Guia Ejercicios Qui109 2011-2

Universidad Andrs Bello Facultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Qumicas

GUIA DE EJERCICIOS QUIMICA GENERAL QUI 109

Compilada por: Prof. Luis Ral de la Nuez Prof. Manuel Curitol Revisada por: Dra. Nancy Pizarro U. Departamento de Ciencias Qumicas Versin Segundo Semestre 2011

Gua de Ejercicios, Curso de Qumica General, Segundo Semestre 2011

INDICEGUIA N 1 UNIDAD N 1: MATERIA, TOMOS, MOLCULAS E IONES 5 5 6 9 17 MATERIA, TOMOS, MOLCULAS E IONES 19 19 20 22 25 ESTRUCTURA ELECTRNICA DE LOS TOMOS 27 27 28 31 37 ENLACE, GEOMETRA MOLECULAR E INTERACCIONES INTERMOLECULARES Objetivos especficos de la Unidad 3 Ejercicios Desarrollados Ejercicios Propuestos Respuestas GUIA N 5 UNIDAD N 4: ESTEQUIOMETRA 40 40 41 44 55 65 65 66 71 82 GASES Y SUS PROPIEDADES 85 85 86 89 98

Objetivos especficos de la Unidad 1 Ejercicios Desarrollados Ejercicios Propuestos Respuestas GUIA N 2 UNIDAD N 1:




Objetivos especficos de la Unidad 5 Ejercicios Desarrollados Ejercicios Propuestos Respuestas

Facultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Qumicas

2

Gua de Ejercicios, Curso de Qumica General, Segundo Semestre 2011GUIA N 7 UNIDAD N 6: REACCIONES ACUOSAS Y ESTEQUIOMETRA 100 100 101 107 114 TERMOQUMICA 115 115 116 119 127 EQUILIBRIO QUMICO 129 129 130 135 142 EQUILIBRIO QUMICO 144 144 145 153 162 EQUILIBRIOS DE SOLUBILIDAD Y DE COMPLEJACIN Objetivos especficos de la Unidad 9 Ejercicios Desarrollados Ejercicios Propuestos Respuestas GUIA N 12 UNIDAD N 10: EQUILIBRIO REDOX 164 164 165 168 175 177 177 178 185 192





Objetivos especficos de la Unidad 10 Ejercicios Desarrollados Ejercicios Propuestos Respuestas


3

Gua de Ejercicios, Curso de Qumica General, Segundo Semestre 2011GUIA N 13 UNIDAD N 11: CINTICA QUMICA 194 194 195 202 214 218

Objetivos especficos de la Unidad 11 Ejercicios Desarrollados Ejercicios Propuestos Respuestas APNDICE 1: TABLA PERIDICA

APNDICE 2: SOLEMNES Y EXAMEN SEMESTRE ANTERIOR

219


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Gua de Ejercicios, Curso de Qumica General, Segundo Semestre 2011 GUIA N 1 UNIDAD N 1 MATERIA, TOMOS, MOLCULAS E IONES Objetivos especficos de la Unidad 1 1. 2. 3. 4. Clasificacin y Propiedades de la Materia. Unidades de medicin. Sistema Internacional de medicin. Escalas de Temperatura. Uso de prefijos, conversin de unidades.

LAS RESPUESTAS DEBEN ESTAR CORRECTAMENTE JUSTIFICADAS EN LOS CASOS EN QUE SE SOLICITA. (RESPUESTAS SIN JUSTIFICACIN NO TIENEN VALIDEZ)

BIBLIOGRAFIA: 1. 2. Captulo 2. Qumica. R. Chang McGraw Hill. 7 Edicin, 2002. Captulo 1. Qumica. La Ciencia Central. Brown, Le May, Bursten Pearson. Prentice Hall. 9 Edicin, 2004.


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Gua de Ejercicios, Curso de Qumica General, Segundo Semestre 2011 EJERCICIOS DESARROLLADOS 1. El oro puede martillarse hasta formar lminas extremadamente delgadas llamadas pan de oro. Si un trozo de 1,00 g de oro (densidad = 19,2 g/cm3) se martilla hasta formar una lmina que mide 8,0 x 5,0 pies, calcule el espesor medio de la lmina en metros (1 pie = 0,3048 metros). Desarrollo: Utilizando la densidad del oro y su masa se determinar el volumen de ste. Como:

d=

m Oro V Oro

Por lo tanto el volumen es:

V =V =

m Oro d Oro1,00 g 19,2 g/cm3

V = 0,0521 cm3 (Como hay operacin de divisin, se consider las cifras significativas de la masa y la densidad, cada una tiene 3, por lo que el volumen se expresa con 3 cifras significativas) Antes de realizar el clculo del espesor se transformar las longitudes dadas en pies a metros, as como el volumen a m3. Primero se convertir 8,0 y 5,0 pies a metros, sabiendo que 1 pie = 0,3048 m y utilizando el factor de conversin o factor unitario:

0,3048 m 8,0 pies x 1 pie = 2,438 m = 2,4 m Debido a que hay operaciones de multiplicacin y divisin, se consider la cifra significativa menor de los datos dados en el ejercicio, la cual es 2, por lo que la longitud es 2,4 m.

0,3048 m 5,0 pies x 1 pie =1,524 m = 1,5 m


6

Gua de Ejercicios, Curso de Qumica General, Segundo Semestre 2011 Por ltimo, el volumen se convertir a m3, sabiendo 1cm3 = 1,0 x 10-6 m3:

1,0 x10 6 m3 = 5,21 x 10-8 m3 0,0521cm3 x 1cm3 Si se considera que la lmina de oro es un cubo rectangular cuya altura es el espesor de la lmina: El volumen es por lo tanto: Volumen = Ancho x Largo x Espesor ( altura) La altura o en este caso espesor estar dado por:Espesor = Volumen L arg o x Ancho

Espesor =

5,21 x 10 -8 m3 2,438 m x 1,524 m

Considerando que hay operaciones de multiplicacin y divisin, se considerar la cifra significativa menor de los datos dados en el ejercicio, la cual es 2. Espesor = 1,4 x 10-8 m2.

Calcule la masa de un cilindro de acero inoxidable (densidad = 7,75 g/cm3) cuya altura mide 18,35 cm mientras que su radio 1,88 cm. Exprese el resultado en kilogramos. Desarrollo: d = 7,75 g/cm3 h = 18,35 cm r = 1,88 cm El primer paso es calcular el volumen del cilindro, el cual es: V= r2 x h V = 3,1416 x (1,88 cm)2 x 18,35 cmV = 204 cm3


7


Luego se obtiene la masa usando el volumen del cilindro obtenido y la densidad:d= m V

Despejando la masa se tiene: m=dxV m = 7,75 g cm3

x 204 cm 3

m = 1581 g (expresado correctamente segn cifras significativas sera: 1,58 x 103 g)

Por ltimo la conversin de la masa de g a kg:

1 kg 1,58 x103 g x 1000 g =1,58 kg Considerando que hay operaciones de multiplicacin y divisin, se considerar la cifra significativa menor de los datos dados en el ejercicio, la cual es 3. m = 1,58 kg


8


EJERCICIOS PROPUESTOS

1.

La densidad del cido actico es 1,05 g/mL. Cul es el volumen de 327 g de cido actico? Justifique su respuesta.Indique clculo de justificacin:

2.

La densidad (d) del mercurio lquido es 13,5 g/cm3. Qu masa (m) del mercurio llenar un recipiente con un volumen (V) de 0,500 L?Indique clculo de justificacin:

3.

Cuando 24 pedazos de cobre se sumergen en agua, los pedazos desplazan 8,26 cm3 de agua. Si la masa combinada de los pedazos es 73,86 g, cul es la densidad del cobre?Indique clculo de justificacin:

4.

Un pedazo de 8,44 g de un metal desconocido tiene 1,25 centmetros de largo, 2,50 centmetros de ancho, y 1,00 centmetro de grueso. Cul ser la identidad posible del elemento?Indique clculo de justificacin:


9


5.

Un cubo del hierro tiene una masa de 29,31 g. Si cada lado del cubo tiene dimensiones de 1,55 centmetros, cul es la densidad del hierro?Indique clculo de justificacin:

6.

Los termstatos se fijan a menudo a 68F. Cul es esta temperatura en grados centgrados?Indique clculo de justificacin:

7.

El punto de ebullicin de helio lquido es 4 K. Cul es esta temperatura en grados centgrados?Indique clculo de justificacin:

8.

La temperatura requerida para fundir el NaCl es 528 C. Cul es esta temperatura en Kelvin?Indique clculo de justificacin:

9.

Las reacciones qumicas se estudian a menudo a 25 C. Cul es esta temperatura en grados Fahrenheit?Indique clculo de justificacin:


10


10.

El radio de un tomo del helio es 31 pm. Cul es el radio en nanmetros?Indique clculo de justificacin:

11.

Un cilindro tiene un radio de 5,08 centmetros y una altura de 125 centmetros. Calcule el volumen del cilindro en litros.Indique clculo de justificacin:

12.

Las dimensiones de una caja son 12 pulgadas por 11 pulgadas por 5,5 pulgadas. Calcule el volumen de la caja en cm3. Hay 2,54 centmetros por pulgada.Indique clculo de justificacin:

13.

Si la eficacia de combustible de un automvil es 27 millas por galn, cul es su eficacia de combustible en kilmetros por litro? (1 kilmetro = 0,621 millas, 1,000 L = 1,057 cuartos de galn, 4 cuartos de galn = 1 galn)Indique clculo de justificacin:


11


14.

Un galn (3,78 L) de pintura de ltex puede cubrir 385 pies2 de la superficie de una pared. Cul es el grosor promedio de una capa de pintura (en micrmetros)?Indique clculo de justificacin:

15.

A 25 C, la densidad del oxgeno en aire es 0,275 g/L. Qu volumen ser ocupado por 25 kilogramos de oxgeno a 25 C?Indique clculo de justificacin:

16.

Una balanza electrnica se utiliza para determinar que una muestra tiene una masa de 25,7171 g. Si la precisin de la balanza es de 0,1 mg, cul es el nmero correcto de las cifras significativas para esta medida?Indique clculo de justificacin:

17.

Convertir 5,000 x 10-2 metros a milmetros y expresar la respuesta en la notacin exponencial usando el nmero correcto de cifras significativas.Indique clculo de justificacin:


12


18.

Cul es la respuesta correcta a la expresin siguiente: (18 + 95) 0,077351? Nota: Realice la operacin de adicin primero.Indique clculo de justificacin:

19.

La densidad del hielo (agua slida) es de 0,92 g/cm y la del agua lquida es 1,00 3 g/cm (exactamente 0,99987 por lo que aproximamos a 1,00). Esta pequea diferencia en las densidades, hace que el hielo flote sobre agua lquida, y por lo tanto frente a bajas temperaturas, los lagos se congelan desde arriba hacia abajo, permitiendo la vida de peces y plantas bajo la superficie de hielo. Sin embargo, este fenmeno tambin ocasiona problemas. Qu volumen de hielo se obtiene por el congelamiento de 5,00L de agua contenidos en el radiador de un automvil?Indique clculo de justificacin:

3

20.

