Duración del ejercicio: 1 h

ESCUELA DE INGENIERÍA AERONÁUTICA Y DEL ESPACIO
Primer control de Química
7 de Octubre de 2011
Resolución de las preguntas numéricas
Pregunta 7.- Se dispone de 100 mL de una disolución de ácido sulfúrico 0,10 M. Calcular el pH
de la disolución y el volumen necesario de una disolución 0,10 M de NaOH para conseguir su
neutralización.
Dato: considerar fuerte al ácido sulfúrico en sus dos disociaciones.
Solución:
H 2 SO4  2 H   SO42
 H   2  H SO   2  0,10  0, 20M

2
4
pH   log( H  )   log 0, 20  0, 7
moles deprotones a neutralizar  M  V  0, 20M  0,1L  0, 02
n 0, 02
moles de NaOH necesarios  0, 02  V 

 0, 2 L  200mL
M
0,1
a) pH = 0,70 V = 200 mL
b) pH = 1,0
V = 200 mL
c) pH = 0,35 V = 100 mL
d) pH = 0,70 V = 100 mL
Pregunta 8 Se dispone de dos disoluciones:
Disolución A: 100 mL de una disolución de ácido acético (HAc) 0,2 M
Disolución B: 100 mL disolución de amoniaco (NH3) 0,2 M
Datos: Ka( ácido acético) =1,8·10-5 y Kb ( amoniaco) Kb=1,8·10-5
El pH que presentarán las disoluciones será:
Solución:
Disolución de ácido acético
HAc
c(1   )
H   Ac 
c c
H   Ac  


c c

k 
c(1   )
 HAc 

c 2
1,8·105  0, 2    9,3·103   H    c  1,89·103  pH  2, 72
Disolución de amoniaco
NH 3  H 2O
c(1   )
NH 4   OH  

NH 4   OH  
c c

k 
c(1   )
c c
 NH 3 

c 2
1,8·105  0, 2    9,3·103   OH    c  1,89·103  pH  2, 72  pOH  11, 28
a)
b)
c)
d)
Versión 1
pH (Disolución A) =
pH (Disolución A) =
pH (Disolución A) =
pH (Disolución A) =
2,72
2,63
4,74
4,74
pH (Disolución B) =
pH (Disolución B) =
pH (Disolución B) =
pH (Disolución B) =
11,28
11,37
11,28
7,5
1
Pregunta 9 Se mezclan 100 mL de una disolución de ácido sulfúrico (H2SO4)0,1 M. con 100
mL de una disolución de ácido acético (HAc) 0,2 M. El pH de la mezcla resultante es:
Dato: considerar fuerte al ácido sulfúrico en sus dos disociaciones.
Solución
H 2 SO4  2 H   SO42 moles de H   2·moles de H 2 SO4  2(0,1M  0,1L)  0, 02
H   Ac 

despreciable frente a los H  del H 2 SO4
HAc
 H   0,10,020,1  0,1  pH  1

a)
b)
c)
d)
pH = 0,1
pH = 2,7
pH = 1,0
pH = 0,7
Pregunta 10 Se dispone de dos disoluciones de la misma concentración de dos ácidos débiles
monopróticos HA y HB, en estas disoluciones [A-] = 2[B-].
Dato: Ka( HA)> Ka( HB)
Solución
HA
A  H  
si ( A )  2( B  )  ( H  ) HA  2( H  ) HB


HB
B  H 
 log( H  ) HA   log 2  log( H  ) HB
pH HB  pH HA  0,3
a) La constante de acidez de HA es doble que la de HB
b) El pH de la disolución de HB es igual al pH de la disolución de HA + 0,30
c) En el equilibrio [HA] = 2 [HB]
d) El pH de la disolución de HB es 0,3 veces el pH de la disolución de HA
PROBLEMA 1
Se dispone de las entalpías de los siguientes procesos medidos en condiciones estándar a 25 ºC:
CH4 (g) + 2 O2 (g) ---> CO2 (g) + 2 H2O (g), H0 = -191,0 kcal/mol
CH4 (g) + 2 O2 (g) ---> CO2 (g) + 2 H2O (l), H0 = -213,0 kcal/mol
H2 (g) + 1/2 O2 (g) ---> H2O (l),
H0 = -68,38 kcal/mol
C (s, grafito) + O2 (g) ---> CO2 (g)
H0 = -94,14 kcal/mol
Pregunta 11 Hallar la entalpía de formación del CH4 a 25 ºC (siempre P = 1 atm).
Solución
De la segunda reacción:CH4 (g) + 2 O2 (g) ---> CO2 (g) + 2 H2O (l)
H0 = Hf0 (CO2 ) + 2 Hf0 (H2O ) - Hf0 (CH4 ) = -213,0 kcal/mol
Despejando:
Hf0 (CH4 ) = +213,0 kcal/mol + Hf0 (CO2 ) + 2 Hf0 (H2O )
La tercera reacción es la de formación de agua y la cuarta la de formación de CO2
Por tanto:
Hf0 (CH4 ) = +213,0 + (-94,14 ) + 2 (-68,38 ) = -17,9 kcal/mol
a)
b)
c)
d)
H0 =
H0 =
H0 =
H0 =
-17,9 kcal/mol
-39,9 kcal/mol
-17,3 kcal/mol
-39,3 kcal/mol
Pregunta 12 Hallar la energía interna de formación del CH4 a 25 ºC (siempre P = 1 atm).
Solución
C (s,grafito) + 2 H2 (g) ---> CH4 (g)
H  E  RT ng  E  H  RT ng
E  17,9
a)
b)
c)
d)
kcal
kcal
kcal
 1,987·103
298K )1  2)  17,3
mol
molK
mol
E0 =
E0 =
E0 =
E0 =
-17,3 kcal/mol
-39,3 kcal/mol
-17,9 kcal/mol
-39,9 kcal/mol
PROBLEMA 2
Se dispone de los siguientes datos experimentales correspondientes al estudio cinético de la
reacción: A →productos:
T(K)
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
[A]0
0,1
0,2
0,2
600
650
V(M/s)
5,5 ·10-6
2,2·10-5
4,0·10-5
Dato: R = 8,314 Jmol-1K-1
Pregunta 13.- Calcular el orden de reacción (suponiendo que sólo puede ser 0, 1 o 2) y la
constante cinética a 600 K
Solución
Ponemos la expresión de velocidad como v  k  A
Y de los datos a 600 K
6
n

