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Problemas de Termodinámica Química (Abril-Agosto 2016)

PROBLEMA 1

El hidrocarburo arómatico tolueno (C7H8) es un disolvente muy importante en la industria orgánica, utilizándose como disolvente, y también en la fabricación de tintes, colorantes, medicamentos y explosivos como el TNT. Si cuando se quema un gramo de tolueno (C 7H8) se desprenden 42, 5 KJ. a) ¿Cuál será el valor de su entalpía de combustión? b) Calcula la entalpía estándar de formación del tolueno, utilizando la ley de Hess. Datos: mas. atóm. (C) = 12 ; mas. atóm. (H) = 1 : 285,8 KJ/mol.

0

ΔH f

(CO 2 ) (g): -393, 8KJ/mol ΔH0 f (H 2O) (liq):

–

PROBLEMA 2

Una máquina cortacésped funciona funciona con una gasolina de gran calidad, compuesta únicamente de octano (C8H18 ). Calcule: a) La entalpía de combustión estándar del octano aplicando la ley de Hess. b) El calor que se desprende en la combustión de 2 kg de octano. Datos: Masas atómicas: C = 12 u; O = 16 u; H = 1 u. ΔH0 f (CO2) (g): -393, 8KJ/mol ΔH0 f (H2O) (liq): – 285,8 KJ/mol, ΔH0 f ( C8H18 ) (liq):-264 KJ/mol PROBLEMA 3

Disponemos de un gas ideal de coeficiente adiabático γ = 1.4 con un volumen específico inicial de 0.008 m3/mol se somete a un calentamiento isocórico que hace variar su presión entre 2.65 bar y 4.20 bar. Seguidamente el gas se expande adiabáticamente hasta un volumen adecuado, y por último se somete a una compresión isoterma hasta que recupera su volumen específico inicial. A) Dibuje esquemáticamente en forma cualitativa los procesos sufridos por este gas en un diagrama p – v. – v. B) Determine presión, volumen y temperatura del punto común del proceso adiabático y del proceso isotermo sufrido por el gas. Dato: R = 8,314 J/(K⋅mol) C) Determine el rendimiento del ciclo termodinámico que ha descrito el gas. PROBLEMA 4

Disponemos de 1 mol de un gas ideal monoatómico cuya capacidad calorífica a volumen constante es Cv= 5/2R que es sometido al siguiente siguiente proceso en tres etapas: Expansión isotérmica reversible a 500K desde una presión inicial de 10 atm hasta una presión final de 5 atm; seguida de un enfriamiento isobárico hasta el volumen inicial. Finalmente mediante un proceso isocórico se llega hasta el punto punto inicial de partida. Dibuje el diagrama P-V y calcule para cada uno de los procesos ΔU, w, q y cuando sea posible ΔH para cada etapa. Datos: Ley de Meyer Cp=R+Cv, 1 L · atm = 101.3 J, R=0.082 atmL/molK (Examen Parcial Abril-Agosto 2015)


PROBLEMA 5

Considere el siguiente diagrama de fases de carbono que aparecen tres fases diferenciadas: diamante, grafito y carbono líquido. (2.5 puntos)

1. Cuál es la forma estable de carbono a 20 GPa y 2000K (0.2 pt)? 2. Cuál es el punto de fusión de diamante a 30 GPa (0.2 pt)? 3. Cuál es el punto de congelación a 10GPa (0.2 pt)? 4. Cual es punto de ebullición de carbono líquido según este diagrama (0.2 pt)? 5. Describe el cambio de fases de carbono que ocurre cuando la presión aumenta de 1 a 15 GPa a temperatura de 4500K (0.3 pt)? 6. Describe el cambio de fases de carbono que ocurre cuando la temperatura se reduce de 5000K a 1000K a presión 5 GPa (0.3 pt). 7. Indique la temperatura y presión del punto triple (0.3 pt). 8. Defina el concepto de punto triple para e ste caso (0.4 pt). 9. Calcule mediante regla de las fases o r egla de la palanca grado de libertad para el punto triple (0.4pt). (Examen Parcial Abril-Agosto 2015)


PROBLEMA 6

Determine la energía libre de Gibbs a 25ºC para la reacción de combustión de1 mol de monóxido de carbono, e indique si es o no un proceso espontáneo.