El radio de un tomo del litio es 152 pm. Cul es el volumen de un tomo del litio si se considera que el tomo es una esfera? El volumen de una esfera es (4/3) r3.Indique clculo de justificacin:


13


21.

Asumiendo que la vida humana promedio es de alrededor de 70 aos. Dependiendo que si una persona ejercita, duerme, se relaja o se enoja presentar un promedio de 10 respiraciones por minuto. Al respecto determine el nmero total de respiraciones que realiza durante su vida. Si la vida promedio vara a 80 aos en vez de 70 aos, cambiara la estimacin final?Indique clculo de justificacin:

22.

Una importante compaa automotriz muestra un molde de su primer automvil, hecho de 9,55 Kg de Hierro. Para celebrar sus 100 aos en el negocio, un trabajador fundir el molde en oro a partir del original. qu masa de oro se necesita para hacer el nuevo molde?Indique clculo de justificacin:

23.

Un metro cbico de aluminio (Al) tiene una masa de 2,70x103 kg, y el mismo volumen de hierro (Fe) tiene una masa de 7,86x103 kg. Encuentre el radio de una esfera de aluminio slida que equilibrara una esfera de hierro slida de 2,00 cm de radio sobre una balanza de brazos iguales.Indique clculo de justificacin:


14


24.

Las monedas de coleccin a veces se recubren con oro para mejorar su belleza y valor. Considere un cuarto de dlar conmemorativo que se anuncia a la venta en $4,98 dlares. Tiene un dimetro de 24,1 mm y un grosor de 1,78 mm, y est cubierto por completo con una capa de oro puro de 0,180 m de grueso. El volumen del recubrimiento es igual al grosor de la capa por el rea a la que se aplica. Los patrones en las caras de la moneda y los surcos en sus bordes tienen un efecto despreciable sobre el rea. Suponga que el precio del oro es de $10 dlares por cada gramo. a) Encuentre el costo del oro agregado a la moneda b) el costo del oro aumenta significativamente el valor de la moneda?Indique clculo de justificacin:

25.

Suponga que en cierto pas existen 100 millones de automviles y que el consumo promedio de combustible es de 20 mi/gal de gasolina. Si la distancia promedio que recorre cada automvil es de 10000 mi/ao, cunta gasolina se ahorrara al ao si el consumo promedio de combustible pudiera aumentar a 25 mi/gal?Indique clculo de justificacin:

26.

Suponga que Bill Gates le ofrece 1000 millones de dlares si es capaz de contarlos usando solamente billetes de un dlar, Aceptara esta oferta? (suponga que cuenta 1 dlar por segundo y que debe dormir 8 horas al da). Cunto tiempo se demorara en contarlos?Indique clculo de justificacin:


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27.

Un centmetro cubico de agua tiene una masa de 1,0x10-3 Kg. a) determine la masa de 1 m3 de agua. b) suponiendo que las sustancias biolgicas son 98 % de agua, estime las masas de una clula con dimetro de 1 m. c) un rin humano y d) una mosca. Suponga que un rin es aproximadamente una esfera de 4,0 cm de radio, y una mosca es casi un cilindro de 4,0 mm de largo y 2,0 mm de dimetro.Indique clculo de justificacin:

28.

Un pescador captura dos rbalos listados. El menor de los dos tiene una longitud medida de 93,46 cm y el mayor tiene una longitud medida de 135,3 cm. Cul es la longitud total de peces capturados ese da?Indique clculo de justificacin:


16

Gua de Ejercicios, Curso de Qumica General, Segundo Semestre 2011 RESPUESTAS

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19.

Respuesta: 3,11 x 102 mL Respuesta: 6,75 x 103 g Respuesta: 8,94 g/cm3 Respuesta: Aluminio: 2,70 g/cm3 Respuesta: 7,87 g/cm3 Respuesta: 20 C Respuesta: -269 C Respuesta: 801 K Respuesta: 77 F Respuesta: 3,1 x 10-2 nm Respuesta: 10,1 L Respuesta: 1,2 104 cm3 Respuesta: 11 km/L Respuesta: 106 m Respuesta: 9,1 x 104 L Respuesta: 6 Respuesta: 50,00 mm Respuesta: 8,74 Respuesta: 5,43 L. Se puede observar que el volumen que ocupa el hielo es mayor que el del agua. Esta expansin que sufre el agua lquida al congelarse ocasiona el deterioro del radiador y para evitar este problema es necesario agregar al agua un anticongelante.

20. 21. 22. 23. 24. 25. 26.

Respuesta: 1,47 10-23 cm3 Respuesta: 3,7 x 108 respiraciones Respuesta: 23,0 Kg Respuesta: 2,86 cm Respuesta: a) $0.0364 b) es insignificante Respuesta: 1 x 1010 gal/ao Respuesta: 47,5 aos


17


27.

Respuesta: a) 1000 kg b) 5,2 x 10-16 Kg c) 0,27 Kg d) 1,3 x 10-5 Kg

28.

Respuesta: 228,8 cm


18


GUIA N 2 UNIDAD N 1 MATERIA, TOMOS, MOLCULAS E IONES Objetivos especficos de la Unidad 1

1. 2. 3.

La teora atmica. Protones, electrones, neutrones Tamao de los tomos. Nmero atmico, nmero de masa, istopos, abundancia, masa atmica promedio. Tabla Peridica


BIBLIOGRAFIA:

1. 2.

Captulo 2. Qumica. R. Chang McGraw Hill. 7 Edicin, 2002. Captulo 2. Qumica. La Ciencia Central. Brown, Le May, Bursten Pearson. Prentice Hall. 9 Edicin, 2004.Facultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Qumicas 19


EJERCICIOS DESARROLLADOS

1.

Calcular la masa atmica promedio del Silicio considerando que se encuentra en la naturaleza formado por tres istopos que tienen las siguientes masas y % de abundancia.Masa atmica (uma) 27,997 28,977 29.974 % de abundancia 92,23 4,67 3,10

Desarrollo: Cada istopo contribuye a la masa atmica del Silicio de acuerdo con su abundancia. Por lo tanto, el primer paso es convertir los porcentajes en fracciones, as:92,23 = 0,9223 1004,67 = 0,0467 100 3,10 = 0,0310 100

Luego se calcula la masa atmica promedio como sigue: Masa atmica promedio del Silicio =(0,9223)(27,997 uma) + (0,0467)(28,977 uma) + (0,0310)(29,974 uma) = 28,104 uma

2.

Indique el nmero de protones, neutrones y electrones para cada una de las siguientes especies: a) b) c) d)17 8O 17 2 8O 40 20 Ca 40 +2 20 Ca

Desarrollo: Recuerde que el exponente de la izquierda se refiere al nmero de masa, el subndice al nmero atmico. En cambio, en los casos que lo hay, el exponente del lado derecho es la carga neta del elemento.Facultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Qumicas 20


a)

El nmero atmico es 8, por lo tanto hay 8 protones, el nmero de masa 17, por lo que el nmero de neutrones es 17 - 8 = 9. El nmero de electrones es igual al nmero de protones, es decir, 8, ya que es un tomo con carga neta cero. : El nmero atmico es 8, por lo tanto hay 8 protones, el nmero de masa 17, por lo que el nmero de neutrones es 17 - 8 = 9. Como la carga neta es -2, existe un exceso de 2 electrones por lo que los electrones totales sern 10. El nmero atmico es 20 por lo tanto hay 20 protones, el nmero de masa es 40, por lo que el nmero de neutrones es 40 - 20 = 20. El nmero de electrones es igual al nmero de protones, es decir, 20, ya que es un tomo con carga neta cero. El nmero atmico es 20 por lo tanto hay 20 protones, el nmero de masa 40, por lo que el nmero de neutrones es 40 - 20 = 20. Como la carga neta es +2, existe un dficit de 2 electrones por lo que los electrones totales sern 18.40 +2 : 20 Ca 40 20 Ca : 17 2 8O

17 8O:

b)

c)

d)


21


EJERCICIOS PROPUESTOS

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Cmo se define una unidad de masa atmica (uma)? Cuntos protones, neutrones, y electrones estn en un tomo de oxgeno-18? Cul es el smbolo atmico para un elemento con 28 protones y 31 neutrones? Cul es la identidad de72 32

X?

Cuntos neutrones hay en cobalto-59? Cul pareja entre los tomos siguientes tiene el mismo nmero de neutrones?64 28

Ni ,

63 29

Cu ,

64 30

68 Zn , 30 Zn

7. 8.

Cul es el nmero de masa de un tomo de bromo con 46 neutrones? Cul de los siguientes tomos son istopos?45 21

Sc ,

48 22

Ti ,

50 22

Ti ,

50 23

V

9.

Complete la siguiente Tabla: Smbolo Protones Neutrones Electrones Carga neta 5 6 554 26

Fe 2+16 18 -3 79 117 79 86 136 0

10.

Un elemento consiste en dos istopos. La abundancia de un istopo es 95,72% y su masa atmica es 114,9041 uma. La masa atmica del segundo istopo es 112,9043 uma. Cul es la masa atmica media del elemento?Indique clculo de justificacin:


22


11.

La plata tiene una masa atmica media de 107,87 uma. Si 48,18% de Ag existe como Ag-109 (108,9047 uma), cul es la identidad y la masa atmica del otro istopo?Indique clculo de justificacin:

12.

El litio tiene dos istopos estables con las masas de 6.01512 uma y 7.01600 uma. La masa molar media del Li es 6.941 uma. Cul es el porcentaje de abundancia de cada istopo?Indique clculo de justificacin:

13.

El oxgeno tiene dos istopos: O-16 y O-17. Calcula el porcentaje de cada uno de ellos sabiendo que la masa atmica del oxgeno es 15, 9994 uma. Datos: masa de O-16 = 15,9949 uma; masa de O-17 = 16,9991 uma.Indique clculo de justificacin:


23


14.

Para determinar la masa atmica de cada uno de los istopos del silicio que integran una mezcla, se analiz sta en un espectrmetro de masas. Con la informacin de la tabla siguiente, calcule el porcentaje de abundancia de los istopos 28Si y 29Si. Considere que la masa atmica relativa promedio del silicio es de 28.086 [uma]. Istopo28 29 30

Si Si Si

[%] de abundancia A B 3,09

Masa atmica [uma] 27,9769 28.9765 29,9738

Indique clculo de justificacin:

15. 16. 17. 18.

Qu elemento gaseoso abarca sobre tres cuartos de la atmsfera de la tierra? Identifique el metal alcalinotrreo situado en el cuarto perodo. (Use una tabla peridica). Qu halgeno est situado en el cuarto perodo? (Use una tabla peridica). Cul de los siguientes grupos se compone completamente de no metales? Yodo, indio y xenn; aluminio, silicio y nen; azufre, fsforo y bromo; galio, argn, y oxgeno. Cul de los siguientes grupos se compone completamente de metaloides? B, As, y Sb; Silicio, P, y Ge; As, Ge, y Pb; In, Sn, y Ge Identifique en la Tabla Peridica: a) b) c) d) d) e) f) g) f) tres elementos alcalinos tres elementos alcalinotrreos cinco metales de transicin tres halgenos tres calcgenos tres gases nobles cinco no metales cinco metales cinco metaloides.Facultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Qumicas 24

19. 20.


