ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO FACULTAD ...

February 10, 2018 | Author: Anonymous | Category: Documents
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Con base en estas observaciones, ¿podemos determinar si los sólidos A y By el ... La sustancia se puede golpear hasta co...

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ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO

FACULTAD DE CIENCIAS

380 Ejercicios resueltos “química general de Brown” para BioQUIMICA Y FARMACIA

Bolívar Edmundo Flores Humanante

Riobamba - 2008 -1-

INTRODUCCION

Los jóvenes que concluyen el bachillerato en las distintas instituciones educativas de nuestro país, se enfrentan al reto de poder matricularse en una universidad. La duda de los aspirantes es saber, si sus conocimientos están acordes con el nivel de exigencia requerido; razón por la cual, este trabajo tiene como propósito principal, servir de guía para superar los primeros niveles de una ciencia básica como es la química. Me daré por satisfecho, si mi propósito coadyuva a la preparación de la juventud ecuatoriana para continuar con sus estudios universitarios.

El autor

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INDICE GENERAL Capítulo I INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO DE LA QUÍMICA.......................................... ¿Qué es la Química? Materia y Energía Propiedades de la Materia. Unidades de Medición SI y no SI Densidad y Peso Específico. Calor y Temperatura. Transferencia de Calor y Medición de Calor.

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Capítulo II y III FÓRMULAS QUÍMICAS Y NOMENCLATURA…………………………………… 26 Teoría Atómica de la Materia. Átomos, Moléculas, Fórmulas Químicas. Iones y Compuestos Iónicos. Descubrimiento de la Estructura Atómica. Pesos Atómicos. Capítulo IV ESTEQUIOMETRÍA, CÁLCULOS CON FÓRMULAS Y ECUACIONES QUÍMICAS…………………………………………………… ¿Qué es una ecuación química? Patrones sencillos de reactividad química: metátesis. Cálculos basados en ecuaciones químicas. Pesos formulares. La mol. Fórmulas empíricas a partir de análisis. Información cuantitativa a partir de ecuaciones balanceadas. Reactivos limitantes y en exceso. Capítulo V REACCIONES EN MEDIO ACUOSO Y ESTEQUIOMETRÍA DE DISOLUCIONES…………………………………. Propiedades generales de las disoluciones en medio acuoso. Reacciones de precipitación. Reacciones de neutralización ácido base. Introducción a las reacciones de óxido – reducción. Concentración de disoluciones. Uso de las disoluciones en análisis químico. Valoraciones. Capítulo VI ESTRUCTURA ELECTRÓNICA DE LOS ATÓMOS………………………… Radiación electromagnética. El efecto fotoeléctrico. Espectros atómicos y el átomo de Bohr. Descripción mecanocuántica del átomo.

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98

133

Números cuánticos. Representación de orbitales atómicos. Configuraciones electrónicas. Tabla periódica. Capítulo VII PERIODICIDAD QUÍMICA…………………………………………………….. 136 Desarrollo de la tabla periódica. Representación de Lewis para los electrones de valencia de los elementos representativos. Tamaño de los átomos y de los iones. Energía de ionización. Afinidades electrónicas. Electronegatividad. Metales, no metales y metaloides

BIBLIOGRAFIA

QUIMICA, LA CIENCIA CENTRAL. 10ma Edición: Brown, Lemay y Bursten. 2008 QUIMICA, PRINCIPIOS Y APLICACIONES. 3ra Edición: Sienko Plane. 2004 GENRAL CHEMISTRY. 8th Edition: Whitten, Davis and Peck. 2008 NUCLEAR PHYSICS. 2th Edition: Acosta, Cowan and Graam. 1980 QUIMICA INORGANICA: 3ra Edición: Buchelli P. EPN-Quito. 2000 NESTRA QUIMICA: Nomenclatura y Mecanismos de Reacción. 2da Edición. UESFN-Riobamba. 2008.

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CAPITULO I CLASIFICACIÓN Y PROPIEDADES DE LA MATERIA. 1. Clasifique cada una de las siguientes como sustancia pura o mezcla, si una mezcla, indique es homogénea o heterogénea: (a) arroz con leche; (b) agua mar; (c) magnesio; (d) gasolina. Solución: a) Arroz con leche Mezcla heterogénea b) Agua de mar Mezcla homogénea c) Magnesio Sustancia pura (elemento) d) Gasolina Mezcla homogénea 2. Clasifique cada una de las siguientes como sustancia pura o mezcla; si es una mezcla, indique si es homogénea o heterogénea: (a) aire; (b) jugo de tomate; (c) cristales de yodo; (d) arena Solución: a) Aire Sustancia pura b) Jugo de tomate Mezcla homogénea c) Cristales de yodo Sustancia pura (elemento) d) Arena Mezcla heterogénea 3. Escriba el símbolo químico de los siguientes elementos: (a) aluminio; (b) sodio; (c) bromo; (d) cobre; (e) silicio; (f) nitrógeno; (g) magnesio; (h) helio. Solución: a) Al e) Si b) Na f) N c) Br g) Mg d) Cu h) He 4. Escriba el símbolo químico para cada uno de los siguientes elementos: (a) carbono; (b) potasio; (c) cloro; (d) zinc; (e) fósforo; (f) argón; (g) calcio; (h) plata. Solución: a) C e) P b) K f) Ar c) Cl g) Ca d) Zn h) Ag 5. Nombre los elementos químicos representados por los siguientes símbolos: (a) H; (b) Mg; (c) Pb; (d) Si; (e) F; (f) Sn; (g) Mn; (h) As. Solución: a) Hidrógeno e) Flúor b) Magnesio f) Estaño c) Plomo g) Manganeso d) Silicio h) Arsénico 6. Nombre los siguientes elementos: (a) Cr; (b) I; (c) Li; (d) Se; (e) Pb; (f) V; (g) Hg; (h) Ga. Solución: a) Cromo e) Plomo b) Yodo f) Vanadio c) Litio g) Mercurio d) Selenio h) Galio 7. Una sustancia sólida blanca A se calienta intensamente en ausencia de aire y se descompone para formar una nueva sustancia blanca B y un gas. El gas tiene exactamente las mismas propiedades que el producto que se obtiene cuando se quema

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carbono con exceso de oxígeno. Con base en estas observaciones, ¿podemos determinar si los sólidos A y By el gas C son elementos o compuestos? Explique sus conclusiones para cada sustancia. Solución: R.C es un compuesto, contiene carbono y oxígeno. A es un compuesto; contiene al menos carbono y oxígeno. B no está definido por los datos indicados; es probablemente un compuesto porque pocos elementos existen en forma de sólidos blancos. 8. En 1807, el químico inglés Humpry Davy pasó una corriente eléctrica por hidróxido de potasio fundido y aisló una sustancia brillante y reactiva. Davy aseguró haber descubierto un nuevo elemento, al que llamó potasio. En esos tiempos, antes de la aparición de los instrumentos modernos, ¿cómo se justificaba la aseveración de que una sustancia era un elemento? Solución: K(OH) K Sustancia Elemento Sabemos que una sustancia es un elemento ya que está definida como la mezcla de varios compuestos químicos y por ende estos últimos se forman por la combinación de elementos químicos. 9. Haga un dibujo, como el de la figura 1.5, que muestre una mezcla homogénea de vapor de agua y gas argón (que existe como átomos de argón). Solución:

Átomos de Ar

Moléculas de H2O

10. Haga un dibujo, como el de la figura 1.5, que muestre una mezcla heterogénea de aluminio metálico (que se compone de átomos de aluminio) y oxígeno gaseoso (que se compone de moléculas que contienen dos átomos de oxígeno cada una). Solución:

Átomos de Aluminio

Moléculas O2

11. En un intento por caracterizar una sustancia, un químico hace las siguientes observaciones. La sustancia es un metal lustroso color blanco plateado que se funde a 649°C y hierve a 1105°C; su densidad a 20°C es de 1.738 g/cm3. La sustancia arde en aire, produciendo una luz blanca intensa, y reacciona con cloro para producir un sólido blanco quebradizo. La sustancia se puede golpear hasta convertirla en láminas

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delgadas o estirarse para formar alambre, y es buena conductora de la electricidad. ¿Cuáles de estas características son propiedades físicas y cuáles químicas? Solución: Propiedades Químicas  Reacciona con el cloro, arde en el aire produciendo una luz blanca. Propiedades Físicas:  Un metal lustroso; se funde a 649°C, hierve a 1105°C, su densidad a 20°C es de 1.738 g/cm3; se pueden convertir en láminas para formar alambres. 12. Lea la siguiente descripción del elemento zinc e indique cuáles de las propiedades son físicas y cuáles químicas. El zinc es un metal color gris plateado que funde a 420°C. Cuando se añade gránulos se zinc a ácido sulfúrico diluido, se desprende hidrógeno y el metal se disuelve. El zinc tiene una dureza en la escala Mohs de 2.5 y una densidad de 7.13 g/cm3 a 25°C. Reacciona lentamente con oxígeno gaseoso a temperaturas elevadas para formar óxido de zinc, ZnO . Solución: Propiedades Físicas  Metal color gris plateado, se funde a 420°C, tiene una dureza en la escala de Mohs de 2.5 y una densidad de 7.13 g/cm3 a 25°C. Propiedades Químicas:  Cuando de añaden gránulos de zinc a ácido sulfúrico diluido, se desprende hidrógeno y el metal se disuelve, reacciona lentamente con oxígeno gaseoso a temperaturas elevadas para formar óxido de zinc, ZnO. 13. Rotule cada uno de los siguientes como proceso físico o químico: (a) corrosión de aluminio metálico; (b) fundir hielo; (c) pulverizar una aspirina; (d) digerir una golosina; (e) explosión de nitroglicerina. Solución: a) Química b) Física c) Física d) Química e) Química 14. Se enciende un fósforo y se sostiene bajo un trozo de metal frío. Se hacen las siguientes observaciones: (a) el fósforo arde. (b) El metal se calienta. (c) Se condensa agua sobre el metal; (d) Se deposita hollín (carbono) en el metal. ¿Cuáles de estos sucesos se deben a cambios físicos y cuáles a cambios químicos? Solución: a) Cambio químico b) Cambio físico c) Cambio químico 1 d) Cambio químico 15. Un matraz contiene un líquido transparente e incoloro. Si es agua, ¿cómo podría determinar si contiene sal de mesa disuelta o no? ¡No la pruebe! Solución:  Primero sometería al calor el líquido, con el propósito de que el agua se evapore, si hay residuo, procedería a medir las propiedades físicas que este presenta tales como: color, densidad, y más. Si las propiedades concuerdan con las de NaCl, el agua contenía sal de mesa, y si no presenta las mismas propiedades entonces el residuo es un sólido disuelto diferente, finalmente se asume que si no hay residuo, nunca hubo un sólido disuelto.

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16. Sugiera un método para separar cada una de estas mezclas en sus dos componentes: (a) azúcar con arena; (b) hierro con azufre. Solución: a) Filtración b) Decantación UNIDADES DE MEDICION 17. ¿Qué potencia decimal representan las siguientes abreviaturas: (a) d; (b) c; (c) f; (d) ; (e) M; (f) k; (g) n; (h) m; (i) p? Solución: a) deci = 10-1 e) mega = 106 i) Pico = 10-12 -2 3 b) centi = 10 f) kilo = 10 -15 c) femto = 10 g) Nano = 10-9 -6 d) micro = 10 h) Mili = 10-3 18. Use prefijos métricos apropiados para describirlas siguientes mediciones sin usar exponentes: (a) 6.5 10 6 m ; (b) 6.35 10 4 L ; (c) 2.5 10 3 L ; (d) 4.23 10 9 m 3 ; (e) 12 .5 10 8 kg ; (f) 3.5 10 11 s ; (g) 6.54 10 9 fs . Solución: a) 6.5 .m e) 12.5 .cKg b) 0.635 mL f) 35 ps c) 2.5mL g) 6.54Gfs 3 d) 4.23nm 19. Realice las conversiones siguientes: (a) 25.5 mg a g; (b) 4.0 10 10 m a nm; (c) 0.575 a m. Solución: a) 25.5mg 19 = 0.025 g 2.55 10 2 100mg b) 4.0 10

10

c) 0.575mn

m

1nm 1 10 9 m .m

= 0.4 nm

1 10 3 m m

575m. 1 10 6 20. Convierta (a) 1.48 x 102 Kg a g; (b) 0.00023 m a nm; (c) 7.25 x 10-4 a ms. Solución: a) 1.48 102 Kg 1000 g 1.5 105 g 1Kg

b) 0.0023 .m 1 10 6 m 1nm 1 .m 1 10 9 n

2.3nm

c)

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7.25 10 4 s 1m = 0.725 ms 1 10 3 21. Indique si las siguientes son mediciones de longitud, área, volumen, masa, densidad, tiempo o temperatura: (a) 5 ns; (b) 5.5 Kg/m3; (c) 0.88 pm; (d) 540 Km2; (e) 173 K; (f) 2mm3; (g) 23°C. Solución: a) Tiempo e) Temperatura b) Densidad f) Volumen c) Longitud g) Temperatura d) Área 22. ¿Qué tipo de medición (por ejemplo longitud, volumen, densidad) indica las siguientes unidades: (a) mL; (b) cm2; (c) mm3; (d) mg/L; (e) ps; (f) nm; (g) K?. Solución: a) Volumen c) Volumen e) Tiempo g) Temperatura b) Área d) Densidad f) Longitud 23. (a) Una muestra de tetracloruro de carbono, un líquido que solía usar para el lavado en seco, tienen una masa de 39.73 g y un volumen de 25.0 mL a 25°C. Calcule su densidad a esta temperatura. ¿El tetracloruro de carbono flota en agua? (Los materiales menos densos que el agua flota en ella). (b) La densidad del platino es de 21.45 g/cm3 a 20°C. Calcule la masa de 75.00 cm3 de platino a esa temperatura. (c) La densidad del magnesio es del 1.738 g/cm3 a 20°C. Calcule el volumen de 87.50 g de este metal a esa temperatura. Solución: a) Datos: m m = 39.73g v 39.73g v = 25.0 ml 25.0ml t = 25°C 1.59g / ml =?  El tetracloruro no flota en el agua puesto que su densidad es mayor a esta. b) Datos: = 21.45 g/cm3 m v g T = 20°C m 21.45 3 75.00cm3 cm m 1608.75g m=? 3 v = 75.00 cm c) Datos: m = 1.738 g/cm3 v

87 .50 g 1.738 g / cm 3 v 50.35cm3 v

T = 20°C

v=? m = 87.50g 24. (a) Un cubo del metal osmio de 1.500 cm por lado tiene una masa de 76.31 g a 25°C. Calcule su densidad en g/cm3 a esa temperatura. (b) La densidad del metal titanio es de 4.51 g/cm3 a 25°C. ¿Qué masa de titanio desplaza 65.8 mL de agua a 25°C. (c) La

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densidad del benceno a 15°C es de 0.8787 g/mL. Calcule la masa de 0.1500 L de benceno a esa temperatura. Solución: a) Datos: m v = (1.500cm)3 = 3.375 cm3 v 76.31g m = 76.31g 3.375cm3 22 .61 g / cm3 T = 25°C =? b) Datos: 3 m v MT = 4.51g/cm g T = 25°C m 4.51 3 65.8cm3 cm v = 65.8 ml m 296.76g m=? c) Datos: T = 15°C B=

m

v

g 150ml ml m 131.80g

0.8787g/ml

m 0.8787

m=? v = 0.1500L*1000ml = 15 ml 25. (a) Para identificar una sustancia líquida, una estudiante determinó su densidad. Empleando una probeta graduado midió una muestra de 45 mL de la sustancia. A continuación, determinó la masa de la muestra, encontrando que pesaba 38.5 g. Ella sabía que la sustancia teníia que ser alcohol isopropílico (densidad = 0.785 g/mL) o bien tolueno (densidad = 0.866 g/mL). ¿Cuál fue la densidad calculada y cuál es la probable identidad de la sustancia? (b) Un experimento requiere 45.0 g de etilenglicol, un líquido cuya densidad es de 1.114 g/mL. En vez de pesar la muestra en una balanza, un químico opta por medir el líquido con una probeta graduada. ¿Qué volumen de líquido deberá usar? (c) Un trozo cúbico de un metal mide 5.00 cm por lado. Si el metal es níquel, con densidad de 8.90 g/cm3, ¿qué masa tiene el cubo? Solución: a) Datos: m v = 45ml v 38.5 g m = 38.5g 45ml 0.86 g / ml AI = 0.785 g/ml T T = 0.866 g/ml b) Datos: m V m = 45.0 g 45 .0 g 1.114 g / ml m 40.39ml

V

= 1.114g/ml V=?

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c) Datos: V = (5.00)cm3

125 cm3

m

v

g 125cm3 3 cm m 1112.5g m 1.11 10 3 g 26. (a) Habiéndose desprendido la etiqueta de un frasco que contiene un líquido transparente el cual se piensa que es benceno, un químico midió la densidad del líquido con objeto de verificar su identidad. Una porción de 25.0 mL del líquido tuvo una masa de 21.95 g. En un manual de química se indica que la densidad del benceno a 15°C es de 0.8787 g/mL. ¿La densidad calculada concuerda con el valor tabulado? (b) Un experimento requiere 15.0 g de ciclohexano, cuya densidad a 25°C de diámetro es de 0.7781 g/mL. ¿Qué volumen de ciclohexano debe usarse?, (c) Una esfera de plomo tiene 5.0 cm de diámetro. ¿Qué masa tiene la esfera si la densidad del plomo es de 11.34 g/cm3? (El volumen de la esfera es de (4/3 .r3). a) Datos: m v = 25.0ml v 21.95 g m = 21.95g 25.0ml T = 25ºC 0.8787g / ml = 0.8787 g/ml b) Datos: m m = 15.0 g V = 8.90 g/cm3

m 8.90

15 .0 g 0.7781 g / ml V = 19.27ml V

= 0.7781 g/ml T = 25ºC V=? c) Datos: d = 5.0cm 2 2.5

m

v

g 65.44cm3 3 cm m 742.08g

m=?

m 11.34

= 11.34 g/cm3 4 v .r 3 3 27. El oro puede martillarse hasta formar láminas extremadamente delgadas llamadas pan de oro. Si un trozo de 200 mg de oro (densidad = 19.32 g/cm3) se martillea hasta formar una lámina que mide 2.4 x 1.0 ft. Calcule el espesor medio de la lámina en metros. ¿Cómo podría expresarse el espesor sin notación exponencial, empleando un prefijo métrico apropiado? Solución: Datos: m = 200 mg = 0.2g = 19.32 g/cm3 2.4 ft 2

1m 2 10.76 ft 2

0.22m 2

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V V

m 0.2 g 19 .32 g / cm 3

V 0.010cm 3 0.010cm 3 1m 3 1 106 cm3

1 10 8 m3

V A 1 10 8 m 3 E 2.2 10 1 m 2 E 4.54 10 8 m E

28. Una varilla cilíndrica de silicio tiene 16.8 cm de longitud y una masa de 2.17 kg. La densidad del silicio es de 2.33 g/cm3. ¿Qué diámetro tiene el cilindro? (El volumen se un cilindro está dado por .r2h, donde r es el radio y h es la altura). Solución: Datos: m = 2.17 g = 2.33 g/cm3 d =? V = .r2h

V

m v m

V

2170 g 2.33 g / cm 3

V

931.33cm 3

V

, r 2h

r2

V .h 931 .33cm 3 .1.68cm

r2

931 .33 cm 3 52.77 cm r 4.20cm d (2)(4.20)cm d 8.40cm r

29. Efectúe las conversiones siguientes: (a) 62°F a °C; (b) 216.7°C a °F. (c) 233°C a K; (d) 315K a °F; (e) 2500°F a K. Solución: a) 62°F a °C b) 216.7°C a °F ºF = 32 + 1.8ºC ºF = 32 + 1.8(216.7) G2 = 32 + 1.8ºC ºF = 32 + 390.06 (62-32)/1.8 = ºC ºF = 422.06 ºC = 16.66 c) 233°C a K d) 315K a °F ºK = 273 + ºC ºK = 273 + ºC ºK = 273 + 233 315- 273 = ºC ºK = 506 ºC = 42 ºF = 32 + (1.8)ºC

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ºF = 32 + (1.8)(42) ºF = 32 + 75.6 ºF = 107.6 e) 2500°F a K ºF = 32 + 1.8ºC (2500-32) / 1.8 = ºC ºC = 1371.11 ºK = 1371.11 ºK = 273 + ºC ºK = 273 + 1371.11 ºK = 1644.11 30. (a) La temperatura en un tibio día de verano es de 87°F. Exprese esa temperatura en °C. (b) El punto de fusión del bromuro de sodio (una sal) es de 755°C. Exprese esta temperatura en °F. (c) El tolueno se congela a -95°C. Exprese su punto de congelación en kelvin y en grados Fahrenheit. (d) Muchos datos científicos se reportan a 25°C. Exprese esta temperatura en kelvin y en grados Fahrenheit. (e) El neón, el elemento gaseoso empleado para fabricar anuncios luminosos, tiene un punto de fusión de -248.6°C y un punto de ebullición de -246.1°C. Exprese esta temperatura en kelvin. Solución: a) 87°F a °C b) 755°C a °F ºF = 32 +1.8ºC ºF = 32 + 1.8ºC (87-32) /1.8 = 30.55ºC ºF = 32 + (1.8)(755) ºF = 32 +1359 ºF = 1391 c) -95°C a ºK a ºF ºK = 273 + ºC ºF = 32 + 1.8ºC ºK = 273 – 95 ºF = 32 + 1.8(-95) ºK = 178 ºF = 32 – 93.2 ºF = - 139 d) 25ºC a ºK a ºF ºF = 32 +1.8ºC ºK = 273 + ºC ºF = 32 +1.8(25) ºK = 273 + 25 ºF = 32 + 45 ºK = 298 ºF = 77 e) -248.6 ºC a ºK -246.1ºC a ºK ºK = 273 + ºC ºK = 273 + ºC ºK = 273 + 248.6 ºK = 273 – 246.1 ºK = 24.4 ºK =26.9 INCERTIDUMBRE EN LA MEDICIÓN 31. Indique cuáles de los siguientes son números exactos: (a) la masa de un broche para papel; (b) el área total de una moneda; (c) el número de pulgadas que hay en una milla; (d) el número de onzas que hay en una libra; (e) el número de microsegundos que hay en una semana; (f) el número de páginas que tiene este libro. Solución: a) Número inexacto b) Número inexacto c) Número exacto

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d) Número exacto e) Número exacto 32. Indique cuáles de los siguiente son números exactos: (a) la masa de una lata de café de 32 onzas; (b) el número de estudiantes en su grupo de química; (c) la temperatura de la superficie del sol; (d) la masa de un sello de correo; (e) el número de mililitros en un metro cúbico de agua; (f) la estatura media de los estudiantes de su escuela. Solución: a) Número exacto b) Número exacto c) Número exacto d) Número exacto e) Número inexacto ANÁLISIS DIMENSIONAL 33. (a) Si un automóvil eléctrico puede viajar 225 km con una sola carga, ¡cuántas cargas necesitará para viajar de Boston, Massachussets, a Miami, Florida, una distancia de 1486 mi, suponiendo que inicia el viaje con una carga completa? (b) Si un somorgujo migratorio vuela con una velocidad media de 14 m/s ¡Qué velocidad media tiene en mi/h? (c) Calcule el desplazamiento en litros de los pistones de un motor cuyo desplazamiento se da como 450 pulg3., (d) En marzo de 1989, el Exxon Valdez encalló y derramó 240.000 barriles de petróleo crudo cerca de las costas de Alaska. Un barril de petróleo equivale a 42 gal. ¿cuántos litros de petróleo se derramaron? Solución: a) Datos: d = 225 Km No. cargas = ? d

1486 mi 1609 Km 1m

2390 .97 Km

# cargas= 1 carga x 2390.974Km= 10.62 225Km b) Datos: Vm = 14m/s Vm = mi/h 14m 1Km 1mi 3600 s s 1000 m 1.609 Km 1h

c) Datos: d=?L d = 450 pulg3

31.32mi / h

450 pu lg 3 16.39cm3 1L 3 1 pu lg 1000cm3

7.37 L

d) Datos: Lp = ? 240.000bpetróleo 42 galones 4.546 L 45823 .68 L 1bpetróleo 1galón

34. La densidad del aire a presión atmosférica normal y 250C es de 1.19 g/L. Calcule la masa, en kilogramos, del aire contenido en una habitación que mide 12.5 x 15.5 x 8.0 ft.

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Solución: Datos: T = 25ºC 1.19 g / L 1.19 g 1Kg 1000 g

1.19 10 3 Kg

m = ? Kg v = 1550 ft3 1550 ft 3

1L 0.03531 ft 3

43896 .91L

P = 1atm. m v

m 3

m 1.19 10

v Kg 43896 .91L L

m = 52.237 Kg de aire 35. La concentración de monóxido de carbono en un departamento urbano es de 48 .g / m 3 . ¿Qué masa de monóxido de carbono en gramos está presente en una habitación que mide 9.0 x 14.5 x 18.8 ft? Solución: Datos: = 48 .g/m3 48 .g 1 10 m3

6

4.8 10 5 g / cm3

m=?g v = 2453.4 ft3 v

2453 ft 3 0.028cm3 68.69cm3 3 1 ft m v g m 4.8 10 5 3 68.69m 3 m m 3.29 10 3 g

36. Una refinería de cobre produce un lingote de cobre que pesa 150 lb. Si el cobre se estira para formar alambre de 8.25 mm de diámetro, ¿cuántos pies de cobre podrán obtenerse del lingote?. La densidad del cobre es de 8.94 g/cm3. Solución: Datos: n = 150 lb 150lb 453 .59 g 1lb

68038 .5 g

d = 8.25 mm 8.25mm C

1m 100 cm 1000 mm 1m

0.825cm

= 8.94 g/cm3

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v

m v m

.r 2 h

h

68038 .5 g 8.94 g / cm 3

h

v 7610.57cm 3

h

v

v .r 2 7610 .57cm 3 .0.1701cm 2 14241 .73cm

1 ft 30.48cm

h 467.24 ft

37. El dólar de plata Morgan tiene una masa de 26.73 g. Por ley, esta moneda debía contener 90% de plata, siendo el resto cobre. (a) Cuando la moneda se acuñó a finales del siglo XIX, la onza troy (31,1 g) de plata costaba $ 1.18. A este precio, ¿cuánto valía la plata de moneda? (b) Hoy día, la plata se vende a $ 5.30 la onza troy. ¿Cuántos dólares de plata se requieren para obtener $ 25.00 de plata pura? Solución: Datos: m = 26.73g a) x =26.73g x 90% = 24.05gAg 100% x = 1.18$ x 24.05gAg= 0.91 $ 31.1gAg

b) x = 5.30USD x 24.05 gAg = 4.09 USD 31.1gAg x = 4.095USD x 25gAg = 4.25 USD 24.05gAg

38. Empleando técnicas de estimación, determine cuál de estas cosas es la más pesada y cuál es la más ligera: una bolsa de papas de 5 lb., una bolsa de azúcar de 5 kg o 1 galón de agua (densidad = 1.0 g/mL). Solución: Datos: Bp = 5 lb 5lb 0.4536 Kg 1lb

2.26 Kg

BA = 5 Kg. 16 H2O = 10 g/ ml 1galónH 2 O

m v

m = .v m 1.0

m

g 8345.3mL ml

8345 .3 g 1Kg 1000 g

8.34 Kg

+ Pesada H2O

- 16 -

8.3453lit 1000 ml 1galónH 2 O 1lit

8345 .3ml

+ Ligera. Bolsa de papas. 39. Empleando técnicas de estimación, ordene estas cosas de la más corta a la más larga; un tramo de 57 cm de cordón, un zapato de 14 pulg. De largo y un tramo de 1.1. m de tubo. Solución: Datos: 57 cm cordón 14 pu lg 2.540 cm 1 pu lg

1.1m 100 cm 1m

35.56cm

110 cm

14 pulgadas de largo de un zapato (35.56)cm. Un tramo de 57 cm. de cordón Un tramo de 1.1 m. de tubo (110cm) 40. ¿Qué significan los términos composición y estructura cuando se refieren a la materia? Solución: Composición: Se refiere a los tipos de elementos que contiene. Estructura: Forma en la que se componen los átomos de esos elementos. 41. Clasifique cada una de las siguientes como sustancia pura, disolución o mezcla heterogénea: una moneda de oro; una taza de café; una tabla de madera. ¿Qué ambigüedades hay al determinar claramente la naturaleza del material a partir de la descripción dada? Solución:  Una moneda de oro = Mezcla homogena.  Una taza de café = Disolución  Una tabla de madera = Sustancia pura Las tres ocupan un lugar en el espacio, por tanto llegan a considerarse como materia, además ase encuentran en la proporción de uno 42. (a) ¿Qué diferencia hay entre una hipótesis y una teoría? (b) Explique la diferencia entre una teoría y una ley científica. ¿Cuál se refiera a cómo se comporta la materia y cuál a por qué se comporta como lo hace? Solución: a) La diferencia radica en que una hipótesis es el planteamiento del problema a una suposición, en tanto que una teoría llega a considerarse como un conocimiento especulativo puramente racional e independiente de toda aplicación. b) La teoría es una hipótesis cuyas consecuencias se aplican a toda una ciencia a parte de ella, mientras que la ley científica da lugar a las observaciones y experimentos, reglas generales que resumen el comportamiento de la naturaleza. TEORÍA = Se refiere a como se comporta la materia. LEY CIENTÍFICA = Por qué se comporta y como lo hace. 43. Una muestra de ácido ascórbico (vitamina C) se sintetiza en un laboratorio. L muestra contiene 1.50 g de carbono y 2.00 g de oxígeno. Otra muestra de ácido ascórbico aislada de cítricos contiene 6.35 g de carbono ¿Cuántos gramos de oxígeno contiene esta otra muestra? ¿Qué ley se está suponiendo al contestar esta pregunta? Solución: Datos: MC = 1.50 g MO = 2.0 g

