ex-resolts-u4

Departament de Física i Química
EXERCICIS UNITAT 4: ELS CANVIS EN ELS
PROCESSOS QUÍMICS
1r BATXILLERAT
Conceptes unitat 4
1. Sistemes homogenis. Dissolucions. Concentració i formes d’expressar-la (g/l; % massa;% volum; molaritat;
molalitat; fracció molar). Tipus de dissolucions.
2. Reaccions químiques. Equacions químiques. Tipus de reaccions químiques: síntesi, descomposicíó,
desplaçament i doble desplaçament.
3. Estequiometria. Relació massa-massa. Relació massa-volum. Relació volum-volum. Reactius en dissolució.
Puresa de reactius. Reactiu limitant i en excés. Rendiment d’un procés químic. Reaccions consecutives.
Dissolucions
1. Quin és el percentatge en massa d’una dissolució preparada dissolent 163 g de glucosa en 755 g d’aigua? R:
17,76 %
% en massa =
massa de glucosa
·100
massa de glucosa + massa d' aigua
% en massa =
163
163
·100 = 17,76%
·100 =
918
163 + 755
2. Una dissolució utilitzada com a sèrum intravenós conté 4,8 g de glucosa (C6H12O6) en 90,0 g d’aigua. Calcula
el percentatge en massa de glucosa. R: 5,06%
% en massa =
massa de glucosa
·100
massa de glucosa + massa d' aigua
% en massa =
4,8
4,8
·100 =
·100 = 5,06%
4,8 + 90
94,8
3. Com preparies 750 g d’una dissolució aquosa que sigui 2,5% en massa d’hidròxid de sodi? R: dissolent 18,75
g d’hidròxid de sodi amb 731,25 g d’aigua
4. Descriu com prepararies exactament 2,0 litres d’una dissolució aquosa que sigui 2,0% en volum d’àcid acètic?
R: mesclant 0,04 litres d’àcid acètic amb 1,96 litres d’aigua
5. Es prepara, a 25ºC, una dissolució saturada de clor en aigua dissolent 5,77 g de clor gasós en l’aigua necessària
per obtenir un litre de dissolució. Calcula la molaritat d’aquesta dissolució. R: 0,081 mol/l
M=
5,77 g Cl 2
M=
mols Cl 2
litres de dissolució
1 mol Cl 2
= 0,081 mol Cl2
71 g Cl 2
mols Cl 2
0,081
=
= 0,081 mol/l
litres de dissolució
1
Exercicis unitat 4: Els canvis en els processos químics
1
IES Llorenç Garcías i Font
Emma Sánchez Clark
Dep. Física i Química
6. Se dissol 4,9 g de àcid sulfúric dins aigua fins a completar 200 cc de dissolució. Calcular la molaritat.
R: 0,25 mol/l
7. Calcular la quantitat (grams) d’àcid fosfòric necessària per preparar 150 cc de dissolució 0,067M
R: 0,98 g
150 cc dio
0,067 M=
150 cc dio
0,067 mol H 3 PO 4
1 l dio
1 l dio 0,067 mol H 3 PO 4 98 g H 3 PO 4
= 0,98 g H3PO4
1000 cc dio
1 l dio
1 mol H 3 PO 4
g H3PO4?
8. Quants grams d’hidròxid de sodi es necessiten per preparar 0,5 litres d’una dissolució d’hidròxid de sodi 6,67
M? R: 133,4 g
m NaOH?
0,5 l dio
0,5 l dio
6,67 M=
6,67 mol NaOH 40 g NaOH
= 133,4 g NaOH
1 l dio
1 mol NaOH
6,67 mol NaOH
1 l dio
9. Calcular el volum de dissolució 0,2 M d’àcid sulfúric que conté 2, 5 g de solut. R: 0,128 l
V dio?
2,5 g H 2 SO 4
2,5 g H2SO4
0,2 M=
1 mol H 2 SO 4
1 l dio
= 0,128 l dio
98 g H 2 SO 4 0,2 mol H 2 SO 4
0,2 mol H 2 SO 4
1 l dio
10. Dissolem 7 g de clorur sòdic en 43 g d’aigua. Calcular la concentració en % en pes i la molalitat.
R: 14 %; 2,78 mol/kg
% en massa =
% en massa =
m NaCl
·100
m NaCl + m H 2 O
7
7
·100 = ·100 = 14%
7 + 43
50
m=
7 g NaCl
m=
mols NaCl
kg H 2 O
1 mol NaCl
= 0,12 mol NaCl
58,5 g NaCl
mols NaCl
kg H 2 O
Exercicis unitat 4: Els canvis en els processos químics
=
0,12
= 2,78 mol/kg
0,043
2
IES Llorenç Garcías i Font
Emma Sánchez Clark
Dep. Física i Química
11. Quina és la fracció molar de naftalè (C10H8) en una dissolució preparada dissolent 23,5 g de naftalè sòlid en
315 g de benzè (C6H6) líquid? R: 0,04
Xs =
mols C10 H 8
mols C10 H 8 + mols C 6 H 6
=
0,18
= 0,04
0,18 + 4,04
23,5 g C10 H 8
1 mol C10 H 8
= 0,18 mol C10 H 8
128 g C10 H 8
315 g C 6 H 6
1 mol C 6 H 6
= 4,04 mol C 6 H 6
78 g C 6 H 6
12. El nicrom és un aliatge que té una composició del 60% de Ni, el 24% de Fe i el 16% de Cr. Calcula la fracció
molar de cada element d’aquesta dissolució. R: 0,58; 0,24; 0,18
Suposam 100 g de dio i per tant hi ha 60 g de Ni, 24 g de Fe i 16 g de Cr.
