Estequiometría ,Gases y Problemas

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Capítulo 1 ESTEQUIOMETRIA La este quiome tría es el área de la química que estudia las relaciones cuantitativas entre reactantes y productos de una ecuación química balanceada. Una ecuaci n quí mica es la repr esenta ci ón abreviada de un a reacción o cambio íntimo en la materia. Las relaci on es cuan ti tati va s molares son muy útiles para la realización de cálculos en estequiometría. Para fines prácticos podemos decir que un mol es equivalente a 6,0 ! "0 #  mol$culas, átomos, iones, etc. este valor se conoce como el número de %v o&a dro . ' am bi$ n es i&u al al peso molecular de un compuesto e!presado en "ramos . Las rel aci ones cuantit at ivas us ando unidades de masa como el &ramo, la libra y la tonelada con sus múltiplos y submúltiplos son i&ualmente usuales en los cálculos estequiom$tricos. (i nos referimos a un mol de o)í&eno * , estamos +ablando de # &ramos de o)í&eno. n mol de sodio, -a, equivale a # &ramos de sodio. n mol de ácido carbó nic o, /* # , +ace ref erencia a 6 &ramos del ácido. Podemos convertir moles a &ramos y &ramos a moles con una simple relación matemática. (i me pre& un tan c nt os moles +a y en 100&ramos de azúcar  sacarosa2 debo proceder de la si&uiente forma3 4l peso molar de la sacarosa, / " * "",  es #5 &ramos. " mol equivale a #5 &  ! moles equivalen a 100& 100 & ) "mol #5 & 7 ",56 moles.

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Capítulo 1ESTEQUIOMETRIA

La estequiometría es el área de la química que estudia las

relaciones cuantitativas entre reactantes y productos de una ecuaciónquímica balanceada.Una ecuacin química  es la representación abreviada de unareacción o cambio íntimo en la materia.Las relaciones cuantitativas molares  son muy útiles para larealización de cálculos en estequiometría.Para fines prácticos podemos decir que un mol es equivalente a 6,0! "0# mol$culas, átomos, iones, etc. este valor se conoce como el

número de %vo&adro. 'ambi$n es i&ual al peso molecular de uncompuesto e!presado en "ramos.Las relaciones cuantitativas usando unidades de masa como el&ramo, la libra y la tonelada con sus múltiplos y submúltiplos soni&ualmente usuales en los cálculos estequiom$tricos.

(i nos referimos a un mol de o)í&eno *, estamos +ablando de #&ramos de o)í&eno. n mol de sodio, -a, equivale a # &ramos desodio. n mol de ácido carbónico, /*#, +ace referencia a 6&ramos del ácido.

Podemos convertir moles a &ramos y &ramos a moles con unasimple relación matemática.(i me pre&untan cuántos moles +ay en 100&ramos de azúcar sacarosa2 debo proceder de la si&uiente forma34l peso molar de la sacarosa, /"*"", es #5 &ramos.

" mol equivale a #5 & ! moles equivalen a 100&

100 & ) "mol #5 & 7 ",56 moles.

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%+ora, si me pre&untan cuántos &ramos +ay en #,6 moles de&lucosa2 8ebo determinar el peso molar de la &lucosa /6"*6./on base en los pesos atómicos del /, * e la &lucosa tiene un peso molar de "90&ramosmol o sea que " mol equivale a "90

&ramos de &lucosa.

% continuación realizamos la si&uiente operación3

" mol equivale a "90 &ramos#,6 moles equivalen a ! &ramos

"90 &ramos ) #,6 moles "mol 7 659 &ramos de &lucosa.

1.1. ECUACI#$ QU%MICA

:ecordemos lo que sabemos sobre ecuaciones químicas3na ecuación química es la representación de una reacción.4n ella podemos distin&uir los :4%/'%-4( o :4%/';<*( y losP:*8/'*( separados por una flec+a sencilla o por una dobleflec+a.4=emplo3

/*# > -a* →  -a/*#  > *Reactantes Productos

/*# ?ac@ ⇔  * ?l@ > /* ?&@Reactante  productos

na ecuación química puede mostrar el estado físico de loscomponentes de la reacción así3

(*5 ?l@ > /a/*# ?s@ → /a(*5 ?s@ > * ?l@ > /* ?&@

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Las letras minúsculas entre par$ntesis al final de cada formula indicael estado físico en que entra a reaccionar o se produce.&ac' quiere decir acuoso &l' quiere decir líquido

&"' si&nifica "aseoso&s' si&nifica slido

1.(. C#MO )EER CORRECTAME$TE U$A ECUACI#$QU%MICA

/ada fórmula en la ecuación representa un mol de la sustancia o su

 peso formular dado en &ramos. /on base en moles podemos leer unaecuación sencilla así3

/l > -a* → -a/l > *

n mol de ácido clor+ídrico recciona con un mol de +idró)ido desodio para producir, un mol de cloruro de sodio y un mol de a&ua.

*bservamos que no +ay coeficientes o números delante de lasfórmulas, por lo tanto se sobreentiende el número uno ?"@.

%+ora lea d. la si&uiente ecuación.

A/l*# > 6/l →#* > A/l > #/l

Lea por favor esta otra.

P5*"0 ?s@ > 6 * ?l@ → 5#P*5 ?ac@.

Para poder realizar cálculos estequiom*tricos  las ecuacionesquímicas deben estar balanceadas es decir la masa de cada uno delos elementos debe estar en i&ual cantidad tanto del lado de los

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reactivos como del lado de los productos. Para que esto se cumpla serequiere, en muc+as ecuaciones, colocar coeficientes tanto en losreactantes como en los productos o sea números delante de lasfórmulas.

1.+. ,A)A$CEO -E ECUACIO$ES QU%MICAS

/uando balanceamos una ecuación química buscamos que lamasa de cada uno de los elementos  presentes en lareacción sea igual en los reactantes y en losproductos.

M*todos para balancear ecuaciones químicas tanteo, al&ebraico,redo) y el m$todo del ión electrón.

Tanteo mediante este m$todo se balancean muc+as ecuaciones y esel que utilizamos siempre en primera instanciaB es el m$todo delensayoCerror, se realiza colocando números delante de las fórmulas+asta lo&rar que la cantidad de cada uno de los elementos sea lamisma en los reactantes y productos. (i perdemos más de cincominutos balanceando por tanteo debemos se&uir otro m$todo.4=emplos3

"C Dalancear la si&uiente ecuación3%l ?*@# > /l →  %l/l# > *

/omenzamos con los elementos metálicos3 tenemos i&ual número deátomos de aluminio en reactantes y productos, se&uimos con el nometal diferente de y *. ay tres cloros o cloruros a la derec+a dela flec+a. /olocamos un tres delante del /l o sea #/l. Euedan

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i&ualados los cloruros, pero a+ora tenemos 6 +idró&enos y #o)í&enos a la izquierda de la flec+a. Para i&ualarlos debemos colocar un # delante de la fórmula de *.La ecuación balanceada quedaasí3

%l?*@# > #/l → %l/l# > #*

M*todo al"ebraico se coloca una letra minúscula delante de cadafórmula por e=emplo, a/ b/ c/ d/ e/ 0. " y lue&o se +acen i&ualdadescon las letras que correspondan a un mismo elemento.Posteriormente, para resolver la situación se le da un valor num$ricoa una de las letras, se resuelven las i&ualdades y así comenzamos a

encontrar los coeficientes num$ricos que reemplazarán las letras para que la ecuación quede balanceada.4=emplo3

AFn*5 > /l > Ge/l  → Ge/l# > Fn/l > A/l > *

(e&uidamente colocamos las letras minúsculas delante de lasfórmulas asi3

aAFn*5 > b/l > cGe/l → dGe/l# > eFn/l > f A/l > &*

%+ora realizamos las i&ualdades para cada elemento de esta manera3Para el A tenemos que a 7 f Para el Fn tenemos que a 7 ePara el * tenemos que 5 a 7 &Para el tenemos que b 7 &Para el /l tenemos que b > c 7 # d > e > f 

Para el Ge tenemos que c 7 d.;nmediatamente le damos un valor num$rico simple a una de lasletras esco&ida al azar , por e=emplo le damos el valor de "?uno@ a laletra a . (e deduce entonces el valor del resto de las incó&nitasB asítenemos que3

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f 7 "e 7 "& 7 5 b 7 9

Para el /l tendremos que b > c 7 #d > e > f 8e acuerdo a los valores conocidos la ecuación quedará así 39 > c 7 #d > > " efectuando queda 9 > c 7 #d > #. %+ora, como para el +ierro c 7 d reemplazamos c por d en la penúltima ecuacióny nos quedará de esta manera3 9 > d 7 #d > # reuniendo t$rminosi&uales 9C# 7 #d H d , o sea 1 7 d, por tanto c 7 1. :eemplazamosen la ecuación principal las letras por los valores +allados ytendremos la ecuación balanceada3

AFn*5 > 9 /l > 1Ge/l → 1Ge/l# > Fn/l > A/l > 5*:ecordemos que el número " ?uno@ no se coloca en la ecuación.

