quimica 2008 agosto

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Universidad de Belgrano
Curso de Ingreso - 2008
Química
Guía de Estudio y Trabajos Prácticos – 3º Edición
por Carmen E. Peralta Sanhueza
Programa
Objetivos generales
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Identificar sistemas heterogéneos y homogéneos; determinar formas de separación y
fraccionamiento de estos sistemas; expresar su composición porcentual.
Conocer la composición del átomo.
Nombrar diferentes compuestos químicos a partir de su fórmula o, dado el nombre,
escribir su fórmula.
Calcular la concentración de soluciones
Realizar cálculos estequiométricos
Contenidos
Unidad 1: Sistemas materiales
Cuerpo. Materia. Estados de agregación. Sustancias simples. Elementos. Símbolos.
Sistemas materiales. Métodos de separación. Expresión de la composición de los sistemas
materiales.
Unidad 2: Átomos y moléculas
Composición del átomo. Partículas subatómicas. Núcleo y electrones. Número atómico y
número de masa. Magnitudes atómico-moleculares: masa atómica relativa. Mol.
Unidad 3: Nomenclatura de compuestos inorgánicos sencillos
Óxidos, hidróxidos, ácidos (oxoácidos, hidrácidos), sales (oxosales, sales binarias),
hidruros.
Unidad 4: Soluciones
Soluto y solvente. Formas de expresar la concentración de las soluciones: %m/m, %m/V,
molaridad, molalidad.
Unidad 5: Reacciones Químicas
Ecuaciones químicas y su significado. Conservación de la masa: balanceo de ecuaciones,
método algebraico. Cálculos estequiométricos: pureza, reactivo limitante, rendimiento.
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Unidad 1: Sistemas materiales
En esta primera Unidad centraremos nuestra atención en el objeto de estudio de la
Química, esto es, los materiales que componen el mundo que nos rodea. Analizaremos los
sistemas materiales, las propiedades que los caracterizan y la forma de clasificarlos (Parte
I). Luego veremos de qué manera se pueden subdividir esos sistemas de modo de obtener
los componentes que los forman y, eventualmente, lograremos desagregar, “desmenuzar”
estos componentes hasta llegar a nivel de las moléculas y átomos presentes (Parte II). Por
último, aprenderemos a expresar cuantitativamente la composición porcentual de los
sistemas materiales (Parte III).
Al completar el estudio de esta Unidad usted podrá:
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Reconocer los cambios de estado de agregación de la materia
Diferenciar propiedades intensivas de extensivas
Identificar y diferenciar sistemas homogéneos y heterogéneos
Diferenciar las fases y los componentes de un sistema material
Diferenciar soluciones de sustancias puras
Identificar sustancias simples y compuestas
Determinar formas de separación y fraccionamiento de sistemas materiales sencillos
Calcular la composición centesimal de sistemas materiales
I. – Introducción a los sistemas materiales
1.- Mencione los tres estados de agregación de la materia y las características de cada uno
de ellos. ¿En qué son similares, en qué son diferentes?
2.- Determinar cuál/es de estas afirmaciones corresponden al estado gaseoso:
2a.- tiene volumen propio y adopta la forma del recipiente que lo contiene
2b.- no tiene forma propia y es incompresible
2c.- tiene fluidez y es compresible
3- Señale el nombre de los siguientes cambios de estado:
3a.- de agua líquida a vapor de agua
3b.- de cobre sólido a cobre líquido
3c.- de oxígeno gaseoso a oxígeno líquido
3d.- de azufre líquido a azufre sólido
3e.- de yodo gaseoso a yodo sólido
3f.- de dióxido de carbono sólido a dióxido de carbono gaseoso
4.- ¿En su vida cotidiana ha observado alguna vez el fenómeno de condensación? Explique
brevemente.
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5.- Considerar las siguientes situaciones:
i.- fusión de una barra de hierro
ii.- combustión de gas natural
iii.- oxidación del hierro
iv.- producción de luz por un foco incandescente
v.- producción de luz por una lámpara de aceite
5a.- En cada uno de estos casos tienen lugar distinto tipo de transformaciones. ¿Podría
clasificarlas de algún modo? ¿Reconoce entre los distintos ejemplos cambios físicos? ¿Y
cambios químicos?
5b.- Explique con sus propias palabras qué se entiende por cambio químico.
6.- Mencione las diferencias entre propiedades intensivas y extensivas. En cada caso cite
por lo menos dos ejemplos.
7- ¿Cuáles de las siguientes propiedades son intensivas (I) y cuáles son extensivas (E)?
i.- temperatura
v.- masa
ii.- sabor
vi.- temperatura de fusión
iii.- volumen
vii.- densidad
iv.- punto de ebullición
viii.- altura
ix.- estado físico
x.- solubilidad
xi.- combustibilidad
xii.- intensidad de color
8.- Todo cambio de fase va acompañado por un intercambio de energía. Así por ejemplo
para transformar hielo en agua líquida o para pasar agua del estado líquido al gaseoso será
necesario entregar calor.
8a.- ¿La cantidad de calor que hay que entregar para hervir un 1 L de agua es mayor, menor
o igual a la que hay que entregar para hervir 100 L?
8b.- Los libros informan que la cantidad de energía que hay que suministrar al agua para
que pase del estado líquido al estado gaseoso es de 2.26 kJ/g. Con esta información
controle si la respuesta que dio en el ítem anterior es o no correcta. Para ello considere que
1 L de agua pesa 1000 g.
8c.- Al valor 2.26 kJ/g se lo conoce como calor de vaporización del agua. ¿El calor de
vaporización del agua es una propiedad intensiva o extensiva?
9a.- Las siguientes propiedades fueron determinadas sobre un trozo de hierro. Indicar
cuáles son propiedades intensivas y cuáles extensivas.
i.- masa: 40 g; densidad: 7.8 g/cm3; color: grisáceo brillante
ii.- punto de fusión: 1535 ºC; volumen: 5.13 cm3
iii.- se oxida en presencia de aire húmedo
iv.- insoluble en agua.
9b.- ¿De las propiedades antes mencionadas cuáles les servirían para identificar hierro?
10.- ¿Qué diferencia hay entre un sistema homogéneo y otro heterogéneo? Dé ejemplos.
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11.- Discutir si los siguientes sistemas son homogéneos
11a.- aire 1
11b.- aire filtrado
11c.- agua pura
11d.- agua potable
11e.- agua del riachuelo
11f.- agua y arena
11g.- agua, arena y sal
12.- ¿Cuáles de las siguientes mezclas son homogéneas?
12a.- infusión de té
12b.- sopa de verduras
12c.- sal y azúcar
12d.- gas natural 2
12e.- sal y azúcar disueltos en agua
13.- Se tiene azúcar y sal común totalmente disueltos en agua a 25 ºC. Señalar con una cruz
cuál/es de las siguientes afirmaciones son ciertas:
13a.- La densidad es la misa en todas las porciones del sistema.
13b.- El sistema está constituido por más de una sustancia.
13c.- El sistema tiene una sola fase a cualquier temperatura.
14.- Indique verdadero o falso. Justifique.
14a.- Un sistema material con un solo componente debe ser homogéneo.
14b.- Un sistema material con dos componentes líquidos debe ser homogéneo.
14c.- Un sistema material con varios componentes distintos debe ser heterogéneo.
14d.- En un sistema material que contiene tres sólidos distintos hay tres fases, una por cada
sólido presente.
14e.- El agua está formada por O 2 e H 2 .
14f.- Cuando el O 2 reacciona con el hierro se obtiene óxido de hierro.
15.- Dar un ejemplo de un sistema material formado por:
15a.- tres fases y dos componentes
15b.- una fase y tres componentes
16.- Un trozo de hielo a 0ºC flota en el agua de un vaso de agua a presión atmosférica. Las
propiedades intensivas del hielo y el agua son distintas. ¿Por qué podemos, sin embargo,
afirmar que se trata de un mismo compuesto?
1
El aire cerca de la superficie de la Tierra contiene N2 (78.09%), O2 (20.94%), Ar (0.93%), CO2 (0.03%) y
otros (0.01%).
2
El gas natural consiste en una mezcla de hidrocarburos gaseosos. Contiene primordialmente metano (CH4)
con pequeñas cantidades de etano (CH3CH3), propano (CH3CH2CH3) y butano (CH3CH2CH2CH3).
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17.- ¿Cómo podría separar las siguientes mezclas? Explique cómo procedería con la ayuda
de un diagrama de flujo.
