LAS REACCIONES QUÍMICAS.

LAS REACCIONES QUÍMICAS.

Ejercicios de la unidad 8

Ajustes de reacciones químicas.

1. Ajusta por tanteo las siguientes reacciones químicas: a) C3H8 + O2 → CO2 + H2O;  b) Na + H2O → NaOH + H2;  c) KOH + H2SO4 → K2SO4 + H2O;  d) Cu(NO3)2 → CuO + NO2 + O2; e) Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O. ⌦
2. Ajusta por tanteo las siguientes reacciones químicas: a) Na2CO3 + HCl → NaCl + CO2 + H2O;  b) Ca + HNO3 → Ca(NO3)2 + H2;  c) NH4NO3 → N2O + H2O;  d) Cl2 + KBr → Br2 + KCl; e) Fe2O3 + C → Fe + CO2. ⌦
3. Decide si están ajustadas las siguientes reacciones Y ajusta las que no lo estén: a) CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O;  b) SO2 + 2 O2 → 2 SO3;  c) Cl2 + H2O → 2 HCl + HClO;  d) 2 KClO3 → KCl + 3 O2; e) Ag + 2 HNO3 → AgNO3 + NO + H2O. ⌦
4. Escribe y ajusta las siguientes reacciones: a) combustión del la glucosa (C6H12O6);  b) ataque del cinc por el ácido clorhídrico con formación del cloruro correspondiente y desprendimiento de hidrógeno;  c) hidratación del dióxido de nitrógeno con formación de ácido nítrico y  monóxido de nitrógeno;  d) precipitación del yoduro de plomo (II) a partir del yoduro de potasio y nitrato de plomo (II). ⌦

Estequiometría.

1. Calcular el volumen de dióxido de carbono que se obtiene de la combustión de 150 g de etanol (C2H6O) a la temperatura de 45 ºC y a la presión de 1,2 atmósferas . ⌦
2. Tenemos la reacción: Zn + HCl → ZnCl2 + H2 a) Ajústala b) ¿Qué masa de HCl se precisará para reaccionar con 15 g de Zn c) y qué masa de ZnCl2 se formará suponiendo un rendimiento del 75 %? ¿Qué volumen de H2 se obtendrá: d) en condiciones normales; e) a 12 atmósferas y 150 ºC. ⌦
3. El hierro es atacado por el ácido clorhídrico formándose cloruro de hierro (II) y desprendiéndose hidrógeno en forma de gas. a) Qué masa de HCl se necesitara para hacer desaparecer 40 g de Fe? b) ¿Cuántos moles de cloruro de hierro (II) se formarán? c) ¿Qué volumen de hidrógeno se desprenderá en condiciones normales? ⌦
4. Al quemar gas metano (CH4) con oxígeno (O2) se obtiene dióxido de carbono y vapor de agua. a) ¿Qué masa de CO2 se formará al quemar 80 g de metano? b) ¿qué volumen de O2 en condiciones normales se precisará para ello? c) ¿qué volumen de vapor de agua se obtendrá a 10 atm y 250 ºC? ⌦
5. a) Ajusta la reacción: NO2 + H2O ⎯→ HNO3 + NO b) ¿Qué volumen de NO (g), medido a 1’5 atm y 80 ºC de temperatura, se desprenderá en, a partir de 4 moles de NO2 sabiendo que el rendimiento de la misma es del 75 %? ⌦
6. El carbono y el agua reaccionan entre sí formando monóxido de carbono e hidrógeno gaseoso. a) Calcula la masa de carbono necesario para obtener 3 L de H2 en condiciones normales b) y el volumen de monóxido de carbono que se formará también en condiciones normales. ⌦
7. Al quemar gas butano (C4H10) en aire se obtiene como productos dióxido de carbono y vapor de agua. a) Escribe y ajusta la reacción química; b) Calcula la masa de oxígeno que se necesita para la combustión de 20 g de butano; c) calcula el volumen de dióxido de carbono que se desprenderá a 600 mm Hg y 300ºC. ⌦
8. 20 g de una sustancia A reaccionan con 35 g de una sustancia B formándose 40 g de una sustancia C y 15 g de una sustancia D. ¿Qué masas de C y D se obtendrán al hacer reaccionar 8 g de A con 12 g de B? ¿Cuál es el reactivo limitante? ⌦
9. En la reacción de combustión de la pirita [FeS2] se produce óxido de hierro (III) y dióxido de azufre. a) Determina el reactivo limitante si se mezclan 3 moles de FeS2 y 10 moles de oxígeno. b) ¿Cuántos moles de óxido de hierro (III) y dióxido de azufre se formarán? c) Se hacen reaccionar 100 g de FeS2 con 5 moles de oxígeno ¿Qué masa de óxido de hierro (III) se formará y qué volumen de dióxido de azufre se desprenderá en condiciones normales? ⌦
10. ¿Qué volumen de ácido clorhídrico 0,2 M se necesitará para neutralizar 40 ml de hidróxido de potasio 0,5 M? ⌦
11. ¿Qué volumen de dióxido de azufre a 30ºC y 1 atm se desprenderá al aire al quemar una tonelada de carbón que contiene un 0,5 % de azufre? ⌦
12. Se añaden 2,5 cm3 de una disolución 1,5 M de nitrato de magnesio sobre una disolución con suficiente cantidad de hidróxido de sodio con lo que se forma un precipitado de hidróxido de magnesio. ¿Cuál será la masa de dicho precipitado? ⌦
13. Se añaden 5 cm3 de ácido clorhídrico 0,8 M sobre una determinada cantidad de carbonato de calcio desprendiéndose dióxido de carbono, cloruro de calcio y agua. ¿Qué volumen del mismo a 1,2 atm y 50ºC obtendremos si se consume todo el ácido? ⌦
14. Determina la fórmula molecular de un insecticida formado por C, H y Cl si en la combustión de 3 g de dicha sustancia se han obtenido 2,72 g de CO2 y 0,55 g de H2O y su masa molecular es de 290 g/mol. ⌦