60 g Ni
24 g Fe
1 mol Fe
= 0,43 mol Fe
55,85 g Fe
16 g Cr
X
X
X
Ni
Fe
Cr
=
=
=
1 mol Ni
= 1,02 mol Ni
58,7 g Ni
1 mol Cr
= 0,31 mol Cr
52 g Cr
mols Ni
mols totals
mols Fe
mols totals
mols Cr
mols totals
=
1,02
= 0,58
1,02 + 0,43 + 0,31
=
0,43
= 0,24
1,02 + 0,43 + 0,31
=
0,31
= 0,18
1,02 + 0,43 + 0,31
13. Determinau el percentatge en massa, la molaritat, la molalitat i la fracció molar d’una dissolució formada a
partir de 2 g de hidròxid de calci i 200 cc d’aigua. La densitat d’aquesta dissolució es de 1,05 g/cc.
R: 0,99%; 0,14M; 0,13m; 0,0024
14. En 35,5 g d’aigua es dissolen 5 g d’àcid clorhídric. La densitat de la dissolució és 1,060 g/cc. Calcular la
concentració de la dissolució: a) en % en massa; b) en g/l; c) la molaritat; d) la molalitat; e) fracció molar R: a)
12,34%; b) 130,9 g/l; c) 3,6 mol/l; d) 3,86 mol/kg; e) 0,065
35,5 g H2O
a) % en massa =
5 g HCl
1,06 g dio
1 cc dio
b) g/l =
m HCl
5
·100 =
·100 = 12,34%
m HCl + m H 2 O
40,5
grams HCl
5
=
= 130,86 g/l
litres de dissolució 0,03821
Exercicis unitat 4: Els canvis en els processos químics
3
IES Llorenç Garcías i Font
Emma Sánchez Clark
Dep. Física i Química
40,5 g dio
1 cc dio
1 l dio
= 0,03821 l dio
1,06 g dio 1000 cc dio
mols HCl
litres de dissolució
M=
c)
5 g HCl
M=
mols HCl
0,137
=
= 3,6 mol/l
litres de dissolució 0,0382
m=
d)
e)
1 mol HCl
= 0,137 mol HCl
36,5 g HCl
mols HCl 0,137
=
= 3,86 mol/kg
kg H 2 O 0,0355
Xs =
mols de solut
mols de solut + mols de dissolvent
35,5 g H 2 O
Xs =
1 mol H 2 O
= 1,97 mol H 2 O
18 g H 2 O
mols de solut
mols de solut + mols de dissolvent
=
0,137
0,137 + 1,97
= 0,065
15. Se dissol 10 cc de àcid sulfúric (densitat 1,8 g/cc) dins 250 cc d’aigua. Calcular la concentració de la
dissolució: a) en g/l dissolució; b) en g/l dissolvent. R: a) 69,2 g/l; b) 72 g/l
16. Dissolem 150 g d’etanol (C2H6O) de densitat 0,8 g/cc dins aigua fins a completar 0,5 litres de dissolució.
Calcular la molaritat i la molalitat. R: 6,52M; 10,43 m
17. Una dissolució d’àcid sulfúric és del 98% de riquesa i densitat 1,895 g/cc. Calcular la concentració en g/l, la
molaritat, la molalitat i la fracció molar. R: 1857,1 g/l; 18,95 M; 500 m; 0,9
18. Un àcid nítric concentrat de densitat 1,405 g/cc, conté un 68,1% en massa de àcid nítric. Calcular la molaritat,
la molalitat, la fracció molar i la concentració en g/l. R: 15,19 mol/l; 33,88 mol/kg; 0,39; 956,97 g/l
1,405 g dio
1 cc dio
68,1 %=
68,1 g HNO 3
100 g dio
M=
mol HNO 3
l dio
68,1 g HNO 3 1 mol HNO 3 1,405 g dio 1000 cc dio
= 15,19 mol/l
100 g dio 63 g HNO 3 1 cc dio
1 l dio
m=
mol HNO 3
kg agua
68,1 g HNO 3 1 mol HNO 3 1000 g H 2 O
= 33,88 mol/kg
31,9 g H 2 O 63 g HNO 3 1 kg H 2 O
Exercicis unitat 4: Els canvis en els processos químics
4
IES Llorenç Garcías i Font
Emma Sánchez Clark
Dep. Física i Química
mol HNO 3
mol totals
Xs =
En 100 g de dio hi ha 68,1 g de HNO3 i 31,9 g de H2O:
1 mol HNO 3
= 1,08 mol HNO 3
63 g HNO 3
1 mol H 2 O
31,9 g H 2 O
= 1,77 mol H 2 O
18 g H 2 O
68,1 g HNO 3
Xs =
mol HNO 3
1,08
=
= 0,38
mol totals
1,08 + 1,77
g/l =
g HNO 3
l dio
68,1 g HNO 3 1,405 g dio 1000 cc dio
= 956,8 g/l
100 g dio
1 cc dio
1 l dio
19. Una dissolució d’àcid clorhídric concentrat de densitat 1,19 g/cc conté 37% d’àcid clorhídric. Calcular la
fracció molar, la molaritat i la molalitat. R: 0,22; 12,06M; 16,09 m
1,19 g dio
1 cc dio
37 g HCl
37 %=
100 g dio
M=
mol HCl
l dio
37 g HCl 1 mol HCl 1,19 g dio 1000 cc dio
= 12,06 mol/l
100 g dio 36,5 g HCl 1 cc dio
1 l dio
m=
mol HNO 3
kg agua
37 g HCl 1 mol HCl 1000 g H 2 O
= 16,09 mol/kg
63 g H 2 O 36,5 g HCl 1 kg H 2 O
Xs =
mol HNO 3
mol totals
En 100 g de dio hi ha 37 g de HCl i 63 g de H2O:
37 g HCl
63 g H 2 O
Xs =
1 mol HCl
= 1,01 mol HCl
36,5 g HCl
1 mol H 2 O
18 g H 2 O
= 3,5 mol H 2 O
mol HCl
1,01
=
= 0,22
mol totals 1,01 + 3,5
Exercicis unitat 4: Els canvis en els processos químics
5
IES Llorenç Garcías i Font
Emma Sánchez Clark
Dep. Física i Química
20. Un àcid sulfúric té una densitat de 1,8 g/cc i una riquesa en pes del 85%. Calcular quin volum d’aquest àcid
serà necessari per preparar 500 ml de dissolució 0,1M. R: 3,2 ml
21. Es dissolem 6,3 g de àcid nítric dins aigua fins a completar 1 litre de dissolució: a) Calcular la molaritat; b)
S’agafen 200 cc d’aquesta dissolució i li afegim més aigua fins a completar 0,5 litres, calcular la molaritat
d’aquesta nova dissolució. R: a) 0,1M; 0,04M
a)
6,3 g HNO3
M=
1 l dio
mol HNO 3
l dio
M=?