PROBLEMA 7

Consulte una tabla de datos termodinámicos a 298 K, y conteste justificadamente si para dicha temperatura las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: a) La formación de NO a partir de nitrógeno y oxígeno en condiciones estándar, es un proceso endotérmico. b) El NO es una sustancia más estable que el NO2. c) La oxidación con oxígeno, en condiciones estándar, de NO a NO 2 es exotérmica. d) La oxidación con oxígeno, en condiciones estándar, de NO a NO2 es espontánea

PROBLEMA 8

En una factoria 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. S e 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 metros cúbicos de aire medidos a 1atm y 25ºC serán necesarios para la combustión completa de la cantidad de gas natural del apartado e) Considere que la combustión del gas natural se realiza en condiciones estándar y que el aire contiene un 21% en volumen de oxigeno. ΔHºf : metano: – metano: – 74,8kJ/mol; 74,8kJ/mol; CO2: –393,5kJ/mol –393,5kJ/mol y H2O: – O: – 285,8kJ/mol R = 0,082 atm at m l/mol K ; Masas atómicas: C=12, H=1, O=16. PROBLEMA 9

a) Conocemos las energías de los enlaces C-C, C- C, C=C y C≡C son, respectivamente 347,0; 611,0 y 833,0 kJ/ mol. Justifique el por qué de estas diferencias. b) Si la energía libre de Gibbs de formación del carbono (grafito) es nula y la del carbono (diamante) vale 2,87 kJ·mol-1 a 1 atm y 25ºC, razone si puede convertirse el grafito en diamante en esas condiciones. PROBLEMA 10

¿Cuál será la variación de energía interna se produce al transformarse 100 g de agua a 25ºC en vapor a 100ºC a la presión constante de 1 atm = 101300 Pa? Datos: cesp(agua)= 4180 J·kg– 1 K – 1 ; Lv = = 2257 kJ·kg-1 ; R = 8,31 J ·mol – 1·K – 1 ; d(agua) = 1000 kg · m– 3


PROBLEMA 11

En las siguientes reacciones, cada una de ellas a 1 atm de presión, decide: a) Las que son espontáneas a todas las temperaturas. b) Las que son espontáneas a bajas temperaturas y no espontáneas a altas temperaturas. c) Las que son espontáneas a altas temperaturas y no espontáneas a bajas temperaturas

PROBLEMA 12

Determine la constante de equilibrio a 298.15 K para la disolución del hidróxido de magnesio en un ácido. Datos (∆G°: H2O -237.1 kJ/mol, Mg2+ -458.8 kJ/mol, Mg(OH)2 -833.5 kJ/mol), R = 8.3145 J/(mol∙K) PROBLEMA 13

La presión de vapor del etanol es de 135,3 mmHg a 40 °C y 542,5 mmHg a 70 °C. Calcule el calor molar de vaporización y la presión de vapor del e tanol a 50°C. PROBLEMA 14

El nitrógeno líquido es un refrigerante muy útil para los experimentos a baja temperatura. Su punto de ebullición normal es – 195,8°C y su presión vapor a – 200,9°C (presión 400 Tor). El nitrógeno líquido puede enfriarse haciendo vacío a fin de reducir la presión sobre el líquido. Si regulamos la presión a 30 Torr. ¿Qué valor de temperatura se alcanzara cuando el nitrógeno líquido entre en ebullición en estas condiciones? PROBLEMA 15

Para una determinada sustancia las coordenadas del punto triple son (0.74 atm, 330K) y las de punto crítico (1.25 atm, 400K). Dibuje aproximamente el diagrama P-T si su temperatura de fusión normal es de 333K y señale en el mismo la temperatura normal de ebullición y la presión necesaria para sublimar el sólido a 300K (1.5 pts). Alternativamente calcule el punto de ebullición normal utilizando ecuación de Clausius – Clapeyron (1.0 pts) (Examen Recuperatorio Abril-Agosto 2015)

Problemas de Cinética Química (Abril-Agosto 2016)

PROBLEMA 1 Para la reacción en fase gaseosa A + B → C + D, sabiendo que es una reacción endotérmica y que su ecuación cinética obedece una ley: v = k [A]2. Justifique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: a) El reactivo A se consume más rápido que el B. b) Un aumento de presión total produce un aumento de la velocidad de reacción c) Una vez iniciada la reacción, la velocidad de reacción permanece constante si la temperatura no varía d) Al tratarse de una reacción endotérmica, un aumento de la temperatura disminuiría la velocidad de reacción

PROBLEMA 2 El tetracloruro de carbono actúa como catalizador y permite que el pentóxido de dinitrógeno se disocie en oxígeno molecular y dióxido de dinitrógeno. Experimentalmente se ha comprobado que la cinética de este proceso catalizado de descomposición, sigue ley de primer orden respecto del reactivo, y que la constante de velocidad a 45°C tiene un valor de 6,08∙10-4. a) ¿qué unidades debería tener la constante de velocidad? b) Determine el valor de la velocidad de la reacción, a la temperatura indicada, si la concentración inicial de pentóxido de dinitrógeno es de 0,25M c) Aumentando la temperatura…¿ aumentaría la velocidad de reacción? d) Si la concentración inicial disminuyera hasta 0,05M, ¿cuánto se modificaría la velocidad de reacción? ¿y por qué?

