TEMA: QUIMICA GENERAL 1. La molaridad y la normalidad de una disolución pueden tener el mismo mismo valor, siempre que:
R: La valencia del soluto sea 1 2. En una reacción química en la que todas las especies que intervienen son gaseosas: a. Los volúmenes de las sustancias que intervienen guardan una proporción definida y constante b. Los volúmenes de las sustancias que intervienen dependen dependen de la presión y la temperatura c. Las opciones a y b son correctas (respuesta) 3. En una reacción química entre reaccionantes en estado sólido, las sustancias que intervienen lo hacen:
R: En una proporción definida y constante de sus masas 4. Un mol de una sustancia es: a. La cantidad de la misma que contiene 6,022 × 1023 átomos b. El peso molecular de la sustancia de la que se trate c. Las opciones a y b son falsas (respuesta) 5. Si tomamos la mitad mitad del volumen de una determinada disolución de un cierto soluto y le añadimos disolvente hasta recuperar el volumen inicial:
R: La concentración molar se reduce a la mitad 6. Una disolución: a. Es una mezcla homogénea b. Es una mezcla formada por dos o más sustancias puras en una determinada proporción c. Las opciones a y b son correctas (respuesta) 7. En un vaso de agua tenemos 340 cm 3, cuantos decímetros cúbicos hay:
R: 0,34 dm3
340cm 340ml 340ml 3
1dm3 3
10 ml
340 103 dm3 0,34dm3
8. Una sustancia tiene una densidad de 1200 kg/m 3 y una masa de 24 kg; ¿cuál es su volumen?
R: 0,02 m3
d
m V
V
m d
24 1200
0,02m 3
9. Una sustancia tiene una densidad de 800 kg/m 3 y un volumen de 0,5 m 3; ¿Cuál es su masa?
R: 400 Kg
d
m V
m d V 800 0,5 400 Kg
10. Una solución que tiene la capacidad para disolver más soluto es denominada
R: Insaturada 11. La siguiente tabla muestra algunas propiedades físicas de 5 sustancias a 25°C. Punto Punto de Masa Solubilidad de Densidad Sustancia ebullición molar fusión (g/mL) (°C) (g/moL) Agua Eter (°C) X 50 100 0,65 30 No Si T 40 110 1,21 40 Si No W -10 70 0,83 15 Si No R 15 120 0,92 25 No Si Q 137 270 1,02 20 Si No
340cm 340ml 340ml 3
1dm3 3
10 ml
340 103 dm3 0,34dm3
8. Una sustancia tiene una densidad de 1200 kg/m 3 y una masa de 24 kg; ¿cuál es su volumen?
R: 0,02 m3
d
m V
V
m d
24 1200
0,02m 3
9. Una sustancia tiene una densidad de 800 kg/m 3 y un volumen de 0,5 m 3; ¿Cuál es su masa?
R: 400 Kg
d
m V
m d V 800 0,5 400 Kg
10. Una solución que tiene la capacidad para disolver más soluto es denominada
R: Insaturada 11. La siguiente tabla muestra algunas propiedades físicas de 5 sustancias a 25°C. Punto Punto de Masa Solubilidad de Densidad Sustancia ebullición molar fusión (g/mL) (°C) (g/moL) Agua Eter (°C) X 50 100 0,65 30 No Si T 40 110 1,21 40 Si No W -10 70 0,83 15 Si No R 15 120 0,92 25 No Si Q 137 270 1,02 20 Si No
Un recipiente contiene una mezcla preparada con las sustancias X, T y Q. Para separar esta mezcla se empleará el procedimiento que se muestra en el diagrama siguiente:
MEZCLA Agregar agua, agitar y filtrar
Filtrado 1
Solido 1
Evaporar solvente y calentar hasta 120°C
Gas 1
Solido 2
a). De acuerdo con la información de la tabla y del procedimiento de separación, la adición de agua a la mezcla y la filtración permiten la separación de sustancias A. Sólidas con puntos de fusión altos. B. Sólidos insolubles en agua. C. Líquidas de diferente densidad. D. Líquidas miscibles en agua. (respuesta) b) De acuerdo con la información de la tabla y del procedimiento de separación, es correcto afirmar que el gas 1 y el sólido 2 corresponden, respectivamente, a las sustancias A. B. C. D.
Q y T. T y Q. (respuesta) X y Q. T y X.
c) En un recipiente se colocan las sustancias R, W y Q, se cierra herméticamente y se aumenta la temperatura hasta 80°C. De acuerdo con la información de la tabla, es correcto afirmar que a 80°C las sustancias R, W y Q se encontrarán, respectivamente, en estado
A. Líquido, gaseoso y sólido. (respuesta) B. Líquido, líquido y sólido. C. Sólido, líquido y gaseoso. D. Gaseoso, sólido y líquido. d) Para obtener una solución, se deben mezclar las sustancias A. B. C. D.
X y Q con éter. W y X con éter. R y Q con agua. T y W con agua. (respuesta)
e) En determinadas condiciones de presión y temperatura, las sustancias W y Q reaccionan para producir la sustancia R, de acuerdo con la siguiente ecuación. 2W + Q
2R
De acuerdo con la información de la tabla y la ecuación anterior, es correcto afirmar que para obtener 150 g de la sustancia R es necesario hacer reaccionar A. 60 g de W y 60 g de Q. B. 90 g de W y 60 g de Q. (respuesta) C. 15 g de W y 20 g de Q. D. 30 g de W y 20 g de Q.
12. La oxidación del monóxido de nitrógeno (NO) ocurre rápidamente según la reacción: 2 NO (g) + O 2 → 2 NO2 (g) ¿Cuál sería la forma de reducir la velocidad de esta reacción?
R: Disminuyendo la presión de O 2
13. En la siguiente gráfica se muestra la relación entre [H+] y pH para varias sustancias.
1. Se requiere neutralizar una solución de NaOH, para ello podría emplearse A. Amoníaco. B. Agua. C. Leche de magnesia. D. Jugo gástrico. (respuesta) 2. Si el NaOH 1 M (hidróxido de sodio) es una base fuerte y el agua una sustancia neutra, es probable que la leche agria sea A. Una base débil. B. Una base fuerte. C. Un ácido débil. (respuesta) D. Un ácido fuerte. 3. Un tanque contiene agua cuyo pH es 7. Sobre este tanque cae una cantidad de lluvia ácida que hace variar variar el pH. De acuerdo con lo anterior, el pH de la solución resultante: A. Aumenta, porque aumenta [H+]. B. Aumenta, porque disminuye [H+]. C. Disminuye, porque aumenta [H+]. (respuesta) D. Disminuye, porque disminuye [H+].
14. La purificación de cobre generalmente se realiza por medio de electrólisis. La técnica consiste en sumergir en una solución de CuSO 4 una placa de cobre impuro, la cual actúa como ánodo y una placa de cobre puro que actúa como cátodo y luego conectarlas a una fuente de energía, para generar un flujo de electrones a través de la solución y las placas como se observa a continuación
1. El ión Cu2+ cuenta con A. B. C. D.
2 protones más que el átomo de cobre 2 protones menos que el átomo de cobre 2 electrones más que el átomo de cobre 2 electrones menos que el átomo de cobre. (respuesta)
2. De acuerdo con la información, después de llevar a cabo la electrólisis, el cobre puro se encontrará adherido A. Al ánodo B. Al cátodo y al ánodo C. Al cátodo. (respuesta) D. A la superficie del recipiente
15. De acuerdo al modelo atómico propuesto por Bohr la energía de los orbitales sólo pueden tomar ciertos valores restringidos.
R: Incorrecto, Bohr habla de órbitas no orbitales. 16. La energía de las órbitas según el modelo atómico por Bohr puede tomar cualquier valor.
R: Incorrecto, sólo determinados valores, se tiene que cumplir: mvr = n h/2π 17. El átomo es una masa esférica cargada positivamente donde se insertan los electrones distribuidos de forma uniforme, enunciado por el modelo atómico de:
R: Thomson. 18. La profesora les pide a cuatro estudiantes que escriban la configuración electrónica para un átomo con 2 niveles de energía y 5 electrones de valencia. En la siguiente tabla se muestra la configuración electrónica que cada estudiante escribió.
