ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA Materia Química Básica y Aplicada Turno: Matutino Problemas de GASES IDEALES y REALES. Profesor: Felipe López Martínez 1.- Una cierta cantidad de gas está contenida en un recipiente de vidrio a 25ºC y 0.80 atm. Si el recipiente puede soportar una presión de hasta 2 atm. ¿Cuánto se puede elevar la temperatura sin que se rompa el recipiente? P/ T = K P1 / T1 = P2 / T2 T1 = 25 + 273 = 298 º K T2 =? 0,8 / 298 = 2 / T2 T2 = 298 x 2 / 0,8 = 745ºK 745 -273 = 472 2.- Se infla un globo con helio hasta el volumen de 45 L. a temperatura ambiente (25ºC). Si el globo se enfría a -10ºC ¿Cuál será el volumen final del mismo? Asuma que la presión no varía. PV/T=PV/T P es cte. V/T=V/T Temp. 1 =25+273=298 Temp. 2 =-10 +273=263 V/T=V/T 45/298=V/263 V=39,7 L. 3.- Se tiene un cilindro de helio de 22 L. a presión de 150atm. Y 31ºC ¿Cuántos globos se podrán llenar si cada uno tiene un volumen de 5 L, en un día donde la presión atmosférica es de 755 mm Hg y la temperatura 22ºC?
P nhe= nhe=(. ()(L) )()=132.38mol ∗
)(L) =0.20mol nglobos=(.(. ∗ )()
T2=22°+273=295K T1=37°+273=304 K P=755mmhg (1/760mmhg)=0.99atm
nngloboshe .. =
=661.9 =662 globos
4.- El nitrógeno gaseoso de una bolsa de aire de automóvil, con volumen de 65 L, ejerce una presión de 1.3 atm a 25ºC ¿Qué cantidad de N2 gaseoso (en gramos) se encuentra en la bolsa de aire?
pv RT (1.(0.0382atm)(65k) )(298)
PV=nRT
n= n=
∗
mol= =3.41mol
gramos=3.4mol*28.04gr=95.52gr
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA Materia Química Básica y Aplicada Turno: Matutino Problemas de GASES IDEALES y REALES. Profesor: Felipe López Martínez 5.- 600 mL de CH 4 (metano) a 25ºC y 1.5 atm. Se mezcla con 400 mL de C 3H8 (propano) a 25ºC y 1.03 atm en un frasco de 500 mL. Calcule la presión parcial de cada gas y la presión total en el recipiente.
6.- La densidad de un determinado gas a 30ºC y a 1.3 atm de presión es 0.027 g/mL ¿Cuál es su peso molecular? T=30ºC=303 K P=1.3 atm d= 0.027 g/mL =0.000027gr/L d=PM/RT hallamos es peso molecular (M) 0.000027 g/L = 1.3 atm*(M)/ (0.082atm.L/mol.K)*303K 6.70atm.g/mol =1.3 atm *M M=5.15 g/mol 7.- La densidad de cierto gas es 1.64 g/L. A la misma temperatura y presión, el oxígeno (O 2) tiene la densidad de 1.45 g/L. ¿Cuál es el peso molecular del gas? PM1/PM2= D1/ D 2 PM1 = peso molecular del gas desconocido PMO2= 2*16=32 g/mol D 1 = 1.64 g/lts D 2 = 1.45 g/l PM1= (D 1/ D 2) •PM2 PM1=(1.64/1.45)•32 = 36,2 g/mol
8.- La densidad de cierto gas es 1.83 g/L a 80 cm Hg y 50ºC. ¿Cuál es está a TPS? D=1.83 gr/L P1=80cmhg (10/1mm) =800mmhg (1/760mmhg) =1.05 atm
T1=50°*273=323 K TPS T2=0°C P2=1ATM D=? PV=NTR PV= (M/PM) RT P (PM) = (m/v) RT P (PM) = DRT
= D1T1/P1= D2T2/P2
(. /)()()=2.06gr/l (.)()
D2= D1T1/P1 (T2/P2) =
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA Materia Química Básica y Aplicada Turno: Matutino Problemas de GASES IDEALES y REALES. Profesor: Felipe López Martínez 9.- Un recipiente de 5.5 Litros contiene una masa gaseosa de 4.8 g de la mezcla de nitrógeno y oxigeno con un 15% en volumen del último. Calcular la presión parcial de cada gas si la temperatura es de 32ºC
10.- El "hielo seco" es dióxido de carbono sólido a temperatura inferior a -55 ºC y presión de una atmósfera. Una muestra de 0,050 g de hielo seco se coloca en un recipiente vacío cu yo volumen es de 4,6 L, donde la temperatura es de 50ºC a) Calcule la presión, en atm, dentro del recipiente después de que todo el hielo seco se ha convertido en gas. PV=nRT P=? V = 4,6 L n = 0,050/peso molecular de CO2 = 0,050gr/44gr/mol = 0.00113636 mol
− ∗
R = 0.082 T = 273 + 50º C = 323 K P*4,6L = (0.00113636mol) (0,082*323 k)
(.) (. ) ∗ = 0.006543atm P= .