,alanceo por !ido reduccin<amos a balancear la si&uiente ecuación3

-*# > ( → * > -* > (

Los números de o)idación de los elementos en los compuestos deesta ecuación son los si&uientes3?>"@ para el +idró&eno en los tres compuestos que lo contienen&23' para el nitr"eno del 4$23O+

&2(' para el nitr"eno del $2(O?C@ para el o)í&eno en los tres compuestos que lo contienen&5(' para el a6u0re del 4(S5(

&1' para el S7. <emos que sólo cambian en su número deo)idación el $ y el S

4l nitró&eno cambia de ->1 → -> > #eC electrones4l azufre pasa de ( H >eC → (0 4l número de electrones &anados debe ser i&ual al número deelectrones perdidos. Para i&ualarlos multiplicamos por los

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electrones &anados por el - y este lo colocamos delante de lasfórmulas que conten&an -.Los electrones perdidos por el ( los multiplicamos por # y este # locolocamos delante de las fórmulas que conten&an ( de manera que

la ecuación quedará así3

-*# > #( → * > -* > #(Lue&o terminamos balanceando por tanteo los +idró&enos yo)í&enos colocando un 5 delante de la fórmula del a&ua para que laecuación quede finalmente balanceada3

-*# > #( →5* > -* > #(.

 M*todo del in electrn es alternativo del ó)ido reducción, seusa cuando la ecuación permite des&losarla en iones y mol$culas para balancearla.

(ólo se tienen en cuenta las mol$culas y los iones que intervienen enel proceso redo).

C4n un primer paso esco&emos los a&entes o)idante y reductor consus productos.C Lue&o escribimos las semiecuaciones de dic+os a&entes

adicionando electrones, protones y a&ua.C (e&uidamente multiplicamos cada semiecuación por un

número que balancee el número de electrones.C Ginalmente sumamos las dos semiecuaciones cancelando

electrones y simplificando protones y mol$culas si fuerenecesario.

4=emplo 3 Dalancear por el m$todo del ión Helectrón la si&uienteecuación.AFn*5 > Ge(*5 > (*5 →A (*5 > Fn(*5 > Ge ?(*5@# > * 

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4tapa ".Fn*5

C → Fn>  a&ente o)idante ?se reduce@Ge> →  Ge>#  a&ente reductor ?se o)ida@

4tapa .*bservamos que los cuatro átomos de o)í&eno del Fn*5

C requieren9>  para formar a&ua, de manera que para equilibrar las car&asdebemos sumar 1eC del lado de los reactantes. La ecuación quedaráasí3Fn*5

C > 9>  > 1eC → Fn> > 5* ?"@

  ?"C@ ?9>@ ?1C @ → ?>@Para el a&ente reductor tenemos3Ge>  → Ge>#  > "eC ?@

4tapa #. Fultiplicamos la ecuación ?@ por 1 y quedará así3

1Ge>  →  1Ge># > 1eC ?#@

4tapa 5. %+ora sumamos las ecuaciones ?"@ y ?#@ y tendremos losi&uiente3

Fn*5C > 9> > 1eC → Fn> > 5*

  1Ge>  →  1Ge>#  > 1eCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCFn*5

C > 9> > 1Ge>  → Fn> > 1Ge># > 5*Lue&o se trasladan los coeficientes obtenidos a la ecuación encuestión y se termina de balancear por tanteo.

1.8. CA)CU)OS ESTEQUIOM9TRICOS

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%+ora podemos realizar cálculos basados en ecuaciones químicas balanceadas. Podemos calcular la cantidad de producto obtenidoB lacantidad de un reactante necesaria para una reacción , sea en moles,milimoles, &ramos, mili&ramos, libras, Iilo&ramos o toneladas.

'ambi$n podemos averi&uar cuál es el reactivo límite o limitante enuna reacción, la cantidad que sobra del reactivo en e)ceso y elrendimiento en porcenta=e de una reacción en estudio.

4=emplo ".

La si&uiente reacción es de neutralización y puede ocurrir en elestóma&o de un paciente con &astritis3

/a/*# ?s@ > /l ?ac@ →  /a/l ?ac@ > /*#?ac@

Pre&unta a@ cuántos moles de /l serán neutralizados por ".1moles de /a/*#2 b@ cuántos moles de /*# se producirán cuando reaccionan 0.1moles de /l2c@ cuántos &ramos de /a/l se producirán cuando reaccionan 0.5

&ramos de /a/*#2d@ cuántos &ramos de /l reaccionarán con ".0 &ramo de /a/*#2

(olución a la pre&unta a 3La primera pre&unta sólo involucra los moles de /l y los moles de/a/*# y con base en la ecuación balanceada tenemos que molesde /l neutralizan " molde /a/*#, por lo tanto,

moles de /l → " mol de /a/*#! moles de /l →  ".1 moles de /a/*#

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!7 ".1 moles /a/*# ) moles /l / ".0 mol /a/*# 7 # molesde /l

(olución a la pre&unta b3 con base en la ecuación balanceada

tenemos que moles de /l producen ".0 moles de /*# por lotanto,

moles /l → ".0 mol /*#

0.1 moles /l → ! moles /*#

! 7 0.1 mol /l ) ".0 mol /*#  moles /l 7 0."1 moles/*#

(olución a la pre&unta c

4sta pre&unta sólo involucra al cloruro de calcio y al carbonato decalcio. (e&ún la ecuación balaceada y con base en los pesosmoleculares o masa molar de los compuestos en cuestión tenemos

que 3

"00 &. de /a/*#  →  """ &. de /a/l

0.5 & de /a/*#  →  ! &. de /a/l

! &. de /a/l 7 0.5 & de /a/*#  ) """ &. de /a/l  :  "00 &. de

/a/*#

! &. de /a/l 7 0.555 &.

(olución a la pre&unta d

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4sta pre&unta involucra únicamente al /l y al /a/* #. (e&ún laecuación un mol /a/*#  reacciona con moles de /l. La masamolar del /a/*# es i&ual a "00 &ramosmol B la masa molar del /les i&ual a #6.1 &ramos mol.

moles de /l ) #6.1 &mol 7 J# & de /l.'enemos que, se&ún la ecuación, J# & de /l reaccionan con "00&ramos de /a/*#  cuántos &ramos de /l reaccionarán con ".0&ramos de /a/*#2

J# & de /l "00 & de /a/*#  ) ".0 & de /a/*#  7 0.J# & de /l

Reacti;o límite < reacti;o en e!ceso

4l reactivo límite o limitante es aquel que está presente en lacantidad estequiométrica más pequeKa en una reacción química. Lacantidad de producto que se puede formar está limitada por elconsumo completo del reactivo limitante.(i la reacción contiene dos reactantes e)istirá un posible reactivo ene)ceso. 4s importante descubrir el reactivo límite y la cantidad dereactivo que sobra del reactivo en e)ceso. /on el reactante límite podemos calcular la cantidad real del producto y tambi$n la que noreaccionó del reactivo en e)ceso.<eamos el si&uiente e=emplo3

Ponemos a reaccionar ".0 &ramos de F& ?*@ con 0.#61 & de /l.La reacción ori&ina F&/l  y a&ua. /uántos &ramos de F&/l  se producirán. /uál es el reactivo límite. /uántos &ramos sobran sinreaccionar del reactivo en e)ceso.La ecuación correspondiente es3

F&?*@?s@ > /l?ac@ → F&/l?ac@ > *?l@Fasa molar del F& ?*@ 7 19.#&molFasa molar del /l 7 #6.1&molFasa molar del F&/l  7 1.# &mol

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(e&ún la reacción 19.# & de +idró)ido de ma&nesio producen 1.#&ramos de cloruro de ma&nesio. ;&ualmente ?#6.1@& de /l producen 1.# & de F&/l cuánto cloruro de ma&nesio se producirá8ebemos descubrir el reactivo límite el cual nos permitirá calcular la

cantidad e)acta de producto ori&inado.:ealizamos dos cálculos así3

a@ 1.#& de F&/l  19.# & de F&?*@ ) ".0 & de F&?*@  7".6#& de F&/l.

 b@ 1.# & de F&/l ?#6.1@& de /l ) 0.#61 & de /l 7 0.59 &de F&/l

0.59 & de F&/l es la cantidad real de producto ori&inado y el /les el reactivo límite.

Para saber cuánto sobra sin reaccionar del F&?*@  +acemos elsi&uiente cálculo dado que ya conocemos el reactivo límite3

19.#& de F&?*@  ?#6.1@& de /l ) 0.#61&de /l 7 0. &F&?*@

/omo disponíamos de ".0 &ramos de F& ?*@ y sólo se consumen0. &ramos, +acemos una resta y obtendremos la cantidad que noreaccionó del reactivo en e)ceso3 ".0 & deF&?*@  − 0. & de F&?*@ 7 0.J"& de F&?*@

Rendimiento porcentual o porcenta=e de rendimiento en unareaccin.

(i tomamos como e=emplo el e=ercicio anterior vemos la si&uienteinformación3 0.59 &ramos de F&/l  es el rendimiento teórico.%+ora, si vamos al laboratorio y desarrollamos el e=emplo en la práctica, obtenemos 0.50 &ramos de F&/l  ?traba=ando con la

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mayor precisión posible@, este dato se conoce como rendimiento práctico.(i dividimos el rendimiento práctico entre el rendimiento teórico yel resultado lo multiplicamos por cien, obtenemos el porcenta=e de

rendimiento del proceso de producción del cloruro de ma&nesio a partir de +idró)ido de ma&nesio y ácido clor+ídrico.

