TEMA 4. CÁLCULOS QUÍMICOS – EJERCICIOS Y SOLUCIONES 3
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COLEGIO SAN JOSÉ - Hijas de María Auxiliadora C/ Emilio Ferrari, 87 - Madrid 28017 www.salesianassanjose.es Departamento de Ciencias Naturales TEMA 4. CÁLCULOS QUÍMICOS – EJERCICIOS Y SOLUCIONES 3. Concepto de mol 1. A partir de la ecuación química de formación de agua 2H2 + O2 2H2O calcula: a. Los moles de hidrógeno necesarios para reaccionar completamente con 40 moles de oxígeno y los moles de agua que se formarán b. La masa de oxígeno consumida y la masa de agua formada al reaccionar con 28 gramos de hidrógeno. 2. ¿Qué diferencia hay entre “ecuación química” y “reacción química”? Dibuja lo que crees que ocurre a nivel atómico en el proceso siguiente: 2 CH3-OH + 3 O2 → 2 CO2 + 4 H2O 3. Se sabe que 8 g de azufre reaccionan con 14 g de hierro para dar sulfuro ferroso. ¿Se mantiene siempre esa proporción? Explicarlo. 4. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: a. Si se obtiene un compuesto a partir de los elementos A y B, la proporción de A en el compuesto es mayor si se prepara utilizando un gran exceso de A. b. Cuando dos o más elementos se combinan para formar un compuesto, lo hacen siempre en una relación de masa constante. c. La expresión anterior se conoce como ley de las proporciones múltiples, enunciada por Dalton en 1803. 5. Contesta las siguientes preguntas: a. Se sabe que 8 g de azufre reaccionan con 14 g de hierro para dar sulfuro ferroso. ¿Cuántos gramos se obtienen? ¿Qué ley utilizas para deducirlo? b. ¿En qué proporción reaccionan? ¿Cuánto azufre reacciona con 1 g de hierro? 6. ¿Cuáles de las siguientes “lecturas” de la ecuación química son correctas y cuáles no: N2 + 3 H2 → 2 NH3 a. 1 molécula + 3 moléculas = 2 moléculas b. 1 mol + 3 moles = 2 moles c. 1 volumen + 3 volúmenes = 2 volúmenes d. 1 gramo + 3 gramos = 2 gramos 7. Observa las siguientes reacciones químicas y completa las tablas de modo que se cumpla la ley de conservación de la masa: a. C + O2 → CO2 b. NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O masa C 36 g masa NH3 34 g O2 O2 CO2 132 g NO 60 g H2O 54 g 4º ESO – Ampliación Física y Química – Tema 4. Cálculos químicos – Ejercicios y soluciones Página 1 Contacto: [email protected] COLEGIO SAN JOSÉ - Hijas de María Auxiliadora C/ Emilio Ferrari, 87 - Madrid 28017 www.salesianassanjose.es Departamento de Ciencias Naturales 8. Cuando se hacen reaccionar 200 g de azufre y 200 g de oxígeno se forma óxido de azufre (IV). a. Escribe la reacción química y ajústala. b. Calcula los moles de azufre y oxígeno que tenemos. c. ¿Qué cantidad se consume de cada uno y cuánto sobra? d. ¿Cuántos gramos de óxido se forman? e. ¿Ocurriría lo mismo si sustituyéramos azufre por carbono? 9. Se hace reaccionar sulfato férrico con hidróxido sódico obteniéndose un precipitado () de hidróxido férrico y además tetraoxosulfato (VI) de sodio. a. Escribir la reacción y ajustarla. ¿Qué significa el símbolo ()? b. Si al pesar el precipitado limpio y seco, se han obtenido 21,2 g, ¿cuánto sulfato férrico había? 10. Dos elementos A y B reaccionan para dar C. a. Completar la tabla: 1 2 3 Masa de A 3g Masa de B 4g Masa de C 7g 21 g 5,2 g b. Si en la primera experiencia hubiéramos utilizado 8 g de B para la misma cantidad de A, ¿qué resultado habríamos obtenido? 