Taller gases

TALLER DE QUÍMICA GENERAL

GASES

1. Defina la presión y dé una definición científica precisa, una que pueda entender alguien que no ha recibido entrenamiento científico.
2. Indique si cada propiedad es característica de todos los gases, de algunos gases o de un material no gaseoso:

1. Transparente a la luz.
2. Incoloro
3. Incapaz de pasar un papel filtro.
4. Más difícil de comprimir que el agua líquida.
5. Inodoro
6. Se sedimenta en reposo.

1. Una lectura de presión atmosférica típica de laboratorio es 752 torr. Convierta este valor en

1. Psi (libra por pulgada cuadrada)
2. cmHg
3. kPa
4. atm
5. pulgadas de mercurio

1. Indique si cada muestra de materia siguiente es gaseosa. Si la información es insuficiente para que pueda decidir, escriba “información insuficiente”.

1. Un material se encuentra en un tanque de acero a 100 atm de presión. La densidad del contenido es uniforme en todas sus partes. Cuando el tanque se abre a la atmósfera, el material se expande de inmediato y su volumen aumenta muchas veces.
2. Un material que sale por la chimenea industrial se eleva 10 m del aire. Cuando se ve contra el cielo blanco, tiene apariencia blanca.
3. 1,0 mL de un material pesa 8,2 g.
4. Material transparente de color verde claro.
5. 1 m3 de un material tiene tantas moléculas como las que hay en 1 m3 de aire a la misma temperatura y presión.

1. Las densidades del mercurio y del aceite de maíz son de 13,5 g/mL y 0,92 g/mL, respectivamente. Si se utilizara aceite de maíz en un barómetro, ¿cuál sería la altura de la columna, en metros, a presión atmosférica normal? (La presión de vapor del aceite es insignificante).
2. ¿Qué significa “escala de temperatura absoluta”? ¿Qué relación existe entre las escalas de temperatura Celsius y Kelvin? ¿Qué significa “cero absoluto”?
3. Un gas ocupa un volumen de 31,0 L a 18 °C. Si la temperatura del gas aumenta a 36 °C, a presión constante,

1. ¿espera que el volumen se duplique a 62,0 L? explique.
2. Calcule el nuevo volumen a 36 °C y a -36 °C.

1. Varios globos se inflaron con helio a un volumen de 0,78 L a 26 °C. Se encontró que la temperatura de uno de ellos había bajado a 21 °C. ¿Qué le sucedió al volumen del globo si se encontró que no había escapado el helio?
2. ¿Cuáles de los enunciados siguientes son ciertos? ¿Cuáles son falsos? Considere una presión constante en todos los casos.

1. Si una muestra de gas se calienta de 50 °C a 100 °C, el volumen se duplicará.
2. Si el volumen de un gas se calienta de 0 °C a 237 °C, el volumen se duplicará.
3. Si una muestra de gas se enfría se 1273 °C a 500 °C, el volumen disminuirá en un factor de 2.
4. Si una muestra de gas se enfría de 1000 °C a 200 °C, el volumen disminuirá en un factor de 5.
5. Si una muestra de gas se calienta de 473 °C a 1219 °C, el volumen aumentará en un factor de 2.

1. El aparato mostrado en la figura consiste de tres bulbos de 1,00 L cada uno conectados por llaves de paso. El bulbo A contiene una mezcla de H2O(g), CO2(g) y N2(g) a una presión total de 564 mm Hg. El bulbo B está vacío y se mantiene a una temperatura de -70 °C. El bulbo C también está vacío y se mantiene a una temperatura de -190 °C. Las llaves de paso están cerradas y el volumen de las líneas que conecta los bulbos es despreciable. El CO2 sublima a -78 °C y el N2 bulle a -196 °C. (Cuando un sólido sublima pasa al estado gaseoso directamente sin pasar por el estado líquido. El proceso contrario, es decir el paso de gas a sólido se llama sublimación regresiva).

[pic 2]

1. La llave de paso entre A y B se abre y el sistema se deja llegar al equilibrio. La presión en A y B es ahora 219 mm Hg.
2. ¿Qué contienen los bulbos A y B?
3. ¿Cuántas moles de H2O hay en el sistema?
4. Ambas llaves se abren y el sistema se deja llegar al equilibrio. La presión en todo el sistema es 33,5 mmHg. Que contiene los bulbos A, B y C.

Explique claramente cada punto.

1. Asuma que tiene una muestra de gas en un cilindro provisto de un émbolo, como se muestra en la siguiente figura:

[pic 3]

Qué pasaría con la presión del gas dentro del cilindro si tuviera que hacer lo siguiente:

1. Triplicar la temperatura en Kelvin mientras mantiene el volumen constante.
2. Reducir la cantidad de gas en 1/3 mientras mantiene la temperatura y el volumen constante.
3. Disminuir el volumen en un 45% a temperatura constante.
4. Reducir la temperatura Kelvin a la mitad y triplicar el volumen.  