PROBLEMA 3 Para la reacción de combustión del monóxido de nitrógeno para obtener dióxido de nitrógeno a una determinada temperatura, se ha obtenido experimentalmente la siguiente información:

[NO]inicial (mol/L) 0.020 0.020 0.040 0.010

[O2]inicial (mol/L) 0.010 0.020 0.020 0.020

Velocidad inicial (mol/L∙s) 0.028 0.057 0.224 0.014

Calcule el orden total de reacción y su constante de velocidad.

PROBLEMA 4 Una determinada reacción química tiene a 80°C una energía de activación de 50 KJ/mol y una velocidad de 1,3∙10-5 mol/L∙s. Calcule la velocidad si se añadiera un catalizador que redujera su energía de activación en 1/3 de la original sin catalizar Dato:

R=8,314 J/mol∙K


PROBLEMA 5 Estudios experimentales en el laboratorio entre los reactivos A y B han arrojado los siguientes datos experimentales:

Experimento 1 2 3

[A] (mol/L) 0,05 0,10 0,10

v (mol/L ∙s) 1,28∙10-4 2,55∙10-4 5,10∙10-4

[B] (mol/L) 0,05 0,05 0,10

Determine: a) la ecuación de velocidad, b) el valor de la constante de velocidad de la reac ción

PROBLEMA 6 Para la reacción de hidrogenación del monóxido de nitrógeno para obtener nitrógeno y agua a 1373°C se obtuvieron los siguientes datos:

[NO]inicial (mol/L) 0,005 0,015 0,015

[H2]inicial (mol/L) 0,0025 0,0025 0,010

V inicial (mol/L∙s) 3∙10-5 9∙10-5 3,6∙10-4

Determine el orden de reacción y el valor de la constante de velocidad a 1373°C.

PROBLEMA 7 Complete la tabla de valores experimentales, para la reacción A+3B→C, la cual es de primer orden respecto de A y de segundo orden respecto de B

Experimento 1 2 3 4

[A]inicial (mol/L) 0,10 0,30 0,40

[B]inicial (mol/L) 0,30 0,60

V inicial (mol/L∙s) 0,030 0,120 0,090 0,300

PROBLEMA 8 Calcule la energía de activación de una reacción química cuya velocidad se vea multiplicada por un factor de 4, al pasar la temperatura de 17°C a 39°C.


PROBLEMA 9 En una reacción del tipo: aA + bB → Productos, se obtuvieron los siguientes valores experimentales cuando se estudió su cinética de re acción, monitorizando las concentraciones por espectroscopia UV-Vis:

Experimento 1 2 3 4

[A]inicial (mol/L) 0,02 0,02 0,04 0,04

[B]inicial (mol/L) 0,01 0,02 0,02 0,04

V inicial (mol/L∙s) 0,00044 0,00146 0,00352 0,01408

a) Calcule el orden de reacción respecto del compuesto A, y del compuesto B, así como el orden global de la reacción b) Calcule la constante de velocidad observada para los datos experimentales c) Calcule la energía de activación si se sabe que la constante de velocidad se multiplica por un factor de 74 al subir la temperatura desde 27°C hasta 127°C d) Si se le añade un catalizador a la reacción, indique como afectaría a los siguientes factores de la reacción: la velocidad de reacción, la energía de reacción, ΔH, ΔS y ΔG.

PROBLEMA 10 El peróxido de benzoilo es un iniciador radicálico, de gran importancia en la industria de fabricación de polímeros que se sintetizan siguiendo un mecanismo basado en la propagación de radicales libres. Su periodo de semirreacción es de 438 minutos a 70°C ¿Cuál es la energía de activación en KJ/mol para la descomposición del peróxido de benzoilo, sabiendo que la constante de reacción a 70°C vale 1,58∙10-3 min -1 y a 100°C vale 3,5∙10-3 min -1?


PROBLEMA 11 Considere la siguiente reacción en la que se utiliza un muy elevado exceso de monóxido de carbono (2.5 puntos): NO2 + CO → NO + CO 2 Los datos obtenidos experimentalmente a 298,15 K e stán representados en la tabla:

Tiempo (s) 0 1200 3000 4500 9000 18000

[NO2] (mol/L) 0.500 0.444 0.381 0.340 0.250 0.174

Utilizando ecuaciones integradas de la ley de velocidad y método de r egresión linear responde a las siguientes preguntas: a.