%sí3 :endimiento práctico rendimiento teórico ) "00 7 porcenta=ede rendimiento.

0.50 & 0.59 & ) "00 7 9#.##M rendimiento porcentual o porcenta=e de rendimiento.

1.3. >RO,)EMAS >RO>UESTOS

".". 4scriba las si&uientes ecuaciones químicas3a@ n mol?"@ de carbonato de sodio en solución acuosa reacciona

con dos ?@ moles de ácido láctico en solución acuosa para producir dos ?@ moles de lactato de sodio en solución acuosa ,un?"@ mol de a&ua líquida y un?"@ mol de &as carbónico.

 b@ 'res?#@ moles de amoníaco &aseoso reaccionan con un?"@ molde ácido fosfórico líquido para producir un mol ?"@ de fosfatode amonio sólido.

c@ n ?"@ mol de +idró)ido ferroso en solución acuosa reaccionacon un?"@ mol de ácido fumárico en solución acuosa para producir un ?"@ mol de fumarato ferroso en solución acuosa.

d@ Nas carbónico reacciona con +idró)ido de sodio para producir 

 bicarbonato de sodio. /omplete la ecuación.e@ 4l ácido clor+ídrico del estóma&o reacciona con el +idró)ido

de ma&nesio de un antiácido para producir cloruro dema&nesio. /omplete la ecuación.

".. Dalancee las si&uientes ecuaciones químicas3

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a@ Ge*#?s@ > /*?&@ →  Ge?s@ > /* ?&@

 b@ A /*#?ac@ > /#/**?ac@ →  /#/**A?ac@ >

/*?&@ > *?l@

c@ -a/*#?ac@ > **/  /**?l@ → -a**/  /**-a?ac@> /*?&@ > *?l@

d@ %l?s@ > /u(*5?ac@ → %l ?(*5@#?ac@ > /u?s@

e@ ;?s@ > ( ?ac@→ ;?ac@ > (?s@

 

f@ Ge /l# ?ac@ > (n /l ?ac@ → Ge /l ?ac@ > (n /l5?ac@

&@ Ge /l# ?ac@ >  (?ac@ → Ge /l?ac@ > /l ?ac@ > (?s@

".#. Dalancear las si&uientes ecuaciones por el m$todo *)idoC:educción y %l&ebraico3

a@ AFn *5?ac@ > /l?ac@ > Ge /l?ac@ →

 Ge /l#?ac@ > Fn/l?ac@ >A/l?ac@ > *?l@

 b@ -a (*#?ac@ > Dr ?&@ > *?l@→ -a (*5?ac@ > Dr ?ac@

c@  (*#?ac@ > -*# → (*5?ac@ > *?l@ > -*?&@

d@ %&?s@ > -*#?ac@ → %& -*#?ac@ > -*?&@ > *?l@

e@ %&?s@ > -*#?ac@ → %&-*#?ac@ > -*?ac@ > *?l@

".5. Dalancear las si&uientes ecuaciones por el m$todo ;onC4lectrón3

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a@ -*# > ; → ;*# > -* > *

 b@ ( > -*# → -* > ( > *

c@ Pb(*5 > * → Pb > Pb* > (*5

d@ AFn*5 > /l → A/l > Fn /l > * > /l

P:*DL4F%(

". La ruta comercial para producir -* ?&@  es por medio de lao)idación catalítica de -# ?&@

 -# ?&@ > * ?&@  P4 -* ?&@ > * ?&@

  910O/

a@ Dalancee la ecuación b@ /alcule los &ramos de -*?&@  que se producirán cuando se

 pon&an a reaccionar #5& de -# con #& de *

c@ 8i&a cuál es el reactivo límited@ /uántos &ramos sobran sin reaccionar del reactivo en e)ceso2

. /uando la nitro&licerina de uso antian&inoso sublin&ual semetaboliza a nivel +epático por efecto de la &lucotionitratoreductasa, da como productos las si&uientes sustancias3

  /#1 -#* > * >

 -*#

Q

  > /#9*#

a@ Dalancee la ecuación b@ /alcule los mili&ramos de cada uno de los productos si se

in&ieren".1 m&. de nitro&licerina en tres dosis de 0.1 cada una.

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#. La úrea se produce en el +í&ado y en los riKones del or&anismo+umanoB tambi$n es utilizada como fertilizante y se puede preparar mediante la si&uiente reacción3

 -# ?&@?ac@ > /*  →  -5/*? urea @ > *

a@ Dalancee la ecuación b@ /uántos &ramos de úrea se producirán si se ponen a

reaccionar 69& de -# con 55& de /*2c@ /uántos &ramos sobran del reactivo en e)ceso2d@ (i el rendimiento porcentual de la reacción es 90M /uánta

úrea se producirá en la práctica o en el proceso en ellaboratorio2

5. 4n un +orno de fundición se utiliza /*, monó)ido de carbono, para reducir el Ge*# a Ge puro. (e&ún la si&uiente reacción3

Ge*#?s@ > #/* ?&@ →  Ge?s@ > #/* ?&@

a@ /uál será el M de rendimiento del proceso si se pusieron areaccionar "69& de /*?&@ y se produ=eron "90& de Ge?s@

 b@ /uál es el rendimiento teórico2

1. 4l alco+ol etanol se puede obtener mediante un proceso defermentación de la &lucosa con levadura de cerveza. Podemosrepresentar el proceso la si&uiente reacción3

/6"*6 ?ac@ levadura /1* ?ac@ > /* ?&@

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a@ Dalancee la ecuación b@ (i disponemos de 100& de &lucosa y el rendimiento

 porcentual del proceso es del J0M /uántos &ramos de

alco+ol y de /* obtendremos2

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'%LL4: -o. "4('4E;*F4':;%

"."." 4l vino se produce durante el proceso de fermentación delazúcar de las uvas, el azúcar por acción de la levadura seconvierte en alco+ol etanol y &as carbónico.

La reacción es3

/6"*6  levadura /1* > /*

(i el rendimiento del proceso es J0M

/uántos Iilo&ramos de alco+ol se obtendrá a partir de "00Iilo&ramos de azúcar ?/6"*6@2/alcule el rendimiento teórico y el rendimiento práctico en el proceso fermentativo.

".". Podemos producir aspirina mediante la reacción del ácidosalicílico con an+ídrido ac$tico

/J6*#  > /56*# →

  /9*5  > /5*Rcido %n+ídrido %spirina(alicílico ac$tico

/uántas toneladas de %spirina se pueden obtener al poner areaccionar media tonelada de ácido salicílico con mediatonelada de an+ídrido ac$tico2/uál es el reactivo límite2/uánto sobra del reactivo en e)ceso2

".".# Dalancear las si&uientes ecuaciones mediante el m$todode *)ido H reducción

Ge*#>/ →  Ge > /*

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A/l > Fn* > (*5  →  A (*5 > Fn(*5 > /l > *

".".5 4l lauril sulfato de sodio es un deter&ente que se puede obtener en dos etapas3

". /"1* > (*5  → /"1*(*# > *  %lco+ol ácido laurilC  laurílico (ulfónico

. /"1*(*# > -a* → /"1*(*# -a > *8eter&ente

(i diariamente se producen 10 I& de deter&ente y el rendimiento porcentual del proceso es 90M, cuántos A& de alco+ol laurílico senecesitarán2

".".1 Dalancear las si&uientes ecuaciones mediante el m$todo o)idoCreducción3

a@ A /r *J  > /l →  A/l > /r/l# > /l > *

 b@ ; > -*#  →  ;*#  > -*  >*

 '%LL4: -o 4('4E;*F4':S%

".." La si&uiente reacción es de &ran inter$s especialmente en la

industria de abonos químicosF&# -?s@ > * ?l@  → F& ?*@ ?s@  > -#?&@

Dalancee la ecuación.

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(i se ponen a reaccionar T tonelada de F&# - con ".1 toneladas de*, calcule los A&s de -# producidos.

