QUÍMICA (MA426) PRÁCTICA CALIFICADA N°2 Ciclo 2015-01 Sección Profesor
Duración Indicaciones
: Todas : Rosario López (Coordinadora), Edwin Aylas; Javier Barbaran; Itala Botonero; Elena Bustamante; Angel Castro; Leslie Córdova; Gonzalo Cuadros; Estanislao Dávila; Carlos Arévalo; Betty Flores; Christian Franco; César Gallegos; Hugo Gontaruk; Tatiana Grigorieva; Rocio Hoyos; Vania Milanovitch; Guadalupe Guad alupe Mosquera; Golfer Muedas; Luis Obregón; Maria Pastor; Betty Pérez; Juan Santillana; Ana Valderrama : 110 minutos : Sólo serán calificadas calificadas las preguntas desarrolladas dentro de los espacios correspondientes, donde debe aparecer el procedimiento y la respuesta. Use solo lapicero permanente azul o negro para tener derecho a reclamo. Puede usar calculadora científica. El uso de todos los útiles es personal, no se permite su intercambio. No se permite ningún material de consulta ni desglosar el examen.
PREGUNTA N° 1
10 PUNTOS
LOS PRACTICANTES Algunos estudiantes estudiantes de ingeniería ingeniería tienen la oportunidad oportunidad de practicar practicar en la “Perú Gold S.A”, empresa productora, importadora y distribuidora de Reactivos Químicos para el tratamiento y recuperación de minerales. Ayudemos a estos estudiantes estudiantes a resolver resolver algunos interrogantes interrogantes de este trabajo trabajo y a demostrar sus habilidades e idoneidad para sus respectivos puestos.
Conteste las siguientes preguntas marcando la alternativa correcta o desarrollando y justificando su respuesta según corresponda. Marque una sola alternativa. Todo procedimiento debe ser completo incluyendo fórmulas y unidades en los cálculos. I.
En el laboratorio de control de calidad de la empresa “Perú Gold S.A” se experimentan una serie de cambios, ¿cuál de estos cambios no representa una reacción química? a) CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g) (0,5p) b) C2H5OH(l) C2H5OH(g) c) N2 (g) + 3H2 (g) →2NH3(g) d) 2Li (s) + 2H2O(l) 2LiOH(ac) + H2(g)
II.
En el laboratorio, laboratorio, para la producción producción del cloruro cloruro de plata, se colocó cristales de cloruro de sodio NaCl dentro de una solución de nitrato de plata AgNO 3, ¿qué tipo de reacción se produjo? (0,5 p) NaCl(s) + AgNO3(ac) AgCl(ac) + NaNO3(ac) a) Óxido reducción (Redox) b) Metátesis c) Desplazamiento simple d) Síntesis 1
III. Los estudiantes de ingeniería saben que todas las reacciones químicas tienen que estar balaceadas. Balancee la siguiente ecuación. (0,5 p) _4_ NH3 (g) + _6_ NO(g) _5_ N2 (g) + _6_H2O(g)
IV. Al laboratorio de control de calidad de la empresa llegó una solución acuosa de hidróxido de aluminio, Al(OH)3 , que debe ser neutralizada con una solución acuosa de ácido clorhídrico, HCl. Escriba la ecuación química balanceada para esta reacción. No se olvide de colocar los estados de agregación de cada sustancia. (1,0 p) Al(OH)3(ac),+ 3 HCl(ac) → Al(OH)3(ac) + 3 H2O(l) -0,25 si no balancea -0,25 si no pone estados de agregación V. La empresa Perú Gold, desea controlar la cantidad de dióxido de carbono emitido al medio ambiente por la combustión del pentano, C 5H12, de acuerdo a la siguiente reacción: C5H12(g) + 8 O2(g) 5 CO2(s) + 6 H2O(l) Determina los gramos de dióxido de carbono que se producen a partir de 2 moles de pentano. (0,5 p)
⁄ Masa molar g/mol C=12; H=1; O=16 Para considerar la totalidad del puntaje cada cantidad debe estar escrita con su unidad o unidades respectivas en todo el desarrollo del problema
VI. Dado el siguiente diagrama de entradas y salidas para un proceso de combustión que se lleva a cabo en la empresa Perú Gold, responda lo siguiente: (2,0 p)
0,5pcada pregunta bien contestada en su totalidad
a) El reactivo en exceso es: ___O 2 _________ . b) La masa del residuo obtenido: _10%x20kg= 2kg_________ .
c) Si en el proceso solo se obtuviera 25 kg de agua, ¿cuál sería el rendimiento de la reacción?: (25g/27,931g)x100=89,5%_____________________ d) La ecuación química sin balancear es: _ C 4H10(g) + O2(g)
CO2(s) H2O(l) .
