CLCULOS ELEMENTALES EN QUMICATema 0: Repaso de qumica

1. Relaciones entre volumen ,masa, mol, n de tomos, molculas e iones de una especie qumica2. Determinacin de frmulas empricas y moleculares3. Gases y la mezcla de gasesCuestiones tericas y problemas. Recogida de un gas sobre agua4. Disoluciones: Ejercicios y prcticas de preparacin5. EstequiometraRendimiento, reactivo impuro, reactivos en DS, gases.Reactivo limitanteReacciones simultneas6. Formulacin y nomenclatura inorgnica

1. Relaciones entre volumen ,masa, mol, n de tomos, molculas e iones de una especie qumicaN mol de molculasPara sustancias puras. Esquema pgina 8masaVolumen slido o lquidoVolumen gasN mol de tomosN de molculasN de tomosP.V=n.R.TNAFrmula de la sustanciaNAFrmulade la sustancia

Ejercicios: nmero de tomos 2(9), 15(23)Un recipiente contiene cierto volumen de etanol lquido, CH3CH2OH, de modo que contiene 8.1024 tomos de hidrgeno qu volumen de etanol contiene? Dato: densidad etanol 0,8g/mLMol de molculasmasaVolumenCH3CH2OHMol de tomosN de molculas8.1024 tomos de H

2. Determinacin de frmulas empricas y moleculares (pg. 9)

Frmula molecular = (Frmula emprica)aComposicin centesimal(% en masa ) o gFrmula molecular Combustin : Anlisis elementalFrmula empricaEn ocasiones se debe determinar a partir de otros datos

SustanciaF. molecularF empricaaButanoC4H10C2H52cido acticoC2H4O2CH2O2glucosaC6H12O6CH2O6

2. Determinacin de frmulas empricas y moleculares

Composicin centesimal(% en masa ) o gFrmula molecular Frmula empricaEl anlisis de cierto compuesto revela que su composicin porcentual en masa es 40% de C, 6,67% de H, y 53,33% de O. Cul es la frmula molecular del compuesto? Masa Molec: 180frmula emprica ser : CH2O La frmula molecular ser: (CH2O)ala frmula molecular es C6H12O6 Problema propuesto : 13 (pg 23)

2. Determinacin de frmulas empricas y moleculares. Anlisis elemental.(Pg. 10)

Frmula molecular Combustin : Anlisis elementalFrmula empricaMuestra + O2 -CO2 + H2O + O2Masa CO2 Excesode O2Masa H2OAbsorbente de H2OAbsorbente de CO2ANALIZADOR: fig 01 (pag109Masa conocida de la sustancia que se quiere analizarOxgeno en excesoF. empricaF. molecular

Clculo del nmero de gramos de cada elemento en la cantidad de muestra analizada. Masa conocida de la sustancia que se analiza + O2 CxHy o CxHyOz Masa CO2 + . Masa H2O +Combustin : Anlisis elementalg H de la muestrag C de la muestraMasa molecular CO2 = 12 + 16x2 = 44En 44g de CO2 hay 12 g de CMasa molecular H2O = 2x 1 + 16 = 18En 18g de H2O hay 2 g de HCon estos datos se calcula el nmero relativo de moles de tomos de cada elemento en la sustanciaBuscamos la relacin molar ms sencilla entre los elementosLa masa de O , si el compuesto lo contiene, se calcula:masa O = m.sustancia masa H masa CVer problema resuelto 4 (10)Resolver Bol 5,6// Libro11(23)

Problema 11 (pg 23): Al quemar una muestra de hidrocarburo, se forman 7,92 g de dixido de carbono y 1,62 g de vapor de agua. La densidad de este hidrocarburo gaseoso es 0,82 g dm-3 a 85 C y 700 mm Hg.a) Determine la frmula emprica del hidrocarburo.b) Determine su frmula molecular. a)b)Frmula emprica CH

