25%:
1,28kgCH CH OH25kgCH CH OH(real)100kgCH CH OH(total)
=0,32kg
4.14.Enelorigende laTierra, lacortezasólidaestabarodeadadeunaatmósferaqueestabaconstituidapor , , , y vapordeagua.Estaatmósfera, sometidaa la radiaciónsolar, descargas eléctricas y erupciones volcánicas, originó el medio químico en el que seformaronlosprimerosseresvivos.En1952,S.MilleryH.Ureyintrodujeronenunaparato , , , ydespuésdesometerlamezclaalaaccióndedescargaseléctricas,comprobaronalcabodeunosdíaslaformacióndemoléculassencillas: HCHO(formaldehídoometanal) (ácidoláctico) (glicina) (urea)En una experiencia de laboratorio, que reproduce el experimento deMiller yUrey, se partióexclusivamente de , y . Al final de la experiencia el análisis dio el siguienteresultado: 0,1273gdeformaldehído 0,0543gdeácidoláctico 0,1068gdeácidoacético 0,1190gdeurea
0,0962gdeglicina yciertacantidaddehidrógenomolecular.Calculalamasadelastressustanciasdepartidaylacantidaddemolesdehidrógenomolecularalfinaldelaexperiencia.
(C.Valenciana2001)
En los productos obtenidos, el carbono procede del CH , el oxígeno procede del H O y elnitrógenodelNH .Porcomodidadserealizantodosloscálculosenmgymmoles.
Laecuaciónquímicacorrespondientealaformacióndeformaldehído,CH O,es:
CH (g)+H O(g)CH O(g)+2H (g)
Elnúmerodemolesdeformaldehídoes:
0,1273gCH O10 mgCH O1gCH O
1mmolCH O30mgCH O
=4,24mmolCH O
Relacionandolacantidaddedeformaldehídoconelrestodesustancias:
4,24mmolCH O1mmolCH1mmolCH O
16mgCH1mmolCH
=67,9mg
4,24mmolCH O1mmolH O1mmolCH O
18mgH O1mmolH O
=76,4mg
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 89
4,24mmolCH O2mmolH1mmolCH O
=8,48mmol
Laecuaciónquímicacorrespondientealaformacióndeácidoláctico,C H O ,es:
3CH (g)+3H O(g)C H O (g)+6H (g)
Elnúmerodemolesdeácidolácticoes:
0,0543gC H O10 mgC H O1gC H O
1mmolC H O90mgC H O
=0,60mmolC H O
Relacionandolacantidaddeácidolácticoconelrestodesustancias:
0,60mmolC H O3mmolCH
1mmolC H O16mgCH1mmolCH
=29,0mg
0,60mmolC H O3mmolH O
1mmolC H O18mgH O1mmolH O
=32,6mg
0,60mmolC H O6mmolH
1mmolC H O=3,62mmol
Laecuaciónquímicacorrespondientealaformacióndeácidoacético,C H O ,es:
2CH (g)+2H O(g)C H O (g)+4H (g)
Elnúmerodemolesdeácidoacéticoes:
0,1068gC H O10 mgC H O1gC H O
1mmolC H O60mgC H O
=1,78mmolC H O
Relacionandolacantidaddeácidoacéticoconelrestodesustancias:
1,78mmolC H O2mmolCH
1mmolC H O16mgCH1mmolCH
=57,0mg
1,78mmolC H O2mmolH O
1mmolC H O18mgH O1mmolH O
=64,1mg
1,78mmolC H O4mmolH
1mmolC H O=7,12mmol
Laecuaciónquímicacorrespondientealaformacióndeurea,CON H ,es:
CH (g)+H O(g)+2NH (g)CON H (g)+4H (g)
Elnúmerodemolesdeureaes:
0,1190gCON H10 mgCON H1gCON H
1molCON H60gCON H
=1,98mmolCON H
Relacionandolacantidaddeureaconelrestodesustancias:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 90
1,98mmolCON H1mmolCH
1mmolCON H16mgCH1mmolCH
=31,7mg
1,98mmolCON H1mmolH O
1mmolCON H18mgH O1mmolH O
=35,7mg
1,98mmolCON H2mmolNH
1mmolCON H17mgNH1mmolNH
=67,4mg
1,98mmolCON H4mmolH
1mmolCON H=7,92mmol
Laecuaciónquímicacorrespondientealaformacióndeglicina,C H NO ,es:
2CH (g)+2H O(g)+NH (g)C H NO (g)+5H (g)
Elnúmerodemolesdeglicinaes:
0,0962gC H NO10 mgC H NO1gC H NO
1molC H NO75gC H NO
=1,28mmolC H NO
Relacionandolacantidaddeglicinaconelrestodesustancias:
1,28mmolC H NO2mmolCH
1mmolC H NO16mgCH1mmolCH
=41,0mg
1,28mmolC H NO2mmolH O
1mmolC H NO18mgH O1mmolH O
=46,2mg
1,28mmolC H NO1mmolNH
1mmolC H NO17mgNH1mmolNH
=21,8mg
1,28mmolC H NO5mmolH
1mmolC H NO=6,40mmol
Presentandolosresultadosparcialesenformadetabla:
masa(mg) mol(mmol)Sustancia m(mg)
127,3 67,9 76,4 — 8,48 54,3 29,0 32,6 — 3,62 106,8 57,0 64,1 — 7,12 119,0 31,7 35,7 67,4 7,92 96,2 41,0 46,2 21,8 6,40
Total 503,6 226,6 255,0 89,2 33,50
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 91
4.15.Cuandoelgas obtenidoalhacerreaccionar41,6gdeAlconunexcesodeHClsehacepasarsobreunacantidadenexcesodeCuO:
Al(s)+HCl(aq) (aq)+ (g)
(g)+CuO(s)Cu(s)+ (l)a)¿CuántosgramosdeCuseobtendrán?b)¿Cuálseríaelrendimientosiseobtuvieran120gdeCu?
(Canarias2002)
a)Lasecuacionesquímicasajustadascorrespondientesalasreaccionesdadasson:
2Al(s)+6HCl(aq)2AlCl (aq)+3H (g)
H (g)+2CuO(s)Cu(s)+H O(l)
RelacionandoAlyCu:
41,6gAl1molAl27gAl
3molH2molAl
1molCu1molH
63,5gCu1molCu
=146,8gCu
b) Para calcular el rendimiento del proceso se relacionan las cantidades experimental yteóricadeCu:
120gCu(experimental)146,8gCu(teorica)
100=81,8%
4.16.Elfosfatotricálcico,principalcomponentedelarocafosfática,esinsolubleenaguay,portanto,nopuedeutilizarsecomoabono.Porreacciónconelácidosulfúricoseoriginaunamezcladedihidrógenofosfatodecalcioysulfatodecalcio.Esamezcla,queseconoceconelnombrede“superfosfatodecal”,síqueessolubleenagua.
+2 +2 Sedeseaobtenerunatoneladadesuperfosfatodecalapartirderocafosfáticaquecontiene70%de riqueza en peso de fosfato de calcio y de ácido sulfúrico del 93% de riqueza y densidad1,75g/mL.Calculaelpesodemineralnecesarioyelvolumendeácidoconsumido,sabiendoqueserequiereun10%deexcesodelácidoyqueelrendimientodelprocesoesdel90%.¿QuéporcentajedeCa,SyPcontieneelsuperfosfato?
(C.Valenciana2002)
Elsuperfosfatodecalesunamezclaformadapor:
1molCa HPO234gCa HPO1molCa HPO
=234gCa HPO
2molCaSO136gCaSO1molCaSO
=272gCaSO4
506gmezcla
Sedeseaobtener1tdemezclaperoelrendimientoesdel90%,lacantidadteóricaaproducires:
xtmezcla(teorica)90gmezcla(real)
100tmezcla(teorica)=1tmezcla(real)x=1,11tmezcla
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 92
Relacionandolamezclaconunodesuscomponentes,porejemplo,CaSO :
1,11tmezcla10 gmezcla1tmezcla
2molCaSO506gmezcla
=4387,4molCaSO
RelacionandoCaSO conCa PO :
4387,4molCaSO1molCa PO2molCaSO
310gCa PO1molCa PO
=6,8·105gCa PO
Comolarocafosfáticatieneunariquezadel70%:
6,8·105gCa PO100groca
70gCa PO1kgroca
103groca=971kgroca
RelacionandoCaSO conH SO :
4387,4molCaSO2molH SO2molCaSO
98gH SO1molH SO
=4,30·105gH SO
ComoseutilizaunadisolucióndeH SO del93%deriqueza:
4,30·105gH SO100gH SO 93%
93gH SO1mLH SO 93%1,75gH SO 93%
=2,64·105mLH SO 93%
Comoseañadeunexcesodel10%deladisolucióndeH SO :
2,64·105mLH SO 93%10mLH SO 93%(exceso)
100mLH SO 93%(necesario)=2,64·104mLH SO 93%
Elvolumentotaldeácidogastado:
2,64·105+2,64·104 mLH SO 93%1LH SO 93%
103mLH SO 93%=290,4L 93%
ElporcentajedeCa,SyPenelsuperfosfatoes:
3molCa506gmezcla
40gCa1molCa
100=23,7%Ca2molS
506gmezcla32gS1molS
100=12,6%S
2molP506gmezcla
31gP1molP
100=12,3%P
4.17. Se mezclan 20 g de cinc puro con 200 mL de HCl 6 M. Una vez terminado eldesprendimientodehidrógeno,loqueindicaquelareacciónhaterminado,¿cuáldelosreactivosquedaráenexceso?Calculaelvolumendehidrógeno,medidoencondicionesnormales,quesehabrádesprendidoalfinalizarlareacción.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Canarias2003)
LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealareacciónentreHClyZnes:
Zn(s)+2HCl(aq)ZnCl (aq)+H (g)
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 93
Paradeterminarcuáleselreactivolimitante,esprecisocalcularelnúmerodemolesdecadaunadelasespeciesreaccionantes:
Elnúmerodemolesdecadareactivoes:
20gZn1molZn65,4gZn
=0,306molZn
200mLHCl6M6molHCl
103mLHCl6M=1,2molHCl
1,2molHCl0,306molZn
=3,9
Como la relación molar es > 2 quiere decir que sobraHCl, por lo que Zn es el reactivolimitantequedeterminalacantidaddeH formada:
0,306molZn1molH1molZn
=0,306molH
RelacionandoHClyZn:
0,306molZn2molHCl1molZn
103mLHCl6M
6molHCl=102mLHCl6M(gastado)
200mLHCl6M(inicial)–102mLHCl6M(gastado)=98mLHCl6M(enexceso)
Considerandocomportamientoideal,elvolumenqueocupaelgases:
V=0,306mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 273K
1atm=6,9L
4.18.Elamoníaco,sindudaunodeloscompuestosmásimportantesdelaindustriaquímica,seobtiene industrialmentemediante elproceso ideado en1914porFritzHaber (1868‐1934) encolaboraciónconelingenieroquímicoCarlBosch(1874‐1940).Lapreparacióndehidróxidodeamonioylaobtencióndeureasondosdesusmuchasaplicaciones.a) ¿Qué volumen de amoníaco,medido en las condiciones del proceso (400°C y 900 atm), seobtendríaapartirde270 litrosdehidrógenoy100litrosdenitrógeno,medidosen lasmismascondiciones,sisesabequeelrendimientodelareacciónesdel70%.b)¿Cuántoslitrosdehidróxidodeamonio,del28%ydensidad0,90g· ,sepodránprepararconelamoníacoobtenidoenelapartadoanterior?c) La urea (carbamida), , es un compuesto sólido cristalino que se utiliza comofertilizanteycomoalimentoparalosrumiantes,alosquefacilitaelnitrógenonecesarioparalasíntesisde lasproteínas.Suobtención industrial se llevaacaboporreacciónentredióxidodecarbono y amoníacoa350°C y35atm. ¿Cuál será el volumen dedióxido de carbono y eldeamoníaco,medidosambos en las condicionesdelproceso,necesariosparaobtener100 kgdeureasielrendimientodelprocesoesdel80%?
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Murcia2003)
a)LaecuaciónquímicacorrespondientealareaccióndeobtencióndeNH es:
N (g)+3H (g)2NH (g)
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 94
AlexistirinicialmentecantidadesdeambosreactivosesprecisodeterminarcuáldeelloseselreactivolimitanteparapodercalcularlacantidaddeNH obtenida.Teniendoencuentaque1moldecualquiergasocupaVLendeterminadascondicionesdepyT.
270LH1molHVLH
=270V
molH
100LN1molNVLN
=100V
molN
270V molH
100V molN
=2,7
Comoseobserva,larelaciónmolaresmenorque3,locualquieredecirquesobraN ,porloque se gasta todo el que es el reactivo limitante que determina la cantidad de NH obtenido.
Para relacionar el reactivo limitante, H , con NH se tiene en cuenta la ley de lascombinacionesvolumétricasdeGay‐Lussac:
270LH2LNH3LH
=180LNH
Comoelrendimientodelprocesoesdel70%elvolumenobtenidoes:
180LNH70LNH (real)
100LNH (teorico)=126L
b)Parasaberelvolumendedisoluciónacuosaquesepuedeprepararconlos126LdeNH ,medidos a 900 atm y 400°C, del apartado anterior es preciso conocer el número demolescorrespondientealosmismos.Aplicandolaecuacióndeestadodeungasideal:
n=900atm·126L
0,082atm·L·mol 1·K 1 400+273 K=2055molNH3
Comoelhidróxidodeamonioesunadisoluciónacuosadel28%deamoniaco,NH (aq):
2055molNH317gNH1molNH
100gNH 28%
28gNH3=1,25·105gNH4OH28%
1,25·105gNH 28%1mLNH 28%0,9gNH 28%
1LNH 28%
10 mLNH 28%=139L 28%
c)Sedeseaobtener100kgdeureayelrendimientodelprocesoesdel80%,luegolacantidadquehabráquepreparares:
xkgCO NH (teorico)80kgCO NH (real)
100kgCO NH (teorico) 100kgCO NH (real)
seobtiene,x=125kgCO NH (teorico).
Losmolesdeureaaprepararson:
125kgCO NH10 gCO NH1kgCO NH
1molCO NH60gCO NH
2084molCO NH
Laecuaciónquímicacorrespondientealaobtencióndelaureaes:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 95
CO (g)+2NH (g)CO NH (s)+H O(l)
RelacionandoureaconCO :
2084molCO NH1molCO
1molCO NH 2084molCO
Considerandocomporamientoideal,elvolumendeCO quesenecesitaenlareacciónes:
V=2084mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 350+273 K
35atm=3042L
ComoelnúmerodemolesgastadosdeNH eseldoblequedeCO ,yambassustanciassongaseosas,elvolumen,medidoen lasmismascondicionesdepresiónytemperatura,tambiénseráeldoble,V=6084L .
4.19.Unagota(0,05mL)deHCl12Mseextiendesobreunahojadelgadadealuminiode0,10mmde espesor.Supongaque todoelácido reaccionay traspasa la láminadeun ladoaotro.Conociendo que la densidad del aluminio es de 2,70 g· , ¿cuál será el área del agujerocircular producido? ¿Qué volumen de hidrógeno, medido a 27°C y 101000 Pa, se habrádesprendido?
(Datos.ConstanteR=0,082atm·L· · ;1atm=101325Pa)(Murcia2003)
LaecuaciónquímicacorrespondientealareacciónentreHClyAl:
6HCl(aq)+2Al(s)2AlCl (aq)+3H (g)
LosmolesdeHClgastados:
0,05mLHCl12M12molHCl
103mLHCl12M=6·10 molHCl
RelacionandoHClconAl:
6·10 molHCl2molAl6molHCl
27gAl1molAl
1cm3Al2,70gAl
=2·10 cm3Al
Suponiendo que el agujero formado es circular, en la chapa desaparece un cilindro de Al.ComoelvolumendelcilindroesV=S·h,siendoSlasuperficiebásicayhlaalturadelcilindro,seobtiene:
S=2·10 cm3Al0,10mmAl
=0,2cm2
RelacionandoHClconH :
6·10 molHCl3molH6molHCl
=3·10 molH
Considerando comporamiento ideal, el volumendeH ,medido a101000Pay27°C,que sedesprendeenlareacciónes:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 96
V=3·10 mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 27+273 K
101000Pa101325Pa1atm
103mLH21LH2
=7,4mL
4.20.Unamezcladecarbonatodesodioycarbonatodepotasio,depesototal1,000g,setratacon ácido clorhídrico en exceso. La disolución resultante se lleva a sequedad y el residuoobtenido (nadamásmezclade clorurosde sodio ypotasio)pesa1,091g. Calcula la fracciónmolardelosdoscompuestosenlamezclainicial.
(Baleares2003)
LasecuacionesquímicascorrespondientesalasreaccionesdeloscarbonatosconHClson:
Na CO (s)+2HCl(aq)2NaCl(s)+CO (g)+H2O(g)
K CO (s)+2HCl(aq)2KCl(s)+CO (g)+H2O(g)
LlamandoxeyalosmolesdeNa CO ydeK CO ,respectivamente,contenidosenlamezcla,seobtienenlassiguientescantidadesdemezclainicialyderesiduo:
xmolNa CO106gNa2CO31molNa2CO3
106xgNa CO
ymolK CO106gK CO1molK CO
138ygK CO
xmolNa CO2molNaCl
1molNa CO58,5gNaCl1molNaCl
117xgNaCl
ymolK CO2molKCl
1molK CO74,5gKCl1molKCl
149ygKCl
Sepuedeplantearelsiguientesistemadeecuaciones:
106xgNa CO +138ygK CO =1,000gmezcla
117xgNaCl+149ygKCl=1,091gresiduo
x=4,4·10 molNa CO
y=3,9·10 molK CO
Lasrespectivasfraccionesmolaresson:
x =4,4·10 molNa CO
4,4·10 molNa CO +3,9·10 molK CO=0,47
x =3,9·10 molK CO
4,4·10 molNa CO +3,9·10 molK CO=0,53
4.21.Unamezclade4,800gdehidrógeno y36,400gde oxígeno reaccionan completamente.Demuestreque lamasatotalde lassustanciaspresentesantesydespuésde lareacciónson lasmismas.
(CastillayLeón2003)
LaecuaciónquímicacorrespondientealareacciónentreH yO es:
2H (g)+O (g)2H O(l)
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 97
Lamasainicialdelasespeciespresentesenlareacciónes:
4,800gH +36,400gO =41,2g
AlexistirinicialmentecantidadesdeambosreactivosesprecisodeterminarcuáldeelloseselreactivolimitanteparapodercalcularlacantidaddeH Oobtenida.