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635 g (c) 2.0 gO 150 gC

8.46 gO

MC ácido = 6.35 g MO = ?  Se está aplicando la ley de composición constante. 44. Dos estudiantes determinan el porcentaje de plomo en una muestra, como ejercicio de laboratorio. El verdadero porcentaje es de 22.52%. Los resultados de los estudiantes para las tres determinaciones son: 1. 22.52, 22.48, 22.54 2. 22.64, 22.58, 22.62 (a) Calcule el porcentaje promedio de cada juego de datos, e indique cuál es el más exacto con base en el promedio. (b) La precisión puede evaluarse examinando la media de las desviaciones respecto al valor medio para ese conjunto de datos. (Calcule el valor promedio de las desviaciones absolutas de cada medición respecto al valor medio) ¿Cuál conjunto de resultados es más preciso? Solución: a) Datos: P. verdadero = 22.52% 22.52 22.48 22.54 22.51 3 22.64 22.58 22.62 22.61 3 45. El punto de ebullición del neón es de -246.10C. Exprese esta temperatura en kelvin y en oF. Solución: Datos: P. Ebullición del Ne = - 246.1°C °K = 273 + °C °F = 32 + 18°C °K = 273 – 246.1 °F = 32 – (1.8)(246.1) °K = 26.9 °F = 32 – 442.98 °F = - 410.98 46. Indique las unidades SI derivadas para cada una de las siguiente cantidades en términos de unidades SI fundamentales: (a) aceleración = distancia/tiempo2; (b) fuerza = masa x aceleración; (c) trabajo = fuerza x distancia; (d) presión = fuerza/área; (e) potencia = trabajo/tiempo. Solución: J J m m a) 2 c) J = Nm e) 2 seg seg s s J=J Kgm N N New b) d) 2 s2 m m2 New New 47. Un recipiente que contiene 40 lb de turba mide 14 x 20 x 30 pulg. Un recipiente que contiene 40 lb de tierra tiene un volumen de 1.9 gal. Calcule la densidad media de la turba y de la tierra en g/cm3. ¿Sería correcto decir que la turba es “más ligera” que la tierra? Explique. Solución:

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40lb 0.4536 Kg 1000 g 1l 1Kg

=18144 g 8400 pu lg 3

1cm3 0.06102 pul3

= 137659.78 cm3 1.9 gal

1cm3 2.642 10 4 gal

= 7191.52 cm3 m v 18144g 137659.78cm3 0.131 g / cm3 m v 18144g 7191.52cm3 2.52 g / cm3  Si puesto que la densidad de la turba es menor a la de la tierra. 48. Se fabrican esferas pequeñas con la misma masa, de plomo (densidad = 11.3 g/cm3), plata (10.5g/cm3) y aluminio (2.70 g/cm3). ¿Cuál esfera tiene mayor diámetro y cuál tiene el diámetro más pequeño? Solución: Datos: mPb = mAg = mAl  La de Al tiene el diámetro más grande (1.92 cm); la de Pb tiene el más pequeño (1.19 cm). Adviértase que las de Pb y Ag, de densidad semejante, tiene diámetros similares; la de AL, con una densidad mucho menor, tiene un diámetro mucho más grande. 49. Las sustancias líquidas mercurio (densidad = 13.5 g/mL), agua (1.00 g/mL) y ciclohexano (0.778 g/mL) no forman una disolución al mezclarse; se separan en capas. Dibuja cómo se ubicarían los líquidos en un tubo de ensayo. Solución: Ciclo hexano – 0.788 g/ml H2O – 1.00 g/ml Hg – 13.5 g/ml

50. La producción anual de hidróxido de sodio en Estados Unidos en 1999 fue de 23,200 millones de libras (a) ¿Cuántos gramos de hidróxido de sodio se produjeron en ese año? (b) La densidad de hidróxido de sodio es de 2.130 g/cm3. ¿Cuántos kilómetros cúbicos se produjeron? Solución: a) Datos:

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m = 23.200 millones de libros 23200 10 6 lb 453.5924 g 1lb

= 1.05 * 10 13g.Na(OH) b) Datos: = 2.130g/cm3 m = 10523.52 v=? m s 1.053 10 13 g 2.130 g / cm 3 v

v v

4.94 1012 cm3 1 10 6 m3 1Km3 1cm3 1 109 m3

4.94 10 3 Km3

 Se formaron 4.94 x 10-3Km3. 51. (a) Se nos da un frasco que contiene 4.59 cm3 de un sólido metálico. La masa total del frasco y el sólido es de 35.66 g. El frasco vacío pesa 14.23 g. Calcule la densidad del sólido. (b) El mercurio se vende en un frasco cuya etiqueta indica que tiene una masa neta de34.5 kg. Calcule el volumen del envase de mercurio si la densidad del metal es de 13.6 g/mL. (c) A un estudiante de licenciatura se le ocurre quitar una esfera decorativa de piedra, que tiene 28.9 cm de radio, de la fachada es un edificio del campus. Si la densidad de la piedra es de 3.52 g/cm3, ¿qué masa tiene la esfera? (El volumen de una esfera es V = (3/4) nr3). ¿Es verosímil que pueda llevársela cargando sin ayuda? Solución: a) Datos: m VFS = 4.59 cm3 ms = mT – m ft v 21.43g mt = 35.66 g ms = 35.66 – 14.23 4.59cm 3 mfv = 14.23 g ms = 21.43 g = 4.66 g/cm3 b) Datos: m Mn = 34.5 Kg me = Mn – Mn v v =? = 13.6 g/ml c) Datos: r = 28.9 cm P

= 3.52g/cm3

m =? v

4 .r 3 3

me = 24500 g – 200.59 g me = 34299.41 g v v v

34299 .41 g 13 .6 g / ml v = 2522.015 ml v

4 .r 3 m v 3 4 m 3.52 g / cm3 56872 .78 cm3 (28.9) 3 cm 3 3 4 24137.56 cm 3 m = 200192.18 g 3

v 56872.78cm3

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52. Una muestra de 32.65 g de un sólido se coloca en un matraz. Se añade al matraz tolueno, en el que el sólido es insoluble, de modo que el volumen total del sólido y el líquido es 50.00 mL. El sólido y el tolueno juntos pesan 58.58g. La densidad del tolueno a la temperatura del experimento es de 0.864 g/mL. Calcule la densidad del sólido. Solución: Datos: m ms = 32.65 g vTo mTo mt ms s 25 .93 g vTo Vs = 50.00 ml mTo 58.58g 32.65g 0.864 g / ml mT =58.58 g mTo 25.93g vTo 30.01ml T = 0.864 g/ml n Vs VT VTo S=? s v Vs 20 ml 1.63 g / ml s 53. Suponga que decide definir su propia escala de temperatura empleando el punto de congelación (- 11.5oC) y el punto de ebullición (197.6oC) del etilenglicol. Si establece el punto de congelación como 0oC, y el de ebullición como 100oC, ¿Cuál sería el punto de congelación del agua en esta nueva escala? Solución:  ETILENGLICOL P. congelación = - 11.5°C P. ebullición = 197.6°C 197.6°C

100°C

- 11.5°C

0°C

 P. congelación = 0°C P. ebullición = 100°C 197.6°C

100°C

- 11.5°C

X= 5.8°C

54. Hace poco, uno de los autores de este libro corrió una media maratón, una carrera del 13 ml 192 yd, en un tiempo de 1 h, 44 min y 18 s, (a) Calcule la velocidad promedio del corredor en millas por hora. (b) Calcule el paso del corredor en minutos y segundos por milla. Solución: 192 yd 0.00056818mi a) 0.10mi 13mi 13.1mi 1yd 185

1min 60 s

0.3 min 44 44.3 min*

1h 60 min

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0.73h 1.73h

v v

v

x t 13.1millas 173h 7.57millas

60 min 3600s 60 min 1h 3600s 1h 1h 1 min 605 18s 0.3 min 44 min 2640s 60s 1 min x x v v t t 13.1mi 13.1mi v v 104.3 min 62585 v 2.093 10 3 mi / seg v 0.12mi / min 55. La distancia entre la Tierra y la Luna es de aproximadamente 240,000 mi. (a) Exprese esta distancia en metros. (b) El Concorde SST tiene una velocidad respecto al aire de 2400 km/h. Si el Concorde pudiera volar a la Luna, ¿cuántos segundos tardaría? Solución: 1609m a) 2400mi 386160000 3.8 108 m 1mi 2400Km 1000m 1h b) 666.66m / s h 1Km 36005 x t v 3.8 10 8 m t 666 .66 m / s t 5.7 105 s 56. Una moneda de 25 centavos de dólar tiene una masa de 5.67 g y un espesor aproximado de 1.55 mm. (a) ¿Cuántas de estas monedas tendrían que apilarse para alcanzar una altura de 575 ft, la misma que tiene el Monumento a Washington? (b) ¿Cuánto pesaría esta pila? (c) ¿Cuánto dinero contendría esta pila? (d) En 1998 la deuda nacional de Estados Unidos era de 4.9 billones de dólares. ¿Cuántas pilas como la que se describe aquí se necesitarían para saldas esta deuda? Solución: a) Datos: m = 5.67g e = 1.55 mn h = 575 ft 30 .48 cm 10 mn 113070 .96 575 ft 175260 mn / 1.55 mn 1 ft 1cm 113071 b) 113070 monedas x 5,62 g = 64412,34 g 1moneda

b) 1h

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x

64412.34g 1Kg 1000g

641.11Kg

c) 113.071 mon x 25 cts = 2826.8 cts 1 mon d) 2826.8 cts x 1 dólar = 28.3 dólares 100 cts 1 pila = 28.3 dólares 4.9 billones de dólares No. pilas. 4.9 x 1012USD x 1 pila = 1.73 x 10 11 pilas 28.3 USD 57. En Estados Unidos, el agua empleada para riego se mide en acre-pie. Un acre-pie de agua cubre un acre hasta una profundidad exacta de un pie. Un acre mide 4840 yd2. Un acre-pie es suficiente agua para aprovisionar dos hogares típicos durante 1.00 años. El agua desalinizada cuesta cerca de $ 2480 por acre-pie. (a) ¿Cuánto cuesta el litro de agua desalinizada? (b) ¿Cuánto tendría que pagar un hogar al día si ésta fuera la única fuente de agua? Solución: Datos: Acre = 48.40 yd2

4840 yd 2 9 ft 2 1yd 2

43560 ft 2

43560 ft3 28.32lt 1 ft3 a)

ft

43560 ft3

1233619.2lt / 2

1233619.2 lt 1 lt

616809.6lt / 365 1689.88lt dia

2480 USD X =2.01*10-3 USD

b) 1 lt 1689.88 lt

2.01 * 10-3 USD X = 3.39 USD x día

58. Un recipiente cilíndrico con radio r y altura h tiene un volumen de .r2h. (a) Calcule el volumen en centímetros cúbicos de un cilindro con radio de 3.55 cm y altura de 75.3 cm. (b) Calcule el volumen en metros cúbicos de un cilindro de 22.5 pulg de altura y 12.9 pulg de diámetro. (c) Calcule la masa en kilogramos de un volumen de mercurio igual al volumen del cilindro de la parte (d). La densidad del mercurio es de 13.6 g7cm3. Solución:

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a) Datos: v = cm3 r = 3.55 cm h = 75.3 cm b) Datos: v = m3 h = 22.5 pulgadas d = 12.9 pulgadas

v .r 2 h v ( )(3.55 ) 2 (75 .3) v

2.98 103 cm3

22..5 pu lg 2.54 10 2 m 1 pu lg

0.515m

12.9 pu lg 2.54 10 2 m 0.3276m 1 pu lg d = 0.3276 m 0.3276m r 20 r = 0.1638 m v .r 2 h v ( )( 0.1638 ) 2 (0.5715 ) v 0.04817m3

c) Datos: m = …? Kg = 13.6g/cm3

0.04817m 3 1 106 cm 3 1m 3

v 13 . 6 g V = 0.04813 m3 m 48170cm 3 3 cm 655.112g 1kg m 655.11Kg 1000g 59. Un tubo cilíndrico de vidrio con una longitud de 15.0 cm, sellado en un extremo, se llena con etanol. Se determina que la masa de etanol necesaria para llenar el tubo es de 11.86 g. La densidad del etanol es de 0.789 g/mL. Calcule el diámetro interior del tubo en centímetros. Solución: Datos: M = 11.86 g = 0.789g/ml d = …? Cm m v .r 2 h v g

v

11 .86 g 0.789 g / cm 3

v 15.03cm3

m

48.170cm 3

r2

v .h

r

v .h

15.03 (15.0) r 0.564cm d 2r r

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d 2(0.564)cm d 1.128cm 60. Suponga que recibe una muestra de un líquido homogéneo. ¿Qué haría para determinar si es una disolución o una sustancia pura? Solución: → Considero que debería someterse el líquido homogéneo a un método de separación física, y de esta forma si el líquido presenta una composición variable llega a considerarse como disolución y si no como una sustancia pura. 61. La cromatografía (Figura 1.14) es un método sencillo pero confiable para separar una mezcla en sus sustancias constituyentes. Suponga que usa la cromatografía para separar una mezcla de dos sustancias. ¿Cómo sabría si logró separarlas? ¿Puede proponer una forma de cuantificar qué tan buena es la separación? Solución: → Es posible diferenciar los componentes de la mezcla gracias a los diferentes colores que éstos adquieren. 62. Le han encargado separar un material granular necesario, cuya densidad es de 3.62 g/cm3, de un material granular indeseable cuya densidad es de 2.04 g/cm3. El método que ha escogido consiste en agitar la mezcla con un líquido en el cual el material más pesado se irá al fondo y el más ligero flotará. Un sólido flota en cualquier líquido que sea más denso. Utilizando un manual de química, encuentre las densidades de las siguientes sustancias: tetracloruro de carbono, hexano, benceno y yoduro de metileno. ¿Cuál de estos líquidos serviría para efectuar la separación, suponiendo que no hay interacción química entre el líquido y los sólidos. Solución: SUSTANCIAS DENSIDADES (Kg/m3) – (g/cm3)  Tetracloruro de Carbono * 1.5947 g/cm3  Hexano * 0.6603 g/cm3  Benceno * 880 Kg/m3 0.87654 g/cm3  Yoduro de metileno * 3.3254 g/cm3  Solo el yoduro de metileno separa los dos sólidos granulares 63. No siempre es fácil entender los conceptos de exactitud y precisión. A continuación describimos dos estudios (a) la masa de un patrón segundario de peso se determina pesándolo en una balanza muy precisa en condiciones de laboratorio estrictamente controladas. Se toma como peso del patrón el promedio de 18 mediciones. (b) Un grupo de 10,000 hombres entre los 50 y 55 años de edad se investiga para determinar si hay alguna relación entre la ingesta de calorías y el nivel de colesterol en la sangre. El cuestionario que deben contestar los sujetos es muy detallado, y les pregunta acerca de sus hábitos de alimentación, bebida, tabaquismo, etc. El informe de resultados dice que, para hombres con estilos de vida comparables, hay una posibilidad del 40% de que el nivel de colesterol en la sangre rebase 230 si la persona consume más de 40 calorías por gramo de peso corporal por día. Comente, y compare estos dos estudios en términos de la precisión y la exactitud del resultado en cada caso. ¿Qué diferencia hay entre la naturaleza de los dos estudios en cuanto a aspectos que afectan la exactitud y la precisión de los resultados? ¿Qué se requiere para que cualquier estudio dado tenga alta precisión y exactitud? En estos dos estudios, ¿qué factores que podrían afectar la exactitud y la precisión no se están controlando? En general, qué medidas pueden tomarse para lograr una mayor precisión y exactitud? Solución:

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a) Se da una gran exactitud, pero en cuanto a la precisión no se puede decir nada ya que no se conoce sus condiciones. b) Presenta poca exactitud y buena precisión.

CAPITULO II TERORIA ATOMICA Y EL DESCUBRIMIENTO DE LA ESTRUCTURA ATÓMICA 65. Cómo se explica la teoría de Dalton el hecho de que cuando 1.00 g de agua se descompone en sus elementos, se obtiene 0.111 g de hidrógeno y 0.889 g de oxígeno, sea cual sea el origen del agua? Solución:  El postulado 4 de la teoría atómica establece que el número relativo y los tipos de átomos de un compuesto son constantes, cualquiera que sea la fuente, por lo tanto 1.0 gramos de agua pura debe contener siempre las mismas cantidades relativas de hidrógeno y oxígeno, no importa de donde o como se haya obtenido la muestra. 66. El sulfuro de hidrógeno se compone de dos elementos: hidrógeno y azufre. En un experimento, 6.55 g de sulfuro de hidrógeno se descompone totalmente en sus elementos. (a) Si en este experimento se obtiene 0.384 g de hidrógeno, ¿cuántos gramos de azufre se deberá obtener? (b) ¿Qué ley fundamental ilustra este experimento? (c) ¿Cómo explica la teoría atómica de Dalton esa ley? Solución: a) Datos: mH = 0.384 g mS = …? H2S PFG 2 1.00792 g 1 32 .64 g PFG 34.07994g 32 .064 gS 6.500 gH 2 S 6.1155 gS 34 .07994 gH 2 S b) El experimento ilustra y manifiesta la ley de la composición constante. c) Cuando se combina átomos de más de un elemento se forman compuestos; un compuesto dado tiene el mismo número relativo de la misma clase de átomos. 67. Un químico observa que 31.82 g de nitrógeno reacciona 17.60 g 35.20g 70.40 g u 88.00 g de oxígeno para formas cuatro compuestos distintos. (a) Calcule la masa de oxígeno por gramo de nitrógeno en cada uno de esos compuestos. (b) ¿Cómo apoyan la teoría atómica los resultados de la parte (a)? Solución: a) Datos: mO / gm = ? 17 .60 gO 1gN 0.571 gO / 1gN  30 .82 gN 35 .20 gO 1gN 1.142 gO / 1gN  30 .82 gN 70 .40 gO 1gN 2.284 gO / 1gN  30 .82 gN

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88 .00 gO 1gN 2.8552 gO / 1gN 30 .82 gN b) Las cifras del literal (a) obedecen la Ley de las proporciones múltiples, mismas que se deben a que los átomos llegan a constituirse como entidades indivisibles que se combinan según lo establece la teoría atómica de Dalton. 68. En una serie de experimentos, un químico preparó tres compuestos distintos que sólo contienen yodo y flúor; y determinó la masa de cada elemento en cada elemento en cada compuesto: Compuesto

Masa de yodo (g)

Masa de Flúor (g)

1 2 3

4.75 7.64 9.41

3.56 3.43 9.86

(a) Calcule la masa de flúor por gramos de yodo en cada compuesto. (b) ¿Cómo apoyan la teoría atómica los resultados de la parte (a)? Solución: a) Datos: mF/1gI = ?  Para el compuesto1 3.56 gF 1gI 0.749 gF / 1gI 4.75 gI  Para el compuesto 2 3.43 gF 1gI 0.448 gF / 1gI 7.64 gI  Para el compuesto 3 9.86 gF 1gI 1.048 gF / 1gI 9.41 gI b) Las cifras del inciso (a) para los diferentes compuestos obedecen la ley de las proporciones múltiples, mismas que se deben a que los átomos llegan a constituirse como entidades indivisibles que se combinan, según lo establece la tecnología atómica de Dalton. 69. Resuma las pruebas en que J. J, Thomson basó su argumento de que los rayos catódicos consisten en partículas con carga negativa: Solución: (1) Los campos eléctricos y magnéticos desviaban los rayos del mismo modo que desvían partículas con carga negativa. (2) Una placa metálica expuesta a los rayos catódicos adquiera una carga negativa. 70. Se hace pasar una partícula con carga negativa entre dos palcas cargadas eléctricamente, como se ilustra en la figura 2.8. (a)¿Por qué se reflexiona la trayectoria de la partícula cargada.(b) Si se aumenta la carga d e las placas, ¿habría esperar que la flexión aumente, disminuya o permanezca inalterada? (c) Si se aumenta la masa de la partícula sin cambiar su velocidad, ¿cabría esperar que la flexión aumente, disminuya o permanezca inalterada?. (d) Una partícula desconocida se introduce en el aparato. Su trayectoria se desvía en la dirección opuesta a la de la partícula con carga negativa, y la magnitud de su desviación es menor. ¿Qué puede concluir acerca de esta partícula desconocida?

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Solución: a) La trayectoria de la partícula se flexiona debido a que ésta pasa cerca del núcleo y de esta manera puesto que la partícula está cargada negativamente extraída por la carga positiva. b) Definitivamente la trayectoria de la partícula presenta una flexibilidad mayor a causa del aumento de las cargas en las placas. c) Habría que esperar que la flexión disminuya, ya que al aumentar la masa aumentan protones por lo tanto la atracción disminuye. d) La partícula desconocida llegaría a ser aquella que presente carga positiva y de esta manera se desviaría hacia la carga negativa 71. (a) ¿Cuál es el propósito de la fuente de rayos X en el experimento de la gota de aceite de Millikan (Figura 2.5). (b) Como se muestran en la figura 2.5, la placa con carga positiva está arriba de la placa con carga negativa. ¿Qué efecto cree que tendría invertir la carga de las placas ¿(negativa arriba de la positiva) sobre la velocidad de las gotitas de aceite que caen?. (c) En su serie original de experimentos, Millikan midió la carga de 58 gotas de aceite individuales. ¿Por qué cree se escogió tantas gotas antes de llegar a sus conclusiones finales? Solución: a) En el experimento de la gota de aceite de Millikan los rayos X interactúan con átomos o moléculas gaseosas en la cámara y forman iones positivos y electrones libres. b) Si la placa positiva estuviere más abajo que la placa negativa, las gotas de aceite “recubiertas” de electrones con carga negativa serían atraídos hacia la placa con carga positiva y descenderían mucho más a prisa. c) Cuanto mayor es el número de veces que se repite una medición, tanto mayor es la posibilidad de detectar y compensar los errores experimentales. Millikan quería demostrar la valides de sus resultados con la base en su reproducibilidad. 72. Millikan determinó la carga de electrón estudiando las cargas estáticas en gotitas de aceite que caen en un campo eléctrico. Una estudiante realizó el experimento empleando varias gotas de aceite para sus mediciones y calculó la carga de las gotas. Sus resultados fueron: Gotita

Carga calculada (C)

A B C D

1.60 x 10-19 3.15 x 10-19 4.81 x 10-19 6.31 x 10-19

Solución: (a) ¿Qué importancia tiene el hecho de que las gotas adquieran diferentes números de cargas? (b) ¿Qué conclusión puede la estudiante obtener de estos datos en lo que se refiere a la carga del electrón? (c) ¿Qué valor (y con cuántas cifras significativas) deberá informar para la carga electrónica? Al observar las gotitas, se pudo medir como el vinagre de las placas afectaba su rapidez de caída, con base en estos datos al calcular las cargas de las gotas se prueba que las cargas siempre eran múltiples enteros de 1.60 x 10-14C. El estudiante puede concluir que las cargas eran múltiples enteros de 1.60 x 1014 C, cantidad que se puede deducir como la carga de un solo electrón. 73. (a) En la figura 2.8, un campo eléctrico no desvía los rayos . ¿Qué podemos concluir acerca de la radiación y con base en esta observación? (b) ¿Por qué los rayos se desvían en direcciones opuestas en un campo eléctrico, como se muestra en la figura 2.8?

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Solución: a) Puesto que el campo eléctrico no desvía los rayos y estos no tienen carga. b) Si los rayos son desviados en sentidos opuestos en un campo eléctrico, deben tener cargas eléctricas opuestas 74. ¿Por qué el modelo nuclear del átomo de Rutherford es más congruente con los resultados de su experimento de dispersión de partículas , que el modelo de “pudín de pasas” de Thomson? Solución:  El modelo nuclear del átomo de Rutherford es más congruente (lógico) debido a que éste posee menos errores que el modelo de Thomson, además el primero al hablar de cómo las laminillas delgadas dispersan partículas demostraron que el átomo tienen un núcleo denso y positivo. VISIÓN MODERNA DE LA ESTRUCTURA ATÓMICA, PESOS ATÓMICOS. 75. El radio de un átomo de kripton (Kr) es de aproximadamente 1.9 A° . (a) Exprese esta distancia en nanómetros (nm) y en picómetros (pm). (b) ¿Cuántos átomos de kriptón tendría que alinearse para abarcar 1.0 cm? (c) Si suponemos que el átomo es una esfera, ¿qué volumen en cm3 tiene un solo átomo de Kr? Solución: a) Datos: ra + (Kr) = 1.9° d = ¿ nm d = ¿ pm 1.9 A 1 10 10 m 1nm 0.19nm 1A 1 10 9 m

19 A 1 10 10 m 1 pm 1A 1 10 12 m

190 pm

b) Datos: Átomos Kr = ? d = 1.0 cm d = ¿ pm

1.9 A 1 10 10 m 100cm 1.9 10 8 cm 1A 1m r = 1.9 x 10-8cm d = 21 d = 3.8 x 10-8cm 1 átomo Kr

38 x 10-8 cm 1.0 cm

X=

c) Datos: v = ? cm3 Sabiendo que el volumen de una esfera es: v

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4 .r 3 3

1.9 A 1 10 10 m 100cm 1A 1m

1.9 10 8 cm

3 4 1.9 10 8 cm 3 v 1.6161 10 23 cm3 76. El diámetro aproximado de un átomo (Rh) es de 2.5 x 10-8cm. (a) Exprese el rodio de un átomo de rodio en ángstrom (A°) y en metros (m). (b) ¿Cuántos átomos de rodio tendrían que alinearse para abarcar una distancia de 6.0 m?. (c) Si suponemos que el átomo es una esfera, ¿qué volumen en cm3 tiene un solo átomo de Rh? Solución: a) Datos: d(Rh) = 2.50 x 10-8cm / 2 = 1.25 x 10-8cm r (m) = r (A°) = 1.25 10 8 cm 1m 1.25 10 10 m 100cm

v

1.25 10 8 cm

1m 1A 100cm 1 10 10 m

1.25 A

b) Datos: Átomos Rh = ? d = 6.0 m

2.5 10 8 cm

1m 1 .m 100cm 1 10 6 m

1 átomo Rh X=

2.5 10

4

.m

2.5 x 10-4 um 6.0 um

6.0 .m 1atomoRh 2.5 10 4 .m x = 24000 átomos de Rh x

c) Datos: vcm3 = ? Sabiendo que el volumen de una esfera es: 3 v .r 3 4 3 v ( )(1.25 10 8 cm) 3 4 v 4.601 10 24 cm 3 77. Conteste estas preguntas sin consultar la tabla 2.1: (a) ¿Qué partículas subatómicas constituyen el átomo? (b) ¿Qué carga, en unidades de carga electrónica, tiene cada una de las partículas? (c) ¿Cuál de las partículas tiene mayor masa?, ¿Cuál tiene la menor masa? Solución: a)

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* Protón * Neutrón * Electrón b) N = Carga neutra (0) P = Carga positiva (1+) e- = Carga negativa (1-) c) e- = Tiene menor masa. Neutrón = Tiene mayor masa 78. Determine si son ciertas o falsas estas afirmaciones, si alguna es falsa, corrija de modo que sea verdad: (a) el núcleo tiene la mayor parte de la masa y ocupa la mayor parte del volumen de un átomo; (b) todos los átomos de un elemento dado tiene el mismo número de protones, (c) el número de electrones de un átomo es igual al número de destrones de ese átomo, (d) los protones del núcleo del átomo de helio se mantiene unidos por una fuerza llamada fuerza nuclear fuerte. Solución: a) El núcleo concentra casi toda la masa del átomo en un volumen tan pequeño. b) Verdadero c) El número de electrones de un átomo es igual al número de protones. d) Verdadero 79. ¿Cuántos protones, neutrones y electrones hay en los siguientes átomos: (a) 28SI; (b) 60 Ni; (c) 85Rb; (d) 128Xe; (e) 195Pt; (f) 238U?. Solución: a) Z = 14 N = 14 e- = 14 b) Z = 28 N = 32 e- = 28 c) Z = 54 n = 74 e- = 54 d) Z = 78 N = 117 e- = 78 e) Z = 92 N = 146 e- = 92 80. Todos los núclidos siguientes se emplean en medicina. Indique el número de protones y neutrones que tiene cada núclido: (a) fósforo; (b) cromo; (c) cobalto 60; (d) tecnecio 99; (e) yodo; (f) talio 201. Solución: a) Z = 15 b) Z = 24 c) Z = 27 N = 17 N = 27 N = 33 d) Z = 43 e) Z = 53 f) Z = 81 N = 56 N = 78 N = 120 81. Llene los huecos de la siguiente tabla, suponiendo que cada columna representa un átomo neutro: Solución:

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SIMBOLO Protones Neutrones Electrones Num. masa

52

Cr 24 28 24 52

75

As 33 42 33 75

40

Ca 20 20 20 40

222

Rn  86 136  86 222

198

Ir  77 116  77 193

82. Llene los huecos de la siguiente tabla, suponiendo que cada columna representa un átomo neutro. Solución: SIMBOLO Protones Neutrones Electrones Num. masa

121

Sb  51  70  51 121

88

Sr 38 50 38 88

182

W  74 108  74 182

139

La  57  82  57 139

239

Pu  94 145  94 239

83. Escriba el símbolo correcto, con subíndice y superíndice, de cada uno de los siguientes (use la lista de elementos del interior de la portada si es necesario): (a) el núclido de hafnio que contiene 107 neutrones; (b) el isótopo de argón con número de masa 40; (c) una partícula ; (d) el isótopo de indio con número de masa 115; (e) el núclido de silicio que tiene el mismo número de protones y de neutrones. Solución: a) 179 72 Hf 107 b)

40 18

c) d)

4 2 115 49

Ar22

He 2 In 66

28 14

e) Si14 84. Una forma de estudiar la evolución de la Tierra como planeta es midiendo las cantidades de ciertos núclidos en las rocas. Una cantidad que se ha medido recientemente es la razón 129 e / 130 e en algunos minerales. ¿En qué difieren estos dos núclidos y en qué aspectos son iguales. Solución:  129 54 X e 75  130 54 X e 76 Ambos elementos llegan a constituirse GASES NOBLES, además tienen 54 protones y únicamente difieren en el número de neutrones y consecuentemente en su número másico. 85. (a) ¿Qué isótopo se usa como estándar para establecer la escala atómica de masa?; (b) el peso atómico del cloro se informa como 35.5; pero ningún átomo de cloro tiene una masa de 35.5 uma. Explique. Solución: a) 126 C b) Los pesos atómicos son masas atómicas promedio, esto es, la suma de cada isótopo de origen natural multiplicado por su abundancia fraccionaria. Cada átomo de Cl tiene la masa de una de los isótopos de origen natural, en tanto que el “peso atómico” es un valor promedio: 2.23207 uma.