Estudiante
DANIEL
MARIA
JUANA
PEDRO
Configuración 1s 2s 2p
1s 2s 2p
1s 2s 2p
1s 2s 2p
De acuerdo con la tabla, el estudiante que escribió correctamente la configuración electrónica es:
R: Juana, porque en el nivel 2 la suma de los electrones es 5.
19. Los isótopos son átomos de un mismo elemento, con diferente masa atómica, debido a la diferencia en el número de neutrones. La siguiente tabla muestra información sobre 4 tipos de átomos.
Átomos 1
No. de No. de No. de protones neutrones electrones 1 1 1
2
7
7
7
3
2
2
2
4
7
8
8
1. Es válido afirmar que se constituyen como isótopos los átomos A. B. C. D.
1 y 4. 2 y 4. (respuesta) 1 y 3. 3 y 4.
2. Un ion es una partícula con carga eléctrica (+ o -). De los tipos de átomos descritos en la tabla, es considerado un ion el átomo: A. 2, porque el número de neutrones es igual al de electrones. B. 1, porque el número de electrones es igual al de protones y neutrones. C. 3, porque el número de protones es igual al de neutrones. D. 4, porque el número de protones es diferente al de electrones. (respuesta) 20. Un serio problema ambiental ocasionado principalmente por la combustión de hidrocarburos fósiles es la lluvia ácida, que ocurre, generalmente, por la reacción entre el SO2, el H2O y el O 2, formando una solución de H 2SO4. Algunas de las reacciones que ocurren durante la formación de la lluvia ácida se representan con las siguientes ecuaciones: 1.
2SO2 + O2
2 SO3
2.
SO3 + H2O
H2 SO4
1. De acuerdo con la segunda ecuación, en la formación de la lluvia ácida ocurre una reacción de: A. Combinación, porque el SO3 reacciona con H2O para generar H2SO4. (respuesta) B. Desplazamiento, porque el azufre desplaza al hidrógeno para formar ácido. C. Descomposición, porque el H 2SO4 reacciona para formar SO3 y H2O. D. Oxido-reducción, porque el estado de oxidación del azufre cambia al reaccionar.
2. Los estados de oxidación más comunes para el azufre son +2, +4, y +6. De acuerdo con la primera ecuación es correcto afirmar que el azufre
A. Se oxida, porque pierde electrones y aumenta su número de oxidación. (respuesta) B. Se reduce, porque gana electrones y aumenta su número de oxidación. C. Se oxida, porque gana electrones y disminuye su número de oxidación. D. Se reduce, porque pierde electrones y disminuye su número de oxidación.
21. El
trabajo realizado al desplazar una masa de 500 g, hasta una altura de
1Km., en las unidades de calorías es:
RESPUESTA: 1cal (calorías) equivale a 4,187J w m g h
w 0.5 Kg 9.8 m 2 1000 m 4900 J 1170.288 cal s 22. El trabajo que puede ser hecho por una masa de 400 g que cae desde una altura de 300 cm, es de:
RESPUESTA:
w m g h
w 0.4 Kg 9.8 m 2 0.3 m 1.176 J s
23. El calor específico de una sustancia es Cp = 1.6 cal/gºC., si se calienta una masa de 100 g de dicha sustancia, desde 37ºC hasta 45ºC, la energía transferida es:
RESPUESTA: T 2
E
C
esp
T 1
dT Cv (T 2 T 1 )
E 1.6 cal g º C 100 g (45 37) º C 1280 cal 24. Un sistema que contiene un mol de un gas monoatómico retenido por un pistón, el cambio de energía interna del gas, si q = 50.0 J y w = 100.0 J, es de:
RESPUESTA:
E q w E 50.0 J 100.0 J 50.0 J
25. Si en un proceso dado, el cambio neto ó total de energía interna de un sistema es de 100 cal, y el mismo realizó un trabajo de w = 100 cal, cual es el calor transferido al sistema:
RESPUESTA:
E q w
q E w 100 cal 100 cal q 200 cal 26. El valor de q, para el cambio en energía interna de un gas ideal, durante un proceso dado fue de E = 0 y el trabajo realizado fue de 100 cal es de:
RESPUESTA:
E q w , pero E=0 q w
q 100 cal
27. Al ocurrir un cambio de estado en un sistema, si q = 0 y
E
= 545 cal/mol, el
trabajo realizado es de:
RESPUESTA:
E q w pero q=0
E w
w 545 cal
mol
28. Al expandirse repentinamente (irreversiblemente) un mol de un gas ideal desde un volumen inicial de V 1 hasta 3 veces su volumen, V 2 = 3V1, desde una temperatura inicial de 273.16 K y a una presión constante de 1.0 atm, el trabajo realizado es de:
RESPUESTA: 1atm.L equivale a 101,325 joules V 2
w P ext dv P ext (V 2 V 1 ) V 1
w 1atm (67.194 22.398)l 44.796l atm 4538.9547 J 29. El volumen final ocupado por un mol de un gas ideal, inicialmente a 0ºC y a 1 atm, si es sometido a un proceso isotérmico donde q = 500.0 cal, es: RESPUESTA: E 0cal isotérmico E q w , como E = 0
V f 43.059l
q w w 500cal 20.661l atm
30. La combustión del CO gaseoso, a 25 ºC, tiene un E = -67.33 Kcal. Calcule el cambio de entalpía para el proceso: CO (g) ½ O2 CO2 (g).
RESPUESTA:
n 1 1 0.5 0.5
H E PV E RT n H 67330 cal 1.986 cal
mol K
298.15 K 0.5 67626.063 cal
mol
31. Calcule el calor desprendido al ser quemados 4.00 g de metano (CH 4 (g)), a 25 ºC y volumen constante, si el H comb =-212.18 Kcal/mol.
RESPUESTA:
H H comb n 212.18 Kcal mol ˆ
4 g 53.045 Kcal g 16 mol
CH4 + 2 O2 CO2 + 2H20 n 1 2 1 2 0
E
= H q = -53.045 Kcal
32. Cuando se añade un catalizador a un sistema: a) La variación de entalpía de la reacción se hace más negativa, es decir, la reacción se hace más exotérmica y por lo tanto más rápida. R: No, pues la entalpía de la reacción es función de estado y sólo depende del estado inicial y final del sistema, en donde no aparece el catalizador. b) La variación de energía estándar de Gibbs se hace más negativa y en consecuencia aumenta su velocidad. R: No, pues la energía libre de Gibbs también es función de estado y no varía por la presencia de catalizadores. Varía la velocidad porque varía la energía de activación.
c) Se modifica el estado de equilibrio. R: No, los catalizadores no influyen en el equilibrio, pues las constantes del mismo sólo dependen de las concentraciones o presiones parciales de reactivos y productos y de los coeficientes estequiométricos de las ecuación global ajustada. d) se modifica el mecanismo de la reacción y por ello aumenta la velocidad de la misma. R: Si, pues el catalizador cambia el mecanismo por el que transcurra la reacción, y por tanto E a, con lo que cambia también la constante de velocidad, y por tanto la velocidad de la reacción. 33. Calcule el cambio de entalpía, en cal, al expandir reversiblemente un mol de un gas ideal, desde un volumen inicial V 1 hasta dos veces su volumen (V2 = 2V1) desde una temperatura inicial de 273.15 K y a una presión constante de 1.0 atm.