1. 2. 3. 4. 5. 6 7. 8. 9.

Respuesta: 1/12 de la masa de un tomo de carbono-12. Respuesta: 8 protones, 10 neutrones, 8 electrones Respuesta:59 28

Ni

Respuesta: Ge Respuesta: 32 Respuesta:63 29 64 30

Cu y

Zn

Respuesta: 81 Respuesta: Smbolo Protones Neutrones Electrones Carga neta48 22

Ti y

50 22

Ti54 26

11 5Be

Fe 2+26 28 24 +2

31 315P

196 79Au

222 86Rn

5 6 5 0

15 16 18 -3

79 117 79 0

86 136 86 0

10. 11. 12. 13. 14.

Respuesta: 114,8 uma Respuesta: Ag-107; 106,9 uma Respuesta: 7,49% Li-6 y 92,51% Li-7 Respuesta: O-16 hay 99,55% y de O-17 hay 0,45% Respuesta: A = 92.1684 [%] B = 4.7416 [%] El nitrgeno, el cual es un elemento qumico, de nmero atmico 7, smbolo N y que en condiciones normales forma un gas diatmico (nitrgeno diatmico o molecular) que constituye del orden del 78% del aire atmosfrico.

15. Respuesta:

16. 17. 18. 19. 20.

Respuesta: Ca Respuesta: Br Respuesta: azufre, fsforo y bromo Respuesta: B, As, y Sb Respuesta: a) b) c) d) tres elementos alcalinos tres elementos alcalinotrreos cinco metales de transicin tres halgenos Li, Na y K Be, Mg y Ca Ti, V, Cr, Mn y Fe F, Cl, y Br25



d) e) f) g) f)

tres calcgenos tres gases nobles cinco no metales cinco metales cinco metaloides

O, S y Se He, Ne y Ar O, S, C, N y P Li, Cu, Na, K y Mg B, Si, Ge, As y Sb


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Gua de Ejercicios, Curso de Qumica General, Segundo Semestre 2011 GUIA N 3 UNIDAD N 2 ESTRUCTURA ELECTRNICA DE LOS TOMOS Objetivos especficos de la Unidad 2

1. Espectro de radiacin electromagntica. Naturaleza ondulatoria 2. Energa cuantizada. Efecto fotoelctrico y fotones. Naturaleza dual de la luz 3. Espectro de emisin del tomo de H. Modelo de Bohr 4. Comportamiento ondulatorio de la materia. Principio de incerteza 5. Mecnica cuntica, orbitales atmicos. Nmeros cunticos 6. Representacin de orbitales. Espin electrnico. Principio de exclusin de Pauli. 7. Configuraciones electrnicas. 8. Sistema peridico. Grupos y periodos. Propiedades peridicas.


BIBLIOGRAFIA:

1. 2.

Captulo 6. Qumica. La Ciencia Central. Brown, Le May, Bursten Pearson. Prentice Hall. 9 Edicin, 2004. Captulo 7. Qumica. R. Chang McGraw Hill. 7 Edicin, 2002.


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Gua de Ejercicios, Curso de Qumica General, Segundo Semestre 2011 EJERCICIOS DESARROLLADOS

1.

Calcule la longitud de onda () y la energa (E) que corresponde a la transicin del electrn desde el estado n = 3 hasta el estado fundamental en el tomo de hidrgeno. Se trata de luz absorbida o emitida?Desarrollo:

El cambio de energa, y por tanto, la energa del fotn emitido se obtiene con la ecuacin: 1 1 E = RH 2 2 nf ni Recordemos que en el estado fundamental n = 1.ni = 3, nf = 1

E = 2,18x10 -18 J

1 1 2 2 3 1 8 9

E = 2,18x10 -18 J -

E = 1,94 x 10-18 J El signo negativo indica que esta energa se asocia a un proceso de emisin. Para calcular la longitud de onda se omite el signo menos de E porque la longitud de onda del fotn debe ser positiva. Como: E = h x Ecuacin 1 Despejando la frecuencia de la ecuacin 1 tendramos: E Ecuacin 2 = h Adems sabemos que la frecuencia es tambin: c = Ecuacin 3 Por lo tanto, reemplazando la frecuencia en la ecuacin 2 con la ecuacin 3 tendramos: c E = h Ecuacin 4


28


Por ltimo despejando la longitud de onda en la ecuacin 4, sta se calcula con la ecuacin 5:= c xh E

Ecuacin 5 m ) x (6,63x10 -34 Js) s 1,94 x 10 -18 J

(3,00x10 8 =

= 1,03 x 10-7 m 2. a) Escriba la configuracin electrnica para el flor, Z = 9 b) Escriba los cuatro nmeros cunticos para cada uno de estos electrones en su estado fundamental. Desarrollo: a) i) El flor tiene Z = 9.

ii) Como el flor no est ionizado tiene 9 electrones. iii) Con dos electrones se completa el primer nivel (1s2) iv) Quedan 7 electrones para llenar el orbital 2s y llenar parcialmente los orbitales 2p. Por lo tanto la configuracin electrnica de F es:1s2 2s2 2p5

b) i) ii) iii) iv) v) Se comienza por n = 1, as que l = 0, un subnivel que corresponde a un orbital 1s. Este orbital puede acomodar un total de dos electrones. En seguida, n = 2, y l puede ser 0 o bien 1. El subnivel l = 0 tiene un orbital 2s, capaz de acomodar dos electrones. Los cinco electrones restantes se acomodan en el subnivel l = 1, que tiene tres orbitales 2p. El Diagrama orbital es:

1s2

2s2

2p5


29


Los resultados de los nmeros cunticos se resumen en la tabla siguiente:l

Electrn 1 2 3 4 5 6 7 8 9

n 1 1 2 2 2 2 2 2 2

0 0 0 0 1 1 1 1 1

ml 0 0 0 0 -1 0 +1 -1 0

ms + - + - + + + - -

1s 2s

2px, 2py, 2pz


30

Gua de Ejercicios, Curso de Qumica General, Segundo Semestre 2011 EJERCICIOS PROPUESTOS

1.

Calcula la longitud de onda, la frecuencia y el nmero de ondas de una radiacin cuyos cuantos tienen una energa de 310-10 J. A qu zona del espectro electromagntico pertenece esta radiacin?Indique clculo de justificacin:

2.

Si cada tomo de un mol de tomos emite un fotn con una longitud de onda de 4,15.103 A, cunta energa se pierde? Expresa la respuesta en kJ/mol.Indique clculo de justificacin:

3.

Calcula la longitud de onda correspondiente a la 2 lnea de la serie de Balmer del espectro de hidrgeno.Indique clculo de justificacin:

4.

Calcula la longitud de onda que corresponde a un 1 neutrn emitido en la fisin del uranio en una pila atmica, con una energa de 8,0 x 1021 J.Indique clculo de justificacin:


31


5.

Cul es la frecuencia (Hz) de la lnea del espectro de hidrgeno que corresponde a la transicin de n = 6 a n = 2?Indique clculo de justificacin:

6.

Para ionizar el tomo de sodio se necesitan 118 kcal/mol. Si esta energa es de procedencia luminosa, cul ser la frecuencia ms baja del haz luminoso capaz de efectuar la ionizacin? y la longitud de onda?Indique clculo de justificacin:

7.

Para un tomo de hidrgeno, cul de las siguientes transiciones electrnicas requiere absorber una energa ms alta para producirse? Justifique su eleccin. a) n = 4 a n = 7; b) n = 6 a n = 7; c) n = 4 a n = 6; d) n = 3 a n = 6 y e) n = 2 a n = 3.Indique clculo de justificacin:

8.

La luz UV que broncea la piel cae en la regin de 320 a 400 nm. Calcule la energa total (en joules) que absorbe una persona expuesta a esta radiacin durante 2,0 horas, dado que en un intervalo de 80 nm (320 a 400 nm) chocan un total de 2,0 x 1016 fotones en la superficie de la Tierra por centmetro cuadrado por segundo y el rea corporal expuesta es 0.45 m2. Suponga que el cuerpo absorbe slo la mitad de la radiacin y refleja el resto. (Sugerencia: utilice una longitud de onda promedio de 360 nm para calcular la energa de un fotn).Indique clculo de justificacin:


32


9.

Cul de las posibles combinaciones de los nmeros cunticos son incorrectas? Justifique su eleccin. a) b) c) d) e) El orbital 3s tiene los nmeros cunticos n = 3, l = 0, ml = 1. El orbital 2s tiene los nmeros cunticos n = 2, l = 0 y ml = 0. La combinacin de nmeros cunticos n = 4, l = 3 y ml = 3. La combinacin de nmeros cunticos n = 7, l = 7 y ml = 7. La combinacin de nmeros cunticos n = 3, l = 1 y ml = 0.

Indique justificacin:

10.

Cules de las siguientes combinaciones de nmeros cunticos son correctas? De el nombre de los orbitales que representan. a) b) c) d) (4, 4, -1, ) (3, 2, 1, ) (3, -2, 1,- ) (2, 1, -1,- )


11.

Justifica el orden de los siguientes tomos (Ba, Cs, Cl, Ag, I, He) segn su radio atmico, su energa de ionizacin y su afinidad electrnica.Indique justificacin:

12.

a) Indique razonadamente los nmeros cunticos para los electrones 3p del cloro (Z = 17) en su estado fundamental. b) En el apartado anterior, indique razonadamente los nmeros cunticos que corresponden a los electrones desapareados que haya. c) Indica razonadamente, de acuerdo con los apartados anteriores los nmeros cunticos del ltimo electrn que completa la configuracin electrnica del ion cloruro (Cl) en su estado fundamental.Indique justificacin:


33


13.

Escribe la estructura electrnica de los elementos con nmero atmico 11, 35 y 54. Responda a las siguientes preguntas. a) A qu grupo del sistema peridico pertenece cada elemento? b) Qu estados de oxidacin sern los ms frecuentes? c) Cules son metales y cules no metales?Indique justificacin:

14.

Ordena razonadamente los siguientes elementos: Fe, Cs, F, N y Si de menor a mayor de acuerdo a: a) radio atmico; b) electronegatividad; c) energa de ionizacin.Indique justificacin:

15.

Dadas las siguientes configuraciones electrnicas pertenecientes a elementos neutros: A (1s2 2s2 2p2); B (1s2 2s2 2p5); C (1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1); D (1s2 2s2 2p4). Indique razonadamente: a) El grupo y periodo al que pertenece cada elemento. b) El elemento de mayor y de menor energa de ionizacin. c) El elemento de mayor y de menor radio atmico.Indique justificacin:


34


16.

Para cada una de las siguientes transiciones en el tomo de hidrgeno, calcule la energa, y de la radiacin asociada y determine si la radiacin se emite o se absorbe durante la transicin: a) De n = 5 a n = 1 b) De n = 6 a n = 2 c) De n = 4 a n = 5.Indique clculo de justificacin:

17.

Utilizando diagrama de orbitales, determine el nmero de electrones no apareado que hay en cada uno de los tomos siguientes: a) b) c) d) e) Ge In Ni Kr Br


18.

