CUESTIONES, EJERCICIOS Y PROBLEMAS

1. Construid una tabla de dos columnas en donde en una se enumeren todos aquellos aspectos que se consideren más positivos relacionados con las reacciones químicas frente a lo más negativos.

2. Citad hasta cinco productos cuya obtención se base en reacciones químicas, que hayan tenido una importancia crucial en la vida de las personas, argumentando por qué.

3. Un estudiante ha escrito las siguientes ecuaciones para representar reacciones químicas a partir de sustancias en su estado ordinario (presión atmosférica y temperatura ambiente):
a) O₂ + Na →NaO₂
b) Mg + 2 Cl → MgCl2
c) S + K₂→ K₂S
d) 2N + 3H₂→ 2NH₃

Corregid todos los errores cometidos escribiendo, en su caso, la ecuación correctamente.

4. Ajustad por el método algebraico las siguientes ecuaciones:
a) Cu + HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + NO₂ + H₂O
b) Ag₂O + Co(OH)₂ + H₂O → Ag + Co(OH)₃

5. Ordenad razonadamente las siguientes cantidades de menor a mayor masa en gramos:
a) 602 millones de moléculas de NH₃
b) 5 moles de moléculas de H₂O
c) 500 moles de átomos de nitrógeno
d) 448 litros de oxígeno gaseoso medidos en condiciones normales (1 atm y 0 ºC)
e) 1 átomo de plomo

6. Si disponemos de 9 g de metano (CH₄) y eliminamos 1’5·10²³ moléculas: ¿Cuantos gramos de metano quedan? Rdo. 5’01 g

7. El nitrato de amonio (NH₄NO₃) es un compuesto que se emplea como fertilizante.
a) ¿Cuántas moles de átomos de nitrógeno hay en 0’020 moles de nitrato de amonio?
b) Calculad los gramos de nitrógeno, oxígeno y de hidrógeno que hay en 1 kg de dicho fertilizante, supuesto puro.
Rdo. a) 0’04 moles de átomos; b) 350g, 600g y 50 g, respectivamente.

8. A 50 cm³ de disolución acuosa 0’2 M de sulfuro de potasio se le añade agua hasta tener un volumen de 250 cm³. Calcula los gramos de soluto existentes y la concentración de la disolución final. Rdo. m = 1'10 g. C = 0'04 M.

9. Disponemos de hidróxido de sodio (sólido) y agua destilada. Explicad lo más detalladamente posible todos los pasos a seguir para fabricar 100 cm³ de disolución 2M de hidróxido de sodio.

10. En un recipiente se dispone de 0’5 l de H₂SO₄ 10 M. Si extraemos 30 cm³ de dicha disolución y los vertemos en una probeta vacía a la que, posteriormente, añadimos agua hasta completar un volumen total de 80 cm³, ¿cuál será la molaridad de la disolución final? Rdo. 3’75 M

11. ¿Qué volumen de una disolución de ácido fosfórico del 60% de riqueza y cuya densidad es de 1’64 g/cm³ se necesita para preparar 500 ml de una disolución 1 M? Rdo. V = 0’05 l

12. ¿Cuál es la molaridad de una disolución de ácido sulfúrico cuya densidad es de 1’84 g/cm³ y riqueza del 98%? Si echamos 10 ml de ese sulfúrico concentrado sobre agua hasta completar un volumen total de 100 ml ¿Qué molaridad tendrá la disolución final? Rdo. 18’4 M, 1’84 M

13. El amoniaco reacciona con el ácido clorhídrico dando cloruro de amonio (NH₄Cl). Calculad qué volumen de disolución de amoniaco de una riqueza del 18% y densidad 0’93 g/cm³, se habrá empleado para formar 50 g de cloruro de amonio, sabiendo que el rendimiento del proceso ha sido del 75%. Rdo.

