Guia Quimica Gral Propedeutico 2011

Universidad Autónoma de Querétaro

Guía de Química General para Curso Propedéutico de la Facultad de Química

2011 Academia Química

Guía de Química General para Curso Propedéutico de la Facultad de Química 2011

Contenido

Calendario de actividades. ......................................................................................................................... 3

Sesión I: Sistemas y Conversión de Unidades .................................................................................... 4

Sesión II. Tabla periódica. Notación y Nomenclatura. .................................................................... 7

Sesión III. Estequiometría. Cálculo de número de moles, composición porcentual de un

compuesto y fórmula empírica. ............................................................................................................ 12

Sesión IV. Reacciones químicas. Balanceo por tanteo y redox (números de oxidación).

............................................................................................................................................................................. 15

Sesión V. Estequiometría. Cálculos en reacciones químicas (reactivo limitante,

porcentaje de rendimiento). ................................................................................................................... 19

Sesión VI: Cálculo de Molaridad y Porcentaje en Masa de una solución. Química

Orgánica: alcanos, alquenos y alquinos. ............................................................................................ 25

Sesión VII. Identificación de grupos funcionales orgánicos. .................................................... 30

Tablas y Bibliografía. ................................................................................................................................. 32


3

Calendario de actividades.

SESIONES

FECHA

NÚMERO NOMBRE

I Sistemas y Conversión de Unidades 12 de Febrero

II Tabla periódica. Notación y Nomenclatura 19 de Febrero

III Estequiometría. Cálculo de número de moles, composición porcentual de un compuesto y fórmula empírica.

26 de Febrero

IV Reacciones químicas. Balanceo por tanteo y

redox (números de oxidación) 5 de Marzo

V Estequiometría. Cálculos en reacciones químicas (reactivo limitante, porcentaje de rendimiento).

12 de Marzo

VI

Cálculo de Molaridad y Porcentaje en masa de una solución. Química Orgánica: alcanos, alquenos y alquinos. Nomenclatura.

19 de Marzo

VII Identificación de grupos funcionales orgánicos. 26 de Marzo

VIII Examen final 2 de Abril


4

Sesión I: Sistemas y Conversión de Unidades

UNIDADES PATRON DE MEDIDAS DEL SISTEMA INTERNACIONAL

Magnitud física fundamental Unidad básica o fundamental

Símbolo

Longitud metro m Tiempo segundo s Masa kilogramo kg Intensidad de corriente eléctrica amperio A Temperatura kelvin K Cantidad de sustancia mol mol Intensidad luminosa candela cd

PREFIJOS PARA LOS MULTIPLOS Y SUBMULTIPLOS DE LA UNIDAD101 Deca da 10‐1 Deci d 102 Hecto h 10‐2 Centi c 103 Kilo k 10‐3 Mili m 106 Mega M 10‐6 Micro μ 109 Giga G 10‐9 Nano n 1012 Tera T 10‐12 Pico p 1015 Peta P 10‐15 Femto f 1018 Exa E 10‐18 Atto a

1. ¿Cuántos milimetros hay en 2.5 m?

2. ¿Cuántos segundos hay en un día?

3. ¿Cuántos centímetros hay en 2 pies?

4. ¿Cuánto metros tiene un campo de fútbol de 100 yardas?

5. ¿Cuántos metros hay en 10.5 millas?

6. ¿Cuál es el área de un rectángulo de 6.0 pulgadas x 9.0 pulgadas en metros cuadrados?

7. El conductor de un automóvil respeta el límite de velocidad de 55 millas por hora. ¿A

qué velocidad viaja su auto en kilómetros por segundo?

8. La velocidad promedio del átomo de helio a 25°C es 1 255 m/s. Convierta esta

velocidad a millas por hora.


5

9. La velocidad del sonido en el aire a la temperatura ambiente es de unos 343 m/s.

Calcule esta velocidad en millas por hora.

10. ¿Cuál es el volumen, en metros cúbicos, de un cuarto que mide 8 pies x 10 pies x 12

pies?

11. Durante un viaje a Europa, despiertas una mañana y encuentras que tu masa es de 165

libras. Determina el equivalente en kilogramos, para saber si es necesario ponerte a

dieta antes de regresar a casa.

12. En Estados Unidos, la leche se vende en envases de medio galón; determina el número

de litros que equivale a esta cantidad.

13. En 2004, se produjeron casi 95 mil millones de libras de ácido sulfúrico. Convierta

dicha cantidad a toneladas.

14. La temperatura normal del cuerpo humano es de 98.6 ºF. Convierte esta temperatura

a grados Celsius y a Kelvin.

15. La temperatura a la que funde la sal de mesa (cloruro de sodio) es de 800ºC ¿a cuánto

equivale esta temperatura en la escala de Fahrenheit y Kelvin?

16. Considerando que hay 20 gotas en 1 mL, ¿cuántas gotas hay en un galón?

17. La temperatura más fría que se ha registrado en el mundo es de ‐89.2°C en la estación

soviética del antártico, el 23 de julio de 1983. Expresa esta temperatura en °F y K.

18. ¿Qué volumen ocupan 3.5 kg de mercurio, si su densidad es de 13.6 g/cm3?

19. Si en la nevería “El Popo”, el kilogramo de helado cuesta $ 50.00 y en la nevería “El

Hada” el litro del mismo helado cuesta $ 50.00, ¿en cuál nevería es preferible

comprar, si la densidad del helado es de 0.6 g/ cm3?

20. A una presión inicial de 0.75 atm un gas mantiene un volumen de 250 ml, si la presión

aumenta a 1.5 atm ¿cuál será el volumen final?