6,3 g HNO 3
M=
1 mol HNO 3
= 0,1 mol HNO 3
63 g HNO 3
mol HNO 3
0,1
=
= 0,1 mol/l
l dio
1
b)
H2O
200 cc dio
HNO3 0,1 M
M=?
0,5 l
M=
0,2 l dio
M=
mol HNO 3
l dio
0,1 mol HNO 3
= 0,02 mol HNO 3
1 l dio
mol HNO 3
0,02
=
= 0,04 mol/l
l dio
0,5
22. Un àcid clorhídric concentrat conté 35,20% en pes i la seva densitat és 1,175 g/cc. Calcular el volum d’aquest
àcid que se necessita per a preparar 3 litres d’àcid 2 mol/l. R: 529,5 cc
H2O
V?
35,2%
d=1,175 g/cc
DIO FETA
Exercicis unitat 4: Els canvis en els processos químics
3 l dio
2 mol/l
DIO A PREPARAR
6
IES Llorenç Garcías i Font
Emma Sánchez Clark
Dep. Física i Química
Cercam els mols de HCl que hi ha dins la dissolució a preparar:
3 l dio
2 mol HCl
= 6 mol HCl
1 l dio
Aquests mols han de ser els que estan dins el volum que s’ha d’agafar de la dissolucio que ja està feta:
6 mol HCl
36,5 g HCl 100 g dio 1 cc dio
= 529,5 cc dio
1 mol HCl 35,2 g HCl 1,175 g dio
23. Disposam d’un àcid clorhídric de 35,2% de riquesa i densitat 1,75 g/cc. Calcular:
a) la molaritat, la molalitat i fracció molar de solut. R: 16,87 M; 14,88 m; 0,21
b) Volum d’aquest àcid que se necesita per preparar 3 l de disolució 3 M. R: 0,533 l
a)
M=
35,2%=
35,2 g HCl
100 g dio
1,75 g dio
1 cc dio
mol HCl
l dio
35,2 g HCl 1 mol HCl 1,75 g dio 1000 cc dio
= 16,88 mol/l
100 g dio 36,5 g HCl 1 cc dio
1 l dio
m=
mol HCl
kg H 2 O
35,2 g HCl 1 mol HCl 1000 g H 2 O
= 14,88 mol/kg
64,8 g H 2 O 36,5 g HCl 1 kg H 2 O
X HC l =
35,2 g HCl
mol HCl
mol HCl + mol H 2 O
1 mol HCl
= 0,964 mol HCl
36,5 g HCl
64,8 g H 2 O
1 mol H 2 O
= 3,6 mol H 2 O
18 g H 2 O
X HC l =
Exercicis unitat 4: Els canvis en els processos químics
0,964
= 0,21
0,964 + 3,6
7
IES Llorenç Garcías i Font
Emma Sánchez Clark
Dep. Física i Química
b)
H2O
V?
16,88 mol/l
3 l dio
3 mol/l
DIO FETA
DIO A PREPARAR
Cercam els mols de HCl que hi ha dins la dissolució a preparar:
3 mol HCl
= 9 mol HCl
1 l dio
3 l dio
Aquests mols han de ser els que estan dins el volum que s’ha d’agafar de la dissolucio que ja està feta:
9 mol HCl
1 l dio
= 0,533 l dio
16,88 mol HCl
24. Calcula:
a) La molaritat d’una dissolució d’àcid sulfúric al 27% en pes i densitat 1,198 g/cc. R: 3,3M
b) El volum de dissolució 16,2M d’àcid nítric necessari per preparar 3 litres de dissolució 3M. R: 0,55 l
a)
M=
mol H 2 SO 4
l dio
27 g H 2SO 4 1 mol H 2SO 4 1,198 g dio 1000 cc dio
= 3,3 mol/l
100 g dio 98 g H 2SO 4
1 cc dio
1 l dio
b)
H2O
V?
16,2 mol/l
DIO FETA
Exercicis unitat 4: Els canvis en els processos químics
3 l dio
3 mol/l
DIO A PREPARAR
8
IES Llorenç Garcías i Font
Emma Sánchez Clark
Dep. Física i Química
Cercam els mols de HNO3 que hi ha dins la dissolució a preparar:
3 l dio
3 mol HNO 3
= 9 mol HNO 3
1 l dio
Aquests mols han de ser els que estan dins el volum que s’ha d’agafar de la dissolucio que ja està feta:
9 mol HNO3
1 l dio
= 0,56 l dio
16,2 mol HNO3
25. S’agafen 200 ml d’una dissolució de clorur de magnesi de concentració 1M i es mesclen amb 400 ml d’una
altra, de la mateixa substància, de concentració 2,5 M. S’afegeixen finalment al conjunt 100 ml d’aigua. Quina
és la molaritat resultant? R: 1,7 M
100 ml H2O
400 ml dio
MgCl2 2,5 M
200 ml dio
MgCl2 1 M
M=?
M=
mol MgCl 2
l dio
0,2 l dio
1 mol MgCl 2
= 0,2 mol MgCl 2
1 l dio
0,4 l dio
2,5 mol MgCl 2
= 1 mol MgCl 2
1 l dio
M=
mol MgCl 2 1 + 0,2
=
= 1,7 mol/l
l dio
0,7
26. Es mesclen un litre d’àcid nítric concentrat de densitat 1,38 g/cc i 62,7% amb un litre d’àcid nítric de densitat
1,13 g/cc i 22,38%. Calcular la concentració molar de l’àcid resultant. R: 8,85 mol/l
27. Es mesclen 50 cc de una dissolució 1M de àcid sulfúric amb 200 cc d’una altra dissolució 0,05M d’aquest àcid.
Calcular la molaritat de la dissolució resultant. R: 0,24M
200 cc dio
H2SO4 0,05 M
50 cc dio
H2SO4 1 M
M=?
