PROBLEMAS ADICIONALES DE QUÍMICA GENERAL PRESIÓN DE

PROBLEMAS ADICIONALES DE QUÍMICA GENERAL
PRESIÓN DE VAPOR
1) Para vaporizar 2 g de alcohol C 2H6O son necesarios 1714 joules. Calcule la presión de vapor de esta
sustancia a 72 oC sabiendo que su punto de ebullición normal es de 80,3 oC.
2) a) Calcule la presión de vapor del benceno, si en un experimento similar al realizado en el TP, se
obtienen los siguientes datos: altura de agua 7,0 cm; Patm 765,0 torr; altura de la columna de mercurio
49,80 mm. b). Si el punto de ebullición normal del benceno es 80 oC y su entalpía de vaporización es Hv
= 30,7 kJ/mol, calcule la temperatura a la cual se realizó el experimento del inciso anterior.
3) Dos recipientes rígidos, A y B de 4 litros de capacidad se mantienen a 25 oC y contienen solamente
agua. A contiene 1 litro de agua liquida y tres litros de vapor de agua. B contiene tres litros de agua liquida
y 1 litro de vapor de agua. Indique si la presión dentro del recipiente A es igual, mayor o menor que la
presión dentro de B. Justifique su respuesta.
4) La presión de vapor del benceno, C6H6 es 40,1 mm de Hg a 7,6 oC. ¿Cuál es su presión de vapor a 60,6
o
C. El calor molar de vaporización del benceno es 31,0 kJ/mol.
5) A partir de los siguientes datos, determine gráficamente el calor molar de vaporización del mercurio:
T (oC)
200
250
300
320
340
P (mm Hg)
17.3
74.4
246.8
376.3
557.9
Compare el resultado con el/los resultado/s que obtendría si lo resolviera analíticamente.
6) En una experiencia similar a la del TP se obtiene una altura de 45,0 mm de Hg en el manómetro cuando
la T es 25ºC. Si la Patm es 754 torr y la altura del agua sobre la salida de la ampolla es 6,90 cm,
determine: a) la Pv de la sustancia estudiada a 25ºC. b) el punto de ebullición normal de la sustancia.
PURIFICACIÓN DE SULFATO DE COBRE. Problemas adicionales
PROBLEMA SC1
Indique si la masa de microcristales aumenta, disminuye o queda igual con respecto a la esperada si: a) se
parte de una solución no saturada a 100 oC, b) se parte de una solución saturada a 70 oC, c) se parte de
un volumen menor de solución saturada. Justifique su respuesta.
PROBLEMA SC2
Indique qué ocurriría con el rendimiento de cristalización si: a) la solución original no estaba saturada, b)
se enfría hasta una temperatura más baja, c) se evapora parte del solvente antes de enfriar.
PROBLEMA SC3
Se disuelven 50,0 g de CuSO4.5H2O en agua hasta obtener 70,0 ml de solución saturada a 100 oC. Esta
solución se enfría a 10 oC obteniéndose 35,0 g de microcristales. a) Calcular la solubilidad a 100 oC
(suponga que no hubo cambios de volumen. b) Calcular el rendimiento operativo y el de cristalización.
Considere que los microcristales son de la sal pentahidratada.
PROBLEMA SC4
En una experiencia similar a la que realizó en el laboratorio, al enfriar 500 ml de solución saturada de
sulfato de cobre a 100 oC hasta 0 oC, se obtienen 285 g de cristales y 500 ml de solución saturada a 0 oC.
Si el rendimiento operativo es del 95 % y la solubilidad del sulfato de cobre a 100 oC es de 700 g/l. a)
¿Cuál es la solubilidad en g/l a 0 oC?. b) Calcule el rendimiento de cristalización.
Considere que los microcristales son de la sal pentahidratada.
