Reacciones Químicas 2015-16

PROBLEMAS DE QUÍMICA
1º de Bachillerato
Reacciones Químicas
CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS BÁSICOS
1. Ajusta las siguientes reacciones químicas:
C3H6 (g) + O2 (g)
N2 (g) + H2 (g)
KClO3 (aq)
H2O2 (l)
KClO3 (aq)
CO2 (g) + H2O (g)
NH3 (g)
KCl (aq) + O2 (g)
O2 (g) + H2O (l)
KClO4 (aq) + KCl (aq)
HCl (aq) + CaCO3 (s)
CO2 (g) +CaCl2 (aq) + H2O (l)
2. ¿Por qué en la ecuación química ajustada C (graf) + O2 (g)
carbono no reacciona exactamente con 1 g de oxígeno?
CO2 (g) se sabe que 1 g de
3. Calcula la cantidad estequiométrica de hidrógeno molecular, en moles, necesaria para
reaccionar con 5 moles de oxígeno en la síntesis del agua.
4. Calcula la cantidad estequiométrica de hidrógeno molecular, en litros, necesaria para
reaccionar con 5 litros de oxígeno en la síntesis del agua.
PROBLEMAS ESTEQUIOMÉTRICOS
Problemas básicos
5. Al reaccionar el permanganato de potasio, KMnO4 (aq), con suficiente cantidad de ácido
clorhídrico, HCl (aq) se produce dicloruro de manganeso, MnCl 2 (aq), cloruro potásico, KCl
(aq), agua y cloro, Cl2 (g).
a) Calcula la masa de dicloruro de manganeso que se obtiene si reaccionan 150 g de
permanganato potásico.
b) Calcula la masa de cloro que se obtiene.
Sol.: a) 120 g de MnCl2; b) 169 g de Cl2
6. El acetileno o etino, C2H2 (g), arde en el aire con llama muy luminosa.
a) ¿Qué volumen de acetileno, medido en c.n. será preciso utilizar si en esta reacción
se han obtenido 100 litros de dióxido de carbono medidos en c.n.?
b) ¿Cuántas moléculas de dióxido de carbono se obtienen?
c) ¿Cuántos moles de agua se obtienen?
.
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Sol.: a) 50 L de C2H2; b) 2,7 10 moléculas de CO2; c) 2,35 moles de H2O
7. La sosa cáustica o hidróxido de sodio, NaOH se prepara comercialmente por reacción
química entre el carbonato de sodio, Na2CO3 , y el hidróxido de calcio, Ca(OH)2. Además de
NaOH, en la reacción se produce también carbonato de calcio, CaCO3.
a) Calcula cuántos kilogramos de sosa se obtendrán con 1 kg. de carbonato de sodio y la
cantidad suficiente de hidróxido de calcio
b) Cuál sería esa cantidad suficiente de hidróxido de calcio
Sol.: a) 755 g de NaOH; b) 698 g de Ca(OH)2
8. Al tratar el nitrato de plomo (II) a elevadas temperaturas, se descompone en óxido de plomo
(II), dióxido de nitrógeno y oxígeno.
a) ¿Cuántos gramos de óxido de plomo (II) se obtendrán al descomponerse 80 g de
nitrato de plomo (II)?
b) ¿Qué volumen de oxígeno se recogerá en c.n.?
c) ¿Cuántos átomos de oxígeno hay en ese volumen?
.
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Sol.: a) 53,9 g de PbO; b) 2,69 L de oxígeno; c) 1,44 10 átomos de O
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PROBLEMAS DE QUÍMICA
1º de Bachillerato
Reacciones Químicas
9. El óxido de mercurio (II) se descompone en sus elementos bajo la acción del calor.
a) Escribe la ecuación ajustada, correspondiente a dicha reacción.
b) ¿Cuántos gramos de óxido de mercurio (II) se necesitan para obtener 150 g de
oxígeno?
c) ¿Qué volumen ocupa el oxígeno obtenido, medido a 700 mm de Hg y 20º C?
Sol.: b) 2034 g de HgO; c) 123 L
10. Se pone en marcha un proceso industrial donde el metano sufre una combustión. Mediante
este proceso, se obtiene energía química que después se transforma en energía eléctrica.