M=
Exercicis unitat 4: Els canvis en els processos químics
mol H 2 SO 4
l dio
9
IES Llorenç Garcías i Font
Emma Sánchez Clark
Dep. Física i Química
0,05 l dio
0,2 l dio
M=
1 mol H 2SO 4
= 0,05 mol H 2SO 4
1 l dio
0,05 mol H 2SO 4
= 0,01 mol H 2SO 4
1 l dio
mol H 2SO 4
0,05 + 0,01
=
= 0,24 mol/l
l dio
0,25
28. S’agafen 13 ml d’àcid clorhídric concentrat de 1,15 g/ml de densitat i 30,14% en pes i es dilueixen amb aigua
destilada fins a 500 ml. Calcular la molaritat de la dissolució resultant. R: 0,25M
13 cc dio
HCl
1,15 g/ml
30,14%
H2O
M=?
500 ml
M=
13 ml dio
mol HCl
l dio
1,15 g dio 30,14 g HCl 1 mol HCl
= 0,123 mol HCl
1 ml dio 100 g dio 36,5 g HCl
M=
mol HCl 0,123
=
= 0,246 mol/l
l dio
0,5
Tipus de reaccions químiques. Ajust d’equacions químiques
29. Escriu, ajusta i classifica les reaccions corresponents:
a) Coure + oxigen (g) per formar monòxid de coure (s)
b) Òxid de calci (s) + aigua per formar hidròxid de calci (s)
c) Carbonat de calci (s) per formar òxid de calci (s) i diòxid de carboni (g)
d) Àcid sulfúric (aq) + hidròxid de bari (aq) per formar sulfat de bari (s) i aigua
e) Clorur de sodi (aq) + nitrat de plata (aq) per formar clorur de plata (s) i nitrat de sodi (aq)
f) Zinc + àcid sulfúric (aq) per formar sulfat de zinc (aq) i hidrogen (g)
a) Cu + 1/2 O2 → CuO reacció de síntesi
b) CaO + H2O → Ca(OH)2 reacció de síntesi
c) CaCO3 → CaO + CO2 reacció de descomposició
d) H2SO4 + Ba(OH)2 → BaSO4 + 2 H2O reacció de desplaçament o substitució
e) NaCl + AgNO3 → AgCl + NaNO3 reacció de desplaçament o substitució
f) Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2 reacció de desplaçament o substitució
Exercicis unitat 4: Els canvis en els processos químics
10
IES Llorenç Garcías i Font
Emma Sánchez Clark
Dep. Física i Química
Càlculs estequiomètrics: relació massa-massa
30. El benzé, C6H6, crema fàcilment amb l’oxigen de l’aire.
a)
Escriu l’equació química corresponent.
b)
Quants mols d’oxigen es necessiten per reaccionar amb 100 g de benzé? R: 9,6 mol
c)
Quants grams d’aigua s’obtindran si reaccionen 2 mols de benzé? R: 108 g
d)
Quantes molècules de diòxid de carboni s’obtindran si reaccionen 100 g de benzé?
R: 4,63 1024 molècules
31. Per combustió de sulfur de zinc s’obté òxid de zinc i es despren diòxid de sofre. Si es disposa de 8,5 kg de
sulfur de zinc: a) Quina quantitat d’òxid de zinc es produirà? b) Amb quina massa d’oxigen reaccionarà?. R: a)
7103 g ; b) 4190 g
ZnS
8,5 kg
+
3/2 O2
g?
a) 8500 g ZnS
→
ZnO
g?
+
SO2
1 mol ZnS 1 mol ZnO 81,4 g ZnO
= 7103,7 g ZnO
97,4 g ZnS 1 mol ZnS 1 mol ZnO
b) 8500 g ZnS
1 mol ZnS 1,5 mol O 2 32 g O 2
= 4189 g O2
97,4 g ZnS 1 mol ZnS 1 mol O 2
32. El clor reacciona amb l’hidrogen i s’obté clorur d’hidrogen.
a)
Escriu l’equació química corresponent al procés indicat.
b)
Calcula la massa d’hidrogen necessària per reaccionar amb 20 mols de clor. R: 40 g
c)
Quants grams de clorur d’hidrogen s’obtindran en reaccionar 100 g de clor? R: 102,8 g
d)
Quantes molècules de clor han de reaccionar per formar 5 mols de clorur d’hidrogen?
R: 1,5 1024 molècules
a) Cl2 + H2 → 2 HCl
b) 20 mol Cl2 → g H2?
20 mol Cl 2
1 mol H 2 2 g H 2
= 40 g H2
1 mol Cl 2 1 mol H 2
c) g HCl? → 100 g Cl2
100 g Cl 2
1 mol Cl 2 2 mol HCl 36,5 g HCl
= 102,8 g HCl
71 g Cl 2 1 mol Cl 2 1 mol HCl
d) molècules Cl2? → 5 mol HCl
5 mol HCl
1 mol Cl 2 6,023·10 23 molècules Cl 2
= 1,5·1024 molècules Cl2
2 mol HCl
1 mol Cl 2
Exercicis unitat 4: Els canvis en els processos químics
11
IES Llorenç Garcías i Font
Emma Sánchez Clark
Dep. Física i Química
Càlculs estequiomètrics: relació massa-volum i volum-volum
33. El zinc reacciona amb l’àcid clorhídric i s’obté clorur de zinc i hidrogen. Calcula el volum d’hidrogen en c.n.
que s’obté si reaccionen 3,28 g de zinc. R: 1,13 l
34. En fer saltar una guspira elèctrica en una mescla d’hidrogen i oxigen, s’obté vapor d’aigua. Calcula el volum de
vapor d’aigua obtingut, mesurat a 200ºC i 105 Pa quan reaccionen 5 g d’oxigen. R: 12,2 litres
H2
+
5 g O2
1/2 O2
5g
→
H2O
V?
