GASES-PROBLEMAS

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  • QUMICA GENERAL

    PROBLEMAS RESUELTOS

    Dr. D. Pedro A. Cordero Guerrero

    LOS GASES

  • PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL LOS GASES - 2 de 26

    ESTADOS DE AGREGACIN DE LA MATERIA: LOS GASESPROBLEMAS RESUELTOS

    CONCEPTOS TERICOS BSICOS

    GAS y VAPOR: Se le llama GAS a cualquier sustancia que en las condiciones ambientales se encuentra en estadogaseoso, mientras que se le llama VAPOR al estado gaseoso de cualquier sustancia que en las condicionesambientales se encuentra en estado slido o lquido.

    CONDICIONES NORMALES: Son unas condiciones de referencia en las que P = 1 atm y T = 0C = 273K

    HIPTESIS DE AVOGADRO: Volmenes iguales de gases diferentes en las mismas condiciones de presin ytemperatura contienen el mismo nmero de molculas.

    VOLUMEN MOLAR NORMAL: Un mol de cualquier gas en condiciones normales ocupa 22,4 litros

    LEY DE BOYLE-MARIOTTE: Para una misma cantidad de gas a Temperatura constante, elproducto de la presin que ejerce por el volumen que ocupa es constante

    LEYES DE CHARLES Y GAY LUSSAC:1- Cuando se mantiene constante la presin, la relacin entre el volumen ocupado por una cierta cantidad de gas y la temperatura a la que se encuentra, permanece constante.

    2- La relacin entre la presin ejercida por una determinada cantidad de gas y la temperatura ala que se encuentre, es constante, si no hay variacin de volumen

    ECUACIN GENERAL DE LOS GASES IDEALES: P. V

    TP'. V'

    T'=

    ECUACIN DE CLAPEYRON: , donde R es la constante de losP. V n.R.T P. V gramosPm

    .R.T= =gases: R = 0,082 atm.L/mol.K = 8,31 Julios/mol.K = 1,98 cal/mol.K

    GAS IDEAL: Es aquel que cumple las leyes de los gases ideales (El volumen de sus partculas es nulo y no existenfuerzas atractivas entre ellas).

    ECUACIN DE VAN DER WAALS PARA LOS GASES REALES: ( )P a.nV

    . V n.b n.R.T2

    2+

    =

    donde (presin interna) y b (covolumen) son dos constantes experimentales propias de cada gasa

    V 2

    PRESIN PARCIAL: Es la presin que ejercera un gas, componente de una mezcla, si ocupara l solo el volumentotal.

    LEY DE DALTON DE LAS PRESIONES PARCIALES: La presin total de una mezcla de gases es igual a la sumade las presiones parciales de todos sus componentes: P TOTAL = P A + P B + P C .Consecuencia: La presin parcial de un gas componente de una mezcla es igual al producto de su fraccin

    molar por la presin total de la mezcla: P A = P TOTAL . X A

    TEORA CINTICA DE LOS GASES: Velocidades moleculares

    P.V = P.V

    PT

    P'T'

    =VT

    V'T'

    =

  • PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL LOS GASES - 3 de 26

    - Velocidad lineal media o velocidad media:

    u 8.R.T.PmLM

    = - Velocidad cuadrtica media: u u

    3.R.TPmCM

    2= =

    - Velocidad ms probable: u 2.R.TPmP

    =

    - Relacin entre ellas:

    u8

    u3

    u2

    LM CM P

    = =

    - Energa cintica media: Depende nicamente de la temperatura absoluta, y esE 32

    .R.TC =independiente de la Presin, del volumen y del tipo de gas.

    DIFUSIN de los gases: Es la mezcla de las partculas (molculas, tomos o iones) de dos cuerpos que seencuentran en contacto hasta alcanzar una distribucin uniforme. Es muy pequea en los slidos, algo mayor enlos lquidos y grande en los gases debido a la movilidad de sus molculas.

    EFUSIN de un gas: Es el escape de un fluido a travs de un hueco diminuto

    LEY DE LA DIFUSIN DE GRAHAM: Es la que rige tanto la difusin como la efusin delos gases. Se enuncia como: La velocidad de difusin (o efusin) de los gases son inversamente proporcionales a la raz cuadrada de sus densidades o de sus pesos moleculares.

    AGRUPACIN DE LOS PROBLEMAS RESUELTOS: (Algunos de ellos se podran incluir en varios grupos)

    Los no sealados con asteriscos, son de baja dificultad: aplicacin directa de las frmulas y/o conceptos.Aquellos sealados con un asterisco, son de dificultad media, ya sea por los conceptos necesarios para resolverloso por tener que relacionar varios de ellos. Los sealados con dos asteriscos, se consideran ya de una ciertadificultad ya sea conceptual o de clculo

    Grupo A: Aplicacin de las ecuaciones generales de los gases idealesGrupo B: Mezclas de gases. Ley de las presiones parcialesGrupo C: Gases y presin de vapor del aguaGrupo D: Ejercicios de gases + estequiometra

    ENUNCIADOS DE LOS PROBLEMAS RESUELTOS SOBRE GASES

    A: APLICACIN DE LAS ECUACIONES GENERALES DE LOS GASES IDEALES

    A-01 - El "hielo seco" es dixido de carbono slido a temperatura inferior a -55 C y presin de 1 atmsfera. Unamuestra de 0,050 g de hielo seco se coloca en un recipiente vaco cuyo volumen es de 4,6 L, que se termostataa la temperatura de 50C a) Calcule la presin, en atm, dentro del recipiente despus de que todo el hielo secose ha convertido en gas. b) Explique si se producen cambios en la presin y en la cantidad de moles gaseosos siel experimento lo realizramos termostatando el recipiente a 60C.