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VII. A 100°C , en un tanque metálico de 50 L de capacidad, se calcina totalmente 5 kg de carbonato de calcio, ¿cuál será la presión del CO 2 producido? (1,5 p) CaCO3(s) CO2(g) + CaO(s)
) ( P=30,6atm -0,5p si no determinó las moles correctamente -0,25 si no escribe unidades en su respuesta Masas molares (g/mol):
CaCO 3=100; CO2= 44; CaO=56
Para considerar la totalidad del puntaje cada cantidad debe estar escrita con su unidad o unidades respectivas en todo el desarrollo del problema
VIII. En el laboratorio se puso a reaccionar 20 mL de dicromato de potasio 0,2M con un exceso de cloruro de bario, ¿cuántos gramos de dicromato de bario se formó? (1,5 p) K2Cr 2O7(ac) + BaCl2(s) BaCr 2O7(s) + 2KCl(ac)
) (
-0,5p si no determinó las moles correctamente -0,25 si no escribe unidades en su respuesta Masas molares (g/mol):
K2Cr 2O7= 294; BaCl2= 208;
BaCr 2O7= 393 ; KCl=74,5
Para considerar la totalidad del puntaje cada cantidad debe estar escrita con su unidad o unidades respectivas en todo el desarrollo del problema
IX. La producción del cloruro de hidrógeno (HCl), se lleva a cabo mediante la siguiente ecuación química: (0,5 p) H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g) La siguiente gráfica corresponde a: a) Cambia la concentración del hidrógeno con el tiempo b) Cambia la concentración del cloro con el tiempo c) Cambia la concentración del cloruro de hidrógeno con el tiempo d) Cambia la concentración del cloro y el hidrógeno con el tiempo 3
X. El etanol arde en presencia de oxígeno de acuerdo a la siguiente reacción: CH3CH2OH (ac) + 3 O2(g) 2 CO2(g)
(0,5 p)
+ 3 H2O(g)
Respecto a la cinética de la reacción se puede decir que: a) La velocidad con que el CO 2 aparece es igual tres veces la velocidad con que el CH3CH2OH desaparece b) La velocidad con que el CO 2 aparece es igual a la velocidad con que aparece el H 2O. c) El CH3CH2OH desaparece a la misma velocidad que aparece el CO 2. d) La velocidad con que el O 2 desaparece es tres veces la velocidad con que el CH3CH2OH desaparece XI. El etanol es metabolizado en el hígado a etanal (CH 3CHO), sustancia responsable de la resaca alcohólica y rubor facial. El etanal, se descompone en presencia de un catalizador, en metano (CH4) y monóxido de carbono (CO ) de acuerdo a la siguiente reacción: (0,5 p) CH3CHO(g) Etanal
CH4(gl) metano
+ CO (g) monóxido de carbono
La figura muestra el perfil de energía para la descomposición del etanal. ¿Cuál será la energía de activación para la reacción inversa? a) b) c) d)
20 kJ/mol 140 kJ/mol 180 kJ/mol -140 kJ/mol
XII. El ácido glucónico reacciona con el hidróxido de calcio para formar gluconato de calcio de acuerdo a la siguiente reacción: (0,5 p) 2 CH3COOH (ac) +
Ca(OH)2(ac) → (CH3COO)2Ca (aC) + 2 H2O(l)
Experimentalmente se determinó que la variación de la concentración del C 5H11O5COOH no afecta la velocidad de la reacción. Mientras que al duplicar la concentración del Ca(OH)2 la velocidad se cuadruplica. Por lo tanto la ley de velocidad para la dicha reacción es: a) v = k [CH3COOH]0 [Ca(OH)2]4 b) v = k [CH3COOH]2 [Ca(OH)2]0 c) v = k [CH3COOH]0 [Ca(OH)2]2 d) v = k [CH3COOH] 2 [Ca(OH)2]4
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PREGUNTA N° 2
4,0 PUNTOS
La empresa “Perú Gold S.A”, tiene un proyecto piloto para producir hidrógeno, combustible de vehículos ecológicos, a partir del reactivo sólido, hidruro de calcio, CaH 2. La reacción es: CaH2 (s) + 2 H2O (l) →
Ca(OH)2 (ac) + 2 H2 (g)
Solo se continuará el proyecto si el rendimiento de la reacción es mayor o igual al 80%. Masas molares (g/mol):
CaH2= 42
Ca(OH)2= 74
H2= 2
H2O= 18
Se hacen reaccionar 150 g hidruro de calcio, CaH 2,con 85% de pureza con 120 g de agua. a) Determine el reactivo limitante y la masa del reactivo en exceso que queda sin reaccionar. (1,0 p)
CaH2 (s) + 2 H2O (l)
→
Ca(OH)2
(ac)
+ 2 H2 (g)
) ( Se necesitan 109,28g de H 2O se tienen 120g. Por lo tanto Reactivo en exceso: H 2O Reactivo limitante: CaH 2 Quedan sin reaccionar: 120g-109,3g=10,72g H 2O -0,25 si no escribe unidades en su respuesta
0,5pcada pregunta bien contestada en su totalidad
Para considerar la totalidad del puntaje cada cantidad debe estar escrita con su unidad o unidades respectivas en todo el desarrollo del problema
b) Calcule la masa de cada producto obtenido.
