Cuestionario #2

Materia y energía

Nombre: Meriland Santamaría

Cedula: 4-769-2090

Grupo: 1

3.1 Materia

1. La materia es cualquier cosa que tiene Masa y ocupa un lugar en el espacio.

2. Los tres estados físicos de la materia son sólido, líquido y gaseoso.

3. Los sólidos y líquidos son prácticamente incompresibles; tienen volumen indefinido.

4. Los líquidos tienen volumen definido, pero pueden tomar la forma del recipiente que lo contiene.

5. En sustancias liquidas las moléculas están muy cercanas entre sí pero pueden moverse con bastante libertad.

6. En sustancias gaseosas las moléculas individuales están relativamente (cercanas/distantes) y se mueven con libertad, rapidez y al azar. Distantes.

7. Enuncie las diferencias y semejanzas entre un líquido y un sólido.

Semejanzas:1) Ambos son estados condensados de la materia.2) Ambos estados presentan coeficiente de dilatación volumétrica.3) Son estados que presentan incompresibilidad (es decir, su volumen

prácticamente no cambia al aplicar una fuerte presión.4) Los átomos o moléculas que lo componen no presentan un movimiento

libre de difusión (como el que presentan los gases.5) Ambos pueden presentar punto de ebullición.

Diferencias:

1) Los sólidos presentan coeficiente de dilatación lineal y superficial además del volumétrico.

2) Los líquidos tienden a adoptar la forma del recipiente que la contiene.

3) Los sólidos son los únicos que presentan punto de fusión.4) Los líquidos poseen la propiedad de viscosidad puede hablar de una

fluidez.5) Los sólidos pueden presentar las propiedades de dureza, tenacidad y

ductilidad.

8. Indique las diferencias y semejanzas entre un líquido y un gas.

Semejanzas:1) Los dos son fluidos (fluyen y se mueven).2) Necesitan una temperatura más baja que los sólidos.3) Sus moléculas tienen más energía cinética que la de los solidos.4) No se puede moldear.5) Necesita un recipiente para ser manipulados.

Diferencia:

1) No son los mismos estados de agregación.2) Su temperatura varía según el punto de fusión.3) Los líquidos tiene volumen definido.4) La energía cinética de las moléculas de los líquidos son menores que

las de las gases.5) El líquido ejerce menos presión que los ases (en un envases cerrado,

por ejemplo un refresco).

9. Considere tres muestras de agua de 10 g: una de ellas es hielo, otra es agua líquida y la tercera es vapor; ¿Cómo se compara los volúmenes de estas tres muestras entre sí ; ¿ Cómo se relaciona esta diferencia de cada volumen con el estado físico?R: El volumen de hielo, las moléculas se encuentran mucho más unidos, en comparación con las moléculas en estado líquido; aunque cabe señalar que el agua a una temperatura del 4°C las moléculas se expanden en lugar de contraerse, lo cual explica por qué existe vida en los lugares congelados del planeta. En el vapor de agua las moléculas se encuentran distantes. Esta

diferencia en el estado físico hace notable la diferencia de volumen, a pesar de que la muestra es la misma, pero la diferencia lo hace es la distancia entre moléculas.

10. Los motores de los automóviles obtiene potencia de la compresión y expansión de gases en los cilindros. Explique por qué los gases, en comparación con los líquidos o sólidos, son compresible.R:Los gases son comprensibles en comparación con líquido y solidos debido a que la distancia entre las moléculas gaseosas es muy amplia, lo que permite que si se aplica una fuerza externa, esto permite el acercamiento de las moléculas; cosa que no ocurre en líquidos y solidos porque sus moléculas están muy cercanas entre si

3.2 Propiedades y cambios físicos y químicos

11. El hecho de que la sustancia química cromato de sodio sea de color amarillo brillante es un ejemplo de propiedad física.

12. El hecho de que la sustancia química cromato de sodio en solución con compuesto de plomo es un ejemplo de propiedad química.

13. -14 Las soluciones que contiene iones de cobre (II) son de color azul brillante. Cuando se añade hidróxido de sodio a una solución de este tipo se forma un precipitado de un azul mucho más claro.