ElmMasa del elementoMoles de tomosRelacin ms sencillaC H

En la combustin de 2,37 g de carbono se forman 8,69 g de un xido gaseoso de este elemento. Un litro del xido formado tiene 1,98 g de masa, a una atmsfera de presin y 273 K de temperatura. Suponiendo que se comporta como un gas ideal, determina la frmula molecular del xido. C + O2 --- xidoLa formula emprica es: CO2 La formula molecular es: CO2

Elem.Masa del elementoNmero relativo de moles tomosRelacin de nmeros sencillos (dividir anterior por el ms pequeo de los tres)C2,37 g

OM asa O = m xido m C =8,69 2,37 g = 6,32g

3. Gases y mezclas de gases (pg 11). 3.1. Variables que definen el estado de UN gasP= presin , Pa ( atm, mm Hg,..) 1 atm = 760 mm Hg; 1atm= 1,013.105 PaV = Volumen , m3, (Litros)T= temperatura , K n = cantidad de sustancia , molm = masad = densidad Condiciones normales: 273K, 1 atmV molar c.n.= 22,4L3.2. Relaciones cuantitativas en UN gas

Ecuacin de estado

Densidad M molar

datos pg 12

Ecuacin general

3.2. Relaciones cuantitativas en UN gas Ley de Avogadro: El volumen de un gas es directamente proporcional a la cantidad de materia (nmero de moles), a presin y temperatura constantes.

A presin y temperatura constantes, volmenes iguales de un mismo gas o gases diferentes contienen el mismo nmero de molculas. En la mismas condiciones de P y T , la relacin existente entre los volmenes de dos gases es la misma que la relacin entre los moles existentes de esos dos gasesV = k.nV c.n.= n. 22,4Muy importante para cuestiones tericas , no est en el libro

3. Gases y MEZCLAS DE GASES (pg 11):3.3. Variables que definen el estado de una mezcla de gasesP T = presin totalV T = Volumen total T= temperatura , K nT = n de moles totales = n1+ n2+P i = presin parcialT= temperatura , K ni = n de moles de un componentexi= fraccin molar de un componente en la mezcla Presin parcial es la presin que ejercera cada uno de los componentes de una mezcla de gases si ocupase el slo el volumen total del recipiente3.4. Variables que definen el estado de un gas en una mezcla de gasesCuidado el libro confunde

3.5. Ley de Dalton de la presiones parciales (pg 11)En una mezcla de gases ideales la presin total que ejerce la mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales que ejercera cada uno de esos gases si estuviese solo en el recipiente en las mismas condiciones de P y T de la mezcla PTOTAL = P1+ P2 + P3 + Relacin Pi , PT Pi = xi . PTPT V=nT R T Relacin Pi ,ni, para un componente de la mezclaPiV=niRTTodos los gases componentes de la mezcla ocupan todo el recipienteCuidado el libro confunde

3.6. Volmenes parciales en un mezcla de gases En ocasiones se considera que en una mezcla de gases todos ejercen la misma presin P y por tanto el volumen que ocupan es propio, el volumen parcial, Vi ( no es una situacin real) Ley de AgamatVTOTAL = V1+ V2 + V3 + Relacin Vi , VT Vi = xi . VT Todos los gases componentes de la mezcla ejercen la misma presin; PT=P1=P2=. Composicin volumtrica de una mezcla de gasesCuidado el libro confundeMuy frecuente en ejercicios que traten del aire como mezcla de gasesProblema resuelto 5 ( pg. 12): A partir % volumtrica de una mezcla de gases se determinan las presiones parciales

Ejemplo: Una mezcla de 17,6 g de CO2 4,81 g de CH4 y 5,6 g de CO ejerce una presin sobre el recipiente que les contiene de 800mmHg. Calcula la presin parcial del CH4 en la mezclaMoles totales=0,4+0,3+0,2=0,9Pmetano=0,333.800=266,4mmHg

3.7 .Aplicacin de la Ley de Dalton: Recogida de un gas sobre aguaEl gas de la reaccin no estar solo en la probeta sino mezclado con una porcin de agua gas que est siempre en equilibrio con el agua lquida. Para conocer la presin ejercida por el gas liberado debemos conocer la presin total a la que se recoge el gas y la presin de vapor del agua a esa temperatura.