PROBLEMA SC5
Se disolvieron 50 g de CuSO4.5H2O (impuro) en 80 ml de solución a 100 oC. Al enfriar a 20oC se obtuvieron
33 g de microcristales. Sabiendo que el rendimiento operativo fue del 90 %, y que durante la filtración en
caliente se perdió por evaporación el 20% del volumen, calcule la solubilidad a 20 oC.
Considere que los microcristales son de la sal pentahidratada.
PROBLEMA SC6.
Las solubilidades de cierta sal son de 200 y 50 g cada 100,0 ml de solución a 100 y 0°C, respectivamente.
Calcular: a) ¿Qué masa de microcristales se obtendrá cuando se enfríen hasta 0°C, 250,0 ml de solución
saturada (a 100°C) de la sal?. Suponga que el rendimiento operativo es 100 %. b). Ubique en un gráfico de
Solubilidad versus Temperatura el proceso descripto en el punto (a). c) Calcule el rendimiento de
cristalización. Considere que los microcristales son de la sal pentahidratada.
PROBLEMA SC7
En un proceso de purificación de CuSO4 a través de una recristalización, se realiza el enfriamiento de 300
ml de solución saturada de CuSO4 a 100 oC hasta 0 oC. Las soluciones saturadas de CuSO4.5H2O a 100
o
C y a 0 oC son respectivamente 2030 g/l y 316 g/l. a) ¿Cuál es el rendimiento de cristalización esperado
para la operación? (suponga que no hay pérdidas de microcristales). b) Si en la operación anterior se
obtuvieron solo 250 ml de solución saturada a 0 oC, ¿cuál es el rendimiento operativo? (suponga que no
hay pérdidas de microcristales).
PROBLEMA SC8
a) Se disuelven 50,0 g de CuSO 4.5H2O en agua hasta obtener 70,0 ml de solución saturada a 100 oC. Esta
solución se enfría a 10 oC obteniéndose 35,0 g de microcristales. i) Calcule la solubilidad del CuSO 4.5H2O
a 100 oC; ii) calcule el rendimiento operativo y el de cristalización (suponga que no hubo cambios de
volumen); iii) represente en un gráfico de Solubilidad vs. Temperatura, el proceso descripto en (a).
Considere que los microcristales son de la sal pentahidratada. Solubilidad CuSO4.5H2O a 10 ºC: 8 g/l.
b) Establezca (justificando detalladamente) si la cantidad de microcristales (obtenida en las condiciones
descriptas en el problema anterior) aumentará, disminuirá o permanecerá igual si: i) se enfría a 0 oC; ii) se
parte de 100,0 ml de una solución saturada a 100 oC; iii) se pierde una porción de las aguas madres
después de enfriar a 0 oC.
c) Explique cómo elimina las impurezas del sulfato de cobre comercial en el trabajo práctico realizado en el
laboratorio.
Problemas adicionales sobre CRIOSCOPÍA
PROBLEMA C1
a) ¿A qué temperatura congelará una solución que se preparó disolviendo 2,50 g de CuSO 4 en 250,0 ml
de agua? Kc = 1,86 oC/m. Densidad del agua: 1,0 g/ml.
b) Dibuje las curvas de enfriamiento (temperatura vs. tiempo) para el agua pura, una solución acuosa de
urea y una solución acuosa que contiene un soluto no volátil de i = 3. Considere que la solución de urea y
la del soluto no volátil tienen la misma molalidad. Justifique.
c) ¿Por qué utiliza una solución saturada de NaCl en la camisa del equipo del TP de Crioscopía?
Justifique.
PROBLEMA C2
a- Una solución acuosa de urea (PMR = 60) tiene una concentración igual a 1,5 % p/v y una densidad
de 1,04 g/ml. a) Calcule su punto de ebullición y su punto de fusión (Ke = 0,52 oC/molal y Kc = 1,86
o
C/molal). b) ¿Cuál será la presión de vapor de la solución a 25 oC si la presión de vapor del agua pura
a esa temperatura es de 23,8 torr?
b- Dibuje las curvas de enfriamiento (temperatura vs tiempo) que espera obtener para las siguientes
soluciones acuosas y para el solvente (realice todas las curvas en el mismo gráfico. i) solución de urea
0,2m; ii) solución de NaCl 0,7m; iii) solución de urea 0,1m; iv) solución de HA (electrolito débil) 0,2m.
