Guia de Ejercicios de Qui103 Imm 2011

Facultad de Ecología y Recursos Naturales

Departamento de Ciencias Químicas Ingeniería en Marina Mercante, Química Industrial QUI103

Universidad Andrés Bello Facultad de Ecología y Recursos Naturales

Departamento de Ciencias Químicas

GUÍA DE EJERCICIOS CURSO Química Industrial QUI 103

Ingeniería en Marina Mercante

Compilado por : Dra. Paulina Hidalgo Córdova. Docente del Curso. Sede Concepción. Revisado por : Dr. Wilson Cardona Villada [email protected]

Coordinador Departamento de Ciencias químicas. Sede Concepción. Mg. Myriam González Roncagliolo. [email protected] Directora de Programa Académico. Escuela Náutica. Facultad de Intereses y Servicios Marítimos. Sede Viña del Mar.

© Marzo de 2010



PROPIEDADES DE LA MATERIA Y TRANSFORMACIÓN DE UNIDADES

1. Clasifique cada una de las siguientes como sustancia pura o mezcla, indique si es homogénea o heterogénea: a) concreto (hormigón) b) agua de mar c) magnesio d) gasolina

2. Sugiera una forma de averiguar si un líquido incoloro es agua pura o una solución de sal en agua, sin probar el líquido.

3. Sugiera una forma de separar una mezcla de azúcar y arena 4. En un intento por caracterizar una sustancia, un químico hace las siguientes observaciones: la sustancia es un metal lustroso color blanco plateado que se funde a 649°C y hierve a 1105°C; se densidad a 20°C es de 1.738 g/cm3. La sustancia arde en aire, produciendo una luz blanca intensa, y reacciona con cloro para producir un sólido blanco quebradizo. La sustancia se puede golpear hasta convertirla en láminas delgadas o estirarse para formar alambres y es buena conductora de la electricidad. ¿Cuáles de estas características son propiedades físicas y cuáles químicas? 5. Rotule cada uno de los siguiente procesos como procesos químicos o físicos: a) corrosión del aluminio metálico b) fundir hielo c) pulverizar una aspirina d) digerir una golosina e) explosión de nitroglicerina 6. Use prefijos métricos para escribir las siguientes mediciones sin usar exponentes: a) 3.4 x 10-12 m b) 4.8 x 10-6 mL c) 7.23 x 103 g d) 2.35 x 10-6 m3 e) 5.8 x 10–9 s f) 3.45 x 10-3 moles 7. Realice las siguientes conversiones: a) 454 mg a g b) 5.09 x 10-9 m a pm c) 3.5x10-2 mm a µm d) 132 678kg a toneladas 8. ¿Qué tipo de cantidad (por ejemplo, longitud, volumen, densidad) indican las siguientes unidades:

a) mL b) cm2 c) mm3 d) mg/L e) ps f)nm g) K 9. a) Una muestra de tetracloruro de carbono, un líquido que solía usarse para el lavado en

seco, tiene una masa de 39.75 g y un volumen de 25.00 mL. Calcule su densidad. b) La densidad del platino es de 23.4 g/cm3 . Calcule la masa de 75.00 cm3 de platino. c) La densidad es de 1.74 g/cm3 . Calcule el volumen de 275 g de este metal. 10. ¿Cuál de las siguientes temperaturas es la más alta: 204 F, 102°C, 183 Rankine? 11. Calcule cuál de las siguientes masas es la mayor: 80.0g de etanol (d= 0,79 g/ml), 100.0 ml de benceno (d=0,87 g/ml), o 90.0 ml de disulfuro de carbono (d= 1,26 g/ml)

12. El etilenglicol, un anticongelante líquido, tiene una densidad de 1.11 g/ml a 20°C. a) ¿Cuál es la masa en gramos de 452 ml de etilenglicol? b) ¿Cuál es la masa en kg de 18.6 L de etilenglicol? c) ¿Cuál es el volumen en mL que ocupan 65.9g de etilenglicol? d)) ¿Cuál es¿Cuál es el volumen en L que ocupan 23.9 kg de etiloenglicol?.