21. Una olla de presión de 425 cm3 de capacidad contiene aire cuya presión es de 539.6

mm Hg a la temperatura ambiente (25 °C). Si la temperatura se eleva a 308 K ¿cuál

será la presión en la olla, en atmosferas?

22. A presión constante, el volumen de un gas a 25°C es de 100cm3, ¿cuál será su volumen

a 310K?


6

23. El volumen de un gas es de 150 ml cuando la presión es de 1 atm y la temperatura 20

°C. A una presión de 1000 mm Hg ocupa un volumen de 0.2 L. Determina la

temperatura final.

24. Se tienen 100 ml de un gas en CNTP. ¿Cuál será la temperatura de dicho gas, si se

comprime a 50ml y a 1 216 mm Hg

25. Si el volumen de un mol de cualquier gas es de 22.4 L a 1 atm y 273 K ¿cuál será el

volumen de un mol de hidrógeno a 25 °C y 0.8 atm?

26. Se tienen 2000 ml de un gas en CNTP ¿ Cuál será su volumen en la ciudad de México?

(temperatura media 20°C, presión atmosférica media 585 mm Hg)

27. ¿Qué volumen ocuparán 2.5 moles de He a 15 °C y 0.5 atm?

28. Indica el volumen que ocupan:

a) 3.2 moles de Ne a 20 °C y 1520 mm Hg

b) 0.8 moles de O2 a ‐10 °C y 1.5 atm

29. Encuentra la presión que ejercen 1.2 moles de CO2 envasados en un recipiente de 500

ml a una temperatura de 22 °C.

30. Calcula la temperatura de los siguientes sistemas gaseosos:

a) En un recipiente de 800 ml están envasados 1.4 g de N2 que se encuentran a la

presión de 900 mm Hg

b) 0.7 moles de CO2 ocupan un volumen de 12 L y se encuentran a la presión de 1200

mm Hg

ALGUNAS ECUACIONES UTILES

PV = nRT P1V1 = P2V2

donde R = constante universal de los gases = 0.082 atm L /mol K

la temperatura (T) debe estar en K


7

Sesión II. Tabla periódica. Notación y Nomenclatura.

NOMENCLATURA DE COMPUESTOS INORGÁNICOS

NOMENCLATURA SISTEMÁTICA

Para nombrar compuestos químicos según esta nomenclatura se utilizan los prefijos según el número de átomos presentes: MONO_, DI_, TRI_, TETRA_, PENTA_, HEXA_, HEPTA_ …..

Cl2O3 Trióxido de dicloro

I2O Monóxido de diyodo

NOMENCLATURA DE STOCK

En este tipo de nomenclatura, cuando el elemento que forma el compuesto tiene más de un número de oxidación, ésta se indica al final, en números romanos y entre paréntesis:

Fe(OH)2 Hidróxido de hierro (II)

Fe(OH)3 Hidróxido de hierro (III)

NOMENCLATURA TRADICIONAL

En esta nomenclatura para poder distinguir con qué número de oxidación funcionan los elementos en ese compuesto se utilizan una serie de prefijos y sufijos:

Tres números de oxidación Cuatro

números de oxidación

Hipo___ oso Menor número de oxidación

Dos números de oxidación

_____ oso

Un número de oxidación _____ ico

Per_____ ico Mayor número de oxidación

EJERCICIOS: Nombre o escriba la fórmula de los siguientes compuestos

1) Compuestos binarios del oxígeno: óxidos y peróxidos

Fórmula Nombre del compuesto Fórmula Nombre del compuesto

1. Cl2O5 5. Cu2O2

2. HgO2 6. I2O7

3. CdO 7. Sb2O5

4. Al2O3 8. B2O3


8


1. Peróxido cálcico 5. Dióxido de nitrógeno

2. Óxido de hierro (III) 6. Peróxido de zinc

3. Óxido de cobre (I) 7. Óxido de níquel (III)

4. Óxido de dibromo 8. Trióxido de azufre

2) Hidruros, sales binarias e hidróxidos


1. NaH 6. Sn(OH)4

2. HF 7. CrH3

3. RbH 8. CH4

4. K2S 9. CoCl2

5. BH3 10. LiOH


1. Hidruro de hierro(II) 6. Hidruro de litio

2. Fosfina 7. Cloruro de hidrógeno

3. Cloruro de níquel(II) 8. Fósfuro de zinc

4. Sulfuro de dihidrógeno 9. Hidróxido de magnesio

5. Hidróxido de estaño(II) 10. Silano

3) Ácidos oxoácidos simples y derivados


1. H2SO4 4. H3AlO3

2. HPO3 5. H2CO4

3. H2Cr2O7


9

EJERCICIOS NOTACIÓN Y NOMENCLATURA

1. Escriba las fórmulas de los compuestos que se forman entre los siguientes pares de iones. Dé el nombre de los compuestos marcados con un * (si el compuesto puede nombrarse de más de una forma, incluya ambos nombres)

2. Completa la siguiente tabla:

Función Química Nombreó Fórmula

Oxido de Fósforo (V)

Fosfato cuproso o de cobre (I)