/uántos A&s sobran del reactivo en e)ceso2

".. n paciente in&irió una cuc+arada de un antiácido quecontenía 0. &ramos de F& ?*@. 4n el estóma&o el pacientecontenía apro)imadamente 0.J# & de /l en su =u&o &ástrico.

a@ 4scriba la ecuación de la reacción que ocurre en el estóma&odel paciente

 b@ Dalancee la ecuaciónc@ /uántos &ramos de producto se ori&inan2d@ /uál es el reactivo límite2e@ /uánto queda sin reaccionar del reactivo en e)ceso2

"..# n paciente in&irió un comprimido de aspirina en forma de lasal sódica del ácido acetil salicílico. 4l /l del estóma&o reaccionacon la aspirina sódica liberando el ácido acetil salicílico ysimultáneamente se neutraliza el /l. (i en el comprimido +abía0.1& de aspirina sódica y en el estóma&o 0.J#& de /l,

a@ %note la ecuación balaceada de la reacción que ocurre b@ /uál es el rendimiento práctico si el rendimiento porcentual

del proceso es de 90

"..5 n paciente se tomó una cápsula que contenía 0.5& defumarato ferroso, un antian$mico. 4n su estóma&o +abía 0.J& de

/l el cual libera al Ge> para convertirlo en cloruro ferroso.

a@ escriba la ecuación de la reacción que ocurre b@ balancee la ecuaciónc@ /uántos &ramos de Ge/l se producen2d@ /uál es el reactivo límite2

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G*:FL% 84 L% %(P;:;-% (*8;/%

G*:FL% 84L GF%:%'* G4::*(** Ge

  / *

  * / //

"..1 4n un e)perimento se +ace burbu=ear 0.1 &ramos de /*

&aseoso en un frasco que contiene a&ua. Posteriormente +ace burbu=ear 0.1 &ramos de -#.%mbos reactantes antes de reaccionar entre si lo +acen con el a&ua.

a@ 4scriba la ecuación balanceada de la reacción que ocurre entrelos reactantes despu$s de estar en contacto con el a&ua

 b@ /uál es el reactivo límite2c@ /uántos &ramos sobran del reactivo en e)ceso2d@ /uántos &ramos de productos se ori&inan2

 '%LL4: -o #

/**-a

O – C – CH3

 

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".#." (e ponen a reaccionar .0 &ramos de ácido láctico /#6*# con#.5 &ramos de amoníaco -#. /alcule cuántos &ramos de lactato deamonio /#1*# -5 se producirán. 8i&a cuál es el reactivo límite./uánto sobra sin reaccionar del reactivo en e)ceso2

La reacción balanceada es la si&uiente3/#6*# > -#  /#1*# -5

".#. %l ?*@#  > /#/** ?/#/**C@#%l > *a. balancear la ecuación

 b. /uántos &ramos de acetato de aluminio ?/#/**C@#%l se producirán cuando reaccionan 6 moles de ácido ac$tico /#/**.c. /uántos moles de +idró)ido de aluminio %l?*@#  se

necesitaránpara que reacionen con " moles de ácido ac$tico/#/**2

d. /uántos &ramos de +idró)ido de aluminio %l ?*@#  reaccionaráncon 6.0 &ramos de ácido ac$tico /#/**2e. (i el rendimiento teórico de la reacción anterior es de 905 &ramosy el rendimiento porcentual fue 90M, calcule el rendimiento práctico ?ocurre en el lab.@".#.# Dalancear por tanteo las si&uientes ecuaciones3a. -#  > #P*5  ?-5>@# P*5

 b. AFn*5  > /l > Ge/l  Fn* > A/l > Ge/l# > *c. /u > -*#  /u?-*#@ > * > -*

".#.5 /onsidere la si&uiente reacción y balanceela3 /l > Fn*  Fn/l > /l > *

/uando reaccionan 9 & de /L ? M  7 #6,1 &mol@, con "0 & de Fn*? M  79J&mol@ ,a@ cuántos & de /l ?/l 7 J" &mol@ se obtienen2 b@ si se obtiene .1 & de /l cuál será el rendimiento porcentual del proceso2

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c@ cuál es el reactivo límite2d@ cuánto sobra del reactivo en e)ceso2".#.1 4l /* que los astronautas e)+alan se e)trae de la atmósferade la nave espacial por reacción con A*3

/* > A* A /*# > */uántos I& de /* se pueden e)traer con ".00 I& de A*2

Capítulo (ESTA-O ?ASEOSO

-e0inicin3 es el estado físico de la materia donde ocurre el predominio de las fuerzas t$rmicas sobre las fuerzas de co+esión.

4sto obli&a a que las partículas constituyentes se encuentren muyseparadas entre sí. 8ic+a separación entre partículas le da muc+as delas características físicas a este estado de la materia, por e=emplo sucompresibilidad, su e)pansibilidad, la tendencia a ocupar todo elespacio disponible, su fluidez y fácil difusión.

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Podemos pensar en el estado &aseoso ima&inando un trozo de +ieloque al ser calentado de manera incontrolada va cambiando de estadoa medida que &ana calor?fuerza t$rmica@ pasa por el estado líquido yfinalmente se convierte en &as o vapor de a&ua.

@er 0i"ura

+ttp3UUU.&oo&le.com.co imá&enes de cambios de estado

i"ura (.1.1.4l estudio de los &ases requiere que distin&amos entre un "as ideal y un "as real. n &as puede presentarse como ideal o como realdependiendo de las condiciones de temperatura y presión que loest$n afectando. (i se encuentra a presiones menores o i&uales a "0atmósferas y temperaturas mayores o i&uales a 00 Ielvin su

comportamiento es de &as ideal. (i e)cede estos ran&os tendrácomportamiento de &as real.Un "as ideal cumple con las leyes que los ri&en como la le< de,o<le/ la le< de CBarles y la le< de ?a<5 )ussac o principio deAmontons tambi$n conocida como se"unda le< de CBarles.Fediante procedimientos matemáticos sencillos de las anteriores

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leyes podemos obtener la le< combinada y si tomamos enconsideración la masa o el número de moles =unto con el volumen,la temperatura y la presión, obtendremos la ecuacin de estado delos "ases ideales o ecuacin "eneral de los "ases.

(i deseamos realizar cálculos para determinar volúmenes,temperaturas y presiones debemos utilizar las leyes anteriormentemencionadas.La presión de un &as puede darse en milímetros de mercurio,mm&, %tmósferas, %tm, libras sobre pul&ada cuadrada, lbpul&,Pascales, pa, Iilopascales, Ipa, y la baria  .4l volumen de un &as se puede e)presar en litros, l, mililitros, ml,metros cúbicos, F#, pie cúbico, pie#.

La temperatura de un &as se puede e)presar en &rados centí&rados o/elsius, O/, &rados Ga+ren+eit, OG y en la escala absoluta o Aelvin.'odo cálculo de temperatura debe realizarse en la escala Aelvin posterior al cálculo se pueden +acer conversiones a otras escalas siel problema lo pide.$ota ver la tabla V" de conversión de unidades.

Intercambio de gases en los pulmones

+ttp3docencianacional.tripod.comprimerosWau)iliosanato6.+tm

La respiración es un proceso involuntario y automático, en que seextrae el oxigeno del aire inspirado y se expulsan los gases dedesecho con el aire espirado.

El aire se inhala por la nariz, donde se calienta y humedece. Luego,pasa a la faringe, sigue por la laringe y penetra en la traquea.

  la mitad de la altura del pecho, la traquea se divide en dos bronquiosque se dividen de nuevo, una y otra vez , en bronquios secundarios,terciarios y, finalmente, en unos !"#.### bronquiolos.

 l final de los bronquiolos se agrupan en racimos de alv$olos,peque%os sacos de aire, donde se realiza el intercambio de gases conla sangre.

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Los pulmones contienen aproximadamente &## millones de alv$olos,que desplegados ocupar'an una superficie de (# metros cuadrados,unas )# veces la extensión de la piel.

La respiración cumple con dos fases sucesivas, efectuadas gracias a

la acción muscular del diafragma y de los musculos intercostales,controlados todos por el centro respiratorio del bulbo raqu'deo. En lainspiración, el diafragma se contrae y los musculos intercostales seelevan y ensanchan las costillas. La ca*a torácica gana volumen ypenetra aire del exterior para llenar este espacio.+urante la espiración, el diafragma se rela*a y las costillas desciendeny se desplazan hacia el interior. La ca*a torácica disminuye sucapacidad y los pulmones de*an escapar el aire hacia el exterior.

roporciona el ox'geno que el cuerpo necesita y elimina el di-xido decarbono, o gas carbónico, que se produce en todas las c$lulas.

espirar consiste en tomar oxigeno del aire y expeler parte del dióxidode carbono que se produce en las c$lulas.

/iene tres fases01. Intercambio en los ulmones.!. El transporte de gases.&. La respiración en las c$lulas y te*idos.

El Intercambio en los pulmones

El aire entra en los pulmones y sale de ellos mediante los movimientosrespiratorios que son dos0En la Inspiración el aire penetra en los pulmones porque estos sehinchan al aumentar el volumen de la ca*a torácica. Lo cual es debidoa que el diafragma desciende y las costillas se levantan.En la espiración el aire es arro*ado al exterior ya que los pulmones secomprimen al disminuir de tama%o la ca*a torácica, pues el diafragma y

las costillas vuelven a su posición normal.

espiramos unas 1( veces por minuto y cada vez introducimos en larespiración normal 2 litro de aire. El n3mero de inspiraciones dependedel e*ercicio, de la edad etc. la capacidad pulmonar de una persona esde cinco litros. la cantidad de aire que se pueda renovar en unainspiración forzada se llama capacidad vital4 suele ser de &," litros.

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5uando el aire llega a los alv$olos, parte del oxigeno que llevaatraviesa las finisimas paredes y pasa a los glóbulos ro*os de lasangre. 6 el di-xido de carbono que tra'a la sangre pasa al aire, as' lasangre venenosa se convierte en sangre arterial esta operación sedenomina hematosis.

/ransporte de los gases

El ox'geno tomado en los alv$olos pulmonares es llevado por losglóbulos ro*os de la sangre hasta el corazón y despu$s distribuido porlas arterias a todas las c$lulas del cuerpo.

El di-xido de carbono es recogido en parte por los glóbulos ro*os yparte por el plasma y transportado por las venas cava hasta el corazón

y de all' es llevado a los pulmones para ser arro*ado al exterior.

