1. ACTIVIDADES ESTEQUIOMETRIA 1 Formula adecuadamente las ecuaciones de las reacciones qumicas que se describen a continuacin: a) El benceno reacciona con el cloro, formndose clorobenceno y cloruro de hidrgeno. b) El metano arde con facilidad en presencia de oxgeno, formando agua y dixido de carbono. c) El hierro se combina con el azufre para formar sulfuro de hierro (II). d) El aluminio se combina con el cido clorhdrico formndose tricloruro de aluminio e hidrgeno. Solucin: a) C6H6 + Cl2 C6H5Cl + HCl b) CH4 + 2 O2 CO2 +2 H2O c) S + Fe FeS d) 2 Al + 6 HCl 2 AlCl3 + 3 H2 )(4,65 )(10 mol g gZn 1003,915,0 15,01 222 === A A Nx x mol N Hmol x molculas Hat molcula 22 1003,9 2 1 = 2 Reaccionan 10 g de cinc con cido clorhdrico diluido, obtenindose cloruro de cinc e hidrgeno. a) Escribe la ecuacin qumica ajustada. b) Calcula el nmero de moles de sal obtenidos. c) Calcula el nmero de molculas de hidrgeno formadas. d) Averigua el nmero de tomos de hidrgeno formados. Solucin: a) Zn + 2 HCl ZnCl2 + H2 b) Sabiendo los gramos de cinc, se calcula el nmero de moles: moles = = 0,15 moles de Zn, y de acuerdo con la estequiometra de la reaccin se forman 0,15 moles de ZnCl2 y 0,15 moles H2 c) El nmero de molculas de hidrgeno se obtiene teniendo en cuenta que: molculas de H2 d) El nmero de tomos ser pues: x = 1,8 1023 tomos de H. 3 Completa y ajusta las reacciones entre: a) Hidrxido de magnesio y cido clorhdrico b) Amoniaco y cido clorhdrico. Solucin: a) Mg(OH)2 + 2 HCl MgCl2 + 2 H2O b) NH3 + HCl NH4Cl iselectrlis 4 Escribe adecuadamente las ecuaciones qumicas correspondientes a las reacciones qumicas siguientes: a) En el proceso que recibe el nombre de aluminotermia, el dixido de manganeso junto con el aluminio reaccionan dando lugar a la formacin de manganeso y xido de aluminio. b) El amoniaco, en condiciones adecuadas, reacciona con el oxgeno obtenindose monxido de nitrgeno y agua. c) El sodio reacciona en el agua originndose hidrxido de sodio e hidrgeno gaseoso. d) Mediante un proceso electroltico, el cloruro de sodio se disocia en cloro y sodio. Solucin: a) 3 MnO2 + 4 Al 3 Mn + 2 Al2O3 b) 4 NH3 + 5 O2 4 NO + 6 H2O c) 2 Na + 2 H2O 2 NaOH + H2 2. d) 2 NaCl 2 Na + Cl2 46,0 93,0 )(1 )(2 2 4 == x xOHmol ClNHmol 5 Cuando reacciona el xido de calcio con el cloruro de amnico se forma cloruro de calcio, amoniaco y agua. a) Escribe la ecuacin qumica ajustada. b) Calcula el nmero de moles de amoniaco que se obtienen al reaccionar 50 g de cloruro amnico. c) Calcula el nmero de molculas de agua que se forman. Solucin: a) 2 NH4Cl + CaO 2 NH3 + CaCl2 + H2O b) El nmero de moles de cloruro amnico es: 50 (g) / 53,5 (g/mol) = 0,93 moles. De acuerdo con la estequiometra: 1mol NH4Cl: 1 mol NH3. Por tanto los moles de amoniaco son 0,93. c) Los moles de agua segn indica la estequiometra: moles 0,46 (moles de H2O) NA (molculas/mol) = 2,8 1023 molculas de H2O. 2 2 83 OL50 10 )(5 )C(1 == x x propanoL molO Hmol L250x O50O20 aire100 22 == L x L L 6 Se queman 10 L de propano medidos en c.n. formndose dixido de carbono y agua. Determina el volumen de aire medido en c.n. que ser necesario emplear si la composicin volumtrica del mismo es el 20 % de oxgeno. Solucin: La ecuacin de la combustin es: C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O Conocida la composicin del aire: de aire calor PbOg9,53 80 223 )331 == x x g g g 2O7,2 80 4,22 3312 Lx x g L g == 2222 1026,7 7,24,22 == x x OL atN OL A 7 Al tratar el nitrato de plomo (II) a elevadas temperaturas, se descompone en xido de plomo (II), dixido de nitrgeno y oxgeno. a) Cuntos gramos de xido de plomo (II) se obtendrn al descomponerse 80 g de nitrato de plomo (II). b) Qu volumen de oxgeno se recoger en c.n.? c) Cuntos tomos de oxgeno hay en ese volumen? Solucin: 2Pb(NO3)2 2 PbO + 4 NO2 + O2 De acuerdo con la estequiometra: 1 mol Pb(NO3)2: 1mol de PbO Teniendo en cuenta la estequiometra: 2 moles Pb (NO3)2: 1mol de O2 tomos de O calor %9,20 )(100 )(36 )(172 2 == x x g OgH salg mol84,1 )(136 )(1 sal)(250 = g mol g Al calentar el yeso (sulfato clcico dihidratado) se convierte en sulfato clcico anhidro. Calcula: a) El tanto por ciento en agua que pierde al transformarse en la sal anhidra. b) Los gramos de sal hidratada que han de calentarse para obtener 250 g de sal anhidra. c) El volumen de vapor de agua que se recoger a 200C y 2 atm al calentarse la cantidad de sal hidratada del apartado anterior. 3. OHmolx mol x anhidrasalmol hidratadasalmol 24 2CaSOde84,1 84,11 1 == 5,316 1 172 84,1 = mol g hidratadasalmol 7,3 18 1 OHg66,5 2 = g mol L75,71 2 )(473 082,0)(7,3 = == atm K Kmol Latm mol p nRT V 8 Solucin: a) CaSO4 2 H2O CaSO4 + 2 H2O 1 mol de sal hidratada = 172 g 1 mol de sal anhidra = 136 g La cantidad de agua es, por tanto: 172 - 136 = 36 g Es decir, que: de agua b) Calculando los moles de sal anhidra: c) De acuerdo con la ley de conservacin de la masa: g de sal hidratada 316,5 g sal hidratada 250 g sal anhidra = 66,5 g H2O, que expresado en moles: moles agua El volumen que ocupa es: de vapor de agua 2 2 4 MnClg119,5x 150 126 1,158 == x g gMnCl gKMnO Cl4,168 150 715 1,1582 4 2 4 gx x KMnOg Clmolg KMnOmolg == 9 Al reaccionar el permanganato potsico con suficiente