Energía de las reacciones químicas.

1. Se queman 100 toneladas de antracita con una riqueza del 90 % de carbono en una central térmica. ¿Qué energía se obtendrá si sabemos que por cada mol de carbono quemado se desprenden 393,5 kJ? ⌦
2. La reacción de oxidación del nitrógeno por el oxígeno para formar monóxido de nitrógeno precisa 180,5 kJ por mol de nitrógeno. ¿Qué energía se necesitará aportar par oxidar 1500 litros de nitrógeno a 5 atm y 50ºC? ⌦
3. ¿Qué energía se obtendrá al quemarse 100 g de sacarosa (C12H22O11) si sabemos que se desprenden 5645 kJ por cada mol de sacarosa que se quema? ⌦

Soluciones a los ejercicios

1. ⌫ a) C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O ;        b) 2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2 ;
   c) 2 KOH + H2SO4 → K2SO4 + 2 H2O ;         d) 2 Cu(NO3)2 → 2 CuO + 4 NO2 + O2 ;
   e) 3 Cu + 8 HNO3 → 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O .
2. ⌫ a) Na2CO3 + 2 HCl → 2 NaCl + CO2 + H2O ;
   b) Ca + 2 HNO3 → Ca(NO3)2 + H2 ;                  c) NH4NO3 → N2O + 2 H2O ;  
   d) Cl2 + 2 KBr → Br2 + 2 KCl ;                e) 2 Fe2O3 + 3 C → 4 Fe + 3 CO2 .
3. ⌫ a) CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O   Sí;        b) 2 SO2 +    O2 → 2 SO3   No;
   c)  Cl2 + H2O →      HCl + HClO   No;        d) 2 KClO3 → 2 KCl + 3 O2   No;
   e) 3 Ag + 4 HNO3 → 3 AgNO3 + NO + 2 H2O   No.
4. ⌫ a) C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O ;        b) Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2 ;
   c) 3 NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO ;                  d) 2 KI + Pb(NO3)2 → PbI2 + 2 KNO3 .
5. ⌫ C2H6O + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O
   
                 46 g                 2 mol
        ———        =      ———          ⇒   n(CO2) = 6,52 mol ;  
                 150 g                 n(CO2)
   
                 n · R · T          6,52 mol x  0,082 atm x l x 318 K
   V = ———— = ————————————— = 141,7 litros  
                   p             mol x K     x  1,2 atm
6. ⌫ a) Zn   +  2 HCl   →    ZnCl2    +    H2 ;
      
   b)   65,4 g       72,9 g       136,3 g         1 mol
         ——— = ——— = ———— = ———                ⇒   m(HCl) = 16,6 g ;  
                   15 g       m(HCl)     m(ZnCl2)      n(H2)
   
   c)                                                                       75
      m(ZnCl2)teórica = 31,26 g ;          m(ZnCl2)obtenida = —— x 31,26 g = 23,4 g 
                                                                           100
   
   d) n(H2) = 0,229 mol ;  V = 0,229 mol  x 22,4 L x mol-1 = 5,14 litros
      
   e)          n · R · T      0,229 mol x  0,082 atm x l x 423 K
      V = ———— = —————————————— = 0,663 litros  
                       p                     mol x K     x  12 atm
7. ⌫ a) Fe   +  2 HCl   →    FeCl2    +    H2 ;
      