    A-02 - Calcule la temperatura a la que deben encontrarse 8 g de oxgeno que se encuentran en un recipiente de 5litros a una presin de 790 mm Hg . Qu volumen ocupar en condiciones normales? Qu cantidad de dichogas debera salir o deberamos introducir para que se duplicara la presin si la temperatura desciende 10C?.

    A-03 - En el interior de una lmpara de incandescencia (una bombilla) cuyo volumen es de 100 ml hay una presinde 1,2.10 - 5 mm de Hg a 27C. Cuado comienza a funcionar, alcanza una temperatura de 127C. Calcular: a)nmero de molculas de gas existentes en el interior de la lmpara; b) Presin en su interior cuando estfuncionando.

    A-04 - Qu peso de oxigeno existir en un recipiente cilndrico de 1 metro de altura y 30 cm. de dimetro que est

    uu

    PmPm

    dd

    1

    2

    2

    1

    2

    1= =

  • PROBLEMAS RESUELTOS DE QUMICA GENERAL LOS GASES - 4 de 26

    a 20 C y a 20 atmsferas de presin?

    A-05 (*) - Si la densidad del nitrgeno lquido es 1,25 g/mL, a qu volumen se reducir un litro de nitrgenogaseoso, medido en condiciones normales, al condensarse?.

    A-06 - Calcule la presin que ejercern 4 g de dixido de carbono que se encuentran en un recipiente de 5,0 litrosde capacidad a 37C de temperatura. Cuantas moles y cuantas molculas del mismo hay en ese recipiente?

    A-07 - Un gas ocupa un volumen de 100 litros a 720 mm Hg y una cierta temperatura. A qu presin debesometerse isotrmicamente para que ocupe 5,0 litros?

    A-08 - Un recipiente de 5,0 litros, al que se ha hecho previamente el vaco, se llena de hidrgeno gaseoso. Si latemperatura es 27 C y la presin 700 mm Hg. a) Cuntas molculas de H2 contiene el matraz?; b) Cul es ladensidad del gas en estas condiciones?

    A-09 - Se llena de hidrgeno un recipiente de 5 litros a 10C y 730 mm Hg. Cuantos gramos y moles hemosintroducido?Cul debera ser la temperatura para que la presin se redujera a la mitad?

    A-10 - Se llena de hidrgeno un recipiente de 10 litros a 33C y 790 mm Hg. Cuantos gramos y moles hemosintroducido? Qu volumen ocupar esa cantidad de gas, medida en Condiciones Normales?

    A-11 - Un recipiente de 10 l. se llena de hidrgeno a 25C y 770 mm de presin. Determinar la cantidad que se ha introducido, expresndola en gramos, moles y molculas. Qu cantidad saldra si se abre el recipiente y en elexterior la presin es de 1 atm?

    A-12 - Se dispone en el laboratorio de un recipiente vaco cuya masa es de 70,00 g. Se llena de oxgeno gaseoso ysu masa alcanza 72,00 g. Se llena despus con otro gas desconocido en las mismas condiciones de presin ytemperatura y su masa es de 72,75 g. Calcule el peso molecular de este gas. DATO: Peso atmico deloxgeno: 16,00

    A-13 - Cual es la densidad del nitrgeno gaseoso a 227C y 5,00 atm de presin? DATO : Peso atmico delNitrgeno = 14,00.

    A-14 - En un matraz de 250 cm 3 se introduce ter etlico (C 4 H 10 O) a una temperatura de 12 C y a una presin de740 mm de Hg. Se saca todo el aire, se cierra el matraz y se calienta a 200 C. Cul ser la cantidad mximade ter etlico (en gramos) que pueden introducirse si la presin del matraz no debe exceder de 40 atmsferas? DATOS: Punto de ebullicin del ter etlico = 34,6 C.Masas atmicas: C = 12; 0 = 16; H =1

    A-15 - Un recipiente de 2,24 litros, provisto de llave de paso, se llena con 7,1 g de gas de cloro a la presinambiente, cuando la temperatura es de T K Se calienta el recipiente hasta una temperatura 30 C mayor que TK y se abre la llave de paso de modo que la presin en su interior vuelve a su valor inicial, quedndole dentro6,4 g de cloro. Se desea saber:

    a) El valor de la temperatura Kelvin. b) La presin ambiente, expresada en mm de mercurio

    A-16 - El volumen inicial de un gas es 4,00 litros, cul es el volumen final despus de que la presin se hayareducido desde 760 mmHg a 50 mmHg?

    A-17 - Qu presin hay que aplicar a 2,0 litros de un gas que se encuentra a una presin de 1,0 atm paracomprimirlo hasta que ocupe 0,80 litros?

    A-18 - Se tienen 5 litros de Hidrgeno a 20/C y 380 mm de presin. Cuantos tomos hay?Cuantos gramos?Cuantos moles? Qu volumen ocuparan en Condiciones Normales

    A-19 - Se tienen 5 litros de Helio a 20/C y 380 mm de presin. Cuantos tomos hay?Cuantos gramos deHidrgeno contendran el mismo nmero de molculas que de tomos tiene dicho Helio??

    B: MEZCLAS DE GASES. LEY DE LAS PRESIONES PARCIALES

    B-01 (*) - Tres compuestos gaseosos A, B y C estn contenidos en un recipiente. La Presin parcial de A es 0,6atm. La fraccin molar del compuesto B es doble que la de C. Si la presin total es de 1900 mm Hg, Calcule lasfracciones molares y las presiones parciales de cada componente.

    B-02 (*) - Una vasija A de 200 cm3 est separada de otra B de 400 cm3 mediante una tubera de capacidaddespreciable provista de una llave de paso. La v