(1,0 p)
Con el Reactivo limitante calculamos los producto:
0,5pcada pregunta bien contestada en su totalidad
-0,25 si no escribe unidades en su respuesta Para considerar la totalidad del puntaje cada cantidad debe estar escrita con su unidad o unidades respectivas en todo el desarrollo del problema
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c) Represente el caso en un diagrama de entradas y salidas y compruebe el balance de masa respectivo. (1,0 p) 12,14g H2
150g CaH2
224,64g Ca(OH)2
120g H2O
10,72g CaH2
22,5g impurezas
0,5pcada pregunta bien contestada en su totalidad 150g + 150g = 12,14g+224,64g+10,72g+22,5g 270g = 270g
d) Si al término del proceso se obtuvieron realmente 10 g de hidrógeno. Considerando los resultados ¿continuará el proyecto? (1,0 p)
Si se continuará con el proyecto porque el rendimiento de la reacción es mayor al 80%
1p si contesta correctamente y sustenta con el cálculo. -0,5p si realiza el calculo pero no contesta correctamente No se considera puntaje si no realiza el cálculo
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PREGUNTA N° 3
6,0 PUNTOS
Buscando una solución para la reducción de la contaminación ambiental, los practicantes de la empresa Perú Gold S.A realizan unos ensayos con el dióxido de carbono, CO2, e hidrógeno, H2, (proceso Sabatier) logrando convertirlos en el combustible metano gaseoso, CH 4, según la siguiente reacción:
CO2(g) + 4 H2(g)
→
CH4(g) + 2 H2O(g)
a) Determine la velocidad de consumo de H 2 y la velocidad de aparición de H 2O, si la velocidad de desaparición de CO 2 es 0,22 mol/L.min (1,0 p)
0,5pcada pregunta
De la reacción química tenemos:
bien contestada en
su totalidad
Resolviendo tenemos:
-0,25 si no escribe unidades en su respuesta
b) Si la energía inicial del CO 2 y del H2 es 200 kJ/mol, la energía del complejo activado 315 kJ/mol y la energía de los productos CH4 y H2O es 45 kJ. Represente el diagrama del perfil de energía (Coloque el nombre de los ejes y señale todos los componentes del gráfico) Calcule Ea y H Indique si se trata de una reacción exotérmica o endotérmica. Represente con líneas punteadas cómo sería este perfil de energía si se utilizara un catalizador positivo. (1,5 p) Ea=115kJ
Complejo activado
ΔH=-155kJ/mol
315kJ/mol
Reacción exotérmica CO2+H2
-1p si no representa el diagrama correctamente pero si coloca los nombres y componentes
200kJ/mol ΔH
45kJ/mol
CH4+H2O
-0,25 si no escribe el signo de
ΔH
-0,25 si responde correctamente si la reacción es endo o exo. -0.25 si no representa correctamente la reacción catalizada. 7
Los practicantes desean optimizar la producción de metano CH4, realizando una serie de pruebas para determinar la ley de velocidad de la reacción, obteniendo los siguientes resultados a 25°C: Prueba 1 2 3
[CO2] (M) 2,00 x 10-4 6,00 x 10-4 6,00 x 10-4
[H2] (M) 8,00 x 10-4 8,00 x 10-4 4,00 x 10-4
Velocidad inicial (M/s) 1,10x10-9 9,90x10-9 4,95x10-9
c) Determine el orden parcial respecto al CO 2 e H2,
(0,5 p) Experimento 2/Experimento1:
es el orden respecto a CO 2
Experimento 2/Experimento3:
-0,25 si no escribe unidades en su respuesta
es el orden respecto a H 2
d) Determine el valor de la constante de velocidad indicando sus respectivas unidades y escriba la ley de velocidad para la producción de metano (0,75 p) Del experimento 1