La respiración de las c$lulas

/oman el ox'geno que les lleva la sangre y7o utilizan para quemar losalimentos que han absorbido, all' producen la energ'a que el cuerponecesita y en especial el calor que mantiene la temperatura del cuerpohumano a unos &( grados.

Existen unos &## millones de alv$olos de diámetro entre #,1 y #,& mm

cuya superficie es de unos (# metros cuadrados y que, respirando enreposo, contienen unos &," litros de aire que se renuevan mediante larespiración a un ritmo de unos ) litros por minuto.El volumen total delos pulmones es de " litros renovándose #." litros en cada respiraciónen condiciones de traba*o normales.

Las membranas de los alv$olos y de los capilares en contacto formanuna unidad funcional, la membrana alvéolo capilar , a trav$s de lacual se realiza el intercambio de gases en el pulmón. 8na parte delox'geno que hay en el aire alveolar pasa a la sangre del capilar

pulmonar y la mayor parte se une a la hemoglobina formandooxihemoglobina. 8na parte menor queda como ox'geno disuelto yaumenta la presión parcial de ox'geno sangu'neo hasta igualarla conla del aire alveolar. or otro lado un volumen similar de dióxido decarbono pasa desde la sangre hacia el alv$olo, desde el cual pasará,con el aire espirado, al exterior. El resultado es la transformación de lasangre venosa en arterial.

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+e los capilares pulmonares, la sangre arterial es llevada por lasvenas pulmonares a la aur'cula izquierda. +e aqu' pasa por la válvulamitral al ventr'culo izquierdo el cual bombea la sangre hacia laarteria aorta a una presión de 1!#79# mm:g. +esde aqu' es distribuidapor el sistema arterial a los capilares de todos los órganos del cuerpo./ras atravesar los capilares la sangre venosa es recogida por lasv$nulas y venas del organismo que confluyen en el sistema de lasvenas cavas completando el circuito de la circulación de la sangredescubierto por :arvey.

En los te*idos la oxihemoglobina entrega parte del ox'geno, mientrasque el dióxido de carbono difunde hacia la sangre desde los te*idos yfluidos. +e esta forma la sangre arterial se convierte en venosa.

En condiciones de reposo y respiración tranquila una persona normal

consume unos !"#;&## ml7minuto de ox'geno y produce unos !##;!"#ml7minuto de dióxido de carbono. La relación

< producción de carbónico7 consumo de ox'geno

se denomina cociente respiratorio o relación de intercambiorespiratorio, que puede variar en función del tipo de nutrientes=l'pidos frente a carbohidratos> y de la situación0 habitualmente seconsidera un valor de #,9 en reposo y 1,# en e*ercicio.

La sangre arterial contiene unos )9 ml de CO2 por cada 1## ml desangre, cuando de*a los te*idos como sangre venosa su contenido haaumentado hasta "! ml cada 1## ml de sangre. Esto supone uncambio de presión parcial de )# mm:g a )? mm de :g. Lo contrarioocurre a nivel pulmonar cuando se convierte en arterial.

[email protected] A ... A 5iencias y matemáticas A Biolog'a

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Fórmulas estructurales de algunos anestésicos inhalados.

 HALOTANO 

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  2bromo2cloro!"!"!tri#luor etano

$NFL%&ANO 2cloro!"!"2tri#luoroetil di#luormetil éter"

• '(OFL%&ANO !cloro2"2"2"tri#luoretil di#luormetil éter 

  ($)OFL%&ANO" #luorometil 2"2"2"tri#luoro! *tri#luormetil+

etil éter 

  F,C CH - CF,    O CH2F

 

/$(FL%&ANO" !"2"2"2"tetra#luoroetil di#luormetil éter.

  F    CF, CH O CHF2

Agente anestésico 0eso molecular /ensidad 1AC

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Halotano !3.4 !.56 7"38

$n#luorano !54.8 !.82 !"38

'so#luorano !54.8 !.87 !"!8

(evo#luorano 277 !.48 2"7

/es#luorano !65 !.82 6

 )olumen de vapor producido por ! ml de l9:uido a 27;C <

! atmós#era de presión

 Agente anestésico )olumen de vapor producido por ! ml de

  li:uido

Halotano 225 ml

$n#luorano !5.8 ml

'so#luorano !8.3 ml

(evo#luorano !52.3 ml

/es#luorano 27.3 ml

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(.1. )E -E ,O)E 5 MARIOTTE

4sta ley nos permite obtener información sobre el comportamientodel volumen de un &as ideal tomando en consideración únicamenteel cambio de presión  que afecta al &as desde unas condicionesiniciales +asta unas condiciones finales. Para que la ley sea válida sedebe tener presente que la temperatura debe ser constante  al i&ualque la masa durante el cambio.

(.1.1. E!presin "rD0ica de la le<

E!perimento con temperatura constante < masa constante

i"ura (.1.(.

(.1.(. E!presin matemDtica de la le<

(i ' 7 A y m 7 A,

< &as X " P.4sta e)presión matemática se lee así3 para una masa fi=a, mF , de&as a temperatura constante, TF , el volumen varía inversamente

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 proporcional a la presión. 4so si&nifica que si la presión de un &as seduplica, (>, el volumen disminuya a la mitad, G @.

%+ora podemos +acer la representación en el plano de coordenadasde los datos que se muestran en la fi&ura .".. y obtener la curvacaracterística de la ley de Doyle3

@. cm+  >.atm.

  50 " 50  (7 (  "0 5 #0  @cm+

  0

  "0

  >. at.  1 ( + 8

i"ura (.1.+.

>RO,)EMAS RESUE)TOS

". <eamos un e=ercicio donde se debe aplicar la ley de Doyle para

obtener el dato solicitado3 4n un sistema de pistón móvil se introdu=eron 00 litros de aire atemperatura constante y .0 atmósferas de presión. /alcule elvolumen de aire en el sistema cuando la presión cambie a "0atmósferas.

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8atos3 <i 7 00 litros  Pi 7 .0 atm.  <f 

 7 2 Litros  Pf  7 "0 atm.

(e&ún la le< de ,o<le el volumen de una masa fija de un gas varía

inversamente proporcional con la variación de la presión , por lotanto, si la presión final aumentó, el volumen debe disminuir.Fatemáticamente procedemos%sí 3

<f  7 <i litros ) .0atm"0atm<f  7 00 litros ) atm"0 atm<f  7 50 litros./omo el volumen final debe disminuir +emos multiplicado elvolumen inicial por un factor menor que la unidad ?.0"0@ lo quenos &arantiza tener una respuesta correcta.

E=ercicio resuelto (

n tanque que contiene 5 pies# de (*# a atmósferas de presión, se conecta por medio de una llave, a un tanque quecontiene 6 pie# de -* a 1 atmósferas de presión. /alcule la presión total despu$s que la llave se abra. -o +ubo cambios enla temperatura.

  " 6 pie#

 1 atm  5 pie #  atm

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  <i ?"@ 75 pie#  <i ?@ 7 6 pie#

  Pi ?"@ 7 atm Pi ?@ 7 1 atm

/uando se abre la llave conectora el volumen final es i&ual a "0 pie#

 <f 7 <i ?"@ > <i ?@ 7 "0 pie #

La presión final en el recipiente " despu$s que se abra la llave es3Pf" 7 atm ) 5 pie#"0 pie#7 #.6 atmLa presión final en el recipiente despu$s que se abra la llave es3Pf7 1 atm ) 6 pie#"0 pie#7 #.0 atm.La presión final total es 7 Pf"  > Pf Pf' 7 #.6 atm > #.0 atm 7 6.6 atm

E=ercicio resuelto +(i durante una espiración forzada los músculos abdominales y losintercostales internos redu=eron la capacidad pulmonar de 1.0 litros+asta #.0 litros y la presión interna antes de la inspiración era deJ60 mm&, calcule la presión e=ercida por los músculosabdominales e intercostales internos durante la espiración.P" 7 J60 mm&<" 7 1.0 litros< 7 #.0 litrosP 7 P7 J60mm& ) 1.0 #.0 7 "66,66 mm&

(.( )E -E C4AR)ES O >RIMERA )E -E C4AR)ES

 /on esta ley podemos tener información sobre el comportamientodel volumen de una masa fija de gas ideal cuando varía la

temperatura, dada en escala absoluta (Kelvin), desde unas

condiciones iniciales a unas condiciones finales, siempre que la presión se manten&a constante.

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(.(.1. E!presin "rD0ica de la le< de CBarles

E!perimento con presin constante < masa constante

+ttp3UUU.&oo&le.com.co imá&enes ley de c+arlesCNay Lussac

  i"ura (.(.1.

(.(.(. E!presin matemDtica de la le<

(i P 7 A y m 7 A,

< &as X ' ?Aelvin@.

4sta e)presión matemática se lee así3 para una masa fi=a, mF , de&as a presión constante, >F , el volumen varía directamente proporcional a la temperatura absoluta. 4so si&nifica que si la

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temperatura Ielvin de un &as se duplica, (T, el volumen tambi$n seduplica a (@.

%+ora podemos +acer la representación en el plano de coordenadas

de los datos que se muestran en la fi&ura ... y obtener la rectacaracterística de la ley de /+arles3

 

0i"ura (.(.(.