cantidad de cido clorhdrico se produce dicloruro de manganeso, cloruro potsico, agua y cloro. a) Calcula la masa de dicloruro de manganeso que se obtiene si reaccionan 150 g de permanganato potsico. b) Qu volumen de cloro se obtiene medido a 0,92 atm y 18 C? Solucin: a) 2 KMnO4 + 16 HCl 2 KCl + 2MnCl2 + 8 H2O + 5 Cl2 1 mol de KMnO4 = 158,1 g 1 mol de MnCl2 = 126 g De acuerdo con la estequiometra: La proporcin entre el permanganato y el oxgeno es de 2 mol KMnO4 : 5 mol O2 b) 42 42 2 17,68 100 142 3,208 SONagx x g SONag BaClg == 4 4 2 BaSOg112 100 3,233 3,208 == x x g BaSOg BaClg g mol 3,208 1 NaClmol07,1 54,0 2 1 2 == x x mol NaClmol BaClmol 1 0 Ha reaccionado 125 g de sulfato de sodio, Na2SO4 con 100 g de cloruro de bario, BaCl2. a) Cuntos gramos de sulfato de bario se obtienen? b) Cuntos moles se originan de cloruro de sodio? Solucin: a) BaCl2 + Na2SO4 2 NaCl + BaSO4 1 mol de BaCl2 = 208,3 g 1 mol de Na2SO4 = 142 g 1 mol BaSO4 = 233,3 g Por tanto este reactivo est en exceso. 112 g= 0,54 moles de BaSO4 b) 4. HClg84 50 146 87 22 == x x MnOg HClg MnOg 2 2 Clg15,12 25 71 146 == x x g Clg HClg ( ) L3,4 92,0 )(283/082,0)(17,0 === atm KmolKLatmmol p nRT V 1 1 Se han tratado 25 g de cloruro de hidrgeno con 50 g de dixido de manganeso, obtenindose cloruro de manganeso (II) cloro y agua. Qu volumen de cloro se obtiene medido a 10C y 700 mm de Hg? Solucin: MnO2 + 4 HCl MnCl2 + Cl2 + 2 H2O 1 mol MnO2 = 87 g 4 moles de HCl = 146 g 1 mol de Cl2 = 71 g El MnO2 es el reactivo en exceso. que expresado en moles es 12,15 g Cl2/71 mol/g = 0,17moles, y por tanto el volumen es: Cr171 )(250 )(522 )(152 gxx g g g == Cr4,145x 171 85 cos100 g x g realesg terig == tericos168 )(250 )(102 )Cr(152 32 32 gx x g OgAl Og == 32OAlg143 )(168 )(85 cos)(100 == xx g realesg terig 2432 1053,2 )(4,1 )(3 )(1 == xx mol tomosON OmolAl A 1 2 El trixido de dicromo reacciona con el aluminio, en el proceso conocido por aluminotermia, obtenindose el metal de una elevada pureza y xido de aluminio. Si han reaccionado 250 g de trixido de cromo calcula: a) La masa de cromo obtenida. b) El nmero de tomos de oxgeno, formando parte del xido de aluminio que se han obtenido. El rendimiento del proceso es del 85%. Solucin: a) Cr2O3 + 2 Al 2 Cr + Al2O3 1 mol Cr2O3 = 152 g 1 mol Cr = 52 g De acuerdo con la estequiometra: tericos Teniendo en cuenta el rendimiento del proceso: reales b) 1 mol de Cr2O3 = 152 g 1 mol de Al2O3 = 102 g Expresndolo en moles: 143 (g) / 102 (g/mol) = 1,4 moles molculas Feg2,227 3256,159 6,111 32 == x g x OFeg Feg 41,3%100 550 2,227 = g Feg 32 32 Femol03,2 07,4 1 2 Ox x mol OFemol Femol == 05,3 07,4 3 4 2 == x x mol Omol Femol Un trozo de hierro de 550 g se combina con el oxgeno del aire y se forman 325 g de xido de hierro(III). a) Cul ha sido el rendimiento de la reaccin? b) Cuntos moles de xido de hierro (III) se forman? c) Cuntas molculas de oxgeno han reaccionado con el hierro? Solucin: a) 4 Fe + 3 O2 2 Fe2O3 2 moles de Fe = 111,6 g y 1 mol de Fe2O3 = 159,6 g. Conforme seala la estequiometra: 5. 24 1084,1 05,31 == x x mol molecN mol A 1 3 Por tanto, el rendimiento del proceso ser: b) El nmero de moles de Fe es: 227,2 (g Fe)/55,8 (mol/g) = 4,07 moles Por tanto, de acuerdo con la estequiometra: c) moles Por tanto el nmero de molculas: molculas Ox x g OHg CaHg 2 2 2 Hg43,21 50 18 42 == ( ) 2 2 2 Ca(OH)g1,88 50 74 42 == x x g OHCag CaHg 1 4 El hidruro de calcio reacciona con el agua y se origina hidrxido de calcio e hidrgeno. Reaccionan 50 g de CaH2 y 80 g de H2O. Calcula los gramos de hidrxido de calcio que se obtienen. Solucin: CaH2 + H2O Ca(OH) 2 + H2 1 mol CaH2 = 42 g 1 mol H2O = 18 g 1 mol Ca(OH) = 74 g Primero se ha de determinar qu reactivo es el limitante. De acuerdo con la estequiometra: El reactivo limitante es, por tanto, el CaH2. 2 32 5 32 2 FeSkg900 106160 240 = OFeg x OFeg FeSg 2 2 2 OL462 900 Ode4,2211 480 = x kg L FeSg L L x OL aireL 3102 46220 100 2 = 1 5 La tostacin de la pirita (disulfuro de hierro) origina xido de hierro (III) y dixido de azufre. Al reaccionar 1 tonelada de pirita se han obtenido 600 Kg de xido de hierro (II). a) Calcula la masa de pirita que no ha reaccionado b) Cul es el volumen de aire medido en c.n. necesario para que se lleve a cabo la tostacin? Solucin: a) 4 FeS2 + 11 O2 8 SO2 + 2 Fe2O3 2 moles de FeS2 = 240 g 1 mol de Fe2O3 = 160 g Por tanto: 103 kg 900 kg = 100 kg de FeS2 no han reaccionado. b) Por tanto: 3 3 AgNOdeg3,21 185,143 170 == x AgClg x AgClg AgNOg 1 6 Reaccionan 30 g de nitrato de plata con cloruro de sodio. Si se obtienen 18 g de cloruro de plata, calcula la masa de nitrato de plata que no ha reaccionado. Solucin: AgNO3 + NaCl AgCl + NaNO3 1 mol de AgNO3 = 170 g 1 mol de AgCl = 143,5 g 6. Por tanto no han reaccionado: 30 g 21,3g = 8,7 g de AgNO3 Cugx g x g g 20 )(50)(5,159 )(5,63 == %80 100 )(20 )(25 == x x g Cug muestrag 2 2 16,20 )(20 )(64 )(5,63 SOdegx x Cug SOmolg Cumolg == L mol L g mol SOg 7 1 4,22 64 1 )(16,20 2 = 24,8 )(92,0)(273 )(303)(1)(7 ' ' '; ' '' SOL atmK KatmL pT TpV V T Vp T pV = = == 1 7 Para determinar la pureza de una muestra de Cu, se disuelven 25 g de la misma en una disolucin con suficiente cantidad de cido sulfrico. Sabiendo que