4,800gH1molH2gH
=2,4molH
36,400gO 1molO32gO
=1,1375molO
2,4molH
1,1375molO=2,1
Comoseobserva,larelaciónmolaresmayorque2,locualquieredecirquesobraH ,porloque se gasta todo el , que es el reactivo limitante y que determina la cantidad de H Oobtenida.
RelacionandoH conO sepuedeobtenerlamasadeH sobrante:
1,1375molO2molH1molO
2gH1molH
=4,55gH
4,800gH (inicial)–4,550gH (gastado)=0,25gH (exceso)
RelacionandoH conH2Oseobtienelamasadeéstaformada:
1,1375molO2molH O1molO
18gH O1molH O
=40,95gH O
Lamasafinaldelasespeciespresentesenlareacciónes:
0,25gH (exceso)+40,95gH O=41,2g,portanto,secumplelaleydeLavoisier.
4.22. Al hacer reaccionar con oxígeno 5,408 g de una aleación deMg y Al, se obtiene comoresiduounamezcladelosóxidosdeambosmetalesquepesa9,524g.DeterminarelporcentajeenpesodelMgenlaaleación.
(Extremadura2003)
Lasecuacionesquímicascorrespondientesalaoxidacióndeambosmetaleses:
Mg(s)+O (g)MgO(s)
2Al(s)+32O (g)Al O (s)
Llamandox ey a losmolesdeMg yAl, respectivamente, sepuedenplantear las siguientesecuaciones:
xmolMg24,3gMg1molMg
+ymolAl27gAl1molAl
=5,408galeacion
xmolMg1molMgO1molMg
40,3gMgO1molMgO
+ymolAl1molAl O2molAl
102gAl O1molAl O
=9,524goxidos
Resolviendoelsistemaseobtiene:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 98
x=0,1234molMg y=0,0892molAl
LamasadeMgenlaaleaciónes:
0,1234molMg24,3gMg1molMg
=2,999galeacion
ElporcentajedeMgenlaaleaciónes:
2,999gMg5,408galeacion
100=55,4%Mg
4.23. Una muestra de 1,02 g·que contenía solamente carbonato de calcio y carbonato demagnesio,secalentóhastadescomposicióndeloscarbonatosaóxidosy (g).Lasreaccionesqueseproducenson:
(s)CaO(s)+ (g)
(s)MgO(s)+ (g)Elresiduosólidoquequedódespuésdelcalentamientopesó0,536g.Calcula:a)Lacomposicióndelamuestra.b)Elvolumende producido,medidoenc.n.
(Cádiz2003)
a) Llamandox ey, respectivamente, a losmoles de CaCO yMgCO en lamezcla se puedeplantearlasiguienteecuación:
xmolCaCO100gCaCO1molCaCO
+ymolMgCO84,3gMgCO1molMgCO
=1,02gmezcla
Relacionandoestascantidadesconelresiduoformado:
xmolCaCO1molCaO1molCaCO
56gCaO1molCaO
+ymolMgCO1molMgO1molMgCO
40,3gMgO1molMgO
=0,536gresiduo
Resolviendoelsistemaseobtiene:
x=5,90·10 molCaCO y=5,09·10 molMgCO
Lasmasascorrespondientesson:
5,90·10 molCaCO100gCaCO1molCaCO
=0,590gCaCO
5,09·10 molMgCO84,3gMgCO1molMgCO
=0,429gMgCO
Expresandoelresultadoenformadeporcentajeenmasa:
0,590gCaCO1,02gmezcla
100=57,8% 0,429gMgCO1,02gmezcla
100=42,1%
b)RelacionandolosmolesdecadacomponenteconelCO producido:
5,90·10 molCaCO1molCO1molCaCO
+5,09·10 molMgCO1molCO
1molMgCO=0,011molCO
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 99
Elvolumencorrespondientemedidoencondicionesnormaleses:
0,011molCO22,4LCO1molCO
=0,25L
4.24.Lamayoríadelaspastillasantiácidocontienen,entreotrascosas,unamezcladecarbonatodecalcioycarbonatodemagnesio.Paracalcularelcontenidoencarbonatosseañadeunexcesodeácidoclorhídrico,conloquetodoelcarbonatosetransformaendióxidodecarbono:
(s)+2HCl(aq) (aq)+ (g)+ (l)
(s)+2HCl(aq) (aq)+ (g)+ (l)Acontinuación,sevaloraelexcesodeácidoclorhídricoconunadisolucióndeNaOH:
NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+ (l)Datosdelaexperiencia:
Pesodelapastillaantiácido:1,4576gPesodelfragmentodepastillautilizadoenelanálisis:0,3515gDisolucióndeácidoclorhídrico:0,18MDisolucióndehidróxidodesodio:0,10M
Procedimiento:Seintroduceelfragmentodepastillaenunmatrazerlenmeyerde250mLyseañaden25mLdedisolucióndeHCl0,18M.Conayudadeunavarillaagitadorasedisuelvelamuestra.Seañadentresgotasdedisoluciónderojocongo,queesunindicadorácido‐basequetomacolorvioletaenmedio ácido y color rosa enmedio básico, y se valora con disolución deNaOH hasta que elindicador vire del color violeta a rosa. En la experiencia se consumieron 7,3 mL de estadisolución.Calcula:a)Molesdecarbonatodecontenidosenlamuestrautilizadaparaelanálisis.b)Molesdecarbonatodecontenidosenunapastilla.c)Gramosdecarbonatodecalcioydemagnesiocontenidosenunapastilla, sabiendoquedelpeso totaldecarbonatosel89,47%correspondeacarbonatodecalcioyel10,53%restanteacarbonatodemagnesio.
(C.Valenciana2004)
a)MolesdeHCltotalesañadidos:
25mLHCl0,18M0,18molHCl
103mLHCl0,18M=4,5·103molHCl
MolesdeHClenexceso(reaccionanconNaOH):
7,3mLNaOH0,10M0,10molNaOH
103mLNaOH0,10M1molHCl1molNaOH
=7,3·104molHCl
MolesdeHClquereaccionanconCO :
4,5·103‐7,3·104 molHCl=3,8·103molHCl
Portanto,losmolesdecarbonatoenlamuestrason:
3,8·103molHCl1molCO2molHCl
=1,9·10‐3mol
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 100
b)RelacionandolapastillaantiácidoylosmolesdeCO :
1,4576gpastilla1,9·103molCO0,3515gpastilla
=7,9·103mol
c)Llamandoxey,respectivamente,alosgramosdeCaCO yMgCO contenidosenlapastillaantiácido,losmolesdecarbonatocorrespondientesson:
xgCaCO1molCaCO100gCaCO
1molCO1molCaCO
=x100
molCO
ygMgCO1molMgCO84,3gMgCO
1molCO1molMgCO
=y
84,3molCO
x100
+y
84,3=7,9·103molCO
Sepuedeplantearelsiguientesistemadeecuaciones:
x100
+y
84,3=7,9·103molCO
xgCaCOygMgCO
=89,47gCaCO10,53gMgCO
x=0,686g
y=0,081g
4.25.Enel laboratorioencontramosun frascoviejoquecontieneunamuestradecinc,sinmásinformación.Para saber cuál es su riqueza sehace reaccionar4,25gde esamuestra conunexcesodeácidoclorhídrico6M, loqueda lugara la formacióndehidrógenogasyclorurodecinc.Elgashidrógenoserecogea20°Cy745mmHgocupandounvolumende950mL.Calcular:a)Lariquezadeesamuestradecincen%.b)Quévolumendedisoluciónácidaesnecesarioparaobteneresevolumendehidrógenogas.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Galicia2004)
a)LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealareacciónentreHClyZnes:
Zn(s)+2HCl(aq)ZnCl (aq)+H (g)
Considerandocomportamientoideal,elnúmerodemolesdegases:
n=745mmmHg·950mL
0,082atm·L·mol 1·K 1 20+273 K
1atm760mmHg
1L
103mL=3,9·102molH
RelacionandoH yZn:
3,9·102molH1molZn1molH
65,4gZn1molZn
=2,55gZn
ElporcentajedeZnenlamuestraes:
2,55gMg4,25gmuestra
100=60,0%Zn
b)RelacionandoH conHClseobtieneelvolumendedisoluciónácidanecesariaparaobtenerelgas:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 101
3,9·102molH2molHCl1molH
103mLHCl6M
6molHCl=13mLHCl6M
4.26.Elsulfatodeamonioseobtieneindustrialmenteburbujeandoamoníacogaseosoatravésdeácidosulfúricodiluido,según:
2 (g)+ (l) (s)Calcula:a)Elvolumendeamoníaco,a20°C y700mmHg,necesarioparaobtener50kgde sulfatodeamoniodel80%deriquezaenpeso.b)El volumendeácido sulfúricodel 50% de riqueza enpeso ydensidad 1,40g· que seconsumiráendichapreparación.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Cádiz2004)
Lacantidadde NH SO aobteneres:
50·103g NH SO 80%80g NH SO
100g NH SO 80%1mol NH SO132g NH SO
=303mol NH SO
a)Relacionando NH SO conNH :
303mol NH SO2molNH
1mol NH SO=151,5molNH
Suponiendocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelgases:
V=151,5mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 20+273 K
700mmHg760mmHg
1atm=3952L
b)Relacionando NH SO conH SO :
303mol NH SO1molH SO
1mol NH SO98gH SO1molH SO
=2,97·104gH SO
ComosedisponedeunadisolucióndeH2SO4deriqueza50%:
2,97·104gH SO100gH SO 50%
50gH SO1mLH SO 50%1,40gH SO 50%
=4,24·104mL 50%
4.27.Unamuestra que consiste en unamezcla de cloruros de sodio y potasio pesa 0,3575 g,produce0,1162gdepercloratodepotasio.Calculalosporcentajesdecadaunodelosclorurosdelamezcla.
(Cádiz2004)
Comoelpercloratodepotasioformadoprocededelcloruropotasiodelamezclaoriginal:
0,1162gKClO1molKClO138,6gKClO
1molCl
1molKClO1molKCl1molCl
74,6gKCl1molKCl
=0,0625gKCl
Elporcentajedepercloratodepotasioenlamezclaoriginales:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 102
0,0625gKCl0,3575gmezcla
100=17,5%KCl
Elrestoesclorurodesodio:
100%mezcla–17,5%KCl=82,5%NaCl
4.28.ElprocesoOstwaldpara la fabricaciónde llevaconsigo laoxidacióndelamoníacoporairesobreuncatalizadordeplatino,según:
4 (g)+5 (g)6 +(g)+4NO(g)
2NO(g)+ (g)2 (g)¿Quévolumendeaire(estecontieneun21%deoxígenoenvolumen)a27°Cy1atmsenecesitaparalaconversióncompletaporesteprocesode5toneladasde en ?
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Cádiz2004)
Laecuaciónquímicacorrespondientealareacciónglobales:
4NH (g)+5O (g)6H2O+(g)+4NO(g)
ElnúmerodemolesdeNH atransformares:
5tNH10 gNH1tNH
1molNH17gNH
=2,94·10 molNH
RelacionandoNH conO (1ªreacción):
2,94·105molNH5molO4molNH
=3,68·10 molO
RelacionandoNH conO (2ªreacción):
2,94·105molNH4molNO4molNH
1molO2molNO
=1,47·10 molO
LacantidadtotaldeO2consumidoes:
3,68·10 molO (1ªreacción)+1,47·10 molO (2ªreacción)=5,15·10 molO (total)
En una mezcla gaseosa la composición volumétrica coincide con la composición molar,relacionandoO conaire:
5,15·105molO100molaire21molO
=2,45·106molaire
Suponiendocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelairees:
V=2,45·106mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 27+273 K
1atm=6,03·107Laire
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 103
4.29. La industria química utiliza grandes cantidades de ácidos.De hecho entre los diversosproductos químicos de más producción de la industria española (tanto orgánicos comoinorgánicos)estáelácidonítricoqueencuentrasusprincipalesaplicacionesen la industriadelosfertilizantes,explosivosyfabricacióndeproductosquímicos.a)Enunfrascodeácidonítricoconcentrado,seleelassiguientesinscripciones:
masamolecular:63,01densidad:1,38riquezaenpeso:60%
a1)¿CuántosmLdeesteácidosonnecesariosparapreparar250mLdeunadisoluciónde 2M?a2)¿CuántosmLde 2Msonnecesariosparaalcanzarelpuntodeequivalenciaenunatitulaciónde50mLdehidróxidoamónico0,5M? Justifique,cualitativamentesienelpuntodeequivalenciaelpHseráácido,básicooneutro.b)Seledioaunestudianteunácidodesconocido,quepodíaserácidoacético,( ),ácidopirúvico ( ) o ácido propiónico ( ). El estudiante preparó unadisolución del ácido desconocido disolviendo 0,100 g del mismo en 50,0 mL de agua. Acontinuación,valoróladisoluciónhastaelpuntodeequivalenciaconsumiéndose11,3mLdeunadisolucióndeNaOH0,100M.Identifiquerazonadamenteelácidodesconocido.
(Sevilla2004)
a1)LamasadeHNO quesenecesitaparaprepararladisolución2Mes:
250mLHNO 2M2molHNO
10 mLHNO 2M63,01gHNO1molHNO
=31,51gHNO
Comosedisponededisolucióndel60%:
31,51gHNO100gHNO 60%
60gHNO1mLHNO 60%1,38gHNO 60%
38mL %
a2)Laecuaciónquímicaajustadacorrespondientealareaccióndeneutralizaciónes:
HNO (aq)+NH (aq)NH NO (aq)+H O(l)
Elnúmerodemmolessolutocontenidosenladisoluciónbásicaes:
50mLNH 0,5M0,5mmolNH1mLNH 0,5M
=2,5mmolNH
RelacionandoNH yHNO 2M:
2,5mmolNH1mmolHNO1mmolNH
1mLHNO 2M2mmolHNO
=12,5mL 2M
Comoreaccionancantidadesestequiométricas,enelpuntodeequivalenciasólohayNH4NO3:
NH NO (aq)NH (aq)+NO (aq)
Elionnitratonosehidrolizayaqueeslabaseconjugadadelácidonítrico(ácidofuerte);yelionamonioeselácidoconjugadodelamoníaco(basedébil),portanto,sehidrolizadeacuerdoconlareacción:
NH (aq)+H O(l)NH (aq)+H O (aq)
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 104
Comoseobserva,enestareacciónseproduceniones ,luegoelpHdeladisoluciónesácido.
b)LlamandoHXalácidodesconocido,lareaccióndeneutralizacióndelmismoes:
HX(aq)+NaOH(aq)NaX(aq)+H O(l)
ElnúmerodemolesdeHXneutralizadosconNaOHes:
11,3mLNaOH0,1M0,1molNaOH
103mLNaOH0,1M1molHX
1molNaOH=1,13·103molHX
RelacionandolosgramosymolesdelácidoHX:
0,100gHX
1,13·103molHX=88,5g·mol1
Calculandolasmasasmolaresdelosácidospropuestos:
Ácido Fórmula M(g·mol1)acético CH COOH 60propiónico CH CH COOH 74pirúvico CH COCOOH 88
Seobservaquelamasamolarobtenidaapartirdelareaccióndeneutralizacióncoincideconladelácidopirúvicoque,portanto,serálasustanciaproblema.
4.30.Alatemperaturade25°Cy750mmHgdepresiónreaccionancompletamente250gdeunapiedracalizaconunadisolucióndeHCldel35%enpesoydensidad1,18g/mLsegúnlasiguientereacción:
(s)+2HCl(aq) (aq)+ (g)+ (l)sabiendoquelapiedracalizatieneunariquezaen (s)del80%,calcule:a)Elvolumendedióxidodecarbonoproducidomedidoenlasmismascondicionesdepresiónytemperaturadelareacción.b)ElvolumendeladisolucióndeHClnecesario.c)Cantidaddepiedracalizanecesariaparaobtener1kgde (s).
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Córdoba2004)
ElnúmerodemolesdeCaCO contenidosenlamuestradecalizaes:
250gcaliza80gCaCO100gcaliza
1molCaCO100gCaCO
=2molCaCO
a)RelacionandoCaCO yCO :
2molCaCO1molCO1molCaCO
=2molCO
Considerandocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelgases:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 105
V=2mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 25+273 K
750mmmHg760mmHg1atm
1L
103mL=49,5L
b) Relacionando CaCO y HCl se obtiene el volumen de disolución ácida necesaria para lareacción:
2molCaCO2molHCl1molCaCO
36,5gHCl1molHCl
100gHCl35%
35gHCl1mLHCl35%1,18gHCl35%
= mLHCl35%
c)RelacionandoCaCl yCaCO :
1kgCaCl103gCaCl1kgCaCl
1molCaCl111gCaCl
1molCaCO1molCaCl
=9molCaCO
RelacionandoCaCO ycaliza:
9molCaCO100gCaCO1molCaCO
100gcaliza80gCaCO
= gcaliza
4.31.Ante laposible faltade reservasdepetróleo sehanensayadoenalgunosvehículosotrostiposdecombustibles,entreellosunamezcladebutanoyetanol.a)Escribelasreaccionesdecombustióndecadasustancia.b)Determinacuáldeelloscontribuyemásalefectoinvernadero(emisiónde )sisequeman100gdecadauno.
(Canarias2005)
a)Laecuaciónquímicacorrespondientealacombustióndelbutanoes:
(g)+132
(g)4 (g)+5 (l)
Laecuaciónquímicacorrespondientealacombustióndeletanoles:
(g)+3 (g)2 (g)+3 (l)
b)LamasadeCO producidaenlacombustiónde100gdebutanoes:
100gC H1molC H58gC H
4molCO1molC H
44gCO1molCO
=303g
LamasadeCO producidaenlacombustiónde100gdeetanoles:
100gC H O1molC H O46gC H O
2molCO1molC H O
44gCO1molCO
=191g
A la vista de los resultados obtenidos, se concluye que el butano contribuyemás que eletanolalefectoinvernadero.
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 106
4.32.Duranteunproceso industrialdeproduccióndeácido sulfúrico12M sehacometidounerrorquedacomoresultadolaobtencióndeunácido10,937M.a)Calculeelvolumendeácidosulfúrico,de90%deriquezaenpesoydensidad1,8g/mL,quehayqueañadira1000litrosdeaquelladisoluciónparaqueresulteexactamente12M.Supongaquelosvolúmenessonaditivos.b)Esteácidoseutilizaparalafabricacióndesulfatocálcico.Laempresanecesitaproducir7800kg de este compuesto. Para ello dispone de suficiente cantidad de las dosmaterias primasnecesarias:carbonatodecalcioyácido sulfúrico.Elprimero seencuentraenestadopuroyelsegundo es 12M. Si se sabe que el rendimiento de la reacción es del 84% ¿qué volumen dedisolucióndeácidosulfúricodebeemplearse?