13. E l hecho de que una solución que contenga iones de cobre (II) sea de color azul brillante es una propiedad física.

14. El hecho de que se produzca una reacción al añadir hidróxido de sodio a una solución de iones de cobre (II) es una propiedad química.

15. E l proceso de fusión y evaporación incluye cambios en el estado de una sustancia.

16. Electrolisis es el proceso de efectuar una reacción química haciendo pasar corriente eléctrica a través de una sustancia o solución.

17. Clasifique las siguientes propiedades y cambio como físico o químicosA. El hielo seco (hielo seco congelado) se evapora gradualmente.B. El cabello se riza cuando la humedad aumenta. cambio físico

C. La carne se ennegrece cuando se cocina demasiado tiempo en el horno. Cambio físico

D. El agua de mar hierve a temperatura más alta que agua dulce. Propiedad física

E. El champaña burbujea al retirar el corcho de la botella. Propiedad química

F. Se forma azúcar solida al enfriar una solución azucarada. Cambio físicoG. El café adquiere un color más claro cuando se le añade crema. Cambio

físicoH. Un removedor de hierro se calienta al introducirlo al fuego. Propiedad

físicaI. Los focos luminosos brillan. propiedad químicaJ. El azúcar se disuelve en agua. propiedad físicaK. El hielo de las banquetas se derrite. cambio físico

18. Clasifique los siguientes enunciados como propiedades o cambios físicos o químicos.

A. La leche forma cuajos cuando se le añaden unas cuantas gotas de vinagre. Cambio químico

B. La mantequilla se hace rancia si se deja a temperatura ambiente. Cambio químico

C. El aderezo para ensalada se separa en capas si se deja reposar. Propiedad física

D. La leche de magnesia neutraliza la acidez estomacal. Cambio químicoE. El acero de un automóvil tiene manchas de óxido. Cambio químicoF. Una persona se asfixia cuando respira monóxido de carbono. Cambio

químicoG. Al derramarse acido se produce un hueco en los pantalones de mezclilla.

Propiedad químicaH. El sudor enfría un cuerpo al evaporarse de la piel. Propiedad físicaI. La aspirina reduce la fiebre. Propiedad químicaJ. El aceite se siente resbaloso. Propiedad físicaK. El alcohol se quema formando dióxido de carbono en agua. Cambio

químico

19. Los elementos, no puede descomponerse en sustancias más sencillas por métodos químicos.

20. Una muestra pura de elemento contiene un solo tipo de átomos.

21. Ciertos elementos tienen afinidades específicas hacia otros. Estos ocasionan que se unan entre sí de manera especial para formar compuestos

22. Los compuestos pueden descomponerse en sustancia más sencillas por cambios químicos.

23. Un compuesto siempre tiene composición (variable/igual) y combinación de átomos (variable/igual). Igual

24. Las propiedades de un compuesto suelen ser (muy distintas/ muy similares) a las de los elementos que lo constituyen. Muy similares

3.4 Mezclas y sustancias puras

25. Una sustancia pura siempre tiene composición (variable/igual). Igual

26. Una mezcla puede definirse como sustancia de composición (variable/igual). Variable

27. Una mezcla homogénea suele llamarse con mayor frecuencia. Solución o disolución

28. Una mezcla de sal arena es una mezcla. Heterogénea

29. Identifique las siguientes sustancias como mesclas o sustancias puras:A. Leche. Mezcla B. El papel en que se imprime los libros. Sustancia puraC. Una cucharadita de azúcar. Sustancia puraD. Una cucharadita de azúcar disuelta en vaso de agua. mezclaE. Acero. Mezcla

30. Identifique las siguientes sustancias como mesclas o sustancias puras A. Madera. Sustancia puraB. Papel de aluminio. Sustancia puraC. Aderezo para ensalada. Mezcla D. Vino. Mezcla E. Una tableta de vitaminas. Mezcla

31. Clasifique las siguientes mezclas como homogéneas o heterogéneas.A. Una bolsa con canicas de diferentes colores. Homogénea B. La arena de la playa. Heterogénea C. Una muestra de cloruro de sodio disuelto en agua. Homogénea D. Una muestra de sal de mesa disuelta en agua. Homogénea E. Aire. Homogénea