se han formado 50 g de sal, adems de formarse dixido de azufre. a) Determina el contenido porcentual de cobre en la muestra. b) Calcula el volumen recogido de SO2 medido a 700 mm Hg y 30 C. Solucin: a) Cu + 2 H2SO4 CuSO4 + 2 H2O + SO2 1 mol Cu = 63,5 g 1 mol CuSO4 = 159,5 g La estequiometra es 1 mol Cu: 1 mol CuSO4 b) 1 mol Cu: 1 mol SO2 molesLLmolvmmoles v moles m 6,0)(3,0)/(2; ==== 338)/(63)(6,0 HNOgmolgmol = 3 3 3 33 6,75; 60 126 100 2:1 HNOgx x g HNOg CaCOg HNOmolCaCOmol == gx x g NOCamolg CaCOmolg 4,98; 60 )(/164 /100 23 3 == 23 )(5,93 100 95 4,98 NOCadegg = 2 2 3 4,13; 60 )1(4,22 )1(100 COLx x g COmolL CaOmolg == 27,12 100 95 4,13 COLL = 1 8 El nitrato de calcio se puede obtener por reaccin entre el carbonato de calcio y el cido ntrico. Si se han aadido 60 g de carbonato de calcio a 300 mL de disolucin de cido ntrico 2 M, calcula: a) Los gramos de sal obtenidos. b) El volumen recogido de CO2, medido en c.n. El rendimiento del proceso es del 95 %. Solucin: CaCO3 + 2 HNO3 Ca(NO3)2 + CO2 + H2O De acuerdo con los datos de la disolucin, averiguamos los gramos de HNO3: El carbonato de calcio es el reactivo limitante. a) De acuerdo con la estequiometra, los gramos de sal que se obtienen son: tericos reales b) El volumen de CO2, segn la estequiometra del proceso, se calcula del modo siguiente: tericos reales 23 23 )(5,29; 10 )(1(5,187 )1(5,63 NOCugx x g NOCumolg Cumolg == 2 2 58,10; 10 )2(2,67 )1(5,63 NOLx x Cug NOmolesL Cumolg == 3 3 7,39; 10 )4(252 )1(5,63 HNOgx x g HNOmolesg Cumolg == Se aaden 10 g de virutas de cobre a un vaso de precipitados que contiene cierto volumen de una disolucin de cido ntrico de 1,4 g/mol de densidad y concentracin del 90 % en masa. Los productos de la reaccin son el nitrato de cobre (II), dixido de nitrgeno y agua. a) Cuntos gramos de sal se obtienen? b) Qu volumen de dixido de nitrgeno se forma, medido en c.n.? c) Qu volumen de disolucin se ha empleado en la reaccin. 7. gx g x HNOg disolucing 1,44; 7,3990 100 3 == 3 5,31 /4,1 1,44 ; cm mLg g d m v v m d ==== 1 9 Solucin: Cu + 4HNO3 Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O a) De acuerdo con la estequiometra: b) c) Teniendo en cuenta la concentracin de la disolucin: disolucin disolucin 233 100 1 300 CaClmolesCaCOmol g mol g == 22 333 1 111 3 CaClg mol g CaClmol = OHmolculasNx x OHmol molculasN OHmol A A 2 22 3; 31 == HClmolx x mol HClmol CaCOmol 6; 3 2 1 3 == L Lmol mol M molesn V disolucinV molesn M 4 /5,1 6 ==== 2 0 Se tratan 300 g de carbonato de calcio puro con una disolucin de cido clorhdrico 1,5 mol/L. a) Escribe la ecuacin qumica ajustada. b) Calcula la masa de sal obtenida. c) Las molculas de agua que se forman. d) El volumen de disolucin consumido. Solucin: a) CaCO3 + 2HCl CaCl2 + H2O + CO2 b) 1 mol CaCO3: 1 mol CaCl2 , por tanto como el n de moles de CaCO3 es: c) De acuerdo con la estequiometra: 3 moles CaCO3 ; 3 moles H2O d) disolucin HCl HClgx x g HClmolesg MnOmolg 3,50; 30 )4(146 )1(87 2 == mol g mol g 38,1 5,36 1 )(3,50 = ;6,167; 3,5030 100 disolucingx g x HClg disolucing == 3 3 7,111 /5,1 6,167 ; cm cmg g d m v v m d ==== 2 1 El cloro se puede obtener en el laboratorio mediante la reaccin entre el dixido de manganeso con cido clorhdrico. Si reaccionan 30 g de MnO2, calcula el volumen de disolucin que habr que emplear si sta tiene una concentracin del 30 % en masa y densidad 1,15 g/mL. Solucin: MnO2 + 4 HCl MnCl2 + Cl2 + H2O Segn la estequiometra del proceso: Teniendo en cuenta la concentracin de la disolucin: por tanto, conocida la densidad de la misma: disolucin 3 3 12; 31 4 HNOmolx mol x NOmol HNOmol == L Lmol mol M moles V V moles M 8 /5,1 12 ; ==== Cug285,7)63,5(g/mol)(5,45,4; 32 3 ==== molmolx mol x NOmol Cumol Se hace reaccionar una disolucin de cido ntrico diluido 1,5 M con virutas de cobre, formndose tres moles de monxido de nitrgeno, adems de nitrato de cobre (II) y agua. Calcula: a) El volumen de disolucin que se ha consumido. b) Los gramos de cobre que han reaccionado. c) El volumen de aire, medido en c.n., empleado para posteriormente oxidar el monxido de nitrgeno a dixido de nitrgeno. 8. 2 2 5,1; 3 1 2 Omolx x mol Omol NOmol == 2 2 6,33; 5,1 4,22 1 OLx x mol L Omol == Lx L x OL aireL 168; O6,3320 100 22 == 2 2 Solucin: 3 Cu + 8 HNO3 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O 2 NO + O2 2 NO2 a) de disolucin b) c) De acuerdo con la composicin volumtrica del aire: aire gmLmLgvdm v m d 550)(500)/(1,1; ==== 3 3 165; 550 30 100 HNOgx x g HNOg disolucing == 2 33 2 )(9,96; 165HNO126 )(74 OHCagx HNOg x g OHCag == 23 3 23 3 )(215; 165 )(164 126 NOCagx x HNOg NOCag HNOg == 2 3 Reaccionan 150 g de hidrxido de calcio con un volumen de 500 mL de una disolucin de cido ntrico, cuya densidad es de 1,1g/mL y concentracin del 30% en masa. Los productos obtenidos son nitrato de calcio y agua. a) Calcula la masa de sal obtenida. b) Determina los gramos que sobran del reactivo que est en exceso. Solucin: Ca(OH)2 + 2 HNO3 Ca(NO3) 2 + 2 H2O En primer lugar, es preciso determinar qu reactivo est en exceso. Para ello habr que calcular el n de gramos de HNO3, de acuerdo con los datos de la disolucin: De acuerdo con la estequiometra: Por tanto, el Ca(OH) 2 est en exceso; o dicho de otro modo el HNO3 es el reactivo limitante. a) b) Masa en exceso de Ca(OH) 2 = 150 - 96,9 = 53,1 g 22 4,1 293082,0 225,1 H22 Hmoles TR Vp nL = == NagmolgNamolesx x Hmol Namol 4,64)/(23)(8,2 4,1)(1 )(2 2 === %92 4,64)(70 100 == x x Nag NaOHgmolgNaOHmolx x Hmol NaOHmoles 112)/(40)(8,2 4,1)(1 )(2 2 === 2 4 Al reaccionar una muestra de 70 g de sodio en agua se forma hidrxido de sodio y se desprenden 22 L de hidrgeno medidos a 20 C y 1,5 atm. a) Averigua la riqueza en sodio que contiene la muestra. b) Los gramos de hidrxido sdico formados. Solucin: a) 2 Na + 2 H2O 2 NaOH + H2 b) 2 5 Calcula la cantidad de carbonato de sodio que se puede obtener a partir de la calcinacin de 30 000 kg de una muestra del 70 % de riqueza en bicarbonato de sodio. Solucin: 9. 