)(
b) Explique si se producen cambios en la presión y en la cantidad de moles gaseosos si el experimento lo realizáramos en el recipiente a una temperatura 60ºC. La cantidad de gas existente en el recipiente no varía, aunque al aumentar la temperatura hasta los 60ºC (333ºK) la presión también aumentará ligeramente.
(.) (. ) ∗ = 0.0067410atm P= .
)(
11.- Calcule la temperatura a la que deben encontrarse 8 g de oxígeno que se encuentran en un recipiente de 5 litros a una presión de 790 mm Hg. PV=nRT PV= (M/PM) RT P=790mmhg (1/760mmhg)=1.039atm V1=5L M=8gr PM=1*32=32mol
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA Materia Química Básica y Aplicada Turno: Matutino Problemas de GASES IDEALES y REALES. Profesor: Felipe López Martínez a) ¿Qué volumen ocupará en condiciones normales? PV= (m/PM) RT
(0.082 − )= T ∗ (. )()(/) =253k T= ()(. ) ∗ − 1atm*v= / (0.082 ∗ ) (1.039atm)(5l)
V=5.60L
b) ¿Qué cantidad de dicho gas debería salir o deberíamos introducir para que se duplicara la presión si la
temperatura desciende 10ºC?
(0.082 − )(243.5) / ∗ (. )()(/) M= =16.66g (. )(. ) ∗ 2atm (1.039atm) (5L) =
Deben salir 8.66 gr
12.- ¿Qué peso de oxigeno existirá en un recipiente cilíndrico de 1 metro de altura y 30 cm. de diámetro que está a 20 ºC y a 20 atmósferas de presión? V=πr^2h V= π (0.15^2) (1)=0.0707m^3*1000
V=70.7L PMO2=2*16=32gr/mol T=20+273=293K P V= (M/PM) RT M= (P V PM)/RT
) ()(. )( =1883.3g de O2 M= (. ∗ )() 13.- Si la densidad del nitrógeno líquido es 1,25 g/mL, ¿a qué volumen se reducirá un litro de nitrógeno gaseoso, medido en condiciones normales, al condensarse?. T=0+273=273K P V= (M/PM) RT M= (P V PM)/RT PMN2=2*14=28gr/mol
) ()()( =1.25gr de N2 M= (. ) () ∗ D=m/v V=m/D
.