32. Clasifique las siguientes mesclas como homogéneas o heterogéneas.A. Sangre. Homogénea B. El óxido que se raspa de la defensa de un automóvil. Homogénea C. Aderezo para la ensalada. Heterogénea D. El vidrio de una ventana. Homogénea E. Agua en estanque. Heterogénea

3.5 Separación de mezclas

33. El agua de mar puede purificarse para beber llevándolo e ebullición y condesando el vapor al estado líquido. Este proceso se conoce como desalinización

34. Un contaminante puede retirarse de un medio liquido con facilidad por el proceso decantación

35. En un experimento común de laboratorio de química general se pide a los estudiantes que determinen las cantidades relativas de ácido benzoico y carbón en una mezcla sólido. El primero es relativamente soluble en agua caliente pero el segundo no. Diseñe un método para separar los dos componentes de la mezcla.R: Se calienta la muestra en agua, luego se separa el carbón que es insoluble en agua caliente por filtración; luego el agua queda con el ácido benzoico disuelto. Posteriormente se puede llevar el H 2O hasta ebullición para que pueda el ácido benzoico solamente.

36. Describa el proceso de destilación que se presenta en la figura 3.6. E l proceso de separación de los componentes de la mezcla por destilación ¿es un cambio químico o físico?R: Es un proceso de cambio físico; ya que lo que está sucediendo es cambio en el agua.

3.6 Energía y cambios de energía

37. Energía se define como la capacidad para efectuar un trabajo.

38. Calor especifico se define como la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua a un grado Celsius

39. Describa lo que ocurre con las moléculas de una muestra de hielo al calentarla lentamente hasta que se licua y después hasta que se evapora.R: Lo que sucede es que las moléculas de hielo o sea en agua en estado líquido, se encuentran muy unidas, al calentarlas estas absorben el cal y se van separándolo poco a poco hasta alcanza r el estado líquido; luego siguen absorbiendo calor, lo que aumenta la energía interna de las moleculas; lo que ocasionan que se mueva con más rapidez, que es cuando alcanza el estado gaseoso

40. Indique que ocurre con las moléculas de agua líquida cuando está caliente y llega a ebullición.R: Estas moléculas absorben calor, adquieren más energía, más movimiento y llega un momento en que la presión interna de las moléculas iguala a la de la atmosfera yes cuando alcanzan el punto de ebullición.

41. Las sustancias metálicas suelen tener capacidades caloríficas específicas (más alta/más baja) que las sustancias no metálicas. Más bajas

42. La cantidad de energía que se requiere para cambiar la temperatura de una muestra se calcula mediante el producto de la masa de la muestra, la capacidad calorífica específica de la misma y el cambio de temperatura que esta experimenta.

43. Se requiere 4.5 J de energía para calentar 5.0 g de aluminio de 25°C a determinar temperatura superior. Por tanto, se requiera el doble de energía es decir 9.0 J para calentar 10. g de aluminio el mismo intervalo de temperatura.

44. Se requiere 103 J de energía para calentar cierta masa de hierro de 25°C a 50°C, por tanto se requerirían el doble de energía es decir 206 J porque delta t es cambio de 25 a 50 para calentar la misma masa de hierro de 25°C a 75°C.