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86. (a) ¿Qué masa en uma tiene un átomo de carbono 12? (b) ¿Por qué el peso atómico del carbono se informa como 12.011 en la tabla de elementos y en la tabla periódica en el interior de la portada de este libro? Solución: a) 1.6605 x 10-24g b) Porque este valor llega a considerarse como la masa atómica promedio, es decir, realizó la multiplicación entre la masa del isótopo y su abundancia y dividido para el 100%. 87. El plomo elemental (Pb) consta de cuatro isótopos naturales cuyas masas son 203.97302; 205.97444; 206.97587 y 207.97663 uma. Las abundancias relativas de estos cuatro isótopos son 1.4; 24.1 y 52.4%, respectivamente. Calcule la masa atómica promedio del plomo. Solución: MASA (uma) 203.97302 205.97444 206.97587 207.97663

ABUNDANCIA  1.4% 24.1% 22.1% 52.4%

PA (Pb) = (0.014)(203.97302) + (0.241)(205.97111) + (0.221)(206.9758) + (0.524)(207.97663) PA (Pb) = 207.21 uma

88. Sólo hay dos isótopos de cobre en la naturaleza, 63Cu (masa = 62.9296 uma; abundancia 69.17%) y 65Cu (masa = 64.9278 uma, abundancia 30.83%). Calcule el peso atómico (masa atómica media) del cobre. Solución: ISOTOPOS 63Cu 65Cu

Pa(Cu )

MASA (uma)  62.9296  64.9278

0.6917 62.9296

ABUNDANCIA 69.17% 30.83%

0.3083 64.9278

2 mam = 31.77 uma 89. (a) ¿Qué relación fundamental tiene a espectrometría de masas con los experimentos del tubo de rayos catódicos de Thomson (Figura 2.4)? (b) ¿Cómo se rotulan los ejes de un espectro de masas?, (c) Para poder medir el espectro de masas de un átomo, éste debe ganar o perder primero uno o más electrones. ¿Por qué?. Solución: a) En los experimentos de Thomson con rayos catódicos y en la espectrometría de masa se hace pasar una luz de partículas con carga entre los polos de imán. El campo magnético desvía las partículas con carga en función de su masa y carga. b) El rótulo del EJE X es de peso atómico y el EJE Y es de intensidad de señal c) Las partículas sin carga no son desviadas en un campo magnético. El efecto del campo magnético sobre las partículas con carga en movimiento es la base de su separación según su masa. 90. El magnesio natural tiene las abundancias isotópicas siguientes: ISOTOPOS Mg 25 Mg 26 Mg 24

(a)

MASA (uma) 78.99% 10.00% 11.01%

ABUNDANCIA 23.98504 24.98584 25.98259

Calcule la masa atómica promedio del Mg.

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* Intensidad de señal

(b) Grafique el espectro de masas del Mg. Solución: a) PA(Mg) = (0.7899)(23.98504) + (0.1)(24.98584) + (0.1101)(25.98259)= 24.30 uma b) (2,8)

(1)

(1,1)

24 25 26 * Peso Atómico (uma)

91. Es más común aplicar la espectrometría de masa a moléculas que a átomos. En el capítulo 3 veremos que el peso molecular de una molécula es la suma de los pesos atómicos de los átomos que la componen. Se obtiene el espectro de masa de H2 en condiciones tales que no se descomponen en átomos de H. Los dos isótopos naturales del hidrógeno son 1H (masa = 1.00783 uma; abundancia 0.0115%). (a) ¿Cuántos picos tendrá el espectro de masas?; (b) Cite las masas atómicas relativas de cada uno de esos picos. (c) ¿Cuál pico será más grande, y cuál será más pequeño? Solución: b) El espectro de la masa tendrá 2 picos puesto que tiene 2 ISÓTOPOS. b) m(H2) = 100783 uma - m(2H) = 201410 uma. c) El pico más grande será de 2 y el más pequeño de 1. LA TABLA PERIÓDICA; MOLÉCULAS E IONES 92. Para cada uno de los elementos siguientes, escriba su símbolo químico, localice en la tabla periódica, e indique si es un metal, un metaloide o un no metal:(a) plata; (b) helio; (c) fósforo; (d) cadmio; (e) calcio; (f) bromo; (g) arsénico. Solución: a) Ag = metal e) Ca = metal b) He = no metal f) Br = no metal c) P = no metal g) As = metaloide d) Cd = metal 93. Localice cada uno de los siguientes elementos en la tabla periódica; indique si es un metal, un metaloide o un no metal; y dé el nombre del elemento: (a) Li; (b) Sc; (c) Ge; (d) Yb; (e) Mn; (f) Au; (g) Te. Solución: a) Litio = metal e) Manganeso = metal b) Escandio = metal f) Oro = metal c) Germanio = metaloide g) Teluro = metaloide d) Iterbio = metal 94. Para cada uno de los elementos siguientes, escriba su símbolo químico, determine el nombre del grupo al que pertenece (Tabla 2.3) e indique si se trata de un metal, un metaloide o un no metal: (a) potasio; (b) yodo; (c) magnesio; (d) argón; (e) azufre. Solución: a) K = metal alcalino b) I = Halógeno (no metal) c) Mg = metal alcalinotérreo d) Ar = gas noble (no metal)

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e) S = Calcógeno (no metal) 95. Los elementos del grupo 4ª exhiben un cambio interesante en sus propiedades conforme aumenta el periodo. Dé el nombre y el símbolo químico de cada elemento del grupo, e indique si es un no metal, un metaloide o un metal. Solución:  ( C ) Carbono → No metal  (Si) Silicio → Metaloide  (Ge) Germanio → Metaloide  (Sn) Estaño → Metal  (Pb) Plomo → Metal 96. ¿Qué sabemos acerca de un compuesto si conocemos la fórmula empírica? ¿Qué información adicional proporciona la fórmula molecular? ¿La fórmula estructural? Explique en cada caso. Solución:  Una fórmula empírica muestra la relación más simple de los diferentes átomos de una molécula. Una fórmula molecular muestra el número exacto y los tipos de átomos de una molécula. Una formula estructural muestra como están dispuestos estos átomos. 97. Dos compuestos tienen la misma fórmula empírica. Una sustancia es gaseosa; la otra, un líquido viscoso. ¿Cómo es posible que dos sustancias con la misma fórmula empírica tengan propiedades tan distintas? Solución:  Esto es posible porque la fórmula empírica únicamente me da a conocer las proporciones relativas de los átomos de cada clase y por tanto el hecho de que dos sustancias tengan igual fórmula empírica no quiere decir que éstas sean poseedoras de iguales propiedades, ya que estamos hablando de sólidos y líquidos y por tanto sus propiedades serán opuestas 98. Determine las fórmulas molecular y empírica de lo siguiente: (a) el disolvente orgánico benceno, que tiene seis atómicos de carbono y seis átomos de hidrógeno (b) El compuesto tetracloruro de silicio, que tiene un átomo de silicio y cuatro átomos de cloro y se usa en la fabricación de chips para computadora. Solución: a) C6H6 → Fórmula molecular CH → Fórmula empírica b) SiCl4 → Fórmula molecular SiCl4 → Fórmula empírica 99. Escriba las fórmulas molecular y empírica de lo siguiente: (a) La sustancia reactiva diborano, que tiene dos átomos de boro y seis de hidrógeno, (b) el azúcar llamada glucosa, que tiene seis átomos de carbono, doce de hidrógeno y seis de oxígeno. Solución: a) B2H6 → Fórmula molecular BH3 → Fórmula empírica b) C6H12O6 → Fórmula molecular CH2O → Fórmula empírica 100. ¿Cuántos átomos de hidrógeno hay en cada uno de los siguientes: (a) C2H5OH; (b) Ca(CH3COO)2; (c) (NH4)3PO. Solución: a) 6 átomos de H b) 6 átomos de H c) 12 átomos de H

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101.

102.

¿Cuántos de los átomos que se indican están representados en cada fórmula química? (a) átomos de carbono C2H5COOCH3; (b) átomos de oxígeno en Ca(ClO3); (c) átomos de hidrógeno en (NH2)2HPO4 . Solución: a) 4 átomos de C b) 6 átomos de O c) 9 átomos de H Escriba las fórmulas molecular y estructural de los compuestos que se representan con los modelos molecular siguientes:

C

(a),

(b),

H

P

H

E

H

F

C

C (c),

(d)

Solución: a) C2H6O H H

C

H O

H

C

H

H

b) C2H5OH

H

H

H

C

C

H

H

O

c) CH4O H H

C

O

H

d) PF3

- 36 -

H

H

F

P

F

F

103.

Escriba las fórmulas molecular y estructural de los compuestos que se representan con los modelos moleculares siguientes:

B C

N

(a),

C

(b),

H

C

C

C H

H

H

(c),

(d)

Solución: C2H5Br

H

Br

H

C

C

H

H

H

C2H7N H

H H

C

N

C

H

H

CCl2H2 H Cl

C

Cl

H

- 37 -

H

NH2 OH 104.

105.

OH H-N-H Escriba la fórmula empírica correspondiente a cada una de estas fórmulas moleculares: (a) A12Br6; (b) C8H10; (c) C4 H8 O2 ; (d) P4 O10 ; (e) C6 H4 C12; (f) B3 N3 H6. Solución: a) AlBr3 b) C4H5 c) C2H4O d) P2O5 e) C3H2Cl f) BNH2 En la lista siguiente, encuentre los grupos de compuestos que tienen la misma fórmula empírica: C2H2, N2O4, C2H4, C6H6, NO2, C3H6; C4H8. Solución:  C 2H 2 CH C 6H 6

 N2O4 NO2 NO2

 C 2H 4 CH2 C 3H 6

106.

107.

Cada uno de los elementos siguientes puede formar un ion en reacciones químicas. Consultando la tabla periódica, prediga la carga del ion más estable de cada uno: (a) Al; (b) Ca; (c) S; (d) I; (e) Cs. Solución: a) Al3+ c) S 2e) Cs + b) Ca2+ d) I Empleando la tabla periódica, prediga las cargas de los iones de los siguientes elementos: (a) Sc; (b) Sr; (c) P; (d) K; (e) F. Solución: a) Sc 3+ c) P 3 e) F -

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108.

109.

110.

111.

112.

113.

b) Sr 2+ d) K + Con la tabla periódica como guía, prediga la fórmula y el nombre del compuesto formado por los elementos siguientes: (a) Ga y F; (b) Li y H; (c) Al e I; (d) K y S. Solución: a) Ga3+F → GaF3 = Fluoruro de Galio (III) + b) L H → Hidruro de Litio c) Al 3+I → Al I3 = Yoduro de aluminio (III) + 2d) K S → K2S = Sulfuro de di potasio La carga más común asociada a la plata en sus compuestos es 1+. Indique las fórmulas empíricas que cabría esperar para los compuestos formados por Ag (a) yodo; (b) azufre; (c) flúor. Solución: a) Ag + I → AgI b) Ag + S 2→ Ag2S + c) Ag F → Agf Prediga la fórmula empírica del compuesto iónico formado por (a) Ca2+ y Br; (b) NH4+ y Cl-; (c) Al3+ y C2H3O2-; (d) K+ y SO42-; (e) Mg2+ y PO43-. Solución: Datos: a) Ca2+Br → CaBr2 + b) NH4 Cl → NH4Cl c) Al 3+C2H3O2 → Al(C2H3O2)3 + 2d) K SO4 → K2SO4 e) Mg 2+PO4 3→ Mg3(PO4)2 Prediga la fórmula empírica de los compuestos formados por los pares de iones siguientes: (a) NH4+ y SO22- ; (b) Cu+ y S2-; (c) La3+ y F- ; (d) Ca2+ y PO43-; (e) Hg22+ y CO32-. Solución: Datos: a) (NH4)+ + (SO4) 2- → (NH4)2(SO4) b) Cu +S 2→ Cu2S 3+ c) La F → LaF3 d) Ca 2+PO4 3→ Ca3(PO4)2 e) Hg2(CO3)2 → Hg(CO3) Prediga si cada uno de los compuestos siguientes es molecular o iónico: (a) B2H6; (b) CH3OH; (c) LiNO3 ; (d) Sc2O3; (e) CsBr; (f) NOCl; (g) NF3; (h) Ag2SO4. Solución: a) B2H6 = C. Molecular e) CsBr = C. Iónico b) CH3OH = C. Molecular f) NOCl = C.Molecular c) LiNO3 = C. Iónico g) NF3 = C. Molecular d) Sc2O3 = C. Iónico h) Ag2SO4 = C. Iónica ¿Cuáles de los siguientes son iónicos y cuáles moleculares? (a) PFs; (b) NaI; (c) SCl2; (d) Ca(NO3)2; (e) FeCl3; (f) LaP; (g) CoCO3; (h) N2O4. Solución: a) PFs = C. Molecular e) FeCl3 = C. Iónico b) NaI = C. Iónico f) LaP = C. Iónico c) SCl2 = C. Molecular g) CoCO3 = C. Iónico d) Ca(NO3)2 = C. Iónico h) N2O4 = C. Molecular → Nomenclatura de compuestos inorgánicos; moléculas orgánicas.

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114.

115.

116.

117.

118.

Escriba la fórmula química de (a) ion clorito; (b) ion cloruro; (c) ion clorato; (d) ion perclorato; (e) ion hipoclorito. Solución: a) H+ Cl -O 2→ H+ + (ClO) - (a): (ClO2) b) H+ Cl 3+O 2→ H+ + (ClO2) - (b): Cl + 5+ 2c) H Cl O 3 → H+ + (ClO3) - (c): (ClO3) d) H+ Cl 7+O 2-4 → H+ + (ClO4) - (d): (ClO4) e) (e): (ClO)El selenio, un elemento requerido en la nutrición en cantidades traza, forma compuestos análogos a los del azufre. Nombre estos iones: (a) SeO42-; (b) Se2-; (c) HSe-; (d) HSeO3-. Solución: a) H+2Se+6O -24 → (SeO4) 2Ion Perseleniato 2b) Se Ion Selenuro c) H Se Ion Selenuro ácido d) H SeO3 → Ion Selenato ácido De los nombres de los compuestos iónicos siguientes: (a) AlF3; (b) Fe(OH)2; (c) Cu(NO3)2; (d) Ba(ClO4)2; (e) Li3PO4; (f) Hg2S; (g) Ca(C2H3O2)2; (h) Cr2(CO3)3; (i) K2 CrO4; (j) (NH4)2SO4. Solución: a) AlF3 Fluoruro de aluminio b) Fe(OH)2 Hidróxido de hierro (II) c) Cu(NO3)2 Nitrato de cobre (II) d) Ba(ClO4)2 Perclorato de bario. e) Li3PO4 Fosfato de litio f) Hg2S Sulfuro de mercurio (I) h) Cr2(CO3)3 Carbonato de cromo (III) i) K2CrO4 Cromato de potasio j) (NH4)2SO4 Sulfato de amonio Nombre los siguientes compuestos iónicos: (a) Li2O; (b) Fe2(CO3)3; (c) NaClO; (d) (NH4)2SO3; (e) Sr(CN)2; (f) Cr(OH)3; (g) Co(NO3)2; (h) NaH2PO4; (i) KMnO4; (j) Ag2 Cr2O7. Solución: a) Óxido de litio b) Carbonato de hierro (III) c) Hipoclorito de sodio d) Sulfito de amonio e) Cianuro de estroncio (II) f) Hidróxido de cromo (III) g) Nitrato de cobalto (II) h) Ortofosfato diácido de sodio i) Permanganato de potasio j) Dicromato de plata Escriba la fórmula química de los compuestos siguientes; (a) óxido de cobre; (b) peróxido de potasio; (c) hidróxido de aluminio; (d) nitrato de zinc; (e) bromuro de mercurio (I); (f) carbonato de hierro (III); (g) hipobromito de sodio. Solución: a) Cu+O2→ Cu2O + 2b) K O → K2O + O →K2O2 c) Al3+(OH) → Al(OH)3

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120.

121.

122.

123.

d) Zn2+(NO3) -2 → Zn(NO3)2 e) Hg2Br2 f) Fe2(CO3)3 g) Br+Na+O -2 → NaBrO Escriba la fórmula química de cada uno de los compuestos iónicos siguientes: (a) dicromato de potasio; (b) nitrato de cobalto (II) (c) acetato de cromo (III) (d) hidruro de sodio; (e) hidrógeno carbonato de calcio; (f) bromato de bario; (g) perclorato de cobre (II). Solución: a) K1+2(C2O7) 2b) Co2+(NO3) → Co(NO3)2 +3 c) Cr (C2H3O2) → Cr(C2H3O2)3 d) Na+H → NaH 2+ e) Ca (HCO3) 2 f) Ba2+(BrO3) - → Ba(BrO3)2 2+ g) Cu (ClO4) → Cu(ClO4)2 De el nombre o la fórmula química, según sea apropiado; para da uno de los ácidos siguientes: (a) HBrO3; (b) HBr; (c) H3PO4; (d) ácido yódico; (f) ácido sulfuroso. Solución: a) Ácido brómico b) Ácido bromhídrico c) Ácido fosfórico d) H+Cl –O 2→ HClO e) H+ I 5+O 2-3 → HIO3 f) H2SO3 Dé el nombre o la fórmula química, según sea apropiado, para cada uno de los ácidos siguientes; (a) ácido bromhídrico; (b) ácido sulfhídrico; (c) ácido nitroso; (d) H2CO3; (e) HClO3; (f) HC2H3O2. Solución: a) HB1 b) H2S c) H +N3+O 2-2 → HNO2 d) Ácido carbónico e) Ácido clórico f) HC2H3O2 → Etilengenciol 1- Al Indique el nombre o la fórmula química, según sea apropiado, de cada una de las sustancias moleculares siguientes: (a) SF6; (b) IF5; (c) XeO3; (d) tetróxido de dinitrógeno; (e) cianuro de hidrógeno; (f) hexasulfuro de tetrafósforo. Solución: a) Hexafluoruro de azufre b) Pentafluoruro de yodo c) Trióxido de xenón d) N2O4 e) HCN f) P4S6 Los óxidos de nitrógeno son importantes ingredientes de la contaminación del aire urbano. Nombre estos compuestos: (a) N2O; (b) NO; (c) NO2; (d) N2 O5; (e) N2O4. Solución: a) Öxido de dinitrógeno b) Óxido de nitrógeno

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124.

125.

126.

c) Dióxido de nitrógeno d) Pentóxido de dinitrógeno e) Tetróxido de dinitróneno Escriba la fórmula química de cada sustancia mencionada en las descripciones textuales siguientes (consulte en el interior de la portada los símbolos de los elementos que no conozca). (a) El carbonato de zinc puede calentarse para formar óxido de zinc y dióxido de carbono. (b) Al tratarse con ácido fluorhídrico, el dióxido de silicio forma tetrafluoruro de silicio y agua. (c) El dióxido de azufre reacciona con agua para formar ácido sulfuroso. (d) La sustancia fosfuro de hidrógeno, que se llama comúnmente fosfina, es un gran tóxico. (e) El ácido perclórico reacciona con cadmio para formar perclorato de cadmio (II). (f) El bromuro de vanadio (III) es un sólido colorido. Solución: a) ZnCO3 → ZnO + CO2 b) HF + SiO2 → SiF4 + H2O c) SO2 + H2O → H2SO3 d) H3P o PH3 e) HClO4 + Cd → Cd(ClO4)2 f) VBl3 Suponga que encuentra las siguientes frases en sus lecturas. Escriba la fórmula química de cada una de las sustancias mencionadas. (a) El hidrógeno carbonato de sodio se usa como desodorante. (b) El hipoclorito de calcio se utiliza en algunas soluciones blanqueadoras. (c) El cianuro de hidrógeno es un gas muy venenoso. (d) El hidróxido de magnesio se usa como purgante. (e) El fluoruro de estaño (II) se ha usado como aditivo en dentífricos. (f) Si tratamos el sulfuro de cadmio con ácido sulfúrico se desprenden vapores de sulfuro de hidrógeno. Solución: a) H2CO3 b) H+Cl+O2-→(ClO) -: Ca2+(ClO) - → Ca(ClO)2 c) HCN d) Mg2+(OH) - → Mg(OH)2 e) Sn2+F - → SnF2 f) Cd2+S 2- → CdS CdS + H2SO4 → H2S (a) ¿Qué es un hidrocarburo? (b) ¿Todos los hidrocarburos son alcanos? (c) Escriba la fórmula estructural del etano: Solución: a) Los hidrocarburos son compuestos que sólo contienen carbono e hidrógeno. b) Todos los alcanos son hidrocarburos; pero otros compuestos además de los alcanos también pueden ser hidrocarburos. c) C2H6

H

g) C4H10 C2H5

H

H

C

C

H

H

Fórmula Molecular Fórmula Empírica

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H

H

127.

d) C6H14 C 3 H7

H

H

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

H

H

C

C

C

H

H

H

H

Fórmula Molecular Fórmula Empírica

H

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

H

(a) ¿Qué es un grupo funcional? (b) ¿Qué grupo funcional caracteriza a los alcoholes? (c) Remitiéndose al ejercicio 2.63, escriba una fórmula estructural para n-butanol, el alcohol derivado del n-butano, efectuando una sustitución en uno de los átomos de carbono de los extremos. Solución: a) Los grupos funcionales son grupos de átomos específicos que son constantes en todas las moléculas. b) – OH c)

H

129.

H

(a) ¿Qué terminación llevan los nombres de los alcanos? (b) ¿Todos los alcanos son hidrocarburos? (c) Escriba la fórmula estructural del propano (C3H8) (d) El n – hexano es el alcano con todos sus átomos de carbono en cadena. Escriba la fórmula estructural de este compuesto y determine sus fórmulas molecular y empírica. (Sugerencia: Tal vez necesite consultar la tabla 2.6). Solución: a) El nombre de todos los alcanos termina en ANO. b) Todos los alcanos son hidrocarburos, pero otos compuestos además de los alcanos también pueden ser hidrocarburos. c) C3H8

H

128.

H

H

H

H

H

C

C

C

C

H

H

H

H

OH

(a) ¿Qué tienen en común el etano, el etanol y el etileno? (b) ¿En qué difiere el 1propanol del propano? (c) Con base en la fórmula estructural del ácido etanoico dada en el texto, proponga una fórmula estructural para el ácido propanoico. ¿Qué fórmula molecular tiene? Solución: a) Los tres están constituidos por carbono e hidrógeno.

- 43 -

b) La diferencia radica en que el 1-PROPANOL es un alcohol y por tanto está constituido por el grupo funcional OH, en tanto que propano no es un alcohol sino un alcano. c) Fórmula Molecular: C3H6O2

H

130.

131.

H

H

O

C

C

C

H

H

Describa una contribución importante a la ciencia hecha por cada uno de los científicos siguientes: (a) Dalton; (b) Thomson; (c) Millikan; (d) Rutherford. Solución: a) John Dalton da a conocer la teoría atómica de la materia, en la que planteó cuatro postulados básicos. 1. Cada elemento se compone de átomos. 2. Los átomos de un elemento no se transforma en átomos diferentes durante las reacciones químicas. 3. Todos los átomos de un elemento dado son idénticos. 4. Al combinar átomos de más de un elemento se forman compuestos. b) Los experimentos de Thompson sobre el comportamiento de los rayos catódicos en campos magnéticos y eléctricos dieron pie al descubrimiento del electrón e hicieron medir la relación entre su carga y su masa. c) El experimento de la gota de aceite de Millikan permitió determinar la masa del electrón. d) El modelo de Rutherford que explica la dispersión de partículas . Cuando una partícula choca con un núcleo de oro (o pasa muy cerca de él), experimenta una fuerte repulsión. La partícula menos másica, es desviada de su trayectoria por esa interacción repulsiva. Suponga que un científico repite el experimento de la gota de aceite de Millikan, pero informa las cargas de las gotas utilizando una unidad desusada (e imaginaria) llamada warmomb (wa). Los datos que obtiene para cuatro gotas son: Gotita A B C D

132.

OH

Carga calculada (wa) 3.84 x 10-8 4.80 x 10-8 2.88 x 10-8 8.64 x 10-8

a) Si todas las gotitas tuvieran el mismo tamaño, ¿cuál caería más lentamente en el aparato? (b) Con base es estos datos ¿cuál sería la carga más probable del electrón en warmombs? (c) Con base en su respuesta a la parte (b), ¿cuántos electrones hay en cada gotita? (d) Obtenga el factor de conversión entre warmombs y coulombs?. Solución: ¿Qué es radiactividad? Indique si está de acuerdo o no con la afirmación siguiente, y dé sus razones: el descubrimiento de la radioactividad hecho por Henri Becquerel demuestra que el átomo no es indivisible, como se había pensado durante tanto tiempo. Solución: Radiactividad: Emisión espontánea de radiación por átomos. El descubrimiento de Becguerel mostró que los átomos se podían desintegrar o degradar lo que implica que no son indivisibles. Sin embargo, no fue hasta que Rutherford y otros

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133.

134.

135.