PROBLEMA C3
a- Una solución acuosa 0,086 molal de un compuesto A 2C, que se disocia parcialmente en A y C,
congela a -0,336 oC. Calcule el grado de disociación del compuesto a esa concentración y temperatura.
(Kc = 1,86 oC/molal).
b- Indique si las siguientes proposiciones son verdaderas o falsas y justifique: i) la temperatura de la
mezcla frigorífica no debe ser mayor que - 5 oC ni menor a - 7 oC. ii) La camisa contiene una solución
saturada de NaCl para asegurar la transmisión rápida del calor. iii) La medida del T crioscópico se
puede realizar aunque no se sobreenfríe el sistema.
PROBLEMA C4
a- Los puntos de fusión del agua pura, de una solución de urea y de una solución de un electrolito
débil AX (ambas de la misma concentración) son: 273,16K, 272,6K y 272,2K, respectivamente.
Calcular el grado de disociación del electrolito (Kc = 1,86 oC/molal).
b- Se observa que una disolución de 2,50 g de un compuesto cuya fórmula mínima es C 6H5P en 25g
de benceno se congela a 4,3oC. Calcule la masa molar y la formula molecular del compuesto (Kc =
5.12 oC/molal). Tc del benceno = 5,5oC
PROBLEMA C5
a- Una muestra de 7,85 g de un compuesto con fórmula mínima C 5H4 se disuelve en 301 g de
benceno. El punto de congelación de la disolución es 1,05 oC menor que el del benceno puro. ¿Cuál es
la masa molar y la fórmula molecular del compuesto?. (Kc = 5,12 oC/molal).
b- El descenso relativo de la presión de vapor de una solución acuosa de sacarosa fue del 10%,
¿Cuál era la composición del sistema?.
PROBLEMA C6
a- Cuando se disuelve 1,00 g de urea, CO(NH2)2, en 200 g de un disolvente A, la temperatura de
ebullición de A asciende 0,250oC. Cuando se disuelven 1,50 g de Y (no electrolito) en 125 g del mismo
disolvente, el punto de ebullición de A aumenta 0,200oC. Calcule el peso molecular de Y.
b- Una solución acuosa 0,085 m de un electrolito AB 2 congela a -0,19ºC. Calcule el grado de
disociación y la temperatura de ebullición de dicha solución. (Ke = 0,52 oC/molal; Kc = 1,86oC/molal)
PROBLEMA C7
a- Se desea determinar mediante crioscopía la fórmula molecular del selenio (Se x), para lo cual se
disuelven 3,26 g de selenio sólido en 226g de benceno (C6H6). Sabiendo que la constante
crioscópica del benceno es 4,90ºC/m, y que en el experimento se observó un descenso en el punto
de congelación de 0,112ºC, determine la fórmula requerida.
b- Con respecto al TP: ¿qué error se comete si se sobreenfría demasiado la solución? ¿Qué descuido
experimental puede conducir a un sobreenfriamiento excesivo?
EQUILIBRIO QUÍMICO
PROBLEMA EQ1
a) Justifique hacia qué lado se desplazará el equilibrio de la reacción A (s) + B(g) ↔ 2 C(g) y si habrá variación
de la constante de equilibrio si: (i) se extrae A (s), (ii) se aumenta la presión a volumen constante y (iii) se
agrega D(s) que reacciona con C(g) para dar E(g). iv) Calcule la Kc sabiendo que en el equilibrio P B = 2 atm,
Pc = 3 PB y la temperatura es de 25,0 oC.