Suponiendo que Superman tuviera una masa de 91 kg, cul es la longitud de onda asociada con l si se mueve a una velocidad igual a la quinta parte de la velocidad de la luz? (J = kg/m2.s2)Indique clculo de justificacin:

19.

Calcula en joule, J, la diferencia de energas entre las rbitas 1s y 2p del tomo de cobre, sabiendo que la longitud de onda de la radiacin emitida cundo el electrn salta entre estos niveles es = 1,54 A.Indique justificacin:


35


20.

Escriba la configuracin electrnica del estado fundamental de los tomos e iones siguientes: N3-, Mg2+, Cl, K+ y Fe. Cules de ellos son isoelectrnicos? Hay algn caso en el que existan electrones desapareados?Indique justificacin:

DATOS IMPORTANTES: h = 6,63 x 10-34 J.s; c = 3,00 x 108 m/s; 1 nm = 1 x 10-9m; RH = 2,18 x 10-18 J; 1 eV = 1,6 x 10-19 J


36


1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

Respuesta: Respuesta: Respuesta: Respuesta: Respuesta: Respuesta: Respuesta: Respuesta: Respuesta: Respuesta:

= 6,62 x 10-16 m; = 4,53 x 1023 s-1; 1/ = 1,51 x 1015 cm-1. La radiacin es infrarroja. 2,82 x 102 kJ/mol 4,86 x 10-7m 7,31 x 1014 s-1 = 1,24 x 1018 s-1; = 2,42 x 10-10 m n = 2 a n = 3, ya que la energa es la mayor, 3,0 x 10-19 J. 1,8 x 105 J a) Incorrecta, porque l = 0 ml slo puede ser 0, orbital s. d) Incorrecta. No existe el nmero cuntico l = 7 ni ml = 7 Correcta la b) representa el orbital 3d Correcta la d) representa el orbital 2p Radio: He < Cl < I < Ag < Ba < Cs; Energa de ionizacin: Cs < Ba< Ag < I < Cl < He; Afinidad electrnica: (es menor cuanto ms negativa, es decir cuanto ms energa se desprenda al capturar un e ) Cl< I < Ag < Cs < Ba < He. As, el cloro es el elemento de los descritos que ms energa desprende al capturar el e por ser mayor su Z* y menor su tamao. En el caso del Ba y el He la afinidad electrnica ser positiva, y aunque en teora el He debera ser el elemento al que cuesta ms introducir un e, tambin es cierto que los metales alcalino-trreos tienen afinidades electrnicas positivas por tener el nivel s completo.

Respuesta: 1,28 x 10-10 m

12.

Respuesta:

a) (3p5): (3,1,-1,+); (3,1,0,+); (3,1,1,+); (3,1,-1,-); (3,1,0,-) b) (3,1,1,+) c) (3,1,1,-)

13.

Respuesta:

Z = 11: 1s22s22p63s1; Z = 35: 1s22s22p63s23p63d104s24p5; Z = 54: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6 a) Z = 11: Grupo IA (Metales alcalinos); Z = 35: Grupo VIIA (Halgenos); Z = 54: Grupo VIIIA (Gases nobles) b) Z = 11: + 1; Z = 35: - 1; Z = 54: 0Facultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Qumicas 37


c) Z = 11: Metal; Z = 35: No metal; Z = 54: Gas noble 14. Respuesta: a) F < N < Si < Fe < Cs; los tomos de menor tamao son los del periodo 2 (F y N) siendo el F menor por tener una mayor carga nuclear efectiva sobre los electrones de valencia, por un menor apantallamiento, al tener ms e en la ltima capa. El Si es del periodo 3 y es por tanto mayor al tener ms capas electrnicas. Lo mismo le sucede al Fe del periodo 4 y en mucha mayor medida al Cs del periodo 6. b) Cs < Fe < Si < N < F; la electronegatividad crece segn se sube en la tabla y segn se desplaza hacia la derecha dentro de un mismo periodo. As mientras el Cs es uno de los elementos menos electronegativos, el F es el elemento ms electronegativo. c) Cs < Fe < Si < N < F; sigue el mismo orden que la electronegatividad, puesto que en los metales es ms sencillo extraer un electrn y ms cuanto ms alejado se encuentre del ncleo, mientras que los no metales tienen altas energa de ionizacin y mayores cuanto ms a la derecha y ms hacia arriba se encuentren en la Tabla Peridica. 15. Respuesta: a) A: 2 perodo y grupo IVA (Carbono); B: 2 perodo, grupo VIIA (Flor); C: 4 perodo, grupo IA (Potasio); D: 2 perodo, grupo VIA (Oxgeno). b) Como la energa de ionizacin decrece con el tamao, el de menor energa de ionizacin ser el C (K) y el de mayor ser el B (F). c) Dado que el tamao del tomo viene dado fundamentalmente por el nmero cuntico principal, el mayor ser el D (K). Los otros tres pertenecen a un mismo perodo en el que debido al aumento de carga nuclear efectiva y, por tanto, mayor atraccin entre los electrones y el ncleo, a medida que se avanza hacia la derecha en el perodo disminuir el radio atmico por lo que el ms pequeo ser el B (F).


38


16.

Respuesta:Transicin electrnica

E (J)

(s-1)

(m)

Emisin o Absorcin

n=5an=1 n=6an=2 n=4an=5 17. Respuesta:

-2,09 x 1018 -4,84 x 1019 4,91 x 1020

3,15 x 1015 7,30 x 1014 7,40 x 1013

9,52 x 10-8 4,11 x 10-7 4,10 x 10-6

Emisin Emisin Absorcin

18. 19. 20.

Respuesta: Respuesta: Respuesta:

1,2 x 10-43 m 1,29 x 1021 J N3: 1s2 2s2 2p6 es isoelectrnico con Mg2+; Cl: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 es isoelectrnico con K+. Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d8 4s2 tiene electrones desapareados en los orbitales 3d.


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Gua de Ejercicios, Curso de Qumica General, Segundo Semestre 2011 GUIA N 4 UNIDAD N 3 ENLACE, GEOMETRA MOLECULAR E INTERACCIONES INTERMOLECULARES Objetivos especficos de la Unidad 3

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Enlaces qumicos. Smbolos de Lewis y Regla de octeto. Enlaces inicos. Iones y compuestos inicos. Prediccin de cargas inicas. Enlaces covalentes. Estructuras de Lewis. Enlaces mltiples. Polaridad de los enlaces y electronegatividad. Geometra molecular Polaridad Molecular Interacciones Intermoleculares: interacciones inicas, dipolo-dipolo, dipolo inducido dipolo inducido, uniones por puente de hidrgeno. Relacin entre tipo de enlace y propiedades fsicas.


BIBLIOGRAFIA:

1. 2.

Captulo 8 y 9. Qumica. R. Chang McGraw Hill. 7 Edicin, 2002. Captulo 7 y 8. Qumica. La Ciencia Central. Brown, Le May, Bursten Pearson. Prentice Hall. 9 Edicin, 2004.


40


1.

a) Escriba la estructura de Lewis del in perclorato, ClO4 b) Calcule las cargas formales c) Cul es la estructura ms razonable de acuerdo a las cargas formales que presenta? Desarrollo: a) Como sabemos: El O tiene Z = 8, por lo cual su configuracin electrnica es: 1s22s22p4 y los electrones del ltimo nivel o los de valencia sern 6; El Cl tiene Z = 17, por lo cual su configuracin electrnica es: 1s22s22p63s23p5 y los electrones del ltimo nivel o los de valencia sern 7, adems la estructura tiene un electrn ms. Por lo tanto, los electrones de valencia totales de la estructura del perclorato, ClO4-, ser: (O) 6 x 4 + (Cl) 7 x 1 + 1 electrn ms = 32 electrones, lo que esta de acuerdo a la siguiente estructura de Lewis:

b)C arg a Formal de nmero total de Nmero de electrones no enlazados Nmero total de electrones de enlace

un tomo en una = electrones de valencia estructura de Lewis en el tomo libre CF (Cl) = 7 - 0 - 8/2 = +3 CF(O) = 6 6 - 2/2 = -1 (4)

1 2

Desde un punto de vista electrosttico, los sistemas que presentan una gran separacin de cargas elctricas son poco estables. En general, por tanto, se prefieren estructuras de Lewis en las que los tomos tengan cargas formales 0 o a lo sumo 1. Por tanto esta estructura ser poco probable.


41


c) Al adecuarla para llegar a distribuciones electrnicas ms razonables de la estructura se debe considerar: i) El Cl pertenece al 3er periodo y por tanto puede ampliar el octeto, por lo tanto, puede alojar ms de 8 electrones. Uno de los tomos de O perifricos puede ceder un par de electrones, que contribuyen a un doble enlace:

Podemos recalcular las cargas formales: CF (Cl) = 7 0 - 10/2 = +2 CF(O) = 6 6 - 2/2 = -1 (3) CF (O) = 6 4 - 4/2 = 0 ii) Esta distribucin electrnica todava presenta una elevada separacin de cargas y por tanto cabe esperar que sea poco estable. El proceso de ceder electrones desde los O perifricos hacia el Cl para formar nuevos enlaces puede continuar:

Carga Formal de estructura III:

CF(Cl) = 7 0 - 12/2 = +1 CF(O) = 6 6 - 2/2 = -1 (2) CF(O) = 6 4 - 4/2 = 0 (2)Carga Formal de estructura IV:

CF(Cl) = 7 0 -14/2 = 0 CF(O) = 6 6 - 2/2 = -1 CF(O) = 6 4 - 4/2 = 0 (3)Carga Formal de estructura V:

CF(Cl) = 7 0 - 16/2 = -1Facultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Qumicas 42


CF(O) = 6 4 - 4/2 = 0 (4) iii) Las estructuras (III), (IV) y (V) son correctas desde el punto de vista de una distribucin electrnica adecuada. La decisin sobre cual es la ms representativa no es fcil. Podemos recurrir al siguiente argumento electrosttico: en una esfera conductora, las cargas elctricas se sitan en la superficie. Segn este argumento aquella distribucin que coloque las cargas formales negativa sobre los tomos perifricos (la nmero IV) podemos pensar que ser la ms estable. iv) No se puede olvidar que cada una de las estructuras anteriormente descritas (II), (III), (IV) y (V) presentan estructuras resonantes. Por ejemplo, para la (IV) tenemos las estructuras siguientes:

2.

Indicar la polarizacin de los enlaces en la molcula de metano, CH4, mediante el uso de flechas que indique el desplazamiento de la densidad electrnica. El enlace carbono hidrgeno est polarizado, con una densidad de carga negativa sobre el tomo de carbono y una densidad de carga positiva sobre el tomo de hidrgeno, debido a la diferencia entre la electronegatividad del carbono e hidrgeno. La electronegatividad del C es 2,5 y la del H es 2,1; la diferencia es 0,4.


43


1.

a) Escriba la estructura electrnica de los tomos de los elementos cuyos nmeros atmicos son 11, 13 y 16. b) Indique, justificando la respuesta, el elemento de mayor carcter metlico. c) En qu grupo y perodo del sistema peridico est situado cada elemento?Indique justificacin:

2.