T=200ºC=473K
P=105 Pa=0,99 atm
1 mol O 2 1 mol H 2 O
= 0,3125 mol H 2 O
32 g O 2 0,5 mol O 2
P·V=n·R·T
0,99·V=0,3125·0,082·473
V=12,24 l H2O
35. El carboni reacciona amb l’oxigen i s’obté diòxid de carboni. Calcula:
a)
La massa d’oxigen consumida quan es crema un kg de carboni. R: 2,67 kg
b)
El volum de diòxid de carboni mesurat en c.n. obtingut quan es cremen 24 g de carboni.
R: 44,8 l
C
a) 1 kg
b) 24 g
+
O2
g?
→
CO2
V? c.n.
a)
1000 g C
1 mol C 1 mol O 2 32 g O 2
= 2667 g O2
12 g C 1 mol C 1 mol O 2
b)
24 g C
1 mol C 1 mol CO 2 22,4 l CO 2
= 44,8 l CO2
12 g C
1 mol C 1 mol CO 2
36. En afegir aigua al carbur càlcic (CaC2) es produeix hidròxid càlcic i etí (C2H2). Calcular els grams d’aigua
necessaris per obtenir dos litres d’etí a 27ºC i 760 mm Hg. R: 2,9 g
CaC2
+
2 H2O
g?
→
Ca(OH)2 +
C2H2
V=2 l
T=27ºC=300 K
P=760 mm Hg=1 atm
P·V=n·R·T
Exercicis unitat 4: Els canvis en els processos químics
12
IES Llorenç Garcías i Font
Emma Sánchez Clark
Dep. Física i Química
1·2=n·0,082·300
n=0,081 mol C2H2
0,081 mol C 2 H 2
2 mol H 2 O 18 g H 2 O
1 mol C 2 H 2 1 mol H 2 O
= 2,93 g H2O
37. Calcula els grams d’alumini que es necessiten per obtenir 20 litres d’hidrogen, mesurats a una temperatura de
20ºC i una pressió de 740 mm Hg, segons la reacció: R: 14,6 g
Alumini + àcid sulfúric → sulfat d’alumini + hidrogen
38. El monòxid de nitrogen reacciona amb l’oxigen i s’obté diòxid de nitrogen. Totes les espècies químiques que hi
intervenen són gasos. Calcula el volum d’oxigen i de monòxid de nitrogen necessaris per obtenir 20 dm3 de
diòxid de nitrogen, si tots els gasos s’han mesurat en les mateixes condicions de pressió i temperatura.
R: 10 dm3 d’oxigen i 20 dm3 de monòxid de nitrogen.
39. El clor reacciona amb l’hidrogen i s’obté clorur d’hidrogen (gas). Calcula el litres de clorur d’hidrogen que
s’obtindran si reaccionen 10 litres de clor, si els gasos són mesurats en les mateixes condicions de pressió i
temperatura. R: 20 l
Cl2
10 l
+
H2
10 l Cl 2
2 l HCl
= 20 l H2O
1 l Cl 2
→
2 HCl
V?
40. Disposem de 10,4 litres d’etí (C2H2) mesurats en condicions normals. Si en realitzem la combustió completa,
calcular: a) Quin volum d’oxigen serà necessari, mesurat en condicions normals; b) Quin volum d’aire (la
composició del qual és 80% de nitrogen i 20% d’oxigen, en volum) serà necessari, mesurat a 17ºC i 700 mm
Hg. R: a) 26 l; b) 150 l
C2H2
+
5/2 O2
→ 2 CO2 +
10,4 l
a) V? c.n.
c.n.
b) Vaire?
20% O2
17ºC=290K
700 mm Hg= 0,92 atm
a) 10,4 l C 2 H 2
b) 10,4 l C 2 H 2
H2O
2,5 l O 2
= 26 l O2
1 l C2H 2
1 mol C 2 H 2 2,5 mol O 2
= 1,16 mol O 2
22,4 l C 2 H 2 1 mol C 2 H 2
P·V=n·R·T
0,92·V=1,16·0,082·290
V=30 l O2
Exercicis unitat 4: Els canvis en els processos químics
13
IES Llorenç Garcías i Font
Emma Sánchez Clark
Dep. Física i Química
30 l O 2
100 l aire
= 150 l aire
20 l O 2
41. El benzè (C6H6) és un líquid de densitat 880 g/l que crema fàcilment amb l’oxigen de l’aire. Calcular: a) Les
molècules de diòxid de carboni que s’obtenen si reaccionen 100 ml de benzè; b) El volum d’aire en condicions
normals necessari per la combustió dels 100 ml de benzè. L’aire conté un 20% en volum d’oxigen. R: a) 4,08
1024 molècules; b) 947,7 l
C6H6
880 g/l
100 ml
0,1 l C 6 H 6
+
15/2 O2
a) V aire? c.n.
→ 6 CO2 +
molèc?
3 H2O
880 g C 6 H 6 1 mol C 6 H 6 6 mol CO 2 6,023·10 23 molec CO 2
1 l C6 H 6
0,1 l C 6 H 6
78 g C 6 H 6 1 mol C 6 H 6
1 mol CO 2
= 4,08·1024 molècules CO2
880 g C 6 H 6 1 mol C 6 H 6 7,5 mol O 2 22,4 l O 2 100 l aire
1 l C6 H 6
78 g C 6 H 6 1 mol C 6 H 6 1 mol O 2
20 l O 2
= 947,7 l aire
42. Calcular quants litres d’aire (21% en volum d’oxigen), en condicions normals, són necessaris per cremar 60 g
de metà. R: 800 l
Càlculs estequiomètrics: reactius en dissolució
43. El clor s’obté en el laboratori segons la reacció: diòxid de manganès + àcid clorhídric→clorur de manganès
(II)+aigua+clor molecular. Calcular: a) La quantitat de diòxid de manganès necessària per a obtenir 100 litres
de clor mesurats a 15ºC i 720 mm Hg; b) El volum d’àcid clorhídric 2 M necessari. R: a) 348 g; b) 8 l
MnO2
g?