Bromuro de potasio

Hidróxido Ferroso

Hidruro de sodio

Nitrito de cadmio

Sulfato de plata

Acido Carbónico

Clorato de litio

Sulfuro de estroncio

Cl‐ OH

‐ SO42‐

NO3‐ PO4

3‐

NH4+ * * *

Na+ * *

Mg2+ * *

Ni2+ * * *

Fe3+ * * *

Ag+ * *


10

Fosfina

Disulfuro de carbono

Acido Clórico

Tetróxido de dinitrógeno

Amoniaco

Decóxido de tetrafósforo

Tricloruro de boro

Hexafluoruro de selenio

Tetracloruro de silicio

Cloruro de Hidrógeno

Acido Fosfórico

Hidróxido de Amonio

HNO3

SiC

NaI

H2SO4

HClO4

Cu3(PO4)2

Na2CO3

Ba(NO3)2

HCN

K2Cr2O7

FeN

PbSO3

SiH4


11

Cl2O7

SO3

H2S

Al(OH)3

HBrO

Ni(OH)2

3. Da el nombre o fórmula de los siguientes compuestos:

AsCl5 RbI MgO Al2O3 Ca(OH)2 MnI2

NH4BrO3 H3PO3 FeO BaSO4 H2CO3 NO

HCl SO3 PtO2 Au2O3 KHCO3 Na2O2

Co(ClO4)2 Cr(NO3)3 Hg2(NO2)2 HNO3 AlCl3 PbH4

NH4MgPO4 FeS AuOH H2O2 Cr2(SO3)3 Li2HPO3

BeBr2 CuSO4 ZnO HIO TiI4

Sulfato férrico Peróxido de sodio Carbonato de cobalto (II) Acido fosfórico Hidruro de litio Dicromato de potasio Oxido crómico Cloruro aúrico Nitrato de zinc Hidróxido estanoso Bromato de calcio Cianuro de magnesio Tiosulfato de sodio Bisulfito de bario Pentóxido de fósforo Acido carbónico Permanganato de calcio Nitrato ferroso Acido nítrico Yoduro de antimonio (V) Acido hipoyodoso Fosfato cúprico Sulfato de amonio Perclorato mercúrico Perclorato de sodio Peróxido de hidrógeno Oxido plumboso Selenuro de zinc Sulfuro de aluminio Fosfato diácido de potasio Cloruro de hierro (II) Bicarbonato de sodio


12

Sesión III. Estequiometría. Cálculo de número de moles,

composiciónporcentual de un compuesto y fórmula empírica.

1) Calcula la masa molar de:

a. Acido sulfúrico, H2SO4

b. Oxido de Aluminio, Al2O3

c. Nitrato de mercurio (II), Hg(NO3)2

d. Cromato doble de sodio y potasio, NaKCrO4

2) Calcula la cantidad de moles de las siguientes muestras:

a. 75 g de hierro, Fe

b. 200 g de sulfato de aluminio, Al2(SO4)3

c. 5.36 X 10 22 moléculas de H2SO4

d. 6.00 x 109 de átomos de cobalto (Co)

3) Calcula la masa en gramos de las siguientes cantidades:

a. 0.0085 mol de Na2CO3

b. 4.8 X 10 21 moléculas de C12H22O11

c. 12.3 mol de NH3

d. 2.00 x 1013 átomos de plomo (Pb)

e. 20 litros de CO2 en condiciones TPN

4) Calcula el número de moléculas que hay en

a. 0.65 mol de C3H8

b. 50 mg de Tylenol C8H9O2N

c. 100 g de glucosa (C6H12O6)

d. 40 litros de NO2 en condiciones TPN

5) ¿Cuál es el volumen, en litros, de los siguientes compuestos en condiciones de TPN?

a. 5 mol de NO

b. 20 mol de O2

c. 7.85 X 1022 moléculas de CH4

d. 30 kg de C4H!0


13

6) Determina la composición porcentual de:

a. Sulfato de calcio , CaSO4

b. Cianuro de hidrógeno HCN

c. Hidróxido de cobalto (III) Co(OH)3

d. NaKCrO4

7) El nitrato de amonio, NH4NO3, se emplea como fertilizante nitrogenado. Calcula los

porcentajes en masa de los elementos en este compuesto.

8) Una muestra de 3.87 mg de ácido ascórbico (vitamina C) por combustión genera 5.80

mg de CO2 y 1.58 mg de H2O. ¿Cuál es la composición porcentual de la vitamina C?

9) Durante un estudio en hojas de eucalipto se obtuvo el ingrediente activo llamado

“eucaliptol”, del cual se analizó una muestra de 3.162g, dando una composición de

2.46 g de carbono, 0.373g de hidrógeno y 0.329g de oxígeno. Determina el porcentaje

en masa de cada uno de los elementos que forman el eucaliptol.

10) ¿Cuál es la fórmula empírica de un compuesto que contiene 43.65% de P y 56.35 % de

O?

11) El análisis de una muestra de un compuesto puro revela que contiene 50.1% de azufre

y 49.9% de oxígeno, en masa. ¿Cuál es su fórmula empírica?

12) Encuentra la fórmula empírica de un compuesto que contiene 35.18% de hierro,

44.66% de cloro y 20.16% de oxígeno.

13) El alcanfor es un compuesto de aroma característico, y está constituido por 78.9% de

C, 10.59% de H y 10.51% de O. ¿Cuál es su fórmula empírica?

14) La composición porcentual del acetaldehído es 54.5% de C, 9.2% de H y 36.3 % de O, y

su peso molecular es 44 uma. Determina la fórmula molecular del acetaldehído.

15) El ácido benzoico es un polvo blanco, cristalino, que se emplea como conservador de

alimentos. El compuesto contiene 68.8% de C, 5.0% de H y 26.2 % de O en masa. ¿Cuál

es su fórmula empírica?

16) La cafeína, estimulante primordial del café y el té, tiene una masa molar de

194.19g/mol y una composición porcentual en masa de 49.48% de C, 5.19% de H,

28.85% de N y 16.48% de O ¿Cuál es la fórmula molecular de la cafeína?


14

17) La alicina es el compuesto que proporciona el olor característico al ajo. Al realizar un

análisis de este compuesto se encuentra que tiene la siguiente composición

porcentual: C: 44.4 %, H: 6.21%, S: 39.5 % y O: 9.86%. También se encuentra que su

masa molar es igual a 162 g/mol. Calcula la fórmula empírica y la fórmula molecular

de este compuesto.