RESPUESTA: T 2
H n Cpdt n Cp T n CpT 2 T 1 T 1
5
H 1 mol 1.986 cal mol K (543.32 273.16) K 1356.239 cal 2
34. Una reacción química en una mezcla gaseosa a 300 ºC disminuye el número de moles de especies gaseosas en 0.35 moles. Si el cambio en energía interna es de 5.70 Kcal, calcule el cambio de entalpía. Asuma que los gases se comportan idealmente. RESPUESTA:
H E PV E RT n H 5700 cal 1.986 cal
mol K
573.15 K 0.35 5301.603 cal
TEMA: QUIMICA ORGÁNICA 35.- Los monómeros de las proteínas se conocen como:
R: Aminoácidos 36.- El compuesto orgánico, según la formula química se conoce con el nombre de: CH3
R: Metil ciclopentano 37.- Los grupos funcionales presentes en la siguiente molécula son. HO-CH2CH2-O-CH2CH2-COOH
R: éter; ácido carboxílico; alcohol 38.- Formula: 1) 3 –metil –butanal; 2) ácido 2-cloro-3-butenoico; p -hidroxifenol
Respuesta:
1) CH3 – CH – CH2 – CHO
2) CH2=CH – CHCl – COOH
CH3
39.Nombra: 1) CH3-CH=CH-COOCH3; 3) CH3-CHI-CH2-NH-CH2-CH3; 4) CH3-CH(NH2)-COOH. Respuesta:
1) 2-butenoato de metilo 3) etil-2-yodopropilamina
2)
CH3-O-CH2-CH3;
2) etil-metil-éter 4) ácido 2-amino-propanoico
40.-Dados los compuestos 2-metilbutano y 2-pentanona. Escribe para cada uno de ellos qué tipo de isómeros pueden presentar.
Respuesta: 2-metilbutano: isómeros de cadena (pentano y dimetilpropano) 2-pentanona: isómero de posición (3-pentanona) isómeros de función [pentanal, pentenol 41.- Dado los siguientes compuestos:
Las que representan hidrocarburos saturados son:
A. B. C. D.
1 y 3 (respuesta) 2y4 3y4 1y2
TEMA: QUIMICA GENERAL
1. La densidad de un tablón de madera es de 0,8 g/cm3. ¿Cuál será esta densidad en unidades del sistema internacional?. Si el citado tablón tiene 20 cm de ancho y 10 cm de alto y su masa es de 10 Kg, ¿Cuál es el largo?
RESPUESTA: d 0,84
d
m V
g cm
3
0,84
V
m d
g cm
3
1 Kg 10 6 cm3 3
10 g
10 840
ancho 20cm 20cm
1m
3
840
Kg m
3
0,012m 3 1m 2
0,2m
10 cm 1m alto 10cm 10cm 2 0,1m 10 cm V ancho l arg o alto l arg o
V ancho alto
0,012 0,2 0,1
0,6m 0,6m
10 2 cm 1m
60cm
2. Una muestra de 30 g de Zn metálico con impurezas reaccionó exactamente con 75 ml de ácido clorhídrico, HCl, de densidad 1,18 g/ml y 35% de riqueza en peso. ¿Cuál es el porcentaje de cinc metálico en la muestra? La ecuación de la reacción es
Zn + 2 HCl → ZnCl 2 + H2
RESPUESTA: Lo primero es calcular la masa de HCl que ha reaccionado. De la definición de densidad,
d
m V
m d V 1,18 g/ml 75 ml 88,5 g de ácido 35
De los cuales, sólo el 35% es puro,
100
88,5 g 31 g de ácido puro
La ecuación ajustada nos da la proporción en la que reaccionan las sustancias: 1 mol de Zn (65,4 g) reaccionan con 2 moles de ácido clorhídrico (2 × 36,5 = 73 g). Por tanto, los 31 g de HCl reaccionarán con una cierta cantidad de Zn, 65,4 g Zn
73 g HCl
x 31 g HCl 65,4 g Zn x 27,8 g de Zn 31 g HCl 73 g HCl
Por tanto, dejan de reaccionar decir,
30 g Zn
100 %
27,8 g Zn y
30 g – 27,8 g = 2,2 g de impurezas. Es
y
27,8 g 100 % 30 g
92,7 %
3. Se ha preparado una disolución agregando 50 g de ácido fosfórico, H 3PO4, hasta obtener un volumen total de disolución de 2500 ml. A partir de las correspondientes masas atómicas, calcular la molaridad y normalidad de la disolución preparada.
RESPUESTA: Por definición, la molaridad M se define como el número de moles de soluto por litro de disolución, M
n V
teniendo en cuenta que el número de moles, n, se calcula dividiendo la masa, m, de la sustancia de que se trate entre el peso molecular, PM, de dicha sustancia, la expresión anterior queda
m M
n V
m
PM
PM V
V
El peso molecular, PM, del H 3PO4 es 1×3 + 31×1 + 16×4 = 98 g/mol. Es decir, que 1 mol equivale a 98 g. Además, la valencia del H3PO4 es 3. Por tanto, a partir de la expresión anterior,
M
m PM V
50 g 98 g/mol 2,5 l
0,204 mol/l
Por definición, la normalidad N se define como el número de equivalentes gramo de soluto por litro de disolución, N
nº eq V
Además, un equivalente gramo de una sustancia es el cociente entre el Peso Molecular de dicha sustancia y su valencia,
eq
PM v
Para calcular el número de equivalentes habrá que dividir la masa de la sustancia por el valor de un equivalente gramo,
nº eq
m eq
Por tanto, a partir de la definición de Normalidad, m N
nº eq V
eq V
m eq V
m PM v
V
m v PM V
50 3 98 2,5
0,612 eq/l
4. En una habitación de 3.00 m x 3.00 m y una altura de 2.10 m, se detectó la presencia de polvo en suspensión, finamente dividido. Este, al ser aislado, pesó 12.65 g. ¿Cuál era la concentración del polvo en suspensión en ppm?.
RESPUESTA:
Entonces, para el volumen total, Vt: Vt = 3.00 m x 3.00 m x 2.10 m = 18.9 m 3 pero 1.0 m3 = 1000 L = 1.0 x 10 3 L Por lo tanto: Vt = 18.9 m3 (1.0 x 103 L/ m3) = 18.9 x 103 L
Luego, para el polvo: m = 12.65 g pero 1.0 g = 1000 mg = 1.0 x 10 3 mg Por lo tanto: m = 12.65 g (1.0 x 10 3 mg/g) = 12.65 x 103 mg
Finalmente: 12.65 x 103 mg de polvo ppm =
= 0.67 ppm 18.9 x 103 L de solución
5. La fórmula del etanol es CH 3-CH2OH. A partir de las correspondientes masas atómicas, determina su composición centesimal.
RESPUESTA: La fórmula del etanol es C 2H6O, cuyo peso molecular es 12 × 2 + 1 × 6 + 16 × 1 = 46 u. De este peso molecular, 24 u corresponden al carbono, 6 u al hidrógeno y 16 u al oxígeno. Por tanto, podemos calcular el porcentaje correspondiente a cada uno de los elementos químicos:
Si 46 u son el 100% del peso del etanol, 24 u serán el porcentaje del carbono,
46 u
100%
24 u
x
x
24 u 100 % 46 u
52,17% de carbono
Haciendo lo mismo con el hidrógeno y el oxígeno, 46 u
100% 46 u
100%
6 u 6 u 100 % y 13,05% de hidrógeno y 46 u
16 u z
z
16 u 100 % 46 u
34,78% de oxígeno
6. Dada una disolución comercial de ácido nítrico, HNO 3, de 23% en peso y densidad 1,25 g/ml, determinar los gramos de soluto presentes en 2 litros de disolución.
RESPUESTA: Como la densidad del ácido es 1,25 g/ml, primero debemos calcular cuál es la masa de los 2 litros de disolución. De la definición de densidad, d
m V
m d V 1,25 g/ml 2000 ml 2500 g
Es decir, que la masa de los 2 litros de disolución es 2500 g. Pero al ser de una riqueza en peso del 23%, esto quiere decir que sólo el 23% de los 2500 g corresponden al ácido puro,
23 100
2500 g 575 g de ácido puro
7. Calcula el número de moles, moléculas y átomos que hay en un vaso de agua (200 g).
RESPUESTA: El peso molecular del agua, H 2O, es 1 × 2 + 16 × 1 = 18 g/mol. El número de moles, n, se calcula dividiendo la masa de agua entre su peso molecular
n
m 200 g 11,11 moles de agua PM 18 g/mol
Sabiendo que un mol de moléculas contiene el número de Avogadro de moléculas, 6,022 × 10 23, entonces los 200 g de agua, que son 11,11 moles, contendrán 11,11 × 6,022 × 10 23 = 6,69 × 10 24 moléculas de agua Y como cada molécula de agua contiene 3 átomos, 2 de hidrógeno y 1 de oxígeno, 3 × 6,69 × 10 24 moléculas = 2 × 10 25 átomos de agua
8.- Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: a) Las propiedades físicas de los materiales se ponen de manifiesto frente a estímulos externos como la luz, la electricidad, el calor, las fuerzas aplicadas sobre ellos, etcétera.