1. Con un telescopio instalado en la Tierra y un espectrómetro se detectó vapor de sodio como componente principal de la tenue atmósfera de Mercurio. Su concentración aproximada se estima en 1 X 105 átomos por cm3.

1. Exprese esta concentración en moles/L.
2. La temperatura máxima de la atmósfera de Mercurio que se midió en el Mariner 10 fue del orden de 970 °C. Calcule la presión del vapor de sodio a esta temperatura.

1. El dibromuro de etileno (DBE) se utilizó alguna vez para fumigar frutas y granos y se dejó de emplear para este fin por el daño potencial que causa a la salud. El DBE es un líquido que hierve a 109 °C. Su masa molecular es de 188 g/mol. Calcule su densidad como gas a 165 °C y 1,0 atm.
2. Un técnico de laboratorio olvidó el significado del código de colores de los cilindros de gas, pero recordó que cada uno de dos tanques contenía uno de los gases siguientes: He, Ne, Ar o Kr. Cuando midió la densidad de muestras de los gases de los dos cilindros a STP, encontró que fueron de 3,74 g/L y 0,9 g/L.

1. Determine por cálculo cuál de estos gases estaba presente en cada tanque.
2. ¿Pudo haber efectuado esta determinación de la densidad si la temperatura y la presión no hubieran sido de STP?

1. Una muestra de 24,0 g de oxígeno se confina en un recipiente a 0 °C y 1000 torr. A continuación se bombean 6,0 g de hidrógeno al recipiente a temperatura constante. ¿Cuál será la presión final del recipiente? (suponga que los gases se mezclan y no reaccionan).
2. Una mezcla gaseosa contiene 3,23 g de cloroformo (CHCl3) y 1,22 g de metano (CH4). Suponiendo que ambos  compuestos se mantienen como gases, ¿Qué presión ejerce la mezcla en el interior de un recipiente metálico de 50,0 mL a 275 °C? ¿Cuál es la presión con la que contribuye el  CHCl3?
3. Si se calienta una muestra gaseosa en un recipiente de volumen fijo, la presión aumenta; utilice la teoría cinético-molecular para explicar el aumento de presión.
4. Si el volumen de una muestra gaseosa se reduce a temperatua constante, la presión aumenta. Utilice la teoría cinético-molecular para explicar el aumento de presión.
5. Dado que el volumen del CO2 líquido a -37 °C es de 39,9 mL/mol y el volumen molar del CO2 sólido a -79 °C es de 28,2 mL/mol, calcule la densidad del CO2 en estas dos condiciones. Si el CO2 actuara como gas ideal, ¿cuál será su densidad? Si se compararn estos valores de densidad con el estado físico del CO2, ¿qué cambio de fase causa el cambio más grande de densidad?
6. Imagine que vive en una cabina con un volumen interior de 175 m3. En una mañana fría, la temperatura del aire interior es de 10 °C, pero por la tarde el Sol calentó el aire de la cabina a 18 °C. La cabina no está sellada, por tanto, la presión interna es igual a la externa. Suponga que la presión se mantiene constante durante el día. ¿Cuántos m3 de aire debieron salir de la cabina a causa del calentamiento solar? ¿Cuántos litros?
7. Cierto tanque puede contener sin riesgo un gas una presión de 44,3 atm. Cuando el tanque contiene 38,1 g de N2 a 25 °C, el gas ejerce una presión de 10,1 atm ¿A qué temperatura máxima puede calentarse sin riesgo la muestra de gas?
8. Un recipiente de volumen desconocido se llenó con aire a una presión de 3,25 atm. Luego este frasco se conectó a un recipiente evacuado de volumen conocido de 5,0 L y se dejó que el aire se expandiera en el recipiente. La presión final de aire (en ambos recipientes) fue de 2,40 atm. Calcule el volumen del primer recipiente.
9. Un matraz de 450,0 mL contiene 0,550 g de nitrógeno gaseoso a una presión de 744 torr ¿Son suficientes estos datos para que pueda calcular la temperatura del gas? Si no es así ¿qué datos(s) falta(n)? Si es así, ¿cuál es la temperatura en °C?
10. Utilice la Teoría Cinético-Molecular para describir el comportamiento de los líquidos con un cambio de temperatura ¿Por qué los líquidos son más densos que los gases?
11. En cada grupo de sustancias y con base en las fuerzas intermoleculares, asigne el punto de ebullición que corresponda a cada sustancia.

1. Ne, Ar, Kr: -246 °C, -186 °C, -152 °C.
2. NH3, H2O, HF: -33 °C, 20 °C, 100 °C.
3. H2, HCl, Cl2: -35 °C, -259 °C, -85 °C.