(Murcia2005)
a)ElnúmerodemolesdeH SO enladisoluciónpreparadaes:
1000LH SO 10,397M10,937molH SO1LH SO 10,397M
10937molH SO
ElnúmerodemolesdeH SO contenidosenxmLdeunadisolucióndeH SO del90%deriquezaenpesoydensidad1,8g/mLes:
xmLH SO 90%1,8gH SO 90%1mLH SO 90%
90gH SO
100gH SO 90%1molH SO98gH SO
=1,65·102xmolH SO
Ladisoluciónresultantedelamezcladeambasdisolucionesdeberátenerunaconcentración12M:
10,937+1,65·102x molH SO
1000+x·103 Ldisolucion=12Mx=2,35·105L %
b)Sielrendimientodelprocesoesdel84%lacantidadteóricadeCaSO aproducires:
xkgCaSO (teo)84kgCaSO (real)100kgCaSO (teo)
=7800kgCaSO (real)x=9286kgCaSO (teo)
LaecuaciónquímicacorrespondientealaobtencióndeCaSO es:
CaCO (s)+H SO (g)CaSO (s)+CO (g)+H O(l)
RelacionandoCaSO conladisolucióndeH SO 12M:
9286·103gCaSO1molCaSO132gCaSO
1molH SO 4
1molCaSO1LH SO 12M12molH SO
5690L 12M
4.33. Elmetano es uno de los gases que contribuyen al efecto invernadero y se produce encantidades importantescomoconsecuenciade losresiduosde lasgranjasdeanimalespara laalimentación.Lareaccióndelmetanoconaguaesunaformadeprepararhidrógenoquepuedeemplearsecomofuentedeenergíanetaenlaspilasdecombustible.
(g)+ (g)CO(g)+3 (g)Secombinan995gdemetanoy2510gdeagua:a)¿Quiéneselreactivolimitante?b)¿Cuáleslamasamáximadehidrógenoquesepuedepreparar?c)¿Quémasadereactivoenexcesoquedarácuandoacabelareacción?
(O.Q.L.Baleares2005)
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 107
a)Relacionandoentresílosmolesdeambassustancias:
995gCH1molCH16gCH
=62,2molCH
2150gH O1molH O18gH O
=139,4molH O
62,2molCH139,4molH O
=0,45
Comolarelaciónmolares<1quieredecirquesobra ,porloqueelreactivolimitanteesCH .
b)LacantidaddeH formadodependedelacantidaddereactivolimitante:
62,2molCH3molH1molCH
2gH1molH
=373g
c)LosmolesdeH Oconsumidosenlareaccióndependendelacantidaddereactivolimitante:
62,2molCH1molH O1molCH
=62,2molH O
LosmolesdeH Oenexcesoson:
139,4molH O(inicial)62,2molH O(gastado)=77,2molH O(exceso)
LamasadeH Oenexcesoes
77,2molH O18gH O1molH O
=1390g
4.34.Elclorogaseoso( )puedeobtenerseenellaboratorio,enpequeñascantidadeshaciendoreaccionareldióxidodemanganesoconácidoclorhídricoconcentrado,según:
(s)+4HCl(aq) (aq)+ (g)+2 (l)Sehacenreaccionar100gde con0,8LdedisolucióndeHCldel35,2%enmasaydensidad1,175g· Calcule:a)Lamolaridaddelácidoempleado.b)Elvolumendecloroproducidoencondicionesnormales.
(Cádiz2005)
a)Tomandocomobasedecálculo1LdedisolucióndeHCl:
103mLHCl35,2%1LHCl35,2%
1,175gHCl35,2%1mLHCl35,2%
35,2gHCl
100gHCl35,2%1molHCl36,5gHCl
=11,3M
b) Para calcular la cantidad de Cl producido es necesario calcular previamente cuál es elreactivolimitante:
100gMnO1molMnO86,9gMnO
=1,15molMnO
0,8LHCl11,3M11,3molHCl1LHCl11,3M
=9,07molHCl
9,07molHCl1,15molMnO
=7,9
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 108
Como la relaciónmolar es> 4quieredecir que sobraHCl, por loqueMnO2eselreactivolimitantequedeterminalacantidaddeCl formada:
1,15molMnO1,15molCl1molMnO
22,4LCl1molCl
=25,8L
4.35.Unamuestradehullacontiene1,6%enpesodeazufre.Mediantelacombustión,elazufreseoxidaadióxidodeazufregaseoso:
S(s)+ (g) (g)quecontaminalaatmósfera.Untratamientoposteriordeldióxidodeazufreconcalviva(CaO)transformael en .Siunacentraltérmicaconsumediariamente6600tdehulla,calcule:a)Lamasa(enkg)de queseproduce.b)Elvolumen(en )de queseliberaaunatemperaturade20°Cy1atmdepresión.c)SielconsumodiariodeCaOesde150t¿sepuedeeliminartodoel producido?Encasocontrario,¿quécantidadde seliberaalaatmósfera?
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Córdoba2005)
a)LacantidadSpresenteenlahullaes:
6600thulla106ghulla1thulla
1,6gS
100ghulla1molS32gS
3,3·106molS
RelacionandoSySO liberadoenlacombustión:
3,3·106molS1molSO1molS
64gSO1molSO
1kgSO
103gSO2,1·105kg
b)Considerandocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelgases:
V=3,3·106mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 20+273 K
1atm1m3
103L=7,9·104m3
c)LaecuaciónquímicacorrespondientealareacciónentreSO yCaOes:
SO (g)+CaO(s)CaSO (s)
RelacionandoCaOySO seobtienelacantidaddeSO eliminado:
150·106gCaO1molCaO56gCaO
1molSO1molCaO
64gSO21molSO
1kgSO
103gSO1,7·105kg
Estacantidadesmenorque laobtenidaenelapartadoa), luegoNOseeliminatodoelSO producido.
2,1·105kgSO (producido)1,7·105kgSO (eliminado)=4,0·104kg (liberado)
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 109
4.36.Losnutrientesdelasplantascontenidosenlosfertilizantessonelnitrógeno,elfósforoyelpotasio.Enlaetiquetadecualquierfertilizanteapareceelporcentajequecontienedecadaunode estos elementos expresado en forma de , y . Un fertilizante utilizadofrecuentemente es “Compo Fertilizante Universal 7‐5‐6”, que indica que contiene un 7% denitrógeno,5%de y6%de .Un método sencillo para analizar el fósforo contenido en un fertilizante consiste en laprecipitación y pesada en forma de ·6 (tetraoxofosfato (V) de amonio ymagnesio hexahidrato), lo que constituye un ejemplo típico de análisis gravimétrico ogravimetría.Laprecipitacióndeestasalseproducealadicionarcatión ycatión aunadisoluciónquecontengaelanión :
(aq)+ (aq)+ (aq)+ (aq)+5 (l) ·6 (s)Enunerlenmeyerde1Lseintroducen20,47gdefertilizanteysedisuelvenen150mLdeaguadestilada.Seadicionan60mLdedisolución0,4Mdesulfatodemagnesio.Seañadenunasgotasdefenolftaleínayseguidamente,lentamenteyagitando,seadicionadisolución1Mdeamoníacohastaqueseformeunprecipitadoblancoyseproduzcaelvirajedelindicadordeincoloroarojo.Enestaoperaciónseconsumen30mLdedisolucióndeamoníaco.Despuésdeesperar15minutospara que sedimente el precipitado, se filtra sobre papel de filtro, previamente pesado, en unembudoBuchner,utilizandotrompadeaguaparavacío.Despuésdecalentarenlaestufaa40°C,hastaunpesoconstante,seobtuvounprecipitadoquepesó3,64g.a)Teóricamenteel fertilizantees7‐5‐6,esdecir,7%denitrógeno,5%de y6%de .Calculaconestosdatosteóricoselporcentajedenitrógeno,fósforoypotasio.b)Conlosdatosdelproblema,calculaelporcentajerealde ydeP.c)Calculalosmolesdecatión utilizadosenexceso.d)Calculalosmolesde utilizadosenexceso.e)Sielprecipitadorecogidofuera ·6 (s)enlugarde ·6 (s),¿cuálhabríasidoelresultadodelporcentajedePcontenidoenelfertilizante?f)Elfósforocontenidoenelfertilizantesueleencontrarseenformade y ,porqueloshidrógenofosfatosy losdihidrógenofosfatossonsolublesenagua,mientrasque los fosfatossoninsolubles.Justificalasrazonesporlascualeslaprecipitaciónde ·6 sehaderealizarenmediobásico,razónporlacualseutilizafenolftaleínacomoindicadoryseadicionaamoníacohastaelvirajedelindicador.
(C.Valenciana2005)
a)Tomandocomobasedecálculo100gdefertilizantequesegúnsuetiquetacontiene7%denitrógeno,5%deP O y6%deK O,losporcentajesteóricosdeP,KyNson:
5gP O1molP O142gP O
2molP
1molP O31gP1molP
=2,2%P
6gK O1molK O94,2gK O
2molK1molK O
39,1gK1molK
=5,0%K
ysegúndiceelenunciado,7,0%N.
b)ElporcentajedePenel“compo”es:
3,64gNH MgPO ·6H O1molNH MgPO ·6H O245,3gNH MgPO ·6H O
=0,0148molNH MgPO ·6H O
0,0148molNH MgPO ·6H O1molP
1molNH MgPO ·6H O=0,0148molP
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 110
0,0148molP20,47gcompo
31gP1molP
100=2,2%P
Sabiendoqueel“compo”contiene2,2%deP,lacantidadcorrespondientedeP O es:
2,2gP1molP31gP
1molP O2molP
142gP O1molP O
100=5,0%
c)MmolesMg utilizados:
60mLMgSO40,4M0,4mmolMgSO41mLMgSO40,4M
1mmolMg1mmolMgSO4
=24,0mmolMg
▪MmolesMg gastados:
0,0148molNH MgPO ·6H O1molMg
1molNH MgPO ·6H O=0,0148molMg
0,0148molMg10 mmolMg1molMg
=14,8mmolMg
▪MmolesMg enexceso:
24,0mmolMg (utilizado)–14,8mmolMg (gastado)=9,2mmol (exceso)
d)MmolesNH utilizados:
30mLNH 1M1mmolNH1mLNH 1M
=30,0mmolNH
▪MmolesNH gastados:
0,0148molNH MgPO ·6H O1molNH
1molNH MgPO ·6H O 0,0148molNH
0,0148molNH10 mmolNH1molNH
1mmolNH1mmolNH
=14,8mmolNH
▪MmolesNH3enexceso:
30,0mmolNH3(utilizado)–14,8mmolNH3(gastado)=15,2mmolNH3(exceso)
e)ElporcentajedePenel“compo”considerandoprecipitadodeKMgPO4 6H2Oes:
3,64gKMgPO ·6H O1molKMgPO ·6H O266,3gKMgPO ·6H O
1molP
1molKMgPO ·6H O=0,0137molP
0,0137molP20,47gcompo
31gP1molP
100=2,1%P
f)Enmedioácidoseencuentranpresenteslasespecies:HPO ,H PO yH PO ;mientrasqueen medio básico, sólo se encuentra presente el ion PO que es el que debe existir endisoluciónparaqueprecipiteelNH MgPO ·6H O.
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 111
4.37.Una industriaquímicaobtieneácidosulfúricoycincapartirdeblenda(ZnS).La fábricatratadiariamente100toneladasdemineralqueposeeunariquezadel60%.a)Siel1%delazufresepierdecomodióxidodeazufre,calculeelvolumendeestegasexpulsadodiariamentealexterior,suponiendoquesalea27°Cy1atm.b)Siel0,1%deldióxidodeazufresetransformaen laatmósferaenácidosulfúricoycaeaunestanquequecontiene1000 deagua,calculelamolaridaddeladisoluciónácidaformada.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Cádiz2005)
a) La ecuación química correspondiente al proceso de transformación de blenda en ácidosulfúricoes:
ZnS(s)SO (g)H SO (aq)
RelacionandolacantidaddeblendaconladeSO :
100tblenda106gblenda1tblenda
60gZnS100gblenda
1molZnS97,4gZnS
1molSO1molZnS
=6,16·105molSO
Siel1%delSO producidoseexpulsaalexterior:
6,16·105molSO (producido)1molSO (expulsado)100molSO (producido)
=6,16·103molSO
Considerandocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelgases:
V=6,16·103mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 27+273 K
1atm=1,52·105L
b)LacantidaddeH SO formadoapartirdelSO expulsadoes:
6,16·104molSO (expulsado)0,1molSO (transformado)100molSO (expulsado)
1molH SO100molSO
=6,16molH SO
Suponiendo que no existe variación de volumen, la concentración molar de la disoluciónobtenidaes:
6,16molH SO1000m3agua
1m3agua1000Lagua
=6,16·10 6M
4.38.Elnitritodesodiosepuedeobtenerhaciendopasarunamezclagaseosademonóxidodenitrógeno y oxígeno a través de una disolución acuosa de carbonato sódico. La reacción sinajustareslasiguiente:
(aq)+NO(g)+ (g) (aq)+ (g)A través de 250mL de (aq) 2 molar, se hace pasar 45 g de NO (g) y (g) enconsiderableexceso,obteniéndose62,1gdenitritodesodio.a)Determinarcuáleselreactivolimitante.b)Calcularelrendimientoenlaobtencióndelnitritodesodio.
(Almería2005)
a)Laecuaciónquímicaajustadaes:
2Na CO (aq)+4NO(g)+O (g)4NaNO (aq)+2CO (g)
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 112
Para determinar el reactivo limitante se calculan los moles iniciales de cada una de lassustanciasreaccionantes.
45gNO1molNO30gNO
=1,5molNO
0,25LNa CO 2M2molNa CO1LNa CO 2M
=0,5molNa CO
1,5molNO
0,5molNa CO=3
Comolarelaciónmolaresmayorque2quieredecirquesobraNO,porloque eselreactivolimitante.
b)ParacalcularelrendimientodelareacciónesprecisocalcularlacantidaddeNaNO2quesedebería haber obtenido a partir del reactivo limitante y relacionarla con la cantidad desustanciaobtenida:
0,5molNa CO4molNaNO2molNa CO
69gNaNO1molNaNO
=69gNaNO
η 62,1gNaNO (experimental
69gNaNO (teórico100=90%
4.39.Calculalacantidaddehidróxidodesodioquehayenunadisolución,sabiendoque100mLdelamismanecesitan,paraserneutralizados,76mLdeácidosulfúrico1,0M.
(Canarias2006)
Laecuaciónquímicaajustadaes:
H SO (aq)+2NaOH(aq)Na SO (aq)+2H O(l)
RelacionandoH SO conladisolucióndeNaOH:
76mLH SO 1,0M1,0molH SO
103mLH SO 1,0M2molNaOH1molH SO
40gNaOH1molNaOH
6,1gNaOH
4.40.Unamuestrade1800gdepiedracaliza( )sesometeacalentamientodemodoqueparcialmentesetransformaenóxidocálcico(CaO),segúnlareacción:
(s)CaO(s)+ (g)Seobtieneasíunresiduode1000gcompuestopor yCaO,quetratadoconunadisolución12MdeHClconsume2,5Lsegúnlasreacciones:
(s)+2 (aq) (aq)+ (g)+ (l)
CaO(s)+2 (aq) (aq)+H2O(l)Calcule:a)Elporcentajede enlapiedracaliza.b)Elvolumende queseproduceenelprocesomedidoa80°Cy1,5atm.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Murcia2006)
a)ElnúmerodemolesdeHClconsumidoenlasreaccioneses:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 113
2,5LHCl12M12molHCl1LHCl12M
30molHCl
Llamandox ey a lasmasas de CaCO y CaO contenidas en lamezcla y relacionando estascantidadesconelHClconsumido:
xgCaCO1molCaCO100gCaCO
2molHCl1molCaCO
=x50
molHCl
ygCaO1molCaO56gCaO
2molHCl1molCaO
=y28
molHCl
x50
+y28
=30
RelacionandolasmasasdeCaCO yCaOconlamezcla:
xgCaCO +ygCaO=1000gmezcla
Resolviendoelsistemadeecuacionesseobtiene:
x=364gCaCO y=636gCaO
ElporcentajedeCaCO respectodelamuestrainicialdecalizaes:
364gCaCO1800gcaliza
100=20,2%
b)ElCO seproducesóloapartirdelCaCO contenidoenlacaliza:
364gCaCO1molCaCO100gCaCO
1molCO1molCaCO
=3,64molCO
Considerandocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelgases:
V=3,64mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 80+273 K
1,5atm=70,2L
4.41. La cerusita, unmineral que contiene plomo, es carbonato de plomo (II) impuro. Paraanalizar unamuestra delmineral y determinar su contenido en se trata lamuestraprimeroconácidonítricoconelfindedisolverelcarbonatodeplomo(II):
(s)+ (aq) (aq)+ (g)+ (l)Alañadirácidosulfúricoprecipitasulfatodeplomo(II):
(aq)+ (aq) (s)+ (aq)El sulfatodeplomo (II)puro se separay sepesa.Suponiendoqueunamuestrade0,583gdemineralproduce0,628gde .Ajusta laestequiometríade lasdosreaccionesycalculaelporcentajeenmasade enlamuestrademineral.