Como ya sabemos, en un proceso de combustión obtendremos como producto de la reacción
dióxido de carbono, compuesto contaminante.
Si sabemos que sólo podemos emitir a la atmósfera 500 g de dióxido de carbono, ¿Cuánto
metano podremos quemar en nuestro proceso químico?
Sol.: 181,8 g de CH4
11. El dióxido de azufre es un contaminante potencial, pero también tiene propiedades
antisépticas y por ello se usa para desinfectar habitaciones de pacientes que han sufrido
enfermedades contagiosas. También se usa como conservante en la industria alimentaria.
Si usamos para su obtención la combustión de azufre y queremos obtener 10 L del antiséptico
en c. n. ¿Cuántos gramos de azufre deberemos quemar?
Sol.: 14,28 g de S (s)
Problemas con reactivo limitante
12. El hidruro de calcio reacciona con el agua y se origina hidróxido de calcio e hidrógeno.
Si reaccionan 50 g de hidruro de calcio y 80 g de H2O, calcula los gramos de hidróxido de
calcio que se obtienen.
Sol.: 88 g de Ca(OH)2
13. Se hace reaccionar 30 g de CO2 en un recipiente que contiene 100 g de hidróxido sódico,
formándose carbonato de sodio y agua.
a) Averigua los moles de agua formados.
b) Calcula los gramos de carbonato, Na2CO3 obtenidos.
Sol.: a) 0,68 moles de H2O; b) 72 g de Na2CO3
14. Se han tratado 25 g de cloruro de hidrógeno con 50 g de dióxido de manganeso,
obteniéndose cloruro de manganeso (II) cloro y agua. ¿Qué volumen de cloro se obtiene
medido a 10º C y 700 mm de Hg?
Sol.: 4,28 L
15. La reacción química entre el cloruro de bario y el sulfato de sodio produce cloruro de sodio
y sulfato de bario, todos ellos en disolución acuosa.
Si han reaccionado 125 gramos de sulfato de sodio con 100 gramos de cloruro de bario,
a) ¿Cuántos gramos de sulfato de bario se obtienen?
b) ¿Cuántos moles se originan de cloruro de sodio?
Sol.: a) 112 g de BaSO4; b) 0,96 moles de NaCl
16. Reaccionan 30 g de nitrato de plata con cloruro de sodio. Si se obtienen 18 g de cloruro de
plata en una reacción donde también se produce nitrato de sodio. Calcula la masa de nitrato de
plata que no ha reaccionado.
Sol.: 8,6 g de AgNO3
17. En un recipiente de 5 litros se introduce una mezcla de hidrogeno y oxigeno, cuyas
fracciones molares son 0,80 y 0,20, respectivamente. La presión en el recipiente es 3,73 atm a
una temperatura de 30 ºC. En esas condiciones se hace saltar una chispa y se forma vapor de
agua.
Calcula: a) la masa de agua que se forma y b) las fracciones molares, presiones parciales y
presión final medidas a la misma temperatura inicial.
Sol.: a) 5, 4 g; b) XH2 = XH2O = 0,5; PH2 = PH2O = 1,49 atm; PT = 2,98 atm
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PROBLEMAS DE QUÍMICA
1º de Bachillerato
Reacciones Químicas
Problemas con aire
18. Se queman 10 litros de propano, C3H8 (g) medidos en c.n. formándose dióxido de carbono
y agua. Determina el volumen de aire medido en c.n. que será necesario emplear si la
composición volumétrica del mismo es el 20% de oxígeno.
Sol.: 250 L de aire
19. Se queman 10 g de alcohol etílico o etanol, C2H5OH (aq).
a) Escribe la ecuación ajustada.
b) ¿Qué volumen de aire es necesario emplear, medido en c.n., sabiendo que el 20%
de su volumen es oxígeno?
c) ¿Cuántas moléculas de agua se obtienen?
.
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Sol.: b) 73 L de aire; c) 3,9 10 moléculas de H2O
20. La tostación (reacción química con oxígeno) de la pirita (disulfuro de hierro) origina óxido de
hierro (III) y dióxido de azufre.
Al reaccionar 1 tonelada de pirita se han obtenido 600 kg de óxido de hierro (III).
a) Calcula la masa de pirita que no ha reaccionado
b) ¿Cuál es el volumen de aire medido en c.n. necesario para que se lleve a cabo la
tostación en las condiciones del problema?