Utilizando su calculadora justifique y obtenga el orden de la reacción (0.6 pt).

b. Suponiendo que la reacción es de tipo A -> Productos, demuestre mediante un desarrollo matemático la ecuación integrada para el orden calculado en apartado a (0.5 pt). c.

Cuál es el orden respecto o NO2, CO y el orden global (0.2 pt)?

d. ¿Por qué en este caso la ecuación de velocidad no depende de la concentración de CO? (0.2pt) e. Indique la ley de velocidad para esta reacción en estas condiciones (0.3 pt) f.

Qué valor y unidades tiene la constante de velocidad (0.3 pt)?

g.

Determine la [NO2] después de 2.7 x 104 s de comienzo de la reacción (0.4 pt)

(Examen Parcial Junio 2015)

PROBLEMA 12 Deduzca las unidades de la constante de velocidad de una reac ción general de orden n.

PROBLEMA 13 A una determinada temperatura, la constante de velocidad correspondiente a la reacción entre el hidrogeno molecular y el flúor molecular para producir fluoruro de hidrogeno en estado gaseoso, vale 7,5 mol-1∙l∙s -1. Calcule la velocidad de la formación del fluoruro de hidrógeno en un momento en que las concentraciones de hidrógeno y de flúor son, respectivamente, 0,1 mol/l y 0,2 mol/l.


PROBLEMA 14 La constante de velocidad de una reacción de primer orden es 3∙10-5 min -1. ¿cuál será la velocidad expresada en mol/mL∙s, para una reacción del tipo A→Productos, cuando la concentración del reactivo alcanza la concentración de 3∙10-3 mol/mL?

PROBLEMA 15 Se observó experimentalmente que una reacción del tipo A→Productos, al duplicar la concentración inicial de reactivo A, la velocidad de reacción es cuatro veces mayor. ¿Cuál es el orden de esa reacción respecto a dicho reactivo?

PROBLEMA 16 La reacción A + B → AB es de primer orden respecto de a A y de B. Cuando la concentración de A es 0,2M y la de B, 0,80 M, la velocidad de formación de AB es de 5,6∙10-3M/s. a) Calcule el valor de la constante de velocidad b) ¿Cuánto valdrá la velocidad de reacción en el momento en que [A]=0,1 M y [B]= 0,4 M?

PROBLEMA 17 Proponga un mecanismo razonable, para la reacción que tiene lugar entre el NO (g), F2 (g), para obtener el compuesto NOF (g). Para ello se realizaron una serie de experimentos con el fin de determinar las velocidades iniciales de reacción, cuyos resultados que se muestran en la siguiente tabla: (2,5 puntos)

[NO] (mol/L) 0.24 0.12 0.12

[F2] (mol/L) 0.10 0.10 0.15

Velocidad (M∙min-1) 7.2∙10-3 3.6∙10-3 5.4∙10-3

a) Determine la ecuación de velocidad global de la reacc ión. Indique el orden global de la reacción. Y el valor de la constante de la velocidad.(0,75 puntos) b) Determine un mecanismo razonable para la reacción indicada, y demuestre que es coherente con la estequiometría, la molecularidad de la reacción y la ecuación cinética obtenida experimentalmente en el apartado a). (1 punto) c) Represente aproximadamente un posible perfil de reacción, para el mecanismo de la reacción estudiada, sabiendo que se trata de una reacción exotérmica. (0,75 puntos) (Examen Parcial Junio 2015)


PROBLEMA 18 A partir de datos obtenidos en laboratorio donde se midió las velocidades de una reacción catalizada por un enzima en dependencia de la concentración de un sustrato (2,5 puntos) a.

Dibuje el diagrama de velocidad respecto la concentración de sustrato. Indique apróximamente la velocidad máxima y constante de Michaelis-Menten (0.5 pts) b. A partir de ecuación de Michaelis-Menten que tiene e sta forma: []



 =  ( +[]) 

desarrolle matemáticamente la ecuación linearizada de Lineweaver-Burk (0.5 pts) c.