17a.- sal de mesa y arena
17b.- limaduras de hierro y azufre en polvo
17c.- carbón vegetal y azúcar de mesa
17d.- aceite y agua
17e.- azúcar disuelta en agua
17f.- alcohol (punto de ebullición 78 ºC) y éter etílico (punto de ebullición 36ºC)
18.- Indique cuáles de los siguientes métodos emplearía para fragmentar en sus
componentes los sistemas que se detalla a continuación:
destilación
arena + agua + corcho
centrifugación
harina 0000 + sémola
levigación
semillas de trigo + arcilla
disolución
sal (cloruro de sodio) + agua
imantación
sal + arena
cristalización
arena + limaduras de hierro
decantación
agua + alcohol (etanol)
sublimación
arena + agua
tamización
yodo + arena
extracción
nafta + agua
flotación
canto rodado + arena
19.- Indicar cuáles de los siguientes sistemas materiales son soluciones y cuáles sustancias
puras:
agua
agua y alcohol
mercurio
óxido de plata (Ag 2 O)
bromo líquido (Br 2 )
vino filtrado
20.- Considere un sistema material formado por 10 L de agua pura. Divídalo ahora en dos
porciones iguales. Tome una de estas fracciones y vuélvala a subdividir en dos partes
iguales. A uno de los volúmenes de 2.5 L que acaba de generar fracciónelo en dos nuevas
partes idénticas. ¿Cuántas veces más podrá repetir este procedimiento? ¿Hay un límite?
Tenga presente que la idea es segmentar el sistema de modo tal que las nuevas fracciones
tengan las mismas propiedades intensivas que las de partida.
II. – Métodos de separación y fraccionamiento de los sistemas materiales
21.- Marque con una cruz la/s afirmación/es correcta/s
21a.- Una molécula es la partícula más pequeña de un compuesto que puede existir en
forma individual.
21b- Una molécula los átomos están asociados entre sí.
(continúa)
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21c.- Una molécula es una mezcla de átomos.
21d.- Durante una transformación física se producen cambios en las moléculas.
21e.- Todas las sustancias tienen una composición definida.
21f.- No todas las moléculas de agua son idénticas.
21g.- Una molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.
21h.- La atomicidad del hidrógeno en el agua es de dos.
22.- ¿Es correcto decir que…
22a.- … en una molécula de ácido acético (CH 3 COOH) hay más átomos de hidrógeno que
en una de etanol (CH 3 CH 2 OH)?
22b.- … en una molécula de ácido acético (CH 3 COOH) hay en total menos átomos que en
una molécula de etanol (CH 3 CH 2 OH)?
23.- ¿Qué se entiende por sustancia simple? ¿Y por sustancia compuesta?
24.- De los siguientes sistemas, indicar cuáles son sustancias simples y cuáles sustancias
compuestas: cloruro de sodio (NaCl)
oxígeno (O 2 )
agua
azufre
hierro
óxido de zinc (ZnO)
25.- Organice los siguientes términos en un mapa conceptual:
sistema homogéneo
moléculas
fase
sistema material
materia
sustancia simple
sustancia compuesta
átomos
sistema heterogéneo
sustancia
solución
III.- Composición Porcentual de los sistemas materiales
26.- Calcular la composición centesimal de los siguientes sistemas:
26a.- 20 g de agua, 50 g de arena, 30 g de sal
26b.- 1g sal y 9 g arena
26c.- 30.0 g de arena, 40.0 g de agua y 10.0 g de limaduras de hierro
26d.- 12 g de sal disueltos en 80 g de agua
26e.- 42.2 g de azúcar y 157.8 mL de agua (densidad del agua = 1.00 g/mL)
R: (26a) %arena = 50, %sal = 30, %agua =20; (26b) %arena= 90, %sal = 10; (26c) %agua
= 50, %arena = 37.5, %limaduras de hierro = 12.5; (26d) %agua = 87, %sal = 13; (26e)
%agua = 78.9, %azúcar = 21.1
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27.- Si la composición porcentual de la leche contenida en un camión cisterna es la que se
indica más abajo, calcular qué cantidad de cada componente habría presente en 257.5 g
(aprox. 250 cm3 o 1 vaso) de esa leche.
Datos: composición porcentual de la leche: % agua = 87.5
% lactosa = 4.0
% grasas = 3.5
% proteínas = 3.0
% otros = 2.0
R: 225.3 g agua, 10.3 g lactosa, 9.0 g grasas, 7.7 g proteínas, 5.2 g otros
28.- Señale la/s respuesta/s correcta/s:
Una muestra de sacarosa pura tiene un …
28a.- … 1% sacarosa
28b.- … 0% sacarosa
28c.- …100% sacarosa
28d.- … 150% sacarosa
28e.- Ninguna de las respuestas anteriores
sacarosa
Autoevaluación
Se dispone de un sistema formado por: canto rodado (3 unidades; masa unidad 1 = 1.3105
g, masa unidad = 2.5210 g, masa unidad 3 = 4.3740 g), arena (7.0 g) y sal (3.0 g)
a.- Señale de qué tipo de sistema material se trata.
b.- Indique el número de fases presentes e indique cuáles son.
c.- ¿Cuál es la composición porcentual del sistema?
d.- ¿Qué método de separación y/o fraccionamiento utilizaría para, a partir de dicho
sistema, obtener los componentes que lo integran por separado? Indique brevemente en qué
orden aplicaría las técnicas por usted elegidas y qué componente(s) del sistema logra
individualizar con cada una de ellas.
e.- Para los 3 g de sal que integran el sistema anterior, indique cuál/es de las siguientes
propiedades son intensivas:
- peso
- temperatura de congelación
- solubilidad en agua
- volumen
- energía de disociación
- color
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Unidad 2: Átomos y moléculas
En la Unidad anterior nos hemos ocupado de la materia, de los cuerpos presentes en el
entorno que nos rodea. Vimos que, en general, los sistemas materiales son bastante
complejos y que muchas veces para poder estudiarlos en profundidad suele ser necesario
dividirlos, desagregarlos en partes cada vez más simples.
Así por ejemplo un sistema material heterogéneo formado por agua, alcohol y arena
podría ser subdividido por decantación en dos partes: arena por un lado y agua y alcohol
por otro. Vimos también que el nuevo sistema obtenido, agua y alcohol, podría ser
subdividido en sus componentes por destilación: el alcohol, por tener menor punto de
ebullición destila y de este modo se separa del agua.
Hemos logrado, entonces, obtener por separado los tres componentes del sistema: agua,
alcohol y arena. Ahora, centremos nuestra atención en el agua obtenida. Al volumen
obtenido de agua lo podríamos dividir en dos fracciones, y a su vez a cada una de estas
nuevas fracciones de agua las podríamos volver a dividir. ¿Cuántas veces podremos llevar a
cabo este procedimiento? ¿Cuál es la menor porción concebible de agua?
La menor porción concebible de agua es una molécula de agua. Una molécula de agua
puede ser dividida en partes más pequeñas pero aquello que obtenemos ya no es agua. A
partir de una molécula de agua podemos obtener dos átomos de hidrógeno y un átomo de
oxígeno. ¿Podrán los átomos ser divididos en porciones de materia más pequeñas? La
respuesta es positiva y de esto nos ocuparemos en esta Unidad.
Así pues en esta Unidad 2 analizaremos el concepto de átomo y molécula. Veremos
cómo están conformados los átomos, qué es lo que diferencia a los diferentes átomos entre
sí (Parte I) para abocarnos, luego, al estudio del concepto de mol, masa atómica y masa
molar (Parte II).
Al finalizar el estudio de esta Unidad usted podrá:
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•
•
•
•
Conocer la composición del átomo
Identificar las partículas subatómicas nucleares (protones y electrones) y
extranucleares (electrones) y conocer sus cargas eléctricas y la relación entre sus
masas
Aplicar los conceptos de número atómico y número másico. Reconocer isótopos
Interpretar la información provista por las diferentes magnitudes atómico
moleculares: masa atómica, masa molecular, mol, masa molar, constante de
Avogadro
Repasar notación científica
Repasar conversión de unidades de masa
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I.- Estructura atómica
1.- Indique a qué se llama
1a.- número de masa o número másico (A)
1b.- número atómico (Z)
2.- Complete los datos que faltan en el siguiente cuadro:
elemento
As
Cd
P
Al
K
nº atómico
nº másico
48
112
31
protones
33
electrones
neutrones
42
15
13
19
14
20
3.- Complete los datos que faltan en el siguiente cuadro:
elemento
nº atómico
14
nº másico
108
32
19
12
protones
electrones
neutrones
14
47
16
9
6
4.- Busque en Internet los datos de las masas correspondientes a las partículas subatómicas
protón, neutrón y electrón. Ahora conteste las siguientes preguntas.
4a- ¿Qué partícula es más liviana?
¿Qué relación guarda la masa de un protón con la de un neutrón?
¿Qué relación guarda la masa de un protón con la de un electrón?
4b.- Un átomo de hidrógeno (1 1 H), ¿cuánto pesa? ¿Y un átomo de tritio (3 1 H)?
4c.- ¿La distribución de masa dentro de un átomo es uniforme?
4d.- Una gragea de aspirina pesa aproximadamente 625 mg,
4di.- ¿cuántos átomos de hidrógeno sería necesario reunir para alcanzar ese valor?
4dii.- ¿Esa cantidad de átomos de hidrógeno es mayor/menor o igual que 37 mil millones?