>RO,)EMAS RESUE)TOS

". (e reco&ió -itró&eno a 0O/ en un recipiente de material elástico.(uponiendo que la presión permanece constante, a qu$ temperaturacentí&rada se duplicará el volumen de nitró&eno2

@olumen enlitros

Temperatura en Fel;in

(.7 8771.3 +771.7 (777.3 177

1.(3 (371.H3 +37

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Solucin0O/ es i&ual a J# Aelvin8e acuerdo con la ley de /+arles <X 'Por tanto <será directamente proporcional a '

(i ' 7 a J# A, ' será 7 a 156 A que convertidos a centí&radosO/ 7 A H J#. O/ 7 156A H J# 7 J# O/. . (e recolectaron "1 L o)ido nitroso -* a 0 O/ a " atm en unrecipiente cilindrico y se &uardó a 0 O/ a " atm. de presión. 8espu$sde cierto tiempo se pasó el recipiente a un lu&ar a " atm y 5 O/debido a que se detectó una abolladura en el recipiente. 8i&a sisaldría &as o entraría aire al recipiente si tuviera un orificio en laabolladura.

Solucin@i  "1 L'i 7 0O/ 7 J# A  'f 7 5O/' Ielvin 7 5O/ > J# 7 JJ@0  7 2/omo la temperatura aumentó, el volumen final debe aumentar.

Fultiplicamos el volumen inicial por un factor mayor que la unidad para que nos resulte un volumen final mayor que el inicial

<f 7 "1 L )JJ A : J#A 7 "1, L

#. na muestra de monó)ido de carbono se encuentra a unatemperatura de "11O/. (i el volumen inicial de la muestra es de 6.6litros, Eu$ temperatura debe tener el sistema si se quiere reducir elvolumen a #.15 litros2 L P y la masa son constantes.

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Solucin<i7 6.6 L'i7 "11O/ > J# 7 59 A <f7 #.15 L

'f7 2(i P 7 A y m 7 A,

< &as X ' [email protected] acuerdo a la ley de /+arles si queremos reducir el volumen, latemperatura debe disminuir por lo tanto debemos multiplicar latemperatura inicial por un factor menor que la unidad,#.156.6

 'f 7 59 A ) #.15 L6.6 L7 ,16A 'f en O/ 7 .16A H J# 7 H 5#,55 O/

(.+ SE?U$-A )E -E C4AR)ES O -E ?A )USSAC

/on esta ley podemos aprender sobre el comportamiento de la presión de una masa fija de gas ideal cuando varía la

temperatura, dada en escala absoluta (Kelvin), desde unascondiciones iniciales a unas condiciones finales, siempre que el

volumen se manten&a constante.

(.+.1. E!presin "rD0ica de la se"unda le< de CBarles o de ?a<)ussac

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+ttp3UUU.&oo&le.com.co imá&enes ley de c+arlesCNay Lussac

(.+.(. E!presin matemDtica de la le<

(i < 7 A y m 7 A,

P &as X ' ?Aelvin@.

4sta e)presión matemática se lee así3 para una masa fi=a, mF , de&as a volumen constante, @F , la presión varía directamente proporcional a la temperatura absoluta. 4so si&nifica que si la

temperatura Ielvin de un &as se duplica, (T, la presión tambi$n seduplica a (>.

%+ora podemos +acer la representación en el plano de coordenadasde los datos que se muestran en la fi&ura .#.. y obtener la rectacaracterística de la se&unda ley de /+arles3

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Gavor complete la fi&ura usando valores de P en atmósferas y ' enIelvin.

+ttp3UUU.&oo&le.com.co imá&enes ley de /+arlesCNay Lussac

>RO,)EMAS RESUE)TOS1. na bala de o)í&eno para uso en terapia respiratoria se encontrabaalmacenada en un cuarto frio a 5.0O/, el manómetro del tanquemarcaba una presión "#.0 lbpul&, lue&o se trasladó a una pieza de

la clínica que tenía una temperatura de "9 O/. /uál será la presiónque marca el manómetro del tanque en dic+a lu&ar2

Solucin Ti 8.7 C 2(H+ (HHF  T0 1J C 2 (H+ (K1 F   >i 1+.7 lb:pul"(

  >0 L

8e acuerdo a la ley, si la temperatura aumentó, la presión final debeaumentar.(e multiplica la presión unicial por un factor mayor que la unidaddada por la relación entre la temperatura final sobre la temperaturainicial, (K1: (HH, así3 Pf 7 "#.0 lbpul&) (K1: (HH 7 "#,61J lbpul&

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. 4l manómetro que se usó para medir la presión de una llanta deautomóvil marcó 9 lbpul& cuando la temperatura del suelo y lallanta era 9O/. 8espu$s de andar en carretera caliente se midió de

nuevo la presión de la llanta dando una lectura de #0 lbpul&. /uálserá la temperatura de la llanta suponiendo un volumen constante2

Solucin'i 7 9O/ > J#7 #0"A Pi 7 9 lbpul&

Pf 7 #0 lbpul& 'f 7 2

8e acuerdo a la ley, si la presión aumentó la temperatura final debeaumentar, multiplicamos la temperatura inicial por un factor mayorque la unidad dado por la relación entre la presión final sobre la presión inicial así3'f 7 #0" A ) #0 lbpul&9 lbpul&7 #,1A O/ 7 #,1A H J#7 5,1

#. n bulbo de vidrio sellado contiene neón a J60 mm& a unatemperatura de "9O/. (i el neón fue empacado en el bulbo usando+ielo seco a una temperatura de HJ#O/, /uál era la presión del neónen el momento de empacado2

SolucinT0 "9O/ > J#7 (K1 F  'i 7 HJ#O/ > J# 7 00A  Pf 7 J60 mm& Pi 7 2

(e&ún la ley la tempertura aumentó de 00 a " Aelvin por lo tantola presión debió aumentar de  X  valor +asta J60mm&.

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/alculamos la presión inicial multiplicando la presión final por unfactor menor que la unidad que estará dada por la relación de 00 " así3 Pi7 J60mm& ) 00A "A 7 1,#5 mm&

 )E ?E$ERA) -E )OS ?ASES I-EA)ES

/uando combinamos matemáticamente dos de las leyes vistasanteriormente, por e=emplo la ley de Doyle y la ley de c+arles, podemos obtener una relación &eneral que nos permite realizarcálculos en caso de que est$n cambiando de manera simultánea dosde los tres factores involucrados ?<, ', P@.<eamos3La ley de boyle nos dice que <X "Pa temperatura constante para una masa fi=a de &as.La primera ley de /+arles nos dice que el <X ' a presión constante para una masa fi=a de &as. 'enemos como factor común al volumen<.Podemos asumir que <X'P. 4sta relación de proporcionalidad podemos convertirla en i&ualdad introduciendo una constante. <7A'P, despe=ando A tenemos que A7 P<'.

(i analizamos un proceso de unas condiciones iniciales a otrascondiciones finales tendremos que Pi<i'i 7Ai y Pf<f'f 7 Af /omo Ai 7 Af, tenemos que Pi<i'i7 Pf<f'ftilizando la relación &eneral o la ecuación final podemos +acer loscálculos de dos factores cuando cambian en un único proceso

>RO,)EMAS RESUE)TOS

". (e reco&ió un ?"@ litro de *  a condiciones normales, posteriormente se pasó a un recipiente inflable y se cambió latemperatura a #JO/ y J90 mm&. /uántos litros ocupará elo)í&eno a estas nuevas condiciones. 

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Solucin8atos3<i 7 " LitroPi 7 J60 mm&Y /-

'i 7 J# AY /-'f 7 #"0 A Pf 7 J90 mm&<f 7 28ebido a que la temperatura aumenta por lo tanto el volumen debeaumentar, se multiplica el volumen inicial por un factor mayor quela unidad dado por el cambio de temperatura3

 <f 7 " litro ) #"0 A J#A )CCCCCC/omo la presión aumentó el volumen debe disminuir, se&uidamentemultiplicamos por un factor menor que la unidad dado por el cambioen la presión3<f 7 " litro ) #"0 A J#A ) J60 mm& J90mm& 7 ","06 litros

. 8urante la espiración pulmonar la capacidad de los pulmones es#.1 litros a #6 O/ y "5,J lbpul&. (i durante la inspiración elvolumen pulmonar cambia a 1 litros y la temperatura aumenta a#J.1O/ cuál sería la presión para que ocurra este acto fisioló&ico2

Solucin8atos3Pi 7 "5,J lbpul& 7 " atm<i 7 #.1 litros'i 7 #6 O/ > J# 7 #0 A<f 7 1.0 Litros

'f 7 #J.1O/ > J# 7 #"0.1 APf 7 2

(i el volumen aumenta la presión debe disminuir, multiplicamos la presión inicial por un factor menor que la unidad dado por el cambiode volumenB se&uidamente vemos que si la temperatura aumentó la

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 presión debe aumentar, a+ora multiplicamos por un factor mayor quela unidad dado por el cambio de temperatura así3

Pf 7 " atm ) #.1 litros1.0 litros ) #"0.1 A #0 A 7 0,J0# atm

#. 4n un recipiente cerrado de volumen variable se introdu=eron 10mililitros de &as carbónico a #JO/ y J16 mm&, /uál será latemperatura cuando el volumen sea 100 ml. y la presión aumente aJ90 mm&Solucin/8atos3<i 7 10 ml <f 7 100 ml

'i 7 #JO/ > J# 7 #"0A 'f 7 2Pi 7 J16 mm& Pf 7 J90 mm&

Para resolver debemos multiplicar la 'i por un factor mayor que launidad dado por la relación de volúmenes 100 10 porque si elvolumen aumenta la temperatura tambi$n aumentaB se&uidamentemultiplicamos por un factor mayor que la unidad dado por larelación de presiones, porque si la presión aumentó fue debido a unaumento de temperatura. 4l factor es J90 mm& J16mm&.