Dados los elementos A, B, y C de nmeros atmicos 9, 19 y 35, respectivamente: a) Escriba la estructura electrnica de esos elementos. b) Determine el grupo y perodo a los que pertenecen. c) Indique cual es el ms electronegativo.Indique justificacin:

3.

Dados los siguientes compuestos: CaF2, CO2, H2O. Indique el tipo de enlace predominante en cada uno de ellos.Indique justificacin:

4.

Explique, en funcin del tipo de enlace que presentan, las afirmaciones siguientes: a) El cloruro de sodio es soluble en agua. b) El hierro es conductor de la electricidad.Indique justificacin:


44


5.

Comente, razonadamente, la conductividad elctrica de los siguientes sistemas: a) Un hilo de cobre. b) Un cristal de Cu(NO3)2 . c) Una disolucin de Cu(NO3)2 .Indique justificacin:

6.

Defina los conceptos, de los valores y estructura para los elementos siguientes: Mg (Z = 12), Cl (Z = 17), Al (Z = 13) y O (Z = 8). a) b) c) d) Capa de Valencia Electrones de Valencia Valencia Estructura de Lewis


7.

A partir de las configuraciones electrnicas de los tomos correspondientes, de las estructuras de Lewis de las especies qumicas: NF3, NO2- y NO3-.Indique justificacin:

8.

Escribir las frmulas de Lewis para las molculas: Cloruro de sodio, NaCl; catin amonio, NH4 + y Amonaco, NH3.Indique justificacin:


45


9.

a) Escriba las estructuras contribuyentes del ion SCN-. b) Cul de ellas es ms estable y porqu?Indique justificacin:

10.

a) Escriba la estructura de Lewis del in nitrato, NO3b) Calcule las cargas formales c) Presenta estructuras resonantes, si es afirmativo, escriba los hbridos resonantes del in?Indique justificacin:

11.

a) Escriba la estructura de Lewis y, b) Calcule la carga formal de las molculas siguientes: i) PCl3; ii) ICl4-; iii) ClF3; iv) OSF4Indique justificacin:

12.

Indicar la polarizacin de los enlaces en H2O, SO y IBr mediante el uso de flechas que sealen el desplazamiento de la densidad electrnica.Indique justificacin:


46


13.

Indique si las siguientes propiedades del amonaco son ciertas o falsas, razonando la respuesta en cada caso: a) Es mal disolvente de compuestos inicos. b) La molcula de amonaco es polar.Indique justificacin:

14.

Responda de modo razonado a las siguientes preguntas: a) Qu compuesto ser ms soluble en agua: xido de calcio o yoduro de cesio? b) Quin tendr un punto de fusin ms elevado: Bromuro de potasio o fluoruro de sodio? c) Justifique por qu, en condiciones estndar, el agua es un lquido y el sulfuro de hidrgeno es un gas.Indique justificacin:

15.

Para la molcula de BF3 indique: a) Geometra molecular b) Polaridad de la molculaIndique justificacin:


47


16.

Qu clases de fuerzas intermoleculares existen entre las molculas de los pares siguientes? a) b) c) d) Amonaco y agua. Dixido de carbono y cloruro de telurio (IV). Nitrgeno gaseoso y bromuro de fsforo (V). Ion carbonato y ozono.


17.

Con base en la geometra molecular y los tipos de enlace, determine cules de las molculas siguientes son polares: NH3, CH4, H2O, CH2Cl2, CCl4, CaCl2Indique justificacin:

18.

Explicar en trminos de fuerzas intermoleculares por qu: a) El HF tiene mayor temperatura de ebullicin que el HBr. b) Las molculas simtricas suelen hervir a temperaturas ms bajas que las no simtricas de masa molar similar. c) Un cubito de hielo flota en un vaso de H2O.Indique justificacin:


48


19.

Para las siguientes molculas PbO32; XeCl5+ y XeCl2, determine: a) La estructura de Lewis b) La geometra molecular del tomo central.Indique justificacin:

20.

Con base en la molcula hipottica siguiente:

Determine la geometra molecular con respecto a los tomos de C, Si, Te, Cl y N.Indique justificacin:


49


21.

Seale seis propiedades que son afectadas por las interacciones intermoleculares y cinco factores que influyen en las fuerzas intermolecularesIndique justificacin:

22.

Clasifique las siguientes fuerzas intermoleculares atractivas en trminos de fuerzas in-dipolo o fuerzas entre molculas covalentes a) b) c) d) e) f) dipolo-dipolo in-dipolo permanente dipolo-dipolo inducido in-dipolo permanente dispersin o fuerzas de London puente de hidrgeno


23.

Seale el tipo de interacciones intermoleculares que presentan cada uno de los pares de molculas que se indican a continuacin a) NaCl en H20 b) K+ en SF6 c) Cmo se ve influenciada la solubilidad en cada par de molculas?


50

Gua de Ejercicios, Curso de Qumica General, Segundo Semestre 2011Indique justificacin:

24.

Dibuje las estructuras de Lewis para el cis 2,3-diclorometano y el trans 2,3diclorometano a) b) c) d) Seale si el momento dipolar es igual o diferente a cero en ambas molculas Seale el tipo de interaccin intermolecular en ambas molculas Cul ismero presenta mayor punto de ebullicin? ambas presentan la misma solubilidad en el mismo tipo de solvente?


25.

En la siguiente tabla se listan molculas orgnicas que presentan masas molares similares con sus respectivos valores de momento dipolar Molcula orgnica Propano Dietil ter Acetaldehdo Acetonitrilo Masa Molar (g/mol) 44 46 44 41 Momento dipolar (Debye) 0,1 1,3 2,7 3,9


51


a) Dibuje las estructuras de Lewis para cada molcula y seale que tipo de interacciones intermoleculares presenta cada una de ellas b) Cul molcula presenta la mayor fuerza de atraccin? c) Ordene las molculas desde mayor a menor punto de ebullicin?Indique justificacin:

26.

Explique qu tipo de interacciones moleculares permiten que sea posible licuar el N2 y el O2.Indique justificacin:

27.

En la siguiente tabla se listan los puntos de fusin y de ebullicin de los gases nobles, en trminos de interacciones intermoleculares explique las diferencias en estas propiedades Gas noble He Ne Ar Kr Xe Punto de fusin C -270 -249 -189 -159 -112 Punto de Ebullicin C -269 -246 -186 -153 -108


52

Gua de Ejercicios, Curso de Qumica General, Segundo Semestre 2011Indique justificacin:

28.

En la siguiente tabla se listan los puntos de fusin y de ebullicin de los halogenos, en trminos de interacciones intermoleculares explique las diferencias encontradas en estas dos propiedades Halgeno F2 Cl2 Br2 I2Indique justificacin:

Punto de Fusin C -220 -101 -7 114

Punto de Ebullicin C -188 -34 59 184

29.

En los hidrocarburos alifticos lineales se presenta el siguiente comportamiento de punto de ebullicin en funcin del nmero de tomos de carbono (nmero de electrones)


53



30.

En el siguiente grfico de temperatura de ebullicin versus perodo, para diferentes hidruros moleculares

Variacin de los puntos de ebullicin de hidruros moleculares Al respecto: a) Qu especie se encuentra en estado gaseoso a temperatura ambiente? b) Qu tipo de interacciones estn presentes en estas molculas? c) Por qu los compuestos formados por los elementos del grupo VI presentan mayor punto de ebullicin que los compuestos formados por los elementos del grupo VII? d) En el caso de hidruros formados por los tomos de N, O y F presentan anomalas con respecto a los puntos de ebullicin. Qu tipos de interacciones producen esta anomala?.Indique justificacin:


54


RESPUESTAS

1.

Respuesta:

a) Na: 1s2 2s2 2p6 3s1 Al: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 S: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 b) El elemento de mayor carcter metlico es el Na, porque tiene una gran tendencia a perder el electrn que tiene en su ltimo nivel, para alcanzar la configuracin estable del gas noble del perodo anterior. c) Na: grupo I A, perodo 3; Al: grupo III A, perodo 3; S: grupo VI A, perodo 3.

2.

Respuesta:

a) A: 1s2 2s2 2p5 B: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 C: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p5 b) A: grupo VII A, perodo 2; B: grupo I A, perodo 4; C: grupo VII A, perodo 4. c) La tendencia es mayor en A que en C, porque es ms pequeo y el ncleo atrae con mayor fuerza al electrn que necesita captar.

3. 4.

Respuesta: Respuesta:

CaF2: Inico, Diferencia de Electronegatividad (EN ) = 3; CO2: covalente, EN = 1 y H2O covalente, EN = 1,4. a) Los compuestos inicos son solubles en disolventes polares como el agua. b) Las sustancias metlicas conducen la corriente elctrica gracias a la movilidad de la nube de electrones.

5.

Respuesta:

a) Conduce la corriente elctrica en estado slido y fundido gracias a la movilidad de la nube electrnica. b) No conduce la corriente elctrica porque los iones estn ocupando posiciones fijas y no tienen libertad de movimiento. c) Al disolverse el cristal, los iones tienen libertad de movimiento y pueden conducir la corriente elctrica.

6.

Respuesta:

a) Representacin del ltimo nivel de energa de laFacultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Qumicas 55


configuracin electrnica de un elemento. b) Electrones que se encuentran en la Capa de Valencia. c) Nmero de electrones encontrados en el nivel ms externo de un tomo (ltimo nivel de energa). (Tabla N 1). Este valor representa por lo tanto, la capacidad de un tomo individual para combinarse con otros tomos. El valor expresa el nmero de electrones que un tomo puede dar a o aceptar de otro tomo. (Tabla N 1). d) Estructura de Lewis es la representacin grfica del smbolo del elemento con los electrones de valencia alrededor del smbolo, empleando puntos o asteriscos. (Tabla N 2).Elemento Tabla N1 Capa de Valencia Electrones de Valencia Valencia

Mg Cl Al O

3s2 3s2 3p5 3s2 3p1 2s2 2p4Tabla N2

2 7 3 6

+2 -1 +3 -2


56


7.

Respuestas:

N: 1s2 2s2 2p3 O: 1s2 2s2 2p4 F: 1s2 2s2 2p5

8.

Respuesta:


57


9.

Respuesta:

a)

b) La estructura (III) es la ms inestable puesto que representa la molcula con una gran separacin de cargas formales. Las estructuras de ms peso en el hbrido de resonancia sern la (I) y (II). De entre ellas podemos decir que la que contribuir de forma ms eficaz es la (II) puesto que sita la carga formal -1 sobre el tomo ms electronegativo mientras que la (I) lo sita sobre el S. Por tanto el peso relativo de cada una de estas estructuras en el hbrido de resonancia sera el siguiente: (II) > (I) >>> (III). 10. Respuesta: a)

b) las cargas formales: CF(N) = 5 0 - 8/2 = 1; CF(O) = 6 4 - 4/2 = 0 (1) CF (O) = 6 6 - 2/2 = -1 (2) c) Si presenta resonancia. En este caso podemos imaginar 3 estructuras resonantes:


58


11.