4e.- ¿Cuánto pesarían 6.02 1023 átomos de hidrógeno (1 1 H)?
R: (4b) 1 átomo de 1 1 H pesa 1.6818 10-24 g; 1 átomo de 3 1 H pesa 5.0235 10-24 g; (4d) 3.73
1020; (4dii) mayor; (4e) 1.0124 g
5.- Los átomos son extremadamente pequeños. En su mayor parte tienen diámetros de entre
1 x 10-10 m y 5 x 10-10 m. Si el diámetro de un átomo de plata es de 2.88 Å (1 Å = 1
angstrom = 10-10 m)
5a.- ¿cuántos átomos de plata colocados uno al lado del otro en línea recta cabrían en el
diámetro de una moneda de un peso (diámetro moneda de $1 = 22 mm)?
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5b.- ¿cuántos millones de átomos de plata entrarían alineados en fila a lo ancho de una
moneda de 1 peso?
R: (5a) 7.6 107; (5b) 76
6.- Marcar cuál/es de las siguientes afirmaciones es/son verdadera/s (V)-falsa/s (F).
Explique brevemente.
6a.- Gran parte de la masa de un átomo se debe a la presencia de los electrones.
6b.- La característica que distingue un átomo de varios elementos es su número de masa.
6c.- Todos los elementos naturales existen como una mezcla de isótopos.
6d.- Todos los isótopos son radiactivos.
6e.- El número atómico es siempre un número entero.
6f.- Todos los átomos neutros de un mismo elemento son idénticos en todos sus aspectos.
7.- Marcar cuál/es de las siguientes afirmaciones es/son verdadera/s (V)-falsa/s (F).
Explique brevemente.
7a.- Los átomos pueden ser visualizados con la ayuda de un microscopio electrónico.
7b.- Las bacterias son más pequeñas que los átomos.
7c.- Las moléculas se forman por la asociación de átomos entre sí.
7d.- Una molécula de agua es más pesada que una célula.
8.- Llenar la siguiente tabla indicando el efecto de las placas cargadas positiva y
negativamente sobre los protones, electrones y neutrones. Use la notación A por atraído, R
por repelido y N por no afectado
protón
electrón
neutrón
placa positiva
placa negativa
9.- Complete con una palabra, frase, fórmula o número.
9a.- La carga en el núcleo de un átomo de carbono es __________________
9b.- La partícula fundamental con carga positiva es el __________________
9c.- La partícula fundamental sin carga es __________________
9d.- En un átomo, el __________________ y el __________________ están en el núcleo.
9e.- Las dos partículas fundamentales que tienen prácticamente o casi la misma masa son
el __________________ y el __________________
9f.- La dos partículas fundamentales que tienen igual carga pero opuestas en signo son el
__________________ y el __________________
9g.- Átomos del mismo elemento que tienen diferente masa se denominan
__________________
9h.- La cantidad de partículas subatómicas en el átomo neutro de paladio (Pd) con número
de masa 106 son __________________ protones, __________________
neutrones, y __________________ electrones .
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10.- Indique con una cruz cuál es/son la/s elección/es correcta/s:
10a.- Dos isótopos del mismo elemento difieren en…
i.- … número atómico
ii.- … número de masa
iii.- … carga total
iv.- … número de protones
v.- … número de electrones
10b.- Para el isótopo identificado por 61 27 X se verifica que…
i.- … un átomo de X contiene 27 electrones
ii.- … un átomo de X contiene 61 neutrones
iii.- … el elemento X debe ser prometio (Pm)
iv.- … un átomo de X contiene 34 protones
v.- … un átomo de X tiene un número de protones y electrones igual a 61
10c.- Si un átomo neutro tiene un número atómico de 28 y un número de masa de 60
contiene…: i.- … 28 neutrones
ii.- … 32 electrones
iii.- … 60 electrones
iv.-… 32 protones
v.- … un número total de partículas nucleares igual a 60
11.- ¿Cuál/les de las siguientes afirmaciones acerca de los átomos de magnesio no es/son
correcta/s?
11a.- Todos los átomos de magnesio tienen un número atómico de 12.
11b.- Todos los átomos de magnesio tienen el mismo número de protones.
11c.- Todos los átomos de magnesio tienen doce protones y doce electrones.
11d.- Todos los átomos de magnesio tienen el mismo número de neutrones.
11e.- Todos los átomos con número atómico 12 son átomos de magnesio.
11f.- Un átomo de magnesio pesa 24.40 g.
12.- ¿Cuál/les de las siguientes afirmaciones no es/son correcta/s?
12a.- Una molécula está formada por átomos.
12b.- Un átomo es indivisible.
12c.- La distribución de masa en un átomo es homogénea.
12d.- Un átomo es la menor cantidad de materia que puede ser considerada.
12e.- Los sistemas materiales están formados por átomos.
12f.- La materia es discontinua.
12g.- Ninguna de las respuestas anteriores.
13.- ¿Cuál/les de las siguientes afirmaciones no es/son correcta/s?
13a.- Una molécula es un sistema material homogéneo.
13b.- Un grupo de moléculas representa un sistema material heterogéneo.
13c.- La unidad de agua más pequeña que se puede concebir es la molécula de agua.
13d.- En el agua hay un 66.7% de oxígeno y un 33.3% de hidrógeno.
13e.- Las moléculas existen al estado libre.
13f.- Las moléculas mantienen su identidad en una reacción química.
13g.- Los átomos mantienen su identidad en una reacción química.
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II.- Magnitudes atómico-moleculares
14a.- ¿Qué se entiende por mol de partículas?
14b.- ¿Qué se entiende por mol de átomos? ¿A cuántos átomos corresponde?
14c.- ¿Qué se entiende por mol de moléculas? ¿A cuántas moléculas corresponde?
15.- ¿Alguna de las siguientes afirmaciones es cierta?
El número 6.02 1023 es …
i.- … un número decimal
ii.- … menor que 602
iii.- … igual a 0.602 1024
iv.- … igual a 602 2021
v.- … igual a 602000000000000000000000
16a.- Se estima que para el año 2050 la población mundial ascenderá a 9200 millones de
habitantes. Si usted dispusiera de un número de Avogadro (6.02 1023) de empanadas para
repartir entre 9200 millones de personas, ¿habría suficiente cantidad de empanadas para
todos?
16b.- Según informa la prensa, la fortuna personal de Bill Gates en 1998 era de unos 55000
millones de dólares. Si usted recibiera una herencia de 6.02 1023 dólares, ¿sería más o
menos rico que Bill Gates? ¿Cuántas veces más rico/pobre?
R: (16b) ¡Ud. sería unas 1013 veces más rico que Bill Gates!
17.- ¿Qué se entiende por masa atómica relativa o Ar?
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18.- ¿Cuál es la masa atómica relativa del helio? Consulte la Tabla Periódica.
18a.- ¿Cuántas veces es más pesado un átomo de helio que un átomo de hidrógeno?
18b.- ¿Cuánto pesa un mol de átomos de helio?
18c.- ¿Cuánto pesa un mol de helio?
18d.- ¿Cuánto pesa un átomo de helio?
19.- El diamante es una forma natural del carbono puro.
19a.- ¿Cuántos moles de carbono hay en un diamante de 1.25 quilates (1 quilate = 0.200 g)?
19b.- ¿Cuántos átomos hay en este diamante?
R: (19a) 0.021; (19b) 1.25 1022
20.- Una muestra de un elemento tiene una masa de 150.44 g y contiene 0.750 mol de ese
elemento. Indicar el nombre y el símbolo del elemento.
R: mercurio, Hg
21a.- ¿Qué se entiende por masa molar relativa o Mr?
21b.- ¿Cuál es la masa molar relativa del agua?
22.- ¿Qué cantidad de moléculas de etanol (CH 3 CH 2 OH) habría que colocar en el platillo
de una balanza digital para que su display arrojara una lectura de 46.06 g?
R: 6.02 1023
23a.- ¿Cuántos moles hay en 8 kg de argón?
23b.- ¿Cuanto pesa, en gramos, una molécula de oxígeno (O 2 )?
R: (23a) 2 102; (23b) 5.31 10-23 g
24.- Una muestra de la hormona sexual masculina testosterona, C 19 H 28 O 2 , contiene 3.08
1021 átomos de hidrógeno.
24a.- ¿Cuántos átomos de carbono hay presentes en esa muestra?
24b.- ¿Cuántas moléculas de testosterona contiene dicha muestra?
24c.- ¿Cuántos moles de testosterona hay allí presentes?
24d.- Calcule la masa de la muestra en gramos.
R: (24a) 2.09 10 21; (24b) 1.10 1020; (24c) 1.83 10-4; (24d) 5.8 10-2
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25.- Se requiere un mínimo de 25 μg (1 μg = 10-6 g) de tetrahidrocanabinol (THC),
compuesto activo de la marihuana, para producir un mínimo de intoxicación. Sabiendo que
tetrahidrocanabinol
el THC responde a la fórmula C 21 H 30 O 2 , contestar:
25a.- ¿cuántos moles de THC representan esos 25 μg?