R: Verdaderas. b) Los materiales conductores permiten el paso de la corriente eléctrica, a diferencia de los aislantes. R: Verdaderas. c) Los materiales translúcidos dejan pasar la luz, pero no es posible ver con nitidez lo que hay tras ellos. R: Verdaderas. d) Los materiales metálicos no son buenos conductores térmicos. R: Falsa. Los materiales metálicos son excelentes conductores térmicos. e) La dilatación térmica consiste en el aumento de tamaño de un material cuando desciende su temperatura.
R: Falsa. La dilatación térmica consiste en el aumento de tamaño de un material cuando asciende su temperatura. f) La elasticidad es la propiedad de los cuerpos para adquirir deformaciones permanentes cuando actúa sobre ellos una fuerza. R: Falsa. La elasticidad es la propiedad de los materiales de recuperar su tamaño y forma originales cuando deja de actuar sobre ellos la fuerza que los deformaba. h) Los metales son materiales que se oxidan, al contrario que la madera. R: Verdaderas. i) La maleabilidad es la propiedad de algunos materiales de extenderse en forma de cables o hilos. R: Falsa. Maleabilidad es propiedad de materiales extenderse en planchas o láminas. 9. Tenemos un bloque de hielo de 5 g que se encuentra a una temperatura de -40 º C y queremos pasarlo a una temperatura de 120 ºC. Calcula el calor que hay que suministrar al bloque de hielo. Datos: a) Calor específico del hielo c e del hielo=2090 J/(kg K) b) Calor de fusión del hielo Lf =334·103 J/kg c) Calor específico del agua c e del agua liquido =4180 J/(kg K) d) Calor específico del agua c e del agua gas =1850 J/(kg K) e) Calor de vaporización del agua Lv =2260·103 J/kg Recuerda que la Temperatura de fusión del agua es 0ºC y la temperatura de ebullición del agua es 100ºC.
RESPUESTA: Etapas: Se eleva la temperatura de 1g de hielo de -40ºC a 0ºC
Q1 m Cehielo T final T inicial 0,005 2090 0 40 418J Se funde el hielo (pasamos de sólido a liquido)
Q2 m L fusió n 0,005 334 10 3 1670 J Se eleva la temperatura del agua de 0º C a 100 ºC Q3 m Ceagua T fina l T inicial 0,005 4180 100 0 2090 J Se convierte 5 g de agua a 100ºC en vapor a la misma temperatura
Q4 m Lebullición 0,005 2260 103 11300 J Se eleva la temperatura del agua de 100º C a 120 ºC
Q5 m Cevapor T final T inicial 0,005 1850 120 100 185J El calor total Q=Q1+Q2 +Q3+Q4+Q5 = 15663 J.
10. Un sistema realiza un cambio de estado en dos etapas. El calor absorbido y el cambio en energía interna total, al final del proceso fueron de 100 cal y 300cal respectivamente. Si el trabajo realizado en la primera de las etapas fue de 60 cal. Determine el trabajo realizado en la segunda etapa.
RESPUESTA:
E T qT wT
wT w I w II
wT qT E T 100 300 cal 200 cal
w II wT w I 200 cal 60 cal 260 cal
11. Se tiene un sistema formado por un baño de agua, cuya masa es de 200 g, y su temperatura es de 25ºC inicialmente. Este sistema está conectado al exterior mediante una polea, la cual sostiene un cuerpo y está conectada a un agitador inmerso en el agua. Al caer el cuerpo se mueve el agitador y el agua se calienta a 40ºC. Determine E, q y w debido al cambio experimentado por el sistema y el medio.
RESPUESTA: q0 T 2
E n C esp dT n Cv (T 2 T 1 ) T 1
200 g 1 cal (40 25) º C 3000 cal g º C
E q w , pero q=0
E w
w 3000 cal
12. Se tiene un ―baño de María‖ de 500 g de agua a 100ºC y se sumerge un tetero de 10.0 g de leche a 25ºC por unos minutos, para luego sacarlo a la temperatura final de 37ºC. a) Determine la temperatura final del baño. b) Determine
E,
qyw
debido al cambio experimentado por el sistema y el medio.
RESPUESTA: T 2
q n C esp dT n C esp (T 2 T 1 ) T 1
qtetero 10 g 1 cal 37 25 º C 120 cal g º C
qtetero qbaño 120 cal 500 g 1 cal g º C T
f
100 º C
T f 99.76 º C 13. Un mol de un gas ideal se expande contra un pistón que soporta un presión de 0.2 atm. Si la presión inicial del gas es de 10 atm y la presión final es de 0.4 atm, manteniéndose la temperatura constante a 0ºC, calcule: a) El trabajo, (en calorías), realizado por el gas durante la expansión. b) El cambio en la energía interna del gas. c) El calor transferido en el cambio.
RESPUESTA: 1 atm.L equivale a 24,22 cal (calorías) V 2
a)
w P ext dv P ext (V 2 V 1 ) V 1
w 0.2atm (55.965 2.239)l 10.745l atm 260.045cal
b) E 0
Isotérmico
c) E q w , como E = 0 q w
q 260.045cal
14. Determine el cambio en la energía interna, el calor y el trabajo realizado, por un mol de un gas ideal al ser sometido a un proceso a volumen constante desde un estado 1, donde P 1 = 2.0 atm y T 1 = 546.0 K hasta un estado 2, donde P2 = 1.0 atm y T 2 = 273 K.
RESPUESTA:
w 0 J
Isocórico T 2
E n Cv dT n Cv (T 2 T 1 ) T 1
3
E 1 gmol 8.315 J 2
gmol K
E q w , pero w=0 E q
(273 546) K 3404.993 J
q 3404.993 J
15. Calcular el calor absorbido, en calorías, al expandirse reversiblemente dos moles de un gas ideal monoatómico, desde un volumen V 1, hasta dos veces su volumen inicial a una temperatura constante de 0ºC y desde una presión inicial de 1 atm.
RESPUESTA: V 2
V 2
w P ext dv P Gas dv (para procesos reversibles) V 1
V 1
V 2
w nRT
V 1
V nRT Ln 2 V V 1
dV
273.15 K Ln2 3148.610 J w 2 gmol 8.315 J gmol K
E q w , como E = 0 (isotérmico) q w
q 3148.610 J
16. ¿Cuál será el volumen final ocupado por un mol de gas ideal, que se encuentra inicialmente a 0ºC y a 1 atm de presión y es sometido a una expansión reversible isotérmica, contra una presión constante de 1.0 atm obteniéndose un calor (q) igual a 1000.0 calorías.
RESPUESTA: E 0cal isotérmico E q w , como E = 0 q w V 2
w P ext dv P ext (V 2 V 1 )
w
w 1000cal 41.321l atm
1atm (V f 22.398)l 41.321l atm
V 1
V f 63.719l 17. Calcule w y E para la conversión de un mol de agua, a 100ºC y 1.0 atm, a vapor. Los datos pertinentes son: q absorbido = 9717 cal/mol y un mol de agua líquida ocupa aproximadamente 18 ml. RESPUESTA:
q p 9717cal
V 2
w P ext dv P ext (V ga s V liq )
V 1
w 1atm (30.598 0.018)l 30.582atm l
w 740.117cal E q w
E 9717cal 740.117cal 8976.883cal
18. En la reacción de combustión de 0.532 g de benceno (C 6H6 (l); PM = 78 g/mol) a 25 ºC y en un sistema a volumen constante, se desprendieron 5.33 Kcal. Los productos de la combustión son CO 2 (g) y H2O (l). a) Para este proceso de combustión calcule: w, q, benceno.