136.

caracterizaron la naturaleza de las emisiones radioactivas que se hizo evidente en su totalidad la trascendencia del descubrimiento. ¿Cómo interpretó Rutherford las siguientes observaciones efectuadas durante sus experimentos de dispersión de partículas ? La mayor parte de las partículas no sufrían una desviación apreciable al atravesar la laminilla de oro; (b) unas cuantas partículas se desviaban con ángulos muy grandes; (c) ¿Qué diferencias cabría esperar si se usa un laminilla de berilio en vez de una de oro en el experimento? Solución: a) La mayor parte de las partículas no sufrían una desviación apreciable al atravesar la laminilla de oro, porque lo hacían directamente ya que no topan con el diminuto núcleo, simplemente pasan por el espacio vacío del átomo. b) Unas cuantas partículas se desviaban con ángulos muy grandes, esto se da por la repulsión de las partículas menos masivas con el núcleo del átomo. c) No cabría esperar ninguna diferencia, solo que el oro es posible laminar fino, pero para el experimento se concluye que ambos son metales. Una partícula es un núcleo de un átomo de 4He. (a) ¿Cuántos protones y neutrones tiene una partícula ? (b) ¿Qué fuerza mantiene unidos los protones y neutrones de la partícula ? (c) ¿Qué carga tiene una partícula en unidades de carga electrónica? (d) la relación carga/masa de una partícula es de 4.8224 x 104 C/g. Con base en la carga de esta partícula, calcule su masa en gramos y en uma. (e) Utilizando los datos de la tabla 21, compare su respuesta para la parte (d) con la suma de las masas de las partículas subatómicas individuales. Solución: a) 4He Z=2 N=2 b) La fuerza de cohesión mantiene unidos los protones y neutrones de una partícula . c) La partícula tiene una carga de 4.8224 x 104C 2(1.602 10 19 C ) g 6.64399 10 24 g d) m 4 4.8224 10 C 1uma 6.64399 10 24 g 4.00 uma 1.66054 10 24 g La abundancia natural de 3He es de 0.00013%. (a) ¿Cuántos protones, neutrones y electrones tiene un átomo de 3He? (b) Con base en la suma de las masas de sus partículas subatómicas, ¿qué cabe esperar que sea mas masivo, un átomo de 3He o uno de 3H (que también se llama tritio)? (c) Con base en su respuesta para la parte (b), ¿qué precisión necesitaría tener un espectrómetro de masas que puede distinguir entre los picos producidos por 3He y 3H? Solución: a) 3He Z=2 N=1 e -= 2 b) El tritio ( 3H ) tiene más masa. c) Se necesitará una precisión de 1 x 10-27g para distinguir entre 3H y el 3He. Un cubo de oro que mide 1.00 cm por lado tiene una masa de 19.3g. un solo átomo de oro tiene una masa de 197.0 uma. (a) ¿Cuántos átomos de oro contiene el cubo? (b)

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Con la información dad, estime el diámetro en A de un solo átomo de oro. (c) ¿Qué supuso para obtener su respuesta en la parte (b)? Solución: a) Datos: V = 1 cm3 mc =19.3g Mat.Au = 197.0 uma Atmos. Au = ?

197.0uma 1.66054 10 1uma 1atomoAu 19.3g 3.27 10 27 g

24

g

3.27 10

22

g

5.902 10 27 atomosAu

b) .r 3 V

V

r3

r

137.

3

1cm 3

d

2r

d

2 0.6827 cm

d

1.3654cm

1m 1A 100cm 1 10 10 m

136540000A

r 0.6827cm c) Para poder resolver el literal (b) parto del volumen de un cubo, seguidamente despejo de ésta fórmula para luego multiplicar por 2 y obtener el diámetro. El diámetro de un átomo de rubidio es de 4.95 A°. Consideraremos dos formas de acomodar los átomos en una superficie. En el acomodo A, todos los átomos están alineados. El acomodo B se denomina empacado compacto porque los átomos se acomodan en las “depresiones” formadas pro la fila anterior de átomos.

(a) (b) (a)Utilizando el acomodo A, ¿cuántos átomos de Rb podrían colocarse en una superficie cuadrada de 1.0 cm por lado? (b) ¿Cuántos átomos de Rb podrían colocarse en una superficie cuadrada de 1.0 cm por lado si se usa el acomodo B? (c) ¿En qué factor aumentó el número de átomos en la superficie al pasar del acomodo A al B? Si se extiende a tres dimensiones ¿cuál acomodo hará que el Rb metálico sea más denso? Solución: Datos:

d(Rb) = 4.95° átomos (Rb) = ?

4.95 A 1 10 10 m 100cm 1A 1m a)

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4.95 10 8 cm

4.95 x 10-8cm

1 átomo Rb 16 átomos Rb

X

x = 7.92 x 10-7cm

b) 16 átomos Rb

7.92 x 10-7cm

X

1.0 cm

X = 20202020. 2 átomos Rb

138.

c) Se aumentó el número de átomos en el acomodo B, ya que se reduce el espacio entre las moléculas y esto da cabida a más átomos. (a) Suponiendo las dimensiones del núcleo y el átomo dadas en la figura 2.12 ¿qué fracción del volumen del átomo ocupa el núcleo? (b) Utilizando la masa del protón de la tabla 2.1 y suponiendo que su diámetro es de 10 x 10-15m, calcule la densidad de un protón en g/cm3. Solución: 10 4 A 10 10 m a) Volumen – núcleo 10 14 m 1A 4 radio = 5 x 10-15m V .r 3 3 10 3 10 m 4 5A 5 10 10 m V 5 10 15 m 1A 3 -10 Radio = 2.5 x 10 V= 5.235 x 10-43m3 Volumen - átomo 4 V .r 3 3 3 4 V 2.5 10 10 m 3 V = 6.5449 x 10 -29 1.66054 10 24 g 1.673 10 b) m 1.0073 uma 1uma  Diámetro = 1.0 x 1015m m d v 1.673 10 24 g d 5.235 10 50 cm3 d 3.1958 10 75 g / cm3  Radio = 5 x 1014m 4 d .r 3 3

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24

g

v

4 3

5 1014 m

3

10 6 cm3 5.235 10 50 cm3 3 1m El elemento oxígeno existe como tres isótopos en la Naturaleza, con 8, 9 y 10 neutrones en el núcleo, respectivamente. (a) Escriba los símbolos químicos completos de estos tres isótopos. (b) Describa las similitudes y diferencias de los tres tipos de átomos de oxígeno. Solución: 16 a) 8 O8 v 5.235 10 44 m3

139.

17 8

O9

18 8

O10 b) Similitudes: Estos tres isótopos tienen 8 protones en el núcleo y 8 electrones en la envoltura. Diferencias: Los tres isótopos difieren en el número de neutrones y por ende en su número másico. 140. Los químicos suelen usar el término peso atómico en vez de masa atómica promedio. En el texto dijimos que este último término es más correcto. Considerando las unidades de peso y masa, ¿puede explicar esa afirmación? Solución: La masa atómica promedio de cada elemento (expresada en uma) también se denomina peso atómico. A pesar de que el término masa atómica promedio es más correcto, y a menudo se usa el término más sencillo de masa atómica, el uso del término peso atómico es lo más común. 141. El galio (Ga) consiste en dos isótopos naturales con masa de 68.926 y 70.925 uma. (a) ¿Cuántos protones y neutrones hay en el núcleo de cada isótopo? Escriba el símbolo químico completo de cada uno, indicando el número atómico y el número de masa. (b) La masa atómica media del Ga es 69.72 uma. Calcule la abundancia de cada isótopo. Solución: 69 71 Ga 38 a) 31 31 Ga 40 b) Isótopo 1: n 68 .926 uma 1 n 70 .925 uma 69 .72uma 1.9999numa 1.205uma n 0.6028 Abundancia: 0.6028 x 100% = 60.28% Isótopo 2: 1 n 68 .926 uma n 70 .925 uma 69 .72uma 68.92uma 68.926numa 70.925numa 69.72uma 1.9999numa 0.794uma n 0.3971 Abundancia: 0.3971 x 100% = 39.71% 142. Utilizando una referencia adecuada, como el CRC Handbook of Chemistry and Physics, consulte la información siguiente par el níquel: (a) el número de isótopos conocidos; (b) las masas atómicas (en uma) y la abundancia natural de los cinco isótopos más abundantes. Solución: a) ISOTOPO

MASA ATÓMICA

- 48 -

ABUNDANCIA

57 58 59 60 61 62 63 64 65

143.

144.

145.

146.

(uma)  56.939765  57.935342  58.934344  59.930783  60.931049  61.928345  62.929666  63.927959 64.930041

Despreciable 67.88 Despreciable 26.23 1.19 3.66 Despreciable 1.08 Despreciable

El bronce es una aleación metálica que se usa con frecuencia en aplicaciones decorativas y en esculturas. Un bronce típico consiste en cobre, estaño y zinc, con cantidades menores de fósforo y plomo. Localice todos estos elementos en la tabla periódica, escriba sus símbolos, e identifique el grupo de la tabla periódica al que pertenecen. Solución:  Cobre: Cu → grupo IB  Estaño: Sn → grupoIVA  Zinc: Zn → grupo IIB  Fósforo: P →VA  Plomo : Pb →IVA De la lista de elementos siguientes: Ar, H, Al, Ca, Br, Ge, K, O, escoja al que mejor se ajuste a cada descripción : use cada elemento sólo: (a) un metal alcalino; (b) un metal alcalinotérreo; (c) un gas noble; (d) una halógeno; (e) un metaloide; (f) un no metal que aparece en el grupo 1A; (g) un metal que forma un ion3+; (h) un no metal que forma un ion2-; (i) un elemento que se parece al aluminio. Solución: a) Li d) Br g) Al b) Ca e) Ge h) O c) Ar f) H i) Ga Los primeros átomos se seaborgio (Sg) se identificaron en 1974. el isótopo de más larga vida de Sg tiene un número de masa de 266. (a) ¿Cuántos protones, electrones y neutrones hay en el núclido de 266Sg? (b) Los átomos de Sg son muy inestables por lo que es muy difícil estudiar las propiedades de este elemento. Con base en la posición de Sg en la tabla periódica, ¿a qué elemento debería parecerse más en términos de propiedades químicas? Solución: a) 266Sg. Z = 106 e - = 106 n = 160 b) El Sg en el grupo 6B e inmediatamente debajo de Tungsteno, W, entonces es de esperar que las propiedades químicas del Sg se parezcan más a las del W Con base en las estructuras moleculares que se muestran, identifique las que corresponde a cada una de las especies siguientes: (a) cloro gaseoso; (b) propano C3H8; (c) ion nitrato; (d) trióxido de azufre; (e) cloruro de metilo CH3Cl.

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N

F

(i),

(ii)

S

H

Cl

C

(iii),

(iv) H

C (v)

Solución: ii v i iii iv 2.82 Llene los huecos de la tabla siguiente: 102

Símbolo Protones Neutrones Electrones Carga neta

Ru3+

Ce 34 46 36

76 116 2+

74 54 11-

82 3+

Solución: Símbolo Protones Neutrones Electrones Carga neta

147.

148.

102

Ru3+

 44  58  41  4+

80 34

Se 2

34 46 36 4+

76Os

Xe

Ce

 76  116  76  2+

 54  74  54  1-

58 82 58 3+

Nombre los óxidos siguientes. Suponiendo que los compuestos sean iónicos, ¿qué carga está asociada al elemento metálico en cada caso? (a) NiO; (b) MnO2; (c) Cr2O3; (d) MoO3. Solución: a) Óxido de niquel (II) Ni2+O-2 → NiO b) Óxido de manganeso (IV) Mn4+O22- → MnO2 c) Óxido de cromo (III) Cl23+O32- → Cr2O3 d) Óxido de molibdeno (VI) Mo6+O32- → MoO3 El ácido yódico tiene la fórmula molecular HlO3. Escriba las fórmulas de lo siguiente: (a) el anión yodato; (b) el anión peryodato; (c) el anión hipoyodito; (d) el ácido hipoyodoso; (e) el ácido periódico.

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149.

150.

151.

152.

Solución: (IO3) – (IO4) – (IO) – HIO HIO4 Los elementos del mismo grupo de la tabla periódica a menudo forman oxianiones con la misma fórmula general. Los aniones también se designan de manera similar. Con base en estas observaciones, sugiera una fórmula química o nombre, según sea apropiado, para cada uno de los iones siguientes: (a) BrO4-; (b) SeO32-; (c) ion arseniato; (d) ion hidrógeno telurato. Solución: a) Perbromato b) Serenato c) AsC43d) HTeO42De los nombres químicos de cada uno de los compuestos conocidos siguientes: (a) NaCl (Sal de mesa); (b) NaHCO3 (polvo para hormear); (c) NaOCl (en muchos blanqueadores); (d) NaOH (sosa cáustica); (e) (NH4)2CO3 (sales aromáticas); (f) CaSO4 (yeso de París). Solución: a) Cloruro de sodio. b) Bicarbonato de sodio c) Hipoclorito de sodio d) Hidróxido de sodio e) Carbonato de amonio f) Sulfato de calcio Muchas sustancias muy conocidas tienen nombres comunes, no sistemáticos. Para cada uno de los siguientes, dé el nombre sistemático correcto: (a) sal nitro, KNO3; (b) sosa comercial, Na2CO3; (c) cal viva, CaO; (d) ácido muriático, HCl; (e) sal de Epsom, MgSO4; (f) leche de magnesia, Mg(OH)2. Solución: a) Nitrato de potasio b) Carbonato de sodio c) Óxido de calcio d) Ácido clorhidrico e) Sulfato de magnesio f) Dióxido de magnesio Muchos iones y compuestos tienen nombres muy similares y es fácil confundirlos. Escriba las fórmulas químicas correctas para distinguir entre (a) sulfuro de calcio e hidrógeno sulfuro de calcio; (b) ácido bromhídrico y ácido brómico; (c) nitruro de aluminio y nitrito de aluminio; (d) óxido de hierro (II) y óxido de hierro (III); (e) ion amonio y amoniaco; (f) sulfito de potasio y bisulfito de potasio; (g) cloruro mercuroso y cloruro mercúrico; (h) ácido clórico y ácido perclórico. Solución: a) Sulfuro de Calcio: Ca2+ S2- → CaS Hidrógeno sulfuro de calcio: Ca2+ (HS)2b) Ácido Bromhídrico: H+ Br - → HBr Ácido Brómico: H+ Br5+O3 2- → HBrO3 c) Nitruro de Aluminio: Al3+N 3- → AlN

- 51 -

153.

154.

Nitrito de Aluminio: N23+ + H2O → H2N2Cl4 → HNO2: Al3+(NO2) -3 d) Óxido de Hierro (II) : Fe2+O2- → FeO Óxido de Hierro (III): Fe23+ O3 2- → Fe2O3 e) Ion Amonio: NH4Amoniaco: NH3 f) Sulfito de Potasio: S4+O22- + H2O →H2SO3 → K2+(SO3)21 Bisulfito de Potasio: HSO3 K g) Cloruro Mercuroso: Cl –Hg+ → HgCl Cloruro Mercúrico: Cl –Hg2+ →Hgd2 h) Ácido Clórico: H+Cl5+O3 2- → HClO3 Ácido Perclórico: H+ Cl7+O4 2- → HClO4 Empleando el Handbook of Chemistry and Physics, obtenga la densidad, el punto de fusión y el punto de ebullición de (a) PF3; (b) SiCl4; (c) etanol, C2H6O. Solución: a) Densidad: Punto de fusión: Punto de ebullición: b) Densidad: Punto de Fusión: -68.8°C Punto de Ebullición: c) Densidad: 1.3580 g/m Punto de fusión: 130° Punto de ebullición: 78° Los hidrocarburos aromáticos son hidrocarburos derivados del benceno (C6H6). La fórmula estructural del benceno es la siguiente: H H

C

C H

H

C C

C C

H

H

a)¿Qué formula empírica tiene el benceno? (b) ¿El benceno es un alcano? Explique someramente su respuesta. (c) El alcohol derivado del benceno, llamado fenol, se usa como desinfectante y anestésico local. Proponga una fórmula estructural para el fenol y determine su fórmula molecular. Solución: CH El benceno no es un alcano, porque los alcanos son hidrocarburos cuyos enlaces son todos sencillos. La fórmula molecular es C6H6O ó C6H5OH, en tanto que su fórmula estructural es: H H

OH

H

H H

- 52 -

155.

El benceno (C6H6; vea el ejercicio anterior) contiene 0.9226 g de carbono por gramo de benceno; el resto de la masa es hidrógeno. La tabla siguiente da el contenido de carbono por gramo de sustancia para varios otros hidrocarburos aromáticos: Hidrocarburo Aromático Xileno Bifenilo Mesitileno Tolueno

Gramos de carbono por gramo de hidrocarburo 0.9051 0.9346 0.8994 0.9125

Para el benceno, calcule la masa de H que se combina con 1 g de C. (b) para los hidrocarburos de la tabla, calcule la masa de H que se combina con 1 g de C. (c) Comparando los resultados de la parte (b) con los de la parte (a), determine las proporciones de números pequeños de átomos de hidrógeno por átomos de carbono para los hidrocarburos de la tabla. (d) Escriba las fórmulas empíricas para los hidrocarburos de la tabla. Solución: a) 0.9266gC

1gC6H6

1gC

X = 1.08gC6H6

0.0774gH

1gC6H6

X = 0.0836gH

1.08gC6H6

1g Xileno

0.9051gC

b) 

x = 1.1059 Xileno

1g

 1gXileno

0.0949gH

1.1059 g Xileno

X = 0.1048gH



- 53 -

1g Bifenio

0.9346gC

x = 1.0699 Bifenio

1gC

 1g Bifenio

0.0654gH x= 0.06997gH

1.0694 g Bifenio

 1g mesitileno

0.8994gC

x= 1.11185gMesitileno

1gC

 1g mesitileno

0.1008 gH

1.11185 g mesitileno

x = 0.1120gH

 1g tolveno

0.9125gC

x = 1.0958 g

1gC

 1g Tolveno

0.0875gH

1.0958 g

x= 0.096gH

c)  Xileno: 0.1048 gH

1atH 0.075 gH

1.39733 atH

 Bifenio: 0.06997 gH

1atH 0.075 gH

- 54 -

0.932 atH

 Mesitileno: 1atH 0.075 gH

0.1120 gH

1.493 atH

 Tolveno 1atH 0.075 gH

0.095 gH Símbolo

1.2667 atH

Gramo de Hidrógeno Por gramo de Carbono  0.1048 Gh  0.06997 gH  0.1120 gH  0.095 gH

Xileno Bifenio Mesitileno Tolueno

Átomos de Hidrógeno Por Átomo de Carbono 1.3973 átomos H 0.932 átomos H 1.493 átomos H 1.2667 átomos H

d)

156.

Xileno → C8H10 Bifelino → C12H10 Mesitileno → C6H3(CH3)3 Tolveno → C7H8 El compuesto ciclohexano es un alcano en el que seis átomos de carbono forman un anillo. La fórmula estructural parcial del compuesto es: H H

H

C C

C

C

C C

H

H

H

(a) Complete la fórmula estructural del ciclohexano. (b) ¿La fórmula molecular del ciclohexano es la misma que la del n – hexano, donde los átomos de carbono están en línea recta? Si puede, explique a qué se debe cualquier diferencia. (c) Proponga una fórmula estructural para el ciclohexanol, el alcohol derivado del ciclohexano. (d) Proponga una fórmula estructural para el ciclohexeno, que tiene un doble enlace carbono – carbono. ¿Tiene la misma fórmula molecular que el ciclohexano? Solución: a) H H

H H

C C

C

C

C

H H

H H

H

H

C H

H

b) La fórmula molecular del ciclo hexano es lamisca que la del n – hexano, pero su fórmula estructural varía, ya que en el ciclo hexano es de cadena cerrada y en el n – hexano en tanto es de cadena abierta. c)

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H H

OH H

C C

C

H H

H H C

H

C H

C H

H

d) m H H

C C

C

H H

H H

C H

C H

C H

H

 No tiene la misma fórmula molecular: C6H10.

CAPITULO IV BALANCEO DE ECUACIONES QUIMICAS 157.(a) ¿Qué principio o ley científica se aplica en el proceso de balancear ecuaciones químicas? (b) Al balancear ecuaciones, ¿Por qué no deben modificarse los subíndices de las fórmulas químicas? (c) ¿Qué símbolos se emplean para representar gases, líquidos y soluciones acuosas en las ecuaciones químicas? Solución: a) Para balancear ecuaciones químicas se aplica la ley de la conservación de la masa. b) Los subíndices de las fórmulas químicas no se deben modificar al balancear ecuaciones, porque al cambiar el subíndice cambia la identidad del compuesto “Ley de la Composición Constante”. c) Los símbolos empleados son: (g) → GAS (l) → LÍQUIDO (s) → SÓLIDO (ac) → DISOLUCIÓN ACUOSA 158.(a) ¿Qué diferencia hay entre añadir un subíndice 2 al final de la fórmula de CO para dar CO2 y anteponer un coeficiente a la fórmula para dar 2CO? (b) La ecuación química siguiente, tal como está escrita, ¿es congruente con la ley de conservación de la masa? 3Mg(OH)2(s) + 2H3PO4(ac) → Mg3(PO4)2(s) + H2O(l) ¿Por qué si o por qué no? Solución: a) Se puede establecer una diferencia, mediante la utilización del siguiente cuadro: SIMBOLO QUIMICO CO2 2CO

SIGNIFICADO 1 Molécula de dióxido de C. 2 Moléculas de

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COMPOSICIÓN 1 Átomo de C y 2 átomos de O 2 Átomos de C

monóxido de C.

y 2 átomos de O.

b)No es congruente con la ley de la conservación de la masa, puesto que esta ecuación no está balanceada, es decir, no satisface la condición que manifiesta que toda ecuación química debe tener números iguales de átomos de cada elemento a cada lado de la flecha. 159.Los diagramas que siguen ilustran la reacción entre el reactivo A y el reactivo B:

Con base es este diagrama, ¿cuál ecuación es la que mejor describe la reacción? (a) A2 + B (c) 2ª + B4



A2B

(b) A2 + 4B



2AB2

→ 2AB2 (d) A + B2 → AB2  La ecuación (a) es la que mejor concuerda con el diagrama. 160.Balancee las ecuaciones siguientes: (a) SO2(g) + O2(g) → SO3(g); (b) P2O5(s) + H2O(l) → H3PO4(ac); (c) CH4(g) + Cl2(g) → CCl4(l) + HCI(g); (d) Al4C3(s) + H2O(l) → Al(OH)3(s) + CH4(g); (e) C4H10O(l) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g); (f) Fe(OH)3(s) + H2SO4(ac) → Fe2(SO4)3(ac) + H2O(l); (g) Mg3N2(s) + H2SO4(ac) → MgSO4(ac) + (NH4)2SO4(ac). Solución: a) 2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g) b) P2O5(s) + 3H2O(l) → 2H3PO4(ac) c) CH4(g) + 4Cl2(g) → CCl4(l) + 4HCI(g) d) Al4C3(s) + 12H2O(l) → 4Al(OH)3(s) + 3CH4(g) e) C4H10O(l) + 6O2(g) → 4CO2(g) + 5H2O(g) f) 2Fe(OH)3(s) + 3H2SO4(ac) → Fe2(SO4)3(ac) + 6H2O(l) g) Mg3N2(s) + 4H2SO4(ac) → 3MgSO4(ac) + (NH4)2SO4(ac) 161.Balancee las ecuaciones siguientes: (a) Li(s) + N2(g) → Li3N(s); (b) TiCl4(l) + H2O(l) → TiO2(s) + HCl(ac); (c) NH4NO3(s) → N2(g) + O2(g) + H2O(g); (d) Ca3P2(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(ac) + PH3(g); (e) Al(OH)3(s) + HClO4(ac) → Al(ClO4)3(ac) + H2O(l); (f) AgNO3(ac) + Na2SO4(ac) → Ag2SO4(s) + NaNO3(ac); (g) N2H4(g) + N2O4(g) → H2O(g) + N2(g). Solución: a) 6Li(s) + N2(g) → 2Li3N(s) b) TiCl4(l) + 2H2O(l) → TiO2(s) + 4HCl(ac) c) 3NH4NO3(s) → 2N2(g) + O2(g) + 6H2O(g) d) Ca3P2(s) + 6H2O(l) → 3Ca(OH)2(ac) + 2PH3(g) e) Al(OH)3(s) + 3HClO4(ac) → Al(ClO4)3(ac) + 3H2O(l) f) 2AgNO3(ac) + Na2SO4(ac) → Ag2SO4(s) + 2NaNO3(ac) g) 2N2H4(g) + N2O4(g) → 4 H2O(g) + 3N2(g) 162.Escriba ecuaciones químicas balanceadas que correspondan a cada una de las descripciones siguientes: (a) El carburo de calcio sólido, CaC2; reacciona con agua para formar una disolución acuosa de hidróxido de calcio y acetileno gaseoso, C 2H2. (b) Cuando se calienta clorato de potasio sólido, se descompone para formar cloruro de potasio sólido y oxígeno gaseoso. (c) El zinc metálico sólido reacciona con ácido

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sulfúrico para formar hidrógeno gaseoso y una disolución acuosa de sulfato de zinc. (d) Si se agrega tricloruro de fósforo líquido a agua, reacciona para formar ácido fosforoso acuoso, H3PO3(ac) y ácido clorhídrico acuoso. (e) Cuando se hace pasar sulfuro de hidrógeno gaseoso sobre hidróxido de hierro (III) sólido caliente, la reacción resultante produce sulfuro de hierro (III) sólido y agua gaseosa. Solución: a) CaC2(s) + 2H2O(l) → Ca(OH)2(ac) + C2H2(g) b) 2KClO3(s) → 2KCl(5) + 3O2(g) c) 2n(s) + H2SO4(ac) → 2nSO4(ac) + H2(g) d) PCl3(l) + 3H2O(l) → H3PO3(ac) + 3HCl(ac) e) 3H2S(g) + 2Fe(OH)3(s)→ Fe2S3(s) + 6H2O(g) 163.Convierta estas descripciones en ecuaciones balanceadas: (a) Cuando trióxido de azufre gaseoso reacciona con agua, se forma una disolución de ácido sulfúrico. (b) Sulfuro de boro, B2S3(s), reacciona violentamente con agua para formar ácido bórico disuelto, H3BO3, y sulfuro de hidrógeno gaseoso. (c) La fosfina, PH3(g), se quema en oxígeno gaseoso para formar agua gaseosa y decaóxido de tetrafósforo sólido. (d) Si se calienta nitrato de mercurio (II) sólido, se descompone para formar óxido de mercurio (II) sólido, dióxido de nitrógeno gaseoso y oxígeno. (e) El cobre metálico reacciona con una disolución concentrada caliente de ácido sulfúrico para formar sulfato de cobre (II) acuoso, dióxido de azufre gaseoso y agua. Solución: a) SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(ac) b) B2S3(s) + 6H2O(g)→ 2H3BO3(ac) + 3H2S(g) c) 4PH3(g) + 5O2(g) → H2O(g) + P4O10(s)) d) 2Hg(NO3)2(s) → 2HgO(s) + 4NO2(g) + O2(g) e) Cu(s) + 2H2SO4(ac) → CuSO4(ac) + SO2(g) +2H2O(g) PATRONES DE REACTIVIDAD QUÍMICA 164.(a) Cuando el elemento metálico sodio se combina con el elemento no metálico bromo, Br2(l), ¿cómo podemos determinar la fórmula química del producto? ¿Cómo sabemos si el producto es sólido, líquido o gaseoso a la temperatura ambiente? Escriba la ecuación química balanceada para la reacción. (b) Cuando un hidrocarburo arde en aire; ¿qué reactivo además del hidrocarburo interviene en la reacción? ¿Qué productos se forman? Escriba una ecuación química balanceada para la combustión de benceno, C6H6(l), en aire. Solución: a) Determina la fórmula balanceando las cargas positivas y negativas en el producto iónico, además se debe tener presente que todos los compuestos iónicos son sólidos. 2Na(s) + Br2(l) → 2NaBr(s) b) El segundo reactivo es C2(g). Los productos son CO2(g) y H2O(l). 2C6H6(l) + 15O2(g) → 12CO2(g) + 6H2O(l) 165.(a) Determine la fórmula química del producto que se forma cuando el elemento metálico calcio se combina con el elemento no metálico oxígeno, O2. Escriba la ecuación química balanceada para la reacción. (b) ¿Qué productos se forman cuando un compuesto que contiene C, H, y O se quema totalmente en aire? Escriba una ecuación química balanceada para la combustión de la acetona, C3H6(l), en aire. Solución: a)2Ca(s) + O2(g) → 2CaO(s) b1) CHO + O2(g)→ CO2(g) + H2O (l) b2) C3H6O(l) + 4O2(g) → 3CO2(g) + 3H2O(l)

- 58 -

166.Escriba una ecuación química balanceada para la reacción qur tiene un lugar cuando (a) Mg(s) reacciona con Cl2(g); (b) hidróxido de níquel (II) se descompone para dar óxido de níquel (II) y agua al calentarse; (c) el hidrocarburo estireno, C8H8(l) arde en aire; (d) el aditivo para gasolina MTBE (metil terbutil éter), C5H12O(l), se quema: Solución: f) Mg(s) + Cl2(g) → MgCl2(s) g) Ni(OH)2(s) → NiO(s) + H2O(g) h) C8H8(l) + 10 O2(g) → 8CO2(g) + 4H2O(l) i) 2C5 H12O(l) + 15O2(g) → 10CO 2(g) + 12H2O(l) 167.Escriba una ecuación química balanceada para la reacción que tiene lugar cuando (a) aluminio metálico sufre una reacción de combinación con Br2(l); (b) carbonato de estroncio se descompone para dar óxido de estroncio y dióxido de carbono al calentarse; (c) heptano, C7H16(l), arde en aire; (d) dimetil éter, CH3OCH3(g), se quema en aire. Solución: a) 2Al(s) + 3Br2(l) → 2AlBr3(s) b) SrCO3(s) → SrO(s) + CO2(g) c) C7H16(l) + 11O2(g) → 7CO2(g) + 8H2O(l) d) 3C2H6O(g) + 9O2(g) → 6CO2(g) + 9H2O(l) 168.Balancee las ecuaciones siguientes e indique si son reacciones de combinación, descomposición o combustión: a) Al(s) + Cl2(g) → AlCl3(s) b) C2H4(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g) c) Li(s) + N2(g) → Li3N(s d) PbCO3(s) → PbO(s) + CO2(g) e) C7H8O2(l) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g) Solución: a) 2Al(s) + 3 Cl2(g) → 2AlCl3(s) R. de combinación. b) C2H4(g) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 2 H2O(g) R. de combustión. c) 6Li(s) + N2(g) → 2Li3N(s) R. de combinación. d) PbCO3(s) → PbO(s) + CO2(g) R. de descompos. e) C7H8O2(l) + 8O2(g) → 7CO2(g) + 4 H2O(g) R. de combustión. 169.Balancee las ecuaciones siguientes e indique si son reacciones de combinación, descomposición o combustión: a) C3H6(g) + O2(g) → CO2(s) + H2O(g) b) NH4NO3(s) → N2O(g) + H2O(g) c) C5H6O(l) + O2(g) → CO2 (g) + H2O(g) d) N2(g) + H2(g) → NH3(g) e) K2O(s) + H2O(l) → KOH(ac) Solución: a) 2C3H6(g) + 9O2(g) → 6CO2(s) + 6H2O(g) R. de combustión. b) NH4NO3(s) → N2O(g) + 2H2O(g) R. de descompos. c) C5H6O(l) + 6O2(g) → 5CO2 (g) + 3H2O(g) R. de combustión. d) N2(g) + H2(g) → 2NH3(g) R. de combinación. e) K2O(s) + H2O(l) → 2KOH(ac) R. de combinación PESOS FORMULARES 170.Determine los pesos formulares de cada uno de los componentes siguientes: (a) H2S; (b) NiCO3; (c) Mg(C2H3O2)2; (d) (NH4)2 SO4; (e) fosfato de potasio; (f) óxido de hierro (II)¸(g) pentasulfuro de difósforo.