2 NaHCO3 Na2CO3 (s) + CO2 (g) + H2O (g) 30 000 (kg de muestra) 70/100 = 21 000 kg de NaHCO3 = 21 106 (g) /84(g/mol) = 2,5 105 moles La estequiometra es 2 mol NaHCO3 : 1 mol Na2CO3 1,25105 (mol Na2CO3) 106 (g/mol) = 1,32 107 g Se obtienen 13 250 kg de carbonato. 32 3 Fe108,2 50026,143 160 Ogx g x g g == g103,3 85 100)(108,2 3 3 = g 2 6 A 400 C se carga en un alto horno un mineral que contiene un 85 % en xido de hierro (III). Al reaccionar con monxido de carbono, se reduce a xido de hierro (II) y se desprende dixido de carbono. Calcula la cantidad de muestra de mineral aadida, si se han formado 2 500 g de xido de hierro (II). Solucin: Fe2O3 + CO 2 FeO + CO2 1 mol de Fe2O3 = 160 g 2 mol de FeO = 143,6 g Por tanto, la cantidad de mineral es: de muestra 2 22 2 Clg5,372 )(500)(3,95 )(71 == x MgClg x MgClg Clg 2 2 Cldeg65,87 30 71 3,24 == x x Mgg Clg Mgg 22 2 MgClmol1,23(g/mol)3,95/)(65,117;MgClg65,117 )(30 )(3,95 )(3,24 === gx x Mgg MgClg Mgg kJx mol x MgClmol kJ 4,789 23,11 641 2 == 2 7 Para obtener cloruro de magnesio es preciso que reaccionen el magnesio y el cloro desprendiendo 641,8 kJ. a) Escribe la ecuacin termoqumica correspondiente a dicho proceso. b) Calcula los gramos de cloro necesarios para que se formen 500 g de producto. c) Determina cuantas kcal se desprendern al reaccionar 30 g de Mg con 90 g de cloro. Solucin: a) Mg (s) + Cl2 (g) MgCl2 (s) H = -641,8 kJ/mol b) 1 mol de Mg = 24,3 g 1 mol Cl2 = 71 g c) Primero se identifica el reactivo limitante: . El magnesio es el reactivo limitante. -789,4(kJ) 0,24 (kcal/kJ) = -188,8 kcal 6126Cmol55,0 100180 1 OHx g x g mol == kcal-370,5(kcal/kJ)0,24(kJ)1548,8-kJ8,1548 55,0 )8162 )(1 6126 ==== x x mol kJ OHCmol 2 8 En la combustin de la glucosa (C6H12O6) se desprenden 2 816 kJ. a) Escribe y ajusta la correspondiente ecuacin termoqumica. b) Al ingerir hidratos de carbono, estos se descomponen en glucosa. Si tomamos 100 g de glucosa, expresa en kJ y kcal, la energa aportada al organismo. Solucin: a) C6H12O6 (s) + 6 O6 (g) 6 CO2 (g) + 6 H2O (l) H = -2 816 kJ/mol b) 10. 128108 4,2341 3,461 2 kJx mol x CaCmol kJ == 2 9 Para que al tratar qumicamente el xido de calcio con carbono se origine carburo de calcio y monxido de carbono es preciso comunicar 461,3 kJ/mol de energa. a) Escribe la ecuacin termoqumica ajustada. b) Calcula la cantidad de calor necesaria para obtener 15 kg de carburo de calcio. Solucin: a) CaO (s) + 3 C (s) + 461,3 kJ CaC2 (s) + CO (g) b) 15 103 (g de CaC2) 1/ 64 (mol/g) = 234,4 moles que hay que aportar 2 66 2 66 OL2154 )(82,12 )O(168 )(1 == x x HCmol L HmolC kJx x mol kJ HCmol 32316 5 )(2653 )(1 66 == 3 0 Sabiendo que el calor desprendido en la combustin del benceno es de 781 kcal/mol: a) Escribe la correspondiente ecuacin termoqumica. b) Determina el volumen de oxgeno medido en c.n. que se consumir en la combustin de 1 kg de benceno. c) Calcula cuantos kJ se desprendern en la combustin de 5 moles de benceno. Solucin: a) C6H6 (l) + 15/2 O2 (g) 6 CO2 (g) + 3H2O (l) H = -781 kcal/mol b) 103 (g benceno) 1 (mol) / 78 (g) = 12,82 moles 1 mol de benceno corresponde a 7,5 moles de O2, que ocupan 168 L en c.n. De acuerdo con la estequiometra: c) -781 (kcal/mol) 4,18 (kJ/kcal) =- 3 265 kJ/mol que es H de combustin =++== kJHHH reactivosproductosr 90805)46(4)242(6)90(4 3 1 Cuando el amonaco se combina qumicamente con el oxgeno se produce monxido de nitrgeno y agua. Sabiendo que el calor de formacin del NO es 90 kJ/mol, el calor de formacin del amonaco es -46 kJ/mol y el del agua es -242 kJ/mol (todos en condiciones estndar) calcula el calor de la reaccin indicada. Solucin: La ecuacin es: 4 NH3 (g) + 5 O2 (g) 4 NO (g) + 6 H2O (g) 3 2 Sabiendo que en la combustin de 1 mol de butano se desprenden 2 876,8 kJ y teniendo en cuenta que las entalpas de formacin del agua (l) vale -285,6 kJ/mol y la del dixido de carbono es -393,4 kJ/mol, calcula la entalpa de formacin de 1 mol de butano. Solucin: C4H10 (g) + 13/2 O2 (g) 4 CO2 (g) + 5 H2O (l) Hr = Hproductos - Hreactivos -2 876,8 = 4 (-393,4) + 5 (-285,6) - H (C4H10) H (C4H10) = 2876,8 - 1573,6 - 1428 = -124,8 kJ/mol 3 3 Calcula la entalpa de reaccin para la tostacin de la pirita que origina xido de hierro (III) y xido de azufre (IV) a partir de los datos que se indican al final del enunciado. Datos: H(FeS2) (s) = -178,2 kJ; H(Fe2O3) (s) = -824,2 kJ; H (SO2) (g) = -296,8 kJ 11. Solucin: La ecuacin correspondiente a la tostacin