PTotal = Pgas seco + P vapor de agua

Pgas seco= PTotal - P vapor de agua. Conocida la presin parcial de gas calcularemos la cantidad de gas, aplicando la ecuacin de estado de los gases ideales

Presin de vapor del agua : Equilibrio lquido-vaporPresin que ejerce la fase vapor en equilibrio con el agua liquida una determinada T.

Qu volumen ocupar 1,00 g de nitrgeno gas recogido sobre agua a la presin de 750 mm Hg y 22C. Dato Pv agua a 22C= 20mm Hg Sin hacer

Determina la frmula molecular de un compuesto que contiene C, H y O, sabiendo que: En estado de vapor, 2 g del compuesto recogidos sobre agua a 715 mmHg y 40 C ocupan un volumen de 800 mL. Al quemar completamente 5 g de compuesto, se obtienen 11,9 g de dixido de carbono y 6,1 g de agua.Dato: Pvapor H2O (40 C) 55 mmHg

MASA DISOLUCIN = MASA SOLUTO + MASA DISOLVENTEVOLUMEN DISOLUCIN VOLUMEN SOLUTO + VOLUMEN DISOLVENTESALVO QUE SE CONSIDERE VOLUMENES ADITIVOSVOLUMEN DISOLUCIN = MASA DS / DENSIDAD DS 4. DISOLUCIONES CUIDADO ! MASA DE SOLUTO NO ES LO MISMO QUE MASA DE DISOLUCIN

4. DISOLUCIONES CONCENTRACIN DE UNA DISOLUCIN. Relacin entre la cantidad de soluto y de disolvente contenidos en una disolucinPorcentaje en masaMolaridadIndica los moles de soluto en 1 litro de disolucinIndica la masa de soluto en 100 unidades de masa de disolucinPorcentaje en volumenIndica el volumen de soluto en 100 unidades de volumen de disolucinMolalidadIndica los moles de soluto en 1 kg de disolventeConcentracin en masaIndica los gramos de soluto en 1 litro de disolucing/L =Masa solutolitros de disolucinFraccin molarRelaciona los moles de un componente y los moles totales

Masa DSMasa SolutoMasa DVMol solutoMol DVVolumen DSMol DV+ mol S

4. DISOLUCIONES: Tipos de problemas (1 Bach) Clculo de la concentracin de una disolucin a partir de sus componentesClculo de la cantidad de soluto presente en una cierta cantidad de disolucinClculo de la cantidad de disolucin que contiene una cierta cantidad de solutoConocida la concentracin de una DS, expresarla utilizando otra unidad de concentracinProblemas de reactivos o productos de una reaccin qumica en disolucinVER RESUMEN CURSO PASADO Y PROBLEMAS RESUELTOS

Problemas resueltos Prob. 7 (pg 13)Prob. 8 (pg 14)Prob. 16 (pg 19)

4. DISOLUCIONES: Tipos de problemas (2 bach)Mezcla de disoluciones Si se mezclan dos disoluciones es importante tener en cuenta lo siguiente:La cantidad de soluto presente en la DS resultante ser la suma de las masas ( o de los moles) de los solutos presentes en cada una de las disoluciones mezcladasMasa de la DS resultante ser igual a suma de las masas de las dos disoluciones que se mezclan. masa DS final = masa DS 1 + masa DS 2

+ DS 2DS finalDS 1 masa soluto DS1 + masa soluto DS 2= masa soluto DS final mol soluto DS1 + mol soluto DS 2= mol soluto DS final

4. DISOLUCIONES: Tipos de problemas (2 bach)Mezcla de disoluciones Si se consideran volmenes aditivos, el volumen de la DS resultante ser la suma de los volmenes de las dos disoluciones que hemos mezclado.+ DS 2DS finalDS 1Volumen la DS resultante, en general, difiere de la suma de volmenes de las disoluciones que hemos mezclado. El volumen final se puede calcular con la densidad de la disolucin final Podemos aplicar las mismas ideas para los casos en que aadimos agua o ms soluto a una disolucin.