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Solución: a) H2S PF 2 1.00797 1 32 .06 PF 34.07594uma b) NiCO3 PF 1 58 .71 1 12 .011 3 15 .9994 PF 118.792uma c) Mg(C2H3O2)2 PF 1 24 .31 4 12 .01 6 1.00797 4 15 .9994 PF 142.39942uma d) (NH4 ) SO4 PF 1 14 .01 4 1.00797 1 32 .066 4 15 .9994 PF 114.09948uma e) K3PO4 PF 39 .102 1 30 .97 4 15 .9994 PF 212.2736uma f) FeO PF 1 55 .847 1 15 .9994 PF 71.8464uma g) P2S5 PF 2 30 .97 5 32 .06 PF 222.24uma 171.Determine el peso formular de cada uno de los compuestos siguientes: (a) óxido nitroso, N2O, conocido como gas de la risa y empleado como anestésico en odontología; (b) ácido benzoico, HC7H5O2, una sustancia empleada como conservador en alimentos; (c) Mg(OH)2, el ingrediente activo de la leche de magnesia; (d) urea, (NH2)2CO, un compuesto empleado como fertilizante nitrogenado; (e) acetato de isopentilo; CH3CO2C5H11, que produce el olor a plátano. Solución: a) N2O PF 2 14 .01 1 15 .9994 PF 44.0194uma b) HC7H5O2 PF 1 1.00797 7 12 .011 5 1.00797 2 15 .9994 PF 122.12362uma c) Mg(OH)2 PF 1 24 .31 2 15 .9994 2 1.00797 PF 58.32474uma d) (NH2)2CO PF 2 14 .01 4 1.00797 1 12 .011 1 15 .9994 PF 60.06228uma e) CH3CO2CsH11 PF 1 12 .011 3 1.00797 1 12 .011 2 15 .9994 5 12 .011 11 1.00797 PF 130.18738uma 172.Calcule el porcentaje en masa de oxígeno en cada uno de los compuestos siguientes: (a) SO2; (b) sulfato de sodio; (c) C2H5COOH, (d) Al(NO3)3; (e) Nitrato de amonio. Solución:

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a) SO2 PF 1 32 .06 2 15 .9994 PF 32.06 31.9988 PF 64.0588g / mol 31 .9988 g / mol 100 % 64 .0588 g / mol

49 .9%O

b) Na2SO4 PF 2 22 .989 1 32 .06 4 15 .9994 PF 45.978 32.06 63.9976 PF 142.0356g / mol 63 .9976 g / mol 100 % 142 .0356 g / mol

45 .05 %O

c) C3H6O2 PF 3 12 .011 6 1.00797 2 15 .9994 PF 36.033 6.04782 31.9988 PF 74.07962g / mol 31 .9988 g / mol 100 % 74 .07962 g / mol

43 .2%O

d) Al(NO3)3 PF 1 26 .98 3 14 .01 9 15 .9994 PF 26.98 42.03 143.9946 PF 213.0046g / mol 143 .9946 g / mol 100 % 67 .60 %O 213 .0046 g / mol

e) N2H4O3 PF 2 14 .01 4 1.00797 3 15 .9994 PF 28.02 4.03188 47.9982 PF 80.05008g / mol 47 .9982 g / mol 100 % 59 .9%O 80 .05008 g / mol 173.Calcule el porcentaje en masa del elemento indicado en los compuestos siguientes: (a) carbono en acetileno, C2H2, un gas empleado en soldadura; (b) hidrógeno en sulfato de amonio, (NH4)2SO4, sustancia empleada como fertilizante nitrogenado; (c) oxígeno en ácido ascórbico, HC6H7O6, también llamado vitamina C; (d) platino en PtCl2(NH3)2, un agente quimioterapéutico llamado cisplatino; (e) carbono en la hormona sexual femenina estradiol, C18H24O2; (f) carbono en capsicina, C18H27NO3, el compuesto que hace que piquen los chiles. Solución: a) C2H2 PF 2 12 .011 2 1.00797 PF 24.022 2.01594

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PF

26.03794g / mol 24 .022 g / mol 100 % 92 .25 %C 26 .03794 g / mol

b) (NH4)2SO4 PF 2 14 .01 8 1.00797 1 32 .06 4 15 .9994 PF 28.02 8.06376 32.06 63.9976 PF 132.14136g / mol 8.06376 g / mol 100 % 6.10 % H 132 .14136 g / mol c) C6H8O6 PF 6 12 .011 8 1.00797 6 15 .9994 PF 72.066 8.06376 95.9964 PF 176.12616g / mol 95 .9964 g / mol 100 % 54 .50 %O 176 .12616 g / mol d) PtCl2(NH3)2 PF 1 195 .09 2 35 .35 2 14 .01 6 1.00797 PF 195.09 70.7 28.02 6.04782 PF 299.85782g / mol 195 .09 g / mol 100 % 65 .06 % Pt 299 .85782 g / mol

e) C18H24O2 PF 18 12 .011 24 1.00797 2 15 .9994 PF 216.195 24.19126 31.9988 PF 272.38808g / mol 216 .198 g / mol 100 % 79 .37 %C 272 .38808 g / mol f) C18H27O3 PF 18 12 .011 27 1.00797 1 14 .01 3 15 .9994 PF 216.195 27.21519 14.01 47.9982 PF 305.42139g / mol 216 .198 g / mol 100 % 70 .78 %C 305 .42139 g / mol 174.Con base en las fórmulas estructurales siguientes, calcule el porcentaje de carbono presente en cada compuesto H

H C a)

H

C

C

C C

H

O C

C H

- 62 -

H

Benzaldehíco (aromas de almendras)

H

H3CO C b)

HO

C

H

Vainilla (sabor de vainilla)

C

H

H 3C

C

C C

c)

O

C

H

H

H

H

C

C

C

H

H

H3C

O O

C

CH3

Acetato de isopentilo (sabor de plátano)

Solución: a) C7H6O PF 12 .011 6 1.00797 1 15 .9994 PF 84.077 6.04782 15.9994 PF 106.12422g / mol 84 .077 g / mol 100 % 79 .22 %C 106 .12422 g / mol

b) C8H8O3 PF 8 12 .011 8 1.00797 3 15 .9994 PF 96.088 8.06376 47.9982 PF 152.14996g / mol 96 .088 g / mol 100 % 63 .15 %C 152 .14996 g / mol

c) C7H14O2 PF 7 12 .011 14 1.00797 2 15 .9994 PF 84.077 14.11158 31.9988 PF 130.18738g / mol 84 .077 g / mol 100 % 64 .6%C 130 .18738 g / mol 175.Calcule el porcentaje en masa de carbono en cada uno los compuestos representados por los siguientes modelos:

- 63 -

H C

O

C

(a),

(b),

H

N

C

C

(c)

S

(d)

Solución: a) CO2 PF 1 12 .011 2 15 .9994 PF 12.011 31.9988 PF 44.0098g / mol 12 .011 g / mol 100 % 22 .29 %C 44 .0098 g / mol b) CH4 PF 1 12 .011 4 1.00797 1 15 .9994 PF 12.011 4.03188 15.9994 PF 32.04228g / mol 12 .011 g / mol 100 % 37 .5%C 32 .04228 g / mol c) C2H6 PF 2 12 .011 6 1.00797 PF 24.022 6.04782 PF 30.06982g / mol 24 .022 g / mol 100 % 80 %C 30 .06982 g / mol d) CH4NaS PF 1 12 .011 4 1.00797 2 14 .01 1 32 .06 PF 12.011 4.03188 28.02 32.06 PF 76.12288g / mol 12 .011 g / mol 100 % 15 .78 %C 76 .12288 g / mol LA MOL 176. (a) ¿Qué es el número de Avogadro y qué relación tiene con el mol? (b) ¿Qué relación hay entre peso formular de una sustancia y su masa molar? Solución: a) La mol de una sustancia es el número de Avogadro (6.02 x 1023) de unidades formulares de esa sustancia. b) El peso fórmula de una sustancia en uma tiene le mismo valor numérico que la masa molar expresada en gramos.

- 64 -

177.(a) ¿Qué masa tiene, en gramos, un mol de 12C?; (b) ¿Cuántos átomos de carbono hay en un mol de 12C? Solución: a) 12.011g12C b)

1mol12C 6.02 1023 moléculas12C 1átomo12C 1mol12C 1molécula12C

6.02 0 23 átomos12C

178.Sin efectuar cálculos detallados (pero usando la tabla periódica para obtener pesos atómicos), ordene las muestras siguientes de menor a mayor número de átomos: 0.5mol de H2O; 23 g de Na; 6.0 x 1023 moléculas de N2. Solución: 23gNa 1molNa 1átomoNa 1) 1mol de átomos de Na. 22.989gNa 1molNa

2)

3)

0.5molesH 2O 3átomosH2O 1.5 moles de átomos de H2O. 1molH2O 6.02 1023 moléculasN2

1molN2 2átomosN2 23 6.02 10 moléculasN2 1móléculaN2

2 átomos N2.

179.Sin efectuar cálculos detallados (pero usando la tabla periódica para obtener pesos atómicos), ordene las muestras siguientes de menor a mayor número de átomo. 3.0 x 1023 moléculas de H2O2; 2.0 mol de CH4; 32 g de O2. Solución: 32 gOa

1molO2 2átomosO2 31.9982gO2 1molO2

2.0molesCH 4 5átomosCH4 1molCH 4 3.0 10 23 moléculasH O 2 2

2 átomos O2.

10 átomos de CH4.

(1)

(2)

1molH O 4átomosH O 2 2 2 2 23 1 molH O 6.02 10 moléculasH O 2 2 2 2

2 átomos H2O2.

180.¿Qué masa tiene, en kilogramos, un número de Avogadro de balas para lanzamiento olímpico si cada una tiene una masa de 16 lb? Compárela con la masa de la Tierra 5.98 x 1024Kg. Solución: 16lb 0.4535 Kg 1lb

1 bala

7.2576 Kg

7.2576 Kg

6.02 x 1023 balas

x = 4.36 x 1024Kg

- 65 -

181.Si el número de Avogadro de monedas de centavos de dólar se divide equitativamente entre los 250 millones de habitantes de Estados Unidos, ¿cuántos dólares recibirá cada uno? Compare esa cifra con la deuda nacional de Estados Unidos, que era de $ 5.5 billones de dólares cuando se escribió este texto. Solución: 6.02 10 23 centavos

1dólar 6.02 10 21 dólares 100centavos

6.02 10 21 dólares 250 10 6 habi tan tes

2.408 1013 dólares / habi tan tes

182. Transforme las siguientes cantidades: a) Masa, en gramos, de 1.73 mol de CaH2. b) Moles de Mg(NO3)2 en 3.25 g de esta sustancia. c) Número de moléculas en 0.245 mol de CH3OH. d) Número de átomos de H en 0.585 mol de C4H10. Solución: a) 1.73molesCaH 2 4.09 gCaH 2 1molCaH 2

72.82 gCaH 2

b) 3.25 gMg NO3

2

1molMg NO3 2 148.3264 gMg NO3

0.02molesMg NO3

2

2

c) 0.245molesCH4O 6.02 10 23 moléculasCH 4O 1.47 10 23 moléculasCH 4O 1molCH4O

d) 0.585molesC4 H10 6.02 10 23 moléculasC4 H10 10átomosH 1molC4 H10 1moléculaC4 H10

3.52 10 24 átomosH

183. Calcule las cantidades siguientes: (a) Masa, en gramos, de 2.50 x 10-2 mol de MgCl2 (b) Moles de NH4Cl en 76.5 g de esta sustancia. (c) Número de moléculas en 0.0772 mol de HCHO2 (d) Número de iones NO3- en 4.88 x 10 -3 mol de Al(NO3)3. Solución: a) 2.50 10 2 molMgCl 2 95.01gMgCl 2 1molMgCl 2

2.37 gMgCl 2

b) 76.5 gNH 4Cl

1molNH 4Cl 53.39188 gNH 4Cl

1.43molesNH 4Cl

c) 0.0772 molesHCHO2 6.02 10 23 moléculasHCHO2 1molHCHO2

- 66 -

4.54 10 22 moléculasHCHO2

d) 4.88x10-3moles Al(NO3)3 x 6.02x1023 moléc.Al(NO3)3 x 3 iones (NO3)3 1 moléc.Al(NO3)3

1mol Al(NO3)3

=

21

= 8.88 x 10 iones nitrato 184. (a) ¿Qué masa tiene, en gramos , 2..50 x 10-3 mol de sulfato de aluminio? (b) ¿Cuántos moles de iones cloruro hay en 0.0750g de cloruro de aluminio? (c) ¿Qué masa tienen, en gramos, 7.70 x 1020 moléculas de cafeína, C8H10N4O2? (d) ¿Qué masa molar tiene el colesterol si 0.00101 mol pesa 0.406 g? Solución: a) 2.50 10 3 molesAl2 SO4

3

342.1328 gAl2 SO4 1molAl2 SO4 3

3

0.85 gAl2 SO4

3

c) 7.70 10 20 molesC8 H10 N 4O2

1molC8 H10 N 4O2 194.2065 gC8 H10 N 4O2 1molC8 H10 N 4O2 6.02 10 23 moléculasC8 H10 N 4O2

0.24 gC8 H10 N 4O2

d) 0.405 g 0.00105 mol

386.66 g / mol

185.¿Qué masa tiene, en gramos, 0.0714 mol de fosfato de hierro (III)? (b) ¿Cuántos moles de iones amonio hay en 4.97 g de carbonato de amonio? (c) ¿Qué masa tiene, en gramos, 6.52 x 1021 moléculas de aspirina, C9H8O4? (d) ¿Qué masa molar tienen el diazepan (Valium®) si 0.05570 mol pesa 15.86g?. Solución: a) 0.0714 molesFePO 4 150 .846 gFePO 4 1molFePO 4

10.76 gFePO 4

c) 6.52 10 21 moléculasC9 H 8O4

1molC9 H 8O4 180.16036 gC9 H 8O4 1molC9 H 8O4 6.02 10 23 moléculasC9 H 8O4

1.95 gC9 H 8O4

d) 15.86 g 0.05570 mol

284.73 g / mol

186. La fórmula molecular de la alicina, el compuesto que produce el olor característico del ajo es C6H10OS2. (a) ¿Qué masa molar tiene la alicina?; (b) ¿Cuántos moles de alicina están presentes en 5.00 mg de esta sustancia?; (c) ¿Cuántas moléculas de alicina hay en 5.00 mg de esta sustancia?; (d) ¿Cuántos átomos de S están presentes en 5.00 mg de alicina?. Solución: a) C6H10OS2 PF PF

6 12.011 10 1.00797 162.2651g / mol

1 15.9994

b)

- 67 -

2 32.06

5.00mgC6 H10OS 2

1gC6 H10OS 2 1molC6 H10OS 2 1000 mgC6 H10OS 2 162.2651gC6 H10OS 2

3.08 10 5 Cc H10OS 2

c) 3.08 10 5 molesC6 H10OS2 6.02 10 23 moléculasC6 H10OS2 1molC6 H10OS2

1.85 1019 moléculasC6 H10OS2

d) 1.85 1019 moléculasC 6 H 10OS 2

2átomosS 2 1moléculaC 6 H 10OS 2

3.7 1019 átomosS 2

187. El aspartamo, un edulcorante artificial comercializado como Nutra Sweet ®, tiene una fórmula molecular de C14H18N2O5: (a) Calcule la masa molar del aspartamo. (b) ¿Cuántos moles de aspartamo hay en 1.00 mg de aspartamo?; (c) ¿Cuántas moléculas de aspartamo hay en 1.00 mg de aspartamo?; (d) ¿Cuántos átomos de hidrógeno hay en 1.00 mg de aspartamo? Solución: a) C14H18N2O5 m.molar 14 12.011 18 1.00797 m.molar 294.31446 g / mol

2 14.01

5 15.9994

b) 1.00mgC14 H18 N 2O5

1gC14 H18 N 2O5 1molC14 H18 N 2O5 1000 mgC14 H18 N 2O5 294.31446 gC14 H18 N 2O5 3.39 10 6 molesC14 H18 N 2O5

c) 3.39 10 6 molesC14 H18 N 2O5 6.02 10 23 moléculasC14 H18 N 2O5 1molC14 H18 N 2O5 2.04 1018 moléculasC 14 H18 N 2O5

d) 2.04 1018 moléculasC 14 H18 N 2O5

188.

8átomosH 1moléculaC 14 H18 N 2O5

1.63 1019 átomosH

Una muestra de glucosa, C6H12O6; contiene 5.77 x 1020 átomos de carbono. (a) ¿Cuántos átomos de hidrógeno contiene?; (b) ¿Cuántas moléculas de glucosa contiene?; (c) ¿Cuántos moles de glucosa contiene?; (d) Calcule la masa de la muestra en gramos. Solución: a) 9.61 1019 moléculasC 5 H 12O6

12 átomosH 1.15 10 21 átomosH 1moléculaC 6 H12O6

b)

9.61 1019 moléculasC 6 H12O6 c)

1.59 10 4 molesC 6 H12O6 d)

- 68 -

1molC 6 H12O6 180.15804 gC6 H12O6 5.77 10 20 átomos / C 1moléculaC 6 H12O6 23 6átomosC 1molC 6 H12O6 6.02 10 moléculasC 6 H12O6 0.028 gC6 H12O6

189. Una muestra de la hormona sexual masculina testosterona, C19H28O2, contiene 3.08 x 1021 átomos de hidrógeno. (a) ¿Cuántos átomos de carbono contiene? (b) ¿Cuántas moléculas de testosterona contiene? (c) ¿Cuántos moles de testosterona contiene? (d) Calcule la masa de la muestra en gramos. Solución: a) 3.08 10 21 átomosH 1moléculaC19 H 28O2 19átomosC 2.09 10 21 átomosC 28átomosH 1moléculaC19 H 28O2

b) 3.08 10 21 átomosH 1moléculaC 19 H 28O2 1.1 10 20 moleculasC 19 H 28O2 28átomosH

c) 1.1 10 20 átomosC19 H 28O2

1molC19 H 28O2 1.8 10 4 molesC19 H 28O2 6.02 10 23 moléculasC19 H 28O2

d) 1.8 10 4 molesC 19 H 28O2 288 .403C19 H 28O2 1molC19 H 28O2

5.29 10 2 gC19 H 28O2

190. El nivel permisible de concentración de cloruro de vinilo, C2H3Cl, en la atmósfera de una planta química es de 2.0 x 10-6g/L. ¿Cuántos moles de cloruro de vinilo por libro representa esta concentración? ¿Y cuántas moléculas por litro? Solución: 

2.0 10 6 gC 2 H 3Cl



3.22 10 8 molesC2 H 3Cl 6.02 10 23 moléculasC2 H 3Cl 1.93 1018 moléculas/ LC2 H 3Cl L 1molC2 H 3Cl

1molC 2 H 3Cl 62.3959 gC 2 H 3Cl

3.22 10 8 moles / LC2 H 3Cl

191. Se requiere un mínimo de 25 g de tetrahidrocannabinol (THC), el ingrediente activo de la marihuana, para producir intoxicación, la fórmula molecular de THC es C21H30O2. ¿Cuántos moles de THC representan esos 25 g? ¿Cuántas moléculas? Solución: C21H 30O2 1 10 6 gC21H 30O2 1molC21H 30O2 1 gC21H 30O2 314.4689 gC21H 30O2



25 g



7.94 10 8 molesC21H 30O2 6.02 10 23 moléculasC21H 30O2 1molC21H 30O2

7.94 10 8 molesC21H 30O2

4.77 1016 moléculasC21H 30O2

192. Escriba la fórmula empírica de cada uno de los compuestos siguientes, dado que una muestra contiene (a) 0.0130 mol de C, 0.0390 mol de H y 0.0065 mol de O; (b) 11.66 g de hierro y 5.01 g de oxígeno; (c) 40.0% de C, 6.7% de H y 53.3% de O en masa. Solución: Elemento C

No. Moles 0.0130

- 69 -

0.0130 0.0065

Redondeo 2

a) FE

H

0.0390

0.0390 0.0065

6

O

0.0065

0.0065 0.0065

1

=

C2H6O

Elemento Fe O

b) FE

=

Masa (g) 11.66

No. Moles 0.2087

5.01

0.3131

0.2087 0.2087

Redondeo 1

0.3131 0.3131

3

Fe2O3

Elemento C

Masa (g) 40.0

No. Moles 3.3302

Redondeo 1

H

6.7

6.6470

6.6470 3.3302

2

O

53.3

3.3313

3.3313 3.3302

1

3.3302 3.3302

c) FE = CH2O 193. Determine la fórmula empírica de cada uno de los compuestos siguientes, dado que una muestra contiene (a) 0.104 mol de K, 0.052 mol de C y 0.156 mol de O; (b) 5.28 g de Sn y 3.37 g de F, (c) 87.5% en masa de N y 12.5% en masa de H. Solución:

a) FE

Elemento K

No. Moles 0.104

C

0.052

0.052 0.052

1

O

0.156

0.156 0.052

3

=

K2CO3

Elemento Sn

Masa (g) 5.28

No. Moles 0.0444

F

3.37

0.1773

b) FE

=

0.104 0.052

Redondeo 2

0.0444 0.0444 0.1773 0.0444

Redondeo 1 4

SnF4

Elemento N

Masa (g) 87.5

No. Moles 6.2455

H

12.5

12.4013

- 70 -

6.2455 6.2455 12.4011 6.2455

Redondeo 1 2

c) FE = NH2 194. Determine las fórmulas empíricas de los compuestos con las composiciones de masa siguientes: (a) 10.4% de C, 27.8% de S y 61.7% de Cl; (b) 21.7% de C, 9.6% de O y 68.7% de F; (c) 32.79% de Na, 13.02% de Al y 54.19% de F Solución: Elemento C

Masa (g) 10.4

No. Moles 0.8658

S

27.8

0.8671

0.8671 0.8658

1

Cl

61.7

1.7454

1.7454 0.8658

2

a) FE

=

0.8658 0.8658

Redondeo 1

CSCl2

Elemento C

Masa (g) 21.7

No. Moles 1.8066

O

9.06

0.6000

0.6000 0.6000

1

F

68.7

3.6157

3.6157 0.6000

6

b) FE

=

C3F6O

Elemento Na

Masa (g) 32.79

No. Moles 1.49263

F

54.19

2.8521

1.8066 0.6000

1.4263 0.4825 2.8521 0.4825

Redondeo 3

Redondeo 3 6

c) FE = Na3AlF6 195. Determine las fórmulas empíricas de los compuestos con las composiciones de masa siguientes: (a) 55.3% de K, 14.6% de P y 30.1% de O; (b) 24.5% de Na, 14.9% de Si y 60.6% de F; (c) 62.1% de C, 5.21% de H, 12.1% de N y 20.7% de O. Solución:

a) FE

Elemento K

Masa (g) 55.3

No. Moles 1.4142

P

14.6

0.4714

0.4714 0.4714

1

O

30.1

1.8813

1.8813 0.4714

4

=

K3PO4

Elemento Na

Masa (g) 24.5

No. Moles 1.0657

- 71 -

1.4142 0.4714

1.0657 0.5304

Redondeo 3

Redondeo 2

Si

14.9

0.5304

0.5304 0.5304

1

F

60.6

3.1894

3.1894 0.5304

6

b) FE

=

Na2SiF6

Elemento C

Masa (g) 62.1

No. Moles 5.1702

H

5.21

5.1688

5.1688 0.8636

12

N

12.1

0.8636

0.8636 0.8636

2

O

20.7

1.2937

1.2937 0.8636

3

5.1702 0.8636

Redondeo 12

c) FE = C12H12N2O3 196. Escriba la fórmula molecular y estructural de cada uno de los siguientes compuestos: (a) fórmula empírica CH2, masa molar = 84 g/mol. (b) fórmula empírica NH2Cl, masa molar = 51.5 g/ml: Solución: a) Fm = nFe Fm Fe 84 g / mol n 14.02694 g / mol n

n 6

Fm

6 CH 2

Fm

CG H12

b) Fmolecular = nFempírica Fm Fe 51.5 g / mol n 51.37594 g / mol n 1 n

Fm 1 NH 2Cl Fm

NH 2Cl

197. Escriba la fórmulas molecular de cada uno de los siguientes compuestos: (a) fórmula empírica HCO2, masa molecular = 90.0 g/mol. (b) fórmula empírica C2H4O, masa molar = 88 g/mol Solución: a) Fm = nFe Fm Fe 90.0 g / mol n 45.01777 g / mol n 2 n

Fm

2 HCO2

Fm

H 2C2O4

b) Fm = nFe n

Fm Fe

- 72 -

n

88 g / mol 44.05328 g / mol

Fm

2 C2 H 4 O

Fm C4 H 8O2

n 2

198. Determine las fórmulas empírica y molecular de cada una de las sustancias siguientes: a)Cafeína, un estimulante presente en el café que contiene 49.5% en masa de C, 5.15% de H, 28.9% de N y 16.5% de O; masa molar de alrededor de 195 g/mol. b)Glutamato monosódico (MSG), un intensificador del sabor añadido a algunos alimentos y que contiene 35.51% en masa de C, 4.77% de H, 37.85% de O, 8.29% de N y 13.60% de Na; masa molar de 169 g/mol. Solución: Elemento C

Masa (g) 49.5

No. Moles 4.1212

H

5.15

5.1092

5.1092 1.0312

5

N

28.9

2.0628

2.0628 1.0312

2

O

16.5

1.0312

1.0312 1.0312

1

4.1212 1.0312

Redondeo 4

a) FE = C4H5N2O b) Fm = nFe n n

Fm Fe 195 g / mol 97.10325 g / mol

Fm

2 C4 H 5 N 2 O

Fm C8 H10 N 4O2

n 2 Elemento C

Masa (g) 35.51

No. Moles 2.9564

H

4.77

4.7322

4.7322 0.5915

8

O

37.85

2.3657

2.3657 0.5915

4

N

8.29

0.5917

0.5917 0.5915

1

Na

13.60

0.5915

0.5915 0.5915

1

2.9564 0.5915

Redondeo 5

 Fórmula Empírica = NaC5H8O4N Fm = nFe Fm Fe 169 g / mol n 169 .11536 g / mol n 1 n

Fm 1 NaC 5 H 8O4 N Fm

NaC5 H 8O4 N

199. Determine las fórmulas empírica y molecular de cada una de las sustancias siguientes:

- 73 -

a)Ibuprofeno, un analgésico que contiene 75.69% en masa de C, 8.80% de H y 15.51% de O; masa molar aproximada de 206 g/mol. b)Epinefrina (adrenalina) una hormona secretada hacia el torrente sanguíneo en momento de peligro o tensión: 59.0% en masa de C, 7.1% de H, 26.2% de O y 77% de N; PM de cerca de 180 uma. Solución: a) Elemento C