de la pirita es: FeS2 (s) + 11/4 O2 (g) 2 SO2 (g) + 1/2 Fe2O3 (s) La entalpa de la reaccin para 1 mol de pirita a presin constante es: Hr = 2 H (SO2)(g) + H (Fe2O3) - [ H (FeS)(s) + 11/4 H (O2)(g)] = = 2 (-296,8) + 1/2 (-824,2) - (-178,2) = -827,5 kJ/mol 3 4 Determina el valor de la entalpa de la siguiente reaccin: 6 C (s) + 3H2 (g) C6H6 (l) Datos: Entalpas de formacin (a 25 C y 1 atm): H2O (l) = -285,9 kJ/mol Entalpas de combustin: C(s) = - 393,7 kJ/mol; C6H6 (l) = 3 267 kJ/mol Solucin: 6C (s) + 2H2 (g) C6H6 Hr A partir de las ecuaciones termoqumicas: (I) C(s) + O2 (g) CO2 (g) HI = -397,7 kJ (II) C6H6 (l) + 15/2 O2 (g) 6 CO2 (g) + 2H2O (l) HII = -3 267 kJ (III) H2(g) + O2 (g) H2 O (l) HIII = -285, 9kJ Para obtener la entalpa de reaccin buscada: Hr = 6 (I) + 3 (III) - (II) = 6 (-393,7) + 3 (-285,9) - (-3 267) = 47,1 kJ/mol kJ/mol382)287(95000 335 =+== PClPClPClr HHHH 3 5 En la reaccin entre el tricloruro de fsforo (l) y el cloro gaseoso el calor desprendido a presin constante es de 95 kJ/mol. Sabiendo que el calor de formacin a 298 K y 1 atm para el tricloruro de fsforo es -287 kJ/mol: a) Escribe la expresin de todas las ecuaciones termoqumicas citadas b) Determina la entalpa de formacin en esas condiciones del pentacloruro de fsforo. Solucin: a) P (s) + 3/2 Cl2 (g) PCl3 H0 = -287 kJ/mol PCl3 (l) + Cl2 (g) PCl5 (s) Hr = -95 kJ/mol b) 2Nmol4,13 3004,22 1 == x L x L mol 3 3 2 NHmol8,26 4,13 2 1 == x x mol NHmol Nmol Jx x mol J NHmol 53 103,12 8,26 98045 1 == 3 6 En la reaccin de formacin del amonaco a partir del nitrgeno e hidrgeno a 20 C se desprenden 45 980 J/mol. Qu cantidad de calor se desprender al reaccionar 300 L de nitrgeno medido en c.n.? Solucin: N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) H = - 45 980 2 = 91 960 J El nmero de moles de N2 de acuerdo con el concepto de volumen molar es: De acuerdo a la estequiometra: Por tanto, el calor desprendido es: ( ) 5:6:441,23:1,5:1Omoles:Hmoles:Cmoles 1 0,039 0,039 Cdemoles Cdemoles 1,5 0,039 0,059 Cdemoles Hdemoles 1,23 0,039 0,048 Cdemoles Odemoles == == == Un compuesto contiene 0,039 moles de carbono, 0,059 moles de hidrgeno y 0,048 moles de oxgeno. Se pide: a) Calcular la frmula emprica. b) Representa dos posibles ismeros que se ajusten a la frmula calculada. Solucin: a) Relacionando los moles del compuesto: 12. 3 7 La frmula emprica del compuesto ser: C4H6O5. b) Dos posibles ismeros que se ajustan a la frmula calculada (C4H6O5) sern: COOHCHOHCH2COOH COOHCH2OCH2COOH Cmol1:Hmol2Cmol 0,5 1,5 :Hmol 0,5 3 Cmol0,5:Hmol3 Cmol5,1 Cg12 Cmol1 Cg18 Hmol3 Hg1 Hmol1 Hg3 Hg31821g18 COg44 g12 gCO66 2 2 = = == C C ( ) 3 14 42 n1212n42g/mol42M g/mol42g/mol41,86 atm1 K273 molK latm 0,082g/l1,87 p dRT MdRTpMRT V m pMRT M m pVnRTpV ==+== = ====== 3 8 Se quema una muestra de 21 g de un hidrocarburo gaseoso y se obtienen 66 g de CO2. a) Calcula las frmulas emprica y molecular si su densidad en condiciones normales es 1,87 g/l. b) Indica de qu compuesto se puede tratar y escribe las frmulas desarrollada y semidesarrollada en cada caso. Solucin: La reaccin de combustin del carburo es: CxHy + O2 x CO2 + y/2 H2O Todo el C del hidrocarburo proviene del CO2, y todo el H, del H2O. Segn eso el hidrocarburo tiene: La frmula emprica es: CH2 Para hallar la frmula molecular utilizamos el dato de la densidad en condiciones normales: La frmula molecular ser, por tanto: (CH2)3 = C3H6 b) Puede tratarse de un alqueno (con una sola instauracin) o de un cicloalcano, pues ambos responden a la frmula general : CnH2n, al igual que el compuesto obtenido. -. Si es un alqueno: Frmula semidesarrollada: CH2CHCH3 Frmula desarrollada: H H H CCCH H H -. Si es un cicloalcano: Frmula semidesarrollada: CH2 H2CCH2 Frmula desarrollada: H H/ C HCCH /H H 1 2 Cmoles0,018 Hmoles0,036 Cmoles Hmoles Hmoles0,036 Hg1 Hmol1 O 2 Hg18 Hg2 O2Hg0,324 Cmoles0,018 Cg12 Cmol1 2 COg44 Cg12 2 COg0,792 == = = Al quemar en el laboratorio 0,252 g de un hidrocarburo lquido se han obtenido 0,792 g de CO2 y 0,324 g de H2O. Si la masa molecular del compuesto es M = 70 g/mol: a) Calcula la frmula molecular. b) Escribe los posibles ismeros de cadena abierta que se ajusten a la frmula calculada. Solucin: a) A partir de los datos de la combustin podemos obtener la composicin de la muestra: 13. 5 14 70 n == 3 9 La frmula emprica ser: CH2. La frmula molecular ser: CnH2n. Como M = 70 g/mol: 70 = n (12 + 2 1) La frmula molecular ser: C5H10. b) Los posibles ismeros de cadena abierta que se ajusten a la frmula calculada (C5H10) sern: CH2CHCH2CH2CH3 1-penteno CH2CCHCH3 2-metil-1-buteno CH3 CH3CHCHCH2CH3 2-penteno CH3CCHCH3 2-metil-2-buteno CH3 CH2CHCHCH3 3-metil-1-buteno CH3 CH3 CH3 CH3CH2CHCH2CHCH2CCH3 CH3CHCH3 CH3 C P H3 C P H3 CP H3 - CS H2 - CT H - CS H2- CT H -CS H2-CC - CP H3 C P H3? C T H? C P H3 C P H3 4 0 Identifica los carbonos primarios, secundarios, terciarios y cuaternarios de la siguiente molcula orgnica: Solucin: 4 1 Formula los siguientes compuestos, e indica cules de ellos presentan ismeros y por qu: a) 1,1-dicloroetano. b) 1,2-dicloroetano. c) 1,1-dicloroeteno. d) 1,2-dicloroeteno. e) Dicloroetino. Solucin: a) CHCl2CH3; b) CH2ClCH2Cl; c) CCl2CH2; d) CHClCHCl; e) CClCCl Los