13. a) La temperatura de un día de verano soleado es de 82 °F exprese esa temperatura en °C

b) El punto de fusión de cloruro de sodio es de 804 °C exprese esa temperatura en K y en °F c) El mercurio se congela a 234.28 K, exprese su punto de congelación en °F y °C d) Muchos datos científicos es reportan a 25 °C exprese esa temperatura en Ranking, K y °F e) El neón, el elemento gaseoso empleado para fabricar anuncios luminosos, tiene un punto de fusión de –248.6 °C y un punto de ebullición de –246.1 °C, exprese esas temperaturas en K. 14. Realice las siguientes conversiones: a) 0.076 L a mL b) 5.0 x 10-8 m a nm c) 6.88 x 105 ns a s d) 1.55 kg/m3 a g/L e) 4.68 cm a inch f) 76.8 inch a ft 15. a) El diámetro de un átomo de bromo es de 2.3 x 10-8 cm. Exprese esta distancia en picómetros. b) Los océanos contienen aproximadamente 1.35 x 109 km3 de agua exprese este volumen en litros. c) Una persona ordinaria tiene alrededor de 200 mg de colesterol en 100 mL de sangre. Si el volumen total de sangre en un persona es de 5.0 L ¿cuántos gramos de colesterol total contiene la sangre de este individuo?. Respuestas:Respuestas:Respuestas:Respuestas: 1. (a) mezcla heterogénea (b) mezcla homogénea (c) sustancia pura (d) mezcla Homogénea 2. El agua pura es una sustancia pura, en tanto que una solución de sal en agua es una mezcla. Tome una pequeña cantidad del líquido y deje que se evapore. Si el líquido es agua salada, habrá un residuo sólido blanco (sal). Si el líquido es agua, no habrá residuo alguno. 3. Estos dos sustancias tienen diferentes propiedades físicas, incluyendo diferentes solubilidades en agua. Entonces, adicione agua a la mezcla, solo el azúcar se disolverá. Luego filtre la mezcla, la arena quedará retenida en el papel filtro y el azúcar estará disuelta en el agua. Luego podrá evaporar el agua filtrada y recoger el azúcar sólida 4. Propiedades físicas: blanco plateado; lustroso; punto de fusión = 649 ºC; punto de ebullición = 1105 ºC; densidad a 20 ºC = 1.738 g/mL: se convierte en lámina golpeándola; se estira para formar alambres; buena conductora. Propiedades químicas: arde en aire; reacciona con Cl2. 5. a) Químico (b) físico (c) físico (d) químico (e) químico 6. (a) 3.4 pm (b) 4.8 nL (c) 7.23 kg (e) 5.8 ns (f) 3.45 mmol 7. (a)0.454 g (b) 5.0 x 103 ppm (c) 35 µm 8. (a) volumen (b) área (c) volumen (d) densidad (e) tiempo (f) longitud (g) temperatura 9. (a) 1.59 g/cm

3 (b) 1.76 x 10

3 g (c) 158 cm

3

10. R= 102°C 11. R= disulfuro de carbono 12. a) 502 g b) 20,6 kg c) 58.6 ml d) 21.5 L 13. (a) 28 C (b) 1077 K (c) –37 97 ºF (d) 77 ºF (e) pto de fusión = 24.6 K y pto de ebullición = 27 1 K 14. (a) 76 mL (b) 50 nm (c) 6.88 x 10-4 s (d) 1.55 g/L 15. (a) 2.3 x 102 pm (b) 1.35 x 1021 L (c) 10 g de colesterol



EJERCICIOS DE CÁLCULOS A PARTIR DE REACCIONES Datos: Masa Molar (g/mol) H= 1.00 C= 12.00 Ca=40.01 N= 14.00 O= 16.00 Cl= 35.50 Na 23.00

1.- El cianuro de hidrógeno, HCN, un gas altamente tóxico, es un producto químico importante que se emplea en la extracción de oro a partir de sus minerales y en la fabricación de diversos artículos de plástico y fibras sintéticas. El HCN se fabrica de la siguiente manera:

NH3 + CH4 HCN + H2

a.- Verifique que la ecuación ese balanceada b.- ¿Cuántos gramos de HCN se pueden producir por la reacción total de 245 g de NH3 con exceso de CH4? R: 389g c.- ¿Cuántos gramos de hidrógeno se producirán? R: 86,4 g 2.- El nitrato de plata reacciona con cloruro de calcio para producir cloruro de plata:

AgNO3 + CaCl2 Ca(NO3)2 + AgCl(s)

a.- Verifique que la ecuación ese balanceada b.- ¿Qué masa de AgNO3 se requiere para producir 54.9g de AgCl? R: 64,5g c.- ¿Qué masa de cloruro de calcio reaccionará para producir 54.9g de AgCl? R: 21,3g 3.- El etilén glicol, C2H6O2, se emplea como anticongelante en los radiadores automotrices. En el laboratorio se obtiene a pequeña escala mediante la reacción de 1,2-dicloroetano concarbonato de sodio en solución acuosa:

C2H4Cl2 + Na2CO3 + H2O C2H6O2 + 2NaCl(s) + CO2

Cuando se emplean en esta reacción 27.4g de 1,2-dicloroetano se obtienen 10.3g de etilén glicol a.- Cuántos gramos de etilénglicol se producen? b.- Qué masa de Na2CO3 se consume?