Respuesta:

i)

a)

b) ii) a)

CF (P) = 5 - 2 - 6/2 = 0 CF (F) = 7 - 6 - 2/2 = 0 (3)

b) iii) a)

CF (I) = 7 4 - 8/2 = -1 CF (Cl) = 7 6 - 2/2 = 0 (3)

b)

CF(Cl) = 7 - 4 - 6/2 = 0 CF(F) = 7 - 6 - 2/2 = 0 (3)

iv) a)

b)

Como tomo central colocamos al S.


59


CF(O) = 6 6 - 2/2 = -1 CF(S) = 6 0 -10/2 = 1 CF (F) = 7 6 - 2/2 = 0 (4) Aunque en este caso hay otra distribucin posible que no sita cargas formales sobre ningn tomo y que por lo anteriormente expuesto ser la ms probable:

y las cargas formales son: CF(O) = 6 4 - 4/2 = 0 CF(S) = 6 0 - 12/2 = 0 CF(F) = 7 6 - 2/2 = 0 (4) 12. Respuesta: H2O: La densidad electrnica est desplazada hacia el tomo de oxgeno (E.N. O = 3,5); (E.N. H = 2,1); diferencia 1,4.

SO: La densidad electrnica est desplazada hacia el tomo de oxgeno (E.N. O = 3,5); (E.N. S = 2,5); la diferencia es 1.

IBr: La densidad electrnica est desplazada hacia el tomo de bromo, (E.N. Br = 2,8); (E.N. I = 2,5); la diferencia es 0,3.

13.

Respuesta:

a) y b) Para que un disolvente sea adecuado para los compuestos inicos, debe tener sus molculas polarizadas. Si tenemos en cuenta las electronegatividades del N (3,0) y del H (2,1) sus enlaces estarn polarizados con un exceso de carga ms cerca del N que del H; de esa forma, y dado que, adems el N tiene un par deFacultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Qumicas 60


electrones desapareados, la molcula en su conjunto presentar una cierta carga negativa en el vrtice del tetraedro, y un exceso de carga positiva en la cara tetradrica en la que se sitan los H, por ello, s disolver a los compuestos inicos, aunque menos que el agua.

14.

Respuesta:

a) La proporcin de carcter inico en un enlace entre dos tomos es tanto mayor cuanto mayor sea la diferencia de electronegatividades entre los tomos enlazados, y sabemos que esta propiedad aumenta en la Tabla peridica de abajo a arriba en los grupos, y de izquierda a derecha en las periodos. La solubilidad en agua es una propiedad que es mucho ms notable cuanto mayor sea el carcter inico del enlace. En este caso el yoduro de Cesio tiene una proporcin de carcter inico mayor que el xido de calcio, por lo que ser ms soluble en agua. b) El punto o temperatura de fusin de un determinado compuesto es tanto mayor cuanto mayor sea el carcter inico del enlace que los une. En el caso de los dos compuestos que nos dan, la mayor diferencia de electronegatividades se da en el caso del Fluoruro de sodio, por lo que ser ste el que tiene un punto de fusin ms elevado. c) En los dos compuestos que nos dan, el enlace intermolecular, de tipo puente de hidrgeno, estar ms polarizado en el caso del enlace O H que en el S H, ya que la diferencia de electronegatividades entre O e H es mayor que en el caso del S y el H.Facultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Qumicas 61


Debido a ello, aparecen enlaces intermoleculares por puente de hidrgeno entre un tomo de O de una molcula de agua y un H de una molcula vecina, mientras que este enlace por puente de hidrgeno no aparece en el caso del H2S. Como consecuencia de ello, las agrupaciones moleculares en el caso del agua son mayores que en el sulfuro de hidrgeno debido a la existencia de enlaces por puente de Hidrgeno, lo que hacen que el estado fsico del agua sea lquido, mientras que el sulfuro de hidrgeno es un gas en condiciones estndar. 15. Respuesta: a) En este caso estamos ante una excepcin a la regla del octeto. El boro tiene 3 pares de electrones compartidos. La forma de disponer esos tres pares de electrones lo mas lejos posible es hacia los vrtices de un triangulo equiltero. Las tres uniones quedan en un plano. Esa geometra se denomina PLANA TRIGONAL y los ngulos entre los enlaces son de 120.

b) Los tres momentos dipolares de las uniones boro flor son iguales en mdulo, pero al estar dispuestos en el espacio en forma simtrica (existe un centro de simetra), su suma es igual a cero. Es una molcula NO POLAR. 16. Respuesta: a) Dipolo-dipolo y puentes de hidrgeno b) Dipolo-dipolo inducido c) Dipolo-dipolo inducido d) Ion-dipolo inducido 17. 18. Respuesta: Respuesta:

NH3, H2O, CH2Cl2a) b) El F forma puentes de hidrgeno (pequeo tamao y alta electronegatividad). Las molculas no simtricas que son polares tienen la capacidad de establecer interacciones intermoleculares de tipo dipolo-dipolo que son ms fuertes que las de dispersin queFacultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Qumicas 62


presentan las molculas simtricas, ya que son apolares. c) La densidad del agua en estado slido es menor que en estado lquido, debido a que al estar sus molculas ms ordenadas producto de su cercana, esto facilita que se intensifiquen las interacciones intermoleculares. 19. Respuesta: a)

b) Plana trigonal; Piramidal cuadrada y Lineal. 20. Respuesta C: Plana trigonal Si: Tetradrica Te: Angular Cl: Piramidal trigonal N: Piramidal trigonal Punto de fusin, punto de ebullicin, presin de vapor, solubilidad, densidad, viscosidad. Distribucin de la densidad electrnica, electronegatividad de los tomos, forma de las molculas, tamao de las molculas a) fuerza entre molculas covalentes b) fuerza entre iones y dipolos (covalentes) c) fuerza entre molculas covalentes d) fuerza entre iones y dipolos (covalentes) e) fuerza entre molculas covalentes f) fuerza entre molculas covalentes a) on dipolo permanente b) on dipolo inducido c) la solubilidad de NaCl em H2O ES mayor debido a que la molcula de gua presenta momento dipolar distinto de cero a diferencia del SF6 que presenta momento dipolar resultante 0 a) El ismero Cis presenta momento dipolar resultante distinto de cero, en cambio el momento dipolar resultante del ismero Trans es = 0 b) En el caso del ismero Cis presenta interaccin dipolo-dipolo c) Ismero Cis presenta mayor punto de ebullicin

21.

Respuesta

22.

Respuesta

23.

Respuesta

24.

Respuesta


63


d) Depende exclusivamente del tipo de solvente, em solvente polar el ismero Cis mayor solubilidad, en solvente apokar ismero Trans mayor solubilidad. 25. Respuesta a) el compuesto que presenta mayor fuerza de atraccin es el que presenta mayor polaridad, por lo tanto el acetonitrilo presenta mayor fuerza de atraccin c) mayor polaridad, mayor fuerza de atraccin, mayor punto de ebullicin, esto implica que el orden de mayor a menor punto de ebullicin es el siguiente: Acetonitrilo, acetaldehdo, dietil ter, propano Debido a interacciones de tipo London Interacciones de tipo London, a mayor Masa Molar, mayor es la fuerza de atraccin y mayor ser el punto de fusin y de ebullicin en molculas similares Se deben a interacciones de tipo London. Son atracciones que se dan entre cualquier tipo de molculas debido a los dipolos instantneos que se forman producidos por las fluctuaciones en la densidad electrnica que rodea a los tomos. Las fuerzas de London dependen de la forma de la molcula. Para molculas de forma semejante, crecen con la masa molecular y con la polarizabilidad ya que esos dos factores facilitan la fluctuacin de los electrones En hidrocarburos alifticos se presentan Fuerzas de dispersin o London, y estas fuerzas se vem influenciadas por la forma de la molcula. A mayor superfcie, mayor interaccin de London, de esta manera los hidrocarburos lineales presenta mayor interaccin que las molculas ramificadas a) agua b) en La mayora de estos compuestos existen interacciones del tipo dipolo-dipolo, pero en el caso de ls molculas formadas por elementos del perodo 2 (N, O y F) adems presentan interacciones por puente de hidrogeno c) se deben a que estas molculas presentan interacciones de puente de hidrgeno

26. 27.

Respuesta Respuesta

28.

Respuesta

29.

Respuesta

30.

Respuesta


64


GUIA N 5 UNIDAD N 4 ESTEQUIOMETRA Objetivos especficos de la Unidad 4

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Ecuaciones qumicas: Escritura y balanceo de ecuaciones Pesos atmicos y moleculares. Escala de masas atmicas El mol y nmero de Avogadro Masas molares. Frmulas moleculares y empricas Clculos con frmulas qumicas y ecuaciones Reactivo limitante, rendimiento de una reaccin.


BIBLIOGRAFIA:

1. 2.

Captulo 3. Qumica. R. Chang McGraw Hill. 7 Edicin, 2002. Captulo 3. Qumica. La Ciencia Central. Brown, Le May, Bursten Pearson. Prentice Hall. 9 Edicin, 2004.Facultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Qumicas 65


1.

El mentol, la sustancia que podemos oler en las pastillas mentoladas para la tos, se compone de C, H y O. Una muestra de 0,1005 g de mentol se quema, produciendo 0,2829 g de CO2 y 0,1159 g de H2O. Determine la frmula emprica del mentol. Si el compuesto tiene una masa molar de 156 g/mol, qu frmula molecular tiene? CxHyOz 0,1005 g + O2 CO2 + 0,2829 g H2O 0,1159 gM H = 1,01 g/mol M C = 12,01 g/mol M O = 16,00 g/mol

A. Masas molares de CO y H O:2 2

M CO = 44,01 g/mol M H O = 18,02 g/mol2 2

B. Moles y masa de carbono:

Sabiendo que:

n=m/M

n CO2 =

0,2829 g = 6,428 x 10 3 mol 44,01 g / mol

1 mol C -3 6,428 x 10- 3 moles de CO 2 x 1 mol CO = 6,428 x 10 moles de C 2 n de Carbono = 6,428 x 10-3 moles de C

m de Carbono = 6,428 x 10 moles de C x m de Carbono = 0,07720 gC. Moles y masa de hidrgeno:

-3

12,01 g 1 mol C

n H 2O =

0,1159 g = 6,432 x 10-3 mol 18,02 g/mol

2 mol H 6,432 x 10-3 moles de H 2O x 1 mol H O = 0,01286 moles de H 2 n de Hidrgeno = 0,01286 moles de H

m de Hidrgeno = 0,01286 moles de H x m de Hidrgeno = 0,01299 g

1,01 g = 0,01299 g 1 mol H


66

Gua de Ejercicios, Curso de Qumica General, Segundo Semestre 2011 D. Moles y masa de Oxgeno

m total = m O + m C + m H m O = m total (m C + m H) m O = 0,1005 g (0,07720 g + 0,01299 g) m O = 0,0103 g

nO =

0,0103 g 16,00 g / mol

n de Oxgeno = 6,44 x 10-4 moles de O E. Determinacin de Frmula emprica: n de Carbono = 6,428 x 10-3 moles de C n de Hidrgeno = 0,01286 moles de H n de Oxgeno = 6,44 x 10-4 moles de O

Una vez determinado el nmero de moles, se divide por el menor de ellos para transformarlos en nmeros enteros.

n de Hidrgeno 0,01286 moles de H = = 19,97 20 n de Oxgeno 6,44 x10 4 moles de On de Carbono 6,428 x 10-3 moles de C = = 9,98 10 n de Oxgeno 6,44 x10 4 moles de O n de Oxgeno 6,44 x104 moles de O = =1 n de Oxgeno 6,44 x10 4 moles de OFrmula emprica = C H O10 20

F. Determinacin de Frmula molecular:

Ahora se determina el nmero de unidades (C H O) presentes en la frmula molecular.10 20

Masa de la frmula emprica = (12,01 g / mol x 10) + (1,01 g / mol x 20) + (16,00 g / mol x 1) Masa de la frmula emprica = 156 g / molFacultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Qumicas 67


Masa molar = 156 g/mol

Masa molar 156 g / mol = =1 Masa de la frmula emprica 156 g / molFrmula molecular = C H O10 20

2.