25b.- ¿cuántas moléculas hay allí presentes?
25c.- ¿cuántos átomos hay allí presentes?
R: (25a) 8 10-8; (25b) 5 1016; (25c) 2.5 1018
26.- Alrededor del 75.0% del peso corporal humano está constituido por agua. Para una
persona de 65.0 kg, calcular:
26a.- los moles de moléculas de agua presentes.
26b- la cantidad de moléculas de agua
26c.- la cantidad de átomos de hidrógeno
R: (26a) 2.71 103; (26b) 1.63 1027; (26c) 3.26 1027
27.- A 20ºC, 1.00 mol de agua líquida ocupa un volumen de 18.0 cm3. Considerar un vaso
cuya masa es de 150 g en el que se vierten 100 cm3 de agua líquida a 20 ºC. Aparte se tiene
un cubito de hielo de 2.50 cm de arista y se sabe que 1.00 mol de agua sólida a 0ºC ocupa
un volumen de 19.6 cm3.
27a.- ¿Cuántos moles de agua líquida hay en el vaso?
27b.- ¿Cuántos moles de agua hay en el cubito de hielo?
27c.- ¿Cuántas moléculas de agua hay en el vaso luego de agregar el cubito al agua líquida
contenida en el vaso?
27d.- Si la masa de cada molécula de agua fuera 18 g, ¿podría una persona levantar el vaso?
Para un cálculo estimativo como este, ¿influye la masa del vaso?
27e.- ¿Cuál es la masa del sistema luego de agregar e cubito de hielo al vaso con agua
líquida?
R: (27a) 5.55, (27b) 0.797; (27c) 3.82 1024; (27d) imposible pues el sistema pesaría unos 7
1019 tn; (27e) 264
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28a.- ¿Qué cantidad de protones hay en una molécula de nitrógeno (N 2 )?
28b.- ¿Qué cantidad de electrones hay en un mol de moléculas de metano (CH 4 )?
28c.- ¿Qué cantidad de electrones hay en 36 g de agua?
metano
R: (28a) 14; (28b) 6.02 1024; (28c) 1.2 1025
Autoevaluación
1.- Indique verdadero (V) o falso (F):
1a.- 23 g es aproximadamente la masa asociada a un átomo de sodio.
1b.- Los átomos son indivisibles.
1c.- Las moléculas son indivisibles
1c.- Un mol de I 2 está formado por 6.02 1023 átomos de iodo.
1d.- Los isótopos de un mismo elemento se caracterizan por tener distinto A y distinto Z.
2.- En 2g de vitamina C (C 6 H 8 O 6 ) hay presentes qué cantidad de:
2a.- moles de moléculas
2b.- moles de átomos
2c.- núcleos atómicos
2d.- átomos de carbono
2e.- electrones
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Unidad 3: Nomenclatura de compuestos inorgánicos sencillos
En las unidades anteriores hemos estudiado la materia, hemos aprendido que la materia
está compuesta por átomos y que éstos a su vez están constituidos por partículas aún más
pequeñas. Hemos visto también que los átomos se asocian entre sí para formar sustancias
simples y compuestas.
Puesto que a nuestro alrededor existe un número muy grande de sustancias de muy
variadas propiedades, para poder hacer referencia a ellas y evitar confusiones será menester
asignarles nombres que permitan su identificación de un modo sistemático e inequívoco.
Al igual que la música, la matemática y otras disciplinas, la química tiene un lenguaje
propio. Justamente de ello no ocuparemos en esta sección: aprenderemos ese lenguaje,
aprenderemos nomenclatura, nomenclatura de compuestos químicos sencillos.
Al finalizar el estudio de esta unidad usted deberá ser capaz de:
•
•
•
•
Determinar el número de oxidación de un elemento
Diferenciar compuestos binarios, ternarios y cuaternarios
Diferenciar óxidos, hidróxidos, hidrácidos, oxoácidos, sales, hidruros
Utilizar nomenclatura IUPAC y tradicional para nombrar diferentes compuestos
dada su fórmula o escribir sus fórmulas dados sus nombres
Ejercicios
1.- El hidrógeno se lo representa con la letra H, al boro con la B, al carbono con la C, al
nitrógeno con la N, al oxígeno con la O. ¿Qué símbolo se emplea para representar al flúor?
¿Cuál para el fósforo? ¿Qué conclusión puede inferir de estas observaciones?
2.- Completar el siguiente cuadro:
símbolo
C
Mn
H
nombre
carbono
sodio
Ag
Pb
potasio
Cl
O
flúor
nitrógeno
cobre
(continúa)
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símbolo
nombre
azufre
Mg
aluminio
Ca
Fe
fósforo
bario
Br
mercurio
3.- Escriba el nombre de los siguientes compuestos binarios:
3a.- Na 2 O
3b.- CO 2
3c.- Al 2 O 3
3d.- CaH 2
3e.- NaH
3f.- HCl
3g.- N 2 O 5
3h.- CaO
4.- Complete el siguiente cuadro:
nombre
dióxido de carbono
fórmula
SO 3
óxido de potasio
H2O
H2S
amoníaco
5.- Para los compuestos que se listan en la tabla que se presenta a continuación,
5a.- indique cuáles son óxidos, oxosales, hidrácidos, hidróxidos, sales, ácidos, sales
binarias, oxoácidos, hidruros;
5b.- escriba las fórmulas o nombres de dichos compuestos químicos
tipo de compuesto
nombre
ácido sulfúrico
fórmula
nitrato de plata
He
(continúa)
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tipo de compuesto
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nombre
agua
fórmula
ácido nítrico
HCl
cloruro mercúrico
hidróxido de sodio
H 2 CO 3
CrS
Ca(OH) 2
óxido perclórico
H 2 SO 3
hidróxido de cromo (III)
NaCl
dióxido de azufre
I2 O5
N2
amoníaco
LiH
Mn(OH) 2
sulfato de sodio
CH 3 CH 2 OH
nitrato de plata
Cu(OH) 2
(continúa)
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tipo de compuesto
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nombre
óxido de cadmio
fórmula
BaCO 3
fluoruro de zinc
Ag 2 O
sulfato cobáltico
Mg(NO 3 ) 2
bromato de calcio
Fe 2 (SO 3 ) 2
6.- Escriba la reacción de formación de:
6a.- óxido de magnesio
6b.- óxido de cloro (I)
6c.- hidróxido de magnesio
6d.- ácido hipocloroso
7.- Completar las siguientes reacciones químicas indicando, según corresponda, cuáles son
los reactivos y/o productos omitidos:
7a.- NaOH + HNO 3 → ………… + …………
7b.- Ca(OH) 2 + HNO 3 → ………… + …………
7c.- Al(OH) 3 + H 2 SO 4 → ………… + …………
7d.- ………… + H 3 PO 4 → Zn 3 (PO 4 ) 2 + …………
Autoevaluación
1.- Indicar los nombres de los siguientes compuestos químicos:
nombre
fórmula
CaSO 4
FeO
Ni(OH) 3
NH 3
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2.- Escribir fórmula de los siguientes compuestos químicos:
nombre
ácido fluorhídrico
ácido perclórico
dióxido de carbono
carbonato de sodio
fórmula
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Unidad 4: Soluciones
En la Unidad 1 estudiamos una clase particular de sistemas materiales homogéneos, las
soluciones. Vimos que existían soluciones gaseosas (por ej. aire filtrado), soluciones
líquidas (por ej. vinagre blanco) y soluciones sólidas (por ej. aleaciones). Dado que muchas
reacciones químicas, tanto en el laboratorio como en la industria ocurren cuando los
reactivos se encuentran disueltos en un solvente, es necesario estudiar con más detalle las
soluciones líquidas. De esto nos ocuparemos en esta sección.
Las soluciones son sistemas homogéneos formados por dos o más componentes. En
general en las soluciones hay un componente mayoritario. A ese componente, es decir, el
que se encuentra en mayor proporción lo llamaremos solvente. Al componente o a los
componentes que se encuentra/n en menor proporción se lo/s denomina soluto/s.
En esta asignatura nos referiremos en la mayoría de los casos a soluciones binarias y
acuosas. Se conoce con el nombre de soluciones binarias a aquellas que tienen sólo dos
componentes y con el nombre de soluciones acuosas a aquellas donde el solvente
(componente mayoritario) es el agua.
Al finalizar el estudio de esta Unidad usted podrá:
•
•
•
•
•
Definir el concepto de solución, solvente y soluto
Conocer las diferentes formas de expresar la concentración de una solución
Expresar la concentración de una solución en diferentes unidades
Repasar conversión de unidades de masa, volumen, longitud
Repasar el concepto de densidad
Ejercicios
1.- Señale con una cruz cuál/es de las siguientes afirmaciones no es/son correcta/s:
1a.- Una solución es un sistema homogéneo.