EJERCICIOS DE GASES 1.- La concentración máxima de permisible de monóxido de carbono en el aire urbano es de 10 mg/m3 durante un periodo de 8 horas. En este nivel ¿qué masa de monóxido de carbono en gramos está presente en una habitación que mide 8 x 12 x 20 pies? (R=0.54 g de CO) 2.- En marzo de 1986, el Exxon Valdez encalló y derramo 240,000 barriles de petróleo crudo cerca de las costas de Alaska. Un barril de petróleo es igual a 42 gal. ¿cuántos litros de petróleo se derramaron? (1 galón= 4,546 L) (R=45 823 680L) II.- Ejercicios de gases 1.- 5 g de etano se encuentran en un recipiente de 1 litro de capacidad. El recipiente es tan débil que explota si la presión excede de 10 atm. ¿A que temperatura la presión del gas tenderá al punto de explosión? (R= 444.4°C) 2.- La densidad del aire a la presión atmosférica normal y a 25°C es de 1.19 g/L. Calcular la masa en kilogramos del aire contenido en una habitación que mide 12.5 x 15.5 x 8.0 pies. (1 pie = 30.48 cm; 1000cm3 = 1L) (52.23Kg) 3.- Una respiración profunda de aire tiene un volumen de 1.05 L a una presión de 740 torr, y la temperatura corporal es de 37 °C. Calcule el número de moles de aire en la respiración. (R=0.040 moles) 4.- A 15°C una muestra de 4.0L de H2 ejerce presión de 5.0 atm. A la misma temperatura ejerce presion de 4.0 atm en un recipiente de 5.0 L ¿que presión ejercería en un recipiente de 2.9 L a 15° C? (R=6.9 atm) 5.- Una muestra de helio ocupa 146 mL a 30°C y 752 torr. ¿Qué volumen ocupará a la misma presión y -200°C? (Datos MA He= 4.00 g/mol) (R=35.17 mL) 6.- Una muestra de 350 mL de oxígeno ejerce presión de 380 torr a 22°C ¿a qué temperatura ejercerá presión de 600 torr en un volumen de 500 mL? (R=392.8°C) 7.- Un mol de fluor ocupa 22.4L en condiciones PTE ¿Cuál es su densidad en g/L en estas condiciones? (R=1.70 g/L) 8.- ¿ Cuál es volumen de una muestra de 7.44g de neón a 120°C y 4.38 atm de presión? (R=2.72L) 9.-¿A qué temperatura ocupará una muestra de 36.2g de CH4 un volumen de 41.0L a 686 torr? (R=694.7 °C) 10.-¿Qué presión ejerce una muestra de 9.67 g de helio en un recipiente de 3.00L a 210°C? (R=31.95 atm) 11.-¿Cuál es el peso molecular de un gas ideal si 5.56 g del mismo ejercen una presión de 1672 torr en un bulbo de 1425 mL a 86°C? (R=52.2 g/mol)



12.- Cuántos moles de nitrógeno hay en 328 mL de gas a presión de 3040 torr a 527°C? ¿Cuántos átomos de nitrógeno contiene la muestra? (R=0.02 moles) 13.- Muestras individuales de O2, N2 y He se encuentran en tres recipientes de 3.5L. Cada uno ejerce una presión de 1.50 atm. a) Si se introducen los tres gases al mismo recipiente de 1 L sin cambio en la temperatura. ¿Cuál será la presión resultante? b) ¿Cuál es la presión parcial del O2 en la mezcla? c) ¿Cuales son las presiones parciales del N2 y He en la mezcla? 14.- A una profundidad bajo el agua de 250 pies, (1 m = 3.28 pies) la presión es de 8.38 atm. ¿qué porcentaje en moles de oxigeno debe tener el gas de buceo para que la presión parcial de oxígeno en la mezcla sea de 0.21 atm, igual que en el aire a 1.0 atm? (R: 2.5 moles por ciento de O2)