V=./ =1ml V=0.001L
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA Materia Química Básica y Aplicada Turno: Matutino Problemas de GASES IDEALES y REALES. Profesor: Felipe López Martínez 14.- Un gas ocupa un volumen de 100 litros a 720 mm Hg y una cierta temperatura. ¿A qué presión debe someterse isotérmicamente para que ocupe 5,0 litros? P1=720mmhg (1/760mmhg)=0.95atm (P1 V1)/T1= (P2 V2)/T2 (P1 V1)= (P2 V2) P2= (P1 V1)/V2 (. )() =19atm P2= 15.- En un matraz de 250 ml se introduce éter etílico (C 4 H 10 O) a una temperatura de 12 ºC y a una presión de 740 mm de Hg. Se saca todo el aire, se cierra el matraz y se calienta a 200 ºC. ¿Cuál será la cantidad máxima de éter etílico (en gramos) que pueden introducirse si la presión del matraz no debe exceder de 40 atmósferas? Éter etílico = 34,6 ºC. Masas atómicas: C = 12; 0 = 16; H =1 4*12=48 10*1=10 1*16=16 PM=74gr/mol V=250ml/1000=0.25L T=200+273=473k PV= nRT n=PV/RT n=
()(. ) =0.26mol (. ∗ )()
m=n PM m=(0.26mol)(74gr/mol)=19.24gr 16.- La combustión del gas acetileno (C 2H2), proporciona CO2 y vapor de agua. Si a la temperatura de 27 grados centígrados y 1 atm de presión, se queman 0,455 gramos de acetileno. Calcula: a)
La cantidad en gramos que se obtiene de CO2
b) El volumen de oxígeno que se necesita para efectuar dicha combustión en las mismas condiciones de presión y temperatura.
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA Materia Química Básica y Aplicada Turno: Matutino Problemas de GASES IDEALES y REALES. Profesor: Felipe López Martínez 17.- La obtención del bismuto metal puede hacerse en dos pasos: El mineral sulfuro de bismuto(III) se somete a tostación en corriente de aire, con lo que se obtienen el óxido del metal y dióxido de azufre. Seguidamente, el óxido de bismuto(III) obtenido se reduce a bismuto metal con carbón, desprendiéndose monóxido de carbono, calcula: Masas atómicas: S=32 Bi=209 a) Suponiendo un rendimiento del 100%, calcula los Kg de mineral se necesitará para obtener 1 Kg de metal, sabiendo que el mineral contiene un 30% de impurezas.
b) ¿Cuántos litros de gases (a P=1 atm y 273ºK), que pueden producir lluvia ácida se emitirán al ambiente en el caso anterior?
18.- Si el análisis en Peso de un aire es el siguiente: nitrógeno: 74,7%; Oxígeno: 2 2,9 % , Argón : 1,3 % , vapor de agua : 1,0 % y óxido de carbono(IV) : 0,1 %. Determínese la densidad de dicho aire a 20ºC y 740 mm Hg. O=16 Ar=40 CO2=12+32=44 H20=2+12=18
19.- Un matraz de once litros contiene 20 g. de gas neón y un peso desconocido de hidrógeno. Teniendo en cuenta que la densidad de la mezcla es 0,002 g/mL a 0ºC Calcular: a) La masa molecular media. b) El número de gramos de hidrógeno presentes. c) La presión en el interior del matraz. T=0+273=273k PM neón=1*20=20 PM h2=2*1=2 D=0.002gr/ml=2g/L
d = m/v 0.002= (20+x)/11000 X = 2 g de H2 Ptotal=Pneon+P P.V = g/Pm.R.T
(0.082 − )(273)=2.03atm / ∗ − )(273)=2.03atm P hidrogeno (11L)= (0. 0 82 / ∗ P neón (11L)=
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA Materia Química Básica y Aplicada Turno: Matutino Problemas de GASES IDEALES y REALES. Profesor: Felipe López Martínez P total = 2,03 + 2,03 = 4,06 atm Masa molecular media: PV= (m/PM) RT P PM= (M/V) RT P PM= DRT PM= (DRT)/P
)() (/)(. ∗ =11.03g/mol PM= . 20.- Tenemos una mezcla de tres gases A, B y C a una presión de 1 atm. Sabiendo que la fracción molar de A es el doble de la de B y que la fracción molar de C es la tercera parte de la fracción molar de B, calcular la presión parcial de cada uno. 21.- Se han recogido sobre agua 100 mL de oxígeno a 20ºC y 749 mm de Hg. Calcular el volumen, en condiciones normales, del oxígeno seco. (Presión de vapor del agua a 20ºC = 17,5 mm Hg) 22.- Cierta masa de gas ocupa un recipiente de 20 L a una presión desconocida. Se llena con una parte del mismo otro recipiente de 4 L a la presión de 1 atm. Si la presión del recipiente es ahora 2 atm. ¿Cuál era la presión inicial? 23.- Cierto gas tiene una densidad de 1.429 g/L a TPS. Calcular la densidad a 30ºC y 750 mm Hg. 24.- Diez gramos de acetileno llenan un recipiente de vidrio de 2 L. El recipiente solo puede soportar 15 atmosfera ¿A qué temperatura se romperá dicho recipiente? 25.- Se necesitan preparar 9 litros de nitrógeno, medidos a 20ºC y a una presión de 710 mmhg. La reacción que se va a utilizar es: NH4Cl + NaNO2 ----> NaCI + H2O + N2 ¿Cuantos gramos de cloruro amónico deberemos emplear? PV=nRT P=710mmhg (1/760mmhg) =0.934atm T=20+273=293 K V=9L n=PV/RT n=
(. )() =0.3497mol nitrógeno (N2) (. ∗ )()
NH4Cl + NaNO2 ----> 4NaCI +2 H2O + N2 1 mol
1mol
?