Utilizando calculadora a partir de ecuación de Linewear-Burk calcule mediante regresión linear, el coeficiente de Pearson o correlación lineal R, Km y Vmax. (1 pts)

Vo [μM/min] 20,8 29 45 67,6 87

[S] μM 6 10 20 60 180

d. Calcule la velocidad de la reacción enzimática cuando [S]= 14 μM (0.5 pts) (Exámen Recuperatorio Marzo 2016)

PROBLEMA 19 Proponga un mecanismo para la descomposición del NO2Br de dos etapas. Demuestre que el mecanismo propuesto es coherente con cinética tipo v = k[NO2Br]2. (Exámen Recuperatorio Septiembre 2015)


PROBLEMA 20 En la reacción 2NO (g) + O 2 (g) ↔ 2 NO2 (g) a una temperatura de 367 K, y en presencia de un catalizador cerámico con nanopartículas de V2O5 (Pentóxido de Vanadio), obteniendo la siguiente información del laboratorio analítico:

[NO] inicial

[O2] inicial

Velocidad

(M)

(M)

(mol/L∙s)

0.020

0.010

0.028

0.020

0.020

0.057

0.040

0.020

0.224

0.010

0.020

0.014

Exprese la ecuación cinetica de velocidad y calcule la constante de velocidad de esta reacción catalizada, sin olvidar expresarla en sus unidades correspondientes.

PROBLEMA 21 Proponga un mecanismo razonable, para la descomposición del ozono a oxígeno molecular, mediante un mecanismo en dos etapas elementales, sabiendo que mediante experimentos de medida de velocidades iniciales, se ha obtenido que la ecuación correspondiente a la ecuación de velocidad v = K [O 3] a) Escriba la ecuación ajustada y proponga el mecanismo b) Identifique claramente el intermedio de reacción

PROBLEMA 22 Una problemática actual es la presencia de una elevada cantidad de óxidos de nitrógeno en la atmosfera, debido a la quema de combustibles fósiles y al mal estado de los convertidores catalíticos de muchos vehículos alimentados por derivados del petróleo. Uno de estos óxidos de nitrógeno es el NO, que además de generar problemas en las vías respiratorias, actúa como catalizador en la descomposición del ozono troposférico. Proponga un mecanismo en el que el NO actúe como catalizador en la descomposición del ozono a oxígeno.


PROBLEMA 23 El periodo de semirreacción para la reacción de segundo orden del tipo: A →Productos, es de 1h y 30 min, cuando la concentración inicial de A es de 0,1M. Halla la constante de velocidad y sus unidades.

PROBLEMA 24 a) Una sustancia A se descompone para dar productos, según la reacción: A→ productos, siguiendo una cinética de primer orden, y periodo de semirreacción es de 30 min. Halla el tiempo necesario para que la concentración se reduzca a la décima parte de la inicial. b) Si la cinética anterior fuese de segundo orden y el periodo de semirreacción (tiempo de vida media) fuera igualmente de 30 min calcule el tiempo necesario para que la [A]0 se reduzca a la quinta parte de la concentración inicial.

PROBLEMA 25 La enzima ATPasa, es una de las enzimas más activas del cuerpo en los animales de sangre caliente se encarga de hidrolizar enlaces fosfato en las moléculas de ATP (adenosin trifosfato) para generar energía. a) Calcule la velocidad máxima y su K m. Se midieron las velocidades, a concentraciones variables de ATP. b) Una enzima ATPasa de un organismo mutante que presente un Km=0.25, tendrá mayor o menor poder catalítico que la enzima estudiada?

V0 (M∙s-1)

[ATP]

0,012

0,01

0,042

0,03

0,074

0,05

0,095

0,07

0,111

0,09

0,154

0,12

0,202

0,17

0,250

0,20

0,270

0,25

0,281

0,30

0,283

0,35

0,284

0,41

0,284

0,5


PROBLEMA 26 La alcohol deshidrogenasa cataliza la descomposión del alcohol en el hígado según estas velocidades

[CH3CH2OH] x 10 4M

2,50

5,00

10,00

15,0

V mmol L -1 min-1

2,11

3,73

5,90

7,10

a) Asumiendo una cinética de Michaelis-Menten, calcule gráficamente los valores aproximados de Vmax y Km. b) Calcule los Vmax y Km utilizando la expresión de la linearización de Lineweaver-Burk.

PROBLEMA 27 Para la reacción a 1786K del hidrogeno molecular con monóxido de nitrógeno para obtener nitrógeno molecular y agua, todos ellos en fase gaseosa. Se ha comprobado mediante estudios cinéticos, que la ley cinética de velocidad cumple escrupulosamente la ecuación v=K[H2][NO]2. Según esto, indique cuál de los siguientes mecanismos es el correcto para esta reacción: Mecanismo I H2 + NO → H2O + N

(lento)

N + NO → N2 + O

(rápido)

O + H2 → H2O

(lento)

Mecanismo II H2 + 2NO → N2O + H2O

(lento)

N2O + H2 → N2 + H2O

(rápido)

Mecanismo III 2NO ↔ N2O2

(rápido)

N2O2 + H2 → N2O + H2O

(lento)

N2O + H2 → N2 + H2O

(rápido)

PROBLEMA 28 Para la reacción H2 (g) + I2 (g) → 2HI (g) se obtuvo una ley cinética v = k [H 2][I2]. Proponga un mecanismo acorde a la ley cinética.