n
5,5·10  k 0,1 

v  k  A  
n  2 y k  5,5·104 molar 1s 1
5
n

2, 2·10  k 0, 2 

n
a)
b)
c)
d)
k = 5,5·10-4 L·mol-1s-1; orden 2
k = 5,5·10-5 s-1; orden 1
k = 1,1·10-4 s-1; orden 1
k = 5,5·10-6 mol·L-1s-1; orden 0
Pregunta 14- Calcular la Energía de activación de la reacción indicada.
Solución
Aplicamos la expresión ln
E 1 1
k2
 a   
k1
R  T2 T1 
Para ello necesitamos conocer la k a 650K
v  4, 0·105  k650 0, 22  k650  2·104 molar 1s 1
ln
k600
E
 a
k650
R
1 
 1
4
1
 600  650   Ea  3,877·10 Jmol
a) 3,824·102 J/mol
b) -3,877·104 J/mol
c) 3,877·104 J/mol
d) -3,824·102 J/mol
PROBLEMA 3
Si en un matraz de 2,00 L se calienta cierta cantidad de bicarbonato sódico a 110 ºC, tiene lugar
la siguiente reacción:

 Na2CO3 ( s)  CO2 ( g )  H 2O( g )
2 NaHCO3 ( s) 

Dato: R = 0.082 atmLmol-1K-1
Pregunta 15.- Una vez alcanzado el equilibrio, la presión es de 1,25 atm. Calcular el valor de Kp
y Kc
Solución

 Na2CO3 ( s)  CO2 ( g )  H 2O( g )
2 NaHCO3 ( s) 

x
x
k P  PCO2 ·PH 2O
El número de moles de CO2 y H2O gaseosos producidos es el mismo y por tanto su presión
también. Como la presión total es suma de las presiones parciales de CO2 y H2O gaseosos, la
presión de ambos gases es 1,25/2 = 0,625 atm.
k P  PCO2 ·PH 2O  0,625·0,625  0,39
k P  kC  RT 
a)
b)
c)
d)
n
 0,39· 0,082·(273  110)   4·10 4
2
Kp=1,56 y Kc=5,0·10-2
Kp=0,39 y Kc=4,0·10-4
Kp= 1,56 y Kc=·1,6·10-3
Kp=0,39 y Kc=2,2·10-4
Pregunta 16.- Calcular la nueva presión de equilibrio si una vez alcanzado el equilibrio se
introduce vapor de agua en el recipiente hasta alcanzar una presión parcial de agua de 1,2 atm.
Solución
Al añadir más agua en forma de vapor el equilibrio se desplaza a la izquierda, y por tanto el
equilibrio, en función de las presiones e puede expresar:

 Na2CO3 ( s )  CO2 ( g )  H 2O( g )
2 NaHCO3 ( s ) 

0,625  x
1, 2  x
kP  0,39  PCO2 ·PH 2O  (0, 625  x)(1, 2  x)  x  0, 225
Peq  PCO2  PH 2O  (0, 625  0, 225)  (1, 2  0, 225)  1,375 atm
a)
b)
c)
d)
Peq=1,375 atm
Peq=1,250 atm
Peq=1,115 atm
Peq=2,500 atm
PROBLEMA 4
Se prepara una disolución 0,3 M en ácido acético y 0,3 M en acetato de sodio.
DATOS: Ka= 1,82· 10-5
Pregunta 17.- El pH de la disolución final será:
Solución
El acetato de sodio se disocia completamente
NaAc  Na   Ac    Ac    0,3M
Estableciendo el equilibrio de disociación del HAc, teniendo en cuenta que ya existe Ac  :
HAc  H   Ac 
0,3
0,3
0,3  x x 0,3  x
inicial
equilibrio
 H  Ac   1,82·10
k


 HAc 
5

x(0,3  x)
 x  x  1,82·105
(0,3  x)
pH   log( H  )   log1,82·105  4, 74
a) 4,74
b) 5,30
c) 4,20
d) 7,00
Pregunta 18 A 1L de la disolución anterior se le añaden 0,01 moles de NaOH sin modificar el
volumen. El pH de la disolución resultante será:
Solución
Al añadir NaOH, parte del ácido se neutraliza
NaOH  HAc  NaAc  H 2O
inicial
final
0, 01

0,3
0, 29
0, 01
luego  NaAc   0,3(de antes )  0, 01  0, 031   Ac    0,31M , y  HAc   0, 29
Estableciendo el equilibrio de disociación del HAc,
inicial
equilibrio
 H  Ac   1,8·10
k

 HAc 

HAc
0, 29
0, 29  x

5

H   Ac 
0,31
x 0,31  x
x(0,31  x) x·0,31

 x  1, 70·105
(0, 29  x)
0, 29
pH   log( H  )   log1, 70·105  4, 77
a)
b)
c)
d)
5,0
6,30
7,0
4,77