1b.- Todas las soluciones son líquidas.
1c.- Una solución está formada sólo por dos componentes.
1d.- El solvente de las soluciones acuosas es el agua.
2.- Defina las siguientes expresiones de concentración:
2a.- %m/m
2b.- %m/V
2c.- M (molaridad)
2d.- m (molalidad)
3.- Señalar con una cruz cuál/es de las siguientes expresiones son equivalentes:
3a.- i.- solución acuosa de KOH
ii.- KOH en solución
iii.- solución de KOH
iv.- solución de KOH en agua
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3b.-
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i.- solución acuosa de KOH 0.1M
ii.- 0.1 mol de KOH en 1L de agua
iii.- 0.1 mol de KOH en 1000 mL de solución
iv.- solución de KOH 0.1 M
v.- 0.1 mol de KOH disueltos en 1 L de agua
vi.- KOH 0.1 M
vii.- 0.1 mol de KOH presentes en 1 L de solución
viii.- solución 0.1 M en KOH
ix.- 0.1 M en KOH
4.- ¿Cuál es la concentración de una solución que se ha preparado a partir de 30 g de sal
común de cocina (NaCl) en 150 mL de agua?
5.- Calcule la concentración en %m/m de una solución que se prepara disolviendo:
5a.- 5.0 g de sal en 80 g de agua
5b.- 2.50 g de azúcar en 75 g de agua
R: (5a) 5.9; (5b) 3.2
6.- La glucosa es un hidrato de carbono fundamental del metabolismo humano. Si se tiene
una solución acuosa de glucosa 20.0 %m/m,
6a.- indicar cuál es el solvente de dicha solución
6b.- calcular la masa de soluto que se encuentra en 400 g de solución.
6c.- calcular la masa de soluto que se encuentra disuelta en 400 g de solvente.
6d.- si se preparan 550 mL de una solución de glucosa 20.0 %m/m y luego se derraman
unos pocos mL de la misma, indicar qué ocurre con la concentración de la solución que
queda en el recipiente.
R: (6b) 80.0 g; (6c) 100 g
7a.- Calcule la concentración en %m/m de una solución que se prepara disolviendo 45.0 g
de sal en 250 g de agua.
7b.- Calcule la composición porcentual de la solución anterior.
R: (7a) 15.3; (7b) %agua = 84.8; %sal = 15.2
8.- Calcule la molaridad de una solución de cloruro de sodio que se prepara disolviendo 30
g de NaCl en agua hasta un volumen de 380 mL de solución.
R: 1.35
9.- Calcular qué volumen de solución 0.25 M se puede preparar disolviendo en agua 50.0 g
de NaOH.
R: 5.0 dm3
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10.- Se dispone de una solución 2.00 M de un soluto de Mr = 84.0. Determinar qué masa de
soluto está presente en:
10a.- 500 cm3 de solución
10b.- 1000 mL de solución
10c.- 300 L de solución
R: (10a) 84.0 g; (10b) 168 g; (10c) 50.4 kg
11.- Señalar y justificar cuál de las siguientes soluciones de NaOH es la más concentrada
11a.- 0.0020 M
11b.- 1.008 g/dm3 de solución
11c.- 1.001g/100 cm3 de solución
11d.- 0.551 g/250 cm3 de solución
11e.- 0.005 g/mL de solución
R: 11c
12a.- ¿Qué volumen ocupan 10 g de oro puro (densidad del oro= 19.3 g cm-3)?
12b.- ¿Cuánto pesa 1 mL de agua pura (δ agua = 1.00 g / cm3)?
12c.- ¿Qué volumen ocuparán 220 g de una solución de densidad 1.1 g/mL?
R: (12a) 0.52 cm3; (12b) 1 g; (12c) 2 102 mL
13a.- Es habitual que en los laboratorios de análisis clínicos para practicar un análisis de
sangre de rutina se extraigan unos 10-20 cm3 de sangre. Al pesar 15 cm3 de sangre de un
paciente un técnico de laboratorio obtiene una masa de 15.8 g.
13ai.- ¿Puede usted estimar la densidad de la sangre?
13aii.- Para un individuo de 65 kg de peso cuya densidad arrojara el valor calculado en el
ítem anterior, ¿qué porcentaje de la masa corporal se debería a la sangre? Considere que en
un adulto el volumen total de sangre es de unos 4-5 L
13aiii.- ¿Qué clase de sistema material es la sangre: heterogéneo, homogéneo? ¿Es una
solución? Puede ayudarlo a contestar esta pregunta el saber que en los laboratorios de
análisis clínicos es una práctica muy habitual una vez extraída la sangre al paciente
proceder a su centrifugación.
13b.- Uno de los parámetros que suele incluirse al hacer un análisis de orina es la
determinación de densidad. Si los valores medidos se encuentran fuera del rango 1.012
g/mL y 1.024 g/mL podría ser indicativo de una disfunción renal. Regularmente esta
medición se practica con la ayuda de un densitómetro. Una alternativa, si no se dispone de
densitómetro, es medir para una misma muestra de orina, masa y volumen. Si para un
paciente usted obtuviera los siguientes valores: m orina = 10.19 g y v orina = 10.00 mL,
¿podría sospechar la presencia de algún problema renal?
13c.- Compare los valores de densidad del agua pura, sangre y orina.
R: (13ai) 1.05 g/cm3; (13aii) 6-8%
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14.- Una muestra de agua de mar contiene 15.0g de NaCl en 300 mL de agua Expresar su
concentración en:
14a.- g de soluto/100 g de agua.
14b.- %m/m.
R: (14a) 5.00; (14b) 4.76
15.- Vuelva ahora sobre el ejercicio 7 y calcule la concentración de la solución en unidades
de %m/V (densidad de la solución = 1.10 g/mL).
R: 16.8
16.- El ácido acético puro, conocido como ácido acético glacial (CH 3 COOH) es un líquido
que a 25ºC presenta una densidad de 1.049 g/mL. Calcular la molaridad de una solución de
ácido acético que se prepara disolviendo 20.00 mL de ácido acético glacial a 25ºC en
suficiente cantidad de agua como para obtener 250.0 mL de disolución.
R: 1.40
17.- Se prepara una solución mezclando 10 mL de agua con 100 mL de etanol (d = 0.789
g/mL). Calcular la concentración de la solución en %m/m.
R: 11.2
18.- Usted tiene en la mesada de su laboratorio una botella de 1 L de capacidad con 200
cm3 de una disolución de KBr. En el rótulo de dicho recipiente se lee lo siguiente:
KBr 2.40 M; δ = 1.200 g/cm3.
18a.- Indicar cuál es el soluto y cuál el solvente.
18b.- Calcular las masas de soluto y solvente.
18c.- Calcular los moles de soluto y solvente.
18d.- Expresar la concentración de la disolución en %m/m.
18e.- Expresar la concentración de la disolución en g soluto/100 g solvente.
18f.- Expresar la concentración en %m/V.
R: (18b) 57 g soluto y 183 g solvente; (18c) 0.48 mol de soluto y 10.2 mol de solvente;
(18c) 23.8; (18e) 31; (18f) 29
19.- Se tiene una solución 5.77 M de ácido fluorhídrico (HF) cuya densidad es 1.040 g/mL.
19a.- Determinar la concentración en:
i.- %m/m
ii.- g de soluto/100 mL de solución
iii.- g de soluto/100 mL de solvente
iv.- molalidad
19b.- Si a 1000 mL de esta solución de HF se le agregaran 200 mL de agua, ¿cuál sería la
concentración de la solución final expresada en %m/m?
19c.- ¿El HF 5.77 M es un sistema material de qué tipo?
R: (19ai) 11.1; (19aii) 11.5; (19aiii) 12.5; (19aiv) 6.24; (19b) 9.2
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20.- Se disuelven 19.0 g de una dada sal obteniéndose una solución 5.00 %m/m de
densidad 1.03 g. cm-3. Calcular:
20a.- el volumen de agua empleado.
20b.- el volumen total de solución.
R: (20a) 361 cm3; (20b) 369 cm3
21.- Para realizar un experimento en el laboratorio se requieren 400 mL de una solución
10.0 %m/m de HCl cuya densidad es de 1.02 g/mL.
21a.- ¿Cuáles son las masas de soluto y solvente necesarias?
21b.- ¿Cuál es la concentración en g soluto/100g solvente?
21c.- ¿Cuál es la concentración en %m/V?
21d.- ¿Cuál es la molaridad?
21e.- ¿Cuál es la molalidad?
R: (21a) 40.8 g de soluto y 367 g de solvente; (21b) 11.1; (21c) 10.2; (20d) 2.80; (21e)
3.04
22.- En un laboratorio se encuentran varios frascos con diferentes soluciones del mismo
soluto, AgNO 3 . El frasco A contiene 10.0 L de solución 10.0 %m/m de d = 1.090 g/cm3. El
frasco B contiene 1.00 L de solución 5.00 M. El frasco C contiene 150 cm3 de solución 10
%m/V. Ordenar las soluciones según:
22a.- concentración creciente.