Se mezclan 20 mL de DS de HCl 2 M con 100 mL de DS de HCl al 36% en peso y densidad 1,18 g/mL. Determina la concentracin de la DS resultante expresada en mol/L. Suponer que los volmenes son aditivos + 20 mL DS HCl 2 M 100 mL DS HCl 36% 1,18 g/mLM=?DS HCl (aq) 2M. Hay 2 moles de HCl 1000 mL de DSVDS 1= 20 mLb) DS HCl (aq) 36%. Hay 36 g de HCl en 100 g de DS VDS= 100mLMoles Soluto DS 2Masa DS 2 = VDS x dDS= 100 mL x 1,18 g/ml= 118 g de DSMasa de Soluto :

Se mezclan 400 mL de disolucin de amonaco 0,5 M con 100 mL de una disolucin 2 M de la misma sustancia. cul ser la molaridad de la disolucin resultante? Sol: 0,8M + 100 mL DS NH3 2 M 400 mL DS NH30,5MM=?DS NH3 (aq) 0,5M. Hay 0,5 moles de NH3 1000 mL de DSVDS 1= 400 mLDS NH3 (aq) 2 M. Hay 2 moles de NH3 1000 mL de DSVDS 1= 100 mL

4. DISOLUCIONES: Preparacin de disoluciones

Si disponemos de un soluto slido impuro ser necesario rectificar la cantidad de soluto calculada con el % de pureza.

Si disponemos de un soluto slido hidratado ser necesario calcular lo cantidad de sustancia hidratada a partir de la cantidad de soluto necesaria.

Preparacin de una disolucin a partir de un soluto slido. En estos casos, conocida la concentracin y el volumen de la DS que queremos preparar, haremos los clculos oportunos para determinar los gramos de soluto slido que debemos pesar para llevar a cabo la preparacin de la DS.1. Se pesa el soluto en un vidrio de reloj o vaso de precipitados

2. Disolucin del soluto en un vaso de precipitados3. Transvasar la mezcla a un matraz aforado utilizando un embudo y varilla

4. Arrastrar con agua los restos de soluto que hayan quedado en el vaso, embudo, varilla y aadirlos al matraz5. Se enrasa, aadiendo al matraz aforado agua destilada poco a poco hasta alcanzar el aforo.

Se realizan los clculos para determinar el volumen de la disolucin comercial o concentrada necesario para preparar la disolucin diluida. 4. DISOLUCIONES: Preparacin de disolucionesPreparacin de una disolucin a partir de otra concentrada, por dilucin. 2.Se mide el volumen calculado de la DS inicial con una probeta una pipeta. con aspirador

3. En un vaso de precipitados se introduce un poco de agua aproximadamente la mitad del volumen que vamos a preparar Se vierte poco a poco el contenido de la probeta o pipeta en el vaso y se agita con la varilla. 4. Con ayuda de un embudo, se transvasa la disolucin a un matraz aforado aadimos agua hasta completar el enrase teniendo cuidado en no sobrepasarse.Dilucin

5. ESTEQUIOMETRA Debes recordar los siguientes conceptos del curso pasadoClculos con reactivo limitanteClculos con reactivos impurosRendimiento de las reacciones qumicasRQDato experimental

Calcula la pureza de una muestra de CaC2, si al tratar 2,056g de una muestra con agua obtenemos 656 ml de acetileno, C2H2(g), medidos sobre agua a 22C y 748 mmHg. Los productos de la reaccin son acetileno e hidrxido de calcio. Dato: (Pv agua a 22C = 19,8 mmHg) Sol: 80,9%Calculamos los moles de para conocer despus la masa de CaC2 que ha reaccionado . Tenemos en cuenta que el gas se recoge sobre agua.