PROBLEMA 29 La descomposición del N2O para dar N2 y O2 se da en 2 pasos elementales. Determine el mecanismo si v = k [N 2O], e identifique los intermedios de reacción.

PROBLEMA 30 La bromación de la acetona es catalizada en medio ácido según la reacción:

Aprovechando que el bromo molecular es el único r eactivo coloreado se midió su desaparición para diferentes concentraciones de acetona, bromo y concentración de H+ a 320K:

Experimento

[CH3COCH3]

[Br2]

[H+]

1 2 3 4 5

0.30 0.30 0.40 0.40 0.40

0.050 0.100 0.050 0.050 0.050

0.050 0.050 0.100 0.200 0.050

V desaparición del Br2 5.7∙10-5 5.7∙10-5 1.2∙10-4 3.1∙10-4 7.6∙10-5

a) Determine la ley de velocidad para la reacción de la bromación de la acetona b) Determine la constante de velocidad del proceso a 320K c) Mediante experimentos de centelleo laser de femtosegundo en disolución, se ha propuesto el siguiente mecanismo de reacción:

Demuestre que la ley de velocidad que se deduce a partir del mecanismo, está en concordancia con la propuesta en el apartado a)


PROBLEMA 31 Mediante un estudio de las velocidades iniciales de reacción se determinó a diferentes temperaturas, la constante cinetica de la reacción de descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno moleculares sobre un filamento de circonia (ZrO2) incandescente. Calcule la energía de activación del proceso expresada en J/mol.

T (K) 700 750 850 900 950 1050 1150 1300 1400 1500

K (M-1s-1) 36.05 37.65 40.46 41.68 42.84 44.85 46.58 48.77 50.01 51.12

PROBLEMA 32 Los compuestos heterocíclicos nitrogenados llamados 1,2,3-triazolicos, se descomponen bajo la radiación laser del generador de iones del espectrómetro de masas equipado con analizador de iones del tipo MALDI-TOF (Time Of Flight), esta descomposición produce una aziridina insaturada y nitrógeno molecular. En concreto se tomaron valores de concentraciones frente a tiempo para la siguiente reacción:

[C8H7N3], M T (s)

6.42 0

4.57 20

3.25 40

2.31 60

1.65 80

1.17 100

a) Determine el orden de reacción y la ecuación de velocidad. b) Determine la constante cinética del proceso c) ¿Cuál es la concentración del compuesto triazólico antes de que el láser del generador de iones impacte sobre la muestra? d) Indique las unidades de la constante cinética e) ¿Cuántos segundos deben transcurrir para que el laser haga reaccionar a la totalidad de nuestra muestra de compuesto triazólico?

Ejercicios Electroquímica Química II, 2016 YachayTech

1.

Ajuste las siguientes reacciones con método ion electrón

Medio ácido

a) b) c) d) e) f)

Cu + H2SO4 → CuSO4 + SO2 + H2O K2Cr2O7 + KI + H2SO4 → Cr2(SO4)3 + K2SO4 + I2 + H2O Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O KMnO4 + Fe + HCl → FeCl2 + MnCl2 + KCl + H2O P + HNO3 + H2O → H3PO4 + NO MnO4- + S2- + H+ → S + Mn2+ + H2O

Medio básico

2.

g) MnO4- + C2O42- → MnO2 + CO2 h) ClO- + Fe(OH)3 → Cl- + FeO42i) KMnO4 + NaNO2 + H2O → MnO2 + NaNO3 + KOH j) H2O2 + CrCl3 + KOH → K2CrO4 + KCl + H2O k) KMnO4 + KI + H2O → MnO2 + I2 + KOH l) KNO3 + Al + KOH → NH3 + KAlO2 Calcule la fuerza electromotriz (FEM) o potencial estándar de una pila galvánica formada con electrodos de cadmio sumergido en una disolución de Cd 2+ y plata sumergida en solución de Ag+. Datos Eº = Cd2+/Cd = -0.4, Ag+/Ag = 0.8 Resultado final: 1.2V

3.

Dada la reacción: NO3- (aq) + 3 Ag(s) + 4 H+ (aq) → 3 Ag+ (aq) + NO(g) + 2 H2O (l)

en la que pH = 3,6 y la [NO3-] = [Ag]+ = 1M y la presion de NO = 1 atm. Calcule el valor de potencial de Nernst y determine si la reacción es espontanea a ese pH. Datos Eº =NO3-| NO = 0.96, Ag+|Ag = 0.8 Resultado final: Eº -0.12V no espontanea, es espontanea a partir de pH = 2.03 4.