E
y
H
por mol de
RESPUESTA:
a) w 0 cal
Isocórico
E q
5330 cal 781.466 Kcal mol 0.532 g g 78 mol
n n prod uctos nreactivos n por mol de benceno = 0.5
H E PV E RT n H 781466 cal 1.986 cal
mol K
298.15 K 0.5 781762.063 cal
mol
19. Una muestra de acetona (CH 3COCH3 (l); PM = 58.08 g/mol), de 0.58 g es quemada a temperatura y presión constante en un calorímetro de capacidad calórica neta, incluyendo la muestra, de 1.35 Kcal/K. En este proceso se observó un aumento de temperatura en el calorímetro, desde 22.87 hasta 24.56 ºC. a) Calcule el calor de combustión en cal/g de la muestra. b) Calcule los valores de E y H por mol.
RESPUESTA:
T 2
H n Cpdt n Cp T n CpT 2 T 1 T 1
H 1.35 Kcal (297.71 296.02) K 2.282 Kcal K
q p qcomb
H ˆ
2.282 Kcal 0.58 g
3934.423 cal
2.282 Kcal 228.515 Kcal mol 0.58 g g 58.08 mol
CH3COCH3 + 4 O2 3 CO2 + 3 H2O n 3 3 1 4 1
H E PV E RT n
E H RT n 228515 cal mol 1.986 cal mol K 297.71 K 1 mol 227.923 Kcal mol ˆ
ˆ
20. Considerando la transformación del etano (C 2H6), a n-butano (nC 4H10) e hidrógeno, determine el valor de la energía de enlace del C-C. La energía de enlace del H-H es de 104.2 Kcal/mol y la del C-H es de 98.2 Kcal/mol, además se dispone de la siguiente información: Hf C2H6 = -20.24 Kcal/mol Hf C4H10 =
-29.81 Kcal/mol
RESPUESTA: 2 C2H6 C4H10 + H2
H reacción H prod uctos H reactan tes 29.81 2 20.24 10.67 Kcal mol
H reacción De pr od uctos Dereactan tes
10.67 3 De(C C ) 10 De( C H ) De( H H ) 2 De(C C ) 12 De( H H )
10.67 De( C C ) 2 De( C H ) De( H H ) De(C C ) 10.67 10.67 2 98.2 104.2 81.53 Kcal mol
21. Considera el proceso a A + b B → productos. Indica cómo influye la presencia de un catalizador en: a) el calor de reacción
R: No influye en el calor de la reacción, pues éste es función de estado y no depende del mecanismo por el que transcurra la reacción. b) la energía de activación de la reacción
R: Varía el mecanismo de la reacción, y por tanto, la energía de activación. En la mayor parte de los casos disminuirá Ea, y por tanto aumentará ―v‖; sin
embargo en algunos casos pueden utilizarse catalizadores que disminuyan la velocidad (porque aumenta Ea). c) la cantidad de producto obtenida
R: Los catalizadores no influyen en el equilibrio y por tanto en la cantidad de producto obtenida, pues las constantes del mismo sólo dependen de las concentraciones o presiones parciales de reactivos y productos y de los coeficientes estequiométricos de las ecuación global ajustada. d) la velocidad de la reacción.
R: Varía la velocidad pues varían el mecanismo de la reacción, y por tanto, la energía de activación y, como consecuencia de esto, la constante de velocidad.
TEMA: QUÍMICA ORGÁNICA 22.- Complete las siguientes reacciones e indica de qué tipo son:
a) CH3-CH=CH2 + HBr → b) CH3 –CH2 –CH2OH + H2SO4 → c) C6H6 (benceno) + HNO3 (en medio sulfúrico) → R: Adición a) CH3-CH=CH2 + HBr →CH3-CH2-CH2Br + CH3-CHBr-CH3 Eliminación b) CH3 –CH2 –CH2OH + H2SO4 →CH3-CH=CH2 + H2O c) C6H6 (benceno) + HNO3 (en medio sulfúrico) →C 6H5NO2 + H2O Sustitución 23.- En las condiciones adecuadas, el 1,1,2,2-tetra-fluoreteno se polimeriza dando politetrafluoreteno (teflón), un polímero muy usado como revestimiento antiadherente para utensilios de cocina. a) Formule la reacción de polimerización. b) Se trata de una polimerización por adición o por condensación. c) Razone si el polímero es un homopolímero o un copolímero. .
Respuesta: a) CF2=CF2 · CF2 –CF2 –CF2 –CF2 · —CF2 –CF2— b) Es de adición, puesto que únicamente se rompen enlaces y se forman nuevos sin perder ningún átomo. c) Es un homopolímero, puesto que está formado por un solo monómero. 24.- Dada la siguiente reacción:
Si el compuesto R es un compuesto saturado, es posible que su estructura se represente como
Respuesta: el compuesto D
AREA: QUIMICA GENERAL
1.- Calcular la molaridad, normalidad y molalidad de una disolución de ácido sulfúrico, H2SO4, de densidad 1,198 g/ml y 27% de riqueza en peso.
RESPUESTA: El peso molecular del H 2SO4 es 1 × 2 + 32 × 1 + 16 × 4 = 98 g/mol. Como tenemos que calcular la molaridad, debemos saber el número de moles de ácido que hay por cada litro de disolución. Como la densidad del ácido es 1,198 g/ml, primero debemos calcular cuál es la masa de 1 litro de disolución. De la definición de densidad, d
m V
m d V 1,198 g/ml 1000 ml 1198 g
Pero al ser de una riqueza en peso del 27%, esto quiere decir que sólo el 27% de los 1198 g corresponden al ácido puro, 27 100
1198 g 323,46 g de ácido puro
Es decir, que en 1 litro de disolución, 323,46 g son de ácido puro. Por tanto, la molaridad será
M
m 323,46 g 3,3 mol/l PM V 98 g/mol 1 l
Para calcular la normalidad, sabemos que la valencia del sulfúrico es 2, por lo que 1 eq de H2SO4 es
eq
PM 98 v
2
49 g
m
Y la normalidad será N
nº eq V
eq V
m eq V
323,46 49 1
6,6 eq/l
Según la definición de molalidad, debemos calcular los kg de disolvente en la disolución. Se obtienen restando a la masa total de la disolución la masa del ácido puro 1198 g – 323,46 g = 854,74 g
Y la molalidad será el número de moles de soluto por kg de disolvente,
n 3,3 mol 3,86 mol/kg m m dis (kg) 0,855 kg 2.- Se introducen en un matraz 350 gramos de dióxido de azufre, SO 2, y 1 litro de oxígeno, O2, medidos a 24ºC y 1 atm de presión, los cuales reaccionan entre sí formando trióxido de azufre, SO 3. Determina la cantidad en gramos de trióxido producido, así como la cantidad de reactivo sobrante. 2 SO2 + O2 → 2 SO3
RESPUESTA: En primer lugar, como nos preguntan cantidades en masa, debemos calcular la masa del oxígeno usando la ecuación de los gases ideales. Teniendo en cuenta que el número de moles se calcula dividiendo la masa del oxígeno O2 entre su peso molecular (16 g × 2 = 32 g/mol)
p V n R T
m PM
R T m
p V PM R T
1 atm 1 l
0,082
atm l mol K
32 g mol
297 K
1,314 g de O2
El peso molecular del SO 2 es 64 g/mol y el del SO 3 es 80 g/mol. La ecuación química ajustada nos indica las proporciones según las que reaccionan el SO2 y el O2 para producir SO3 2 moles de SO2 (2 × 64 g= 128 g) reaccionan siempre con 1 mol de O 2 (32 g) para formar 2 moles de SO 3 (2 × 80 g = 160 g). Como tenemos 350 g de dióxido de azufre y solamente 1,314 de oxígeno, es evidente que sobrará dióxido de azufre. Para calcular la cantidad que sobrará usamos la siguiente proporción, Como 128 g de SO 2 reaccionan con 32 g de O 2, los 1,314 de O 2 reaccionarán con cierta cantidad de SO 2, 128 g SO2 32 g O2
x
1,314 g O2
x
128 g SO2 1,314 g O2 32 g O2
5,256 g SO2
Por tanto sobrarán 350 g – 5,256 g = 344,74 g SO 2
Sabiendo ahora la cantidad de oxígeno y dióxido de azufre que reaccionan, utilizando uno cualquiera de los reactivos podemos calcular el trióxido de azufre que se formará,
128 g SO2 160 g SO3
5,256 g SO2
y
y
160 g SO2 5,256 g O2 128 g O2
6,57 g SO3
3.- El ácido sulfúrico, H 2SO4, reacciona con el cobre produciendo sulfato de cobre, CuSO4, dióxido de azufre, SO 2, y agua según la reacción: 2 H2SO4 + Cu → CuSO 4 + SO2 + 2 H2O. Si tenemos 50 g de cobre y 1 litro de ácido de densidad 1,198 g/ml y 27% de riqueza en peso, calcular: a) La cantidad del reactivo que sobrará b) El volumen en litros de SO 2 formado, medido a 24ºC y 1 atm de presión
RESPUESTA: En primer lugar debemos calcular la masa de ácido sulfúrico puro que hay en el litro de ácido comercial del que disponemos.