Masa (g) 75.69

No. Moles 6.3017

H

8.80

8.7304

8.7304 0.9694

18

O

15.51

0.9694

0.9694 0.9694

2

6.3017 0.9694

Redondeo 13

 FE = C13H18O2 Fm = nFe Fm Fe 206 g / mol n 206 .28526 g / mol n 1 n

Fm 1 C13 H18O2

Fm C13 H18O2

b) Elemento C

Masa (g) 59.0

No. Moles 4.9121

H

7.1

7.0438

7.0438 0.5496

13

O

26.2

1.6375

1.6375 0.5496

3

N

7.7

0.5496

0.5496 0.5496

1

4.9121 0.5496

Redondeo 9

 FE = C9H13O3N Fm = nFe Fm Fe 180 g / mol n 183.21081 g / mol n 1 n

Fm 1 C9 H13O3 N Fm C9 H13O3 N

200. (a) Un análisis por combustión del tolueno, un disolvente orgánico común, da 5.86 mg de CO2 y 1.37 g de H2O. Si el compuesto únicamente contiene carbono e hidrógeno, ¿qué formula empírica tiene?; (b) El mentol, la sustancia que podemos oler en las pastillas mentoladas para la tos, se compone de C, H y O. Se quemó una muestra de 0.1005 g de mentol, y podujo 0.2829 g de CO2 y 0.1159 g fr H2O. Determine la fórmula empírica del mentol. Si el compuesto tiene una masa molar de 156 g/mol, ¿qué formula molecular tiene? Solución: 28CO2 g 18H 2O a) 4C7 H 9 37Cl 2 g

- 74 -

5.86 mg 5.86mgCO 2

1.37 mgH 2O

1.37mg

1gCO 2 1molCO 2 28molesC 12.011gC 1000 mgCO 2 44.0098 gCO 2 28molesCO 2 1molC

0.0016 gC

1gH 2O 1molH 2O 36molesH 1.00797 gC 1000 mgH 2O 18.01534 gH 2O 18molesH 2O 1molH

Elemento C

Masa (g) 0.0016

No. Moles 0.0001

H

0.0002

0.0002

0.0002 gH

Redondeo 1

0.0001 0.0001 0.0002 0.0001

2

b) CHO O2 g

CO2 g H 2O l 0.2829 g 0.1159 g

0.2829 gCO2

0.1159 gH2O

1molCO2 1molC 12.011gC 44.0098 gCO2 1molCO2 1molC

1molH2O 2molesH 1.00797 gH 18.01534 gH2O 1molH2O 1molH 0.1005

0.077 0.013

0.077 gC

0.013 gH

0.0105 gO

Elemento C

Masa (g) 0.077

No. Moles 0.0064

H

0.013

0.01289

0.01289 0.00065

20

O

0.0105

0.00065

0.00065 0.00065

1

0.0064 0.00065

Redondeo 10

FE = C10H20O Fm = nFe Fm Fe 156 g / mol n 156.2688 g / mol n 1

Fm = nFe

n

Fm 1 C10 H 20O

Fm C10 H 20O

201. (a) El olor característico de la piña se debe al butirato de etilo, un compuesto que contiene carbono, hidrógeno y oxígeno. La combustión de 2.78 mg de butirato de etilo produce 6.32 mg de CO2 y 2.58 mg de H2O. Determine la fórmula empírica del compuesto. (b) La nicotina, un componente del tabaco, se compone de C, H y N. se quemó una muestra de 5.250 mg de nicotina, y produjo 14.242 ,g de CO2 y 4.0833 mg de H2O.¿Qué fórmula empírica tiene la nicotina? Si la sustancia tiene una masa molar de 160 + 5 g/mol ¿qué fórmula molecular tendrá? Solución: CO2 g H 2O l a) CHO O2 g 2.78mg 6.32mg 2.58 mg

- 75 -

6.32mgCO2 2.58mgH 2O

1gCO2 1molCO 2 1molC 12.011gC 1000 mgCO2 44.0098 gCO2 1molCO 2 1molC

0.0017 gC

1gH 2O 1molH 2O 2molesH 1.00797 gH 1000 mgH 2O 18.01534 gH 2O 1molH 2O 1molH 0.00278

0.0017

0.00028

0.0003 Gh

0.0008 gO

Elemento C

Masa (g) 0.0017

No. Moles 0.0001

H

0.0003

0.0003

0.0003 0.0001

3

O

0.0008

0.0001

0.0001 0.0001

1

0.0001 0.0001

Redondeo 1

Fe = CH3O b) CHN O2 g CO2 g H 2O l 14.242mg 4.083mg 5.250 mg

14.242 MgCO 2

1gCO2 1molCO 2 1molC 12.011gC 1000 mgCO2 44.0098 gCO2 1molCO 2 1molC

0.0039 gC

4.083mgH 2O

1gH 2O 1000 H 2O 2molesH 1.00797 1000 mgH 2O 18.01534 gH 2O 1molH 2O 1molH

0.0005 gH

Elemento C

Masa (g) 0.0039

No. Moles 0.0003

H

0.0005

0.0005

0.0005 0.0001

5

N

0.0009

0.0001

0.0001 0.0001

1

0.0003 0.0001

Redondeo 3

F Empírica = C3H5N Fm = nFe n n

Fm Fe 160 g / mol 55.13285 g / mol

Fm = nFe Fm 3 C3 H 5 N

Fm C9 H15 N 3

n 3

202. La sosa para lavar, un compuesto que se emplea para acondicionar aguas duras para el lavado de ropa, es un hidrato, lo que significa que su estructura sólida incluye cierto número de moléculas de agua. Su fórmula puede escribirse como Na2CO3 x H2 O, donde x es el número de moles de H2O por cada mol de Na2CO3. Cuando una muestra de 2.558

- 76 -

g de sosa para lavar se calienta a 125°C, se pierde toda el agua de hidratación, dejando 0.948 g de carbonato¿Cuánto vale x? Solución:  Na2CO3 H 2O H 2O Na2CO3106 g 2.558 g

0.948 g



2.558 gNa 2CO3 H 2O

1molNa 2CO3 H 2O 124 .0025 gNa 2CO3 H 2O



1.61H 2O



0.948 gNaCO 3 1molNa 2CO3 106 gNa 2CO3

1molH 2O 18.01534 gH 2O

2 10 2 molesNa 2CO3 H 2O

8.9 10 2 molesH 2O 8.9 10 3 molesNa 2CO3

 Sabemos que entre los moles de Na2CO3 x H2O hay una diferencia de diez moles con los de la sosa, por tanto x equivale a 10. 203. Las sales de Epsom, un fuerte laxante empleado en medicina veterinaria, es un hidrato, lo que implica que su estructura sólida incluye cierto número de moléculas de agua. La fórmula de las sales de Epsom puede escribirse como MgSO4 x H2O, donde x inidca el número de moles de H2O por cada mol de MgSO4. Cuando una muestra de 5.061 g de este hidrato se calienta a 250°C, se pierde toda agua de hidratación, dejando 2.472 g de MgSO4 ¿Cuánto vale x? Solución:  MgSO4 H 2O H 2O MgSO4 5.061g

2.589



5.061gMgSO 4 H 2O



2.589 gH 2O



2.472 gMgSO 4

2.472 g

1molMgSO 4 H 2O 138 .3839 gMgSO 4 H 2O

1molH 2O 18.01534 gH 2O

3.7 10 2 molesMgSO 4 H 2O

1.4 10 1 molesH 2O

1molMgSO 4 120 .3686 gMgSO 4

2 10 2 molesMgSO 4

CALCULOS BASADOS EN ECUACIONES QUÍMICAS 204. ¿Por qué es indispensable usar ecuaciones químicas balanceadas al determinar la cantidad de un producto que se forma a partir de cierta cantidad de un reactivo? Solución:  Si no se balancean la ecuación, las relaciones molares derivadas de los coeficientes serán incorrectas y darán lugar a un cálculo erróneo de las cantidades de productos. 205. ¿Qué partes de las ecuaciones químicas balanceadas dan información acerca de los números relativos de moles de reactivos y productos que intervienen en una reacción? Solución:  Los coeficientes con los encargados de dar información acerca de los números relativos de moles de reactivos y productos que intervienen en una reacción, g) El diagrama que sigue representa una reacción a alta temperatura entre CH4 y H2O. Con base en esta reacción, ¿cuántos moles de cada producto pueden obtenerse a partir de 4.0 mol CH4?

- 77 -

Solución:  CH 4 g

 

H 2O g 1mol

CO 3H 2 1mol 3moles

1mol 4.0mol 4.0molesCH 4 1molCO 1molCH 4

4.0molesCH 4 3molesH 2 1molCH 4

4molesCO 12 molesH 2

206. Si se quema totalmente en oxígeno 1.50 mol de cada uno de los compuestos siguientes, ¿cuál produciría el mayor número de moles de H2O? ¿cuál producirá menos? Explique C2H5OH, C3H8, CH3 CH2 COCH3. Solución:  C2 H 6O 3O2 g

2CO2 g

3H 2O l

1.5 1.5molesO 2 3molesH 2O 1.5molesH 2O 3molesO 2

 C3 H 8 5O2 g

3CO2 g

4 H 2O l

1.5 1.5molesO 2 4molesH 2O 1.2molesH 2O 5molesO 2

 2C4 H 8O 11O2 g

8CO2 g

1.5molesO 2 8molesH 2O 11molesO 2

8H 2 O l

1.09 molesH 2O

207. El ácido fluorhídrico, HF(ac), no se puede guardar en frascos de vidrio porque ciertos compuestos del vidrio llamados silicatos son atacados por él. Por ejemplo, el silicato de sodio (Na2SiO3) reacciona así: Na2SiO3(s) + 8HF(ac) → H2 SiF2(ac)+2NaF(ac)+3H2O(l). (a) ¿Cuántos moles de HF se requieren para reaccionar con 0.300 mol de Na2SiO3? (b) ¿Cuántos gramos de NaF se forman cuando 0.500 mol de HF reacciona con Na2SiO3 en exceso? (c) ¿Cuántos gramos de Na2SiO3 pueden reaccionar con 0.800g de HF? Solución: ?g 0.800 g Na2 SiO3 s 8HF ac H 2 SiF6 ac 0.300moles ? moles

a)

- 78 -

2 NaF ac ? moles

3H 2O l

0.300 molesNa 2 SiO3

8molesHF 1molNa 2 SiO3

2.4molesHF

b) 0.500 molesHF 2molesNaF 41.989 gNaF 8molesHF 1molNaF

5.25 gNaF

c) 0.800 gHF

208.

1molNa 2 SiO3 122.0662 gNa 2 SiO3 1molHF 20.00797 gHF 8molesHF 1molNa 2 SiO3

0.61gNa 2 SiO3

La fermentación de la glucosa (C6H12O6) produce alcohol etílico (C2H5OH) y CO2: C6 H12O6 ac

2C2 H 5OH ac

2CO2 g

(a) ¿Cuántos moles de CO2 se producen cuando 0.400 mol de C6H12O6, reaccionan de esta manera? (b) ¿Cuántos gramos de C6H12O6 se requieren para formar 7.50g de C2H5OH? (c) ¿Cuántos gramos de CO2 se forman cuando se producen 7.50g de C2H5OH? 0.400moles C6 H12O6 ac

? moles 2C2 H 5OH ac 2CO2 g 7.50 g ? g

Solución: a) 0.400 molesC 6 H 12O6 2molesCO 2 1molC 6 H 12O6

0.8molesCO 2

b) 7.5 gC 2 H 5OH

1molC 2 H 5OH 1molC 6 H12O6 180.15804 gC6 H12O6 46.06922 gC 2 H 5OH 2molesC 2 H 5OH 1molC 6 H12O6

14.66 gC6 H12OH 6

c) 7.50 gC 2 H 5OH

1molC 2 H 5OH 2molesCO 2 44.0098 gCO2 46.06922 C2 H 5OH 2molesC 2 H 5OH 1molCO 2

7.16 gCO2

209. El sulfuro de aluminio reacciona con agua para formar hidróxido de aluminio y sulfuro de hidrógeno. (a) Escriba la ecuación química balanceada para esta reacción, (b) ¿Cuántos gramos de hidróxido de aluminio se obtienen de 10.5 g de sulfuro de aluminio?. Solución: a) Alk 2 S3 s 10.5 g

6 H 2O l

2 Al OH ?g

3

3H 2 S

b) 10.5 gAl 2 S3 1molAl 2 S3 2molesAl OH 3 78.00211 gAl (OH )3 150.14 Al 2 S3 1molAl (OH ) 2 1molAL (OH )3

10.91gAl (OH ) 3

210. El hidruro de calcio reacciona con agua para formar hidróxido de calcio e hidrógeno gaseoso. (a) Escriba una ecuación química balanceada para la reacción. (b) ¿Cuántos gramos de hidruro de calcio se requieren para formar 5.0 g de hidrógeno Solución: a)

- 79 -

CaH 2 s ?g

2 H 2O l

Ca OH

2

2H 2 ( g ) 5.0 g

b) 5.0 gH 2

1molH 2 1molCoH 2 42.09594 gCaH 2 2.01594 H 2 2molesH 2 1molCoH 2

52.20 gCaH 2

211. Las bolsas de aire de los automóviles se inflan cuando azida de sodio, NaN3, se descompone rápidamente en sus elementos componentes; 2 NaN 3 (s)

2 Na (s) 3N 2 ( g )

(a) ¿Cuántos moles de N2 se producen al descomponerse 2.50 mol de NaN3? (b) ¿Cuántos gramos de NaN3 se requieren para formar 6.00 g de nitrógeno gaseoso? c) ¿Cuántos gramos de NaN3 se necesitan para producir 10.0 ft3 de nitrógeno gaseoso si la densidad de este es de 1.25 g/L? Solución: a) 2.50 molesNaN 3

3molesN 2 2molesNaN 3

3.57 molesN 2

b) 6.00 gN 2 1molN 2 2molesNaN 3 65.019 NaN 3 28.02 gN 2 3molesN 2 1molNaN 3

9.28 gNaN 3

c) 10.0 ft 3 28.3221 1 ft 3

283 .2l

m v

m v m 1.25 g / 283.2 m 354 g 354 gN 2 1molN 2 2molesNaN 3 65.019 gNaN 3 28.02 gN 2 3molesN 2 1molNaN 3

547.62 gNaN 3

212. La combustión completa de octano C8 H18, un componente de la gasolina, procede así: 2C8 H18 (l ) 250 2 ( g )

16CO2 ( g ) 18H 2O( g )

(a) ¿Cuántos moles de O2 se necesitan para quemar 0.750 mol de C8H18? (b) ¿Cuántos gramos de O2 se requieren para quemar 5.00 g de C8H18? c) El octano tiene una densidad de 0.692 g/ml a 20°C ¿Cuántos gramos de O 2 se requieren para quemar 1.00 gal de C8H18? Solución: a) 0.750 molesC 8 H 18

25molesO 2 2molesC 8 H 18

9.375 molesO 2

b) 5.00 gC8 H18

1molC 8 H18 25molesO 2 31.9988 gO2 114.23146 gC8 H18 2molesC 8 H18 1molO2

c) Datos:

- 80 -

17.50 gO2

C8 H 18

0.692 g / ml

T = 20°C 1.00 galones 3.785 ml 1galón

3.785 ml

m v m 0.692 g / ml 3.785ml m 2.61922 g 2.61922 gC8 H18

1molC 8 H18 25molesO 2 31.9988 gO2 114.23146 gC8 H18 2molesC 8 H18 1molO2

9.17 gO2

213. Se permite que un trozo cuadrado de papel de aluminio de 1.00 cm por lado y 0.550 mm de espesor reaccione bromo para formar bromuro de aluminio, como se muestra en la foto. (a) ¿Cuántos moles de aluminio se usan (La densidad del aluminio es de 2.699 g/cm3)? (b) ¿Cuántos gramos del bromuro de aluminio se forman, suponiendo que todo el aluminio reacciona? Solución: Datos: A = 1cm2 E = 0.550mn = 0.055 cm 2Al(s) + 3Br2 → 2 AlBr3 v A v E A

m

E

v

m 6.99 g / cm 3 0.055cm 3

v 0.55cm 1cm 2

m 0.148445 g

3

v 0.055cm 0.148445 gAl 1molAl 26.98 gAl

5.50 10 3 molesAl

b) 5.50 103 molesAl 1molAlBr3 266.71gAlBr3 1molAl 1molAlBr3

1.46 AlBr3

214. La denotación de la nitroglicerina procede así: 4C3 H 5 N 3O9 (l )

12CO2 ( g ) 6 N 2 ( g ) o2 ( g ) 10 H 2 O

(a) Si se denota una muestra que contiene 3.00 ml de nitroglicerina (densidad = 1.592 g/ml), ¿cuántos moles de gas se producen en total?; (b)si cada mol de gas ocupa L en las condiciones de la explosión, ¿cuántos litros de gas producen?; (c) ¿cuántos gramos de N2 se producen en la denotación? Solución: Datos: v= 3.00 ml 1.592 g / ml

 4.776 gC3 H 5 N 3O9

m v m 1.592 g / ml 3.00ml m 4.776 g 928.108 gCO 2 ( g ) 1molCO 2 908.32 gC3 H 5 N 3O9 44.009 gCO2

- 81 -

0.06molesCO 2

 4.776 gC3 H 5 N 3O9  4.776 gC3 H 5 N 3O9  4.776 gC3 H 5 N 3O9

168.084 gNa ( g ) 908.32 gC3 H 5 N 3O9 31.998 gC 2 ( g ) 908.32 gC3 H 5 N 3O9

1molN 2 0.031molesN 2 28.94 gN 2 1molO2 0.005moles 31.998 gO2

180 gH 2O 1molH 2O 908 .32 gC 3 H 5 N 3O9 18 gH 2O

0.053molesH 2O

Total del gas = 0.149 moles b) 0.149 molesGas

55l 1molGas

8.1951 gas

c) 4.776 gC3 H 5 N 3O9

1molC3 H 5 N 3O9 6molesN2 28.02 gN2 227.09745 gC3 H 5 N 3O9 4molesC3 H 5 N 3O9 1molN2

0.88 gN2

REACTIVOS LIMITANTES, RENDIMIENTOS TEÓRICOS 215. (a) Defina los términos reactivo limitante y reactivos en exceso; (b) ¿Por qué las cantidades de productos formados en una reacción están determinadas sólo por la cantidad del reactivo limitante? Solución: a)Reactivo Limitante, determina el número máximo de moles de producto que se obtiene de una reacción química; todos los demás reactivos son reactivos en exceso. b)El reactivo limitante regula la cantidad de productos porque se consume en su totalidad durante la reacción; no se puede formar más productos si no está disponible uno de los reactivos  Rendimiento teórico.- Es la cantidad de producto que según los cálculos se formará cuando reaccione todo el reactivo limitante.  Rendimiento real.- Es la cantidad d producto que realmente se obtiene en una reacción)  El rendimiento real casi siempre es menor (y nunca puede ser mayor) que el rendimiento técnico debido a que a veces es posible que una parte de los reactivos reaccione, o que reaccione de una forma diferente de la deseada, además no siempre es factible recuperar todo el producto de reacción de la mezcla de reacción 216. El nitrógeno (Na) y el hidrógeno (H2) reaccionan para formar amoniaco (NH3). Considere la mezcla de H2 y N2 que se muestra en el diagrama. Dibuje una representación del producto obtenido, suponiendo que la reacción es total. ¿Cómo decidió la forma de representarlo? ¿Cuál es el reactivo limitante en este caso? Solución:

 N2 = CO

NH3 =

- 82 -

 N 2 3H 2 2 NH 3  Ocho átomos de N (4 moléculas de N2) requieren 24 átomos de H (12 moléculas de H2) para que la reacción sea completa. Sólo están disponibles 9 moléculas de H2; por lo tanto, el H2, el H2 es el reactivo limitante. Nueve moléculas de H2 (18 átomos de H) determinan la producción de 6 moléculas de NH3. Hay una molécula de N2 en exceso. 217. El monóxido de nitrógeno y el oxígeno reaccionan para formar dióxido de nitrógeno. Considere la mezcla de y O2 que se muestran en el diagrama. Dibuje una representación del producto obtenido, suponiendo que la reacción es ¿Cómo decidió la forma de representarlo? ¿Cuál es el reactivo limitante en este caso? Solución:

218. Un fabricante de bicicletas tiene 4.250 ruedas, 2755 cuadros y 2255 manubrios. (a) ¿Cuántas bicicletas pueden fabricarse usando estros componentes? (b) ¿Cuántos componentes de cada tipo sobran? (c) ¿Cuál componente mita la producción de bicicletas? Solución: R C M Bicicleta 4250 2125 2



2755 1

2250 1

2755

2255

Reactivo limitante: 2125 ruedas

a) 2 ruedas

1 bicicleta

4250 ruedas

x = 2125 bicicletas

b) 2755cuadros 2125cuadros 630cuadros 2755manubrios 2125manubrios 130manubrios

g) El componente que limita la producción de bicicletas es la rueda. 219. Una planta embotelladora tiene 115.350 botellas con una capacidad de 355 mL 122.500 tapas y 39.375 L de bebida (a) ¿Cuántas botellas pueden llenarse y taparse? (b) ¿Cuánto de cada cosa queda? (c) ¿Qué componente limita la producción?

- 83 -

Solución:  115.350 botellas  355 mL  122.500 tapas  39.375 L de bebida 39.375 L 1000 mL 1L

a) Botellas

39.375 mL

39.375 355

= 110.91 Se pueden llenar y tapar. b) 122.500tapas 110.91tapas 11.59 Tapas sobrantes 115.350botellas 110.91botellas 4.44 Botellas c)La producción está limitada por la cantidad de líquido. d)El hidróxido de sodio reacciona con dióxido de carbono así: 2 NaOH (s) CO2

Na2CO3 (s) H 2O(l )

220. ¿Cuál reactivo es el limitante cuando se permite que reaccionen 1.70 moles de NaOH y 1.00 moles de CO2? ¿Cuántos moles de Na2CO3 pueden producirse? ¿Cuántos moles del reactivo en exceso quedan al término de la reacción?. Solución: a) 1.70molesNaO 4 2molesNaO 4



1.00 molesCO 2 1molCO 2

0.85

1

Reactivo limitante= NaOH

b) 1.70 molesNaOH 1molNa 2CO3 2molesNaOH

0.85molesNa 2CO3

c) 1.70 molesNaOH

1molCO 2 2molesNaOH

0.85molesCO 2

 1.00molesCO 2 0.85molesCO 2 0.15molesCO 2 221. El hidróxido de aluminio reacciona con ácido sulfúrico así: 2 Al (OH )3 (s) 3H 2 SO4 (ac)

R. en exceso

Al 2 (SO4 )3 (ac) 6H 2O(l )

¿Cuál reactivo es el limitante cuando se permite que reaccione 0.450 moles de Al(OH) 3 y 0.550 moles de H2SO4? ¿Cuántos moles de Al2(SO4) pueden producirse en estas condiciones? ¿Cuántos moles del reactivo en exceso quedan al término de la reacción? Solución: a) 0.450 molesAl (OH ) 3 2molesAl (OH ) 3



0.550 molesH 2 SO4 3molesH 2 SO4

0.225

R. limitante= H2SO4

b) 0.550 molesH 2 SO4 1molAl 2 ( SO4 ) 3 3molesH 2 SO4

0.183molesAl 2 ( SO4 ) 3

0.550 molesH 2 SO4 2molesAl (OH ) 3 3molesH 2 SO4

0.366 molesAl (OH ) 3

c)

- 84 -

0.183

 0.450molesAl (OH )3 0.366molesAl (OH )3 0.084molesAl (OH )3 222. El burbujeo que produce una tableta de Alka – Seltzer ® al disolver en agua se debe a la reacción entre bicarbonato d sodio (NaHCO3) y ácido cítrico (H3C6H5O7): 3NaHCO3 (ac) H 3 S6 H 5O7 (ac)

3CO2 ( g ) 3H 2O(l ) Na3C6 H 5O7 (ac)

En cierto experimento, se permite que reaccionen 1.00 g de bicarbonato de sodio y 1.00 g de ácido cítrico. (a) ¿Cuál es el reactivo limitante? (b) ¿Cuántos gramos de dióxido de carbono se producen? (c) ¿Cuántos gramos del reactivo en exceso quedan después de consumirse totalmente el reactivo limitante? Solución: a) 1.00 gNaHCO 3 252.01851 NaHCO3



1.00 gH 3C6 H 5O7 192.12556 gH 3C6 H 5O7

0.00396

0.00520

R. limitante= NaHCO3

b) 1.00 gNaHCO3

1molNaHCO 3 3molesCO 2 44.0098 gCO2 84.00617 gNaHCO3 3molesNaHCO 3 1molCO 2

0.524 gCO2

c) 1.00 gNaHCO 3 192 .12556 gH 3C6 H 5O7 252 .01851 gNaHCO 3

0.762 gH 3C6 H 5O7

 1.00 gH 3C6 H 5O7 0.762 gH 3C6 H 5O7 0.238 223. Uno de los pasos del proceso comercial para convertir amoniaco en ácido nítrico implica la conversión de NH3 en NO: 4 NH 3 ( g ) 5O2 ( g )

4 NO( g ) 6H 2O( g )

En cierto experimento, 2.25 g de NH3 reacciona con 3.75 g de O2. (a) ¿Cuál reactivo es el limitante?; (b) ¿Cuántos gramos de NO se forman?; (c) ¿Cuántos gramos de reactivo en exceso quedan una vez que se ha consumido totalmente el reactivo limitante? Solución: a) 2.25 gNH 3 68.13564 gNH 3



3.75 gO2 159.994 gO2

0.033

0.023

R. limitante= O2

b) 3.75 gO2

1molO2 4molesNO 30.0094 gNO 2.8135 gNO 31.9988 gO2 3molesO2 1molNO

c) 3.75 gO2 68.13564 gNH 3 159 .994 gO2

1.60 gNH 3

 2.25 gNH 3 1.60 gNH 3 0.65 NH 3 R. en exceso 224. Las soluciones de carbonato de sodio y nitrato de plata reaccionan para formar carbonato de plata y sólido y una disolución de nitrato de sodio. Una disolución que contiene 6.50 g de carbonato de sodio se mezcla con otra que contiene 7.00 g de nitrato de plata ¿cuántos gramos de carbonato de sodio, nitrato de plata, carbonato de plata y nitrato de sodio están presentes al término de la reacción?  Na2 (CO3 ) 2 Ag ( NO3 ) Ag 2 (CO3 ) 2 NaNO3

- 85 -



7.00 gAgNO 3

1molAgNO 3 1molAg 2CO3 275.7492 gAg 2CO3 169.8782 gAgNO 3 2molesAgNO 3 1molAg 2CO3



7.00 gAgNO 3

1molAgNO 3 2molesNaNO 3 84.9972 gNaNO 3 169.8782 gAgNO 3 2molesAgNO 3 1molNaNO 3



7.00 gAgNO 3 105 .9872 gNa 2CO3 339 .7564 gAgNO 3



6.50 – 2.1836 = 4.32g Na2CO3



7.00 gAgNO 3 339 .7564 gAgNO 3 339 .7564 gAgNO 3

5.68 gAg 2CO3

3.50 gNaNO 3

2.1836 gNa 2CO3

7.00 gAgNO 3

 7.00gAgNO3 –7.00gAgNO3 = 0.00gAgNO3 225. Soluciones de ácido sulfúrico y acetato de plomo (II) reaccionan para formar sulfato de plomo (II) sólido y una disolución de ácido acético. Se mezcla 7.50 g de ácido sulfúrico y 7.50g de acetato de plomo (II). Calcule el número de gramos de ácido sulfúrico, acetato de plomo (II), sulfato de plomo (II) y ácido acético que están presentes en la mezcla al término de la reacción.  2H 2 SO4 Pb2 (C2O2 ) 2PbSO 4 C2 H 4O2 7.50 g

7.50 g

Solución: 7.50 gH 2 SO4 196.14708 gH 2 SO4

7.50 gPb2 (C2O2 ) 470.4208 gPb2 (C2O2 )

0.0382

606 .5152 PbSO 4 470 .4208 gPb 2C 2O2

0.0159



7.50 Pb2 (C 2O2 )



7.50 Pb2C2O2 606 .5152 gC 2 H 4O2 470 .4208 gPb 2C 2O2

0.96 gC 2 H 4O2



7.50 Pb2C 2O2 196 .14708 gH 2 SO4 470 .4208 gPb 2C 2O2

3.12 gH 2 SO4

9.67 gPbSO 4

 7.50 gH 2 SO4 3.12 gH 2 SO4 4.38 gH 2 SO4  7.50 gPb2C2O2 7.50 gPb2C2O2 0.000 gPb2C2O2 226. Cuando el benceno (C6H6) reacciona con bromo (Br2), se obtiene bromobenceno (C6H5Br): C6 H 6

Br2

C6 H 5 Br

HBr

(a)Calcule el rendimiento teórico del bromobenceno en esta reacción di 30.0 g de benceno reacciona con 65.0 g de bromo. (b) Si el rendimiento real de bromobenceno fue de 56.7 g, calcule el porcentaje de rendimiento. Solución: a)

- 86 -

30.0 gC6 H 6 78.11382 gC6 H 6

30.0C6 H 6

6.50 gBr2 159.832 gBr2

0.03840

0.4066

1molC 6 H 6 1molC 6 H 5 Br 157.02185 gC6 H 5 Br 78.11382 gC6 H 6 1molC 6 H 6 1molC 6 H 6 Br

60.31gC6 H 5 Br

b) 56.7 gC6 H 5 Br 100% 94.01% 60.31gC6 H 5 Br

%ren dim iento

227. Cuando el etano reacciona con cloro, el producto principal es C2H5Cl, pero también se obtienen pequeñas cantidades de otros productos clorados, como C2H4Cl2. La formación de esos otros productos reduce el rendimiento de C2H5Cl. (a) Suponiendo que C2H6 y Cl2 reaccionan para formar únicamente C2H5Cl y HCl, calcule el rendimiento teórico de C2H5Cl (b) Calcule el porcentaje de rendimiento de C2H5Cl si la reacción de 125 g de C2H6 con 255 g de Cl2 produce 206 g de C2H5Cl.  C2 H 6 Cl 2 C2 H 5Cl HCl 125 g 255 g

?