LISTADO DE EJERCICIOS: UNIDADES DE CONCENTRACIÓN 1.- Qué masa de solución al 8,65% p/p de dicromato de potasio contiene 60.0g de K2Cr2O7? ¿qué masa de agua contiene esa solución? R: 694 g de solución; 634g de agua. 2.- La densidad de una solución al 18% p/p de cloruro de amonio, es de 1.05g/ml. ¿qué masa de NH4Cl contienen 350mL de esta solución? R: 66,2g 3.- Qué volumen de la solución del ejercicio anterior contiene 80.0g de NH4Cl? R: 423mL 4.-Cuál es la molaridad de una solución que contiene 1,37g de cloruro de sodio en 25.0mL de solución? R: 0,938M 5.- Cuál es la molaridad de una solución de cloruro de bario preparada al disolver 3.50g de BaCl2.2H2O en suficiente agua para obtener 500mL de solución? R: 0,0287M 6.- Qué volumen de solución 0.320M de Na2CO3 se puede preparar a partir de 16,4g de Na2CO3? R: 484mL. 7.- Qué masa de (NH4)2SO4 se requiere para preparar 3.75L de una solución (NH4)2SO4 0.288M. R: 142g 8.- El HCl comercial es 12M ¿qué volumen de HCl concentrado se necesita para preparar 3.50mL de una solución de HCl 2.40M? 9.- Calcule el volumen de solución de Ba(OH)2 0,0500M qué contiene el mismo número de moles de Ba(OH)2 que 120mL de solución de Ba(OH)2 0.080M. R: 192mL 10.- Calcule la molaridad resultante cuando 125mL de solución de H2SO4 6.00M se mezclan con 225mL de H2SO4 3.00M. R: 4.07M 11.- Calcule la molaridad de una solución que contiene 39.77% en masa de H2SO4. La densidad de la solución es 1.305g/mL. R: 5.3M 12.- Calcule la M de de una solución que se prepara disolviendo 19.6 de ácido arsénico, H3AsO4, en suficiente agua para tener un volumen final de 600mL. R: 0.2



EJERCICIOS DE pH 1.-Complete la siguiente tabla mediante los cálculos necesarios:

[H3O+] pH [OH-] pOH

a) 4.84

b) 12.61

c) 1.34

d) 9.47

2.- ¿Cuál es el pH de una solución acuosa 0.040 M de HCl? 3.- Calcule [H3O

+], [OH-], pH, pOH de una solución de HNO3 0.45M. 4.- Calcule el pH de una solución de NaOH 0.20M y de una solución de Ca(OH)2 0.20M 5.- Calcule [H3O

+], [OH-], pH, pOH de una solución de H2SO4 0.15M



GUÍA DE EJERCICIOS DE ELECTROQUÍMICA 1.- Determine el estado de oxidación del átomo que se indica en cada caso:

a) Mg2+ f) NaNO3

b) KClO3 g) NaBr

c) H2SO4 h) NH4+

d) K2Cr2O7 i) MnO4-

e) H3PO4 j) TiO2

2.- Balancee las siguientes reacciones redox e indique cuál es el agente oxidante y el reductor:

a) Cl2 + Br- → Br2 + Cl-

b) O2 + Fe2+ → Fe3+ + H2O

c) Fe0 + NO3- → Fe2+ + NO2

d) SO2 + MnO4- → SO4

2- + Mn2+ 3.- Indique cualitativamente (observe su tabla) si estas reacciones ocurrirán o no:

a) Mg° + Cu2+ → Mg2+ + Cu°

b) Al3+ + I- → Al° + I2

c) Zn + HCl → Zn2+ + H2

d) Mg2+ + Pb° → Mg° + Pb2+

e) Cl2 + Br- → Cl- + Br2

f) Cr° + Pb2+ → Cr3+ + Pb(s) 4.- Calcule la fem para todas las reacciones anteriores. Observe si se correlaciona su interpretación cualitativa con el E° calculado. 5.- Represente la celda electroquímica mediante un diagrama de celda en las reacciones anteriores. 6.- Una celda electroquímica se compone de un electrodo de Mg en una solución de Mg(NO3)2 1.0M y un electrodo de Sn en una disolución de Sn(NO3)2 1.0 M.



a) Cuál sería la reacción que ocurriría b) Qué electrodo será el ánodo y el cátodo c) Calcule la fem estándar de la celda a 25°C .

Respuestas: 1.-

a) +2 f) +5

b) +5 g) -1

c) +6 h) -3

d) +6 i) +7

e) +5 j) +4

2.-

a) Cl2 + 2Br- → Br2 + 2Cl-

b) O2 + 4H+ + 4Fe2+ → 4Fe3+ + 2H2O

c) Fe0 + 2NO3- + 4H+ → Fe2+ + 2 NO2 + 2H2O

d) 5SO2 + 2MnO4- + 2H2O → 5SO4

2- + 2Mn2++ 4H+ 3.- 4.- a) sí a) 2.71 v b) no b) -2.19 c) sí c) 0.76 d) no d) -2.24 e) sí e) 0.29 f) sí f) 0.61

6.- a) Sn2+ + Mg° → Sn° + Mg2+ b) ánodo: Mg° cátodo: Sn° c) 2.23V

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