En la reaccin de obtencin de fosfina, a partir de fosfuro de calcio, en presencia de agua, segn la siguiente ecuacin no balanceada:

Se hacen reaccionar 461 g de fosfuro de calcio, Ca3P2, en presencia de 360 g de agua. Segn estos datos, calcule: a) La masa de fosfina, PH3, obtenida. b) La cantidad de materia de hidrxido de calcio, Ca(OH) 2, obtenida. c) Si el rendimiento de la reaccin es de 72%, calcule la masa de fosfina, PH3, realmente obtenida. a) Clculo de la masa de fosfina, PH3, obtenida: . Lo primero que debemos hacer siempre cuando hay una ecuacin qumica es balancear la ecuacin. La ecuacin correctamente balanceada es:

Una vez balanceada correctamente nuestra ecuacin, calculamos la masas molares de reactantes y productos involucrados en la reaccin. Las masas molares de los reactantes y productos involucrados siempre son datos, en caso contrario, deben ser determinadas previamente antes de cualquier clculo estequiomtrico. Masa molar fosfuro de calcio, Ca3P2 = 182 g/mol Masa molar agua, H2O = 18 g/mol Masa molar fosfina, PH3 = 34 g/mol Masa molar hidrxido de calcio, Ca(OH)2 = 74 g/mol Ahora determinaremos el reactivo limitante de la reaccin.


68


Para este efecto, vamos a calcular la cantidad de materia, moles, de cada reactante involucrado en la reaccin. n Ca 3P2 = 461 g x 1 mol 182 g

n Ca3P2 = 2,53 mol

Anlogamente para el agua: Segn, los coeficientes estequiomtricos de la reaccin, nos indican que: nH 2 O = 2,53 mol Ca 3P2 xn H2O= 15,2 moles

6 mol H2 O 1 mol Ca 3P2

Inicialmente se tienen 20 moles de agua y solamente reaccionan 15,2 moles para consumir los 2,53 moles de fosfuro de calcio disponible. Luego, el limitante de la reaccin es el fosfuro de calcio. Por lo tanto, el fosfuro de calcio ser nuestra base de clculo. Ahora hay que calcular la masa de fosfina, PH3, obtenida: Basndose en los coeficientes estequiomtricos de la reaccin, podemos decir que:

n PH3 = 2,53 mol Ca 3P2 xn PH3 = 5,06 mol

2 mol PH3 1 mol Ca 3P2

La masa terica de la fosfina: m PH3 = 5,06 mol Ca 3P2 xm PH3 = 172 g

34 g 1 mol

La cantidad de fosfina obtenida es 172 g, si la reaccin tuviese un 100% de rendimiento. Por esta razn, se llama rendimiento terico. . b) Clculo de la cantidad de materia de hidrxido de calcio, Ca(OH)2, obtenida. El primer paso a seguir es calcular la cantidad de materia terica de hidrxido de calcio.Facultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Qumicas 69


Para lograr este objetivo debemos estequiomtricos de la reaccin: n Ca(OH) 2 = 2,53 mol Ca 3P2 xn Ca(OH)2 = 7,59 mol

considerar

los

coeficientes

3 mol Ca (OH) 2 1 mol Ca 3P2

La cantidad de hidrxido de calcio, Ca(OH)2, obtenida si hubiese un 100 % de reaccin es 7,59 mol. c) Clculo de la masa de fosfina, PH3, realmente obtenida, si el rendimiento de la reaccin es de 72 %. Rendimiento en porcentaje, se puede expresar de la siguiente manera:

Para nuestro caso,

Recordemos que la cantidad de fosfina obtenida es 172 g. Entonces:

m PH3 = 172 gm PH3 = 124 g

x

72 100

La masa de fosfina obtenida, PH3, para un rendimiento del 72 % es 124 g.


70


1.

En los prospectos de varios medicamentos se informa que una cantidad de diversos compuestos (por comprimido, sobre o cucharada) equivale a cierta cantidad de calcio, segn se indica entre parntesis. Verificar las citadas equivalencias: a) Medicamento A: 1250 mg carbonato clcico (500 mg Ca). b) Medicamento B: 1260 mg carbonato clcico (500 mg Ca). c) Medicamento C: 2500 mg carbonato clcico (1000 mg 25 mmol Ca). d) Medicamento D: 3,30 mg fosfato clcico (1,2 g Ca). e) Medicamento E: 1 cucharada (=15 mL) de disolucin en la que por 100 mL hay 1671 mg de fosfato clcico (100 mg Ca). f) Medicamento F: 1 cucharada (=15 mL) de disolucin en la que por 100 mL hay 2088 mg de fosfato clcico (125 mg Ca). g) Medicamento G: 3750 mg pidolato clcico, Ca(C5H6O3N)2, (500 mg Ca).Indique clculo de justificacin:

2.

La densidad del hierro es 7,87 g/cm3. Calcule el nmero de los tomos del hierro presentes en un cubo que tenga un borde de 3,00 centmetros.Indique clculo de justificacin:

3.

Una gota de agua a 4,00C cuyo volumen es de 0,0500 cm3, cuntas molculas de agua contiene?Indique clculo de justificacin:

4.

El cianuro de hidrgeno, HCN, es un lquido incoloro, voltil, con el olor de ciertos huesos de frutas (por ejemplo los huesos del durazno y cereza). El compuesto es sumamente venenoso. Cuntas molculas hay en 56 mg de HCN, la dosis txica promedio?Indique clculo de justificacin:


71


5.

Cuntos moles de sulfuro de sodio, Na2S corresponden a 2,709 x 1024 molculas de Na2S y a cuntos moles de sodio?Indique clculo de justificacin:

6.

El prospecto de un medicamento indica, en una versin A, que cada comprimido contiene 256,30 mg de sulfato ferroso sesquihidratado, FeSO41,5H2O, equivalente a 80 mg de hierro. En otra versin B de ese mismo medicamento, se indica que el contenido de dicha sal, por comprimido, es de 270 mg, tambin equivalente a 80 mg de hierro. Raznese cul de los dos prospectos indica la equivalencia correcta.Indique clculo de justificacin:

7.

La hemoglobina, una protena que se encuentra en los eritrocitos transporta el O2 de los pulmones hasta las clulas de los tejidos. El hierro (como in Fe2+) es el 0,33% de la masa de la hemoglobina. Si la masa molar de la hemoglobina es 6,8 x 104 g/mol. Cuntos moles de iones Fe2+ hay en un mol de la molcula?Indique clculo de justificacin:


72


8.

Determinar la frmula emprica de los minerales que tienen la siguiente composicin: a) Na 12,1%; Al 14,19%; Si 22,14%; O 42,09%; H2O 9,48%. b) ZnSO4 56,14%; H2O 43,86%Indique clculo de justificacin:

9.

Una muestra de 1,367 g de un compuesto orgnico se quem en corriente de aire y dio 3,002 g de CO2 y 1,640 g de H2O. Si el compuesto slo contena C, H y O: a) Cul es su frmula emprica? b) Si su masa molar determinada experimentalmente es 60 g/mol. Cul es su frmula molecular?Indique clculo de justificacin:

10.

El anlisis de una muestra de cido ascrbico (vitamina C) cuya masa es 1,274 g dio la siguiente composicin: C 0,521 g; H 0,058 g y el resto es oxgeno. Determinar la frmula molecular de la vitamina C si se conoce que su masa molar es de 176g/mol.Indique clculo de justificacin:


73


11.

Una muestra de 7,61 g de cido p-aminobenzoico (compuesto utilizado en los cosmticos con filtros solares) se quem en corriente de oxgeno y se obtuvo 17,1 g de CO2, 3,50 g de H2O y 0,777 g de N2. El compuesto contiene carbono, hidrgeno, nitrgeno y oxgeno. a) Cuntos moles de tomos de carbono, hidrgeno y nitrgeno contena la muestra? b) Qu masa de C, H y N contena la muestra? c) Basado en la masa de la muestra original, qu masa de oxgeno contena la muestra? d) Cul es la frmula emprica del cido p-aminobenzoico?Indique clculo de justificacin:

12.

El prospecto de un medicamento indica que cada comprimido contiene 525 mg de sulfato ferroso, equivalente a 105 mg de hierro elemento. Asumiendo que el sulfato ferroso tiene cierto grado de hidratacin, determine la frmula de la sal correspondiente.Indique clculo de justificacin:

13.

Equilibrar las siguientes ecuaciones qumicas: a) _ b) _ c) _ d) _ e) _ f) Mn _ + _ O2 _ MnO374

Fe Fe Cu S Cl2

+ + + + +

_ _ _ _ _

O2 O2 O2 O2 O2

_ _ _ _ _

FeO Fe2O3 Cu2O SO2 Cl2O5



g) _ h) _ i) _ j) _ k) _ l) _ ll) _ m) _ n) _ o) _ p) _ q) _ r) _ 14.

I2 FeO Fe2O3 Li2O Cl2O Cl2O3 Cl2O5 Cl2O7 SO2 SO3 HClO3 HNO3 H2CO3

+ + + + + + + + + + + + +

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

O2 H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O NaOH Ca(OH)2 NaOH

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

I2O7 Fe(OH)2 Fe(OH)3 LiOH HClO HClO2 HClO3 HClO4 H2SO3 H2SO4 NaClO3 Ca(NO3)2 Na2CO3 + + + _ _ _ H2O H2O H2O

El fluoruro de hidrgeno se fabrica para la produccin de freones, segn la siguiente reaccin (no balanceada): CaF2 (s) + H2SO4 (ac) CaSO4 (s) + HF (g) Si reaccionan 1 kg de fluorita de 70% de pureza en fluoruro de calcio, con 2 litros de solucin de cido sulfrico al 50% en masa de densidad 1,5 g/mL, calcular: a) el reactivo limitante b) el reactivo en exceso y qu cantidad queda sin reaccionar c) la masa de fluoruro de hidrgeno formado d) el nmero de moles de la sal que se obtiene como producto.Indique clculo de justificacin:


75


15.

Bajo ciertas condiciones la reaccin de formacin de amonaco a partir de nitrgeno e hidrogeno tiene un rendimiento de 38.2%. Cuntos gramos de NH3 deben reaccionar con un exceso de de oxgeno para producir 17,5 g de NO? 4 NH3(g) + 5 O2(g) 4 NO(g) + 6 H2O(g)Indique clculo de justificacin:

16.