4º ESO – Ampliación Física y Química – Tema 4. Cálculos químicos – Ejercicios y soluciones Página 2 Contacto: [email protected] COLEGIO SAN JOSÉ - Hijas de María Auxiliadora C/ Emilio Ferrari, 87 - Madrid 28017 www.salesianassanjose.es Departamento de Ciencias Naturales Soluciones 1. A partir de la ecuación química de formación de agua 2H2 + O2 2H2O calcula: a. Los moles de hidrógeno necesarios para reaccionar completamente con 40 moles de oxígeno y los moles de agua que se formarán Como cada mol de oxígeno reacciona con 2 moles de hidrógeno para formar 2 moles de agua, hacemos el cálculo planteando la correspondiente proporcionalidad, a partir de la cantidad de oxígeno puesta en juego (40 moles de oxígeno). 1 mol O2 2 moles H2 40 moles O2 x 1 mol O2 2 moles H2O 40 moles O2 x 40 moles O2 · 2 moles H2 x = ------------------------------- = 80 moles H2 1 mol O2 40 moles O2 · 2 moles H2O x = ------------------------------- = 80 moles H2O 1 mol O2 b. La masa de oxígeno consumida y la masa de agua formada al reaccionar con 28 gramos de hidrógeno. Partimos de la relación estequiométrica en masa, según la cual 4 g de hidrógeno y 32 g de oxígeno producen 36 g de agua: 4 g H2 32 g O2 28 g H2 x 4 g H2 36 g H2O 28 g H2 x 28 g H2 · 32 g O2 x = ---------------------- = 224 g O2 4 g H2 28 g H2 · 36 g H2O x = ---------------------- = 252 g H2O 4 g H2 2. ¿Qué diferencia hay entre “ecuación química” y “reacción química”? Dibuja lo que crees que ocurre a nivel atómico en el proceso siguiente: 2 CH3-OH + 3 O2 → 2 CO2 + 4 H2O Reacción química es todo proceso en el que se forman sustancias nuevas (productos) a partir de unas sustancias originales (reactivos). El proceso que ha tenido lugar se describe mediante una ecuación. Ecuación química es la representación "simbólica" de la reacción, la cual dispone a la izquierda los símbolos de los reactivos, a la derecha los de los productos y una flecha separando unos de otros. La representación química del proceso sería, aproximadamente: 4º ESO – Ampliación Física y Química – Tema 4. Cálculos químicos – Ejercicios y soluciones Página 3 Contacto: [email protected] COLEGIO SAN JOSÉ - Hijas de María Auxiliadora C/ Emilio Ferrari, 87 - Madrid 28017 www.salesianassanjose.es Departamento de Ciencias Naturales 3. Se sabe que 8 g de azufre reaccionan con 14 g de hierro para dar sulfuro ferroso. ¿Se mantiene siempre esa proporción? Explicarlo. En efecto, esa es la proporción en que reaccionan y será siempre la misma con tal de que el producto final sea sulfuro ferroso. Es la ley de las proporciones definidas. Sin embargo puede ocurrir que reaccionen para dar sulfuro férrico, con lo que la proporción cambia: eso se conoce como ley de las proporciones múltiples. 4. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: a. Si se obtiene un compuesto a partir de los elementos A y B, la proporción de A en el compuesto es mayor si se prepara utilizando un gran exceso de A. Falsa b. Cuando dos o más elementos se combinan para formar un compuesto, lo hacen siempre en una relación de masa constante. Verdadera c. La expresión anterior se conoce como ley de las proporciones múltiples, enunciada por Dalton en 1803. Falsa 5. Contesta las siguientes preguntas: a. Se sabe que 8 g de azufre reaccionan con 14 g de hierro para dar sulfuro ferroso. ¿Cuántos gramos se obtienen? ¿Qué ley utilizas para deducirlo? Se obtienen 22 g, utilizando la ley de conservación de la masa de Lavoisier. b. ¿En qué proporción reaccionan? ¿Cuánto azufre reacciona con 1 g de hierro? Reaccionan en la proporción: 8 g de S --------------- = 0,57 g de S por cada gramo de hierro 14 g de Fe 6. ¿Cuáles de las siguientes “lecturas” de la ecuación química son correctas y cuáles no: N2 + 3 H2 → 2 NH3 a. 1 