(Baleares2006)
Lasecuacionesquímicasajustadascorrespondientesalasreaccionesdadasson:
(s)+2 (aq) (aq)+ (g)+ (l)
(aq)+H2SO4(aq) (s)+2 (aq)
RelacionandoPbSO ymineral:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 114
0,628gPbSO0,583gmineral
1molPbSO303,2gPbSO
1molPbCO1molPbSO
267,2gPbCO1molPbCO
100 , %
4.42.Hallarlapurezadeunamuestradesulfatodeamoniosabiendoquealtratar1,316kgdesulfato de amonio sólido impuro con disolución de hidróxido de sodio se recogen 377 L deamoníaco(quecorrespondenal90%delvolumentotaldeamoníacodesprendido),medidosalatemperaturade18°Cylapresióndemercuriode742mmHg.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Cádiz2006)(Asturias2006)
Laecuaciónquímicacorrespondientealareacciónentre NH SO yNaOHes:
NH SO (s)+2NaOH(aq)Na SO (aq)+2NH (g)+2H O(l)
ElvolumendeNH desprendidoes:
377LNH (recogido)100LNH (desprendido)90LNH (recogido)
=418,8LNH (desprendido)
Suponiendocomportamientoideal,elnúmerodemolesdegases:
n=742mmHg·418,8L
0,082atm·L·mol 1·K 1 18+273 K
1atm760mmHg
=17,1mol
RelacionandoNH con NH SO :
17,1molNH1mol NH SO
2molNH132g NH SO1mol NH SO
=1129g NH SO
Lariquezadelamuestraes:
1129g NH SO1,316kgmuestra
1kgmuestra
103gmuestra100=85,8%
4.43. Las plantas utilizany para formar azúcares mediante en el proceso de
fotosíntesis,deacuerdoalareaccióngeneral:
11 +12 +12 a) ¿Qué volumende a30°C y730mmHgutilizaunaplantapara sintetizarun500gdesacarosa( )?b)Sabiendoqueelcontenidoenunamuestradeairecontiene0,035%v/vde ,¿quévolumendeaire,enlascondicionesnormalesdepresiónytemperatura,purificalaplantaporcada100gdeazúcaressintetizados?
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Córdoba2006)
a)RelacionandoC H O conCO :
500gC H O1molC H O342gC H O
12molCO
1molC H O=17,5molCO
Suponiendocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelgases:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 115
V=17,5mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 30+273 K
730mmHg760mmHg
1atm=453L
b) Relacionando C H O con CO y teniendo en cuenta que de acuerdo con la ley deAvogadro, en unamezcla gaseosa, la composición volumétrica coincide con la composiciónmolar:
100gC H O1molC H O342gC H O
12molCO
1molC H O100molaire0,035molCO
=1·104molaire
Suponiendocomportamientoideal,elvolumendeairepurificadoes:
1·104molaire22,4Laire1molaire
=2,2·105Laire
4.44. Las primeras cerillas no tóxicas fueron patentadas en Estados Unidos por la DiamondMatchCompanyen1910.Comomaterial inflamable,para lacabezade lacerilla, seutilizabatrisulfurodetetrafósforo.Estesulfurosepreparacalentandounamezcladeazufreyfósfororojoenproporciónestequiométrica:
4P(s)+3S(s) (s)CuandoardelacerillasedesprendenhumosblancosdeP4O10ySO2según:
(s)+8 (g) (s)+3 (g)a)Calculalacantidaddefósfororojonecesariaparaobtener25tde sielrendimientodelprocesoesdel80%.b)CalculaelvolumenenmL,medidoa200°Cy770mmHg,de desprendidoenlacombustióncompletade0,25gde .
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(PreselecciónC.Valenciana2006)
a)Sielrendimientodelprocesoesdel80%,lacantidaddeP S quehabríaquesintetizarparatenerrealmente25tes:
xtP S (teo)80tP S (real)100tP S (teo)
=25tP S (real)x=31,25tP S
RelacionandoP S yP:
31,25tP S10 gP S 1tP S
1molP S 220gP S
4molP1molP S
31gP1molP
1tP10 gP
=17,6tP
b)RelacionandoP4S3ySO :
0,25gP4S31molP4S3220gP4S3
3molSO1molP4S3
=3,4·10 3molSO
Considerandocomportamientoidealelvolumenocupadoporelgases:
V=3,4·10 3mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 200+273 K
770mmHg103mL1L
1atm
760mmHg=130mL
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 116
4.45.El ácido fosfórico, también llamado ortofosfórico, se puede obtener tratando elmineralfosforita(fosfatodecalcioimpuro)conácidosulfúricoconcentrado,segúnlasiguienteecuaciónquímica:
(s)+3 (aq)2 (aq)+3 (s)Se hacen reaccionar 2 kg de fosforita (70% en peso de fosfato de calcio) con la cantidadadecuadadeácidosulfúricoconcentrado,obteniéndoseunadisoluciónacuosadeácidofosfóricodedensidad1,34g· yriqueza50%enpeso.Calculaelvolumenobtenido,enlitros,delácidofosfóricodelariquezaydensidadcitados.
(PreselecciónC.Valenciana2006)
LacantidaddeCa PO contenidoenlafosforitaes:
2kgfosforita103gfosforita1kgfosforita
70gCa PO 100gfosforita
1molCa PO310gCa PO
=4,52molCa PO
RelacionandoCa PO yH PO :
4,52molCa PO2molH PO
1molCa PO 98gH PO1molH PO
=886gH PO
ComoelH PO esunadisoluciónderiqueza50%:
886gH PO100gH PO 50%
50gH PO1mLH PO 50%1,34gH PO 50%
1LH PO 50%
103mLH PO 50%=1,32L 50%
4.46.Unamuestrade0,738gdelsulfato ,alreaccionarcon enexceso,produjo1,511gde .CalculalamasaatómicadeM.
(C.Valenciana2006)
LaecuaciónquímicacorrespondientealareacciónentreelsulfatometálicoyBaCl es:
M SO (s)+3BaCl (aq)2MCl (aq)+3BaSO (s)
RelacionandoBaSO conM SO seobtienelamasadelmetalM:
1,511gBaSO1molBaSO
233,33gBaSO1molM SO3molBaSO
2x+288 gM SO1molM SO
=0,738gM SO
Seobtiene,x=26,94g· .
Masamolarquecorrespondealelementoaluminiocuyonúmerodeoxidaciónes+3.
4.47.El óxidode cobre (II) y óxidodehierro (III)pueden reducirse con hidrógenogaseoso yformarmetalyagua.a)Formulayajustacadaunadelasreaccionesdereducción.b) Se hacen reaccionar con hidrógeno gaseoso 27,1 g de unamezcla de los óxidos cúprico yférricoyseobtienen7,7gdeagua.¿Cuáleslacomposicióncentesimaldelamezcla?
(Baleares2007)
a)Lasecuacionesquímicasajustadascorrespondientesalasreaccionesdadasson:
CuO(s)+ (g)Cu(s)+ (g)
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 117
(s)+3 (g)2Fe(s)+3 (g)
b)ElnúmerodemolesdeH Oqueseobtieneenambasreaccioneses:
7,7gH O1molH O18gH O
0,43molH O
Llamandox ey a lasmasas de Fe O y CuO contenidas en lamezcla y relacionando estascantidadesconelH Oproducida:
xgFe O1molFe O159,8gFe O
3molH O1molFe O
=3x
159,8molH O
ygCuO1molCuO79,5gCuO
1molH2O1molCuO
=y
79,5molH O
3x
159,8+
y79,5
=0,43
RelacionandolasmasasdeFe O yCuOconlamezcla:
xgFe O +ygCuO=27,1gmezcla
Resolviendoelsistemadeecuacionesseobtiene:
x=14,4gFe O y=7,3gCuO
Expresandoelresultandoenformadeporcentajeenmasa:
14,4gFe O21,7gmezcla
100=66,4% 7,3gCuO
21,7gmezcla100=33,6%CuO
4.48.El antimonio tiene una creciente importancia en la industria de semiconductores, en laproducción de diodos y de detectores de infrarrojos. Compuestos de antimonio en forma deóxidos, sulfuros, antimoniatos y halogenuros se emplean en la fabricación de materialesresistentesal fuego,esmaltes,vidrios,pinturasycerámicas.Eltrióxidodeantimonioeselmásimportante y se usa principalmente como retardante de llama. Estas aplicaciones comoretardantes de llama comprenden distintos mercados como ropa, juguetes o cubiertas deasientos.ElmetalantimoniosepuedeobtenerapartirdeSb4O6porreacciónconcarbono,según:
(s)+6C(grafito)4Sb(s)+6CO(g)a) Si seutilizan125gdeC y300gde , ¿qué cantidadde Sbmetálico se obtiene, si elrendimientodelareacciónesdel80%?b)¿Quécantidaddemineraldeantimoniodel75%deriquezaen esnecesarioconsumirparaquesedesprendan28LdeCO(g)medidosa740mmHgy40°C?
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Murcia2007)
a)Alexistircantidadesinicialesdeambosreactivossedebedeterminarpreviamentecuáldeelloseselreactivolimitante:
125gC1molC12gC
=10,4molC
300gSb O1molSb O583,2gSb O
=0,5molSb O
10,4molC
0,5molSb O=21
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 118
Como la relaciónmolar esmayor que 6 quiere decir que sobra C, por lo que es elreactivolimitante.
RelacionandoSb O conSb:
300gSb O1molSb O583,2gSb O
4molSb
1molSb O121,8gSb1molSb
=250,6gSb
Teniendoencuentaqueelrendimientodelprocesoesdel80%:
250,6gSb80gSb(experimental)100gSb(teorico)
=200,5gSb
b)Suponiendocomportamientoideal,elnúmerodemolesdegases:
n=740mmHg·28L
0,082atm·L·mol 1·K 1 40+273 K
1atm760mmHg
=1,06molCO
RelacionandoCOconmineral:
1,06molCO1molSb O6molCO
583,2gSb O1molSb O
100gmineral75gSb O
=137,6gmineral
4.49. En un experimento para estudiar el efecto de algunos factores sobre la velocidad dereacción,unestudiantepesódosmuestrasdiferentesdecarbonatocálcicode2gcadauna.Cadamuestrafuecolocadaenunmatrazsobreelplatodeunabalanzaelectrónicacomoseapreciaenlafigura.Lamuestra1constadegrandespartículasde ,mientrasquelamuestra2estáformadaporpartículasmuchomáspequeñas.Elestudianteañadió100mLdeHCl0,5Ma lamuestra1 y siguió la evoluciónde lamasaa18°C como semuestra en la figuraadjunta.Lareacciónquetienelugares:
(s)+2HCl(aq) (aq)+ (l)+ (g)
Paralamuestra1ysuponiendolareaccióncompletadelcarbonatocálcico:a)Calcula,enlitros,elvolumende producidoa18°Cy1atmdepresión.b)Calculalavariacióntotaldemasa.c)CalculalaconcentracióndeHClquepermaneceenelmatraz.Conlamuestra2serealizaunexperimentosimilar.d)Dibujaunesquemadelagráficadevariacióndemasaconeltiempocomparándolaconlaqueseobtuvoparalamuestra1.Razonaelmotivodeestecomportamiento.e)Sielmatrazesde1litroysetapatraslaadicióndeHCl,calculalapresiónenelinteriordelmatraz tras ladesaparicióndelcarbonatodecalcio.Suponerque la temperaturasemantieneconstante.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Murcia2007)
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 119
a)ElnúmerodemolesdeCO queseobtienees:
2gCaCO1molCaCO100gCaCO
1molCO1molCaCO
0,02molCO
Suponiendocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelgases:
V=0,02mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 18+273 K
1atm=0,48L
b) La pérdida de masa que se registra en el sistema se corresponde con la masa de CO desprendido:
0,02molCO44gCO1molCO
0,88g
c)ElnúmerodemolesdeHClqueseintroducenenelmatrazes:
100mLHCl0,5M0,5molHCl
103mLHCl0,5M0,05molHCl
RelacionandoCaCO yHClseobtieneelnúmerodemolesdeestasustanciaqueseconsumenenlareacciónes:
0,02molCaCO2molHCl1molCaCO
0,04molHCl
LacantidaddeHClquequedasinreaccionaralfinaldelprocesoes:
0,05molHCl(inicial)–0,04molHCl(gastado)=0,01molHCl(exceso)
Considerando que no existe variación de volumen en la reacción, la concentración de ladisolucióndeHClsobrantees:
0,01molHCl100mLdisolucionHCl
103mLdisolucionHCl1LdisolucionHCl
=0,1M
d)Lamuestra2seencuentramásfinamentepulverizada(mayorsuperficieespecífica),porloquelareacciónconHClserámásrápida.Lacurvaqueseobtienees:
0 2 4 6
Masa/g
tiempo/s
mvs.t
Muestra2
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 120
e) Suponiendo comportamiento ideal ydespreciandoel volumenocupadopor ladisoluciónresultante,lapresiónenelinteriordelmatrazsedebealCO generado:
p=0,02mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 18+273 K
1L=0,48atm
4.50. La Comunidad Autónoma de Galicia acoge en su territorio algunas de las centralestérmicas en las que se produce energía eléctrica a partir de la combustión de combustiblesfósiles. El contenido en azufre de estos combustibles es la causa de que en la combustión seproduzca dióxido de azufre, que es uno de los gases contaminantes de la atmósfera. En laatmósfera el dióxido de azufre puede combinarse con el oxígeno para formar el trióxido deazufre.Porotraparteeltrióxidodeazufresecombinaconaguaparadarlugaralaformacióndeácidosulfúrico.a)Escribayajustelasreaccionesdeformacióndedióxidodeazufreapartirdeazufreelemental,deltrióxidodeazufreapartirdeldióxidoydelácidosulfúricoapartirdeltrióxidodeazufre.b) Si en la central térmica se quema un combustible con un contenido del 1,25% de azufre,determine la masa de ácido sulfúrico que se produce por cada tonelada de combustiblequemado, teniendo en cuenta que el rendimiento de la reacción de formación del dióxido deazufreesdel90%yeldelaformacióndeltrióxidodeazufreesdel30%.
(Galicia2007)
a)Lasecuacionesquímicascorrespondientesalasreaccionesdelprocesoson:
FormacióndelSO apartirdelazufre
S(s)+ (g) (g)
FormacióndelSO apartirdelSO
2 (g)+ (g)2 (g)
FormacióndelH SO apartirdelSO
(g)+ (l) (aq)
b)Sabiendoquelamuestracontieneun1,25%deS,sepuedeconocerlacantidaddeSquehayen1000kgdecombustible(1toneladason106g):
1000kgcombustible10 gcombustible1kgcombustible
1,25gS
100gcombustible1molS32gS
=390,6molS
RelacionandoSySO yteniendoencuentaelrendimientodeesareacción:
390,6molS1molSO1molS
90molSO (experimental)100molSO (teorico)
=351,6molSO
RelacionandoSO ySO yteniendoencuentaelrendimientodeesareacción:
351,6molSO21molSO1molSO2
30molSO (experimental)100molSO (teorico)
=105,5molSO
SitodoelSO setransformaenH2SO4:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 121
105,5molSO1molH SO1molSO
98gH SO1molH SO
1kgH SO10 gH SO
=10,3kg
4.51.Elbromosepuedeobtenerenel laboratorioporreacciónentreelbromurodepotasio,elácidosulfúricoyelóxidodemanganeso(IV),deacuerdoconlaecuación:
2KBr+ +3 2 + + +2 Calcule:a)Lacantidad(engramos)de
del60%deriquezaenpesoquesenecesitaparaobtener
60,0gde .b)Sisehacenreaccionar6,372gdeKBrcon11,42gde del60%deriquezaenpeso,enpresenciadeexcesodedióxidodemanganeso,demuestrecuálde loscompuestoseselreactivolimitante.
(Cádiz2007)
a)RelacionandoBr conH SO :
60,0gBr1molBr159,8gBr
3molH SO1molBr
98gH SO1molH SO
=110,4gH SO
ComosedisponedeH SO deriqueza60%:
110,4gH SO100gH SO 60%
60gH SO=184g 60%
b)Elnúmerodemolesdecadareactivoes:
6,372gKBr1molKBr119gKBr
=0,054molKBr
11,42gH SO 60%60gH SO
100gH SO 60%1molH SO98gH SO
=0,070molH SO
Larelaciónmolarentreamboses:
0,070molH SO0,054molKBr
=1,3
Comolarelaciónmolaresmenorque1,5quieredecirquesobraKBr,porloque eselreactivolimitante.
4.52.Unpesticidacontieneentreotras sustancias, sulfatode talio.Aldisolverunamuestrade10,20gdelpesticidaenaguayañadiryodurodesodioseobtieneunprecipitadode0,1964gdeyodurodetalio.Lareacciónqueseproducees:
(aq)+2NaI(aq)2TlI(s)+ (aq).a)¿Cuáleselporcentajeenmasade enlamuestraoriginal?b)MolesdedisolucióndeNaInecesarios.c)¿Cuántoslitrosdeunadisoluciónconteniendo20mg/Ldetaliopuedenprepararsecon250gdelpesticida?
(Córdoba2007)
a)LacantidaddeTlIqueprecipitaproporcionaladeTl SO contenidaenelpesticida:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 122
0,1964gTlI10,20gpesticida
1molTlI331,3gTlI
1molTl SO2molTlI
504,8gTl SO1molTl SO
100=1,47%
b)LacantidaddeTlIqueprecipitaproporcionalaNaInecesariaparalaprecipitación:
0,1964gTlI1molTlI331,3gTlI
2molNaI2molTlI
=5,9·10 4molNaI
c)LacantidaddeTlquecontieneelpesticidaes:
250gpesticida1,47gTl SO100gpesticida
1molTl SO504,8gTl SO
2molTl
1molTl SO204,4gTl1molTl
=2,976gTl
RelacionandolacantidaddeTlquecontieneelpesticidaconladisoluciónapreparar:
2,976gTl10 mgTl1gTl
1Ldisolucion20mgTl
=148,8Ldisolución
4.53.Ciertaempresacompra5000kgdecincconelfindeusarloparagalvanizarunapartidadehierro con objeto de evitar su corrosión. Para determinar la riqueza del cinc adquirido setomaron 50,00 g delmismo y se trataron con ácido clorhídrico de riqueza 37% en peso ydensidad1,110g· ,consumiéndose126 dedichoácido.Calcula:a)LamolaridaddeladisolucióndeHClutilizada.b)Elporcentajedecincenlamuestra.c)Elvolumendehidrógenoobtenidoenelensayoanalítico,siéstesemidea25°Cy740mmHg.Nota.Laecuacióncorrespondientealareacciónentreácidoclorhídricoycinces:
Zn(s)+2HCl(aq) (aq)+ (g)
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(PreselecciónC.Valenciana2007)
a)Tomandocomobasedecálculo100gdedisolucióndeHCl,lamolaridaddelamismaes:
37gHCl100gHCl37%
1molHCl36,5gHCl
1,11gHCl37%1cm HCl37%
10 cm HCl37%1LHCl37%
=11,3M
b)RelacionandoelHClconsumidoconlamuestraseobtienelariquezadelamisma:
126cm HCl37%1,11gHCl37%1cm HCl37%
37gHCl
100gHCl37%1molHCl36,5gHCl
=1,42molHCl
1,42molHCl50,00gmuestra
1molZn2molHCl
65,4gZn1molZn
100=92,7%Zn
c)RelacionandoelHClconsumidoconH :
126cm HCl37%1,11gHCl37%1cm HCl37%
37gHCl
100gHCl37%1molHCl36,5gHCl
1molH2molHCl
=0,71molH
Considerandocomportamientoidealelvolumenocupadoporelgases:
V=0,71mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 25+273 K
740mmHg760mmHg1atm
=17,8L
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 123
5.54. Losmineros del siglo pasado iluminaban las galerías quemando acetileno (etino). Estasustancia se obtenía in situ por reacción del carburo de calcio ( ) con agua según lasiguientereacción:
(s)+2 (l) (g)+ (aq)Calculalapurezadeunamuestrade sabiendoquealtratar2,056gdeCaC2conagua,seobtienen656 deacetileno,medidosobreaguaa22°Cy748mmHg.Lapresióndevapordelaguaa22°Ces19,8mmHg.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(PreselecciónC.Valenciana2007)
Considerandocomportamientoidealelnúmerodemolesdegassecoes:
n=748 19,8 mmHg
1atm760mmHg ·656cm
1L10 cm
0,082atm·L·mol 1·K 1 22+273 K=2,6·10 2molC H
RelacionandoelC H producidoconelCaC empleado:
2,6·10 2molC H2,056gmuestra
1molCaC1molC H
64gCaC1molCaC
100=80,9%
4.55.Unamuestrade0,4278gdeunelementometálicoXdemasaatómica139,del93%deriqueza,sedisolviótotalmenteenácidoclorhídricoconcentradodel32,14%deriquezaenpesoydensidad1,16g/mL.Elhidrógenodesprendidoserecogiósobreagua,a17,5°Cy735mmHg,ocupandounvolumende107mL.a)CalculalafórmulaempíricadelclorurodeX.b)¿Quévolumendedisolucióndeácidoclorhídricoconcentradoseconsumió?c)¿Quépesodeclorurometálicoseformó?