Ley de velocidad
-0,25 si no escribe unidades en su respuesta o no las determina correctamente e) Determine la velocidad cuando las concentraciones de los reactivos son: [CO 2] = 5x10-3 M y [H2] = 8x10-3 M (0,25 p)
-0,10 p si no escribe unidades en su respuesta o no las determina correctamente
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Los practicantes encuentran otra forma de reducir la cantidad del dióxido de carbono (contaminante ambiental). A 25°C burbujearon gas dióxido de carbono sobre trozos de hidróxido de bario produciéndose la siguiente reacción
Ba(OH)2(s) + CO2(g) f)
BaCO3(s) + H2O(g)
Explique 2 formas para aumentar la velocidad de dicha reacción. Sustente sus respuestas en base a la teoría de colisiones y/o energía de activación. (1 p)
Aumentar la temperatura de la reacción: aumenta el movimiento molecular por lo tanto el número de colisiones aumentando la probabilidad de colisión efectiva por lo tanto la velocidad. Pulverizar el Ba(OH) 2: aumenta el área de contacto por lo tanto el número de colisiones aumentando la probabilidad de colisión efectiva por lo tanto la velocidad. Agregar un catalizador: disminuye la energía de activación por lo tanto la reacción es más rápida. 0,5p cada pregunta bien contestada en su totalidad
-0,25 p si no sustenta su respuesta correctamente. g) La reacción de eliminación del gas dióxido de carbono es de primer orden y su constante de velocidad es 0,04 min -1. Si se puso a reaccionar 0,9 mol/L de CO2 ¿Cuál será su concentración molar transcurrido un día y medio? (1,0 p)
-0,25 p si no pone unidades No considerar puntaje si no usa el tiempo adecuadamente.
UPC,
13 Junio del 2015
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DATOS DE CONSULTA Cinética química Orden
Ley de velocidad
Ecuación integrada
1
v = k[A]1
ln [A] f = – kt [A]o
Valor de la constante de los gases ideales: R
Tiempo de Vida media
t1/2
0,082 L . atm
mol . K
Tabla de iones
10
Calcio
Ca+2
Cianuro
(CN) -1
Cinc
Zn+2
Clorato
(Cl O3)-1
Cobalto (II), cobaltoso
Co+2
Clorito
(Cl O2)-1
Cobalto (III), cobaltico Cobre (I), cuproso Cobre (II), cúprico Cromo (II), cromoso Cromo (III), crómico Estaño (II), estannoso Estaño (IV), estánnico Hidruro Hierro (II),* ferroso Hierro (III), férrico Litio Magnesio Mercurio (I), mercurioso Mercurio (II), mercúrico Níquel (II) , niqueloso Níquel (III), niquélico Oro (I), auroso Oro (III) , aurico Plata Platino (II), platinoso Platino (IV) , platínico Plomo (II) plumboso Plomo (IV) , plúmbico Potasio Sodio
Co+3 Cu+1 Cu+2 Cr +2 Cr +3 Sn+2 Sn+4 H-1 Fe+2 Fe+3 Li+1 Mg +2 Hg+1 Hg+2 Ni+2 Ni+3 Au+1 Au+3 Ag+1 Pt +2 Pt +4 Pb+2 Pb+4 K+1 Na+1
Cloruro Cromato Dicromato Floruro Fosfato Hidróxido Hipoclorito Ioduro Ion bicarbonato Ion sulfato ácido, bisulfato Nitrato Nitrito Nitruro Óxido Perclorato Periodato Permanganato Peróxido Silicato Sulfato Sulfuro Tiocianato
Cl -1 (CrO4)-2 (Cr 2O7)-2 F-1 (PO4)-3 (OH)-1 (Cl O) -1 I-1 (HCO 3)-1 (HSO4)-1 (NO3)-1 (NO2)-1 N-3 O-2 (Cl O4)-1 (IO4)-1 (MnO 4)-1 O22(SiO4)-2 (SO4)-2 S-2 (SCN)-1
Use esta hoja como borrador. No desglose ninguna hoja de la práctica.
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