18) El ácido adípico es un compuesto formado por C, H, y O. Se utiliza en la fabricación de

nylon. Un análisis reveló que el compuesto contiene 49.3% de C y 43.8% de O. Calcula:

a. El porcentaje de H

b. La fórmula molecular, si la masa molar del ácido es 146 g/mol.

19) La aspirina es un analgésico que alivia el dolor y un antipirético que baja la fiebre. Su

masa molar es de 180.2 g/mol y tiene una composición de 60% de C, 4.48% de H y

35.5 % de O. Calcula la fórmula mínima y la fórmula molecular de la aspirina.

20) El ácido oleico es un componente del aceite de oliva. Tiene 76.5 % de C, 12.1 % de H y

11.3 % de O. La masa molar del compuesto es aproximadamente 282 g/mol. ¿Cuál es

la fórmula molecular del ácido oleico?

21) La estrona, una hormona sexual femenina, presenta la siguiente composición: 8.2 % de

hidrógeno, 80 % de carbono y 11.8% de oxígeno. Se encontró que su masa molares

igual a 270 g/mol. Determina la fórmula empírica y molecular de la estrona.

22) El ácido ascórbico (vitamina C) cura el escorbuto y puede ayudar a prevenir el

resfriado común. Se compone de 40.92 % de carbono, 4.58 % de hidrógeno y 54.50 %

de oxígeno en masa. Si se sabe que la masa molecular es de 88.07 g/mol, determina su

fórmula empírica y molecular.


15

Sesión IV. Reacciones químicas. Balanceo por tanteo y redox

(números deoxidación).

RESUMEN Y EJEMPLOS DE REACCIONES QUÍMICAS

1. REACCIONES DE COMBINACION: se combinan más de un reactivo y se obtiene un sólo producto

a) Elemento + Elemento → Compuesto 2 Al(s) + 3 Cl2(g) → 2 AlCl3(s)

b) Compuesto + Elemento → Compuesto 2 SO2(g) + O2(g) → 2 SO3(l)

c) Compuesto + Compuesto → Compuesto CaO(s) + CO2(g) → CaCO3(s)

2. REACCIONES DE DESCOMPOSICION: un solo reactivo, más de un producto

a) Compuesto → Elemento + Elemento 2 HgO(s) → 2 Hg(g) + O2(g)

2 H2O(l) → 2 H2(g) + O2(g)

b) Compuesto → Compuesto + Elemento 2 NaNO3(s) → 2 NaNO2(s) + O2(g)

2 H2O2(l) → 2 H2O(l) + O2(g)

c) Compuesto → Compuesto + Compuesto CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)

2 KClO3(S) → 2 KCl(s) + 3 O2(g)

3. REACCIONES DE DESPLAZAMIENTO: Un elemento desplaza a otro de un compuesto. Considerar la SERIE DE ACTIVIDAD DE LOS METALES y la ACTIVIDAD DE LOS HALOGENOS

Elemento(1) + Compuesto(1) → Elemento(2) + Compuesto(2)

Zn(s) + CuSO4(ac) → Cu(s) + ZnSO4(ac)

Zn(s) + H2SO4(ac) → H2(g) + ZnSO4(ac)

Cl2(g) + 2 NaI(ac) → I2(s) + 2 NaCl(ac)


16

4. REACCIONES DE METÁTESIS: Iones positivos y negativos de dos compuestos se

“reacomodan” para formar 2 compuestos nuevos No hay cambios de número de

oxidación

a) Reacciones ácido‐base (Neutralización): Se forma una sal; H2O es frecuentemente un

producto

HCl(ac) + NaOH(ac) → NaCl(ac) + H2O(l)

CH3COOH(ac) + KOH(ac) → KCH3COO(ac) + H2O(l)

2 H3PO4(ac) + 3 Ca(OH)2(ac) → Ca3(PO4)2(s) + 6 H2O(l)

b) Reacciones de precipitación: un producto es una sustancia insoluble que precipita de

la solución como un sólido. Considerar las REGLAS DE SOLUBILIDAD

CaCl2(ac) + Na2CO3(ac) → CaCO3(s) + 2 NaCl(ac)

Pb(NO3)2(ac) + K2CrO4(ac) → PbCrO4(s) + 2 KNO3(ac)

c) Reacciones de formación de gases: Uno de los productos es un gas insoluble o poco

soluble, el cuál se desprende de la solución

2 HCl(ac) + CaCO3(s) → CO2(g) + H2O(l) + CaCl2(ac)

MnS(s) + 2 HCl(ac) → H2S(g) + MnCl2(ac)

5. REACCIONES DE OXIDACION‐REDUCCION: reacciones en las cuales hay cambios en el

número de oxidación de uno o más elementos. Procesos de oxidación y reducción ocurren

simultáneamente.

Oxidación: pérdida de electrones; aumento en el número de oxidación.

Reducción: ganancia de electrones; disminución en el número de oxidación.

Agente oxidante: especie química que oxida a otra sustancia. Uno de sus elementos se

reduce.

Agente reductor: especie química que reduce a otra sustancia. Uno de sus elementos se

oxida.