(Datos.ConstanteR=0,082atm·L· · ;presióndevapordelaguaa17,5°C=15mmHg.Nota.Lasimpurezasdelamuestrasoninertesynoreaccionanconelácido)
(C.Valenciana2007)
a)LaecuaciónquímicacorrespondientealareacciónentreelmetalXyHCles:
2X(s)+2nHCl(aq)2XCl (aq)+nH (g)
Paradeterminarlafórmuladelcloruro,bastaconcalcularelvalorden,paraloquesenecesitacalcularpreviamenteelnúmerodemolesdeXydeH .
MolesdeXcontenidosenlamuestrametálica:
0,4278gmuestra93gX
100gmuestra 1molX139gX
=2,86·10 3molX
ConsiderandocomportamientoidealelnúmerodemolesdeH secoes:
n=735 15 mmHg·107mL
0,082atm·L·mol 1·K 1 17,5+273 K760mmHg1atm
1L
10 mL=4,26·10 3molH
RelacionandomolesdeH ymolesdeCl:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 124
4,26·10 3molH2nmolHClnmolH
1molCl1molHCl
=8,52·10 3molCl
La relación entre los moles de Cl y los de X proporciona la fórmula empírica del clorurometálico:
8,52·10 3molCl
2,86·10 3molX≈3
molClmolX
Fórmulaempírica:
b)RelacionandoH yHCl:
4,26·10 3molH2nmolHClnmolH
36,5gHCl1molHCl
=0,311gHCl
Comosedisponededisoluciónderiqueza32,14%:
0,311gHCl100gHCl32,14%
32,14gHCl1mLHCl32,14%1,16gHCl32,14%
=0,83mLHCl32,14%
c)RelacionandoXyXCl :
2,86·10 3molX1molXCl1molX
245,5gXCl1molXCl
=0,702g
4.56.Unamuestrade2,5gdeunamezcladecloruroamónicoyuncloruroalcalinosedivideendospartesiguales.Unadeellassetrataconnitratodeplata0,1Myelclorurodeplataformadoselava,secaypesa3,28g.Laotrapartesetrataconunadisolucióndehidróxidodesodioal30%m/vy,comoconsecuencia,sedesprenden236mLdeamoníaco,medidosa25°Cy734mmHg.Calcula:a)Lacomposicióndelamezcla.b)¿Dequécloruroalcalinosetrata?
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Murcia2008)
a)LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealareacciónentreNH ClyNaOHes:
NH Cl(s)+NaOH(aq)NaCl(aq)+NH (g)+H O(l)
Considerandocomportamientoideal,elnúmerodemolesdegases:
n=734mmHg·236mL
0,082atm·L·mol 1·K 1 25+273 K
1atm760mmHg
1L
103mL=9,3·10 3molNH
RelacionandoNH conlamezcladecloruros:
9,3·10 3molNH1,25gmezcla
1molNH Cl1molNH
53,5gNH Cl1molNH Cl
100=39,9%
Elrestodelamezcla,(100–39,9)%=60,1%escloruroalcalino.
b) Las ecuaciones químicas ajustadas correspondientes a las reacciones entre los cloruroscomponentesdelamezclayelAgNO son:
paraNH Cl:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 125
NH Cl(aq)+AgNO (aq)AgCl(s)+NH NO (aq)
paraelcloruroalcalino,XCl:
XCl(aq)+AgNO (aq)AgCl(s)+XNO (aq)
Relacionando ambos cloruros con el AgCl se puede determinar la masa molar del cloruroalcalinoeidentificarlo:
9,3·10 3molNH1molNH Cl1molNH
1molAgCl1molNH Cl
=9,3·10 3molAgCl
1,25gmuestra60,1gXCl
100gmuestra1molXClMgXCl
1molAgCl1molXCl
=0,751M
molAgCl
9,3·10 3+0,751M
molAgCl143,4gAgCl1molAgCl
=3,28gAgCl
Seobtiene,M=55,2g·mol .Lamasamolardelcloruroalcalinomáscercanaalaobtenidaes58,5g·mol quecorrespondealNaCl.
4.57. El peróxido de hidrógeno puro es un líquido viscoso casi incoloro y extremadamentecorrosivo.Normalmente se utiliza en disoluciones acuosas diluidas que hay quemanejar conguantesyprotecciónparalosojos.El peróxido de hidrógeno puede actuar tanto como oxidante como reductor, aunque esmáscomún su comportamiento comooxidante.Noobstante, frenteaoxidantesmás fuertesqueélactúacomoreductor.El peróxido de hidrógeno tiene una aplicación importante en la restauración de pinturasantiguas. Uno de los pigmentos blancos favoritos era un carbonato básicomixto de plomo,
. Trazas de sulfuro de hidrógeno del ambiente hacen que este compuestoblancoseconviertaensulfurodeplomo(II)negro,conloquelapinturaoscurece.Laaplicacióndeperóxidodehidrógenooxidaestesulfuroasulfatodeplomo(II)blanco,conloqueserestauraelcolorcorrectodelapintura.En medio ácido, el anión dicromato oxida el peróxido de hidrógeno a oxígeno gaseosoreduciéndosea (aq) y se convierte enoxígenomolecular.La ecuaciónquímicaajustadacorrespondientealprocesoes:
(aq)+8 (aq)+3 (l)2 (aq)+3 (g)+7 (l)Setratan100mLdeunadisolución2,0Mdedicromatodepotasioconunexcesodeperóxidodehidrógenoenmedioácido.Eloxígenoresultantedeestareacciónserecogeenunrecipientede2,0 L a 20°C que contiene, inicialmente, unamezcla de hidrógeno y nitrógeno a 2,0 atm depresión y una composición en volumen del 60% de hidrógeno y el 40% de nitrógeno. En lamezclagaseosa final sehace saltaruna chispa eléctricaqueprovoca la formacióndeaguaapartirdehidrógenoyoxígeno,elevándoselatemperaturadelamezclaa120°C.Calcula:a)Lacantidaddeaguaquesehaformado.b)Lapresiónparcialdecadacomponentey lapresión totalde lamezclagaseosaa120°C, sidespués de haber hecho saltar la chispa eléctrica todas las sustancias se encuentran en fasegaseosa.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Asturias2008)
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 126
a)RelacionandoK Cr O conH O:
100mLK Cr O 0,2M0,2molK Cr O
103mLK Cr O 0,2M
7molH O1molK Cr O
18gH O1molH O
=25,2g
b)ElnúmerodemolesdeO producidosapartirdelH O quereaccionaes:
100mLK Cr O 0,2M0,2molK Cr O
103mLK Cr O 0,2M
3molO1molK Cr O
=0,6molO
ApartirdelaleydeDaltonsepuedencalcularlaspresionesparcialesdelamezcladeN yH quecontieneelrecipienteenelqueseinyectaelO formado.También,deacuerdoconlaleydeAvogadro, la composiciónvolumétricade lamezcladegasesproporciona la composiciónmolar,así:
40%volN y =0,460%volH y =0,6
Laspresionesparcialesrespectivasson:
p =p·y =2atm·0,4=0,8atmp =p·y =2atm·0,6=1,2atm
Considerandocomportamientoideal,elnúmerodemolesdecadagases:
n=0,8atm·2L
0,082atm·L·mol 1·K 1 20+273 K=0,067molN
n=1,2atm·2L
0,082atm·L·mol 1·K 1 20+273 K=0,1molH
AlsaltarunachispaenlamezcladeN ,H yO seproducelacombustióndelH deacuerdoconlaecuación:
2H (g)+O (g)2H O(g)
LarelaciónmolarentreH yO es:
0,1molH0,6molO
=0,2
Comolarelaciónmolaresmenorque2quieredecirsobraO quequedasinreaccionaryquese consume completamente que es el reactivo limitante que determina la cantidad deH Oqueseforma.
LacantidaddeO consumidoes:
0,1molH1molO2molH
=0,05molO
LacantidaddeO sobrantees:
0,6molO (inicial)0,05molO (consumido)=0,55molO (exceso)
LacantidaddeH Oformadaes:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 127
0,1molH2molH O2molH
=0,1molH O
Considerandocomportamientoideal,lapresiónparcialejercidaporcadagasa120°Ces:
p =0,067molN 0,082atm·L·mol 1·K 1 120+273 K
2L=1,07atm
p =0,55molO 0,082atm·L·mol 1·K 1 120+273 K
2L=8,86atm
p =0,1molH O 0,082atm·L·mol 1·K 1 120+273 K
2L=1,61atm
4.58. Se usa el término de roca caliza para nombrar a aquella formada principalmente porcarbonatodecalcio.Normalmente son rocasdeorigen sedimentario formadasapartirde losdepósitos de esqueletos carbonatados en los fondos de los océanos. Cuando tienen altaproporcióndecarbonatodemagnesiosedenominandolomitas.Larocasedisuelve lentamenteenlasaguasaciduladasporloqueelaguadelluvia,océanosyríos(ligeramenteácidas)provocaladisolucióndelacaliza,creandountipodemeteorizacióncaracterísticadenominadakársticao cárstica.EnAsturias,enespecialen lazonaoriental,podemosencontrarbellos ejemplosdeestas formaciones cársticas. Las calizas tienen innumerables aplicaciones industriales siendoquizáslamásimportantelaobtencióndecemento.AllaboratoriodelacementeradeAboño(Gijón)hallegadounamuestrademineralcalizoparadeterminarsuriquezaencarbonatocálcico.Unamuestrade0,490gsedisuelveen50,0mLdeHCl0,150M.Estosuponeunexcesodeácidoyésteconsumeenunavaloración4,85mLdeNaOH0,125M.a)¿Cuáleselporcentajedecarbonatocálcicoquecontienelamuestra?b) ¿Qué volumendedióxidode carbono sedesprende,en condicionesestándar,aldisolver los0,490gramosdemuestra?c) Describe el procedimiento experimental para valorar el exceso de HCl con NaOH. Señalarazonadamente cuál será el indicadormás adecuado como indicador del punto final de estavolumetría.
Indicador IntervalodevirajeRojodemetilo 4,4‐6,2Azuldebromotimol 6,0‐7,6Fenolftaleína 8,2‐9,8
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Asturias2008)
a) Las ecuaciones químicas correspondientes a la reacción delHCl conNaOHy CaCO son,respectivamente:
HCl(aq)+NaOH(aq)NaCl(aq)+H O(l)
2HCl(aq)+CaCO (s)CaCl (aq)+CO (g)+H O(l)
ElnúmerototaldemmolesdeHClquereaccionanconambasbaseses:
50mLHCl0,15M0,15molHCl
1mLHCl0,15M=7,5mmolHCl
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 128
ElnúmerototaldemmolesdeHClenexcesoquereaccionanconNaOHes:
4,85mLNaOH0,125M0,125mmolNaOH1mLNaOH0,125M
1mmolHCl1mmolNaOH
=6,06mmolHCl
ElnúmerototaldemmolesdeHClquereaccionanconCaCO es:
7,5·mmolHCl(total)–6,06·mmolHCl(exceso)=6,89·mmolHCl
RelacionandoHClconCaCO :
6,89mmolHCl1mmolCaCO2mmolHCl
100mgCaCO1mmolCaCO
=345mgCaCO
RelacionandoCaCO concalizaseobtienelariqueza:
345mgCaCO490mgcaliza
100=70,3%
b)RelacionandoCaCO conCO :
345mgCaCO1mmolCaCO100mgCaCO
1mmolCO1mmolCaCO
=3,45mmolCO
Considerandocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelgases:
V=3,45mmol 0,082atm·L·mol 1·K 1 25+273 K
1atm=84,3mL
4.59.Apartirdelsulfurodecalcioseobtienesulfurodehidrógenosegúnlareacción:
CaS+ + + Elsulfurodehidrógenoobtenidoseoxidaparaobtenerazufresegúnlareacción:
+ +Sa)¿Quécantidaddeazufrepuedeobtenerseapartirde500kgdeunamuestraquecontieneun80%deCaS?b)¿Quévolumendeaire,medidoenc.n.,esnecesarioutilizarparaoxidarelsulfurodehidrógenoprocedentedelaprimerareacción?(Composicióndelaire:20%deoxígeno).
(Cádiz2008)
a)Relacionandolamuestraconazufre:
500·103gCaS80%80gCaS
100gCaS80%1molCaS72gCaS
1molS1molCaS
32gS1molS
=1,78·105gS
b)RelacionandolamuestraconH S:
500·103gCaS80%80gCaS
100gCaS80%1molCaS72gCaS
1molH S1molCaS
=5,56·103molH S
RelacionandoH SconO yaire:
5,56·103molH S1molO1molH S
22,4LO1molO
100Laire20LO
=6,23·105Laire
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 129
4.60.Sedisponede1200litrosdeagua(ρ=1g/mL)yde1000kgdecarburodealuminio(Al4C3)deunapurezadel91,3%.a)Determineelreactivolimitanteenlareaccióndeobtencióndemetano:
+12 3 +4 b)Calculeelvolumendemetanoquesepuedeobteneraunatemperaturade16°Cy736mmHg,suponiendounapérdidadel1,8%delgasproducido.c) Calcule el volumen de aire necesario para la combustión del metano en las condicionesmencionadas.
(Datos. Constante R = 0,082 atm·L· · ; porcentaje de oxígeno en el aire = 21% envolumen)
(Córdoba2008)
a)Elnúmerodemolesdecadareactivoes:
1200LH O103mLH O1LH O
1gH O1mLH O
1molH O18gH O
=6,67·104molH O
1000kgAl C103gAl C1kgAl C
1molAl C144gAl C
=6,94·103molAl C
Larelaciónmolarentreambassustanciases:
6,67·104molH O
6,94·103molAl C=9,6
comolarelaciónmolaresmenorque12quieredecirquequedaAl C sinreaccionarpor loqueel eselreactivolimitantequedeterminalacantidaddeCH queseobtiene.
b)RelacionandoH OconCH yteniendoencuentaquesisepierdeel1,8%delCH formadoseobtieneenlaprácticaun98,2%delmismo:
6,67·104molH O3molCH12molH O
98,2molCH (real)100molCH (teo)
=1,64·104molCH4
Aplicandolaecuacióndeestadodelosgasesidealesseobtieneelvolumenocupadoporelgas:
V=1,64·104mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 16+273 K
736mmHg760mmHg1atm
1m
103L=401,3
c)LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealacombustióndelCH es:
CH (g)+2O (g)CO (g)+2H O(g)
RelacionandoCH conO :
1,64·104molCH2molO1molCH
=3,28·104molO
Considerandocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelgases:
V=3,28·104mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 16+273 K
736mmHg760mmHg1atm
1m
103L=802,6m O
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 130
RelacionandoO conaire:
802,6m O100m aire21m O
=3822 aire
(EsteproblemaessimilaralpropuestoenC.Valenciana1998).
4.61.Elcementoaluminosocontieneensucomposición,entreotros,un40%deóxidodecalcioyun40%deóxidodealuminio.Enuna fábricadeterminada sedeseaobtenerdiariamenteunaproducciónde1200 tdeestecemento,empleándose comomateriaprimacaliza (mineralquecontienecarbonatodecalcio),quealcalcinarsesedescomponeendióxidodecarbonoyóxidodecalcio,ybauxita(mineralquecontieneóxidodealuminio).Sielrendimientoglobaldelprocesoesdel91%,calcula:a) Lamasa diaria de caliza necesaria, expresada en toneladas, si su riqueza es del 83% encarbonatodecalcio.b)Lamasadiariadebauxitanecesaria, expresada en toneladas, si su riqueza esdel57% enóxidodealuminio.c)La emisiónanualdedióxidode carbonoa laatmósfera, expresada en a20°C y1atm,provocadaporelprocesodecalcinacióndelacaliza.d)Lasolubilidaddeldióxidodecarbonoenaguaes2g·· ,a20°C,siestadisoluciónsetratacondisoluciónacuosadehidróxidode sodio se formaunadisoluciónacuosade carbonatodesodio.Calcula la concentraciónde la citadadisolución expresada comoporcentaje enmasa ymolaridad.(Consideraqueladensidaddeladisoluciónes1g· ).