14. Determinad la masa molecular relativa de un compuesto gaseoso, sabiendo que a 273 ºC y 780 mm Hg su densidad es 1’35·10^-3 g/cm³. Rdo. 58’89

15. En un recipiente de 10 l se han introducido 16 g de oxígeno. La temperatura del recipiente es de 27 ºC. ¿Cuántas moles de moléculas de oxígeno hay en el recipiente? ¿Qué presión ejerce el gas? ¿A qué temperatura habría que enfriar el recipiente si se desease que la presión se redujese a la mitad? Rdo. 0’5 moles, 1'23 atm, 150 K = -123 ºC.

16. Un recipiente de 5 l contiene 14 g de nitrógeno, siendo la temperatura 127 ºC. La presión atmosférica exterior es de 760 mm de Hg.
a) Calculad la presión ejercida por el nitrógeno.
b) Se abre el recipiente hasta que se iguale la presión interior con la exterior manteniendo la temperatura constante. Calculad la masa de nitrógeno que sale del recipiente.
c) Una vez cerrado de nuevo el recipiente ¿a qué temperatura deberíamos llevarlo para que se encontrara a la presión inicial ?
Rdo. a) 3’28 atm; b) 9'73 g; c) 1042'8 ºC

17. El sulfuro de hidrógeno emitido por las sustancias orgánicas en descomposición (p.e., los huevos podridos), se convierte en dióxido de azufre en la atmósfera (uno de los contaminantes ambientales causantes de la lluvia ácida), mediante la reacción no ajustada:
H₂S(g) + O₂ (g) → SO₂ (g) + H₂O(g)
Calculad el volumen de SO₂ que se producirá a 1 atm y 27ºC, por cada kg de sulfuro de hidrógeno que reaccione. Rdo. V = 723’53 litros de SO₂.

18. El cloro es un gas verde amarillento de olor picante y muy venenoso. Se trata de una sustancia muy reactiva que mata rápidamente a las plantas; sin embargo, también es un producto que tiene múltiples usos (plásticos, anestésicos, insecticidas, desinfección del agua, blanqueador del papel, etc.). El cloro se puede obtener en el laboratorio haciendo reaccionar permanganato de potasio con ácido clorhídrico. La reacción que tiene lugar puede representarse por medio de la siguiente ecuación química:
2 KMnO₄ (s) + 16 HCl(ac) → 2 KCl(ac) + 2MnCl₂(ac) + 5 Cl₂(g) + 8 H₂O(l)
a) Calculad la masa en gramos de permanganato que habrá reaccionado para obtener un volumen de 100 cm3 de cloro medido a 25 ºC y 500 mm de Hg de presión.
b) Calculad el volumen de cloro en condiciones normales que puede obtenerse cuando 100 cm³ de una disolución de permanganato 0’5 M reaccione con exceso de ácido clorhídrico.
Rdo. a) 0’17 g de KMnO₄; b) 2’8 litros de Cl₂

19. El problema de la eliminación del CO₂ exhalado por los tripulantes de las naves espaciales y estaciones orbitales, puede resolverse mediante su absorción por disoluciones de bases fuertes como NaOH y LiOH según las reacciones:
a) CO₂ (g) + NaOH (aq) → NaHCO₃ (aq)
b) CO₂ (g) + LiOH (aq) → LiHCO₃ (aq)
Dad alguna razón de peso por la que convenga utilizar una u otra disolución.

20. Casi todo el carbón de hulla que se quema en Estados Unidos contiene de 1 a 3% de azufre, el cual se halla generalmente formando parte de minerales como las piritas, FeS₂. Durante la combustión del carbón, este azufre se convierte en dióxido de azufre según:
4 FeS₂ (s) + 11 O₂ (g) → 2 Fe₂O₃ (s) + 8 SO₂ (g)

Parte del SO2 producido reacciona con el oxígeno del aire convirtiéndose en SO3 que finalmente se combina con el agua presente en la atmósfera dando lugar a nieblas de ácido sulfúrico, que atacan a los materiales de construcción como el mármol, intervienen en la formación de lluvias ácidas, etc. De esta forma se ha afirmado, por ejemplo, que la Acrópolis de Atenas ha sufrido más daños en los últimos 50 años que durante los 20 siglos precedentes.