Solución: a) 125 gC 2 H 6 30.06982 gC 2 H 6

255 gCl 2 70.7 gCl 2

4.157

3.607

R, Limitante = Cl2 255 gCL2 1molCl 2 1molC 2 H 5Cl 64.41185 gC 2 H 5Cl 70.7 gCl 2 1molCl 2 1molC 2 H 5Cl

232.32 gC 2 H 5Cl

b) %ren dim iento

206 gC 2 H 5Cl 100% 88.67% 232.32 gC 2 H 5Cl

228. El litio y el nitrógeno reaccionan para producir nitruro de litio: 6Li(s) Na ( g )

2Li3 N (s)

Si se hacen reaccionar 5.00 g de cada reactivo y el rendimiento es del 80.5%, ¿Cuántos gramos de Li3N se obtienen en la reacción? Solución: 

5.00 gLi 41.64 gLi



0.120

5.00 gN 2 28.02 gN 2

0.178

5.00 gLi 1molLi 2molesLi 3 N 34.83 gLi3 N 6.940 gLi 6molesLi 1molLi3 N

8.36gLi3 N

8.36 gLiN

100% 80.5 %

x

x = 6.73gLi3N es el rendimiento real

229. Cuando se burbujea sulfuro de hidrógeno gaseoso en una disolución de hidróxido de sodio, la reacción forma sulfuro de sodio y agua. ¿Cuántos gramos de sulfuro de sodio se forman si 2.00 g de sulfuro de hidrógeno se burbujea en una disolución que contiene

- 87 -

2.00 g de hidróxido de sodio, suponiendo que el rendimiento de sulfuro de sodio es del 92.0%? H 2 S ( g ) 2 Na (OH )(ac) 2.00 g 2.00 g

Na2 S ?g

2H 2O(l )

Solución: 

2.00 gH 2 S 34.07594 gH 2 S

2.00 gNa (OH )



0.059

2.00 gNa (OH ) 79.99274 gNa (OH )

1molNa 2 S 1molNa (OH ) 78.038 gNaS 39.99637 gNa (OH ) 2molesNa (OH ) 1molNa 2 S

1.95gNa2 S

0.025

1.95 gNa 2 S

100% 92.0 %

x

x = 1.794 gNa2S 230. Escriba la ecuación química balanceada para (a) combustión total del ácido butírico, HC4H7O2(l), un compuesto que se produce cuando la mantequilla se enrancia; (b) la descomposición de hidróxido de cobre (II) sólido para producir óxido de cobre (II) sólido y vapor de agua; (c) la reacción de combinación entre zinc metálico y cloroso gaseoso. Solución: a) C4 H 8 O2 (l ) SO2 ( g ) 4CO2 ( g ) 4H 2 O(l ) b) Cu (OH ) 2 (s) CuO (s) H 2O( g ) c) Zn o ( s) Cl 20 ( g ) ZnCl 2 ( s) 231. La eficiencia de los fertilizantes nitrogenados depende tanto de su capacidad para suministrar nitrógeno a la plantas como de la cantidad de nitrógeno que pueden suministrar. Cuatro fertilizantes nitrogenados comunes son amoniaco, nitrato de amonio, sulfato de amonio y urea ( NUH 2 ) 2 CO . Ordene estos fertilizantes en términos del porcentaje de nitrógeno en masa que contienen. Solución: a) NH3 PF 1(14.01) 3(1.00797 ) PF 13.03391g / mol 14.01g / mol 100% 82.24% N 13.03391 g / mol

b) N2H4O3 PF 2(14.01) 4(1.00797 ) 3(15.9994) PF 80.05 g / mol 28.02 g / mol 100% 35.0031 % 80.05 g / mol

c) (NH4)2(SO4) PF 2(14.01) 8(1.00797 ) 1(32.06) 4(15.9994) PF 132.14 g / mol

- 88 -

28.02 g / mol 100 % 21.20% 132 .14 g / mol

d)

( NH 2 ) 2 CO PF 2(14.01) 4(1.00797 ) 1(12.011) 1(15.9994) PF 60.06228 g / mol 28.02 g / mol 100% 46.651% 60.06228 g / mol

Orden de Fertilizantes  NH3  ( NH 2 ) 2 CO  N2H4O3  (NH4)2(SO4) 232. (a) El diamante es una forma natural de carbono puro. ¿Cuántos moles de carbono hay en un diamante de 1.25 quilates (1 quilate = 0.200g)? ¿Cuántos átomos hay en este diamante? (b) La fórmula molecular del ácido acetilsalicílico (aspirina), un de los analgésicos más comunes, es HC9H7O4. ¿Cuántos moles de HC9H7O4 hay en una tableta de 0.500 g de aspirina? ¿Cuántas moléculas de HC9H7O4 hay en esa tableta? Solución: a) Datos: No. moles C = 1.25 quilates No. átomos C = 1.25 quilates 

125 quilates 0.200 g 1quilate

0.25 gC

1mol 12.011gC

0.25 g

0.020 molesC

0.25 gC 1molC 6.02 10 23 moléculasC 1átomoC 1.25 10 22 átomosC 12.011gC 1molC 1moléculaC

b) Datos: HC9H2O4 No. moles C9H8O4 = 0.500g C9H8O4 No. átomos C9H8O4 = 0.500g C9H8O4 C9H8O4 PM = 9(12.011)+8(1.00797)+4(15.9994) PM =180.16036 

0.500 gC9H8O4

1molC9H8O4 180 .16036 gC9H8O4

2.77 10 3 moles C9H8O4

2.77 10 3 molesC9 H 8O4 6.02 10 28 moléculasC9 H 8O4 1molC9 H 8O4

1.66 10 21 moléculasC9 H 8O4

233. Se están investigando cristales muy pequeños, constituidos por entre 1000 y 100.000 átomos y llamados puntos cuánticos, para usarse en dispositivos electrónicos. (a) Calcule la masa en gramos de un punto cuántico que consta de 10.000 átomos de silicio. (b) Si el silicio del punto tiene una densidad de 2.3 g/cm3, ¿qué volumen tienen el punto? (c) Suponga que el punto es cúbico. Calcule la longitud de una artista del cubo. Solución: a)

- 89 -

10.000 átomosSi 1moléculaSi 1molSi 28.086 gSi 4.66 10 23 1átomoSi 6.02 10 moléculasSi 1molSi

19

gSi

b) Datos: Si

2.3g / cm 3

mSi

4.66 10

19

gSi

v v

m v m

4.66 10 19 gSi 2.3 g / cm 3

v 2.02 10

19

cm 3 Si

c) l

3

l

5.87 10 7 cm

2.02 10

19

cm 8

234. La serotonina es un compuesto que conduce impulsos nerviosos en el cerebro. Contiene 68.2% en masa de C, 6.86% de H, 15.9% de N y 9.08% de O. Su masa molar es de 176g/mol. Determine su fórmula molecular. Elemento C

Masa (g) 68.20

No. moles 5.68

H

6.86

6.80

N

15.9

1.13

O

9.08

5.67 0.56 6.80 056

Redondeo 10 12

1.13 0.56

2

0.56 0.56

1

Fm nFe Fm n Fe 176 g / mol n 176.2 g / mol n 1 Fm 1(C10 H 12 N 2 O) Fm C10 H12 N 2O

235. El koala se alimenta exclusivamente de hojas de eucalipto. Su sistema digestivo destoxifica el aceite esencial de eucalipto, que es venenoso para otros animales. El principal constituyente del aceite esencial de eucalipto es una sustancia llamada eucaliptol, que contiene 77.87% de C, 11.76% de H y el resto O, (a) Determine la fórmula empírica de esta sustancia; (b) Un espectro de masa del eucaliptol muestra un pico alrededor de154 uma. Determine la fórmula molecular de la sustancia. Elemento

Masa (g)

No. moles

C

77.87

77.87 12.011

- 90 -

Redondeo 6.48 0.64

10

Solución: a) b)

H

11.76

11.76 1.00797

11.76 0.64

18

O

10.37

10.37 16

0.64 0.64

1

Fe C10 H18O Fm nFe Fm n Fe 154uma n 154.25uma n 1 Fm 1(C10 H18O) Fm C10 H18O

236. La vainilla, el saborizante que domina en la vainilla, contiene C, H y O. Cuando se quema totalmente 1.05 g de esta sustancia, se producen 2.43 g de CO2 y 0.50g de H2O. Determine la fórmula empírica de la vainilla. Solución: 

2.43 gCO2

1molCO2 1molC 12.011gC 44.011gCO2 1molCO2 1molC



0.50 gH 2O

1molH 2O 1molH 2 2.01594 gC gH 18.01534 gH 2O 1molH 2O 1molH 2



masa O = mas de la muestra – (masa de C + masa de H) masa O = 1.05g – (0.6632+0.0559) masa O = 0.3309 g

0.6632 gC

0.0559 gH

Elemento C

Masa (g) 0.6632

No. moles 0.6632 12.011

0.0552 0.0206

Redondeo 3

H

0.0559

0.0559 1.00797

0.0554 0.0206

3

O

0.3309

0.3309 15.9994

0.0206 0.0206

1

Fórmula empírica = C3H3O 237. Un método utilizado por la Agencia de Protección Ambiental (EPA) de Estados Unidos para determinar la concentración de ozono en el aire consiste en hacer pasar la muestra de aire por un “burbujeador” que contiene yoduro de sodio, el cual captura el ozono según esta ecuación: O3 ( g )

2 NaI (ac)

H 2 O( I )

O2 ( g )

I 2 ( s)

2 NaOh (ac)

(a) ¿Cuántos moles de yoduro de sodio re requieren para eliminar 3.8 x -5 10 mol de O3? (b) ¿Cuántos gramos de yoduro de sodio se necesitan para capturar 0.550 mg. de O3? Solución: a)

- 91 -

3.8 10 5 molesO 3 2molesNaI 1molO3

7.6 10 5 molesNaI

b)

0.550 mgO3

1gO3 299 .77 NaI 1000 mgO3 48 gO3

3.44 10 3 gNaI

238. Una planta química utiliza energía eléctrica para descomponer soluciones acuosas de NaNl y obtener Cl2, H2 y NaOH: 2 NaCl (ac) 2H 2O(l )

2 NaOH (ac) H 2 ( g ) Cl 2 ( g )

-6

La planta produce 1.5 x 10 Kg (1500 toneladas métricas) de Cl2 diariamente. Estime las cantidades de H2 y NaOH producidas Solución: a) 1.5 10 6 KgCl2 1000 gCl2 2.01594 gH2 1KgCl2 70.7 gCl2

42771004 .24 gH2

b) 1.5 10 6 KgCl 2 1000 gCl 2 79.99274 gNaOH 1KgCl 2 70.7 gCl 2

1697158557 gNaOH

239. La grasa almacenada en la joroba de un camello es fuente tanto de energía como de agua. Calcule la masa de H2O que se produce al metabolizarse 1.0 Kg de grasa, suponiendo que la grasa consiste exclusivamente en triestearina (C57H110O6), una grasa animal típica, y que durante el metabolismo la triestearina reacciona con O2 para formar solamente CO2 y H2O. Solución: 2C57 H110O6 163O2 1.0Kg

114CO2 110 H 2O

1.0 KgC 57 H110O6 1000 gC57 H110O6 1molC 57 H110O6 110 molesH 2O 18.01534 gH 2O 1KgC 57 H110O6 891.50 gC57 H110O6 2molesC 57 H110O6 1molH 2O 1111 .47 gH 2O 1KgH 2O 1000 gH 2O

1.11KgH 2O

240. Si se queman hidrocarburos en una cantidad limitada de aire, se forma CO además de CO2. Cuando se quemó 0.450 g de cierto hidrocarburo en aire, se formaron 0.467 g de CO 0.733 g de CO2 y 0.450 g de H2O. (a) Determine la fórmula empírica del compuesto. (b) ¿Cuántos gramos de O2 se consumieron en la reacción? (c) ¿Cuántos gramos se requerirán para una combustión completa? Solución: CHO O2 ( g ) CO2 ( g ) CO( g ) H 2O 0.450 g 0.733g 0.467 g 0.450 g



0.733 gCO 2

1molCO 2 1molC 12.011gC 44.0098 gCO 2 1molCO 2 1molC



0.450 gH2O

1molH2O 1molH2 2.01594 gH2 18.01534 gH2O 1molH2O 1molH2



0.450 g (0.2000 0.0504) 0.1996 gO

Elemento

Masa (g)

No. moles

- 92 -

0.2000 gC

0.0504 gH2

Redondeo

C

0.2000

0.0167

H

0.0504

0.0500

O

0.01996

0.0125

0.0162 0.0125 0.0500 0.0125

1

0.0125 0.0125

1

4

Fórmula empírica = CH4O b) 2CH 4O 3O2 ( g ) 0.450 g

0.450 gCH4O

2CO2 ( g ) 4H 2O

1molCH4O 3molesO2 31.9988 gO2 32.04228 gCH4O 2molesCH4O 1molO2

0.674 gO2

c) Se necesitan 0.450g de CH4O y 0.674g de O2. 241. Una mezcla de N2(g) y H2(g) reacciona en un recipiente cerrado para formar amoniaco, NH3(g). La reacción separa antes de que algunos de los reactivos se haya consumido totalmente. En este momento, están presentes 2.0 moles de N2, 2.0 moles de H2 y 2.0 moles de NH3. ¿Cuántos moles de N2 y H2 estaban presentes originalmente? Solución:  Na ( g ) 3H 2 ( g ) 2 NH 3 ( g )  

2.0moles 2.0moles 2.0moles 2.0molesNH 3 1molN 2 1molN 2 2molesNH 3 2.0molesNH 3 3molesH 2 2molesNH 3

3molesH 2

→ 2.0 moles N2 + 1 mol N2 = 3 moles N2. → 3 moles H2 + 2 moles H2 = 5 moles H2. 242. Una mezcla que contiene KCIO3, KHCO3 y KCI se calentó y produjo CO2, O2 y H2O gaseosas según las ecuaciones siguientes:. 2KCIO3 (s) 2KHCO3 (s) K 2CO3 (s)

2KCI (s) 3O2 ( g ) K 2O(s) H 2O( g ) 2CO2 ( g ) K 2O(s) CO2 ( g )

El KCI no reacciona en las condiciones de la reacción. Si 100.0 g de la mezcla produce 1.80 g de H2O, 13.20 g de CO2 y 4.00 g de O2, ¿qué composición tenía la mezcla original? (Suponga que la mezcla se descompone por completo). Solución: 4.00 gO2 1molO2 2molesKClO3 122.4502 KClO3 32 gO2 3molesO2 1molKClO3 1.80 H 2O

10.20 gKClO3

2molesKHCO3 100.11917 gKHCO3 1molH2O 18.01534 gH2O 1molH2O 1molKHCO3

20.0 gKHCO3

243. Si se enciende una mezcla de 10.0 g de acetileno, C2H2, y 10.0 g de oxígeno, O2, la reacción de combustión resultante produce CO2 y H2O. (a) Escriba la ecuación química balanceada para esta reacción. (b) ¿Qué reactivo es el limitante en esta reacción? (c) ¿Cuántos gramos de C2H2, O2, CO2 y H2O están presentes al término de la reacción? Solución: d)

- 93 -

2C2 H 2 5O2 ( g ) 10.0 g 10.0 g

4CO2 ( g ) 2H 2O( g )

e) 10.0 gC2 H 2 52.07588 gC 2 H 2

10 gO2 159 .994 gO2

0.1920

0.0625

Reactivo Limitante: O2 f) 10.0 gO2

1molO2 2molesC 2 H 2 26.03794 gC 2 H 2 31.9988 gO 2 5molesO 2 1molC 2 H 2 10.0 gC2 H 2

10.0 gO2 10.0 gO2

3.2549 gC2 H 2

3.2549 gC 2 H 2

6.745 gC2 H 2

1molO2 4molesCO 2 44.0098 gO2 31.9988 gO 2 5molesO 2 1molCO 2

11.0029 gCO2

1molO2 2molesH 2O 18.01534 gH 2O 31.9988 gO 2 5molesO 2 1molH 2O

2..252 gH 2O

0.000gO2 ya que es el reactivo limitante. 244. La aspirina (C9H8O4) se produce el ácido salicílico (C7H6O3) y anhídrido acético (C4H6O3): C7 H 6 O3

C 4 H 6 O3

C9 H 8 O4

HC2 H 3O2 2

¿Cuánto ácido salicílico se requiere para producir 1.5 x 10 Kg de aspirina, suponiendo que todo el ácido silícico se convierte en aspirina? (b) ¿Cuánto ácido salicílico se requeriría si sólo el 80% del ácido se convirtiera en aspirina? (c) Calcule el rendimiento teórico de aspirina de 185 Kg de ácido salicílico se hace reaccionar con 125 Kg de anhídrido acético. (d) Si la situación descrita en la parte (c) produce 182 Kg de aspirina, calcule el porcentaje de rendimiento. Solución: a) 1.5 10 2 KgC 9 H 8 O4 1000 gC 9 H 8 O4 1molC 9 H 8 O4 1KgC 9 H 8 O 4 180.16036 gC 9 H 8 O4

1molC7 H 6O3 138.12302 gC7 H 6O3 1molC9 H 6O4 1molC7 H 6O3

115000 .06 gC7 H 6O3

b) 115000.06gC7H6O3

100%

x

80%

x = 92000.048gC7H6O3 c) 185.000 gC7 H 6O3 138.12302 gC7 H 6O3

1339 .39

125000 C4 H 6O3

125000 gC 4 H 6O3 102.09002 gC 4 H 6O3

1molC4 H 6O3 1molC9 H 8O4 102.09002 C 4 H 6O3 1molC4 H 6O3

- 94 -

1224 .41

180 .16036 gC9 H 8O4 1Kg 1molC 9 H 8O4 1000 gC 9 H 8O4

220 .59 Kg C9 H 8O4

d) 182 KgC 9 H 8O4 100% 220.59 KgC 9 H 8O4

%ren dim iento

83%

245. Considere una muestra de carbonato de calcio en forma de cubo que mide 1.25 pulg. por lado. Si la muestra tiene una densidad de 2.71 g/cm3, ¿Cuántos átomos de oxígeno contiene? Solución: Ca 2 (CO3 ) 2

Ca (CO3 )

Datos: 2.71g / cm 3

No. átomos O = ? 1.95 pu lg 3 16.39cm3 31.9605cm3 3 1 pu lg m v m v 3 m 2.71g / cm 31.9605cm 3 m 86.61g

86.61gCaCO 3

1molCaCO 3 6.02 10 23 moléculasg CaCO3 3átomosO 1.56 g 10 24 átomosO 100.0892 gCaCO 3 1molCaCO 3 1moléculaCa CO3

246. (a) Le dan un cubo de plata metálica que mide 1.000 cm por lado. La densidad de la plata es de 10.49 g/cm3. ¿Cuántos átomos hay en ese cubo? (b) Dado que los átomos son esféricos, no pueden ocupar todo el espacio del cubo. Los átomos de plata se empacan en el sólido de forma tal que ocupan el 74% del volumen del sólido. Calcule el volumen de un solo átomo de plata. (c) Utilizando el volumen de un átomo de plata y la fórmula del volumen de una esfera, calcule el radio en ángstrom de un átomo de plata. Solución: a) Datos: v = 1cm3 AG

10.49 g / cm 3

No. átomos del cubo = ? m v

m v m 10.49 g / cm 3 1cm 3 m 10.49 gAg

10.49 gAg

1molAg 6.02 10 23 moléculasg Ag 1átomoAg 107.87 gAg 1molAg 1moléculaAg

b)

- 95 -

5.85 g 10 22 átomosAg

5.85 x 1022 átomos Ag

100%

x

74%

x = 4.329 x 1022 átomos Ag

4.329 x 1022 átomos Ag

1 cm3 x = 2.31 x 10-23 cm3

1 átomo Ag x = 2.31 x 10- 23 cm3

c) Datos: v

r

4 .r 3 3 A v r r

3

4 .r 3 3 v 3 4/3

2.31 10 23 cm 3 4/3

r 1.76 10 8 cm 1.76 10 8 cm 1m 1A 1.76 A 100 cm 1 10 10 m

247. Si un automóvil viaja 125 millas con un rendimiento de 19.5 mi/gal de gasolina, ¿cuántos kilogramos de CO2 se producen? Suponga que la gasolina se compone de octano, C2H18(l), y que tiene una densidad de 0.69 g/ml. Solución: 1galón 641galónC8 H 18 19.5mi 2C8 H18 25O2 16CO2 18H 2O 228.16 g 799.5g 703.84 g 323.82 g C8 H18 1000 ml v 6.41galones 2.47 10 4 ml 0.26 galones 0.69 g / ml 0.69 g m 247 10 4 ml 1.70 10 4 g ml 703.84 gCO2 4 1.70 10 gC8 H 8 52.10 4 gCO2 228.16 gC8 H 8 125mi

- 96 -

5.2 10 4 gCO2

1KgCO 2 1000 KgCO 2

52 gCO2

248. En 1865, un químico informó que había hecho reaccionar una cantidad previamente pesada de plata pura con ácido nítrico y que había recuperado toda la plata como nitrato de plata puro. Se calculó que la reacción de masa entre la plata y el nitrato de plata era 0.634985. empleando sólo esta relación y los valores aceptados actualmente para los pesos atómicos de la plata y el oxígeno, calcule el peso atómico del nitrógeno. Compara este peso atómico calculado con el valor aceptado actualmente. Solución: 2 Ag

2HN3 2 AgNO 3 H 2 95.94 gO 1molAgNO 3 47.97 gO 2molAgNO 3

1molAgNO 3 169.83 AgNO3

215.72 gAg 107.86 gAg 2molAgNO 3 47.97 gO 107.86 gAg 14 gN

249. Cierta hulla contiene 2.5% en masa de azufre. Cuando se quema esta hulla, el azufre se convierte en dióxido de azufre gaseoso. Se hace reaccionar el dióxido de azufre con óxido de calcio para formar sulfito de calcio sólido. (a) Escriba la ecuación química balanceada para la reacción. (b) Si la hulla se quema en una planta de energía que gasta 2000toneladas de hulla al día, calcule la producción diaria de sulfito de calcio. Solución: Datos: Hulla → 2.5%S a) S(s) + O2(g) → SO2(g) SO2(g) + CaO(g) → Ca(SO3)(s) h) Hulla se quema 2000 toneladas de una hulla al día 2000 toneladas /1días → CaSO3 toneladasCaSO3 2000 día 250. El cianuro de hidrógeno, HCN, es un gas venenoso. La dosis letal es de aproximadamente 300 mg de HCN por kilogramo de aire inhalado. (a) Calcule la cantidad de HCN que produce la dosis letal en un laboratorio pequeño que mide 12 x 15 x 8.0 ft. La densidad del aire a 26°C es de 0.00118 g/cm3. (b) Si el HCN se forma por la reacción de NaCN con un ácido como H2SO4, ¿qué masa de NaCN produce la dosis letal en el laboratorio 2 NaCN (s) H 2 SO4 (ac)

Na2 SO4 (ac) 2HCN ( g )

(c) Se forma HCN cuando arden fibras sintéticas que contienen Orlón® o Acrilán(R) tiene la fórmula empírica CH2CHCN, así que el HCN es el 50.9% en masa de la fórmula. Si una alfombra que mide 12 x 15 ft y contiene 30 oz de fibras de Acrilán ® por yarda cuadrada se quema, se generará una dosis letal de HCN en el laboratorio? Suponga que el rendimiento de HCN de las fibras es del 20% y que se consume el 50% de la alfombra. Solución: a) V

1440 ft 3

(100 cm ) 3 (3.28 ft ) 3

40.81 10 6 cm 3

0.00118 g / cm 3

- 97 -

1Kg 48.15 10 3 Kg 1000 g 300 mgHCN 48.15 10 3 Kg 12.24 10 6 mgHCN 1Kg m

48.15 10 6 g

b) 2 NaCN (s) H 2 SO4 (ac) 97.98g 98.02 g

Na2 SO4 (ac) 2HCN ( g ) 141.98 g 54.02 g

12.24 10 6 mgHCN 12.24 10 3 gHCN 97.98 gNaCN 12.24 10 6 mgHCN 22.20 10 3 gNaCN 54.02 gHCN

CAPITULO V ELECTRÓLITOS 251. Aunque el agua pura es un mal conductor de la electricidad, se nos advierte que no debemos operar aparatos eléctricos cerca del agua. ¿Por qué? Solución: El agua tiene electrolitos disueltos en cantidades suficientes para completar un circuito entre un aparato eléctrico y nuestro cuerpo, lo cual produce un choque. 252. Cuando preguntan a un estudiante qué hace que las disoluciones de electrólitos conduzcan la electricidad, con testa que se debe al movimiento de electrones dentro de la disolución. ¿Tiene razón? Si no, ¿cuál es la respuesta correcta?Solución: No tiene razón, por que se debe a que el soluto iónico se disocia en sus iones componentes con la ayuda del agua ya que aunque es una molécula eléctricamente neutra un extremo de la molécula (el átomo de O) es rico en electrones y por tanto tiene una carga negativa parcial. El otro extremo (los átomos de H) tienen una carga positiva parcial eso implica que los iones negativos sean atraídos por el extremo positivo del agua, y los iones positivos sean atraídos por el extremo negativo del agua, y el compuesto iónico queda rodeado de moléculas de agua y evita que los iones y cationes del compuesto iónico se recombinen dispersándose de una manera uniforme en la disolución. 253. Cuando se disuelve metanol (CH3OH) en agua, se obtiene una disolución no conductora. Cuando se disuelve ácido acético (HC2H3O2) en agua, la disolución es ácida y conduce débilmente la electricidad. Describa qué sucede después de la disolución en ambos casos, y explique la diferencia en los resultados. Solución: CH3OH(s) + H2O(l)

CH3OH(ac)

Cuando se disuelve CH3OH, las moléculas neutras de CH3OH que se dispersan en la disolución no tiene carga eléctrica y la disolución no es conductora

- 98 -

H+(ac) + (C2H3O2)-(ac)

HC2H3O2(s) + H2O(l)

Cando se disuelve HC2H3O2 unas cuantas moléculas se ionizan en H+(ac) y (C2H3O2)-(ac). Estos pocos iones tienen carga, y la disolución es débilmente conductora. 254. En este capítulo vimos que muchos sólidos iónicos se disuelven en agua como electrólitos fuertes, es decir, como iones separados en disolución. ¿Qué propiedades del agua facilitan este proceso? Solución: El agua permite que los soluto iónico se disocia en sus iones componentes con la ayuda del agua, ya que aunque es una molécula eléctricamente neutra un extremo de la molécula (el átomo de O) es rico en electrones y por tanto tiene una carga negativa parcial. El otro extremo (los átomos de H) tiene una carga positiva parcial. 255. Especifique cómo se disocia en iones (ioniza) cada uno de estos electrólitos fuertes al disolverse en agua: Solución: Zn2+(ac) + 2Cl -(ac)

(a) ZnCI2; ZnCl2(ac) (b) HNO3(ac)

H+(ac) + NO3-(ac)

(c) K2SO4(ac)

2K+(ac) + SO4-(ac) Ca2+(ac) + 2OH-(ac)

(d) Ca(OH)2(ac)

256. Especifique cómo se disocia en iones (ioniza) cada uno de estos electrólitos fuertes al disolverse en agua: Solución: (a) MgI2(ac)

Mg2+(ac) + 2I-(ac)

(b) Al(NO3)3(ac) (c) HClO4(ac)

Al3+(ac) + 3NO3-(ac) H+(ac) + ClO4-(ac)

(d) (NH4)2SO4(ac)

2NH4-(ac) + SO42-(ac)

257. Los tres diagramas que siguen representan disoluciones acuosas de tres sustancias distintas, AX, AY y AZ. Identifique cada sustancia como electrolito fuerte, electrolito débil o no electrolito. Solución: -

AX no electrolito.

-

AY electrolito débil.

-

AZ es un electrolito fuerte.

258. Los dos diagramas representan disoluciones acuosas de dos sustancias distintas, AX y BY. ¿Las sustancias son electrólitos fuertes, electrólitos débiles o no electrólitos? ¿Cuál cabria esperar que conduzca mejor la electricidad? Explique. Solución:

- 99 -

-

AX electrolito débil

-

BY electrolito fuerte.