+
4 HCl
V dio?
2M
MnCl2
→
+
2 H2O
+
Cl2
100 l
15ºC=288K
720 mm Hg=0,95 atm
a)
P·V=n·R·T
0,95·100=n·0,082·288
n=4,02 mol Cl2
4,02 mol Cl 2
1 mol MnO 2 87 g MnO 2
1 mol Cl 2
1 mol MnO 2
= 349,7 g MnO2
b)
4,02 mol Cl 2
4 mol HCl
1 l dio
1 mol Cl 2
2 mol HCl
= 8 l dio
44. Calcula el volum de dissolució de fluorur de potassi 0,1M que es necessita per produir 1 g de fluorur de calci,
mitjançant la següent reacció:
Exercicis unitat 4: Els canvis en els processos químics
14
IES Llorenç Garcías i Font
Emma Sánchez Clark
Dep. Física i Química
fluorur de potassi+nitrat de calci→fluorur de calci+nitrat de potassi
R: 0,256 l
2 KF
V dio?
0,1 M
+
1g CaF2
Ca(NO3)2
→
CaF2
1g
+
2 KNO3
1 mol CaF2 2 mol KF
1 l dio
= 0,256 l dio
78 g CaF2 1 mol CaF2 0,1 mol KF
45. El zinc metall reacciona amb àcid clorhídric i forma clorur de zinc i hidrogen gas. Calcula el volum d’àcid
clorhídric de 35% en massa i densitat 1,18 g/ml que ha de reaccionar amb el zinc per lliberar 10,92 g
d’hidrogen. R: 965 ml
Zn
10,92 g H 2
+
2 HCl
35 %
1,18 g/ml
V dio?
→
ZnCl2
+
H2
10,92 g
1 mol H 2 2 mol HCl 36,5 g HCl 100 g dio 1 ml dio
= 965 ml dio
2 g H 2 1 mol H 2 1 mol HCl 35 g HCl 1,18 g dio
46. L’àcid clorhídric reacciona amb l’hidròxid de sodi donant clorur de sodi i aigua. Calcula el volum d’àcid
clorhídric del 36% i densitat 1,179 g/ml que es necessita per reaccionar amb 100 ml d’una dissolució
d’hidròxid de sodi 0,5 M. R: 4,3 ml
Càlculs estequiomètrics: puresa o riquesa de reactius
47. El perclorat de potassi es descompon mitjançant l’acció de la calor en clorur de potassi i oxigen. Si en una
d’aquestes descomposicions s’obtenen 2,4 g de clorur, calcular: a) la quantitat necessària de perclorat comercial
amb un 83% de puresa; b) el volum d’oxigen obtingut a 772 mm Hg i 16ºC. R: a) 5,37 g; b) 1,5 l
48. El clorat de potassi es descompon en clorur de potassi i oxigen. Calcula la massa de clorur de potassi i el volum
d’oxigen, mesurat en condicions normals, que es produeixen a partir de 150 g d’una substància que conté un
65% de clorat de potassi. Quantes molècules d’oxigen es formen? R: 59,3 g; 26,7 l; 7,19 1023 molècules
KClO3
150 g mostra
65% puresa
a) 150 g mostra
KCl
g?
+
3/2 O2
V? molec?
c.n.
65 g KClO 3 1 mol KClO 3 1 mol KCl 74,5 g KCl
= 59,3 g KCl
100 g mostra 122,5 g KClO 3 1 mol KClO 3 1 mol KCl
b) 150 g mostra
c) 150 g mostra
→
65 g KClO3 1 mol KClO3 1,5 mol O 2 22,4 l O 2
= 26,7 l O2
100 g mostra 122,5 g KClO3 1 mol KClO3 1 mol O 2
65 g KClO3 1 mol KClO3 1,5 mol O 2 6,023 10 23 molec O 2
= 7,19·1023 molec O2
100 g mostra 122,5 g KClO3 1 mol KClO3
1 mol O 2
Exercicis unitat 4: Els canvis en els processos químics
15
IES Llorenç Garcías i Font
Emma Sánchez Clark
Dep. Física i Química
49. Es cremen 10 kg d’antracita, la riquesa de la qual és del 95% en carboni. Calcula: a) el volum de diòxid de
carboni produit, mesurat a 1 atm i 300ºC; b) el volum d’aire necessari per la reacció, mesurat en condicions
normals, suposant que l’aire conté un 21% en volum d’oxigen. R: a) 37197 l; b) 84444 l
C
10 kg antracita
95% riquesa
+
O2
Vaire?
c.n.
21% O2
→
CO2
V?
1 atm
573K
a)
10000 g mostra
95 g C
1 mol C 1 mol CO 2
= 791,6 mol CO 2
100 g mostra 12 g C 1 mol C
P·V=n·R·T
1·V=791,6·0,082·573
V=37197 l CO2
b)
10000 g mostra
95 g C
1 mol C 1 mol O 2 22,4 l O 2 100 l aire
= 84444 l aire
100 g mostra 12 g C 1 mol C 1 mol O 2 21 l O 2
50. Per determinar la riquesa d’una mostra de zinc s’agafen 50 g d’aquesta mostra i es traten amb 129 ml d’àcid
clorhídric del 35,5% en pes i densitat 1,18 g/ml. Calcular el porcentatge de zinc en la mostra i la molaritat de la
dissolució. R: 96,7%; 11,4M
51. Calcular la puresa d’una mostra de sulfat d’amoni si 13,162 g d’aquesta mostra reaccionen amb sosa per donar
sulfat de sodi, aigua i 3,77 litres d’amoníac mesurats a 18ºC i 742 mm Hg. R: 75,2%
(NH4)2SO4
+
puresa?