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Sol.: a) 99,3 kg de FeS2; b) 2315 m
Problemas con rendimiento de reacción
21. El trióxido de dicromo reacciona con el aluminio, en el proceso conocido por aluminotermia,
obteniéndose cromo sólido de una elevada pureza y óxido de aluminio. Si han reaccionado 250
g de trióxido de dicromo. Sabiendo que el rendimiento del proceso es del 85%, calcula:
a) La masa de cromo obtenida.
b) El número de átomos de oxígeno, formando parte del óxido de aluminio que se han
obtenido.
.
24
Sol.: a) 145,35 g de Cr; b) 2,5 10 átomos de O
22. Un trozo de hierro de 550 g se combina con el oxígeno del aire y se forman 325 g de óxido
de hierro (III).
a) ¿Cuál ha sido el rendimiento de la reacción?
b) ¿Cuántas moléculas de oxígeno han reaccionado con el hierro?
.
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Sol.: a) 41%; b) 1,8 10 moléculas de O2
23. Se queman 10 g de acetileno, C2H2 (g), con 2 litros de oxígeno a la temperatura de 20ºC y
0,98 atm de presión. Calcula:
a) El reactivo limitante.
b) Los gramos de dióxido de carbono obtenidos, sabiendo que el rendimiento del
proceso ha sido del 90%.
Sol.: a) O2; b) 2,6 g de CO2
Problemas usando concentraciones
24. Considera la reacción entre el carbonato de calcio y el cloruro de sodio para dar carbonato
de sodio y cloruro de calcio.
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Si se hacen reaccionar 250 gramos de carbonato de calcio con 250 cm de una disolución de
cloruro de sodio 1 M, averigua qué reactivo es el limitante y calcula los gramos de cloruro de
calcio que podrán obtenerse.
Sol.: a) NaCl; b) 13,9 g de CaCl2
25. El nitrato de calcio se puede obtener por reacción entre el carbonato de calcio y el ácido
nítrico en una reacción en la que también se produce dióxido de carbono y agua y cuyo
rendimiento es del 95 %:
Si se han añadido 60 gramos de carbonato de calcio a 300 mL de disolución de ácido nítrico 2
M, calcula:
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PROBLEMAS DE QUÍMICA
1º de Bachillerato
Reacciones Químicas
a) Los gramos de sal, Ca(NO3)2 (aq) obtenidos.
b) El volumen recogido de CO2 (g) medido en c.n.
Sol.: a) 47,6 g de Ca(NO3)2; b) 6,5 L de CO2
26. Se hace reaccionar una disolución de ácido nítrico diluido 1,5 M con virutas de cobre,
formándose tres moles de monóxido de nitrógeno, además de nitrato de cobre (II) y agua.
Ajusta la reacción química. Si tienes dificultades haz uso de ecuaciones matemáticas.
Calcula:
a) El volumen de disolución que se ha consumido.
b) Los gramos de cobre que han reaccionado.
Sol.: a) 8 L de disolución; b) 286 g de Cu
27. El cloro se puede obtener en el laboratorio mediante la reacción entre el dióxido de
manganeso con disolución de ácido clorhídrico. En dicha reacción también se produce
manganeso sólido y agua.
Si reaccionan 30 g de MnO2, calcula el volumen de disolución que habrá que emplear si ésta
tiene una concentración del 30% en masa y densidad 1,15 g/mL.
Sol.: 146 mL de disolución de HCl
28. Se añaden 10 g de virutas de cobre a un vaso de precipitados que contiene cierto volumen
de una disolución de ácido nítrico de 1,4 g/mL de densidad y concentración del 90% en masa.
Los productos de la reacción son el nitrato de cobre (II), dióxido de nitrógeno y agua.
a) ¿Cuál es el volumen necesario de esa disolución de ácido nítrico?
b) ¿Cuántos gramos de sal se obtienen?
Sol.: a) 32 mL de disolución de HNO3; b) 30 g de Cu(NO3)2
29. Queremos hacer reaccionar NaOH (aq) con H2SO4 (aq). Si tenemos un litro de una
disolución 0,5 M de NaOH y otra disolución 3 M de ácido, ¿Cuántos litros de la segunda
disolución necesitaremos? ¿Cuánta agua recogeremos?