                55,8 g       72,9 g       1 mol         22,4 L
         ——— = ——— = ———— = ———                ⇒   m(HCl) = 52,3 g ;  
                   40 g       m(HCl)     n(FeCl2)      V(H2)
   
   b) n(FeCl2) = 0,717 mol 
   
   c) V(H2)        = 16, 1 litros
8. ⌫ a) CH4   +   2 O2    →  CO2    +   2 H2O ;
   
            16 g       44,8 L        44 g                 2 mol
          ——— = ——— = ——— = ————                ⇒   m(CO2) = 220 g ;  
                    80 g        V(O2)      m(CO2)     n(H2O)      
   
   b)V(O2) = 224 litros ;  
   c)                                      n · R · T       10 mol x  0,082 atm x l x 523 K
      n(H2O) = 10 mol ;  V = ———— = —————————————— = 42,9 litros  
                                              p                     mol x K     x  10 atm
9. ⌫ a) 3 NO2 + H2O ⎯→ 2 HNO3 + NO
   
   b)       3 mol                                             1 mol
           ———                =               ———        ⇒   n(NO) = 1,33 mol ;  
                    4 mol                                     n(NO)      
   
                                   n · R · T       1,33  mol x  0,082 atm x l x 353 K
       V(NO) teórico = ———— = —————————————— = 25,7 litros  
                                          p                     mol x K     x  1,5 atm
           
                                    75
       V(NO) obtenido = —— x 25,7 litros = 19,3 litros 
                                     100
10. ⌫ a) C  +  H2O     →  CO     +    H2 ; 
           
                  12 g                    22,4 L      22,4 L
          ———        =       ——— = ———        ⇒   m(C) = 1,61 g ;  
                   m(C)                        V(CO)       3 L
    
    b)   V(CO) = 3 litros.
    
11. ⌫ a) 2 C4H10 +  13 O2  → 8 CO2 + 10 H2O
    
    b)          116 g           416 g        8 mol
               ——— = ——— = ———         ⇒   m(O2) = 71,7 g ;  n(CO2) = 1,38 mol ;  
                         20 g           m(O2)       n(CO2)
    
    c)         n · R · T              1,38 mol x  0,082 atm x l x 573 K       760 mm Hg
       V = ———— = —————————————— x ————— = 82,1 litros  
                       p                  mol x K     x  600 mm Hg                 1 atm
12. ⌫  A    +   B    →  C    +   D
    
         20 g            35 g            40 g     15 g        
         —— = —— = —— = ——   ⇒   m(A) = 6,86 g;  m(C) =  13,7 g ;  m (D) = 5,14 g ;  
                 m(A)   12 g      m(C)   m(D)
    

Si hubiese partido de 8 g de A se precisarían 14 g de B, y sólo hay 12 g, por lo que B es el reactivo limitante y es el que se utiliza en la proporción para obtener las masas de C y D.

1. ⌫ a)  4 FeS2  +  11 O2  → 2 Fe2O3 + 8 SO2
   
                   4 mol      11 mol
                     ——— = ———        ⇒   n(O2) = 8,25 mol, luego será el FeS2  el reactivo limitante 
                        3 mol        n(O2)
   
   b)          4 mol                      2 mol           8 mol
                     ———        =              ———— = ———  ⇒   n(Fe2O3) = 1,5 mol ; n(SO2) = 6 mol   
                       3 mol                  n(Fe2O3)      n(SO2)
   
   c)         480 g        11 mol
                     ——— = ———  ⇒   n(O2) = 2,29 mol; de nuevo será el FeS2  el reactivo limitante 
                      100 g          n(O2)
   
                      480 g                       319,4 g            179,2 L
                     ———         =              ———— =  ———  ⇒   n(Fe2O3) = 66,5 g ; V(SO2) = 37,3 litros                     100 g                       m(Fe2O3)      V(SO2)
2. ⌫   n(KOH) = V x [KOH] = 0,04 L x 0,5 mol x L–1 = 0,02 mol
   
                   HCl   +    KOH   →   KCl   +   H2O
                   
                   1 mol        1 mol                                        n(HCl)      0,02 mol
                     ——— = ———— ⇒   n(HCl) = 0,02 mol;  V = ——— = —————  = 0,1 litros 
                      n(HCl)      0,02 mol                                         [HCl]      0,2 mol x L–1
3. ⌫                0,5
                m (S) = —— x 1000 kg = 5 kg;  
                              100
                   
                    S  + O2 → SO2
                   
                     32,1 g              1 mol
                    ———  =  ———— ⇒   n(SO2) = 156 mol;  
                      5000 g         n(SO2)

                    n · R · T            156 mol x  0,082 atm x l x 303 K      
           V = ———— = ————————————— = 3874  litros  
                   p                  mol x K     x          1 atm

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