1. Qué muestra contiene mayor cantidad de moléculas: 1 L O2 a STP (temperatura y presión estándar), 1 L de aire a STP, o 1 L de H2 a STP.
2. Qué muestra contiene más moléculas: 2.5 L de aire a 50 °C y 750 mm Hg de presión o 2.16 L de CO2 a -10 °C y 765 mm Hg de presión.
3. La materia del espacio interestelar consiste casi enteramente de átomos de hidrógeno a temperatura de 100 K y una densidad de aproximadamente 1 átomo/cm3. ¿Cuál es la presión en mm Hg?
4. Imagine que tiene dos recipientes idénticos, uno con hidrógeno a STP y el otro con oxígeno a STP. ¿Cómo puedes saber cuál es cuál sin abrirlos?
5. El promedio de oxígeno contenido en la sangre arterial es aproximadamente 0.25 g por litro. Asumiendo que la temperatura corporal es 37 °C, ¿cuántas moles de oxígeno son trasportadas por cada litro de sangre arterial? ¿Cuántos mL?
6. Un mol de cualquier gas ocupa un volumen de 22.414 L a STP. ¿Cuál es la densidad de los siguientes gases (en g/L) a STP?

1. CH4
2. CO2
3. O2
4. UF6

1. ¿Cuál es la densidad (en g/L) de una mezcla de gases que contiene 27% de F2 y 73% de He por volumen a 714 mm Hg y 27,5 °C?
2. Un gas desconocido se pone en un bulbo de 1.5 L a una presión de 356 mm Hg y una temperatura de 22.5 °C, y tiene un peso de 0.9847 g. ¿Cuál es la masa molecular del gas?
3. El gas natural es una mezcla de muchas sustancias, principalmente metano, etano, propano y butano. Asumiendo que la presión total de los gases es 1.48 atm y que su relación molar es 94:4:1.5:0.5, calcule la presión parcial (en atm) de cada gas.
4. Una mezcla especial de gases usada en cámaras de crecimiento bacterial contiene 1% de CO2 y 99% de O2 en peso. ¿Cuál es la presión parcial (en atm) de cada gas a una presión total de 0.977 atm?
5. La temperatura promedio en Venus es aproximadamente 1050 K, y una presión de aproximadamente 75 veces la atmósfera terrestre. Asumiendo que estas condiciones representan “STP” venusianas, ¿cuál es el volumen molar estándar (en L) de un gas en Venus?
6. Se tiene un frasco al que se le extrae todo el aire, y se determina que su peso es de 478.1 g. Se llena el frasco con argón a una presión de 2.15 atm y se vuelve a pesar. ¿Cuál sería la lectura de la balanza (en g) si el frasco tiene un volumen de 7.35 L y la temperatura es de 20 °C?
7. El aparato mostrado consta de tres bulbos conectados por llave de paso. ¿Cuál es la presión dentro del sistema cuando se abren las llaves de paso? Supongamos que las líneas que conectan los bulbos tienen volumen cero y que la temperatura permanece constante.

[pic 4][pic 5]

1. El helio se mezcla con gas oxígeno para bucear a grandes profundidades en el mar. Calcule el porcentaje en volumen de gas oxígeno en la mezcla si un buzo tienen que sumergirse a una profundidad en la que la presión total es de 4.2 atm. La presión parcial de oxígeno se mantiene a 0.2 atm a esta profundidad.

1. Una muestra comercial de 0.712 g de carburo de calcio (CaC2) ha sido utilizada en la producción de acetileno (C2H2), mediante su reacción con exceso de agua:          

[pic 6]

Si el volumen de gas acetileno recogido, medido a 25 ºC y 745 mm de Hg ha sido 0.25 L, determine:

1. Gramos de acetileno producidos.
2. Gramos de carburo de calcio que han reaccionado.
3. Porcentaje de carburo de calcio puro en la muestra original.

Respuesta: 0.26 g, 0.64 g, 90%.

1. Cuántos kilogramos de CO2 se producen a partir de la combustión completa de 1.00 galón de gasolina. Asuma que la gasolina tiene la fórmula C8H18 y tiene una densidad de 0.703 g/mL. ¿Qué volumen ocupa esta masa de CO2 a condiciones normales?

Respuesta: 8.22 kg, 4182.2 L.

1. El zinc reacciona con el ácido clorhídrico para dar cloruro de zinc e hidrógeno. ¿Qué volumen, medido en condiciones normales, de gas se obtendrá al reaccionar 2.23 g de zinc con 100 mL de una disolución de ácido clorhídrico 0.5 M (0,5 moles por cada litro de solución)? Si se obtienen 0.25 L de hidrógeno, medidos en condiciones normales, ¿cuál será el rendimiento de la reacción?

Respuesta: 0.56 L, 44,6%.

1. Se hace reaccionar, en un balón de un litro de capacidad y a una temperatura de 110 ºC una mezcla gaseosa compuesta por 5.00 g de H2(g) y 10.00 g de O2(g) para dar H2O(g).

1. Escriba la reacción que tiene lugar y calcule la cantidad de agua que se forma.
2. Determine la composición de la mezcla gaseosa después de la reacción expresada en porcentaje en peso y en fracción molar.
3. Determine la presión parcial de cada uno de los componentes después de la reacción y la presión total de la mezcla, admitiendo un comportamiento ideal para los gases.

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