'f 7 #"0 A ) 100ml 10ml ) J90 mm& J16mm& 7 6#,69 A 

>RI$CI>IO -E A@O?A-RO4ste principio o ley nos enseKa que el volumen de un &as varíadirectamente proporcinal con la variación en el número moles del&as. (i en un recipiente de volumen variable duplicamos el númerode moles de el &as contenido, el volumen se duplicará.

<X Z siendo Z el número de moles del &as.8e esta ley se deriva el conocimiento de que, si tenemos un mol decualquier &as a condiciones normales, /-, ?" atm y J# A@ ocuparáun volumen de ,5 litros. (i fuesen 0.1 moles el volumen sería "",litrosB si se tratara de "0 moles, el volumen correspondiente a /-será de 5 litros.

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ECUACI#$ -E ESTA-O -E )OS ?ASES I-EA)ES

:ecordemos las leyes vistas +asta a+ora.

<X "p<X '<X Z (implificando tendremos que <X'ZP, al cambiar la relación de proporcionalidad a i&ualdad introducimos una constante [ demanera que la i&ualdad quedaría así3< 7 Z[\:P la constante A se reemplazó por la letra :

?:   en Bonor a 4enri @ictor Re"nault Euímico franc$s nacido en"9"0 y murió en "9J9.@ La ecuación quedaría así3< 7 Z:\P :eor&anizándola tendremos P< 7 Z:' esta última seconoce como la ecuación de estado de los &ases ideales./on esta ecuación podemos +acer cálculos de masa de un &as y se puede e)presar en moles, milimoles, &ramos, mili&ramos, libras,Iilo&ramos, etc.

 

8ependiendo del tema de fisicoquímica que estemos tratando, laconstante : se mane=a con diferentes valores y unidades3

< #,#9! atmClCD1Cmol1 si se traba*a con atmósferas y litros

< 9,&1)"1 FCD1Cmol1 si se traba*a en Gistema Internacional de

8nidades

< 1,H9( calCD1Cmol1

< 9,&1)"1 1#1# erg CD1Cmol1

< 9,&1(x1#& =m&>=Dpa>7=mol>=D> si se traba*a con metros c3bicos y

ilo pascales

8e esta ley se deduce que un mol ?"0# mol$culas@ de &as ideal ocupasiempre un volumen i&ual a ,5 litros a 0 O/ y " atmósfera. <$ase

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tambi$n <olumen molar . 'ambi$n se le llama la ecuación de estado delos &ases, ya que solo depende del estado actual en que se encuentreel &as.

Gactores diferentes de P, <, n, : ' que se pueden calcular a partir dela ecuación P< 7 n:',

8esarrollo3 sabemos que Z, número de moles, se calcula dividiendola masa en &ramos de la sustancia entre el peso molecular de lamisma dado en & mol así3 Z 7 ]&: pm ?&mol@

 ?"@ Z 7 ]&: pm ?&mol@ si reemplazamos esta i&ualdad en laecuación de estado tendremos que

?"a@ P<7 ]pm : ' de aquí podemos despe=ar ]?&@ y tambi$nPm ?&mol@.(i en la ecuación ?"a@ intercambiamos la posición de < con pmtendremos ?" b@ que quedaría así3

?"b@ P ^ pm 7 ]< ^ : ^ ' como sabemos que 8 ?densidad@7 ]<,reemplazando tendremos que P^pm 7 8^:^', de aquí podemosdespe=ar 8 ?densidad@ de los &ases ideales.

  P:*DL4F%( :4(4L'*(

". na persona saludable en reposo produ=o 0.1 litros de /*  en dosminutos de respiración a " atmósfera de presión a #"0 Aelvin./uántos moles y cuántos &ramos de /*  fueron e)+alados2Solucin-atos <  0.1 litros de /* 

P 7 " atm

  ' 7 #"0A   Pm /*7 55 &mol  : 7 0,09 atm_l_A Q"_molQ"

 

Para obtener la primera respuesta aplicamos P< 7 n:' ydespe=amos Z.

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Z 7 P^<: :^' 7 " atm ^ 0.1 litros : 0,09 atm_l_A Q"_molQ" J #"0A 7 

0,0"Jmoles(i multiplicamos el valor de Z por el pm del /*  tendremos lase&unda respuesta.

 0,0"Jmoles ^ 55 &:mol 7 0,966J &.

.n paciente en la sala de ciru&ía en estado de inducción deanestesia con (evoflurano, recibe una concentración de 1.9 ml. delanest$sico por cada "00 ml. de aire inspirado a #JO/ y J60mm&. (ila fórmula molecular del (evoflurano es /5GJ#*, /alcule los&ramos del anest$sico que recibe el paciente por cada "00 ml. deaire inspirado.

Solucin-atos < 71.9 ml. de  (evoflurano 7 0.019 litros.  P 7 " atm 7 J60mm&  ' 7 #JO/ 7 #"0 A   Pm7 00." &mol  : 7 0.09 atm_l_A Q"_molQ" 

P< 7 n:' n 7 ] pm

P< 7 : ' .]pm ] 7P.<.pm :. '.] 7 " atm. 0.019 L. 00."&mol : 0.09 atm_L_A Q"_molQ" . #"0A  N 7.83"

+./alcule el número moles de (evofluorano correspondiente a los0.516 &ramos del anest$sico.

Pm del (evofluorano 7 00." &mol.Nramos de anest$sico 7 0.516&.Solucin  n7 ]& pm?&mol@

n 7 0.516& 00." &mol 7 0.00#moles

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5. /alcule la densidad del (evofluorano aplicado al paciente?estado&aseoso@.

 ] 7 0.516&< 7 0.019 L

8 7 ] <

(olución3 - 7.83" : 7.73J ) J,96&L . "L"000ml. 70,00J96& ml.

)E -E -A)TO$ -E )AS >RESIO$ES >ARCIA)ES

4sta ley se aplica cuando se desea conocer la presión que e=erce cada

uno de los &ases que están formando parte de una mezcla &aseosa enun recipiente de volumen constante?tanque metálico de &as@ donde por medio de un manómetro se +a determinado la presión total quee=ercen todos los &ases constituyentes de la mezcla.

La cantidad de cada uno de los &ases en la mezcla puede estar dadaen volumen, en moles, milimoles, &ramos, mili&ramos, Iilo&ramosetc.

(i tenemos una mezcla de dos &ases % y D, tenemos una mezcla binaria o de dos elementos. La mezcla puede ser de dos o máselementos.

(i desi&namos la presión total como Pt y presión del &as % como P%

y la del &as D como PD, se&ún la ley de 8alton Pt 7 P% > PD.

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La P% y la PD se conocen como presiones parciales, de manera que la presión total en una mezcla de &ases a volumen y temperaturaconstantes es i&ual a la suma de las presiones parciales.

 /uando ' y < 7 A Pt 7 P% > PD 

(i tenemos una mezcla de ", , #, 5 y 1 &ases a las condiciones detemperatura y volumen antes descritas, podemos decir que Pt 7 P">P> P# >P5 >P1.

La presión parcial de un &as de la mezcla se puede calcular

multiplicando la presión total por la fracción molar del &as omultiplicando la presión total por el M << del &as en cuestión.

%sí3 P" 7 Pt ) !"  B !"7 Ƞ" t donde es número de moles.Ƞ Ƞ

t 7Ƞ Ƞ" > Ƞ > Ƞ# >Ƞ5>Ƞ1 B 7 & Pm?&mol@.Ƞ

(i la mezcla está dada en unidades de volumen se calcula el M envolumen y se procede así3 P" 7 Pt ) Mvv? e=. 0"00@

P:*DL4F%( :4(4L'*(

"./alcule la presión parcial de un anest$sico cuya concentración en

"00 ml de aire es de 1.9 ml, el resto corresponde a - y *?nitró&eno

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J9M B o)í&eno "M en volumen@La mezcla de aire y anest$sico está

a J60mm&.

8atos3

Pt7 J60mm&,

/oncentración de anest$sico 7 1.9M vvB /oncentración

de - 7 J#.Mvv B /oncentración de * 7 "Mvv.

/álculos3 Pa7 Pt ) Mvv Pa7 J60mm& ) 1.9"00 7

Pa 7 55,09mm&.

. (e reco&ió *zono sobre a&ua en un frasco colector que

contenía un manómetro que marcó 660 mm& al final

del proceso. `unto con el ozono se encontró vapor de

a&ua. 4l proceso se realizó a 0O/.

/alcule la presión parcial del ozono en este recipiente.

8atos3 Pvap* 7 "J.15 mm& a 0O/.