Problemas

45. Convierte las siguientes cifras de calorías a joules (J)

A. 150.0 cal = 150 cal X4.184 J /g°C

1CAL=627.6

Jg°C

B. 4462 cal = 4462 cal X4,184 J /g°C

1Cal=1,86 x104

J/g°C

C. 10.0 cal =10.0 cal X4.184 J /g°C

1Cal=41.84J / g°C

D. 4.184 cal = 4.184 cal X4,18J /°C

1cal=17,50J /¿g °C

46. Convierte las siguientes cifras de joules (J) a calorías

A. 4.184 J X1Cal

4,184 J /g°C=1cal

B. 1520 J X1Cal

4,184 J /g°C=363,29cal

C. 8.02 JG X1Cal

4,184 J /g°C=1,92cal

D. 23.29 J X1Cal

4,184 J /g°C=5,57cal

47. Convierte las siguientes calorías a kilocalorías (recuerda: kilo significa 1000).

A. 850 cal X1Kcal

1,0 X103CAL=8,5 X 10−1 kcal

B. 1530 cal X1Kcal

1,0 X103CAL=1,53Kcal

C. 227 200 calX1Kcal

1,0 X103CAL=227,2Kcal

D. 0.00289 calX1Kcal

1,0 X103CAL=2,89 X10−6Kcal

48. Convierte las siguientes kilocalorías a calorías.

A. 12.30 Kcal = 12,30 Kcal X1000cal

0 001Kcal=12300cal

B. 290.4 Kcal = 290.4 Kcal X1000cal

0 001Kcal=290400 cal

C. 940 000 Kcal = 940 000 Kcal X1000cal

0 001Kcal=940000cal

D. 4201 Kcal = 4201 Kcal X1000cal

0 001Kcal=4201000 cal

49. Convierte los siguientes joules (J) a kilojoules (kJ) (recuerda: kilo significa 1000).

A. 243 000 J = 243 000 J X0 001KJ1000 j

=0,243KJ

B. 4.184 J = 4.184 J X0 001KJ1000 J

=0.004184KJ

C. 0.251 J = 0.251 J X0 001KJ1000 J

=0.000251KJ

D. 450.3 J = 450.3 X 0 001KJ1000J

=0,45 KJ

50. Convierte los siguientes kilojoules (kJ) a joules (J).

A. 189 900 kJ X1,0 X103 J

1KJ=1.9 X 108 J

B. 24 480 kJX1,0 X103 J

1KJ=2,4 X107 J

C. 2.39 kJX1,0 X103 J

1KJ=¿2,4 X103 J

D. 19.75 kJX1,0 X103 J

1KJ=2.0 X 104 J

51. Calcula la cantidad de energía que se requiere (en calorías) para calentar 145 g de agua de 22.3°C a 75.0°C.

4,184Jg°C

X 145 ° X 726 ° C=440J

La energía se transforma a calorías

440 J X 1CAL

4,184 J=105,2Cal

52. Calcule la energía necesaria (en calorías) para calentar 10.4g de mercurio de 73.0°C a 42.0°C.

0,14 Jg°C

X 10.4 g X 5°C = 7.28 J

La energía se transforma a calorías

7.28 J X 1Cal

4,184 J= 1.73 Cal

53. Calcule la energía que se requiere en (en joules) Para calentar 25.0 g de oro de 120°C a 155°C (véase la tabla 3.2) DatosQ = ?g= 25,0gc=0,13 J/g°C∆T=155°C-120°C= 35°C

Q= m x c x ∆T

Q= (25,0g) (0,13 J/g°C) (35°C)= 113,75 J X1Cal

4,184 J=27,19Ca l

54. Calcula la energía que se requiere (en joules) para calentar 75g de agua de 25°C a 39°C.

4.18Jg°C

X 75g x 14 °C=4,39J

55. Si se aplica 50 J de calor a 10 g de hierro, ¿Cuánto se elevara su temperatura? (véase la tabla 3,2).

C= QM X ∆T

= 50J(10g ) (0,45 g° c )

=11 g°C

56. Si se aplica 50 J de calor a 10 g de aluminio, ¿Cuánto se elevara su temperatura? (véase la tabla 3.2).DatosQ = 50 Jg= 10c=0,89 J/g°C∆T=? Q= m x c x ∆T

(50J)= (10g) (0,89J/g°C) (∆T)

(5OJ )∆T

= (10g) (0,89J/g°C)

∆T= (10g) (0,89J/g°C) (50J)

∆T= 445°C

57. La capacidad calorífica de la plata es 0.24 J/g°C. Exprésela en calorías por gramo por grado Celsius.

Cas = 0.24 J/g°c X 1Cal

4 ,184 J= CALg°C

Cas = 0.24 J/g°c X 1Cal

4 ,184 J=5,7 X10−2 CAL

g°C

58. La capacidad calorífica especifica del refrigerante liquido Freón-12 es 0.232 cal/g°C. Exprésela en términos de joules por gramo por grado Celsius.

Ce = 0.23 cal/g°c

0.23calg ° c ( 4,184 J

1cal )=0.971Jg°C

59. Tres muestras distintas de 50.0 g de aluminio, hierro y plata, se encuentran inicialmente a 20.0°C, a continuación se aplica 1.00 kJ de calor a cada muestra. ¿A qué temperatura final quedara cada una de ellas?