Sol.: a) 0,083 L de disolución de H2SO4; b) 9 g de agua
30. El nitrato de plata, AgNO3 (aq), al reaccionar con cloruro de sodio da como productos de
reacción cloruro de plata y nitrato de sodio. Si tenemos una disolución 1 M de nitrato de plata y
7 g. de cloruro de sodio:
a) ¿Cuántos litros de la disolución de nitrato de plata necesitaremos para que
reaccione todo el nitrato?
b) Si sabemos que, al final de la reacción tenemos un volumen de 2 L ¿Cuál será la
concentración del nitrato de sodio obtenido expresada en molaridad? ¿Y en g/L?
Sol.: a) 0,12 L de disolución de AgNO3; b) 0,06 M / 5,1 g/L
31. ¿Qué volumen de H2SO4 (aq) 2 M reaccionará con 250g de CaCO3 (s), dando sulfato de
calcio, CaSO4 (aq), dióxido de carbono y agua?
Sol.: 1,25 L
Problemas de reactivos impuros
32. Un lote de sulfato de aluminio, Al2(SO4)3 (s) se contamina durante su manipulación, siendo
necesario determinar su pureza.
Se analiza una muestra de 1 g de sulfato de aluminio haciéndolo reaccionar con cloruro de
bario, BaCl2. Los productos de la reacción son sulfato de bario y cloruro de aluminio.
Si obtenemos 1,9 g de sulfato de bario, BaSO4, determina la pureza de la muestra de sulfato de
aluminio.
Sol.: 93 %
3
33. Una muestra impura de 50 g de zinc reacciona exactamente con 129 cm de una disolución
3
de ácido clorhídrico que tiene una densidad de 1,18 g/cm y contiene 35 % de HCl en masa.
En la reacción química se produce cloruro de cinc e hidrógeno.
¿Cuál es el porcentaje de zinc metálico en la muestra? Supón que la impureza es inerte frente
al HCl.
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PROBLEMAS DE QUÍMICA
1º de Bachillerato
Reacciones Químicas
Sol: 95,46%
34. El carbonato de calcio reacciona con acido sulfúrico para dar sulfato de calcio, dióxido de
carbono y agua.
a) ¿Qué volumen de acido sulfúrico concentrado de densidad 1,84 g/mL y 96 % de
riqueza en masa será necesario para que reaccionen por completo 10 g de CaCO 3?
b) ¿Qué cantidad de CaCO3 del 80 % de riqueza sería necesaria para obtener 20 L de
CO2, medidos en condiciones normales?
Sol: a) 5,5 mL; b) 112 g
35. Una muestra de 5,13 gramos de sulfato de amonio, (NH4)2SO4 impuro se hace reaccionar
3
con un exceso de hidróxido de sodio y se obtienen 1,8 dm de amoníaco gas a 20 ºC y 1 atm,
sulfato de sodio y agua. Calcula:
a) La pureza de la muestra, si el rendimiento de la reacción fue del 100%.
b) El volumen de una disolución de hidróxido de sodio de densidad 1,05 g/mL y riqueza
3
8% en masa, que como mínimo tendríamos que haber echado para obtener los 1,8 dm
de amoníaco.
c) La molaridad de la disolución de hidróxido de sodio del apartado b)
Sol.: a) 96%; b) 35,71 mL; c) 2,1 M
36. La tostación de la pirita, FeS2 , se produce, en presencia de oxígeno, dando como
productos el óxido de hierro (III) y el dióxido de azufre.
a) ¿Cuántos kilogramos de óxido de Fe (III) se obtienen al tratar media tonelada de una
pirita del 80% de riqueza en FeS2?
b) ¿Que volumen de aire medido en c. n. se necesita para tostar dicha cantidad de pirita
sabiendo que el aire contiene un 21 % en volumen de O2?
(Supón que el resto de los componentes de la pirita no consumen oxígeno)
Sol.: a) 266,2 Kg; b) 978022 L
Otros problemas
37. Al tratar 0,214 g de una muestra de aleación de aluminio y cinc con acido sulfúrico, se
desprenden 162 mL de hidrogeno medidos a 20 ºC y 712 mm Hg. Calcula la composición de la
aleación.