d
m V
m d V 1,198 g/ml 1000 ml 1198 g
Pero al ser de una riqueza en peso del 27%, esto quiere decir que sólo el 27% de los 1198 g corresponden al ácido puro,
27 100
1198 g 323,46 g de ácido puro
Es decir, que en 1 litro de ácido, 323,46 g son de ácido puro. La ecuación química ajustada nos indica las proporciones según las que reaccionan el cobre y el ácido sulfúrico para producir el sulfato de cobre (II), dióxido de azufre y agua, 2 moles de H 2SO4 (2 × 98 g = 196 g) reaccionan siempre con 1 mol de Cu (63,5 g) formando 1 mol de CuSO 4 , 1 mol de SO 2 (64 g) y 2 moles H 2O A la vista de las cantidades que reaccionan, parece evidente que sobrará ácido sulfúrico. Como 196 g de sulfúrico reaccionan con 63,5 g de Cu, los 50 g de Cu que tenemos reaccionarán con una cierta cantidad de ácido, 196 g H 2 SO4 63,5 g Cu
x 50 g Cu
x
196 g H 2 SO4 50 g Cu 63,5 g Cu
154,33 g H 2 SO4
Por tanto sobrarán 323,46 g – 154,33 g = 169,13 g H 2SO4
Para calcular el volumen de dióxido de azufre formado, primero calcularemos su masa y luego, con la ecuación de los gases ideales, su correspondiente volumen. Como 63,5 g de cobre producen 64 g de SO 2, los 50 g de cobre que tenemos producirán una cierta cantidad de dióxido 63,5 g Cu 64 g SO 2
50 g Cu y
y
50 g Cu 64 g SO 2 63,5 g Cu
50,394 g SO 2
p V n R T
m PM
R T V
m R T p PM
50,394 g 0,082
atm l mol K 64 g
1 atm
297 K 19,176 l de SO2
mol
4. A un mol de un gas ideal (Cv = 3.0 cal/K), inicialmente en condiciones normales de presión y temperatura, se le somete al siguiente proceso que consta de dos pasos: PASO I: Estado 1 al 2: Un calentamiento a volumen constante, hasta una temperatura el doble de la inicial. PASO II: Estado 2 al 3: Una expansión adiabática, hasta que la energía interna vuelve a su valor inicial (E 3 = E1): a) Represente los procesos gráficamente: P vs T y P vs V. b) Determine el cambio de E, el trabajo realizado w, y el calor absorbido q, para cada paso y para el proceso total.
RESPUESTA: a)
Presión vs Volumen
Temper atua vs Presión
120
2,2
100 ) l ( n 80 e m 60 u l o 40 V 20
) 1,7 m t a 1,2 ( n ó i 0,7 s e r P 0,2
0 0
1
2
Presión (atm)
b) PASO I: Calentamiento isocórico
w I 0 cal Isocórico
3
-0,3 0
500
Temperatura (K)
1000
T 2
E n Cv dT n Cv (T 2 T 1 )
T 1
E I 3 cal K (546.3 273.15) K 819.45cal E q w , pero w=0 E q
q I 819.45cal
PASO II: Expansión adiabática
q II 0cal
Adiabático
T 2
E n Cv dT n Cv (T 2 T 1 )
T 1
E II 3 cal K (273.15 546.3) K 819.45cal E q w , pero q=0 E w
w II 819.45cal
Proceso Total: I + II
E T E i E T E I E II (819.45 819.45) J 0J wT qT
w
i wT
w I w II (0 819.45) J 819.45J
q qT q I q II (819.45 0) J 819.45J i
5. Calcular el trabajo, el calor y el cambio de energía interna, al expandirse un mol de un gas ideal desde un volumen de 5 L. hasta 15 L., a una temperatura constante de 25ºC según las siguientes condiciones: a) Reversiblemente. b) Contra una presión constante de 1.0 atm. c) Contra el vacío
RESPUESTA: V 2
a)
V 2
w P ext dv P Gas dv V 1
V 1
V 2
(para procesos reversibles)
V 2 nRT Ln w nRT V V 1 V dV
1
15l J w 1 gmol 8 . 315 298 . 15 K Ln 2723.587J gmol K 5 l
E 0 J isotérmico
E q w , como E = 0 q w
q 2723.587 J
b) Pext = 1.0 atm V 2
w P ext dv P ext (V 2 V 1 ) w 1.0atm (15 5)l 10l atm 1013.25J V 1
E 0 J isotérmico
E q w , como E = 0 q w q 1013.25 J c). Vacío w 0 J
Pext =
0
E 0 J isotérmico E q w , como E = w = 0
q 0 J
6. Para la reacción:
C2H6 (g) + Cl2 (g) C2H5Cl (g) + HCl (g)
Se tiene la siguiente información: H comb C2H6 (g) =
-341 Kcal
Hf H2O (g) =
-57.8 Kcal
Hf HCl (g) =
21.0 Kcal/mol
4 C2H5Cl (g) + 13 O 2 (g) 2Cl2 (g) + 8 CO 2 (g) + 10 H 2O (g)
Cuyo H 298K = 1229.6 Kcal
a) Calcule el H 298K y E de la reacción. b) Asumiendo que el Cp de la reacción es de 10.0 cal, calcule el H 398K.
RESPUESTA:
Energía (Kcal/mol)
Reacción ½ Cl2 (g) + 2 CO 2 (g) +
5
H2O (g) 2
C2H5Cl (g) +
13
4 O2
-1229.6 4
(g)
½ Cl2 (g)+ ½ H2 (g)
HCl
21.0
O2 (g)
2 CO2 (g) + 3 H2O (g)
-341
½ H2O (g)
½ H2 (g) +
C2H6 (g) + Cl2 (g)
C2H5Cl (g) + HCl (g)
C2H6 +
7
2
1 4
O2 (g)
57.8 2 -598.5
H 398K =
-598.5 Kcal
n 1 1 1 1 0
E
= H 398K = -598.5 Kcal
H 398 K H 298 K Cp T 598.5 Kcal 10 cal 100 K 597.5 Kcal 7. Para la reacción: PbO (s) + CO (g) Pb (s) + CO2 (g)
Se tiene la siguiente información:
Hf
(cal/mol)
Cp (cal/molK)
CO (g)
CO2 (g)
Pb (s)
PbO (s)
-26420
-94050
0
-52400
6.95
8.76
6.34
11.07
a) Calcule el HºR a 25 ºC. b) Calcule el H a la temperatura de 127 ºC.
RESPUESTA: a) H R Hf (CO ) Hf ( Pb) Hf ( CO ) Hf ( PbO) 94050 0 26420 52400 2
H R 15130 cal
mol
b) Enfriamiento de los reactivos: 127 ºC a 25 ºC.
H I Cp T 11.07 cal
cal 102 K 6.95 cal 102 K 1838.04 mol K mol K mol
Calentamiento de los productos: 25 ºC a 127 ºC.