PT(vapor agua+ acetileno) = 748 mmHg, P (C2H2)= 748-19,8=728 mm Hg = 0,96 atmMoles C2H2(g) = PV/RT= 0,026 mol C2H2

Moles CaC2 que han reaccionado = 0,026 mol C2H2 x 1mol CaC2 /1mol C2H2= 0,026 mol CaC2

Masa CaC2 que ha reaccionado= 0,026 mol CaC2 x 64g/1mol CaC2= 1,66 g CaC2

10 g de un mineral que contiene un 60% de cinc, se hacen reaccionar con 20 mL de una disolucin de cido sulfrico del 96% y densidad 1,823 g/mL. La reaccin tiene un rendimiento del 75%. Calcula el V de hidrgeno obtenido si las condiciones del laboratorio son 25 C y 740 mm Hg de presin. Zn(s) + H2 SO4 (aq) - H2 (g) + ZnSO4 Pasamos los datos a moles Masa Zn puro = 10g Zn imp x 60 g puros / 100g Zn imp= 6 g Zn Mol Zn = 9,45 . 10-2 mol Zn masa DS H2 SO4 = V x dds = 20 mL DS x 1,823 g/mL = 36,5 g DS masa H2 SO4 = 36,5 g DS x 96 g H2 SO4 / 100 g DS = 35 g H2 SO4 moles H2 SO4 = 35 g H2 SO4 x 1 mol/ 98g = 0,36 molR limitante 9,45 . 10-2 mol Zn b) Mol terico de H2 =9,45 . 10-2 mol Zn x 1molH2 / 1 mol Zn =9,45 . 10-2 mol H2c) Mol real H2 = 9,45 . 10-2 mol H2 x 75 /100 = 0,071 mol H2d) V H2 = nRT/P = 1,78 L

5. ESTEQUIOMETRA. Reacciones simultneas Se descompone por calentamiento una mezcla de 4,00 g de clorato de potasio y de perclorato de potasio producindose 2,40 g de cloruro de potasio. Adems de este producto, se obtiene oxgeno en las dos reacciones simultneas de descomposicin. Calcula el tanto por ciento de cada sal en la mezcla inicialReaccin1) 2 KClO3 2 KCl + 3 O2 Reaccin 2) KClO4 KCl + 2 O2 Masa de la mezcla inicial: 4 g x (g de KClO3) + (4-x) g de KClO4 Dato: Masa de KCl obtenida: 2,4 gMm(KClO3) = 122,5 g/mol; Mm(KClO4) = 138,5 g/mol Mm(KCl) = 74,5 g/mola) Calculamos los moles de KClO3 y KClO4 presentes en la mezcla inicialMoles KClO3 = Moles KClO4 =

b) Calculamos los moles de KCl que se producen en cada reaccinReaccin 1 mol KCl = Reaccin 2 mol KCl = c) Calculamos la masa de KCl producido en ambas reaccionesmasa KCl (RQ1)= d) Igualamos la masa de KCl0,61x + 2,15-0,54x = 2,4 x = 3,58g KClO3 (89,5%)

0,42 gKClO4 (10,5%)masa KCl (RQ2)=

Una muestra de 1,00 g compuesta por Na2CO3 y K2CO3, se trata con HCl y se obtiene una mezcla de 1,091 g de NaCl y KCl. Calcula la composicin de la mezcla inicial en % de cada componente. Reaccin 1 Na2CO3 + 2 HCl 2NaCl + CO2 + H2O x = g Na2CO3 Reaccin 2 K2CO3 + 2 HCl 2KCl + CO2 + H2O 1-x = g K2CO3 RQ 1 Moles Na2CO3 =

Moles NaCl =

Masa NaCl =

continuacin

Reaccin 2 K2CO3 + 2 HCl 2KCl + CO2 + H2O 1-x = g K2CO3 RQ 2 Moles K2CO3 =

Moles KCl =

Masa KCl = mezcla de 1,091 g de NaCl y KCl 1,091 = 1,1 x + ( 1,08-0,54x)

x=0,0196g Na2CO3 0,98g K2CO3 (98%)

**Insertar tablas y grficos de Algaida 148

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