PROBLEMA EQ2
a) En qué sentido se desplazará el equilibrio O 2(gas) ↔ 2 O(gas), H = -117,1 kcal/mol a 3000 K, frente a un
aumento de la presión de O2, de O, de la presión total y de la temperatura. b) Calcular las presiones
parciales de reactivo y producto en el equilibrio anterior a 3000 K y 1 atm de presión total, si Kp = 0,0219
atm.
PROBLEMA EQ3
Dada la siguiente reacción: 2 NO2(g) ↔ N2O4(g) (Kc = 175,5 a 400 K; H = -13,9 kcal/mol). i) Calcule las
concentraciones finales de equilibrio luego de mezclar 1 mol de NO 2 y 0,25 moles de N2O4 en un recipiente
de volumen igual a 5,0 l. ii) Si la temperatura cambia a 273 K, ¿aumenta o disminuye el valor de Kc?.
Justificar.
PROBLEMA EQ4
En un recipiente cerrado, a temperatura constante, provisto de un manómetro, se ha establecido el
equilibrio heterogéneo entre el CaCO 3(s), CO2(g) y CaO(s). Indicar qué transformaciones ocurrirán en los
siguientes casos: i) se incrementa la presión de CO2(g); ii) se extrae totalmente la fase de CaCO 3(s); iii) se
agrega CaO(s).
Problemas adicionales sobre CINÉTICA QUÍMICA
PROBLEMA CQ1
Dada la reacción A + 2B → C + D, use los datos experimentales para deducir la expresión de la
ley de velocidad y calcule la constante de velocidad.
v(M/seg)
0,012
0,036
0,0072
[A](M)
0,15
0,45
0,45
[B](M)
0,15
0,15
0,03
PROBLEMA CQ2
Los datos de la tabla siguiente pertenecen a la reacción CO(g)+ NO2(g) → CO2(g) + NO(g). Se puede ver
cómo varía la velocidad de la misma en función de la diferentes concentraciones iniciales de ambos
reactivos.
Experimento
[CO] (M)
0
[NO2] (M)
0
1
-4
3 x 10
0,4 x 10
2
-4
3 x 10
0,8 x 10
3
-4
3 x 10
0,2 x 10
4
-4
6 x 10
0,4 x 10
-4
-4
-4
-4
v (mol/l·h)
0
2,28 x 10
4,56 x 10
1,14 x 10
4,56 x 10
-8
-8
-8
-8
-3
-4
-8
1,8 x 10
0,4 x 10
13,68 x 10
Determinar el orden de reacción, la constante de velocidad y la velocidad cuando [CO] = 0,01 M y [NO ]
20
0
5
= 0,02 M.
PROBLEMA CQ3
La descomposición de la urea (NH2CONH2) en HCl se efectúa de acuerdo a la reacción:
NH2CONH2 (ac) + H+ (ac) + 2 H2O (l) → 2 NH4+ (ac) + HCO3- (ac).
La reacción es de primer orden respecto a la urea (considere que se ha empleado un gran exceso de
ácido). Cuando la concentración de urea es 0,200 M, la velocidad a 61,05ºC es 0,856 M/seg.
a) ¿Cuál es el valor de la constante de velocidad?
b) ¿Cuál es la concentración de urea en esta solución después de 0,5 seg si la concentración inicial es
de 0,500 M?
PROBLEMA CQ4
a)
Para determinar el comportamiento cinético de la reacción 2 A + B → D, se realizó un
experimento similar al del trabajo práctico. Por medidas espectrofotométricas se
determinaron las concentraciones de A y B y se midieron las velocidades de reacción.
Utilizando los datos experimentales que se muestran en la tabla, calcular los órdenes de
reacción para cada reactivo y el valor de la constante de velocidad específica.
-1
V (M seg ) (T=25°C)
-4
9,70 x 10
-2
4,68 x 10
-2
9,36 x 10
[A](M)
[B](M)
0,195
0,195
1,35
0,195
1,35
0,390
b) Calcular la energía de activación de esta reacción si el valor de la constante de velocidad específica
calculada en el inciso a) se triplica cuando la temperatura aumenta 40°C.