H II Cp T 6.34 cal
mol K
102 K 8.76 cal
mol K
102 K 1540.2 cal
H 12 7ºC H I H R25ºC H II 1838.04 15230 1540.2
H 12 7ºC 15527.84 cal mol 8. En una fábrica de cemento es necesario aportar al horno 3300 kJ por cada kilogramo de producto. La energía se obtiene por combustión de gas natural (que se considerará metano puro) con aire. Se pide: a) Formule y ajuste la reacción de combustión del gas natural. b) Determine el calor de la combustión completa del gas natural c) Calcule, por tonelada de cemento producido, la cantidad necesaria del gas natural expresada en kg. d) ¿Cuantos litros de aire medidos a 1atm y 25ºC serán necesarios para la combustión completa de la cantidad de gas natural del apartado. Considere que la combustión del gas natural se realiza en condiciones estándar y que el aire contiene un 21% en volumen de oxigeno. ∆Hºf : metano: – 74,8kJ/mol; CO2: –393,5kJ/mol y H2O: –285,8kJ/mol R = 0,082 atm l/mol K ; Masas atómicas: C=12, H=1, O=16
RESPUESTA: a) CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(l)
mol
b)
H
= n p·Hf (prod) – n r ·Hf (react) = –393,5kJ + 2·( –285,8kJ) – ( –74,8 kJ)= –890,3 kJ; Hcomb=
- 890,3 kJ/mol
c) 3300 kJ 1000 kg
mol
0,016 kg · · · = 59,3 Kg kg ton 890,3 kJ mol
d) mol(CH4) 2 mol(O2) 59,3 kg · · = 7412,5 mol O2 0,016 kg mol(CH 4) n·R·T 7412,5 · 0,082 · 298 V(O2) = = = 1,811·105 L O2 p 1 100 V(aire) = 1,811·10 L · = 8,625.10 5 L aire 21 5
9. Calcular la temperatura de equilibrio ( ∆G0 = 0) para la reacción: 2 SO3 → 2 SO2(g) + O2 (g) Datos: ∆H0f (kJ/mol): SO 3: –395,8; SO2: –296,4; S0 (J/mol·K): SO3 (g): 256,2; SO 2
(g): 248,5; O 2 (g): 204,8.
RESPUESTA:
2 SO3
→ 2 SO2 (g) + O2 (g)
H
= np·Hf (prod) – nr ·Hf (react) = 2·( –296,4 kJ) – 2·( –395,8 kJ) = 198,8 kJ; = np· S0productos – nr · S0reactivos = = 2·248,5 J·K –1 + 204,8 J·K –1 – (2·256,2 J·K –1) = 189,4 J·K –1 S
0
G
= H – T· S ; 0 = 198800 J – T· 189,4 J·K –1
T=1050K
10. Se ha medido la velocidad en la reacción: A + 2B → C a 25 ºC, para lo que se han diseñado cuatro experimentos, obteniéndose como resultados la siguiente tabla de valores: Experimento. 1 2 3 4
[A0] (mol·l – ) 0,1 0,2 0,1 0,1
[B0] (mol·l – ) 0,1 0,1 0,3 0,6
v0 (mol·l – ·s – ) 5,5 · 102,2 · 10-5 1,65 · 10 -5 3,3 · 10-5
Determina los órdenes de reacción parciales y total, la constante de velocidad y la velocidad cuando las concentraciones de A y B sean ambas 5,0 · 10 –2 M.
RESPUESTA: Comparando el experimento 1 y el 2 vemos que al duplicar [A] manteniendo constante [B], se cuadruplica ―v‖ lo que lleva a deducir que la reacción es de
SEGUNDO ORDEN con respecto a A. Comparando el experimento 1 y el 3 vemos que al triplicar [B] manteniendo constante [A], se triplica ―v‖ lo que lleva a deducir que la reacción es de PRIMER ORDEN con respecto a B. La ecuación de velocidad será: v = k · [A] 2·[B], es decir, su orden de reacción total será ―3‖ 5,5 · 10-6 mol·l –1·s –1
v
k = –––––– = –––––––––––––––––––– = 5,5. 10 -3 mol-2 l2 s-1 –1 2 –1 2 [A] ·[B] (0,1 mol·l ) ·0,1 mol·l v = k · [A] 2·[B] = 5,5 · 10 -3 mol –2·l2·s –1·(0,05 mol·l –1)2·0,05 mol·l –1 v=6,875.10-7 mol.l-1.s-1 11. Completa la siguiente tabla correspondiente a una reacción: A + B → C a 25ºC, la cual es de primer orden respecto de B y de 2º orden respecto de A. Completa la tabla justificando de dónde has obtenido los valores: Experimento [A0] (mol·l – ) 1 2 3 4
0,1 0,1 0,1
[B0] (mol·l – 1 )
v0 (mol·l – ·s – )
0,1 0,1
5,5 · 10 2,2 · 10 1,65 · 10
0,6
-
RESPUESTA: v = k · [A] 2·[B] 5,5 ·10 –6 mol·l –1·s –1 –3 –2 2 –1 k = –––––––– = –––––––––––––––––– = 5,5 ·10 mol ·l ·s –1 2 –1 2 [A1] ·[B1] (0,1 mol·l ) ·0,1 mol·l v1
2
v2
2,2 · 10-5 mol·l –1·s –1
[A2] = ––––– = –––––––––––––––––––––––– = 0,04 mol2·l –2 –3 –2 2 –1 –1 k ·[B2] 5,5 ·10 mol ·l ·s · 0,1 mol·l [A2]= 0,2 mol.l-1 v3
1,65 · 10-5 mol·l –1·s –1
[B3] = –––––– = –––––––––––––––––––––––––––– = 0,3mol.l-1 –3 –2 2 –1 –1 2 2 k ·[A3] 5,5 ·10 mol ·l ·s · (0,1 mol·l ) v4 = k · [A 4]2·[B4] = 5,5 ·10 –3 mol –2·l2·s –1 ·(0,1 mol·l –1)2 · 0,6 mol·l –1 = 3,3 ·10 –5 mol·l –1·s –1
12. Para la reacción SbCl5(g) → SbCl3(g) + Cl2(g), KC, a la temperatura de 182 ºC, vale 9,32 · 10 –2. En un recipiente de 0,40 litros se introducen 0,2 moles de SbCl 5 y se eleva la temperatura a 182 ºC hasta que se establece el equilibrio anterior. Calcula: a) la concentración de las especies presentes en el equilibrio; b) la presión de la mezcla gaseosa.
RESPUESTA:
a) Equilibrio: SbCl5(g) →SbCl3(g) + Cl2(g) cinic(mol/l) 0,2/0,4 0 0 cequil(mol/l) 0,5(1 –) 0,5 0,5 [SbCl3] ·[Cl2] 0,5 · 0,5 KC = ––––––––– = ––––––––––– = 9,32 · 10 –2 [SbCl5] 0,5(1 –) De donde: = 0,348 [SbCl5] = 0,5 M · (1 – 0,348) = 0,326M [SbCl3] = 0,5 M · 0,348 = 0,174 M
[Cl2] = 0,5 M · 0,348 = 0,174 M b) ctotal = 0,326 M + 0,174 M + 0,174 M = 0,674 M ptotal = ctotal·R·T = 0,674 mol·L –1·0,082 atm·L·mol –1·K –1·455 K ptotal = 25 atm 13. En un recipiente de 2,0 litros de capacidad se introduce amoniaco a una temperatura de 20 ºC y a la presión de 14,7 atm. A continuación se calienta el recipiente hasta 300 ºC y se aumenta la presión hasta 50 atm. Determina el grado de disociación del amoniaco a dicha presión y temperatura y las concentraciones de las tres sustancias en el equilibrio.
RESPUESTA:
n0(NH3)
p
14,7
[NH3]0 = ––––––– = –––– = ––––––––– mol/l = 0,612 M V RT 0,082 · 293 Equilibrio: cinic(mol/l) cequil(mol/l)
2 NH3(g) → 0,612 0,612 (1 –)
3 H2(g) + N2(g) 0 0 0,612· 3/2 0,612·/2
cTOTAL = 0,612 (1 –) + 0,612· 3/2 + 0,612·/2 = 0,612 (1 + )
nTOTAL
p
50
cTOTAL = ––––––– = –––– = ––––––––– mol/l = 1,064 M V R·T 0,082 · 573 Igualando ambas expresiones: 1,064 M = 0,612 (1 + ) se obtiene que: = 0,739 [NH3] = 0,612 M · (1 – 0,739) = 0,160M [H2] = 0,612 M · 3·0,739/2= 0,678M [N2] = 0,612 M · 0,739/2= 0,226M 14. Señala, justificando la respuesta, cuáles de las siguientes propuestas relativas a la velocidad de reacción son correctas: I) Puede expresarse en mol –1·s –1. II) Cuando adiciona un catalizador, la velocidad se modifica. III) Su valor numérico es constante durante todo el tiempo que dura la reacción.