Conociendo los potenciales normales de reducción de los halógenos: a) Escriba las siguientes reacciones y determine cuáles serán espontáneas: i. Oxidación del ión bromuro por yodo ii. Reducción de cloro por ión bromuro iii. Oxidación de ioduro con cloro. b) Justifique cuál es la especie más

oxidante

y

cuál

es

más

reductora.

5.

a) ¿Qué sucedería si utilizara una cuchara de aluminio para agitar una disolución de nitrato de hierro(II)? Datos: Eº(Fe2+/Fe)= –0,44 V; Eº(Al3+/Al)= -1,76 V Resultado final: Eº 1.32 reacción espontánea, si desplazara el alumnio a iones de hierro(II)


6.

Se pensó la posibilidad de construir una pila en la que uno de los electrodos estuviese construido por una barita de Pt sumergida en una disolución que se preparó con 0.2409 g de FeNH4(SO4)2 x 12H2O en 500 mL de una disolución acida que contiene 0.01 M de Fe2+. El otro electrodo se preparó sumergiendo una barra de Zn en una disolución que contiene 5.749 g /L de ZnSO4 x 7H2O en 1L. Que diferencia de potenciales debería observarse con un voltímetro cuando se conecta ambas disoluciones con un puente salino? Datos Eº(H+/H2)= 0 V; Eº(Fe3+/Fe2+)= 0,77 V Eº(Zn2+/Zn)= -0,76 V; Eº(Fe2+/Fe)= –0,44 V; Resultado final: E = 1.6V

7.

8.

A 25 °C y empleando un electrodo de plata y otro de cinc, disoluciones de Zn 2+(de concentración 1,0 mol/dm3) y Ag+(de concentración 1,0 mol/dm3) y una disolución de KNO3 de concentración 2,0 mol/dm 3 como puente salino, se construye en el laboratorio la siguiente pila: Zn(s) | Zn2+(aq) ⁞ Ag+(aq) | Ag(s). Datos: E°(Zn2+/Zn) = -0,76 V; E°(Ag+/Ag) = +0,80 V. a) Escribe las semirreacciones que ocurren en cada electrodo y la ecuación de la reacción iónica global, calculando también la fuerza electromotriz de la pila. b) Haz un dibujo-esquema detallado de la pila, indica el ánodo y cátodo, y el sentido en el que circulan los electrones, así como los iones del puente salino. Calcule el potencial de celda para siguiente reacción a 25°C. Las concentraciones de los iones son las siguientes: [MnO4-] = 0.01, [Mn2+]=0.15, [Br-]=0.01, [H+]=1.0 MnO4- + Br- + H+→Mn2+ + Br2 + H2O

Resultado final: E = 0.312 9.

Empleando el método ion-electrón ajuste la siguiente ecuación química KClO3 + SbCl3 + HCl → SbCl5 + KCl + H2O

Calcule los gramos de KClO3 que se necesitan para obtener 200g de SbCl5, si el rendimiento de la reacción es de 50% Resultado final: 54.6 g 10.

Dada la pila: Mg|Mg2+(10-2 M) || Ag+((10-2 M)|Ag, a. Escribir las semirreacciones correspondientes a los dos electrodos b. Escribir la reacción global de la pila; c. Calcular el potencial de cada electrodo; d. Hallar la fuerza electromotriz de la pila

Dato: los potenciales normales de reducción de los electrodos de plata y magnesio son, respectivamente +0.80V y -2,34V. Resultado final: FEM = 3.08V


11. Dado el semisistema: Cr2O72- +

14H+ + 6e- ⇄2Cr3+ 7H2O, cuyo potencial normal de

reducción es +1.33V, se pide: a. Calcular el potencial de reducción en los casos en que cumpliéndose que [Cr 2O72-] = [Cr3+] = 1M, el pH valga 0, 3, 6, 9, 12; b. Representar gráficamente los anteriores resultados. Resultado final: pH 3 = 0.92V, pH 6 = 0.5V, pH 9 = 0.09, pH 12 = -0.32V

12. Calcular las fuerzas electromotrices de las siguientes pilas de concentración: 2+

a.

-6

2+

Zn|Zn (10 M)|| Zn (1 M)|Zn; Resultado: 0.177 V +

-5

+

b. Ag|Ag (10 M) || Ag (2 M) | Ag;

Resultado: 0.313 V

c.