compuestos a) y b), as como los compuestos c) y d), son ismeros de posicin entre ellos. El compuesto d) no presenta ismeros. Adems, el compuesto d) presenta dos estereoismeros correspondientes a las posibilidades cis y trans, que son distintas y no resultan interconvertibles debido a que el doble enlace no puede girar sobre s mismo: Cl Cl/ CC / 14. H H cis-1,2-dicloroeteno H Cl/ CC /Cl H trans-1,2-dicloroeteno 4 2 Escribe y nombra los ismeros, sin cadenas ramificadas, de un alcohol insaturado de frmula molecular C4H8O. Solucin: Los posibles ismeros estructurales son: a) CH2CHCH2CH2OH 3-buten-1-ol b) CH3CHCHCH2OH 2-buten-1-ol c) CH3CH2CHCHOH 1-buten-1-ol d) CH2CHCHOHCH3 3-buten-2-ol e) CH3CHCOHCH3 2-buten-2-ol f) CH3CH2COHCH2 1-buten-2-ol Adems, los compuestos b), c) y e) presentan isomera geomtrica cis-trans. As, por ejemplo, para el compuesto b) tendramos: CH3 CH2OH/ CC /H H cis-2-buten-1-ol CH3 H/ CC /H CH2OH trans-2-buten-1-ol Por ultimo, el compuesto d) tiene un carbono asimtrico, el 2, por lo que tendr dos ismeros pticos o enantimeros. 4 3 Dados los siguientes compuestos, indica cules son ismeros entre s y escribe el tipo de isomera que presentan: a) 1-pentino. b) 1,4-pentadieno. c) 4-bromo-2-penteno. d) bromociclopentano. e) 1,3-pentadieno. f) 3-metil-1-butino. Solucin: Las formulas de los compuestos son: a) CHCCH2CH2CH3 (C5H8) b) CH2CHCH2CHCH2 (C5H8) c) CH3CHCHCHBrCH3 (C5H9Br) d) Br (C5H9Br) 15. e) CH2CHCHCHCH3 (C5H8) f) CHCCHCH3 (C5H8) CH3 Segn su frmula podemos decir que: a) y f) son ismeros de cadena. a) y e) son ismeros de funcin. b) y f) son ismeros de funcin. e) y f) son ismeros de funcin. a) y b) son ismeros de funcin. b) y e) son ismeros de posicin. c) y d) son ismeros de funcin. Adems: c) tiene dos ismeros geomtricos cis-trans; c) presenta isomera ptica, ya que el carbono-4 es asimtrico; y, e) tiene dos ismeros geomtricos cis-trans. Cmol3:Hmol7C1mol:Hmol2,33Cmol 0,6 0,6 :Hmol 0,6 1,4 Cmol0,6:Hmol1,4 Cmol0,6 Cg12 Cmol1 Cg7,2 Hmol1,4 Hg1 Hmol1 Hg1,4 Cg7,21,48,6Hg1,4 OHg18 Hg2 OHg12,6 2 2 = = == 4 4 Al quemar 8,6 g de un hidrocarburo saturado (de frmula CnH2n+2), se forman 12,6 g de agua. Determina las frmulas emprica y molecular, as como la desarrollada y la semidesarrollada del hidrocarburo. Solucin: La reaccin de combustin del carburo es: CxHy + O2 x CO2 + y/2 H2O Todo el C del hidrocarburo proviene del CO2, y todo el H, del H2O. Segn eso el hidrocarburo tiene: La frmula emprica es: C3H7 La frmula semidesarrollada: (C3H7)n As pues, dado que la frmula general es del tipo CnH2n + 2 deber cumplirse que: 7 n = 2 3n + 2 7 n = 6 n + 2 n = 2 La frmula molecular ser: C6H14 (hexano) CH3CH2CH2CH2CH2CH3 La frmula desarrollada: H H H H H H HCCCCCCH H H H H H H CH3 CH3 -CH -CH2 -C -CH3 CH3 CH3 CP H3 CP H3 -CT H -CS H2 -CC -CP H3 CP H3 CP H3 4 Identifica los carbonos primarios, secundarios, terciarios y cuaternarios de la siguiente molcula orgnica: Solucin: 16. 5 1:6:2Omoles:Hmoles:Cmoles 1 6 1 5,99 0,1 0,599 Omol Hmol 1 2 1 1,99 0,1 0,199 Omol Cmol === === 4 6 Un compuesto contiene 0,199 moles de carbono, 0,599 moles de hidrgeno y 0,1 moles de oxgeno. Se pide: a) Calcular la frmula emprica. b) Escribir los posibles ismeros que se ajusten a la frmula calculada. Solucin: a) Relacionando los moles del compuesto: La frmula emrica del compuesto ser: C2H6O b) Los posibles ismeros que se ajustan a la frmula calculada (C2H6O) sern de funcin: CH3CH2OH (etanol) y CH3OCH3 (dimetilter) 1:10:4 1,35 1,35 : 1,35 13,5 : 1,35 5,4 Omol:Hmol:Cmol Omol1,35 g16 Omol1 Og21,7 Hmol13,5 g1 Hmol1 Hg13,5 Cmol5,4 g12 Cmol1 Cg64,8 = = = ( ) g/mol73,9 l1atm 760 675 K273127 molK latm 0,082g2 Vp TRm MTR M m VpTRnVp = + = === 4 7 Un compuesto orgnico contiene un 64,8 % de carbono, un 13,5 % de hidrgeno y el resto es oxgeno. Si a la temperatura de 127 C, 2 g de ese compuesto recogidos en un matraz de 1 litro, ejercen una presin de 675 mm Hg, se pide: a) Calcular la frmula emprica y molecular. b) Escribir cuatro posibles ismeros que se ajusten a la frmula molecular calculada. Solucin: a) En funcin de la composicin centesimal, determinamos la frmula emprica del compuesto: La frmula emprica del compuesto ser: C4H10O Para hallar la frmula molecular, calculamos la masa molecular (M) aplicando la ecuacin de los gases. Como la masa de la frmula emprica es: 4 12 + 10 1 + 1 16 = 74 g/mol: ambas masas coinciden. b) Cuatro posibles ismeros que se ajustan a la frmula calculada (C4H10O) sern: CH3CH2CH2CH2OH 1-butanol CH3CH2CHOHCH3 2-butanol CH3CH2OCH2CH3 dietilter CH3OCH2CH2CH3 metilpropilter OH 2 y COxOHC 222yx ++ C1mol:Hmoles2Cmoles 0,015 0,015 :Hmoles 0,015 0,03 Cmoles0,015:Hmoles0,03 Cmoles0,015 Cg12 Cmol1 Cg0,18 Hmoles0,03 Hg1 Hmol1 Hg0,03 Hg0,030,180,21Cg0,18 COg44 Cg12 COg0,66 2 2 = = == g/mol42g/mol41,86 atm1 K273 molK latm 0,082g/l1,87 p dRT MdRTpM RT V m pMRT M m pVnRTpV = === === Se quema una muestra de 0,21 g de un hidrocarburo gaseoso y se obtienen 0,66 g de dixido de carbono. Calcula las frmulas emprica y molecular si su densidad en condiciones normales es 1,87 g/L. Solucin: La reaccin de combustin del hidrocarburo es: Todo el C del hidrocarburo proviene del CO2, y todo el H del agua. Segn eso: La frmula emprica es: CH2 Para hallar la fmula molecular utilizamos el dato de la densidad en condiciones normales: Como M = 42 g/mol se tiene: 42 = n (12 + 2 1) La frmula molecular ser: C3H6 17. 