Ce = Al = 0.89Ce = Fe = 0.45 Ce = Ag = 0.24T1 = 20°CQ = 1.00 KJT2 =?

C = Q

mx ∆T T2 – 20 =

100(0.24 )(50)

C x m x ∆T = Q T2 = 83.33 + 20 =103.33°C

(T2-T1) = Qcm

T2-20 = 100.0J

(0.89Jg° c)(5 g) T2 -20°C =

100 J(0.45)(50)

T2-20 = 100.0J

445° c T2-20 = 44.44

T2 – 20 = 22.47°C T2 = 44.44 + 20 = 64.44

T2 = 22.47°C + 20

T2 = 42.47 °C

60. Si se desea elevar 20.0°C la temperatura de tres muestras distintas de 25.0 g de oro, mercurio y carbón, ¿Cuánto calor (en joules) hay que aplicar a cada una?DatosQ =? m = 25.0g Au, Hg, C∆T= 20°C Q = m X c X ∆T

= 25, 0 g Au x 0,19Jg°C

x20 °C

Q = 65 J

Q = m X c X ∆T

= 25, 0 g Hg x 0,14Jg°C

x20 °C

Q = 70 J

Q = m X c X ∆T

= 25, 0 g Au x 0.71Jg°C

x20 °C

Q = 355 J

61. Una muestra de 22.5 g del metal X requiere 540. J de energía para calentarse de 10°C a 92°C. Calcule su capacidad calorífica específica. DatosQ = 540 Jg= 22,5c=?∆T=92°C-10°C=82°C

Q= m x c x ∆T

QC

= m x ∆T

C= Q x m x ∆T

C= (22,5g) (82°C) (540J)

C= 9,96 X105 J/g°C

62. Una muestra de 55.0 g del metal Z requiere 675 J de energía para calentarse de 25°C a 118°C. Calcule su capacidad calorífica específica.

DatosQ = 675 JG = 55,0gc =?∆T=118°C-25°C=93°C

Q= m x c x ∆T

QC

= m x ∆T

C= Q x m x ∆T

C= (675 J) (55,0g) (93°C)

C= 3,45 X106 J/g°C

Problemas adicionales

63. Si se colocan limaduras de hierro sólido y azufre en polvo en un recipiente a temperatura ambiente, se efectúa una mezcla simple. Si el hierro y el azufre se calienta hasta que se produce una reacción química entre ellos, se forma un elemento

64. Se funde la sustancia pura X y el líquido se coloca en un aparato de electrolisis, como el de la figura 3.3. Al hacer pasar corriente eléctrica a través de líquido se forma un sólido café en una cámara y un sólido blanco en la otra. La sustancia X ¿es un compuesto o un elemento? Elemento

65. Al calentar la muestra de 1.00 g de polvo para hornear se forma un gas. El sólido restante pesa menos de 1.00 g y no tiene las mismas propiedades de la muestra original. El polvo para hornear ¿es un elemento o un compuesto? Compuesto

66. Durante el invierno muy frío la temperatura puede permanecer cero durante periodos extensos. Sin embargo, la nieve que cae continúa desapareciendo

aunque no se funda. Este proceso (sublimación) ¿es un cambio físico o químico? Cambio químico

67. Efectué las conversiones que se indican. A. 750 900 cal a kilojulios

750 900 cal X4,184 J1Cal

=3,14X 106J X 1KJ

1,0 X103 J=3,14 X103KJ

B. 9.985 kJ a kilocalorías

9,85 KJ XICal

4,184 J =8,43 Cal X

1Kc

1,0 X103cal=8,43 X10−3KC

C. 7.899 kcal a joules

7.899 Kc X1,0 X103cal1KC

=7,90 X 103Cal X

4,184 J1Cal

=33,05 X 103 J

D. 900.4 kcal a kilojoules

900.4 kcal X1,0 X103cal1kCal

=9,00 X 105cal X 4,184 J

1cal=3,76 X106 J

3,76 X 106 J X 1KJ

1,0 X103cal = 3,76 X 106KJ

E. 89 930 a kilocalorías

89 930 J X1CAL

4,184 J =2,15 X 104Cal X

1Kcal

1,0 X103cal=21,5Kcal

F. 5.901 kJ a calorías

5.901 K J X1,0 X103 J1kJ

=5,9 X 103J X 1cal

4,184 J=1,4 X103 cal

68. Calcule la cantidad de energía necesaria (en joules) para calentar 2.5kg de agua de 18.5°C a 55.0°C.DatosQ =? g = 2,5.∆T= 55°C-18,5°C= 36,5°CC = 4,184 J/g °C