molécula + 3 moléculas = 2 moléculas Verdadero b. 1 mol + 3 moles = 2 moles Verdadero c. 1 volumen + 3 volúmenes = 2 volúmenes Verdadero d. 1 gramo + 3 gramos = 2 gramos Falso 4º ESO – Ampliación Física y Química – Tema 4. Cálculos químicos – Ejercicios y soluciones Página 4 Contacto: [email protected] COLEGIO SAN JOSÉ - Hijas de María Auxiliadora C/ Emilio Ferrari, 87 - Madrid 28017 www.salesianassanjose.es Departamento de Ciencias Naturales 7. Observa las siguientes reacciones químicas y completa las tablas de modo que se cumpla la ley de conservación de la masa: a. C + O2 → CO2 masa C 36 g b. 4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O masa NH3 34 g O2 96 g O2 80 g CO2 132 g NO 60 g H2O 54 g 8. Cuando se ponen en contacto 200 g de azufre y 200 g de oxígeno reaccionan para formar óxido de azufre (IV). a. Escribe la reacción química y ajústala. S + O2 → SO2 b. Calcula los moles de azufre y oxígeno que tenemos. 1 mol S 32 g 1 mol O2 x 200 g x 1 mol S · 200 g S x = ---------------------- = 6,25 moles S 32 g S 32 g 200 g 1 mol O2 · 200 g O2 x = ---------------------- = 6,25 moles O2 32 g O2 c. ¿Qué cantidad se consume de cada uno y cuánto sobra? Se consume todo y no sobra nada. d. ¿Cuántos gramos de óxido se forman? Se forman 6,25 moles de óxido = 400 g 1 mol SO2 64 g 6,25 moles SO2 x 6,25 moles SO2 · 64 g x = ---------------------------- = 400 g de SO2 1 mol SO2 e. ¿Ocurriría lo mismo si sustituyéramos azufre por carbono? Con el carbono no ocurriría lo mimo; esto es porque casualmente la masa molecular del azufre es la misma que para el oxígeno. En el caso del carbono sería: 1 mol C x 12 g 200 g 1 mol C · 200 g C x = ---------------------- = 16,67 moles de C 12 g C 16,67 moles – 6,25 moles = 10,4 moles Sobrarían 10,4 moles de Carbono 4º ESO – Ampliación Física y Química – Tema 4. Cálculos químicos – Ejercicios y soluciones Página 5 Contacto: [email protected] COLEGIO SAN JOSÉ - Hijas de María Auxiliadora C/ Emilio Ferrari, 87 - Madrid 28017 www.salesianassanjose.es Departamento de Ciencias Naturales 9. Se trata sulfato férrico con hidróxido sódico obteniéndose un precipitado () de hidróxido férrico y además tetraoxosulfato (VI) de sodio. c. Escribir la reacción y ajustarla. ¿Qué significa el símbolo ()? Fe2(SO4)3 + 6 NaOH → 2 Fe(OH)3 (↓) + 3 Na2SO4 El símbolo (↓) significa que dicho compuesto no es soluble en agua y precipita en el fondo del vaso en forma de sólido insoluble. d. Si al pesar el precipitado limpio y seco, se han obtenido 21,2 g, ¿cuánto sulfato férrico había? 1 mol Fe(OH)3 x 106,8 g 21,2 g 1 mol Fe(OH)3 · 21,2 g x = ----------------------------- = 0,2 moles Fe(OH)3 106,8 g Según el ajuste de la reacción por cada mol de Fe2(SO4)3 se forman 2 moles de 2 Fe(OH)3 (el doble), por lo que si se han formado 0,2 moles de Fe(OH)3, eso nos indica que hemos partido de 0,1 moles de Fe2(SO4)3 (la mitad). 10. Dos elementos A y B reaccionan para dar C. a. Completar la tabla: Calculamos las proporciones en las que reaccionan: 3 g de A x 7 g de C 21 g de C 3 g de A · 21 g de C x = -------------------------- = 9 g de A 7 g de C Haciendo lo mismo con el caso 3, resulta: 1 2 3 Masa de A 3g 9g 5,2 g Masa de B 4g 12 g 6,93 g Masa de C 7g 21 g 12,13 g b. Si en la primera experiencia hubiéramos utilizado 8 g de B para la misma cantidad de A, ¿qué resultado habríamos obtenido? La cantidad de C obtenida habría sido la misma, y habrían sobrado 4 g de B. 4º ESO – Ampliación Física y Química – Tema 4. Cálculos químicos – Ejercicios y soluciones Página 6 Contacto: [email protected]