3 14 42 n == 4 8 rohidrocarbumoles0,5 rohidrocarbug81 mol1 rohidrocarbug40,5 = 22 Imol1 g260 mol1 Ig260 = 4 9 Se hacen reaccionar 40,5 g de un hidrocarburo etilnico de masa molecular 81 g/mol, con 300 g de yodo. Cuando ha reaccionado todo el hidrocarburo quedan 40 g de yodo sin reaccionar. Cuntos dobles enlaces tiene el hidrocarburo? Solucin: La reaccin de adicin al doble enlace es de la forma: RHCCHR + I2 RHCCHR I I Es decir, por cada doble enlace se adiciona una molcula de yodo. Segn eso: La cantidad del I2 que ha reaccionado es: 300 - 40 = 260 g I2. Por tanto: Si el hidrocarburo tuviera slo un doble enlace, los 0,5 moles de hidrocarburo hubieran aadido 0,5 moles de yodo; como han aadido un mol, el hidrocarburo tiene dos dobles enlaces. ( ) 66ClHCmol,3410 g/mol291 g0103 g/mol635,561612 g3010 M m n 6== ++ == 2 666 2 666 Clmoles,0331334,10x x ClHCmoles10,34 Clmoles3 ClHCmol1 === 2 22 ClL09,6954,2203,31V V Clmoles31,03 L22,4 Clmol1 === 34,10x x ClHCmoles10,34 HCmol1 ClHCmol1 666 66 666 == ( ) g52,806g/mol61612moles34,10Mnm =+== 5 0 Por adicin de cloro al benceno (en presencia de luz ultravioleta) se obtiene hexaclorociclohexano. Si se obtienen 3010 g de hexaclorociclohexano, se pide: a) Escribir la reaccin ajustada. b) Calcular el volumen de cloro utilizado, en condiciones normales, para que tenga lugar la reaccin. c) Calcular los gramos de benceno empleados. Solucin: Luz U.V. a) La reaccin ajustada: C6H6 + 3Cl2 (g) --> C6H6Cl6 b) Los moles de hexacolociclohexano: Segn la estequimetra de la reaccin: En condiciones normales: c) Segn la estequiometra de la reaccin: moles de benceno. La masa de benceno es: 6,41 g/mol78 g500 M m n === 2 2 Hmol19,23341,6x x bencenomol6,41 Hmol3 bencenomol1 === 2 22 HL430,75V V Hmos19,23 L22,4 Hmol1 == 5 1 Por adicin de hidrgeno al benceno (en presencia de nquel y a altas presiones y temperaturas) se obtiene ciclohexano. Si se parte de 500 g de benceno, se pide: a) Escribir la reaccin ajustada. b) Calcular el volumen de hidrgeno necesario, en condiciones normales, para que tenga lugar la reaccin. Solucin: a) La reaccin ajustada: C6H6 + 3H2 (g) ---> C6H12 b) Los moles que se emplean de benceno son: moles de benceno Segn la estequiometra de la reaccin: c) En condiciones normales y segn la estequiometra de la reaccin: 18. ( ) ClHCmol,433 g/mol291 g1000 g/mol635,561612 g1000 M m n 66== ++ == 2 666 2 666 Clmol10,29343,3x x ClHCmos3,43 Clmol3 ClHCmol1 === 2 ClL123,61V 2 2930,08210,29 p TRn VTRnVp = = == 5 2 Por adicin de cloro al benceno (en presencia de luz ultravioleta) se obtiene hexaclorociclohexano. Si se obtiene 1 kg de hexaclorociclohexano, se pide: a) Escribir la reaccin ajustada. b) Calcular el volumen de cloro utilizado, a 2 atm de presin y 20 C, para que tenga lugar la reaccin. Solucin: Luz U.V. a) La reaccin ajustada: C6H6 + 3 Cl2 (g) --> C6H6Cl6 Los moles de hexaclorociclohexano son: Segn la estequiometra de la reaccin: Para cualquier volumen: 22HCmoles0,036 K293 molK latm 0,082 00,92atm0,94 RT pV nnRTpV = === 22 CaCg3,2 mol1 g64 CaCmoles0,036 = %76,7x x 100 2,3 3 == 5 3 El acetileno (etino) se obtiene por hidrlisis del carburo de calcio segn la reaccin siguiente: CaC2 + 2H2O CH CH + Ca(OH) 2 Halla el porcentaje de pureza del carburo clcico comercial sabiendo que se necesitan 3 g de dicho producto para obtener 920 cm3 de acetileno, medido a 20 C y 0,94 atm. Solucin: Los moles de acetileno obtenidos son: La relacin estequiomtrica entre el CaC2 y el C2H2 es 1:1, por tanto se tienen que partir de 0,036 moles de CaC2. La masa del CaC2, sabiendo su masa molecular (M = 64 g/mol) ser: Por tanto, la pureza de la muestra ser: 1 2 Cmoles0,36 Hmoles0,72 Cmoles Hmoles Hmoles0,72 Hg1 Hmol1 OHg18 Hg2 OHg6,48 Cmoles0,36 Cg12 Cmol1 COg44 Cg12 COg15,84 2 2 2 2 == = = ( ) 10 14 140 n1212n014g/mol140M ==+== 5 4 Al quemar en el laboratorio un hidrocarburo lquido se han obtenido 15,84 g de dixido de carbono y 6,48 g de agua. Si la masa molecular del compuesto es M = 140 g/mol, calcula las frmulas emprica y molecular. Solucin: A partir de los datos de la combustin podemos obtener la composicin de la muestra: La frmula emprica ser: CH2. La frmula molecular ser: (CH2)n Como: La frmula molecular ser: C10H20 42,3 g/mol78 g3300 M m n === 2 2 Hmol126,9342,3x x bencenomol42,3 Hmol3 bencenomol1 === 2 HL1019,1V 3,4 3330,082126,9 p TRn VTRnVp = = == 3,42x x bencenomo42,3 ociclohexanmol1 bencenolmo1 == ( ) g2,5533g/mol121612moles3,42Mnm =+== Por adicin de hidrgeno al benceno (en presencia de nquel y a altas presiones y temperaturas) se obtiene ciclohexano. Si se parte de 3,3 kg de benceno, se pide: a) Escribir la reaccin ajustada. b) Calcular el volumen de hidrgeno necesario, a 3,4 atm y 333 K, para que tenga lugar la reaccin. c) Calcular los gramos de ciclohexano obtenidos. Solucin: Ni / p y T a) La reaccin ajustada: C6H6 + 3H2 (g) ---> C6H12 b) Los moles que se emplean de benceno son: moles de benceno Segn la estequiometra de la reaccin: 19. 