13,162 g mostra
2 NaOH
→
Na2SO4
+
2 H2O
+
2 NH3
3,77 l
18ºC=291K
742 mm Hg=0,98 atm
P·V=n·R·T
0,98·3,77=n·0,082·291
n=0,15 mol NH3
0,15 mol NH 3
1 mol (NH 4 ) 2 SO 4 132 g (NH 4 ) 2 SO 4
= 9,9 g (NH 4 ) 2 SO 4
2 mol NH 3
1 mol (NH 4 ) 2 SO 4
% puresa =
g (NH 4 ) 2 SO 4
9,9
·100 =
·100 = 75,2%
g mostra
13,162
52. Si un mineral que conté sulfur mercúric s’escalfa en presència d’oxigen es produeix la següent reacció:
Sulfur mercúric + oxigen → mercuri + diòxid de sofre
Calcula la puresa de 50 g d’una mostra d’aquest mineral si produeixen 33 g de mercuri. R: 76,52%
Exercicis unitat 4: Els canvis en els processos químics
16
IES Llorenç Garcías i Font
Emma Sánchez Clark
Dep. Física i Química
HgS
50 g mostra
% puresa?
+
O2
→
% puresa =
33 g Hg
Hg
33 g
+
SO2
g HgS
·100
g mostra
1 mol Hg 1 mol HgS 232,6 g HgS
= 38,26 g HgS
200,6 g Hg 1 mol Hg 1 mol HgS
% puresa =
38,26
g HgS
·100 =
·100 = 76,52%
g mostra
50
Càlculs estequiomètrics: reactiu limitant
53. Un recipient conté 3 g d’età i 9 g d’oxigen. Mitjançant una espurna elèctrica hi provoquem la reacció de
combustió. Calculau els grams de cada substància que hi ha dins el recipient un cop finalitzada la reacció de
combustió. R: diòxid de carboni=7,07 g; aigua=4,34 g; età=0,59 g
54. El carboni reacciona amb l’hidrogen per formar metà. Si mesclam 100 g de carboni i 30 g d’hidrogen. Calculau
els grams de cada substància que hi ha dins el recipient un cop finalitzada la reacció. R: 10 g de carboni i 120 g
de metà.
C
100 g
+
2 H2
30 g
→
CH4
Cercam el reactiu limitant:
30 g H 2
1 mol H 2 1 mol C 12 g C
= 90 g C el reactiu limitant és l’hidrogen.
2 g H 2 2 mol H 2 1 mol C
Massa de C que sobra: 100-90= 10 g de C
30 g H 2
1 mol H 2 1 mol CH 4 16 g CH 4
= 120 g CH4
2 g H 2 2 mol H 2 1 mol CH 4
55. Es fan reaccionar 36,45 g de potassi amb 150 cc d’una dissolució d’àcid sulfúric del 98% en massa i densitat
1,8 g/cc. Calcular el volum de hidrogen obtingut, mesurat a 27ºC i 1 atm de pressió. R: 11,56 l
56. 6 g d’alumini es tracten amb 50 cc d’àcid sulfúric 0,15 M. Calculau: a) volum d’hidrogen que s’obtindrà,
mesurat a 20ºC i 745 mm Hg; b) massa de sulfat d’alumini que es produirà. R: a) 184 ml; 0,86 g
2 Al
6g
+
3 H2SO4
50 cc dio
Exercicis unitat 4: Els canvis en els processos químics
→
Al2(SO4)3
g?
+
3 H2
V?
17
IES Llorenç Garcías i Font
Emma Sánchez Clark
Dep. Física i Química
0,15 M
20ºC
745 mm Hg=0,98 atm
Cercam el reactiu limitant:
0,05 l dio
0,15 mol H 2 SO 4
27 g Al
2 mol Al
= 0,135 g Al
1 l dio
3 mol H 2 SO 4 1 mol Al
el reactiu limitant és l’ H2SO4.
0,05 l dio
0,15 mol H 2 SO 4
3 mol H 2
= 0,0075 mol H 2
1 l dio
3 mol H 2 SO 4
P·V=n·R·T
0,98·V=0,0075·0,082·293
V=0,184 l H2
b) 0,05 l dio
0,15 mol H 2SO 4 1 mol Al2 (SO 4 ) 3 342 g Al2 (SO 4 )3
= 0,855 g Al2(SO4)3
1 l dio
3 mol H 2SO 4 1 mol Al2 (SO 4 ) 3
Càlculs estequiomètrics: rendiment
57. La fermentació (descomposició) de la glucosa (C6H12O6) produeix etanol (C2H6O) i diòxid de carboni. Quina
quantitat d’etanol es produirà a partir de 4,25 kg de glucosa si el rendiment de la reacció és del 25%? R: 543 g
C6H12O6
4,25 kg
4250 g C 6 H12 O 6
→
η=25%
2 C2H6O
m?
+
2 CO2
1 mol C 6 H12 O 6 2·0,25 mol C 2 H 6 O 46 g C 2 H 6 O
= 543 g C2H6O
180 g C 6 H12 O 6 1 mol C 6 H12 O 6 1 mol C 2 H 6 O
58. Per reacció de carbonat de sodi amb hidròxid de calci s’obté hidròxid de sodi i carbonat de calci. Calculau el
grams de carbonat de sodi que es necessiten per obtenir 10 g d’hidròxid de sodi si el rendiment de la reacció és
del 60% i la puresa del carbonat de sodi és del 90%. R: 24,5 g
59. Quant es crema una mostra, que conté un 92% de sulfur ferrós, amb aire s’obté òxid fèrric i 100 litres de diòxid
de sofre mesurats en condicions normals. Calcula la massa necessària de pirita si la reacció té un rendiment del
80%. R: 532,6 g
2 FeS
92% puresa
+
7/2 O2
g pirita (g mostra)?
100 l SO 2
→
η=80%
Fe2O3
+
2 SO2
100 l
c.n.
1 mol SO 2
2 mol FeS 87,8 g FeS 100 g mostra
= 532,56 g mostra
22,4 l SO 2 0,8·2 mol SO 2 1 mol FeS
92 g FeS
Exercicis unitat 4: Els canvis en els processos químics
18
IES Llorenç Garcías i Font
Emma Sánchez Clark
Dep. Física i Química
60. El carbonat de calci es descomposa en òxid de calci i diòxid de carboni. Calcula la massa de cal viva (òxid de
calci) que es pot obtenir a partir d’una tona de pedra caliça del 90% en carbonat de calci, si el rendiment del
procés és del 75%. R: 378 kg
CaCO3
1 t mostra
90% puresa
10 6 g mostra
CaO
m?