IV) Su valor numérico depende de la temperatura a la que se realiza la reacción
RESPUESTA: I) FALSA pues se expresa en mol·l –1·s –1; II) VERDADERA, ya que cambia el mecanismo de la reacción y por tanto la constante de velocidad, al variar la energía de activación III) FALSO, la velocidad va disminuyendo hasta llegar a valer ―0‖ cuando se alcanza el equilibrio, ya que entonces ya no varía ninguna concentración de reactivo o producto con el tiempo IV) VERDADERA, pues al aumentar la temperatura hay más moléculas que tienen la energía necesaria para que en sus choques se produzca el complejo activado. 15. Considerándolas sustancias Br 2, SiO2, Fe, HF y NaBr, justifique en función de sus enlaces: a) si son o no solubles; b) Si conducen la corriente eléctrica a temperatura ambiente.
RESPUESTA:
a) El Br 2 será soluble en disolventes apolares, el SiO 2 será insoluble en todo tipo de disolventes, el Fe será soluble sólo en otros metales como el mercurio, mientras que el HF y el NaBr serán solubles en disolventes polares como el agua. b) A temperatura ambiente solo el Fe conducirá la corriente eléctrica debido al enlace metálico. El bromo es totalmente apolar y por tanto incapaz de conducir la corriente en cualquier estado, la sílice es un sólido molecular y tampoco podrá transportar la corriente al estar sus electrones formando enlaces covalentes. El HF podrá conducir la electricidad en estado disuelto o fundido pero no en estado gaseoso. El bromuro de sodio a temperatura ambiente como todos los compuestos iónicos se encuentran en estado sólido y por tanto no puede conducir a electricidad. 16. El porcentaje de agua ( H 2O) de cristalización contiene: I) una molécula de carbonato sódico decahidratado (Na 2CO3.10H2O) II) una molécula de ácido oxálico (etanodioico) bihidratado (C 2H2O4.2H2O). III) Desecados 1,23 gramos de sulfato de magnesio (MgSO 4) hasta perder toda su agua de cristalización, pesan 0,6 gramos. Averiguar con cuantas moléculas de agua cristaliza dicha sal.
RESPUESTA: Para conocer el porcentaje de agua de cristalización de las moléculas indicadas, hacemos como sigue:
El peso molecular del Na 2CO3.10 H2O es: 12+(3x16)+(2x23)+10x [(2X1)+16]= 286 Por lo tanto, Si 286 gramos de carbonato sódico decahidratado contienen 180 gramos de agua de cristalización, entonces, 100 gramos de carbonato sódico decahidratado contendrán X gramos de agua de cristalización. Haciendo cálculos resulta X = 62,93 %. (Na 2CO3.10H2O) RESPUESTA I
Análogamente, el peso molecular del C 2H2O4.2H2O es: (2x12)+(2x1)+(4x16) +2x [(2x1)+16] =126 por lo tanto, Si 126 gramos de ácido oxálico dihidratado contienen 36 gramos de agua de cristalización, entonces, 100 gramos de ácido oxálico dihidratado contendrán X gramos de agua de cristalización. Haciendo cálculos tenemos X = 28,57 %. (C2H2O4.2H2O). RESPUESTA II El peso molecular del MgSO 4 es 32+(4x16) +24,32= 120,32 Por lo tanto, Si 0,6 gramos de MgSO 4 provienen de 1,23 gramos de MgSO 4.(n H2O), entonces 120,32 gramos de MgSO4 provendrán de X gramos de MgSO4.(n H2O). Haciendo operaciones obtenemos X = 246,65 con lo que resulta que la cantidad de agua en un mol-gramo de la sal hidratada será: 246,65 – 120,32 = 126,33 gramos de agua. Y teniendo en cuenta que el peso molecular del agua es 18, tendremos 126,33 :18 = 7,01 ≅ 7 moléculas de agua. Con lo que la fórmula de la sal hidratada será : MgSO 4.7 H2O. RESPUESTA III
AREA: QUÍMICA ORGÁNICA
17. Cuando el 1-propanol se calienta con ácido sulfúrico concentrado se transforma en el compuesto A, el cual reacciona con bromo para dar otro compuesto B de masa molecular 202 g/mol; a) Formula los compuestos y las
reacciones indicadas y calcula el rendimiento global del proceso si a partir de 30 g del alcohol se obtuvieron 70 g de B; b) Qué compuestos se producirán a partir de A al tratarlo con HCl, indicando cuál de ellos se encontrará en mayor proporción. Masas atómicas: C = 12; H = 1; O = 16; Br = 80.
RESPUESTA: a) CH3 –CH2 –CH2OH + H 2SO4 → CH3 –CH=CH2 (A) + H2O CH3 –CH=CH2 (A) + Br 2 →CH3 –CHBr –CH2Br (B) (PM = 202 g/mol) Reacción global: CH3 –CH2 –CH2OH →CH3 –CHBr –CH2Br (B) 60 g
30 g
m(B )real m( B)teórica
100
70 g
202 g m( B)teórica
m( B)teórica 101 g
100 69,3%
101 g
b) CH3 –CH=CH2 (A) + HCl →CH3 –CHCl –CH3 (mayor proporción)
+
CH3-CH2-CH2Cl
18. ¿Qué sustancias producirá el 1-buteno al reaccionar con: a) hidrógeno burbujeado desde platino b) en presencia de bromo c) con ácido clorhídrico d) con agua en presencia de ácido sulfúrico
RESPUESTA: a) CH2=CH –CH2 –CH3 + H2 (Pt) CH3 –CH2 –CH2 –CH3 –CH2 –CH3 b) CH2=CH –CH2 –CH3 + Br 2 CH2Br –CHBr
c) CH2=CH –CH2 –CH3 + HCl CH3 –CHCl –CH2 –CH3 + CH2Cl –CH2 –CH2-CH3 d) CH2=CH –CH2 –CH3 + H2O (H+) → CH3 –CHOH –CH2 –CH3 + CH2OH –CH2-CH2 –CH3
19. Escriba el nombre para los siguientes compuestos orgánicos:
R: 1,1,2-trimetilciclopentano
R: 1,5-ciclooctadieno
R: 3-ciclohexil-4-ciclopentil-2metilhexano
R: 3,4,5-trimetilciclohexeno
R: 1-etil-3-metil-5propilciclohexano
R: 1-bromo-2-buteno
OH
Cl
CH3
H3C Cl
R: 3,4-dicloro-2-pentanol
R: 1,3,5-trimetilbenceno
20. Indica el método para transformar los siguientes compuestos orgánicos: a) 2-clorobutano en butano b) 1-propeno en 2-propanol
c) benceno en TNT (trinitrotolueno) d) 1-propino en propanona
RESPUESTA: a) CH3 –CH2 –CHCl –CH3 + KOH KBr + H2O
CH3 –CH=CH –CH3 + CH3 –CH2 –CH=CH2 +
CH3 –CH=CH –CH3 + CH3 –CH2 –CH=CH2 + H2 (Pt) CH3 –CH2 –CH2 –CH3 b) CH3 –CH=CH2 + H2O (H+) c)
CH3 –CHOH –CH3
C6H6 + CH3Cl (AlCl3) C6H5CH3 + HCl C6H5CH3 + HNO3 (H2SO4)
o-nitrotolueno
+
p-nitrotolueno
Prosiguiendo la nitración con HNO 3 (H2SO4) en condiciones más fuertes de temperatura y dado que el grupo metilo orienta a las posiciones orto y para y el grupo nitro a meta, se formará el 2-4-6-tritinitro-tolueno (TNT).
2-4-6-tritinitro-tolueno (TNT). d)
CH3 –CCH2 + CH3 –CH=CH2 + H2O (H+) CH3 –CHOH –CH3 + KMnO4
H2 (Pt) CH3 –CH=CH2 CH3 –CHOH –CH3 + CH3 –CH2 –CH2OH CH3 –CO –CH3