Las reacciones que tienen lugar son:
Al (s) + H2SO4 (aq) → Al2(SO4)3 (aq) + H2 (g)
Zn (s) + H2SO4 (aq) → ZnSO4 (aq) + H2 (g)
Sol.: 35% Al, 65% Zn.
38. Sesenta litros de una mezcla de gases a 15 ºC y 720 mm Hg, que contiene dióxido de
carbono, se pasan a través de una disolución de hidróxido de bario, formándose 35,52 g de
carbonato de bario. En dicha reacción también se produce agua líquida.
¿Qué porcentaje en volumen de dióxido de carbono contiene la mezcla?
Sol.: 7,5%
39. Tenemos 20 L de gas natural en c. n. (mezcla de metano y etano). Cuando quemamos la
mezcla se obtienen 25 L de dióxido de carbono en c.n. Determina la composición volumétrica
de la mezcla.
Sol.: 25% de etano y 75% de metano
40. El sodio reacciona con ácido sulfhídrico formando sulfuro de sodio e hidrógeno gas. Se
echan 2,5 gramos de sodio impuro del 92 % en peso de riqueza sobre 0,5 L de disolución de
ácido sulfhídrico 0,02 M.
a) Sabiendo que el rendimiento de la reacción es del 80%, calcula el número de moles de
sodio que no reaccionan con el sulfhídrico.
3
b) ¿Cuántos mL de disolución de ácido sulfhídrico de densidad 1,05 g/cm y 60% de
riqueza en peso habría que haber echado para obtener 0,02 moles de hidrógeno?
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PROBLEMAS DE QUÍMICA
1º de Bachillerato
Reacciones Químicas
Sol.: a) 0,084 moles; b) 1,35 mL
41. Hacemos reaccionar una muestra de carbonato de calcio impuro, de 23 gramos de masa
con 100 mL de disolución de ácido clorhídrico 4 M, formándose cloruro de calcio, que queda en
la disolución, agua y dióxido de carbono (gas), del que se recogen 4,5 L, medidos a 1
atmósfera de presión y 25 ºC de temperatura. Calcula:
a) La riqueza de carbonato de calcio en la muestra.
b) ¿Hay reactivo limitante? Si es así, ¿cuántos moles sobran del reactivo en exceso?
c) El volumen de disolución de ácido que se hubiera consumido si la concentración
hubiese sido 2 M.
Sol.: a) 80%; b) 0,032 moles; c) 184 mL
42. En la limpieza domiciliaria se emplea agua fuerte. Este producto es una disolución acuosa
de HCl. Una empresa prepara agua fuerte con una concentración del 20 % en masa a partir de
la reacción entre el cloro y el hidrogeno gaseosos.
La empresa emplea como reactivos cloro de una pureza del 80 % e hidrogeno del 90 % de
pureza. El rendimiento de la reacción en sus instalaciones es del 75 %.
Esta empresa tiene una producción de 20000 litros diarios de disolución. Calcula las cantidades
necesarias de cada reactivo.
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Dato: densidad del agua fuerte (20 % de HCl)= 1,098 g/cm
Sol.: 178 kg de H2, 71 t de Cl2
43. En un recipiente de hierro de 5 L se introduce aire hasta conseguir una presión interior de
0,1 atm a 239 ºC. El oxígeno del aire reacciona completamente con la superficie metálica
interior de hierro oxidándola hasta óxido de hierro (II).
Calcula:
a) La masa de óxido de hierro (II) que se formará.
b) La presión final del recipiente
c) La temperatura a la que habría que calentar el recipiente para que la presión final
permaneciera en 0,1 atm.
Sol.: a) 0,36 g ; b) P = 0,08 atm ; c) T = 367 ºC
Datos:
Elementos químicos en forma de moléculas diatómicas gaseosas a Temp. ambiente:
H2 (g), O2 (g), F2 (g), Cl2 (g), Br2 (g), I2 (g), N2 (g).
Elementos químicos en forma de sólidos puros a Temp. ambiente (todos los metales-a
excepción del Hg que es líquido-): Al (s), Fe (s), Pb (s), Cu (s), Cr (s)
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