22b.- masa de soluto creciente.
R: (22a) C<A< B; (22b) C<B< A
23.- Se deben identificar en un laboratorio dos soluciones acuosas de distintas sales de
sodio de igual concentración 10.67 %m/V. Determinar, sabiendo que una de ellas es 1.255
M, si corresponde a sulfato de sodio (Na 2 SO 4 ) o a nitrato de sodio (NaNO 3 ).
24.- Un recipiente contiene 5.00 dm3 de una solución acuosa de KBr de δ = 1.200 g/cm3.
Otro recipiente contiene 3.00 L de solución acuosa 4.00 M de la misma sal. Sabiendo que
ambas soluciones contienen el mismo número de moles de soluto, calcular el %m/m de la
primera solución.
R: 23.8
Autoevaluación
En la etiqueta de un recipiente de laboratorio, que contiene 100 cm3 de líquido, se lee:
HNO 3 13.2%m/v (δ = 1.10 g/mL).
a.- Expresar la concentración en molar.
b.- Expresar la concentración en g soluto/100 g solvente.
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Unidad 5: Reacciones Químicas
En la Unidad anterior nos hemos ocupado de un caso particular de sistemas materiales,
las soluciones. Podemos pensar en distintos sistemas materiales, en sistemas materiales que
se obtienen al mezclar dos componentes, por ejemplo, agua y arena, sal y azúcar, etc. Ahora
bien, en cualquiera de estos dos ejemplos queda claro que producida la mezcla de los
componentes, por ejemplo agua y arena, la composición del sistema será siempre la misma.
Es decir, si inspeccionáramos el sistema luego de un día, una semana, o un mes de haber
mezclado al agua con la arena, seguiremos teniendo agua y arena, en el sistema no habrá
otra cosa que agua y arena.
mezclamos… agua y arena… y al cabo de un cierto tiempo observamos que hay… agua y arena
¿Siempre que mezclemos dos o más componentes el resultado será del tipo descripto
recién? La respuesta es negativa. Hay veces en las que la mezcla de dos o más componentes
conduce a la obtención de sustancias que originalmente no estaban presentes. Por ejemplo,
mezclamos A y B y al cabo de un cierto tiempo observamos que en el sistema sólo hay C y
D.
mezclamos… A y B… y al cabo de un cierto tiempo observamos que hay… C y D
¡Pero nosotros no colocamos C y D en el recipiente, nosotros mezclamos A con B! ¿Qué ha
ocurrido? Ha tenido lugar un cambio químico, decimos que ha tenido lugar una reacción
química.
De esto nos ocuparemos en esta unidad, de las reacciones químicas, de cómo
expresarlas a través de ecuaciones, de cómo escribir estas ecuaciones correctamente, de
cómo interpretar su significado, de cómo utilizarlas para hacer cálculos y obtener
información a partir de ellas.
Dividiremos esta unidad en dos partes. En la Parte I nos centraremos en las reacciones
químicas propiamente dichas, veremos algunos ejemplos y estudiaremos cómo
balancearlas. En la Parte II analizaremos los diferentes cálculos que se pueden realizar para
contestar preguntas del tipo “¿qué cantidad de producto se puede obtener si se parte de una
cierta cantidad de un dado insumo?”
Al finalizar el estudio de esta Unidad usted podrá:
•
•
•
•
•
Balancear ecuaciones químicas utilizando coeficientes estequiométricos adecuados
Balancear de ecuaciones químicas por el método algebraico
Escribir la ecuación química de una reacción a partir de los nombres de reactivos y
productos
Aplicar los conceptos de pureza, reactivo limitante y rendimiento de una reacción
Realizar cálculos estequiométricos
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I.- La conservación de la masa en la reacciones químicas
1.- Igualación de reacciones químicas. Cuando se trata de balancear una ecuación química
“complicada”, ¿a qué método/procedimiento se puede recurrir? Asegúrese de poder igualar
las siguientes reacciones por el método algebraico:
1a.- ….. S + ….. O 2 → ….. SO 3
1b.- ….. CO + ….. O 2 → ….. CO 2
1c.- ….. KClO 3 → ….. KCl + ….. O 2
1d.- ….. NaOH + ….. HCl → ….. NaCl + ….. H 2 O
1e.- ….. HCl + ….. Mg → ….. MgCl 2 + ….. H 2
1f.- ….. H 2 SO 4 + ….. Zn → ….. ZnSO 4 + ….. H 2
1g.- ….. NH 3 + ….. H 2 SO 4 → ….. (NH 4 ) 2 SO 4
1h.- ….. C 3 H 8 + ….. O 2 → ….. CO 2 + ….. H 2 O
1i.- ….. MnO 2 + ….. HCl → ….. MnCl 2 + ….. H 2 O + ….. Cl 2
1j.-….. H 2 SO 4 + ….. HI → ….. H 2 S + ….. I 2 + ….. H 2 O
1k.-….. KClO 3 + ….. I 2 + ….. H 2 O → ….. KCl + ….. HIO 3
1l.- ….. KClO 3 + ….. KOH + ….. CrCl 3 → ….. K 2 CrO 4 + ….. KCl + ….. H 2 O
1ll.- ….. HNO 3 + ….. Cu → ….. Cu(NO 3 ) 2 + ….. NO + ….. H 2 O
1m.- …. HI + .... KMnO 4 + …. H 2 SO 4 → …. I2 + …. MnSO 4 + …. K 2 SO 4 + …. H 2 O
II.- Cálculos estequimétricos
2.- Teniendo en cuenta la siguiente reacción, complete el siguiente cuadro
2 ZnS
+
3 O2
→
2 ZnO
+
2 SO 2
…. moléculas de ZnS
… moléculas de O 2
…. moléculas de ZnO …. moléculas de SO 2
… moles de ZnS
… moles de O 2
… moles de ZnO
… moles de SO 2
… gramos de ZnS
… gramos de O 2
… gramos de ZnO
… gramos de SO 2
3.- El carbonato de calcio, a temperaturas elevadas, se descompone según la siguiente
ecuación: CaCO 3 → CaO + CO 2
Si se lleva a cabo la descomposición de 500 g de carbonato de calcio, calcular:
3a.- el número de moles de carbonato de calcio que reaccionaron.
3b.- el número de moles de óxido de calcio formados.
3c.- la masa de óxido de calcio que obtenido.
R: (3a) 5.00; (3b) 5.00; (3c) 280 g
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4.-En los vehículos espaciales se utiliza hidróxido de litio sólido para eliminar el dióxido de
carbono exhalado por los tripulantes. El hidróxido de litio reacciona con el dióxido de
carbono gaseoso formando carbonato de litio sólido y agua líquida.
2 LiOH (s) + CO 2 (g) → Li 2 CO 3 (s) + H 2 O (l)
¿Cuántos gramos de dióxido de carbono puede absorber 1.000 g de hidróxido de litio?
R: 0.919
5.- Teniendo en cuenta la siguiente reacción química: SO 2 (g) + O 2 (g) → SO 3 (g)
5a.- ¿La reacción está balanceada?
5b.- ¿Cuántos gramos de SO 3 se obtienen con 100.0 g de SO 2 ?
5c.- ¿Cuántos moles de O 2 son necesarios para obtener 7.0 moles de moléculas de SO 3 ?
5d.- ¿Cuántas moléculas de SO 3 se obtienen con 2.30 1023 moléculas de O 2 ?
5e.- ¿Cuál es el número de moles de moléculas de SO 2 necesarios para obtener 500 g de
SO 3 ?
5f.- ¿Cuántas moléculas de SO 3 se obtienen con 3.6 moles de moléculas de SO 2 ?
R: (5b) 125; (5c) 3.5; (5d) 4.6 1023; (5e) 6.2; (5f) 2.2 1024
6.- En base a la siguiente ecuación química: 4 K + O 2 → 2 K 2 O,
6a.- calcule la masa de óxido de potasio (K 2 O) que se obtendría con tres moles de potasio.
6b.- ¿Cuántas moléculas de oxígeno reaccionan con 500 g de potasio?
6c.- ¿Cuántos moles de potasio reaccionan con 500.0 g de oxígeno?
R: (6a) 141 g; (6b) 1.95 1024; (6c) 62.5
7.- La detonación de la nitroglicerina procede así:
4 C 3 H 5 N 3 O 9 (l) → 12 CO 2 (g) + 6 N 2 (g) + O 2 (g) + 10 H 2 O (g)
Si se detona una muestra que contiene 3.00 mL de nitroglicerina (densidad = 1.592 g/mL),
7a.- ¿cuántos moles de gas se producen en total?
7b.- Si cada mol de gas ocupa 55 L en las condiciones de la explosión, ¿cuántos litros de
gas se producen?