Cierto tipo de carbón contiene un 8% en peso de FeS2. Calculad las masas (en kg) de SO₂ y de óxido de hierro (III) que se producirán al quemar completamente una tonelada de dicho carbón. Hallad también el volumen (en litros) de oxígeno (medido a 27ºC y 1 atm) consumido.
Rdo. 85’5 kg de SO₂; 53'3 kg de Fe₂O₃, 45175'3 L de O₂.

21. Los ácidos pueden reaccionar con hidróxidos metálicos (sustancias básicas) dando una sal y agua, de modo que sus propiedades ácidas queden neutralizadas. Un enfermo de úlcera de estómago se toma un medicamento a base de hidróxido de aluminio para neutralizar la acidez (debida al ácido clorhídrico presente en los jugos gástricos). La ecuación que representa esa neutralización es:
Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O

Suponiendo que cada día su estómago reciba 3 litros de jugo gástrico con una concentración de HCl de 0’08 moles/l. Imagínate que eres su médico. ¿Cuántos cm³ de un medicamento consistente en una disolución de Al(OH)₃ de concentración 0’8 moles/l le recetarías para que se tomase cada día? Rdo. 100 cm³

22. Calculad el volumen de disolución de Ca(OH)₂ 0’02 M (solución saturada) necesario para neutralizar una muestra de 25 ml de H₃PO₄ 0’05 M dando fosfato de calcio y agua. Rdo. Volumen de disolución de Ca(OH)₂ = 93'75 ml

23. Se disuelven 10 g de hidróxido de sodio en agua hasta completar 250 cm3 y se pone la disolución resultante dentro de un frasco al que se etiqueta con la letra B. En otro frasco, etiquetado con la letra A, tenemos una disolución de ácido sulfúrico de concentración desconocida. Sabiendo que 20 cm3 de B son neutralizados por 40 cm3 de A, según la reacción: H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O
a) Obtened razonadamente la concentración molar de la disolución A.
b) Calculad la riqueza de la disolución A, sabiendo que su densidad es de 1’06 g/cm³.
Rdo. a) C_A = 0'25 M; b) rA = 2'31%

24. El magnesio, en forma de cinta, arde en el aire formando óxido. Se dispone de un trozo de cinta con 4’86 g de Mg puro y se desea saber si se quemará o no completamente en un recipiente que contiene 20 l de aire, a 1 atm y 27 ºC. Calculad el rendimiento del proceso si se obtienen 6’2 g de MgO. (Suponed que el aire contiene aproximadamente un 20%, en volumen, de oxígeno). Rdo. El rendimiento es del 76’92 %

25. Se quiere sintetizar cloruro de sodio en el laboratorio y para ello se disponen de 5 g de sodio y de 6 g de cloro. Calculad la masa de producto que se podrá obtener como máximo, y si sobrará alguno de los reactivos. Rdo. 9’89 g de NaCl; exceso de 1'11 g de Na.

26. El hierro se disuelve en ácido clorhídrico dando cloruro de hierro (II) e hidrógeno según la ecuación no ajustada:
Fe (s) + HCl (ac) → FeCl₂ + H₂ (g)
Si introducimos un clavo de hierro de 14 g en un vaso que contiene 125 cm³ de una disolución de clorhídrico 2 M, se pide:
a) ¿Se disolverá todo el clavo?
b) ¿Cuántos gramos de cloruro de hierro (II) se formarán?
c) ¿Qué volumen de hidrógeno, medido en condiciones normales, se desprenderá?
Rdo. a) No; b) 15'86 g de FeCl₂; c) 2'8 l de H₂.

27. Bucear a grandes profundidades conlleva determinados riesgos relacionados con las altas presiones. Así, el nitrógeno al ser respirado en esas condiciones produce un efecto llamado “narcosis del nitrógeno” que es semejante a la intoxicación etílica, mientras que el oxígeno se puede convertir en tóxico.