17

EJERCICIOS

1. Escriba y balancee la reacción de combustión en el aire de

a) Propano, C3H8

b) Alcohol metílico, CH3OH

c) Sacarosa, C12H22O11

2. Escriba y balancee las siguientes reacciones

a) En estado gaseoso, el nitrógeno molecular reacciona con hidrógeno molecular para

formar amoníaco

b) El óxido de calcio se disuelve en ácido clorhídrico formando cloruro de calcio y agua

c) Nitrato de plata + Fosfato de sodio → Fosfato de plata + Nitrato de sodio

d) Cloro + Yoduro de potasio → Cloruro de potasio + Yodo

e) Hidróxido de potasio + Acido sulfúrico → Sulfato de potasio + Agua

f) El cobre metálico reacciona con el ácido nítrico concentrado para producir nitrato de

cobre(II), NO2 y un producto X (escriba la fórmula)

g) El clorato de potasio se descompone por calentamiento produciendo cloruro de

potasio y oxígeno

h) El fosfato de calcio puede obtenerse de la reacción entre hidróxido de calcio y ácido

fosfórico; en esta reacción también se obtiene agua.

3. Balancee las siguientes ecuaciones químicas

a) Al + Cl2 → Al2Cl6

b) K + KNO3 → K2O + N2

c) K2CO3 + Al2Cl6 → Al2(CO3)3 + KCl

d) Mg3N2 + H2O → NH3 + Mg(OH)2

e) Ca3(PO4)2 + H2SO4 → Ca(H2PO4)2 + Ca(HSO4)2

f) Ca(HCO3)2 + Na2CO3 → CaCO3 + NaHCO3

g) H2O2 → H2O + O2

h) PCl3 + H2O → HCl + H3PO3


18

i) El nitrato de amonio, utilizado en la agricultura como fertilizante, puede ser

producido a partir de amoníaco a través de las siguientes reacciones. Balancee cada

una de ellas

NH3(g) + O2(g) → NO(g) + H2O(g)

NO(g) + O2(g) → NO2(g)

NO2(g) + H2O(l) → HNO3(ac) + NO(g)

HNO3(ac) + NH3(g) → NH4NO3(ac)

4. Asigne el número de oxidación del elemento indicado

a) S en S8, H2S, SO2, SO3, K2SO4, Na2S2O3

b) N en NO, N2O3, NH3, Mg3N2, HNO3

c) Mn en MnO, MnO2, Mn(OH)2, KMnO4

d) Cr en CrO2‐, Cr(OH)4

‐ ,Cr2O72‐

e) S en S2‐, SO32‐, SO4

2‐, S2O32‐, S4O6

2‐

5. Balancee por el método redox las siguientes reacciones. Indique quién se oxida y quién se reduce

a)Cu + H2SO4 → CuSO4 + SO2 + H2O

b)Hg + HNO3 → Hg(NO3)2 + NO + H2O

c) Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + NH4NO3 + H2O

d) KMnO4 + HCl → KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O

e) KMnO4 + H2SO4 + NaNO2 → K2SO4 + MnSO4 + NaNO3 + H2O

f) (NH4)2Cr2O7 → N2 + Cr2O3 + H2O

g) ZnS + O2 → ZnO + SO2

h) NO2(g) + H2O(l) → HNO3(ac) + NO(g)

i) El carbono reacciona con ácido nítrico para producir dióxido de nitrógeno, dióxido de carbono y agua.


19

Sesión V. Estequiometría. Cálculos en reacciones químicas

(reactivo limitante, porcentaje de rendimiento).

Cantidades de reactivos y productos

1. Todos los metales alcalinos reaccionan con agua para formar hidrógeno gaseoso y el

hidróxido del metal alcalino correspondiente. Una reacción común es la que ocurre

con el litio y el agua:

2Li(s) + 2H2O(l) → 2LiOH(ac) + H2(g)

a) ¿Cuántos moles de H2 se formarán al completarse la reacción de 6.23 moles de Li

con agua?

b) ¿Cuántos gramos de H2 se formarán al completarse la reacción de 80.57 g de Li

con agua?

2. La reacción entre el óxido nítrico (NO) y el oxígeno para formar dióxido de nitrógeno

(NO2) es un paso determinante para la formación del esmog fotoquímico:

2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)

a) ¿Cuántas moles de NO2 se formarán por la reacción completa de 0.254 mol de O2?

b) ¿Cuántos gramos de NO2 se formarán por la reacción completa de 1.44 g de NO?

3. El sodio es un metal reactivo que reacciona en forma instantánea con agua para dar

gas hidrógeno y una disolución de hidróxido de sodio, NaOH ¿Cuántos gramos de

sodio se necesitan para obtener 7.81 g de hidrógeno según la siguiente reacción?

4. La esfalerita es un mineral de sulfuro de zinc (ZnS) y una fuente importante del metal

zinc. El primer paso en el procesamiento de la mena consiste en calentar el sulfuro con

oxígeno para obtener óxido de zinc ZnO, y dióxido de azufre, SO2 ¿Cuántos kilogramos

de gas oxígeno se combinan con 5.00 x 103 g de sulfuro de zinc en esta reacción?

5. En 1774, el químico británico Joseph Priestley preparó el oxígeno por calentamiento

del óxido de mercurio (II), HgO. El mercurio metálico también es un producto en esta


20

reacción. Si se recogen 6.47 g de oxígeno, ¿Cuántos gramos de mercurio metálico se

producen también?

2HgO O2(g) + 2Hg(l)

6. De acuerdo con la reacción:

2 NaOH + Cl2(g) NaClO + NaCl + H2O

a) ¿Cuántos gramos de NaOH son necesarios para obtener 500g de NaClO?

b) ¿Cuántos litros de Cl2se necesitan para que se produzcan los 500 g de NaClO?

c) ¿Cuántas moléculas de NaClO se formarán?

7. El metanol (CH3OH) se quema en presencia de aire de acuerdo con la siguiente

ecuación:

2 CH3OH(l) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 4 H2O(g)

Si en un proceso de combustión se utilizan 209 g de metanol

a) ¿Cuál es la masa en gramos de bióxido de carbono producido?

b) ¿Cuántos moles de oxígeno se necesitan para la quemar 2.637 moles de metanol?