R: (7a) 0.153; (7b) 8.4
8.- El peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) se descompone en determinadas condiciones
según la siguiente ecuación: 2 H 2 O 2 → 2 H 2 O + O 2
Si se produce la descomposición de 17.0 g del peróxido,
8a.- ¿cuántas moléculas de peróxido se descomponen?
8b.- ¿cuántos moles de agua se forman?
8c.- Si debido a pérdidas mecánicas el rendimiento de la reacción fuese del 95%, ¿cuántos
moles de agua se obtendrían?
R: (8a) 3.0 1023; (8b) 0.500; (8c) 0.48
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9.- Se hizo reaccionar 17.0 g de amoníaco (NH 3 ) con óxido de cobre (II) (CuO) en cantidad
suficiente, según la siguiente ecuación: NH 3 + CuO → N 2 + H 2 O + Cu
Igualar la ecuación y luego calcular:
9a.- la masa de óxido de cobre (II) que reaccionó,
9b.- el número de moles de moléculas de agua formados y
9c.- el número de moles de N 2 obtenidos.
9d.- Si el amoníaco estuviese impurificado con compuestos inertes, ¿se obtendría: más,
menos o igual cantidad de cobre?
R: (9a) 119; (9b) 1.50; (9c) 0.50
10.- El vinagre contiene 5.0 g de ácido acético cada 100 g. ¿Cuántos gramos de ácido
acético habrá presentes en 24 g del aderezo?
R: 12
11.- El carbonato de sodio (Na 2 CO 3 ), conocido en la industria como soda Solvay, es
empleado en la fabricación de vidrio, jabones en polvo, pulpa de papel, en el tratamiento de
aguas, etc. Si se dispone de soda Solvay técnica (muestra que contiene un 80.0% de
Na 2 CO 3 ),
11a.- ¿de qué cantidad de muestra habrá que partir si se requiere una cantidad neta de
carbonato sodio de 75.0 g?
11b.- ¿qué cantidad de impurezas hay en 300 g de esta soda Solvay?
R: (11a) 94 g; (11b) 60 g
12.- En el prospecto de una conocida marca de vitamina C de venta libre en nuestro país se
lee exactamente lo siguiente:
Cada comprimido efervescente contiene: vitamina C (ácido ascórbico) 2 g
en un excipiente de ácido cítrico 520 mg; bicarbonato de sodio 900 mg;
cloruro de sodio 20 mg; ciclohexilsulfamato de sodio 100 mg; esencia de
limón 75 mg; esencia de naranja 25 mg; colorante amarillo de quinoleína
0.45 mg; azúcar c.s.p. 4600 mg.
vitamina C o L-ácido ascórbico
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Nota: La abreviatura “c.s.p.” significa “cantidad suficiente para”. Por lo tanto, al señalarse
en el prospecto …azúcar c.s.p. 4600 mg, se está indicando que de este ingrediente, azúcar,
se coloca una cantidad tal que asegure que la masa final del comprimido sea de 4600 mg.
12a.- Calcular el porcentaje de vitamina C en estos comprimidos.
12b.- ¿Cuál es la pureza, expresada en términos de porcentaje de vitamina C, de estos
comprimidos?
R: (12a) 43.5%; (112) 43.5%
13.- Para rectificar el contenido de potasio del suelo existen en el mercado fertilizantes
formulados sobre la base de sales de potasio como sulfato de potasio (K 2 SO 4 ) o cloruro de
potasio (KCl).
13a.- Si usted dispusiera de un fertilizante con un 80 % de pureza en K 2 SO 4, ¿ qué cantidad
de fertilizante debería pesar si necesitara distribuir 50.0 kg K 2 SO 4 /ha?
13b.- Con el mismo producto anterior , ¿ de qué cantidad de fertilizante deberá disponer si lo
que usted necesita ahora es distribuir 50.0 kg K/ha?
13c.- Si a usted le ofrecieran un fertilizante de otra marca con un 80 % de pureza en KCl ,
¿ qué cantidad de este nuevo producto necesitaría para satisfacer el mismo requerimiento
anterior (50.0 kg K/ha)?
13d.- En función de lo hallado en los dos últimos ítems, y a igualdad de precio, ¿cuál de los
dos fertilizantes compraría?
R: (13a) 63 kg/ha; (13b) 139 kg/ha; (13c) 119 kg/ha
14.- La presencia de azufre en los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) da
lugar a la formación dióxido de azufre (SO 2 ) uno de los compuestos responsables del
fenómeno conocido como lluvia ácida. La producción anual de SO 2 como resultado de la
quema de hulla 3, es de unos 26 millones de toneladas. ¿Qué cantidad de azufre presente en
los materiales originales producirá esa cantidad de SO 2 ? Considere la siguiente reacción:
S (s) + O 2 (g) → SO 2 (g)
R: 17 millones de toneladas
15.- El polvo para hornear está formulado sobre la base de bicarbonato de sodio (también
conocido con los nombres de carbonato ácido de sodio o hidrógenocarbonato (IV) de
sodio). Cuando se calienta polvo para hornear, se libera CO 2 gaseoso. Este gas es el
responsable del esponjamiento del pan.
15a.- Escriba la reacción de descomposición del bicarbonato de sodio (NaHCO 3 )
involucrada en este proceso. Tenga en cuenta que otro de los productos de la reacción es el
carbonato de sodio (Na 2 CO 3 ).
15b.- Calcular la masa de NaHCO 3 requerida para producir 2.50 g de CO 2 .
R: (15b) 9.5 g
3
El carbón presente en la naturaleza se ha clasificado de muchas formas: hulla, turba, lignito y antracita. Se
trata en todos los casos de sólidos que contienen hidrocarburos de alta masa molar como así también
compuestos de azufre, oxígeno y nitrógeno. El carbón es el combustible fósil más abundante y representa el
90 % de las reservas mundiales.
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16.- La fermentación es un proceso químico complejo en el cual la glucosa se transforma en
etanol (densidad = 0.789 g/mL) y dióxido de carbono:
C 6 H 12 O 6 → C 2 H 5 OH + CO 2
Si se tienen 500.4 g de glucosa al inicio de la reacción, ¿cuál será la máxima cantidad de
etanol en gramos y en litros que se puede obtener por esta vía?
R: 256.0 g y 0.324 L
17.- Un óxido de azufre está formado por un 40% en masa de azufre. En ciertas
condiciones, este óxido se descompone para dar azufre y oxígeno molecular.
17a.- ¿De qué óxido de azufre se trata?
17b.- Escriba la reacción balanceada
17c.- Calcular cuántos gramos de azufre pueden obtenerse si se parten de 350 kg del óxido
(15.0% de impurezas) y la reacción tiene un rendimiento del 97.0%.
R: (17a) SO 3 ; (17c) 116 kg
18.- Un fabricante de bicicletas tiene 4250 ruedas, 2755 asientos y 2255 manubrios,
18a.- ¿cuántas bicicletas pueden fabricarse usando estos insumos?
18b.- ¿cuántos insumos de cada tipo sobran?
18c.- ¿cuál es el insumo que limita la producción de bicicletas?
R: (18a) 2125; (18b) 630 asientos y 130 manubrios; (18c) ruedas
19.- Una planta embotelladora tiene 115350 botellas, 122500 tapas y 39375 L de bebida. Si
en cada botella se envasan 250 mL de bebida,
19a.- ¿cuántas botellas podrán llenarse y taparse?
19b.- ¿cuánto queda de cada insumo?
19c.- ¿qué componente limita la producción?
R: (19a) 115350; (19b) 7150 tapas y 42150 mL; (19c) botellas
20.- El proceso comercial más importante para convertir el nitrógeno del aire en
compuestos nitrogenados reconoce como primera etapa la reacción del N 2 y el H 2 para dar
NH 3 según la siguiente reacción:
N 2 (g) + 3 H 2 (g) → 2 NH 3 (g)
20a.- Si usted dispusiera de 3.0 moles de N 2 , ¿cuántos moles de NH 3 se podrían obtener?
20b.- Si usted dispusiera de 6.0 moles de H 2 , ¿cuántos moles de NH 3 se podrían obtener?
20c.- Si usted dispusiera de 3.0 moles de N 2 y 6.0 moles de H 2 , ¿cuántos moles de NH 3 se
podrían obtener?
R: (20a) 6.0 mol; (20b) 4.0 mol; (20c) 4.0 mol
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21.- Se hacen reaccionar 2.00 moles de MnO 2 con 6.00 moles de HCl según la siguiente
ecuación:
MnO 2 + HCl → MnCl 2 + H 2 O + Cl 2
21a.- Los reactivos, ¿se encuentran en la proporción adecuada para largar la reacción?
¿Sobra/falta algún reactivo?
21b.- Si hubiese algún reactivo en exceso, indique qué masa del mismo permanecería sin
reaccionar
21c.- Calcular los moles de agua formada.
R: (21b) 43.5 g; (21c) 3.00
22.- Considere la siguiente reacción: Cu + H 2 SO 4 → CuSO 4 + SO 2 + H 2 O
Si se tienen 20.0 g de cobre y 0.24 moles de ácido sulfúrico,
22a.- ¿cuál de los reactivos es el limitante?