4moles =
2mol
1mol 0.3497
m=53.5gr/mol(0.3497g/mol) m=18.72gr PMNH4CL=53.5 gr/mol N=14*1=14 H=4*1=4 CL=1*35.5=35.5
26.- El cloro se usa ampliamente para purificar el agua municipal y para tratar el agua de las albercas. Suponga que el volumen de una muestra en particular de Cl2 es 6.18 L a 98659 Pa y 330C. a) ¿Que volumen ocupará el C l2 a 1070C y 90659 Pa? b) ¿Qué volumen ocupará el C12 a TPE? c) ¿,A qué temperatura el volumen será 3.00 L, si la presión es 106658 Pa? d) ¿A qué presión el volumen será 5.00 L?
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27.- Por sendos tubos muy estrechos de la misma longitud se dejan difundir al mismo tiempo gas hidrógeno y un gas desconocido, comprobándose que la velocidad de difusión del hidrógeno es el cuádruple de la velocidad del otro gas. Sabiendo que el experimento se realiza a presión atmosférica y a la temperatura de 20 ºC y que el peso atómico del hidrógeno es 1 y suponiendo que ambos gases tuvieran comportamiento ideal, ¿Cuál sería la densidad del gas hidrógeno en esas condiciones de presión y temperatura? ¿Qué densidad tendría el otro gas en esas condiciones de presión y temperatura?¿Cuál es el peso molecular del otro gas? PMH2=1*2=2gr/mol T=20+273=293k
= √ = √ D D PV= (M/PM) RT P PM= (M/V) RT P PM = DRT 1atm (2gr/mol) = D D=
(0.082 − ∗ )(293k)
()(/) =0.083g/L (. ) () ∗
= √ = √ D / .r/L PM gas=4^2(2) PM gas=32 gr/mol
Dg=4^2(0.083gr/L) Dg=1.33gr/L 28.- Tres compuestos gaseosos A, B y C están contenidos en un recipiente. La presión parcial del compuesto gaseoso A es de 0,6 atmósferas. La fracción molar del compuesto B es doble que la de C. Teniendo en cuenta que la presión total es de 1900 mm de Hg, calcular las fracciones molares y las presiones parciales de cada uno de los compuestos. P=1900mmhg (1/760mmhg) = 2.5 atm P A = X A (P total) XA=PA/Ptotal XA=06/2.5=0.24 XA+XB+XC=1 XB=2XC 0.24+2XC+XC=1 XC (2+1)=1-0.24 −. XC= + X C = 0.253 X B = 2 (0.253) X B = 0.507
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA Materia Química Básica y Aplicada Turno: Matutino Problemas de GASES IDEALES y REALES. Profesor: Felipe López Martínez P B = X B (P total) P B = 0.507 (2.5) = 1.27 atm PC = X C (P total) P C = 0.253 (2.5)= 0.632 atm 29.- Usando la ecuación de Van der Waals calcule el volumen que ocuparían 1.5 moles de (C 2H3)S a 105 C y 0.750 atm. Suponga que a= 18.75 dm6 atm mol-2 y b=0.1214dm 3 mol -1
30.- Cierto gas obedece la ecuación de van der Waals con a = 0.50 m 6 Pa mol-2. Su volumen es de 5.00 x 10 -4 m3 mol1 a 325 K. A partir de esta información, calcular la constante b de van der Waals.