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(CastillayLeón2008)
Comoelrendimientodelprocesoesdel91%secalculapreviamentelacantidaddecementoquesedeseaproducir:
xtcemento(teo)91tcemento(real)100tcemento(teo)
=1200tcemento(real)x=1319tcemento
Lascantidadesdeóxidoscontenidosenelcementoson:
1319tcemento40tCaO
100tcemento=527,6tCaO
a)LaecuaciónquímicacorrespondientealaobtencióndeCaOapartirdeCaCO es:
CaCO (s)CaO(s)+CO (g)
RelacionandoCaOconCaCO :
527,5tCaO106gCaO1tCaO
1molCaO56gCaO
1molCaCO1molCaO
100gCaCO1molCaCO
1tCaCO
106gCaCO=942,0tCaCO
RelacionandoCaCO concalizadel83%:
942,0tCaCO100tcaliza83tCaCO
=1134,9tcaliza
b)RelacionandoAl O conbauxitadel57%:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 131
527,5tAl O100tbauxita57tAl O
=925,3tbauxita
c)RelacionandocementoconCO :
1319tcementodıa
40tCaO
100tcemento106gCaO1tCaO
1molCaO56gCaO
1molCO1molCaO
=9,42·106molCO
dıa
Lacantidademitidaenunañoes:
9,42·106molCOdıa
365dıaano
=3,44·109molCO
ano
Considerandocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelCO es:
V=3,44·109molCO
ano0,082atm·L·mol 1·K 1 20+273 K
1atm1m3
103L=8,26·107m3
año
d)LaecuaciónquímicacorrespondientealaabsorcióndeCO conNaOHes:
CO (s)+2NaOH(aq)Na CO (aq)+H2O(l)
SisepartedeunadisoluciónconunaconcentracióndeCO de2g/LlamolaridadrespectoalNa CO formadoes:
2gCOLdisolucion
1molCO44gCO
1molNa CO1molCO
=0,045M
LaconcentracióndeladisolucióndeNa CO expresadacomo%enmasaes:
2gCOLdis
1molCO44gCO
1molNa CO1molCO
106gNa CO1molNa CO
Ldis
103mLdis1mLdis1gdis
100=0,48%
4.62.Unaindustriaquímicautiliza10t/díadesulfatodeamonioquepreparasegúnlasiguientereacción:
2 (aq)+ (aq) (aq)a) Si la reacción transcurre conun80%de rendimiento, ¿qué volumendedisolución2Mdeácidosulfúricoseránecesarioutilizardiariamente?b)En lareacciónseutilizaamoníacogaseosoqueestácontenidoenundepósitode10 decapacidadyaunatemperaturade25°C,¿cuálserálapresióndelgasdentrodelrecipientesisecarganenél100kgde ?c)¿Aquétemperaturasetendríaqueabrirlaválvuladeseguridaddeldepósito,siéstesoportaunapresiónmáximainteriorde20atm?d)Cuandosecargóelamoníacoeneldepósito, fuenecesariohacerunbarridode lastuberíasintroduciendoenéste0,5kgde (gas inerte).Calcula lapresiónparcialdelnitrógenoeneldepósitoylapresióntotal.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(CastillayLeón2008)
a)Comoelrendimientodelprocesoesdel80%,previamentehayquecalcularlacantidaddesustanciaquesequiereobtener:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 132
xt NH SO (teo)80t NH SO (real)100t NH SO (teo)
=10t NH SO (real)x=12,5t NH SO
12,5t NH SO106g NH SO1t NH SO
1mol NH SO132g NH SO
=9,47·105mol NH SO
Relacionando NH SO conH SO :
9,47·105mol NH SO1molH SO
1mol NH SO=9,47·105molH SO
Altratarsededisolución2M:
9,47·105molH SO1LH SO 2M2molH SO
1m H SO 2M
103LH SO 2M=43,75 2M
b)ElnúmerodemolesdeNH introducidoseneldepósitoes:
100kgNH103gNH1kgNH
1molNH17gNH
=5882molNH
Considerandocomportamientoideal,lapresiónqueejerceelNH enelinteriordelrecipientees:
p=5882mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 25+273 K
10m 1m
103L=14,4atm
c)Comose tratadeunrecipientedeparedesrígidaselvolumenesconstantepor loquedeacuerdoconlaleydeCharles:
pT=pT
14,4atm(25+273)K
=20,0atm
T T =414K
d)ElnúmerodemolesdeN introducidosparalimpiareldepósitoes:
0,5kgN103gN1kgN
1molN28gN
=17,9molN
Considerandocomportamientoideal, lapresiónqueejerceelN enel interiordelrecipientees:
p =17,9mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 25+273 K
10m3 1m3
103L=0,044atm
De acuerdo con la ley de Dalton de las presiones parciales, la presión total de la mezclagaseosaes:
ptotal=p +p ptotal= 0,044+14,4 atm=14,444atm
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 133
4.63.Sedisponedeunaaleaciónligeraformadapormagnesioycinc.Sisetomaunamuestradeellade1,00gysequematotalmenteenatmósferadeoxígenoseobtiene1,41gdelamezcladeóxidos.Determinecuáleslacomposiciónporcentualdelaaleaciónoriginal.
(CastillayLeón2008)
Las ecuaciones químicas correspondientes a las reacciones de formación de los óxidosmetálicosson:
2Mg(s)+O (g)2MgO(s)
2Zn(s)+O (g)2ZnO(s)
Llamandoxey,respectivamente,alosgramosdeMgyZnenlaaleaciónyrelacionandoestascantidadesconlosóxidosformados:
xgMg1molMg24,3gMg
2molMgO2molMg
40,3gMgO1molMgO
=1,658xgMgO
ygZn1molZn65,4gZn
2molZnO2molZn
81,4gZnO1molZnO
=1,245ygZnO
Sepuedeplantearelsiguientesistemadeecuaciones:
xgMg+ygZn=1,00galeacion
1,658xgMgO+1,245ygZnO=1,41goxidos
x=0,40gMg
y=0,60gZn
Expresandoelresultadoenformadeporcentajeenmasa:
0,40gMg1,00galeacion
100=40%Mg0,60gZn
1,00galeacion100=60%Zn
4.64. El fósforo blanco, , se puede obtener tratando el mineral fosforita (fosfato cálcicoimpuro) con carbón y arena (sílice). El proceso se realiza en un horno eléctrico según lasiguienteecuaciónquímica:
2 (s)+10C(s)+6 (s)6 (s)+10CO(g)+ (s)Se hacen reaccionar 20 kg de fosforita (70% en peso de fosfato cálcico) con las cantidadesnecesariasdelosdemásreactivos.Sabiendoqueelrendimientodelprocesoesdel80%,calcula:a)Lacantidad(enkg)defósforoblancoobtenido.b)Elvolumen(enL)demonóxidodecarbonogeneradomedidoa35°Cy780mmHg.c)Lacantidaddecarbón(enkg)necesariasisuriquezaesdel60%.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(PreselecciónC.Valenciana2008)
a)LosmolesdeCa PO quehayenlafosforitason:
20kgfosforita103gfosforita1kgfosforita
70gCa PO100gfosforita
1molCa PO310gCa PO
=45,2molCa PO
Sielrendimientodelprocesoesdel80%:
45,2molCa PO80molCa PO (real)100molCa PO (teo)
=36,1molCa PO
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 134
RelacionandoCa PO conP :
36,1molCa PO1molP
2molCa PO124gP1molP
1kgP
103gP=2,24kg
b)RelacionandoCa PO conCO:
36,1molCa PO10molCO
2molCa PO=180,5molCO
Considerandocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelgases:
V=180,5mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 35+273 K
780mmHg760mmHg1atm
=4442LCO
c)RelacionandoCa PO conC:
36,1molCa PO10molC
2molCa PO12gC1molC
1kgC
103gC100kgcarbon
60kgC=3,61kgcarbón
4.65.Elcuerpohumanocontieneaproximadamente4gramosdehierroyel70%estálocalizadoenlahemoglobina,proteínapresenteenlosglóbulosrojos.Lasnecesidadesdehierrovaríansegúnlaedadyelsexo,perosepuedetomarcomomedia15mgde hierro por día. Por término medio sólo se absorbe el 10% del hierro contenido en losalimentos.Laalimentaciónnormalnocubrelasnecesidadesdehierroentodosloscasos,loqueobligaaadministrarciertasmedicinascomoFerro‐gradumet.Una técnica clásica para determinar el hierro presente en una disolución es lapermanganimetría,queutilizaelpoderoxidantedelpermanganatodepotasio( ):
+8 +5 +5 +4 Laconcentracióndeunadisolucióndepermanganatosedeterminaporvaloraciónfrenteaunasustanciapatróncomoeloxalatodesodio( ):
2 +16 +5 +10 +8
a)Teniendoencuentaqueelvolumendesangredeunadultoesde4,5Lyquecontiene4,7·10 glóbulosrojospormL,calculaelnúmerodeátomosdehierropresentesencadaglóbulorojo.b)Paravalorarunadisolucióndepermanganatodepotasiosepesarontresmuestrasdeoxalatode sodiode0,1573;0,1324 y0,1285g y sedisolvieron enunErlenmeyer, enpresenciadeunexcesodeácidosulfúrico.Losvolúmenesdedisolucióndepermanganatodepotasioconsumidosen cada muestra fueron 42,4; 35,5 y 34,2 mL respectivamente. Calcula la molaridad de ladisolucióndepermanganatodepotasio.c)UnagrageadeFerro‐gradumetsedisolvióenpresenciadeácidosulfúricoenexcesoyparavalorar el contenido en hierro se consumieron 32,1 mL de la disolución anterior depermanganato.Calculaelpesode ·1,5 contenidoenunagragea.d)Lasalmejasymejillones(lassustanciasmásricasenhierro)contienen25mgdehierroporcada100gdeproducto,mientrasquelaslentejassólocontienen7mg.¿Quécantidaddealmejasodelentejashabríaqueconsumirdiariamenteparacubrirlasnecesidadesdeunadulto,segúntodalainformaciónaportadaanteriormente?
(Dato.NúmerodeAvogadro,L=6,022·10 )(C.Valenciana2008)
a)Lamasadehierrocontenidaenlahemoglobinaes
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 135
4gFe(total)70gFe(hemo)100gFe(total)
=2,8gFe(hemo)
Elnúmerodeglóbulosrojosenlasangrees:
4,5Lsangre103mLsangre1Lsangre
4,7·106globulos1mLsangre
=2,12·1010globulos
RelacionandolacantidaddeFeconlosglóbulosrojos:
2,8gFe
2,12·1010globulos1molFe55,85gFe
6,022·1023atomosFe
1molFe=1,43·1012
átomoFeglóbulo
b)RelacionandoNa C O condisolucióndeKMnO encadaunadelasvaloraciones:
0,1573gNa C O42,4mLdisolucion
1molNa C O134gNa C O
2molKMnO5molNa C O
103mLdisolucion1Ldisolucion
=0,01107M
0,1324gNa C O35,5mLdisolucion
1molNa C O134gNa C O
2molKMnO5molNa C O
103mLdisolucion1Ldisolucion
=0,01113M
0,1285gNa C O34,2mLdisolucion
1molNa C O134gNa C O
2molKMnO5molNa C O
103mLdisolucion1Ldisolucion
=0,01121M
Como las tres valoraciones son concordantes, el valor medio de la concentración de ladisolucióndepermanganatodepotasioes:
0,01107M+0,01113M+0,01121M3
=0,01114M
c)RelacionandoKMnO conFe2+:
32,1mLdisoluciongragea
0,01114molKMnO
103mLdisolucion5molFe2
1molKMnO=1,79·10 3molFe2
gragea
LamasadeFeSO ·1,5H OcontenidaenunagrageadeFerro‐gradumetes:
1,79·10 3molFe2
gragea1molFeSO ·1,5H O
1molFe2178,85gFeSO ·1,5H O1molFeSO ·1,5H O
=0,32g ·1,5
gragea
d) Considerando que por término medio un adulto necesita 15 mg Fe/día, las masas dealimentosricosenhierronecesariasdiariamenteson:
Almejas15mgFe
dıa100galmejas25mgFe
=60galmejas
día
Lentejas15mgFe
dıa100glentejas
7mgFe=214,3glentejas
día
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 136
4.66.UnmétodoparaajustarlaconcentracióndeunadisolucióndeHClesañadirleunapequeñacantidaddeMg:
Mg+2HCl + ¿CuántosmgdeMghayqueañadirsobre250mLdeHCl1,023Mparaquedisoluciónresultanteseaexactamente1,000M?
(C.Valenciana2008)
ElnúmerodemolesdeHClsobrantesdeladisolucióndeHCles:
250mLdisolucion1,023 1,000 molHCl
103mLdisolucion=5,75·10 molHCl
RelacionandoHClconMg:
5,75·10 molHCl1molMg2molHCl
24,3gMg1molMg
103mgMg1gMg
=70mgMg
4.67.100mLdeunadisoluciónde seneutralizancon25mLdeunadisolución2Mde¿Cuálserálaconcentraciónde ?
(Canarias2009)
Laecuaciónquímicacorrespondientea lareaccióndeneutralizaciónentreAl OH yH SO es:
2Al OH (aq)+3H SO (aq)2Al SO (aq)+3H O(l)
ElnúmerodemmolesdeAl OH aneutralizares:
25mLAl OH 2M2mmolAl OH1mLAl(OH)32M
=50mmolAl OH
RelacionandoAl OH conH SO :
50mmolAl OH100mLH SO
3mmolH SO2mmolAl OH
=0,75M
4.68.Sesospechaqueunamezclade y contieneCaO.Parasalirdeladudasetomaunamuestrade80gy secalientahastadescomposiciónde las sales,en sus respectivosóxidos.Serecogen3gde y25gde ¿Cuáleslacomposicióndelamezcla?
(Murcia2009)
Las ecuaciones químicas ajustadas correspondientes a las reacciones de descomposicióntérmicadelCa HCO yCaCO son:
Ca HCO (s)CaCO (s)+CO (g)+H O(g)
CaCO (s)CaO(s)+CO (g)
El H O formada procede solo de la descomposición del Ca HCO lo que proporciona lacantidaddeestasustanciaenlamuestraoriginal:
3gH O80gmezcla
1molH O18gH O
1molCa HCO
1molH O162gCa HCO1molCa HCO
100 33,8%
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 137
ElCO formadoprocededeladescomposicióndeambassales.ElprocedentedelCa HCO es:
80gmezcla33,8gCa HCO100gmezcla
1molCa HCO162gCa HCO
2molCO
1molCa HCO44gCO1molCO
=14,7gCO
ElrestodelCO deberáprocederdeladescomposicióndelCaCO :
25 14,7 gCO80gmezcla
1molCO44gCO
1molCaCO1molCO
100gCaCO1molCaCO
100 29,3%
Comosecomprueba,lamuestrasícontieneCaO:
100%mezcla–[33,8%Ca HCO +29,3%CaCO ]=36,9%CaO
4.69.Alcalentardicromatodeamonioseproduceunareacciónvigorosaenlacualsedesprendenitrógeno,aguayóxidodecromo(III).Escribelaecuacióndelprocesoycalculalacantidaddeeste óxido que se forma y el volumen de nitrógeno desprendido en condiciones normales depresiónytemperaturacuandosedescomponen21,4gdedicromatodeamonio.
(Baleares2009)
Laecuaciónquímicaajustadacorrespondientealadescomposicióntérmicadel NH Cr O es:
(s) (s)+ (g)+4 (g)
Relacionando NH Cr O conCr O :
21,4g NH Cr O1mol NH Cr O252g NH Cr O
1molCr O
1mol NH Cr O152gCr O1molCr O
12,9g
Relacionando NH Cr O conN :
21,4g NH Cr O1mol NH Cr O252g NH Cr O
1molN
1mol NH Cr O22,4LN1molN
1,9L
4.70.Unaaleaciónesunproductohomogéneo,depropiedadesmetálicas,compuestodedosomáselementos,unode loscuales,almenos,debe serunmetal.Algunasde lasaleacionesmásconocidasson:bronce(estaño+cobre),acero(hierro+carbono+otrosmetales),latón(cobre+cinc).Altratar2,5gdeunaaleacióndealuminioycincconácidosulfúricosedesprenden1,58Lde medidosenc.n.depresiónytemperatura.Calculelacomposicióndelaaleación.
(Galicia2009)
LasecuacionesquímicascorrespondientesalasreaccionesdelosmetalesconH SO son:
Zn(s)+H SO (aq)ZnSO (aq)+H (g)
2Al(s)+3H SO (aq)2Al SO (aq)+3H (g)
Elnúmerodemolesdegasobtenidoes:
1,58LH1molH22,4LH
=7,05·10 molH
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 138
Llamandoxey,respectivamente,alosgramosdeZnyAlenlaaleaciónyrelacionandoestascantidadesconelH formado:
xgZn1molZn65,4gZn
1molH1molZn
=1,53·10 xmolH
ygAl1molAl27gAl
3molH2molAl
=5,56·10 ymolH
Sepuedeplantearelsiguientesistemadeecuaciones:
xgZn+ygAl=2,5galeacion
(1,53·10 x+5,56·10 y)molH =7,05·10 molH
x=1,698gZn
y=0,802gAl
Expresandoelresultadoenformadeporcentajeenmasa:
1,698gZn2,5galeacion
100=67,9%Zn0,802gAl
2,5galeacion100=32,1%Al
4.71. En la industria aeronáutica se utilizan aleaciones de Al/Cu. Un proceso que permiteanalizarlacomposicióndedichaaleaciónesportratamientoconunadisoluciónacuosadeácidoclorhídricoyaqueelcobrenoreaccionaconesteácidoyelaluminioreaccionaensutotalidaddandotriclorurodealuminio( ).Setratan2,4gdealeaciónAl/Cucon25mLdeHCldel36%ydensidad1,18g· .Sesuponequeha reaccionado todoelaluminioyqueelHCl seencuentraenexceso.Ladisoluciónácidaresultante se valora con disolución deNaOH 2,0M, utilizando fenolftaleína como indicador,gastándose20,5mLdedichadisolución.a)EscribelareaccióndeneutralizaciónydeterminaelnúmerodemolesdeHClenexceso.b)Escribelareaccióndelaaleaciónconácidoclorhídricosabiendoquesedesprendehidrógenomolecular( )ydeterminalacomposicióncentesimaldelaaleación.c)Determinaelvolumendehidrógenoquesedesprendemedidoencondicionesnormales.