22b.- ¿qué masa de sal (CuSO 4 ) se obtiene?
R: (22b) 50 g
23.- Usted dispone de un sistema material formado por hierro (7.62 g) y azufre (8.67 g). Si
a ese sistema se lo somete a muy altas temperaturas el azufre reaccionará con hierro para
formar sulfuro de ferroso:
Fe (s) + S (l) → FeS (s)
23a.- ¿Cuál de los reactivos es el limitante?
23b.- ¿Qué cantidad de FeS se forma?
23c.- ¿Qué cantidad del reactivo excedente (en gramos) queda al final de la reacción?
23d.- Completada la reacción, ¿qué componentes habrá presentes en el sistema?
23e.- ¿Cuál sería la composición porcentual del sistema final?
R: (23b) 12.0 g; (23c) 4.29; (23e) %FeS = 73.6, %S = 26.4
24.- La urea, (NH 2 ) 2 CO, se usa como fertilizante, alimento para animales y, en la industria,
se la emplea en la elaboración de polímeros. Se la prepara a partir de la siguiente reacción:
NH 3 + CO 2 → (NH 2 ) 2 CO + H 2 O
Si en un proceso se hacen reaccionar 637.2 g de NH 3 con 1142 g de CO 2 ,
24a.- ¿cuál de los reactivos será el limitante?
24b.- ¿qué masa de urea se obtiene?
24c.- ¿qué cantidad de protones habrá presentes en la masa de agua obtenida?
24d.- Finalizada la reacción, ¿queda algo de alguno de los reactivos sin reaccionar? ¿Cuál?
¿En qué cantidad 4?
R: (24b) 1123 g; (24c) 1.127 1026; (24d) 7.25 mol
4
A menudo es difícil y costoso recuperar el (los) reactivo(s) excedente(s). No obstante, en muchos procesos
industriales los excedentes se reciclan. En el caso que nos ocupa, el NH3 es invariablemente el reactivo
limitante ya que es mucho más caro que el CO2.
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25.- En los controles de alcoholemia, las personas soplan a través de un tubo que contiene
una solución de color anaranjado de dicromato de potasio (K 2 Cr 2 O 7 ) en medio ácido. Si el
aire expirado contiene vapores de etanol (C 2 H 5 OH), éste se transformará en ácido acético
(CH 3 COOH) y la solución anaranjada se convertirá en verde por la formación de una sal de
cromo III (Cr 2 (SO 4 ) 3 ). La reacción que tiene lugar es la siguiente:
3 C 2 H 5 OH + 2 K 2 Cr 2 O 7 + 8 H 2 SO 4 → 3 CH 3 COOH + 2 K 2 SO 4 + 2 Cr 2 (SO 4 ) 3 + 11 H 2 O
En una experimento de laboratorio se hicieron reaccionar 23.0 g de etanol con 175 g de una
muestra de K 2 Cr 2 O 7 (84.0% de pureza) y exceso de ácido.
25a.- Indicar si el etanol reaccionó totalmente.
25b.- Calcular el número de moles de agua formados.
R: (25b) 1.83
26.- El titanio es un metal vigoroso, ligero y resistente a la corrosión que se usa en la
construcción de naves espaciales, aviones y motores para éstos. La forma habitual de
obtención de titanio es a partir del cloruro de titanio (IV) con magnesio fundido a 9501150ºC:
TiCl 4 (g) + Mg (l) → Ti (s) + MgCl 2 (l)
En determinada operación 3.54 104 kg de TiCl 4 reaccionan a con 1.13 104 kg de Mg.
26a.- ¿Cuál es máxima cantidad de Ti que se puede obtener?
26b.- Si se obtuviesen 7.91 103 kg de Ti, ¿cuál sería el rendimiento obtenido?
R: (26a) 8.9 103 kg; (26b) 88.5%
27.- La piedra caliza es un mineral rico en carbonato de calcio (CaCO 3 ) utilizado en la
elaboración de diversos tipos de mármoles. Por tratamiento con 50.0 g de piedra caliza
(80.0% de CaCO 3 ) con 1.00 mol de HCl se obtuvieron 5.40 g de H 2 O según la siguiente
reacción:
CaCO 3 + HCl → CaCl 2 + CO 2 + H 2 O
27a.- Calcular el rendimiento de la reacción.
27b.- ¿Cuántos gramos de CaCl 2 se obtienen?
27c.- Señale con una cruz la/s opción/nes correcta/s:
Completada la reacción usted dispondrá…
- … solamente de CO 2 , H 2 O y CaCl 2
- …de HCl, CaCl 2 , CO 2 , H 2 O e impurezas
- …de CaCl 2 y H 2 O
- …de CaCO 3 , HCl, CaCl 2 , CO 2 y H 2 O
- …de H 2 O, CO 2 , CaCl 2 , CaCO 3 e impurezas
- …de CaCO 3 + CaCl 2 + CO 2 + H 2 O
- …de HCl, CaCl 2 , CO 2 y H 2 O
- …de CaCl 2 , CO 2 , H 2 O, CaCO 3 , HCl e impurezas
- Ninguna de las opciones anteriores es correcta
R: (27a) 75%; (27b) 33.3
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28.- Cierta masa de magnesio reacciona totalmente con 80.0 g de oxígeno molecular para
producir 200 g de óxido de magnesio. Indicar:
28a.- la ecuación balanceada correspondiente a la formación del óxido
28b.- cuántos gramos de magnesio han reaccionando
28c.- cuántos átomos de oxígeno hay presentes en el óxido obtenido
28d.- cuál es el rendimiento de la reacción.
28e.- la masa de óxido que se obtendría, si el tubo de oxígeno empleado contuviese 0.50 g
de impurezas y el rendimiento de la reacción fuese del 75.0%.
R: (28b) 121; (28c) 3.0 1024; (28d) 99%; (28e) 150 g
29.- Se disponen de 30.00 g de hidróxido de plomo (Pb(OH) 2 ) y 500 mL de ácido nítrico
(HNO 3 ) 1.15 M. Si la reacción que tiene lugar es:
Pb(OH) 2 + 2 HNO 3 → Pb(NO 3 ) 2 + 2 H 2 O
y la misma procede con un 90.0% de rendimiento, calcular:
29a.- qué reactivo queda en exceso y qué masa del mismo queda sin reaccionar
29b.- la masa de sal (Pb(NO 3 ) 2 ) formada
29c.- los átomos de hidrógeno presentes en el agua obtenida.
R: (29a) 20.54 g; (29b) 37.1 g; (29c) 2.70 1023
30.- Considere la siguiente reacción química: C (s) + O 2 (g) → CO (g). Si se cuenta con
300 g de hulla (mineral que contiene carbono en un 87.0%) y 3.50 moles de O 2 , calcular:
30a.- cuál es el reactivo limitante y cuál el reactivo en exceso
30b.- qué masa neta de carbono reaccionó
30c.- qué masa de mineral de carbono fue utilizada y
30d.- qué número de moles del óxido se obtiene si el rendimiento es del 95%.
R: (30b) 84 g; (30c) 96.6 g; (30d) 6.7
31.- Si 3.5 kg de una muestra que contiene cobre con un 13% impurezas se hacen
reaccionar con 1000 g de ácido nítrico (HNO 3 ) según la siguiente reacción:
Cu + HNO 3 → Cu(NO 3 ) 2 + NO 2 + H 2 O
¿Qué masa de sal se obtendrá? Considerar un rendimiento del 90.0%
R: 670 g
Autoevaluación
1.- Balancear la siguiente ecuación por el método algebraico: P 2 O 3 + HCl → PH 3 + Cl 2 O
2.- Teniendo en cuenta la siguiente reacción química:
KCl + O 2 → Cl 2 + K 2 O
2a.- Determinar qué masa de K 2 O se obtendrá si el rendimiento de la reacción es del 90 %
y se parte de 200 g de una muestra de KCl (75% de pureza) y 1 mol de O 2 .
2b.- Completada la reacción, ¿qué componentes habrá presentes en el sistema?
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Bibliografía consultada
Angelini, M. y col., 1995. Temas de Química General, Editorial Eudeba, Argentina.
Angelini, M. y col., 2004. Química–Guía de Problemas, Ciclo Básico Común, Editorial
CCC Educando, Buenos Aires, Argentina.
Brown, T. y col. 2004. Química. La ciencia central, Editorial Pearson Prentice Hall,
México.
Chang, R., 1995. Química, Editorial McGraw-Hill, México.
Di Risio, C. y col. 2006. Química Básica, Editorial CCC Educando, Argentina.
Peralta Sanhueza, C.E. 2007. Química–Guía de Ejercicios. UB - Curso Preuniveritario.
Universidad de Belgrano, Buenos Aires, Argentina.
UBA XXI. 1992. Química / Módulos 1 y 2 - Guía de estudio. Editorial Eudeba, Argentina.
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