5 5 Para calcular el volumen: c) Segn la estequiometra de la reaccin: moles de ciclohexano La masa ser: de ciclohexano OH 2 y COxOHC 222yx ++ Cmol1:Hmoles2Cmoles 0,45 0,45 :Hmoles 0,45 0,9 Cmoles0,45:Hmoles0,9 Cmoles45,0 Cg12 Cmol1 Cg5,4 Hmoles0,9 Hg1 Hmol1 Hg0,9 Hg9,04,53,6Cg4,5 COg44 Cg12 COg19,8 2 2 = = == 6 14 84 n == 5 6 Se quema una muestra de 6,3 g de un hidrocarburo gaseoso y se obtienen 19,8 g de dixido de carbono. Calcula las frmulas emprica y molecular si su peso molecular es M = 84 g/mol. Solucin: La reaccin de combustin del hidrocarburo es: Todo el C del hidrocarburo proviene del CO2, y todo el H del agua. Segn eso: La frmula emprica es: CH2 Como M = 84 g/mol se tiene: 84 = n (12 + 2 1) La frmula molecular ser: C6H12 0,027 L22,4 mol1 COL0,6COmL600 22 = g3,24 mol1 g60 = %2,7100 120 g3,24 = 5 7 Se trata con carbonato clcico un exceso en volumen de 120 mL de un vinagre y se recogen 600 mL de dixido de carbono medido en condiciones normales. Calcula la riqueza del cido actico que tiene ese vinagre de densidad 1 g/mL. Solucin: La reaccin que tiene lugar es: 2 CH3COOH + CaCO3 (CH3COO) 2Ca + CO2 + H2O Los 600 mL de CO2 equivalen a: moles de CO2. Segn la estequiometra: 0,027 moles de CO2 se corresponden con 0,054 moles de cido actico La masa de cido es: 0,054 moles de cido de cido actico La riqueza es: de riqueza puroacticocidomoles83,5 acticog60 acticomol1 comercialacticog100 puroacticog70 comercialacticog500 = comercialetanolg5,792 puroetanolg96 comercialetanolg100 etanolmol1 etanolg46 puroetanolmoles5,83 = 5 8 Con la oxidacin del etanol se obtiene cido actico (etanoico). Calcula los gramos de alcohol del 96 % que se necesitan para obtener 500 g de un cido actico del 70 % de pureza. Solucin: La reaccin de oxidacin del etanol a cido actico es: CH3CH2OH + O2 CH3COOH + H2O Los moles de cido actico que se obtienen, sern: Como la estequiometra es 1:1 se tiene: O0,77g0,0590,471,3 Hg0,059 O 2 Hg18 Hg2 O 2 Hg0,53 Cg0,47 2 COg44 Cg12 2 COg1,72 = = = Al quemar 1,3 g de un hidroxicido orgnico diprtico se obtuvieron 1,72 g de dixido de carbono. Determina su frmula emprica. Solucin: Al quemarse el compuesto orgnico, todo el carbono que se obtiene proviene de dicho compuesto, al igual que el hidrgeno del agua. Segn eso: 20. = = = Omoles0,048 Og16 Omol1 Og0,77 Hmoles0,059 Hg1 Hmol1 Hg0,059 Cmoles0,039 Cg12 Cmol1 Cg0,47 5:6:41,23:1,5:1 0,039 0,048 : 0,039 0,059 : 0,039 0,039 Omoles:Hmoles:Cmoles 5 9 Calculamos la frmula emprica: La frmula ser: C4H6O5. ( ) 74,2 g/mol73 g200 g/mol141671312 g200 M m n == +++ == ( ) 88,43V 1,5 022730,0822,74 p TRn VTRnVp = + = == 6 0 Una reaccin tpica de las amidas es la degradacin de Hofmann. La propilamida se degrada a etilamina segn la reaccin siguiente: CH3CH2CONH2 + NaOBr CH3CH2NH2 (g) + CO2 + NaBr Calcula el volumen del gas etilamina que se obtiene, a partir de 200 g de propilamida, a 1,5 atm y 20 C. Solucin: La reaccin ajustada: CH3CH2CONH2 + NaOBr CH3CH2NH2 (g) + CO2 + NaBr Los moles que se emplean de propilamida son: moles Segn la estequiometra de la reaccin se tienen 2,74 moles de etilamina. El volumen ser: L de etilamina ( ) 54,2 g/mol59 g150 g/mol141651212 g150 M m n == +++ == ( ) 4,152g/mol60moles2,54g/mol21641212moles54,2Mnm ==++== 2 NL9,65,42254,2V == 6 1 Las amidas reaccionan con el cido nitroso para formar un cido carboxlico, agua y nitrgeno (gas). Si partimos de 150 gramos de etanamida, se pide: a) Escribir la reaccin ajustada. b) Calcular, en gramos y moles, la cantidad de cido etanoico que se obtiene. c) Calcular el volumen de nitrgeno que se desprende en condiciones normales. Solucin: a) La reaccin ajustada: CH3CONH2 + HNO2 CH3COOH + H2O + N2 (g) b) Moles que se emplean de etanamida: moles de etanamida Y segn la estequiometra de la reaccin que es de 1:1 se tienen 2,54 moles de cido etanoico. La masa es: g de cido etanoico. c) Segn la estequiometra de la reaccin, el volumen que se corresponde con 2,54 moles de N2 es: ( ) 740g/mol74moles10g/mol21661312moles10Mnm ==++== ( ) 4,132V 2 502730,08210 p TRn VTRnVp = + = == 6 2 Las amidas reaccionan con el cido nitroso para formar un cido carboxlico, agua y nitrgeno (gas). Si partimos de 10 moles de propanamida, se pide: a) Escribir la reaccin ajustada. b) Calcular, en gramos y moles, la cantidad de cido propanoico que se obtiene. c) Calcular el volumen de nitrgeno que se desprende a 2 atm y 50 C. Solucin: a) La reaccin ajustada: CH3CH2CONH2 + HNO2 CH3CH2COOH + H2O + N2 (g) b) Segn la estequiometra se necesitan 10 moles de cido propanoico para los 10 moles de propanamida. La masa es: g de cido propanoico 21. c) El volumen de los 10 moles es: L de N2 ( ) 03,22 g/mol59 g1300 g/mol141651212 g1300 M m n == +++ == 56,493,42203,22V == 6 3 Una reaccin tpica de las amidas es la degradacin de Hofmann. La etilamida se degrada a metilamina segn la reaccin siguiente: CH3CONH2 + NaOBr CH3NH2 (g) + CO2 + NaBr Calcula el volumen del gas metilamina que se obtiene, a partir de 1,3 kg de etilamida, en condiciones normales. Solucin: La reaccin ajustada: CH3CONH2 + NaOBr CH3NH2 (g) + CO2 + NaBr Los moles que se emplean de etilamina son: moles de etilamina Segn la estequiometra se obtienen 22,03 moles de metilamina En condiciones normales: L de metilamina