Por ello los submarinistas de profundidad utilizan un gas respirable denominado “trimix” formado por una mezcla de oxígeno, nitrógeno y helio, cuanto mayor es la profundidad de buceo mayor es la proporción de helio que se ha de utilizar en la mezcla. En una botella de 12 L se ha introducido una mezcla de trimix que contiene 39’5% de N₂, 17’5% de O₂ y el resto de He, a 20ºC y 8 atm. Determinad las presiones parciales de cada gas y la composición porcentual en masa de la mezcla
Rdo. P(N₂)= 3’16 atm, P(O₂) =1’4 atm, P(He)=3’44 atm; 60’17% N₂ y 30’47% de O₂

28. El aire correspondiente a una exhalación normal tiene un volumen de 500 mL a una temperatura de 37ºC y una presión de 771 mm de Hg, si contiene un 74’5% de N₂, un 15’7% de O₂, un 3’6% de CO₂ y un 6’2 % de H₂O. Determinad las presiones parciales de los gases que forman la mezcla y la masa de aire que se expulsa en la exhalación.
Rdo. P(N₂)=574’4 mm de Hg; P(O₂)= 121’0 mm de Hg; P(CO₂)= 27’8 mm de Hg; P(H₂O)= 47’8 mm de Hg; m(aire)= 0’566 g

29. Se recoge, sobre agua saturada en oxígeno a 25ºC, el oxígeno desprendido en la reacción de descomposición térmica del clorato de potasio KClO₃. El volumen de gas recogido a la presión de 770’6 mm de Hg es 125 mL. Sabiendo que la presión de vapor del agua a 25 ºC es 23’8 mm de Hg, calculad la masa de oxígeno recogido. Rdo. m = 0’161 g de O₂

30. Una aleación de aluminio y cobre fue tratada con ácido clorhídrico de forma que el cobre no reaccionó y el aluminio si lo hizo según la ecuación química no ajustada:
Al(s) + HCl(ac) → AlCl₃(ac) + H₂(g)
Si se recogieron sobre agua 415 cm³ de gas al hacer reaccionar una muestra de 0’35 g de la aleación a 0’998 atm de presión y 25ºC. Determinad el porcentaje en masa de aluminio en la muestra.
Dato: la presión de vapor del agua a 25 ºC es 23’8 mm de Hg
Rdo. 84’4%

31. Una disolución que contiene un gramo de hemoglobina en 100 mL presenta una presión osmótica de 2’75 mm de Hg a 25ºC. Calculad:
a) La concentración molar de la disolución de hemoglobina.
b) La masa molecular relativa de la hemoglobina
Rdo. C = 1’48·10-4 moles/L; M = 6’7·104

32. Los motores de combustión interna suelen utilizar como refrigerante agua, pero el agua congela a 0ºC, por lo que se le añade sustancias que actúan como anticongelantes. Una muy utilizada es el 1,2-etanodiol o etilenglicol (CH₂OH-CH₂OH). Sabiendo que las constantes ebulloscópica y crioscópica del agua son respectivamente 0’52 y 1’86 ºC·kg/mol, determinad:
a) Cuánto anticongelante se ha de añadir a 1 L de agua para que la mezcla no congele hasta -12ºC.
b) A qué temperatura hervirá la mezcla de agua y anticongelante.
Rdo. m = 400 g; Teb=103’35ºC

33. La presión osmótica de nuestra sangre a 37ºC, es de 7’65 atm. Calculad la masa de glucosa (C₆H₁₂O₆) que ha de contener un inyectable de 2 cm³. Explicad que sucedería si la masa de glucosa fuera el doble, o la mitad.
Rdo. m = 0’108 g

34. Se disuelven en agua 135 gramos de azúcar (sacarosa) de fórmula C₁₂H₂₂O₁₁, hasta obtener un volumen de 1 L de disolución. La densidad de la disolución obtenida a 25ºC es 1050 kg/m³. Sabiendo que las constantes ebulloscópica y crioscópica del agua son respectivamente 0’52 ºC·kg·mol^-1 y 1’86 ºC·kg·mol^-1, calculad:
a) La molalidad
b) La concentración molar.
c) Las temperaturas a las que hervirá y se congelará esta disolución.
d) La presión osmótica de la disolución.
Rdo. b = 0’43 moles/kg; C=0’395 moles/L; Teb=100’22 ºC, Tf= -0,80ºC; π = 9’65 atm