Resultado: 0.236 V

(Pt)H2| pH = 6 || pH = 2 | H2(Pt)

13. Hallar el valor de constante de equilibrio de las siguientes reacciones: 2-

2+

+

3+

3+

Cr2O7 + 6Fe +14H ⇄ 2Cr + 6Fe +7H2O Resultado: Kc = 7 x 10 56

a.

4+

-

b. Sn +2I ⇄ Sn2+ + I2 Resultado: Kc = 6.3 x 10- 14 Indicando en cada caso, el sentido (hacia la izquierda o hacia la derecha) en que se encuentra desplazado el equilibrio. Los potenciales normales de reducción correspondientes a las semirrecciones: 2-

+

-

3+

3+

Cr2O7 + 14H + 6e ⇄ 2Cr + 6Fe +7H2O 3+

-

Fe + 1e ⇄ Fe

2+

4+ Sn +2e ⇄ Sn2+

I2 + 2e- ⇄ 2 Ison respectivamente, + 1,33V, + 0,77V, +0,15V, +0,54V 14. Se electroliza en una cuba CaCl2 fundido.

a.

Escriba los procesos que tienen lugar en el ánodo

b. Cuantos gramos de calcio metálico se depositaran si se hace pasar por una cuba una corriente de 0.5A durante 30min. Resultado: 186 mg 15. Se pide saber lo que cuesta depositar 400 gramos de cobre sobre un molde, si la diferencia de

potencial entre los electrodos de la cuba de galvanoplastia utilizada es 3.5V y el precio de la energía eléctrica es de 20 ´´centavitos” USD /kW-h. Considérese un rendimiento del 60%. Resultado: 0.39 $

16. Una batería de automóvil consta de seis elementos en serie (para así producir una fuerza

electromotriz de 12 V). En el momento del arranque del automóvil la batería produce una corriente de 200 A durante 1 s. ¿Qué masa de plomo se transforma en PbSO4 durante dicha operación de arranque? Resultado: 1.29g 17. Numere métodos de protección de corrosión vistos en clase. (0.5 pts)

Explique la protección catódica mediante ánodo de sacrificio (1 pts) y corriente impresa. (1 pts). Complemente su explicación con un esquema

Examen Final, Agosto 2015 18.

a.

Dibuje el esquema de una celda de combustible. Explique breve, y claramente sus partes, funcionamiento, y nombre al menos una aplicación de dicho dispositivo electroquímico (1.75 pt)


b. Explique brevemente el proceso de amalgamación en la extracción de oro (0.75 pt) Examen Segundo Parcial, Agosto 2015 19.

a) Enumere las baterías secundarias que conocimos en clases (0,3 pts). b) Responde brevemente de que materiales puede estar hecho, como funciona y qué ventajas tiene la batería de ion de litio (1,0 pts) c)

¿Aparte de baterías secundarias qué otros tipo de baterías conoces? ¿Cuál son las diferencias entre ellas (0,2 pts)?

d) Utilizando método ion electrón ajuste siguientes reacciones (0,5 + 0,5 pts) (+ 0,5 extra por nombrar correctamente todos los compuestos) 1. K2Cr2O7 + HI + H2SO4 → Cr2 (SO4 )3 + I2 + K2SO4 + H2O 2. K2SO3 + KMnO4 + H2O → MnO2 + K2SO4 + KOH Examen Final, Marzo 2016

INTRODUCCiÓN A LA QUÍMICA ORGÁNICA Problemas de Química Orgánica Química II- YACHAY TECH 2016 (ABRIL-AGOSTO)

Formule los siguientes compuestos:






Nombre los siguientes compuestos:






1. Determine la configuración absoluta de los carbonos asimétricos de las siguientes moléculas:

2. Para el (2R,3S)-2-bromo-3-clorobutanol, represente su estereoquímica utilizando la proyección de Fisher. Y dibuje utilizando dicha proyección enantiómero (2S, 3R)

3. La molécula (2?,3?)-2-amino-3-fluoro-2-metilbutanal, tiene la siguiente estereoquímica:

Determine la configuración absoluta de cada carbono asimétrico y represente correctamente su proyección de Fisher.

4. De la molécula anterior, determine la proyección de Fisher de los dos diasteroisómeros posibles. ¿Qué relación tendrán estos dos diasteroisómeros entre si?

5. De la molécula expuesta en el ejercicio 3, dibuje su imagen especular, representando tanto la proyección de Fisher, como con la proyección tetraédrica.

6. Represente con la proyección de Fisher la forma (2R,3R)-3-amino-2fenilbutanal:

7. Represente todos los estereoisómeros, utilizando la proyección de Fisher de la siguiente molécula, indicando la configuración absoluta de cada carbono asimétrico:

Todoen1

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