8. La fermentación es un proceso químico complejo que se utiliza en la elaboración de

vinos, en el que la glucosa (C6H12O6) se convierte en etanol (C2H5OH) y dióxido de

carbono (CO2):

C6H12O6(s) → 2C2H5OH(l) + 2CO2(g)

Si se cuenta con 500.4 g de glucosa, ¿Cuál es la máxima cantidad de etanol, en gramos

y en litros, que se obtendrá por medio de este proceso? (Densidad del etanol = 0.789

g/mL).

9. Los alimentos que se ingieren se degradan, o se consumen, en el cuerpo para

proporcionar energía, que se utiliza para el crecimiento y otras funciones. Una

ecuación general para este complicado proceso representa la degradación de glucosa

(C6H12O6) a dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O):

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6 H2O

Si una persona consume 856 g de C6H12O6 durante cierto periodo, ¿Cuál es la masa de

CO2 producido?


21

Reactivo limitante

1. La reacción entre el aluminio y el óxido de hierro (III) puede generar temperaturas cercanas a los 3000 °C, lo que encuentra aplicación en soldadura de metales.

2 Al + Fe2O3 Al2O3 + 2 Fe

En un proceso químico, se hicieron reaccionar 124 g de Al con 601g de Fe2O3.

a) Determina el reactivo limitante

b) ¿Qué cantidad de reactivo en exceso quedo sin reaccionar al final?

c) Calcula la masa (en gramos) de Al2O3 que se formará.

2. El metanol, CH3OH, que se emplea como combustible, puede fabricarse por la reacción

del monóxido de carbono con hidrógeno.

CO(g) + 2 H2(g) CH3OH(g)

Suponga que se mezclan 356 g de CO con 65.0 g de H2.

a) ¿Cuál es el reactivo limitante?

b) ¿Qué masa de metanol se puede producir?

c) ¿Qué masa del reactivo en exceso queda después de que se ha consumido el

reactivo limitante?

3. La “reacción termita” produce hierro metálico y óxido de aluminio a partir de una

mezcla de aluminio metálico en polvo y óxido de hierro (III).

2 Al(s) + Fe2O3(s) Al2O3 + 2 Fe(s)

Si se emplea una mezcla de 50.0 g de Fe2O3 y 50.0 g de Al.


b) ¿Qué masa de hierro se puede producir?

4. El silicio puro, que se requiere para chips de computación y celdas solares, se fabrica

mediante la reacción

SiCl4(l) + 2 Mg(s) Si(s) + 2 MgCl2(s)

Si se inicia con 225 g de SiCl4 y Mg,

a) ¿Cuál será el reactivo limitante en esta reacción?

b) ¿Qué cantidad de Si, en gramos se puede producir?


22

5. Al tratar una muestra de CaCO3 de 25 g , con 21.9 g de HCl en disolución,

a) Determine la masa de cloruro de calcio que se formará

b) ¿Qué masa de ácido clorhídrico reaccionó?

6. Se combinan 23 g de I2 con 6 g de Na para formar NaI. Determine:


b) ¿Cuál es el reactivo en exceso?

c) La masa del producto formado

d) ¿Qué masa del reactivo limitante habrá que añadir para que la reacción química

sea completa?

7. Se dispone de 198g de sulfuro de sodio, 200g de dicromato de sodio y 408 g de ácido

clorhídrico que se combinan de acuerdo con la siguiente ecuación.

a) ¿Cuál es el reactivo limitante?,

b) Encuentra la masa del reactivo en exceso,

c) Calcula la masa del Cloruro de Cromo (III) que se formará

8. Una mezcla de 100 kg de CS2 y 200 kg de Cl2 se pasa a través de un tubo de reacción y

calentando se produce la reacción:

CS2 + 3 Cl2 CCl4 + S2Cl2

Calcula:

a) El reactivo que no reaccionará completamente,

b) La cantidad de este reactivo que no reacciona,

c) La masa de S2Cl2 que se obtendrá.

Rendimiento de reacción:

Para determinar la eficiencia de una reacción química se utiliza el término rendimiento porcentual que indica la proporción entre e el rendimiento teórico. l rendimiento real y

%

ó 100

24Na2S(ac) + 8 Na2Cr2O7(ac) + 112 HCl 3 S8(s) + 16 CrCl3 + 64 NaCl(ac) + 56 H2O(L)


23

Ejercicios

1. El tetracloruro de carbono (CCl4) se obtiene al hacer reaccionar sulfuro de carbono

(CS2) y cloro (Cl2):

CS2(s) + 3 Cl2 (g) → CCl4(l) + S2Cl2(s)

Si se hacen reaccionar 100 g (CS2)de con suficiente (Cl2)

a) Calcula el rendimiento teórico.

b) Calcula el rendimiento porcentual si se obtuvieron 65 g de CCl4.