(CastillayLeón2009)
a)LaecuaciónquímicacorrespondientealaneutralizacióndelHCles:
HCl(aq)+NaOH(aq)NaCl(aq)+ (l)
LacantidaddeHClqueseañadeinicialmentealaaleaciónes:
25mLHCl36%1,18gHCl36%1mLHCl36%
36gHCl
100gHCl36%1molHCl36,5gHCl
0,29molHCl
LacantidaddeHClqueseneutralizaconNaOH(exceso)es:
20,5mLNaOH2,0M2,0molNaOH
10 mLNaOH2,0M1molHCl1molNaOH
0,05molHCl
ElHClrestanteeselquereaccionaconlaaleación:
0,29molHCl(inicial)–0,05molHCl(neutralizacion) 0,24molHCl(aleacion)
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 139
b) De los dos metales que forman la aleación, el único capaz de reaccionar con HCl paraproducirH esAl.Laecuaciónquímicaajustadacorrespondientealareacciónentreamboses:
6HCl(aq)+2Al(s)2AlCl3(aq)+3 (g)
RelacionandoHClyAlsepuedecalcularlacomposicióndelaaleación:
0,24molHCl2,4galeacion
2molAl6molHCl
27gAl1molAl
100 90%Al
El10%restantedelaaleaciónesCu.
c)RelacionandoHClyH :
0,24molHCl3molH6molHCl
22,4LH1molH
2,7L
4.72.Unamezcladedos sólidos( yKCl)pesa66gycontieneun10%dehumedad.Porcalefacciónprolongadaseliberan8gdeoxígeno.Calculaelporcentajedeamboscompuestosenlamezclaoriginalanhidra.
(Cádiz2009)
Lacantidaddemuestrasecaes:
66gmuestrahumeda90gmuestraseca
100gmuestrahumeda=59,4gmuestraseca
LaecuaciónquímicacorrespondientealacalefaccióndelKClO es:
2KClO (s)2KCl(s)+3O (g)
Deacuerdoconlaecuaciónanterior,todoelO liberadosedebealKClO :
8gO1molO32gO
2molKClO3molO
122,6gKClO 1molKClO
=20,4gKClO
LacantidadrestantedemuestraesKCl:
59,4gmuestraseca–20,4gKClO3=39,0gKCl
Expresandoelresultadoenformadeporcentajeenmasa:
20,4gKClO59,4gmuestraseca
100=34,3% 39,0gKCl
59,4gmuestraseca100=65,7%KCl
4.73.Unamuestrade10gdeunmineral que tiene60%de cinc sehace reaccionar conunadisolucióndeácidosulfúricodel96%ydensidad1823kg .Calcula:a)Lacantidaddesulfatodecincproducido.b)Elvolumendehidrógenoobtenido,silascondicionesdellaboratorioson25°Cy740mmHgdepresión.c)Elvolumendeladisolucióndeácidosulfúriconecesarioparalareacción.d)Repitelosapartadosanterioresparaelcasoenelqueelrendimientodelareacciónnofuerael100%,comoseconsideraallí,sinoel75%.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(LaRioja2009)
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 140
a)LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealareacciónentreZnyH SO es:
H SO (aq)+Zn(s)ZnSO (aq)+H (g)
LacantidaddeZnquecontieneelminerales:
10gmineral60gZn
100gmineral1molZn65,4gZn
=0,092molZn
RelacionandoZnconZnSO :
0,092molZn1molZnSO1molZn
161,4gZnSO1molZnSO
=14,8g
b)RelacionandoZnconH :
0,092molZn1molH1molZn
=0,092molH
Considerandocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelgases:
V=0,092mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 25+273 K
740mmHg760mmHg1atm
=2,3L
c)RelacionandoZnconH SO :
0,092molZn1molH SO1molZn
98gH SO1molH SO
100gH SO 96%
96gH SO=9,4gH SO 96%
LadensidaddelH SO expresadaenunidadesmásapropiadasparaellaboratorioes:
1823kgH SO 96%m3H SO 96%
10 gH SO 96%1kgH SO 96%
1m3H SO 96%
10 cm3H SO 96%=1,823
gH SO 96%cm3H SO 96%
9,4gH SO 96%1cm3H SO 96%1,823gH SO 96%
=5,2cm3 %
d)Sielrendimientodelprocesoesdel75%lascantidadesson:
14,8gZnSO75gZnSO (experimental)100gZnSO (teorico)
=11,1g
2,3LH75LH (experimental)100LH (teorico)
=1,7L
xcm H SO 96%(teo)75cm H SO 96%(exp)100cm H SO 96%(teo)
=5,2cm H SO 96%(exp)
Seobtiene,x=6,9 %
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 141
4.74.Lafosfinaesungastóxicoquereaccionaconoxígenosegúnlasiguienteecuación:
4 (g)+8 (g) (s)+6 (l)a)Sehacenreaccionar6,8gdefosfinacon6,4gdeoxígeno.Calcula lacantidadengramosdeP4H10obtenido.b)Siel rendimientodelproceso fueradel80%,calcula lascantidadesde fosfinaydeoxígenonecesariasparaobtener142gde .
(PreselecciónC.Valenciana2009)
a)Elnúmerodemolesdecadareactivoes:
6,8gPH1molPH34gPH
=0,2molPH
6,4gO1molO32gO
=0,2molO
0,2molO0,2molPH
=1
comolarelaciónmolaresmenorque2quieredecirquequedaPH sinreaccionarporloqueel eselreactivolimitantequedeterminalacantidaddeP H queseobtiene.
0,2molO1molP H8molO
134gP H1molP H
=3,4g
b)Siel rendimientodelprocesoesdel80%, lacantidaddeP H quehabríaquesintetizarparatenerrealmente142ges:
xgP H (teo)80gP H (real)100gP H (teo)
=142gP H (real)x=177,5gP H
177,5gP H1molP H132gP H
=1,32molP H
RelacionandoP H conambosreactivos:
1,32molP H8molO
1molP H 32gO1molO
=338g
1,32molP H4molPH1molP H
34gPH1molPH
=180g
4.75.EnelprocesoDeaconseobtienegascloromediantelasiguienteecuación:
4HCl(g)+ (g)2 (g)+2 (g)a) Si el rendimiento del proceso anterior es del 70%, calcula el volumen en litros de cloroobtenidoa390°Cy1atm,alhacerreaccionar328,5gdeHCl(g)con361,6gde (g).b)CalculaelnúmerodelitrosdedisoluciónacuosadeHClconcentradodedensidad1,18g/mLyriqueza35%(enmasa)quesepodránpreparar328,5gdeHCl(g)enagua.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(PreselecciónC.Valenciana2009)
a)Elnúmerodemolesdecadareactivoes:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 142
328,5gHCl1molHCl36,5gHCl
=9molHCl
361,6gO1molO32gO
=11,3molO
9molHCl11,3molO
=0,8
comolarelaciónmolaresmenorque4quieredecirquequedaO sinreaccionarporloqueelHCleselreactivolimitantequedeterminalacantidaddeCl queseobtiene.
9molHCl2molCl4molHCl
=4,5molCl
Considerandocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelgases:
V=4,5mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 390+273 K
1atm=245LCl
Comoelrendimientodelprocesoesdel70%,lacantidaddeCl realqueseobtienees:
244,6LCl (teo)70LCl (real)100LCl (teo)
=171L
b)ElvolumendedisoluciónconcentradadeHClquesepodráprepararconelHCldadoes:
9molHCl36,5gHCl1molHCl
100gHCl35%35gHCl
1mLHCl35%1,18gHCl35%
1LHCl35%10 mLHCl35%
=0,8LHCl35%
4.76.La termogravimetríaesunmétodoanalíticobasadoenelestudiode lapérdidademasaquesufreunamuestrasólidasometidaaunprocesodecalefacción.UnamezclasólidadeoxalatodecalcioyoxalatodemagnesiodeXgsecalentóhasta900°C.A400°Cseproducendosreaccionesdedescomposición:
(s)MgO(s)+CO(g)+ (g)
(s) (s)+CO(g)A700°Cseobservaunaterceradescomposición:
(s)CaO(s)+ (g)A500°Clamasadelamuestraerade3,06gya900°Cerade2,03g.Calculalamasadeoxalatodecalcioyoxalatodemagnesioenlamuestraoriginal.
(C.Valenciana2009)
Llamandoxey,respectivamente,alasmasasdeMgC O yCaC O contenidasenlamuestrainicial.
LadescomposicióndelMgC O despuésdelos400CproduceunamasadeMgO:
xgMgC O1molMgC O112,3gMgC O
1molMgO
1molMgC O40,3gMgO1molMgO
=0,35886xgMgO
LadescomposicióndelCaC O despuésdelos400CproduceunamasadeCaCO :
ygCaC O1molCaC O128gCaC O
1molCaCO1molCaC O
100gCaCO1molCaCO
=0,78125ygCaCO
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 143
LadescomposicióndelCaCO despuésdelos700CproduceunamasadeCaO:
0,78125ygCaCO1molCaCO100gCaCO
1molCaO1molCaCO
56gCaO1molCaO
=0,4375ygCaO
Elresiduodespuésde400CesMgOyCaCO :
0,35886x+0,78125y=3,06
Elresiduodespuésde700CesMgOyCaO:
0,35886x+0,4375y=2,03
Resolviendoelsistemaformadoporambasecuacionesseobtiene:
x=2,0g y=3,0g
4.77. El hidróxido de litio y el dióxido de carbono reaccionan entre sí para darhidrógenocarbonato(IV)de litio(carbonatoácidode litio).Sisemezclan50gdehidróxidodelitiocon50gdedióxidodecarbono:a)Escribeyajustalareacción.b)¿Quécantidaddehidrógenocarbonato(IV)delitioseobtendría?c)Sisehanobtenido10,95Ldehidrógenocarbonato(IV)delitiomedidosa1atmy20°C,¿cuálseráelrendimientodelareacción?
(Canarias2010)
a)Laecuaciónquímicaajustadaes:
LiOH(aq)+ (g) (aq)
b) Para determinar el reactivo limitante se calculan losmoles iniciales de cada una de lassustanciasreaccionantes.
50gLiOH1molLiOH24gLiOH
=2,08molLiOH
50gCO1molCO44gCO
=1,14molCO
2,08molLiOH1,14molCO
=1,8
Como la relaciónmolar esmayor que1quieredecir que sobraLiOH,por loque eselreactivolimitante,quedeterminalacantidaddeLiHCO formado.
RelacionandoCO conLiHCO :
1,14molCO1molLiHCO1molCO
68gLiHCO1molLiHCO
=77,5g
c) Este apartado no es posible resolverlo con los datos dados, ya que el LiHCO3 es unasustanciaquea20°Cy1atmessólida,nogaseosa.
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 144
4.78.ElEnvisat(EnvironmentalSatellite)esunsatélitedeobservaciónterrestreconstruidoporlaAgenciaEspacialEuropea(ESA).Fuelanzadoel1demarzode2002enuncoheteAriane5.Elmódulodepropulsióndeestoscohetesconstade4tanquesconunacapacidadparacombustiblede300kgdehidracina( ).Sudescomposicióncatalíticaessegún:
3 4 + Alrededor de 2/5 partes de ese amoníaco producido se descompone mediante la reacciónquímica:
2 +3 Lostresgases( , y )sonexpulsadosparaproducirelempuje.Calculalamasade , y expulsadosalespacioporcadakgde consumida.
(Murcia2010)
Partiendode1kgdeN H lascantidadesobtenidasson:
1kgN H10 gN H1kgN H
32gN H1molN H
=31,25molN H
31,25molN H4molNH3molN H
=41,67molNH
31,25molN H1molN3molN H
=10,42molN2
LadescomposicióndelNH proporciona:
41,67molNH 2molNH (descompuesto)
5molNH (total)=16,67molNH (descompuesto)
41,67molNH (total) 16,67molNH (descompuesto)=25,00molNH (sindescomponer)
16,67molNH3molH2molNH
=25,00molH
16,67molNH1molN2molNH
=8,33molN
10,42molN (1ªreaccion)+8,33molN (2ªreaccion)=18,75molN (total)
Lasmasasdegascorrespondientesalosmolesanterioresson:
25,00molNH 17gNH1molNH
=425g
25,00molH2gH1molH
=50g
18,75molN28gN1molN
=525g
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 145
4.79.Enunlaboratoriosehaextraídounaceiteutilizandohojasdementa,apartirdelacualsehaaisladounalcoholsecundariosaturadoconocidocomomentol.Unamuestrade100,5mgsequemaproduciendo282,9mgde y119,5mgde .a)Determinalafórmulaempíricadelmentol.b)Mediante la determinación del descenso crioscópico delmentol en alcanfor se ha podidodeterminarquelamasamoleculares156.Determinalafórmulamoleculardelmentol.c)Unavezidentificadasufórmulamolecular,calculalacantidadde necesarioparaquemaresos100,5mgdementol.d)Calculaelvolumendeairenecesarioparaquemarlos100,5mgdementolteniendoencuentaqueelairecontieneun21%envolumendeoxígenoa25°Cy1,013·10 Pa.
(Galicia2010)
a)TeniendoencuentaqueenlacombustióndelmentoltodoelCsetransformaenCO yelHenH O,losmmolesdeátomosenlamuestradementolson:
282,9mgCO1mmolCO44mgCO
1mmolC1mmolCO
=6,430mmolC
115,9mgH O1mmolH O18mgH O
2mmolH1mmolH O
=12,878mmolH
Eloxígenocontenidoenelmentolsecalculapordiferencia:
100,5mgmentol– 6,430mmolC12mgC1mmolC
+12,878mmolH1mgH1mmolH
=10,468mgO
10,468mgO1mmolO16mgO
=0,654mmolO
Paraobtenerlafórmulaempíricaserelacionanlosmolesdeátomosdecadaelementoconelqueseencuentraenmenorcantidad:
6,430mmolC0,654mmolO
10atomoCatomoO
12,878mmolC0,654mmolO
20atomoHatomoO
formulaempırica:
b)Lafórmulamolecularseobtieneapartirdelafórmulaempíricaylamasamolecular:
n=156
10·12 + 10·12 + 1·16=1
Lafórmulamoleculardelmentolcoincideconlafórmulaempírica: .
c)Laecuaciónquímicajustadacorrespondientealacombustióndelmentoles:
2C H O(s)+29O (g)20CO (g)+20H O(l)
RelacionandomentolconO :
100,5mgC H O1mmolC H O156mgC H O
29mmolO
2mmolC H O32mgO1mmolO
=298,9mg
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 146
d) De acuerdo con la ley de Avogadro, en una mezcla gaseosa coinciden la composiciónvolumétricaylamolar,portanto,elnúmerodemolesdeairequecontienenelO necesarioparalacombustiónes:
298,9mgO1mmolO32mgO
100mmolaire21mmolO
=44,5mmolaire
Considerandocomportamientoideal,elvolumendeairees:
V=44,5mmol 0,082atm·mL·mmol 1·K 1 25+273 K
1,013·105Pa1,013·105Pa
1atm=1087mLaire
4.80. En una perforación del subsuelo, se descubre una gran bolsa de gas que resulta estarformadapormetano ypropano. Se recoge unamuestrade7,41gde lamezcla gaseosa y sequemaproduciendo12,60gdeagua.Claculalacomposicióninicialdelamezclaexpresadacomoporcentajeenmasa.
(Baleares2010)
Lasecuacionesquímicasajustadascorrespondientesalasreaccionesdecombustióndeambashidrocarburosson:
Combustióndelmetano
CH (s)+2O (g)CO (g)+2H O(l)
Combustióndelpropano
C H (s)+5O (g)3CO (g)+4H O(l)
Llamandoxey,respectivamente,alasmasasdeCH yC H contenidasenlamezclainicial,sepuedenplantearlassiguientesecuaciones:
xgCH +ygC H =7,41gmezcla
xgCH1molCH16gCH
2molH O1molCH
+ygC H1molC H44gC H
4molH O1molC H
=12,60gH O2molH O18gH O
Seobtiene,x=0,77gCH y=6,64gC H
Lacomposiciónexpresadacomoporcentajeenmasaes:
0,77gCH7,41gmezcla
100=10,4% 6,64gC H7,41gmezcla
100=89,6%
4.81.A10mLdeunadisolucióndesulfatodecromo(III), ,0,3M;seleañaden50mLdeclorurodecalcio, ,0,1Mparaformarunprecipitadodesulfatodecalcio, .a)Escribalareacciónquetienelugar.b)Calculelacantidadengramosdesulfatodecalcioqueseobtienen.c) Determine la concentración de los iones que permanecen disueltos, suponiendo que losvolúmenessonaditivos,despuésdetenerlugarlareaccióndeprecipitación.
(CastillayLeón2010)
a)LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealareacciónentreCr SO yCaCl es:
(aq)+3 (aq)2 (aq)+3 (s)
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 147
b)Comosetienencantidadesdeambosreactivosesprecisodeterminarpreviamentecuáldeelloseselreactivolimitante.Elnúmerodemolesdecadaunadelasespeciesreaccionanteses:
10mLCr SO 0,3M0,3mmolCr SO1mLCr SO 0,3M
=3mmolCr SO
50mLCaCl 0,1M0,1molCaCl
1mLCaCl 0,1M=5molCaCl
Larelaciónmolarobtenidaes.
5mmolCaCl3mmolCr SO
=1,67
Comolarelaciónmolaresmenorque3quieredecirquesobra ,porloque esel reactivo limitante que determina las cantidades de CaSO4 y CrCl formadas y la deCr SO sobrante:
5mmolCaCl3mmolCaSO43mmolCaCl
136mgCaSO41mmolCaSO4
1gCaSO4
10 mgCaSO4=0,68gCaSO4
c)Lasespeciesquequedanendisoluciónacuosaalfinaldelprocesoson:
5mmolCaCl2mmolCrCl33mmolCaCl
=3,33mmolCrCl3
5mmolCaCl1mmolCr SO3mmolCaCl
=1,67mmolCr SO (reaccionado)
3,00mmolCr SO (ini) 1,67mmolCr SO (reac)=1,33mmolCr SO (exceso)
LaecuacióncorrespondientealadisolucióndelCrCl es:
CrCl (aq)Cr (aq)+3Cl (aq)
3,33molCrCl 3,33molCr10molCl
LaecuacióncorrespondientealadisolucióndelCr SO es:
Cr SO (aq)2Cr (aq)+3SO (aq)
1,33molCr SO 2,66molCr4molSO
Suponiendovolúmenesaditivoslasconcentracionesmolaresdeestosionesson:
3,33+2,66 mmolCr10+50 mLdisolución
=0,100M
10mmolCl10+50 mLdisolución
=0,167M
4mmolSO10+50 mLdisolución
=0,067M
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 148
4.82.Elcarbonatodemagnesioreaccionaconelácidoclorhídricoparadarclorurodemagnesio,dióxidodecarbonoyagua.a)Calculeelvolumendeácidoclorhídrico,dedensidad1,095g/mLydel20%enmasa,quesenecesitaparaquereaccionecon30,4gdecarbonatodemagnesio.b)Sienelprocesoanterior seobtienen7,4Ldedióxidodecarbono,medidosa1atmy27°C,¿cuálhasidoelrendimientodelareacción?