→
η=75%
+
CO2
90 g CaCO 3 1 mol CaCO 3 0,75 mol CaO 56 g CaO
= 378 kg CaO
100 g mostra 100 g CaCO 3 1 mol CaCO 3 1 mol CaO
61. Considerem la reacció de combustió del metanol(CH4O). Calcula: a) volum d’oxigen en condicions normals
per cremar 5 kg de metanol; b) grams de diòxid de carboni obtingunts i volum que ocupen a 2,02 105 Pa i
100ºC; c) si a la reacció només es produeixen 5000 g de diòxid de carboni, calcula el rendiment de la reacció.
R: a) 5250 l; b) 6875 g; 2389,5 l; c) 72,72%
CH4O
5 kg
+
a) 5000 g CH 4 O
b) 5000 g CH 4 O
3/2 O2
a)V?
c.n.
→
η=?
+
CO2
b) g?
V?
2,02 105 Pa
100ºC
c) 5000 g
η=?
2 H2O
1 mol CH 4 O 1,5 mol O 2 22,4 l CO 2
= 5250 l O2
32 g CH 4 O 1 mol CH 4 O 1 mol O 2
1 mol CH 4 O 1 mol CO 2 44 g CO 2
= 6875 g CO2
32 g CH 4 O 1 mol CH 4 O 1 mol CO 2
6875 g CO 2
1 mol CO 2
= 156,25 mol CO 2
44 g CO 2
P·V=n·R·T
2·V=156,25·0,082·373
V=2389,5 l CO2
c) η =
g CO 2 reals
5000
100 =
·100 = 72,72%
g CO 2 teòrics
6875
62. El tetraclorur de carboni, juntament amb el clorur d’hidrogen es forma en la reacció entre el metà i el clor. En
una planta industrial van obtenir-se 164 tones de tetraclorur de carboni en fer reaccionar 24 tones de metà amb
clor en excés. Determina el rendiment de la reacció. R: 71 %
Càlculs estequiomètrics: reaccions consecutives
63. Quina quantitat de pirita (FeS2) es necessita per obtenir una tona d’àcid sulfúric, segons les següents reaccions:
Exercicis unitat 4: Els canvis en els processos químics
19
IES Llorenç Garcías i Font
Emma Sánchez Clark
Dep. Física i Química
2 FeS2 + 11/2 O2 → Fe2O3 + 4 SO2
2 SO2 + O2 → 2 SO3
SO3 + H2O → H2SO4
R: 0,61 tones
64. A partir del sulfur de calci s’obté sulfur d’hidrogen segons l’equació següent:
CaS + H2O + CO2 → H2S + CaCO3
El sulfur d’hidrogen obtingut s’oxida per obtenir sofre:
2 H2S + O2 → 2 H2O + 2 S
Quina quantitat de sofre es pot obtenir a partir de 500 kg d’una mostra que conté 80% de CaS? R:
a)
178 kg
b)
Quin volum d’aire en condicions normals s’ha d’emprar per oxidar el sulfur d’hidrogen procedent
de la primera reacció? (l’aire conté un 21% en volum d’oxigen) R: 2,96 105 litres
a) 500000 g mostra
b) 5·105 g mostra
80 g CaS 1 mol CaS 1 mol H 2S 2 mol S 32 g S
5
= 1,78·10 g S
100 g mostra 72 g CaS 1 mol CaS 2 mol H 2S 1 mol S
80 g CaS 1 mol CaS 1 mol H 2S 1 mol O 2 22,4 l O 2 100 l aire
5
= 2,96·10 l aire
100 g mostra 72 g CaS 1 mol CaS 2 mol H 2S 1 mol O 2 21 l O 2
65. Les següents equacions químiques corresponen a dos de les reaccions consecutives que es produeixen en un
forn de metalúrgia:
C (s) + CO2 (g) → 2 CO (g)
Fe2O3 (s) + 3 CO (g) → 2 Fe (s) + 3 CO2 (g)
Calcula la massa de carboni que es necessita per reaccionar 100 kg d’òxid de ferro (III) a ferro metall.
R: 11278 g
100000 g Fe 2 O 3
1 mol Fe 2 O 3
3 mol CO 1 mol C 12 g C
= 11278 g C
159,6 g Fe 2 O 3 1 mol Fe 2 O 3 2 mol CO 1 mol C
Exercicis unitat 4: Els canvis en els processos químics
20
IES Llorenç Garcías i Font
Emma Sánchez Clark
Dep. Física i Química
FORMES D’EXPRESSAR LA CONCENTRACIÓ
•Concentració en g/l: indica els grams de solut que hi ha dissolts en un litre de solució
g/l =
grams de solut
litres de dissolució
•Percentatge en massa (% en massa): són els grams de solut que hi ha en 100 grams de dissolució
% en massa =
grams de solut
grams de solut
·100 =
·100
grams de solut + grams de dissolvent
grams de dissolució
•Percentatge en volum (% en volum): indica el volum de solut dissolt en 100 volums de dissolució
% en volum =
litres de solut
litres de solut
·100 =
·100
litres de dissolució
litres de solut + litres de dissolvent
•Molaritat (M): indica els mols de solut que hi ha dissolts en un litre de dissolució. És la concentració més
emprada en els laboratoris de química.
M o concentració molar o concentració =
mols de solut
litres de dissolució
•Molalitat (m): indica els mols de solut que hi ha dissolts en un kilogram de dissolvent.
Molalitat m =
mols de solut
kg de dissolvent
•Fracció molar: indica els mols de solut que hi ha dissolts en un mol de dissolució.
Fracció molar Xs =
Xd =
mols de solut
mols de solut + mols de dissolvent
mols de dissolvent
mols de solut + mols de dissolvent
es compleix que:
Xs + Xd = 1
Exercicis unitat 4: Els canvis en els processos químics
21