Q = m X c X ∆TQ = (2,5 kg) (4,184 J/g °C) (36,5°C)

Q = 381,79 KJ X 1,0 X103

1KJ=3,81X 105 J

69. Si se aplica 10 J de calor a muestras de 5.0 g de cada una de las sustancias que se indican en la tabla 3.2, ¿Qué sustancias se calentara más? ; ¿Qué sustancia se calentara menos?R: El agua se calienta menos y el oro más.

70. Se calienta una muestra de 5 g de aluminio y 5 g de hierro en un baño de agua a ebullición en tubos de ensayos distintos. Los tubos de ensayo se colocan a continuación dentro de un vaso de precipitado que con tiene hielo. ¿Qué metal perderá más calor al enfriarse? R: El aluminio porque es el que absorbió más calor. Datosm = 5g C = 0,89 J/g °CM = 25gL = 20,45 J/g °C ∆T=∆Tf -∆Ti

= 100°C-5°C= 95°C

Q= L X mQ= (5g) (0,895 J/g °C) (95°C) mayorQ= 422-75 Al

Q= Q= (5g) (0,45 J/g °C) (95°C)Q= 213,7 J Fe

71. El hidrogeno desprende 120. J/g de energía al quemarse en oxígeno y el metano desprende50. J/g en la misma circunstancia. Si se quema una mezcla de 50 g de hidrogeno y 10. g de metano y el calor que se libera se transfiere a 500.g de agua a 25°C ¿Qué temperatura final alcanzara el agua?

H 2 + O2 H 2

H 2=120Jg

H4¿50Jg

∆T= QmX c

= H 2O =120J

(4,18 )(500)=14,35 J

72. Se coloca una muestra de 5.00g de tabletas de aluminio y 10.00 g de limaduras de hierro en un tubo de ensayo seco que a continuación se calienta en un baño de agua a ebullición, a 100°C. Posteriormente la mezcla de hierro y aluminio se vacía sobre 97.3 g de agua a 22.5 °C; ¿Qué temperatura final alcanzara el agua debido a los metales?

M x c x ∆T = M2 C ∆T.15g (20) (T2-100°c) = (97.3 g) (4.184) (T2 -22.)

30 (T2-100°c) = 407.10 (T2 – 22.5°c)

-30 T2 +300°c = 407.10 T2 – 9159.75°c300°c + 9159.75 = 407.10 T2 + 30 T2

12159.7°c = 437.10 T2

12159.7 ° c437.10

= T2

T2 = 28°C

73. Una mezcla de 50.0 g de agua a 100. °C se vacía sobre una muestra de agua de 50.0 g a 25°C. ¿Cuál será la temperatura final del agua?

50g H2O a 100°c50 H2O a 25°c

m. c .∆T = m2 c ∆T(2,0) (T2-T1) = (4,184) (T2-T1)(2,0) (T2-100 = 4,184 (T2-25)

-20 T2 + 200 = 4,184 - 105200 + 105 =4.184 T2 +2.0 T2

305 = 6.184 T2305

6.184=T 2

T2 = 49

74. Una muestra de 25.0 g de hierro puro a 85°C se vacía sobre 75g de agua a 20°C ¿Cuál es la temperatura final de la mezcla de agua-hierro?

25.0g Fe T1 85°c75g H2O T1 20°cT2=?

m. c .∆T = m2 c ∆T(25,0g) (0.45) (T2-85°c) = 75g (4,184) (T2-20°c)

-56 (T2-85°c) = 314 (T2-20°c)-56 T2 + 4760 = 314 T2 – 6280°c

4760 +6280°c =314 + 56 T2370 T2 = 1140

T2 =11040370

= 30°c