El trixido de azufre se obtiene de la reaccin del dixido de azufre y oxgeno. Cuntos gramos de SO3 pueden producirse de la reaccin de 3,00 g SO2 con 2,02 g de O2?Indique clculo de justificacin:

2 SO2 (g) + O2 (g) 2 SO3 (g)

17.

El magnesio reacciona con el yodo gaseoso a altas temperaturas para producir yoduro de magnesio. Qu masa de MgI2 puede ser producida a partir de la reaccin de 4,44 g Mg y 13,4 de I2?Indique clculo de justificacin:


76


18.

La reaccin de 10,0 H2(g) con 10,0 g de O2(g) dan 8,43 g de H2O(g). Cul es el porcentaje de rendimiento de de esta reaccin?Indique clculo de justificacin:

19.

El vidrio comn se obtiene fundiendo en hornos una mezcla molida de arena de cuarzo (SiO2), carbonato de sodio (Na2CO3) y carbonato de calcio (CaCO3) a 1500 1600C:Na2CO3 CaCO3 calor CaO + CO2 (g) Na2O + CO 2 (g)

El Na2O y el CaO reaccionan con el SiO2 obtenindose:Na2O + CaO + 6SiO 2 calor Na2O . CaO . 6SiO 2 vidrio

Calcular cuntos gramos de SiO2, Na2CO3 y CaCO3 se necesitan para obtener 1 kg de vidrio.Indique clculo de justificacin:


77


20.

Una muestra de 10,50 g de una mezcla de carbonato de calcio (CaCO3) y sulfato de calcio se calent para descomponer el carbonato, de acuerdo a la ecuacin siguiente:

CaCO3

CaO + CO2

El CO2 gaseoso escap y el CaSO4 no se descompone por el calentamiento. La masa final de la muestra es 7,64 g Qu porcentaje de la mezcla original es CaCO3?

Indique clculo de justificacin:

21.

Una mezcla de clorato y perclorato de potasio de masa 4,0 g se descompone por calentamiento formandos 2,40 g de cloruro de potasio y oxgeno en ambas reacciones. Las ecuaciones involucradas (sin balancear) en esta reaccin de descomposicin son las siguientes KClO3 KCl + O2 KClO4 KCl + O2 a) Balancee las ecuacines b) Calcule los moles totales de KCl obtenidos c) Calcule la masa de cada uno de los reactantes en la mezclaIndique clculo de justificacin:


78


22.

Una mezcla de 0,156g compuesta por alumino y zinc se trata con un exceso de H2SO4, formandos en ambas reacciones 0,114 L de hidrgeno gaseoso a una temperatura de 27C y a una presin de 725 mm Hg. Las reacciones involucradas son las siguientes Al + H2SO4 Al2(SO4)3 + H2 ZnSO4 + H2

Zn + H2SO4

a) Balancee las ecuaciones qumicas b) Calcule la cantidad de moles totales obtenidos en la reaccin c) Calcule las masas iniciales de Aluminio y ZincIndique clculo de justificacin:

23.

Uno de los mtodos utilizados para el tratamiento de aguas residuales se denomina digestin bacteriana. Este mtodo consiste en que las bacterias nitrosomonas metabolizan la conversin de amoniaco a nitritos segn la siguiente reaccin global: CO2(ac) + NH4+(ac) C5H7O2N(biomasa) + NO2-(ac) + H+(ac)

si se tiene un tanque de tratamiento de residuos inoculados con bacterias de 100000 L (=1,008 g/mL) y que contiene 4,5% p/p de iones amonio y se consume el 90% de dichos iones: a) Balancee la ecuacin qumica b) Qu masa en kg de biomasa se producir? c) Cul ser la concentracin en mol/L suponiendo que el volumen inicial no cambia por efecto de la reaccin?Indique clculo de justificacin:

a) Balancee la ecuacin b) Qu masa en Kg de biomasa se producir? R: 466,0 Kg c) Cul ser su concentracin en mol/L suponiendo que el volumen inicial no cambia por efecto de la reaccin? R: 0,0412 mol/L


79


24.

En el proceso de fluoracin del agua se suelen emplear diferentes compuestos qumicos, entre ellos se encuentran el cido fluorosilcico (H2SiF6), el fluoruro sdico (NaF) y el fluorosilicato sdico (Na2SiF6), los dos ltimos reactivos slidos. Al respecto: a) Determine el porcentaje en masa de fluor contenida en una disolucin comercial de cido fluorosilcico (15% en masa en la solucin) b) Determine el porcentaje en masa de fluor contenida en el NaF c) Determine el porcentaje en masa de fluor contenida en el Na2SiF6Indique clculo de justificacin:

25.

El cloruro de potasio es uno de los compuestos qumicos agricultura debido a sus grandes ventajas como principalmente en forma natural a partir de diferentes silvita, kainita y carnilita. En forma artificial se obtiene obtencin del HNO3 mediante la siguiente reaccin: KNO3 + HCl

utilizados en el rea de la fertilizante. Se obtiene minerales como silvinita, como subproducto en la

HNO3 + KCl

Cuando se hace reaccionar 25 g de KNO3 con 25 mL. de una solucin de HCl de concentracin 36 % en peso y densidad 1,2 g/mL. a) Determine el reactivo Limitante y reactivo en exceso b) Cuntos g de KCl se obtienen si el rendimiento de la reaccin es de un 78 %? Adems de utilizar el KCl como fertilizante en la agricultura, se utiliza en la medicina para tratar enfermedades como la Hipokalemia (disminucin de potasio en el organismo). Sin embargo, la sobredosis de este compuesto en el organismo puede producir el efecto contrario que es la Hiperkalemia (aumento de potasio) cuyo efecto principal es producir un bloqueo de la conduccin cardiaca (paro cardaco). Aprovechando este efecto es que en algunos pases donde an se aplica la pena de muerte mediante inyeccin letal se utiliza en combinacin con Tiopental sdico y bromuro de pancuronio. La dosis letal al ingerirse en forma oral es de 2500 mg/Kg y la dosis letal por va intravenosa se reduce a 100 mg/Kg. Si la ejecucin de los presos se realiza por va intravenosa determine: c) La cantidad de KCl necesaria para producir un paro cardaco en un preso de 90 kg d) La cantidad de KNO3 que se necesita para obtener la masa de KCl en c) sabiendo que el rendimiento de la reaccin es de un 78% 80 Facultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Qumicas

Gua de Ejercicios, Curso de Qumica General, Segundo Semestre 2011Indique clculo de justificacin:

26.

Algunas aguas de ros presentan altos contenidos de carbonatos, bicarbonatos y sulfatos de Calcio y Magnesio lo que provoca que no se forme espumas al utilizar detergentes. Este tipo de aguas se denominan aguas duras. Para eliminar la dureza del agua, sta es tratada antes de ser utilizadas en calderas o generadores de vapor. Un tratamiento eficaz consiste en adicionar hidrxido de sodio (NaOH) y de calcio (Ca(OH)2) para eliminar la dureza temporal provenientes de los bicarbonatos mediante la siguiente reaccin Ca(HCO3)2 + NaOH CaCO3 + Na2CO3 + H2O Adems, el hidrxido de Calcio elimina la dureza permanente sulfato de magnesio (MgSO4) segn la siguiente reaccin MgSO4 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + CaSO4 A su vez el CaSO4 formado se elimina al reaccionar con el Na2CO3 de acuerdo a la siguiente reaccin CaSO4 + Na2CO3 CaCO3 + Na2SO4 Cunto NaOH y Ca(OH)2 se tiene que agregar para eliminar por completo la dureza del agua? proveniente del


81


RESPUESTAS

1.

Respuesta:

a) A (500,5 mg) b) B (505 mg) c) C (1001 mg 25 mmol) d) D (1,28 g) e) E (97 mg) f) F (122 mg) g) G (508 mg)

2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Respuesta: Respuesta: Respuesta: Respuesta: Respuesta: Respuesta: Respuesta:

2,29 x 1024 tomos 1,67 x 1021 molculas 1,25 x 1021 molculas de HCN 4,5 mol de Na2S; 9 mol de Na Versin A 4 mol de iones hierro a) Na2Al2Si3O10.2H2O; b) ZnSO4.7H2O

9.

Respuesta:

a) C3H8O; b) C3H8O C6H8O6 a) 0,389 moles de tomos de C, 0,389 moles de tomos de H y 0,0555 moles de tomos de N; b) 4,6 g de C; 0,39 g de H y 0,78 g de N c) 1,77 g de O; d) C7H7NO2

10. 11.


12. 13. a) b) c) d)


FeSO47H2O

2 4 4

Fe Fe Cu S

+ + + +

O2

2 2 2

FeO Fe2O3 Cu2O SO282

3

O2 O2 O2



e) f) g) h) i) j) k) l) ll) m) n) o) p) q) r) 14.

2 2 2

Cl2 Mn I2 FeO Fe2O3 Li2O Cl2O Cl2O3 Cl2O5 Cl2O7 SO2 SO3 HClO3

+ + + + + + + + + + + + + + +

5 3 7

O2 O2 O2 H2O

2 2 2

Cl2O5 MnO3 I2O7 Fe(OH)2

3

H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O NaOH Ca(OH)2

2 2 2 2 2 2

Fe(OH)3 LiOH HClO HClO2 HClO3 HClO4 H2SO3 H2SO4 NaClO3 Ca(NO3)2 Na2CO3 + + + H2O

2

HNO3 H2CO3

2 2

H2O H2O

2

NaOH

Respuesta:

a) CaF2 b) H2SO4, sobran 621 g c) 359 g d) 9 moles

15. 16. 17. 18. 19.

Respuesta: Respuesta: Respuesta: Respuesta: Respuesta:

26,0 g 3,75 g 14,7 g 74,9% 753 g SiO2 209,2 g CaCO3 221,7 g Na2CO3

20.

Respuesta:

61,9%Facultad de Ciencias Exactas Departamento de Ciencias Qumicas 83


21.

Respuesta:

a) 2 KClO3 2 KCl + 3 O2 b) 0,0322 moles a) 2 Al + 3 H2SO4 b) 0,00442 moles

KClO4 KCl + 2 O2

c) 3,542 g clorato y 0,457 g de perclorato 22. Respuesta: Al2(SO4)3 + 3 H2

c) 0,05 g de Al y 0,106 g Zn 23. Respuesta: a) 5 CO2(ac) + 5 NH4+(ac) C5H7O2N(biomasa) + 4 NO2-(ac) + 13 H+(ac) b) 466,0 Kg c) 0,0412 mol/L 24. Respuesta: a) 11,9 % b) 45,2 % c) 60,6 % 25. Respuesta: a) KNO3 reactivo limitante y HCl reactivo en exceso b) 14,35 g KCl c) 9 g KCl d) 15,66 g KNO3 26. Respuesta: 88,83 g de NaOH y 12,31 g de Ca(OH)2


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GUIA N 6 UNIDAD N 5 GASES Y SUS PROPIEDADES Objetivos especficos de la Unidad 5

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Caractersticas generales de los gases Teora Cintica de los gases Presin de gases y el manmetro Leyes de los gases. Ley de Boyle. Ley de Charles. Ley de

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