Pt 7 Pozono > Pvap*  Pozono 7 Pt Q Pvap*

/alculos3 Pozono 7 Pt Q Pvap* Pozono 7 660mm&

Q"J.15 mm& 7

Pozono 7 65,56mm&

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>RO,)EMAS >RO>UESTOS

". na mezcla de *)í&eno e idró&eno, con un "1 M en peso de

este último, se encuentra en un recipiente cerrado a "0 / y " atm./alcular3 a@ la presión parcial de cada &as y b@ la densidad de la

mezcla.

. 'res recipientes vidriados conteniendo aire están conectados entre

sí con las llaves conectoras cerradas ?ver fi&ura@.

 

#00 ml 60 ml 00ml

  0.5 atm 0.# atm 0.1atm

/alcule la presión total en atmósferas del sistema a '7 A cuando se

abran las dos llaves y el aire del sistema se difunda entre sí.

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#. . na mezcla de &ases está formada por 0Mvv de -, #0Mvv de

* y 10Mvv de e a J60mm&. cuál será la presión parcial de

cada &as2

5.4n condiciones normales un ?" L@ litro de amoníaco, -#,

 presenta la masa de 0.JJ" &. /alcule la densidad del amoníaco a 650

torr.

1.Eu$ volumen ocupará 1 moles de un &as a 90O / y J50 mm.

&2

6./uántos &ramos de +idró&eno, , ocuparán un volumen de "0.J6

L a atmósferas de presión y "JO/2

J./alcule el paso molecular de un &as si "."1 &ramos ocupan un

volumen de .9 litros a condiciones normales.

9.n cuarto tiene "6 pies por " pies por "pies. 8i&a si el aire

entrará o saldrá del cuarto y cuánto, si la temperatura se cambia de

JO/ a H#O/ permaneciendo constante la presión.

.(e reco&ió e, +elio, en un &lobo a 0O/. (i la presión permanececonstante, a qu$ temperatura centí&rada se duplicará el volumen2

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"0./uál será la presión necesaria para comprimir 00 litros de

un &as a " atmósfera de presión +asta 0 litros, a temperatura

constante2

""./ierta masa de /* ocupa un volumen de 1 pies# a J0OG a

 presión constante, cuál será el volumen de /* a "OG2

".(e desea obtener 000 ml. de * a "00O / y 650 mm de &.

cuántas mol$culas de * se necesitarán2

#  n tanque que contiene 5 pies# de (*# a atmósferas de

 presión, se conecta por medio de una llave, a un tanque que

contiene 6 pie# de -* a 1 atmósferas de presión. /alcule la

 presión total despu$s que la llave se abra. -o +ubo cambios en

la temperatura.

5 Eu$ volumen ocuparán ".05 !"0# mol$culas de /* acondiciones normales.

 

"- /ierta cantidad de &as ocupa J6.9 cm# a una presión de JJ mm

de mercurio. /alcular el volumen a la presión de J60 mm de

mercurio.

"#Cna masa de &as ocupa 600 cm# a 1/. (i la presión se

mantiene constante, calcular el volumen de dic+a masa de &as a

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 H 1 /.

"5Cna muestra de &as ocupa ",0 L a 50 / y una presión de 90.0

IPa. % qu$ temperatura el &as ocupará "1,0 L si la presión aumenta

a "0J IPa2

"1. (i una mol de un &as ocupa un volumen de .5 L a J60 mm de

& y J# A. /alcular el volumen ocupa a 609 mm de & y "0/.

1. na cantidad de &as ocupa #00 cm# a una presión de 96 mm de

&. 8eterminar el volumen que ocupará a la presión normal, si la

temperatura permanece constante.

1H. na masa de &as ocupa 600 cm# a JJ G. (i la presión semantiene constante. 8eterminar el volumen de dic+a masa &aseosa a

# G.

1J. na muestra de &as ocupa 500 cm# a J/. /alcular el volumen

a H "0/, al mantener constante la presión.

1K. n tanque se encuentra lleno de un &as a la presión de 5

atmósferas y "0/. La válvula de se&uridad se abre cuando la

 presión lle&a a "0 atmósferas. /alcular la temperatura a que debe

calentarse el tanque para que se abra la válvula de se&uridad.

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(7. (i la presión de una muestra &aseosa se eleva de "10 mm de &

a 6 atmósferas, siendo la temperatura inicial de "J/. /alcular la

temperatura final si no +ay variación de volumen.

(1. 4l volumen observado de una cantidad de &as a "0/ y a la

 presión de J10 mm es de 50 L. allar el volumen que ocupará si la

temperatura aumenta a 50/ y la presión disminuye a J00 mm &.

((. .0L de aire medidos a presión de J10 mm & y a la temperatura

de "9/ se llevan a un tanque de J1 litros de capacidad. Latemperatura final es de J/. /alcular la presión del aire en el

tanque.

(+. 8eterminar el volumen que ocupan moles de /* ?monó)ido

de carbono@, considerado como un &as ideal, a at y J/.

(8. % J1/ y presión de 650 mm &, 0.09 & de una sustanciaocupan en estado &aseoso 1#0.9 cm#. 8eterminar el peso molecular

de dic+a sustancia.

(3. % #/ y presión de J#9 mm, la densidad del cloruro de

+idró&eno es i&ual a ",560 & L. /alcular el peso molecular de esta

sustancia.

(. 8eterminar la densidad del o)í&eno a /. -.

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(H. 4n un recipiente de "0 L se introducen "5 &ramos de nitró&eno,

1 &ramos de +idró&eno y un mol de o)í&eno a 500A /alcular3 a@ La

 presión total de la mezcla &aseosa, b@ la fracción molar de o)í&eno y

c@ la presión parcial de nitró&eno.

(J. % trav$s de un recipiente poroso se escapan 0 mL de  en "1

minutos. /alcular el volumen de * se escapará en ese tiempo.

(K. /alcular la concentración molar del o)í&eno en a&ua a 1 /

 para una presión parcial de 0. atm. La constante de la ley deenry para el o)í&eno es de ".# )"0C# molL atm.

+7. na muestra de - se reco&e sobre a&ua a "9O/ y a una presión

de 160mm&. (e colecta un volumen de &as de "1mL. /uántas

moles de - están presentes2

)E -E -IUSI#$ -E ?RA4AM

La Ley de Nra+am, formulada en "9 por '+omas Nra+am, estableceque las velocidades de difusión y efusión de los &ases son inversamente

 proporcionales a las raíces cuadradas de sus respectivas masa molares.

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Siendo v las ;elocidades < M  las masas molares.

4fusión es el flu=o de partículas de &as a trav$s de orificios estrec+os

o poros.

(e +ace uso de este principio en el m$todo de efusión de separación

de ;sótopos.

4l fenómeno de efusión está relacionado con la ener&ía cin$tica de las

mol$culas. Nracias a su movimiento constante, las partículas de una

sustancia, se distribuyen uniformemente en el espacio libre. (i +ay

una concentración mayor de partículas en un punto +abrá más

c+oques entre sí, por lo que +ará que se muevan +acia las re&iones

de menor número3 las sustancias se difunden de una re&ión de mayor concentración a una re&ión de menor concentración.

La difusión es el proceso por el cual una sustancia se distribuye

uniformemente en el espacio que la encierra o en el medio en que se

encuentra. Por e=emplo3 si se conectan dos tanques conteniendo el

mismo &as a diferentes presiones, en corto tiempo la presión es i&ual

en ambos tanques. 'ambi$n si se introduce una pequeKa cantidad de

&as % en un e)tremo de un tanque cerrado que contiene otro &as D,

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rápidamente el &as % se distribuirá uniformemente por todo el

tanque.

La difusión es una consecuencia del movimiento continuo y elásticode las mol$culas &aseosas. Nases diferentes tienen distintas

velocidades de difusión. Para obtener información cuantitativa sobre

las velocidades de difusión se +an +ec+o muc+as determinaciones.

4n una t$cnica el &as se de=a pasar por orificios pequeKos a un

espacio totalmente vacíoB la distribución en estas condiciones se

llama efusión y la velocidad de las mol$culas es i&ual que en la

difusión. Los resultados son e)presados por la ley de Nra+am. La

velocidad de difusión de un &as es inversamente proporcional a la

raíz cuadrada de su densidad.

En donde ;1 < ;( son las ;elocidades de di0usin de los "ases

Firando la ley de Nra+am de forma simple, esta nos dice que a

mayor peso molecular de un &as menor será su velocidad de difusión

o efusión.

(i comparamos las velocidades de difusión de dos &ases diferentes

?" y @ a ' y P constantes e introducimos los datos en la ecuación de

estado de los &ases ideales tendremos que3

P. < 7 & pm. : .' si a+ora cambiamos & por ] y pm por F

tendremos 3 P.< 7 ]F . : .' y si despe=amos densidad tendremos3

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P.F7 ]< .:.' despe=ando densidad tendremos ]< 7 P.F:'

]< 7 8 y 8 7 P.F :' como P, : y ' son constantes nos queda3

87 F. A o tambi$n que 8 es directamente proporcional al peso

molecular P - M  por lo tanto podemos cambiar o reemplazar M 

por - en la fórmula de difusión y quedaría así3

 La velocidad  de difusión de un  gas es inversamente  proporcional  a 

la raíz  cuadrada de  su densidad .

 

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