2. En la industria, el vanadio metálico, que se utiliza en aleaciones de acero, se puede

obtener al hacer reaccionar óxido de vanadio (V2O5) con calcio a temperaturas

elevadas:

5 Ca(s) + V2O5 (s) → 5 CaO(s) + 2 V(s)

Si en un proceso reaccionan 1.54x103 g de V2O5.

a) Calcula el rendimiento teórico de V.

b) Calcula el porcentaje de rendimiento si se obtienen 803 g de V

3. La nitroglicerina (C3H5N3O9) es un explosivo muy potente. Su descomposición genera

gran cantidad de calor y muchos productos gaseosos. Se puede representar mediante

la siguiente reacción:

4 C3H5N3O9 → 6 N2(g) + 12 CO2(g) + 10 H2O(g) + O2(g)

La velocidad de formación de estos gases, así como su rápida expansión, es lo que

causa la explosión.

a) ¿Cuál es la cantidad máxima de O2 en gramos que se obtendrá a partir de 200 g de

nitroglicerina?

b) Calcula el porcentaje de rendimiento de esta reacción si encuentra que la cantidad

de O2 producida fue de 6.55 g

4. El titanio, un metal fuerte, ligero y resistente a la corrosión, se utiliza en la

construcción de naves espaciales, aviones, en sus motores y para la construcción de


24

bicicletas. Se obtiene mediante la reacción de cloruro de titanio (IV) con magnesio

fundido, a una temperatura comprendida entre 950°C y 1150°C:

TiCl4(g) + 2 Mg(l) → Ti(s) + 2 MgCl2(l)

En cierto proceso industrial se utilizan 3.54x107 g de TiCl4.

a) Calcula el rendimiento teórico de Ti, en gramos.

b) Calcula el rendimiento porcentual si en la práctica se obtienen realmente 7.91x106

g de Ti.

5. En plantas industriales nuevas hacen reaccionar metanol líquido con monóxido de

carbono en presencia de un catalizador de acuerdo con la siguiente reacción:

CH3OH(l) + CO(g)→ CH3COOH(l)

En un experimento se hicieron reaccionar 15.0 g de metanol.

a) ¿Qué masa teórica (en g) de ácido acético se debe obtener?

b) Si se obtienen 19.1 g, ¿cuál es el rendimiento de la reacción?


25

Sesión VI: Cálculo de Molaridad y Porcentaje en Masa de una

solución. Química Orgánica: alcanos, alquenos y alquinos. Porcentaje referido a la masa

1. Calcule el porcentaje de soluto en cada una de las siguientes soluciones acuosas:

a) 8.50g de cloruro de sodio en 95.0g de solución

b) 25.2g de carbonato de potasio en 100.0g de agua

c) 3.88g de cloruro de calcio en 78.50g de agua

2. Calcule el porcentaje de soluto en cada una de las siguientes soluciones:

a) 13.7g de cloruro de sodio en 110g de solución

b) 12.4g de cloruro de bario en 80.7g de agua

c) 0.155g de fenol (C6H6O) en 15.00g de glicerol

3. Calcule los gramos de soluto que deben disolverse en

a) 350g de agua para preparar una solución de sulfato de potasio al 17.0 por ciento

b) 15.0g de agua para preparar una solución de cloruro de sodio al 12.0 por ciento

4. Calcule los gramos de agua que deben añadirse a

a) 16.0g de azúcar (C12H22O11) para preparar una solución al 23.0 %

b) 4.00g de yoduro de potasio para preparar una solución al 1.90 %

5. Calcule la cantidad de gramos de solución que se necesitan para tener

a) 68.3g de cloruro de sodio de una solución acuosa al 12.0 %

b) 1.20g de bicarbonato de sodio de una solución acuosa al 6.00 por ciento

Molaridad

1. Calcule la molaridad de cada una de las siguientes soluciones acuosas:

a. 75.5g de alcohol etílico (C2H6O) en 450 mL de solución

b. 2.65 g de cloruro de sodio (NaCl) en 40.0 mL de solución.

2. Calcule la molaridad de cada una de las siguientes soluciones:

a. 22.0g de bromuro de sodio (NaBr) en 850 mL de solución.


26

b. 12.0g de cloruro de calcio (CaCl2) en 640 mL de solución.

c. 15.0g de bromuro de bario en 1150 mL de solución.

3. Calcule la cantidad de gramos de soluto que se necesitan para preparar las siguientes

soluciones acuosas. Explique cómo prepararía cada solución.

a. 500 mL de una solución de hidróxido de sodio (NaOH) 0.110 M

b. 250 mL de una solución de cloruro de calcio (CaCl2) 0.220 M

c. 100 mL de una solución de sulfato de sodio 0.155 M

4. Calcule la cantidad de mililitros de solución acuosa que se requiere para tener

a. 8.85g de hidróxido de sodio (NaBr) de una solución 0.100 M

b. 7.65g de cloruro de calcio (CaCl2) de una solución 1.40 M

c. 1.20 mol de ácido sulfúrico (H2SO4) de una solución 6.00 M

QUIMICA ORGÁNICA Nomenclatura.

ALCANO


27

NOMENCLATURA DE ALCANOS:

GRUPOS ALQUILOS COMUNES

Metilio ⎯ CH3 CH3 CH3

Etilo ⎯ CH2 − CH3 | |

n-Propilo ⎯ CH2 − CH2 − CH3 ⎯ C − H ⎯ C − CH3

n-Butilo ⎯ CH2 − CH2 − CH2 − CH3 | |

CH3 CH3

Isopropilo t-Butilo

1. Escribe el nombre IUPAC de estos compuestos:

CH3 CH3

⎟ ⎟

CH3 CH C CH2 CH2 CH3 CH3 CH CH CH2 CH3

⎟ ⎟ ⎟

CH3 CH3 CH2 CH CH3

⎟

CH2 CH3

CH3 CH CH2 CH CH2 CH2 CH3


28

⎟ ⎟

CH3 CH2 CH3

2. Escribe la estructura de: a. 3,4‐dimetilheptano b. 2,2,3,3,4,4‐hexametilpentano c. 2,etil‐3‐isopropilheptano d. 4‐metil‐2‐propilhexano