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(CastillayLeón2010)
a)LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealareacciónentreMgCO yHCles:
MgCO (s)+2HCl(aq)MgCl (aq)+CO (g)+H O(l)
RelacionandoMgCO conHCl:
30,4gMgCO1molMgCO84,3gMgCO
2molHCl
1molMgCO36,5gHCl1molHCl
=26,3gHCl
Comosedisponedeunadisoluciónderiqueza20%ydensidad1,095g/mL:
26,3gHCl100gHCl20%
20gHCl1mLHCl20%1,095gHCl20%
=120mLHCl20%
b)ParacalcularelrendimientodelprocesoesprecisodeterminarelvolumendeCO quesedeberíahaberobtenidoapartirdelamuestradada:
30,4gMgCO1molMgCO84,3gMgCO
1molCO
1molMgCO=0,36molCO
Considerandocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelgases:
V=0,36mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 27+273 K
1atm=8,9LCO
Relacionandolascantidadesexperimentalyteóricaseobtieneelrendimiento:
η=7,4LCO (real)8,9LCO (teo)
100=83%
4.83.Enunavasijade2560mLdecapacidadseintrodujeron50mLdedisolucióndehidróxidodebarioy se tapó inmediatamente.A continuación, seagitóduranteunosminutoshastaquetodoeldióxidodecarbonopresenteenelairereaccionóconelhidróxidodebario.Finalmente,ladisoluciónresultantesevaloróconácidooxálico( )0,01M,consumiéndose58,4mL.Porotraparte, elmismo volumendehidróxidodebario se valoró enausenciadeaire con elmismoácidoconsumiéndose63,2mL.Si la presión en el interior de la vasija era de 760mmHg y la temperatura 20°C, calcula elporcentajeenvolumendedióxidodecarbonoenelinteriordelavasija.¿Quéindicadordeberíausarseparalavaloracióndelhidróxidodebarioconelácidooxálico,unoquevireenunintervalodepHentre3,5y6,2uotroquevireentre7,6y9,5.¿Porqué?
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Asturias2010)
LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealareacciónentreBa OH yCO es:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 149
Ba OH (aq)+CO (g)BaCO (s)+H O(l)
LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealareacciónentreBa OH yH C O es:
Ba OH (aq)+H C O (aq)BaC O (aq)+2H O(l)
ElnúmerodemmolesBa OH quequedandespuésdelareacciónconCO es:
58,4mLH2C2O40,01M0,01mmolH C O1mLH C O 0,01M
1mmolBa OH1mmolH C O
=0,584mmolBa OH
ElnúmerodemmolesBa OH antesdelareacciónconCO es:
63,2mLH C O 0,01M0,01mmolH C O1mLH C O 0,01M
1mmolBa OH1mmolH C O
=0,632mmolBa OH
ElnúmerodemmolesdeCO enlavasijaes:
0,632 0,583 mmolBa OH1mmolCO
1mmolBa OH=0,048mmolCO
Considerandocomportamientoideal,elnúmerodemmolesdeaireenlavasijaes:
n=760mmHg·2560mL
0,082atm·L·mol 1·K 1 20+273 K
1atm760mmHg
=106,6mmolaire
DeacuerdoconlaleydeAvogadro,enunamezclagaseosacoincidenelporcentajeenmolesyenvolumen:
n=0,048mmolCO106,6mmolaire
100=0,045%
Lasustanciaquequedaal finalde lavaloracióndeBa OH conH C O esBaC O ,unasalquequeseencuentradisociadaenionesdeacuerdoconlaecuación:
BaC O (aq)Ba (aq)+C O (aq)
ElionBa nosehidrolizayaqueprocededeBa OH (basefuerte).
ElionC O sehidrolizadeacuerdoconlaecuación:
C O (aq)+H O(l)HC O (aq)+OH (aq)
Comoseobserva,alfinaldelareacciónseproduceniones ,locualquieredecirquesetratadeunmediobásico,portanto,debeutilizarseunindicadorquevireenesemedio.Delos dos indicadores propuestos, el más adecuado es aquel cuya zona de viraje estácomprendidaentrelospH7,6y9,5.
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 150
4.84. La urea, , es un sólido cristalino que se utiliza como fertilizante. A escalaindustriallasíntesisdelaureaserealizaporreacciónentreeldióxidodecarbonoyamoniacoa350°Cy35atmdeacuerdoconlasiguienteecuación:
(g)+2 (g) (s)+ (l)Sielrendimientodelprocesoanterioresdel80%ysedeseanobtener1000kgdeurea:a)Calculaelvolumennecesariodedióxidodecarbono,medidoenlascondicionesdelproceso.b)El (g)utilizadoenlasíntesisdelapartadoa)seencontrabaenundepósitode70m3decapacidadyaunatemperaturade25°C,¿cuáleralapresióndelgasenelinteriordeldepósito?
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(PreselecciónC.Valenciana2010)
a)Sielrendimientodelprocesoesdel80%,lacantidaddeureaquehabríaquesintetizarparatenerrealmente1000kges:
xkgOC NH (teo)80kgOC NH (real)100kgOC NH (teo)
=1000kgOC NH (real)
Seobtiene,x=1250kgOC NH
1250kgOC NH103gOC NH1kgOC NH
1molOC NH 60gOC NH
=2,08·104molOC NH
Relacionandoureaydióxidodecarbono:
2,08·104molOC NH 1molCO
1molOC NH=2,08·104molCO
Considerandocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelgases:
V=2,08·104mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 350+273 K
35atm=3,04·104L
b)Lacantidaddeamoniaconecesarioparaproducirlaurearequeridaes:
2,08·104molOC NH 2molNH
1molOC NH=4,16·104molNH
Considerandocomportamientoideal,lapresiónejercidaporelgaseneldepósitoes:
p=4,16·104mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 25+273 K
70m3 1m3
103L=14,5atm
4.85. El nitrato de potasio se obtiene industrialmente a partir de cloruro de potasio y ácidonítricoenpresenciadeoxígenosegúnlaecuación:
4KCl+4 + 4 +2 +2 Sabiendoqueelrendimientodelprocesoesdel90%:a)¿Cuántoskgdenitratodepotasioseobtendráncomomáximoapartirde50kgdeclorurodepotasioy50kgdeácidonítrico?b)¿Quévolumen(enL)dedisolucióndeácidonítricoconcentrado,deriqueza60%enmasaydensidad1,37g/mL,seránnecesariosparaobtenerlos50kgdeácidonítrico?
(PreselecciónC.Valenciana2010)
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 151
a)Elnúmerodemolesdelosdosreactivoes:
50kgKCl10 gKCl1kgKCl
1molKCl74,6gKCl
=670,2molKCl
50kgHNO10 gHNO1kgHNO
1molHNO63gHNO
=794,7molHNO
794,7molHNO670,2molKCl
=1,2
comolarelaciónmolaresmayorque1quieredecirquequedaHNO sinreaccionarporloqueelKCleselreactivolimitantequedeterminalacantidaddeKNO queseobtiene.
670,2molKCl4molKNO4molKCl
101,1gKNO1molKNO
1kgKNO10 gKNO
=61,4kgKNO
Comoelrendimientodelprocesoesdel90%,lacantidaddeKNO máximaqueseobtienees:
61,4kgKNO (teo)90kgKNO (real)100kgKNO (teo)
=55,2kg
b)ElvolumendedisoluciónconcentradadeHNO quesenecesitaes:
50kgHNO10 gHNO1kgHNO
100gHNO 60%60gHNO
=8,33·10 gHNO 60%
8,33·10 gHNO 60%1mLHNO 60%1,37gHNO 60%
1LHNO 35%10 mLHNO 35%
=60,8L 60%
4.86.Enunreactordesíntesisdeamoniacoseproducen1000t/día.a)Sabiendoqueelhidrógenoprocededelmetanoyelnitrógenodelaire,calculelosvolúmenesdemetanoyaireconsumidosaldíaencondicionesnormales,teniendoencuentaqueunvolumende aire está formado por 80% de nitrógeno y 20% de oxígeno y que la reacción tiene lugaradmitiendoquetodoelhidrógenoyelnitrógenoquereaccionanseconvierteníntegramenteenamoniaco.b)Determine lamasadedisolucióndeácidonítricodel50%enmasaquesepuedeobtenerapartirde100tdeamoniaco.
(CastillayLeón2011)
Elnúmerodemolesdeamoniacoqueseproducenpordíaes:
1000tNH10 gNH1tNH
1molNH17gNH
=5,88·10 molNH
a)Laecuaciónquímicaajustadacorrespondientealaobtencióndeamoniacoes:
N (g)+3H 2NH (g)
Relacionandoamoniacoconmetano:
5,88·10 molNH3molH2molNH
1molCH2molH
22,4LCH1molCH
=9,88· L
RelacionandoamoniacoconaireyteniendoencuentaquedeacuerdoconlaleydeAvogadroenunamezclagaseosalacomposiciónvolumétricacoincideconlacomposiciónmolar:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 152
5,88·10 molNH1molN2molNH
100molaire80molN
22,4Laire1molaire
=8,23· Laire
b)Elnúmerodemolesdeamoniacoes:
100tNH10 gNH1tNH
1molNH17gNH
=5,88·10 molNH
Relacionandoamoniacoconmetano:
5,88·10 molNH1molN1molNH
1molHNO1molN
63gHNO1molHNO
=3,70·10 gHNO
Comosequierepreparardeunadisoluciónderiqueza50%:
3,70·10 gHNO100gHNO 50%
50gHNO1tHNO 50%10 gHNO 50%
=740t 50%
4.87.En lascalderasdeunacentraltérmicaseconsumencadahora100kgdeuncarbónquecontieneun3%deazufre.Sitodoelazufresetransformaendióxidodeazufreenlacombustión:a) ¿qué volumen de dicho gas, medido en condiciones normales, se libera por hora en lachimenea?Paraeliminareldióxidodeazufre liberadoen lacentral térmica,sedisponedeunacalizadel83% de riqueza en carbonato de calcio. Suponiendo que el rendimiento del proceso deeliminacióndel esdel75%yquelareacciónquetienelugares:
+ +½ + b)¿Quécantidaddecalizaseconsumiráporhora?c)¿Quécantidaddesulfatodecalcioseobtendráporhora?
(CastillayLeón2011)
Laecuaciónquímicaajustadacorrespondientealacombustióndelazufrees:
S(s)+O (g)SO (g)
Elnúmerodemolesdedióxidodeazufrequeseproducenporhoraes:
100kgcarbon10 gcarbon1kgcarbon
3gS
100gcarbon1molS32gS
1molSO1molS
=93,75molSO
a)Elvolumendedióxidodeazufre,medidoenc.n.,quesedesprendees:
93,75molSO22,4LSO1molSO
=2100L
b)Relacionandodióxidodeazufre concaliza teniendoen cuenta rendimientodelprocesoyriquezadelacaliza:
xgcaliza75gcaliza(real)100gcaliza(teo)
83gCaCO100gcaliza
1molCaCO100gCaCO
1molSO1molCaCO
=93,75molSO
Seobtiene,x=15060gcaliza.
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 153
c)Relacionandodióxidodeazufre consulfatodecalcio teniendoencuenta rendimientodelproceso:
93,75molSO1molCaSO1molSO
136gCaSO1molCaSO
75gCaSO (real)100gCaSO (teo)
=9563gCaSO4
4.88.Unaindustriaquímicacomercializaunabonodenitratodeamonio,NH4NO3,quecontieneun 33,5% deN ymezclasmateria inerte, normalmente caliza y dolomita. Este abono por sucontenidoennitrógenoestáespecialmenteindicadoparacualquiertipodecultivosqueprecisendisponerdenitrógenodeabsorcióninmediata(50%comoNnítrico)ydenitrógenodeabsorciónmáslenta(50%comoNamoniacal).a)¿Quéporcentajedenitratodeamoniohayenesteabono?b)Losexpertosrecomiendan lautilizaciónde350kgdeabonoporhectáreacuandoésteestádedicadoalcultivodepatatas.Sisedisponedeunaplantaciónde2,5hectáreas,¿cuántoskgdenitrógenoamoniacalsedebenutilizar?c)Elnitratodeamonio se obtienepor reacción delamoniaco con elácidonítrico.Escribir yajustarlareaccióndeformación.d)¿Cuántoslitrosdeamoniaco,medidosa50°Cy1atm,sonnecesariosparaobtener850kgdenitratodeamonio?
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(Galicia2011)
a)Elporcentajedenitratodeamonioquecontieneelabonoes:
33,5gN100gabono
1molN14gN
1molNH NO
2molN80gNH NO1molNH NO
100=9,6%
b)LacantidaddeNamoniacalparaelterrenoes:
2,5ha350kgabono
2,5ha103gabono1kgabono
9,6gNH NO100gabono
1molNH NO80gNH NO
=1050molNH NO
1050molNH NO1molNH
1molNH NO1molN
1molNH14gN1molN
1kgN
103gN=14,7kgN
c)LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealareaccióndeformacióndelNH NO es:
(aq)+ (aq) (aq)
d)RelacionandoNH NO yNH :
850kgNH NO103gNH NO1kgNH NO
1molNH NO80gNH NO
1molNH
1molNH NO=10625molNH
Considerandocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelgases:
V=10625mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 50+273 K
1atm=2,81·105L
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 154
4.89.LosapicultoresutilizanlareaccióndedescomposicióntérmicadelNH4NO3paragenerarelgas , de propiedades anestesiantes, para dormir a las abejas. En la reacción se producetambién .a)Escribelareacciónycalculalacantidaddemonóxidodedinitrógenoqueseformacuandosedescomponen8gde .b)¿Serásuficienteestacantidaddegasparadormirlas30.000abejasdeunenjambresisesabequecadaabejanecesita1μLdegas encondicionesnormalesparaquedardormida?
(Baleares2011)
a)LaecuaciónquímicaajustadacorrespondientealadescomposicióndelNH NO es:
NH NO (s)N O(g)+2H O(g)
Elnúmerodemolesdemonóxidodedinitrógenoqueseproducenes:
6gNH NO1molNH NO80gNH NO
1molN O
1molNH NO44gN O1molN O
=4,4g
b)Relacionandoladosisdemonóxidodedinitrógenonecesariaconlacantidadproducida:
30.000abejas1μLN O1abeja
1LN O
10 μLN O1molN O22,4LN O
44gN O1molN O
=0,06g
Comoseobserva, lacantidadde producidaesmayorque lanecesaria,por tantosiessuficienteparadormirelenjambre.
4.90.EnelprocesoDeaconseobtieneclorogasmediantelasiguienteecuación:
4HCl(g)+ (g)2 (g)+2 (g)Sehacereaccionar,a350°Cy1,5atmdepresión,unamezclade60kgdeHCl(g)y10,5kgde (g).Sielrendimientodelprocesoesdel75%,calcula:a)ElvolumendeHCl(g)quehareaccionado,medidoa25°Cy1atmdepresión.b)Lamasadecloroobtenida.c)Elvolumenqueocuparáelcloroobtenidoa25°Cy800mmHgdepresión.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(PreselecciónC.Valenciana2011)
a)Elnúmerodemolesdecadareactivoes:
60kgHCl10 gHCl1kgHCl
1molHCl36,5gHCl
=1644molHCl
10,5kgO10 gO1kgO
1molO32gO
=328molO
1644molHCl328molO
=5
comolarelaciónmolaresmayorque4quieredecirquequedaHClsinreaccionarporloqueeleselreactivolimitantequedeterminalacantidaddeCl queseobtiene.
328molO4molHCl1molO
=1312molHCl
Comoelrendimientodelprocesoesdel75%,lacantidaddeHClquereaccionaes:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 155
1312molHCl(teo)75molHCl(reac)100molHCl(teo)
=984molHCl
Considerandocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelHClquereaccionaes:
V=984mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 25+273 K
1atm=2,40· LHCl
b)RelacionandoO conCl :
328molO2molCl1molO
75molCl (real)100molCl (teo)
=492molCl
492molCl71gCl1molCl
=3,50· g
c)Considerandocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelCl obtenidoes:
V=492mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 25+273 K
800mmHg760mmHg1atm
=1,14· L
4.91.En la industriametalúrgicaseobtienendiversosmetalesporreduccióndesusóxidosconcarbón.Enelcasodelcinc,separtedelablenda(ZnS)queunavezconvertidaenóxidodecinc,medianteunprocesodenominadotostación(etapa1),seobtieneelmetalporreduccióndedichoóxidoconcarbón(etapa2):Etapa1:tostacióndelsulfurodecinca∼800°C(rendimiento=85%)
2ZnS(s)+3 (g)2ZnO(s)+2 (g)Etapa2:reduccióndelóxidodecincconcarbóna∼1400°C(rendimiento=70%)
ZnO(s)+C(g)Zn(g)+CO(g)Cierta empresa desea obtener 2500 kg de cinc a partir de una blenda de riqueza 75%; elrendimientodelaetapa1esdel85%,mientrasqueeldelaetapa2esdel70%.Calcula:a)Lamasadeblendanecesaria.b)Volumende producidoa25°Cy1atmdepresión.c)Lamasadecarbónnecesariasisuriquezaencarbonoesdel90%.
(Dato.ConstanteR=0,082atm·L· · )(PreselecciónC.Valenciana2011)
a)RelacionandoZnconZnOyteniendoencuentaunredimientodel70%:
xmolZnO70molZnO(real)100molZnO(teo)
1molZn1molZnO
65,4gZn1molZn
1kgZn10 gZn
=2500kgZn
Seobtiene,x=54609molZnO
RelacionandoZnOconZnSyteniendoencuentaunredimientodel85%:
xkgZnS10 gZnS1kgZnS
1molZnS97,4gZnS
85molZnS(real)100molZnS(teo)
1molZnO1molZnS
=54609molZnO
Seobtiene,x=6258kgZnS
Comosedisponedeunablendaderiqueza75%:
ProblemasyCuestionesdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen7.(S.Menargues&F.Latre) 156
6258kgZnS100kgblenda75kgZnS
=8343kgblenda
b)ElnúmerodemolesdeSO queseobtienenes:
54609molZnO2molSO2molZnO
=54609molSO
Considerandocomportamientoideal,elvolumenocupadoporelSO queseobtienees:
V=54609mol 0,082atm·L·mol 1·K 1 25+273 K
1atm=1,33· L
c)RelacionandoZnOconC:
54609molZnO1molC1molZnO
12gC1molC
100gcarbón
90gC1kgcarbon10 gcarbon
=728kgcarbón