NOMENCLATURA DE ALQUENOS Y ALQUINOS

CH 3 3-CH2-CH

PROPANO

CH 2 3-CH=CH

PROPENO

C H3-C≡CH

PROPINO

3. Escribe el nombre IUPAC de los siguientes compuestos:

CH3 CH = CH CH3 CH3 CH = CH CH CH3

⎟

CH3

CH3- CH2- CH2

⎟

CH- CH = CH2

⎟

CH3 -CH2 -CH2


29

4. Escribe la estructura de: a. 7‐metil‐2‐octeno b. 2,3‐dimetil‐1,4‐hexadieno c. 4‐etil‐3‐metil‐1,3,5‐hexatrieno d. 1,4‐hexadieno

5. Escribe el nombre IUPAC de los siguientes compuestos: CH3

⎟

CH3 C ≡ C CH CH CH3 CH3 CH2 C ≡ C CH2 CH3

⎟

CH3

CH3-C≡C-CH- CH2-CH2-CH2-CH3

⎟

CH3

6. Escribe la estructura de: a. 5‐metil‐2‐hexino b. 6,7‐dimetil‐4‐nonino c. 5,6‐dimetil‐1‐heptino d. 1,4‐hexadiino


30

Sesión VII. Identificación de grupos funcionales orgánicos. Identifica a qué tipo de compuesto pertenecen y el grupo funcional en los siguientes compuestos:

CH3-CH2-CH2-OH

CH3- CH2 - CH -CH3 ι OH

CH3 ι CH3- CH-CH2-OH

CH3‐O‐CH3 CH3‐ CH‐O‐CH3 І CH3

CH3‐CH2‐O‐CH2‐ CH‐CH3 І CH3

CH3‐CH2‐CH= O CH3‐ CH‐CH2‐CH = O І CH3

CH3 І CH3‐CH2‐CH2‐ C‐CH=O І CH3


31

CH3‐CH2‐ C‐CH2‐CH3 ІІ

O

CH3 CH3‐ CH‐ C‐CH2‐CH3 І І ІІ CH3‐ CH‐ C‐CH3 CH3 O ІІ O

CH3‐ CH‐ CH‐CH2‐COOH CH3‐ CH‐CH2‐CH2‐COOH І І CH3 CH3

І CH3

CH3‐ CH‐CH2‐COOH І

CH3

CH3‐CH2‐NH2

CH3

І

CH3‐CH2‐NH‐CH3 CH3‐CH2‐CH2‐ N‐CH2‐CH3


Tablas y Bibliografía.

NOMENCLATURA FORMULAGENERAL NOMENCLATURA

MO * Óxido de nombre del metal (Valencia del metal) * Óxido nombre del metal terminación OSO ICO

Metal + Oxígeno → OXIDO

MH * Hidruro de nombre del metal (Valencia del metal) * Hidruro nombre del metal terminación OSO ICO

Metal + Hidrógeno → HIDRURO

MX * Nombre del no metal URO nombre del metal OSO ICO Metal + No metal → SAL BINARIA

No Metal + Oxígeno→ ANHIDRIDO (Óxido no metálico) XO * Anhidrido PREFIJO nombre no metal terminación OSO

ICO HX * Acido nombre del no metal terminación HIDRICO No Metal + Hidrógeno → HIDRACIDO

M(OH) * Hidróxido de nombre del metal (Valencia del metal) * Hidróxido nombre del metal terminación OSO ICO

Oxido + H2O → HIDROXIDO

HXO * Acido PREFIJO nombre no metal terminación OSO ICOAnhidrido + H2O → OXIACIDO

MXO * Nombre no metal terminación ITO nombre metal terminación OSO ATO ICO Acido + Hidróxido → OXISAL

32


33

CATIONES Y ANIONES COMUNES

FORMULA NOMBRE FORMULA NOMBRE Li+, Na+, K+… F-, Cl-, Br-, I- Fluoruro, …

NH4+ Amonio OH- Hidróxido

Ag+ CN- Cianuro Mg2+, Ca2+, Ba2+.. ClO- Hipoclorito

Zn2+, Cd2+ ClO2- Clorito

Cu1+ Cobre (I) Cuproso ClO3

- Clorato

Cu2+ Cobre (II) Cúprico ClO4

- Perclorato

Mn2+ Manganeso (II) Manganoso MnO4

- Permanganato

Co2+ Cobalto (II) Cobaltoso NO2

- Nitrito

Ni2+ Níquel (II) Niqueloso NO3

- Nitrato

Ni3+ Níquel (III) Niquelico SCN- Tiocianato

Sulfocianuro

Fe2+ Hierro (II) Ferroso O2- Oxido

Fe3+ Hierro (III) Férrico S2- Sulfuro

Pb2+ Plomo (II) Plumboso HSO3

- Sulfito ácido Bisulfito

Pb4+ Plomo (IV) Plúmbico SO3

2- Sulfito

Au1+ Oro (I) Auroso HSO4

- Sulfato ácido Bisulfato

Au3+ Oro (III) Aúrico SO4

2- Sulfato

S2O32- Tiosulfato

HCO3- Carbonato ácido

Bicarbonato CO3

2- Carbonato CrO4

2- Cromato Cr2O7

2- Dicromato PO4

3- Fosfato HPO4

2- Fosfato monoácido H2PO4

1- Fosfato diácido AsO4

3- Arsenato CH3COO- Acetato C2O4

2- Oxalato


34

Chang, Raymond, 2002. Química. Séptima Edición. McGraw-Hill: México

Garzón, G., Guillermo, 1986. Fundamentos de Química General. Segunda Edición.

McGraw-Hill: México

Rosenberg, Jerome L., Epstein, Lawrence M., 1988. Química, Séptima Edición. McGraw-

Hill: México

Wingrove, A. S., Caret, R. L., 1995. Química Orgánica. Quinta Edición. Oxford

UniversityPress, México

Guia Quimica Gral Propedeutico 2011

Documents

Transcript of Guia Quimica Gral Propedeutico 2011