-

El que mejor podría conducir la electricidad es el compuesto BY

259. El ácido fórmico, HCHO2, es un electrolito débil. ¿Qué partículas de soluto están presentes en una disolución acuosa de este compuesto? Escriba la ecuación química para la ionización de HCHO2. Solución: Molécula de HCHO2, iones de H+, y iones de CHO2HCHO2(ac)

H+(ac) + CHO2-(ac)

260. La acetona, CH3COCH3, es un no electrolito; el ácido hipocloroso HClO, es un electrolito débil; y el cloruro de amonio, NH4Cl, es un electrolito fuerte. Solución: (a) ¿Qué partículas de soluto están presentes en disoluciones acuosas de cada compuesto? CH3COCH3(ac)

CH3COCH3(ac)

Aquí están presentes partículas de CH3COCH3 y no existe iones HClO(ac)

H+(ac) + ClO-(ac)

Aquí están presentes partículas de HClO, iones de H+ y iones de ClO CH4Cl(ac)

CH4+ (ac) + Cl -(ac)

Aquí están presentes partículas de CH4Cl, iones de CH4+ y iones de Cl (b) Si se disuelve 0.1 mol de cada compuesto, ¿cuál disolución contendrá 0.2 mol de partículas de soluto, ¿cuál contendrá 0.1 mol de partículas .de soluto y cuál contendrá entre 0.1 y 0.2 mol de partículas de soluto? En el HClO al ser un electrolito débil al disociarse en mínima cantidad puede estar entre 0.1 moles de soluto y entre 0.2 moles de soluto En el CH3COCH3 siempre abra 0.1 mol de soluto En el CH4Cl al disociarse en sus iones constitutivos podría tener 0.1 mol de cada iones sumando estos porcentajes podría dar 0.2 moles de soluto. REACCIONES DE PRECIPITACIÓN Y ECUACIONES IÓNICAS NETAS 261. Empleando reglas-de solubilidad; prediga si cada uno de los compuestos siguientes es soluble o insoluble en agua: Solución: (a) NiCl2 Soluble (b) Ag2S; Insoluble (c) CS3PO4; Soluble (d) SrCO3;; Insoluble

- 100 -

(e) (NH4)2SO4. Soluble 262. Prediga si Cada uno de los compuestos siguientes es soluble o insoluble en agua: (a) Ni(OH) 2 ; Insoluble (b) PbSO 4 ; Insoluble c) Ba(NO3)z; Soluble (d) AlPO4: Insoluble (e) AgC2H3O2. Soluble 263. ¿Habrá precipitación al mezclarse las disoluciones siguientes Si la hay escriba una ecuación química balanceada para la reacción: (a)

Na2CO3 y AgNO3; Na2CO3(ac) + 2AgNO3(ac)

(b)

Ag2CO3(s) + 2NaNO3(ac)

NaNO3 y NiSO4; NaNO3(ac) + NiSO4(ac)

Ni(NO3)2(ac) + Na2SO4(ac)

No hay precipitado. (c)

FeSO4 y Pb(NO3)2 FeSO4(ac) + Pb(NO3)2(ac)

PbSO4(s) + Fe(NO3)2(ac)

264. Identifique el precipitado (si lo hay) que se forma al mezclarse las disoluciones siguientes, y escriba una ecuación brincada para cada reacción, Solución: (a) Sn(NO3)2 y NaOH; Sn(NO3)2(ac) + 2NaOH(ac)

2NaNO3(ac) + Sn(OH) 2(s)

(b) NaOH y K2SO4 NaOH(ac) + K2SO4(ac)

KOH(ac) + Na2SO4(ac)

No hay precipitado. (c) Na2S y Cu(C2H3,O2)2. Na2S(ac) + Cu(c2H3O2)2(ac)

CuS(s) + Na(C2H3O2)(ac)

265. Escriba las ecuaciones iónicas completas y ecuaciones iónicas netas balanceadas para las reacciones que ocurren mezclar cada par de disoluciones: Solución: (a) Na2CO3(ac) y MgSO4(ac) Na2CO3 (ac) + MgSO4 (ac)

MgCO3(s) + Na2SO4 (ac)

2Na+(ac) + CO32-(ac) + Mg2+(ac) + SO42-(ac) SO42-(ac)

- 101 -

MgCO3(s) + 2Na+(ac) +

Mg2+(ac) + CO32-(ac)

MgCO3(s)

(b) Pb(NO3)2(ac) y Na2S(ac) Pb(NO3)2(ac) + Na2S(ac)

2NaNO3(ac) + PbS(s)

Pb2+(ac) + 2NO3(ac) + 2Na+(ac) + S2-(ac) Pb2+(ac) + S2-(ac)

2Na+(ac) + 2NO3(ac) + PbS(s)

PbS(s)

(c) (NH4)3PO4(ac) y CaCl2(ac) 2(NH4)3PO4(ac) + 3CaCl2(ac)

Ca3(PO4)2(s) + 6NH4Cl(ac)

6NH4+(ac) + 2PO43-(ac) + 3Ca2+(ac) + 6Cl-(ac) 6Cl-(ac) 3Ca2+(ac) + 2PO43-(ac)

Ca3(PO4)2(s) + 6NH4+(ac) +

Ca3(PO4)2(s)

266. Escriba ecuaciones iónicas netas balanceadas para las reacciones que ocurren en cada uno de los casos siguientes. Identifique el o los iones espectadores en cada reacción. (a) Cr2(SO4)3(ac) + 3(NH4)2CO3(ac)

3(NH4)2SO4(ac) + Cr2(CO3)3(s)

2Cr 3+(ac) + 3SO42-(ac) + 6NH 4+(ac) + 3CO32-(ac) Cr 2(CO3)3(s)

2Cr3+(ac) + 3CO32-(ac) (b) 2AgNO3(ac) + K2SO4(ac)

6NH4+(ac) + 3SO 42-(ac) +

Cr2(CO3)3(s) 2KNO3(ac) + Ag2SO4(ac)

2Ag+(ac) + 2NO3-(ac) + 2K+(ac) + SO42-(ac) 2Ag+(ac) + SO42-(ac)

2K+(ac) + 2NO3-(ac) +

No hay iónica neta por que no forma precipitado (c) Pb(NO3)2(ac) + 2KOH(ac)

2KNO3(ac) + Pb(OH)2 (s)

Pb2+(ac) + 2NO3-(ac) + 2K+(ac) + 2(OH)-(ac)

2K+(ac) + 2NO3-(ac) + Pb(OH)2 (s)

Pb2+(ac) + 2(OH)-(ac) Pb(OH)2 (s) 267. Muestras individuales de una disolución de una sal desconocida se tratan con disoluciones diluidas de HBr, H2SO4 y NaOH. Sólo se forma un precipitado con H2SO4. ¿Cuál de los cationes siguientes podría contener la disolución: K+; Pb2+, Ba2+. Solución: La disolución debe contener Ba2+ podría contener K+ pero no formaría precipitado o Pb pero nos dice que es una sal, solo con el Ba2+ se pude formar una sal y precipitado si se combina con el acido sulfúrico. 268. Muestras individuales de una disolución de un computo iónico desconocido se tratan con soluciones diluidas de AgNO3, Pb(NO3)2 y BaCl2. Se forman precipitados los tres casos. ¿Cuál de los siguientes podría ser el anión de la sal desconocida: Br-; CO32-; NO3? Solución:

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En este coso seria el CO32- ya que solo con este anión su pude formar precipita con los tres compuestos dados 269. Se desprendió la etiqueta de dos frascos, uno que contenía Mg(NO3)2 y otro que contenía Pb(NO3)2. Usted tiene a mano un frasco de H2SO4 diluido. ¿Cómo podría usarlo para probar una muestra de cada disolución e identificar cuál disolución es cuál? Solución: Podría usar la solubilidad de los compuestos dados de la siguiente manera el H2SO4(ac) forma precipitado con el Pb(NO3)2(ac) mientras que con el Mg(NO3)2(ac) 270. Usted sabe que un frasco sin etiqueta contiene una de sustancias siguientes: AgNO3, CaCl2 o Al2(SO4)3. Un amigo sugiere probar una muestra del contenido del frasco con Ba(NO3)2 y luego con NaCl. ¿Qué comportamiento cabría esperar cuando cada uno de estos compuestos añade a la disolución desconocida? Solución: Cuando se combina el Ba(NO3)2(ac) solo forma precipitado con el Al(SO4)3(ac) y con los demás no forma precipitado, mientras que si se combina el NaCl forma precipitado solo con el AgNO3 y con los demás no forma precipitado. REACCIONES ÁCIDO-BASE 271. Describa la diferencia entre: (a) un ácido monoprótíco y un ácido diprótico; La diferencia es que el ácido monoprótico tiene un Hidrogeno ionizables (ácido), mientras que los ácidos dipróticos tienen dos H ionizables. (b) un ácido débil y un ácido fuerte; Un ácido fuerte esta totalmente disociado en disolución acuosa, en tanto que una facción de aproximadamente el 1% de una molécula de acido débil se disocia en una disolución acuosa. (c) un ácido y una base. Un acido es donador de H+ mientras que una base es un receptor de H+. 272. Explique las observaciones siguientes: (a) NH3 no con tiene iones OH-, pero sus disoluciones acuosas son básicas; Es por que al disociarse en una disolución acuosa se disocia en NH4OH+ y OH- pero en un porcentaje del 1% es significa que es un electrolito débil por lo tanto tienden a recombinarse. (b) Se dice que HF es un ácido débil, pero es muy reactivo; Es un acido débil por que se ioniza parcialmente en una disolución acuosa la reactividad de este compuesto se debe a la acción combinada del H+(ac) y el F-(ac). (c) Aunque el ácido sulfúrico es un electrolito fuerte, una disolución acuosa de H2SO4 contiene más iones HSO4- que iones SO42-. Explique.- esto se debe a que hay una primera reacción que ocurre así H2SO4(ac) H+(ac) + HSO4-(ac) solo en esta reacción forman iones que no tienden a una recombinación. 273. Clasifique cada uno de los siguientes como ácido o base fuerte o débil: (a) HCIO4; Acido fuerte (b) HCIO2; Acido débil (c) NH3; Base débil (d) Ba(OH)2. Base fuerte 274. Clasifique cada uno de los siguientes como ácido o base fuerte o débil: (a) CsOH; Base fuerte

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(b) H3PO4; Acido débil (c) HC7H5O2; Acido débil (d) H2SO4; Acido fuerte 275. Rotule cada una de las siguientes sustancias como ácido, base, sal o ninguna de las tres cosas. Indique si la sustancia existe en disolución acuosa totalmente en forma molecular, totalmente como iones o como una mezcla de moléculas y iones, (a) HF; Acido, mezcla de iones y moléculas por lo tanto electrolito débil (b) acetonitrilo, CH3CN; Nada de las anteriores solamente moléculas y demás no es electrolito (c) NaClO4; Es una sal tiene solo iones y además es un electrolito fuerte (d) Ba(OH)2; Es una base contiene solo iones es un electrolito fuerte 276. Una disolución acuosa de un soluto desconocido se prueba con papel tornasol y se determina que es ácida. La disolución conduce débilmente la electricidad en comparación con una disolución de NaCl con la misma concentración. ¿Cuál de las siguientes sustancias podría ser la desconocida: KOH, NH3, HNO3, KClO2, H3PO3, CH3COCH3 (acetona)? Podría ser el HNO3(ac) ya que nos dice que es un ácido soluble para que forme iones. 277. Clasifique cada una de las sustancias siguientes como no electrolito, electrolito débil o electrolito fuerte: (a) H2SO3; Electrolito débil (b) C2H5OH(etanol); No es electrolito (c) NH3; Electrolito débil (d) KClO3; Electrolito fuerte (e) Cu(NO3)2; Electrolito fuerte 278. Clasifique cada una de las sustancias siguientes como no electrolito, electrolito débil o electrolito fuerte; (a) HBrO; Electrolito débil (b) HNG3; Electrolito fuerte (c) KOH; Electrolito fuerte (d) CH3COCH3 (acetona); No electrolito (e) CoSO4; Electrolito débil (f) C12H22O11 (sacarosa); No electrolito 279. Complete y balancee las ecuaciones moleculares siguientes, y luego escriba la ecuación iónica neta para cada una: (a) HBr(ac) + Ca(OH)2(ac) 2HBr(ac) + Ca(OH)2(ac) CaBr2(ac) + 2H2O(l) + H (ac) + OH (ac) H2O(l) (b) Cu(OH)2(s) + HClO4(ac) Cu(OH)2(s) + 2HClO4(ac) Cu(ClO4)2(ac) + 2H2O(l) + Cu(OH)2(s) + 2H (ac) 2H2O(l) + Cu2+(ac) (c) Al(OH)3(s) + HNO3(ac) Al(OH)3(s) + 3HNO3(ac) Al(NO3)3(ac) + 3H2O(l) Al(OH)3(s) + 3H+(ac) 3H2O(l) + Al3+(ac) 280. Escriba las ecuaciones moleculares y iónicas netas balanceadas para cada una de las siguientes reacciones de neutralización: (a) Ácido acético acuoso es neutralizado por hidróxido de potasio acuoso.

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HC2H3O2(ac) + KOH(ac) KC2H3O2(ac) + H2O(l) + H (ac) + OH (ac) H2O(l) (b) Hidróxido de cromo (IIl) sólido reacciona con ácido nítrico. Cr(OH)3(s) + 3HNO3(ac) Cr(NO3)3(ac) + 3H2O(l) Cr(OH)3(s) + 3H+(ac) 3H2O(l) + Cr3+(ac) (c) Reaccionan ácido hipocloroso acuoso e hidróxido de calcio acuoso. 2HClO(ac) + Ca(OH)2(ac) Ca(ClO)2(ac) + 2H2O(l) H+(ac) + OH-(ac) H2O(l) 281. Escriba ecuaciones moleculares e iónicas netas balanceadas para las siguientes reacciones, e identifique el gas que se desprende en cada una: (a) sulfuro de cadmio sólido reacciona con una disolución acuosa de ácido sulfúrico. CdS(s) + H2SO4(ac) CdSO4(ac) + H2S(g) CdS(s) + 2H+(ac) H2S(g) + Cd2+(ac) (b) carbonato de magnesio sólido reacciona con una disolución acuosa de ácido perclórico. MgCO3(s) + 2HClO4(ac) Mg(ClO4)2(ac) + H2O(l) + CO2(g) + MgCO3(s) + 2H (ac) H2O(l) + CO2(g) + Mg2+(ac) 282. Escriba una ecuación molecular balanceada y una ecuación iónica neta para la reacción que ocurre cuando (a) CaCO3 sólido reacciona con una disolución acuosa de ácido nítrico; CaCO3(s) + HNO3(ac) CaNO3(ac) + OH(ac) + CO2(g) + CaCO3(s) + H (ac) OH-(ac) + CO2(g) + Ca2+(ac) (b) sulfuro de hierro (II) sólido reacciona con una disolución acuosa de ácido bromhídrico. FeS(s) + 2HBr(ac) FeBr2(ac) + H2S(g) FeS(s) + 2H+(ac) H2S(g) + Fe2+(ac) 283. Puesto que el ión óxido es básico, los óxidos metálico si reaccionan fácilmente con ácidos, (a) Escriba la ecuación iónica neta para la reacción siguiente: FeO(s)+ 2HClO4(ac) FeO(s) + 2H+(ac)

Fe(ClO4)2(ac) + H2O(l).

H2O(l) + Fe2+(ac)

(b) Con base en el ejemplo de la parte (a), escriba la ecuación iónica neta para la reacción que ocurre entre NiO(s) y una disolución acuosa de ácido nítrico. NiO(s) + 2HNO3(ac) Ni(NO3)2(ac) + H2O(l) + NiO(s) + 2H (ac) H2O(l) + Ni2+(ac) 284. Al disolverse K2O en agua, el ión óxido reacciona con las moléculas de agua para formar iones hidróxido. Escriba las ecuaciones moleculares iónicas netas para esta

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reacción: Con base en las definiciones de ácido y base; ¿cuál ión es la base en esta reacción? ¿Cuál es el ácido? ¿Qué ión es espectador en la reacción? Solución: K2O(s) + 2H2O(l) K2O(s) + 2OH-(ac) + H2+(g) K2O(s) + 2H2O(l) K2O(s) + 2OH-(ac) + H2+(g) El ión base es el OH-(ac), no hay ión acido y no hay iones espectadores REACCIONES DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN 285. Defina oxidación y reducción en términos de (a) transferencia de electrones.- En términos de transferencia de electrones la oxidación es la pérdida de electrones por parte de una sustancia, y la reducción es la ganancia de electrones por parte de una sustancia. (b) números de oxidación.- Con respecto a los números de oxidación, cuando una sustancia se oxida su número de oxidación aumenta, cuando una sustancia se reduce su número de oxidación disminuye. 286. ¿Puede haber oxidación sin una reducción que la acompañe? Explique. Solución: No puede haber una reacción de oxidación sin que otro elemento del mismo compuesto se reduzca ya que si las reacciones de redox implican la perdida de electrones de parte de una sustancia y la ganancia de electrones de otra para que esto tenga lugar una sustancia debe oxidarse y otra debe reducirse. 287. En qué parte de la tabla periódica están en general los metales más fáciles de oxidar? ¿Y los más difíciles de oxidar? Solución: Los metales que se oxidan con más facilidad están cerca de la parte inferior de los grupos 1A y 2A, y por lo tanto los metales que se oxidan con mayor dificultad son los metales de transición que se encuentran mas cerca de la parte inferior derecha en particular los que están más cerca de los grupos 8B y 1B 288. ¿Por qué se llama metales nobles al platino y el oro?- se llaman así debido a su baja reactividad ya que son los metales más difíciles de oxidar. ¿Por qué se llama metales activos a los metales alcalinos y alcalinotérreos? Solución: Debido a su alta reactividad ya que estos metales se oxidad muy fácilmente. 289. Determine el número de oxidación del elemento indicado en cada una de las sustancias siguientes: (a) S en SO3; 6+ (b) C en CCl4; 4+ (c) Mn en MnO4-; 7+ (d) Br en HBrO; 1+

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(e) As en AsNa3; 3(f) O en K2O2; 1290. Determine el número de oxidación del elemento indica do en cada una de las sustancias siguientes: (a) Ti(s) en TiO2; 4+ (b) Sn en SnCl4; 4+ (c) C en C2O42-; 3+ (d) N en (NH4)2SO4; 3(e) N en HNO2; 3+ (f) Cr en Cr2O72-; 6+ 291. ¿Cuál elemento se oxida, y cuál se reduce, en las reacciones siguientes? (a) Ni(s) + Cl2(g) Ni0

NiCl2 (s)

Ni2+ el Ni se oxida y el Cl20

(b) 3Fe(NO3)2(ac) + 2Al(s) Fe2+

3Fe(s) + 2Al(NO3)3(ac)

Fe0 el Fe se reduce y el Al0

(c) Cl2(ac) + 2Nal(ac) Cl0

2Cl- el Cl se reduce.

Al3+ el Al se oxida

l2(ac) + 2NaCl(ac)

2Cl- el Cl se reduce y el 2I-

(d) PbS(s) + 4H2O2(ac)

I20 el I se oxida

PbSO4(s) + 4H2O(l)

S2SO42+ el S es el que se oxida y el H2O2 H2O el O es el que se reduce 292. ¿Cuáles de las siguientes son reacciones redox? Para esas reacciones, indique cuál elemento se oxida y cuál se reduce. En los demás casos, indique si son reacciones de precipitación o ácido base. (a) Cu(OH)2(s) + 2HNO3(ac)

Cu(NO3)2(ac) + 2H2O(l)

Reacción ácido – base (b) Fe2O3(s) + 3CO(g)

2Fe(s) + 3CO2(g)

Reacción redox el 2Fe3+ (c) Sr(NO3)2(ac) + H2SO4(ac)

Fe0 el Fe se oxida y el CO

CO2 el C se reduce.

SrSO4(s) + 2HNO3(ac)

Reacción de precipitación (d) 4Zn(s) + 10H -(ac) + 2NO3 -(ac)

4Zn2+(ac) + N2O(g) + 5H2O(l)

Es una reacción redox Zn0 Zn2+ el Zn se oxida y el 2NO3N2O el N se reduce. 293. Escriba ecuaciones moleculares e iónicas netas balanceadas para las reacciones de; (a) manganeso con ácido sulfúrico;

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Mn(s) + H2SO4(ac) MnSO4(ac) + H2(g) + Mn(s) + 2H (ac) H2(g) + Mn2+(ac) (b) cromo con ácido bromhídrico; 2Cr(s) + 6HBr(ac) 2Cr(s) + 6H+(ac)

2Cr(Br)3(ac) + 3H2(g) 2Cr3+(ac) + 3H2(g)

(c) estaño con ácido clorhídrico; Sn(s) + 2HCl(ac) Sn(s) + 2H+(ac)

SnCl2(ac) + H2(g) Sn2+(ac) + H2(g)

(d) aluminio con ácido fórmico, HCHO 2; 2Al(s) + 6HCHO2(ac) 2Al(CHO2)3(ac) + 3H2(g) 2Al(s) + 6HCHO2(ac) 2Al3+(ac) + 6CHO2-(ac) + 3H2(g) 294. Escriba ecuaciones moleculares e iónicas netas balanceadas para las reacciones de (a) ácido clorhídrico con níquel; Ni(s) + 2HCl(ac) Ni(s) + 2H+(ac)

NiCl2(ac) + H2(g) Ni2+(ac) + H2(g)

(b) ácido sulfúrico con hierro; Fe(s) + H2SO4(ac) FeSO4(ac) + H2(g) Fe(s) + 2H+(ac) Fe2+(ac) + H2(g) (c) ácido bromhídrico con magnesio; Mg(s) + 2HBr(ac) Mg(s) + 2H+(ac)

MgBr2(ac) + H2(g) Mg2+(ac) + H2(g)

(d) ácido acético, HC2H3O2, con zinc; Zn(s) + 2HC2H3O2(ac) Zn(C2H3O2)2(ac) + H2(g) Zn(s) + 2HC2H3O2(ac) Zn2+(ac) + 2C2H3O2(ac) + H2(g) 295. Con base en la serie de actividad (Tabla 4.5), prediga el resultado de las reacciones siguientes: (a) Al(s) + NiCl2(ac) 2Al(s) + 3NiCl2(ac)

2AlCl3(ac) + 3Ni(s)

(b) Ag(s) + Pb(NO 3)2(ac) No existe ya que para que haya una reacción redox en este coso el Ag debería estar más arriba que el Pb en la tabla de actividad. (c) Cr(s) + NiSO4(ac) 2Cr(s) + 3NiSO4(ac)

Cr2(SO4)3 + 3Ni(s)

(d) Mn(s) + HBr(ac) Mn(s) + 2HBr(ac)

MnBr2(ac) + H2(g)

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(e) H2(g) + CuCl2((ac) H2(g) + CuCl2(ac) 2HCl(ac) + Cu(s) 296. Empleando la serie de actividad (Tabla 4.5), escriba ecuaciones químicas balanceadas para las reacciones siguientes. Si no hay reacción, simplemente escriba SR. (a) Hierro metálico se agrega a una disolución de nitrato de cobre(II); Fe(s) + Cu(NO3)2(ac)

Fe(NO3)2(ac) + Cu(s)

(b) zinc metálico se agrega a una disolución de sulfato de magnesio; Zn(s) + MgSO4(ac)

SR

(c) ácido bromhídrico se agrega a estaño metálico; 2HBr(ac) + Sn(s)

SR

(d) Hidrógeno gaseoso burbujea a través de una disolución acuosa de cloruro de níquel (ll); H2(g) + NiCl2(ac)

SR

(e) aluminio metálico se agrega a una disolución de sulfato de cobalto (II); Al(s) + 3CoSO4(ac) Al2(SO4)3(ac) + 3Co(s) 297. El metal cadmio tiende a formar iones Cd2+. Se hacen las observaciones siguientes: (i) Cuando una tira de zinc metálico se coloca en CdCl2 (ac), se deposita cadmio metálico en la tira. Zn(s) + CdCl2(ac) Zn(s) + Cd2+(ac)

ZnCl2(ac) + Cd(s) Zn2+(ac) + Cd(s)

(ii) Cuando una tira de cadmio metálico se coloca en Ni(NO3)2(ac), se deposita níquel metálico en la tira, (a) Escriba ecuaciones iónicas netas que expliquen cada una de las observaciones anteriores; Cd(s) + Ni(NO3)2(ac) Cd(NO3)2(ac) + Ni(s) 2+ 2+ Cd(s) + Ni (ac) Cd (ac) + Ni(s) (b) ¿Qué podemos concluir respecto a la posición del cadmio en la serie de actividad?-Podemos concluir de que el Cd está entre el Zn el Ni en la serie de actividad. (c) ¿Qué experimentos tendríamos qué realizar para ubicar con mayor precisión la posición del cadmio en la serie de actividad?- Colocar una tira de hierro en CdCl2 (ac) si se deposita Cd(s) entonces el Cd es menos activo que el Fe si no hay reacción el Cd es más activo que el Fe, y puede repetir el ensayo con el Co si el Cd es menos activo que el Fe es cuando esta abajo es menos activo (no puede haber reacción redox). O con el Cr si el Cd es más Activo que el Fe (ósea si está mas arriba que el Fe). 298. (a) Use las reacciones siguientes para preparar una serie de actividad para los halógenos: Br2(ac) + 2Nal(ac)

2NaBr(ac) + I2(ac);

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Cl2(ac) + 2NaBr(ac)

2NaCl(ac) + Br2(ac).

El Br2 se encuentra arriba del Cl2 y tanto el Br2 como el Cl2 se encuentran arriba del Na (b) Relacione las posiciones de los halógenos en la tabla periódica con sus posiciones en esta serie de actividad, En la tabla periódica el Cl2 esta arriba del Br2 mientras que en nuestra serie de actividad el Br2 esta arriba del Cl2 (c) Prediga si habrá o no reacción cuando se mezclen los reactivos siguientes: Cl2(ac) y KI(ac); Br2(ac) y LiCl(ac). Cl2(ac) + KI(ac) SR Br2(ac) + LiCl(ac) SR COMPOSICIÓN DE LAS DISOLUCIONES: MOLARIDAD 299. (a) La concentración de una disolución, ¿es una propiedad intensiva o extensiva? Solución: Es una propiedad intensiva por que la cantidad de soluto con respecto a la cantidad total de disolución es la misma y no importa la cantidad de disolución que se tenga (b) ¿Qué diferencia hay entre 0.50 mol de HC1 y HC1 0.50 M? Solución: El termino de 0.50 mol de HCl define una cantidad de sustancia pura. Mientras que el termino HCl 0.50 M es una razón que nos indica que hay 0.50 mol de soluto por cada 1.0 litros de disolución. 300. (a) Suponga que prepara 500 mL de una disolución 0.10 M de una sal y luego derrama un poco de la disolución. ¿Qué pasa con la concentración que queda en el recipiente?- Si se dijo que la moralidad es una propiedad intensiva implicando eso que no depende de la cantidad de sustancia para que se determine sus propiedades la concentración de 0.10 M no se ve afectada (b) Cierto volumen de una disolución 0.50 M contiene 4.5 g de una sal. ¿Qué masa de la sal está presente en el mismo volumen de una disolución 2.50 A4? Si nos dicen que es una sal desconocida con una concentración de 0.50 M donde hay 4.50 g de dicha sal nos preguntan que masa de sal esta presente en el mismo volumen de la disolución a 2.50 M Si en Entonces en

0.50 M 2.50 M

hay 4.50 g hay X

x = 2.50 M x 4.50 g = 22.5 g de sal 0.50 M 301. (a) Calcule la molaridad de una disolución que contiene 0.0345 mol de NH4CI en exactamente 400 mL de disolución. 400 ml X 1 L = 0.4 L

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1000 ml M = # moles de soluto V en L M = 0.0345 mol de NH4Cl = 0.08625 mol/L 0.4 L (b) ¿Cuántos moles de HNO3 hay en 35.0 mL de una disolución 2.20 M de ácido nítrico? 35.0 ml x 1 L = 0.035 L 1000 ml # de mol = M x V(L) # de moles = 2.20 mol/L X 0.035 L = 0.077 moles de HNO3 (c) ¿Cuántos mililitros de una disolución1.150 de KOH se necesitan para suministrar un mol de KOH? V(ml) = # de moles M V(ml) = 0.125 mol = 0.0833 L x 1000 ml = 83.3 ml de KOH 1.50 mol/L 1L 302. (a) Calcule la molaridad de una disolución que se preparó disolviendo 0.145 mol de Na2SO4. En suficiente agua para formar exactamente 750 mL de disolución, 750 ml x 1L = 0.750 L 1000 ml M = # de moles V en L M = 0.145 moles = 0.193 mol/L 0.750 L (b) ¿Cuántos molos de KMnO4 están presentes en 125mL de una disolución 0.0850 M? 125 ml x 1 L = 0.125 L 1000 ml # de moles = M x V(L) # de moles = 0.0850 mol/L x 0.125 L = 0.0106 moles de KMnO4 (c) ¿Cuántos mililitros de disolución 11.6 M de HC1 se necesitan para obtener 0.255 molde HCl? V(ml) = # de moles M V(ml) = 0.255 mol = 0.02198 L x 1000 ml = 22.0 ml de disolución de HCl 11.6 mol/L 1L 303. Calcule:

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(a) el número de gramos de soluto en 0.250 L de KBr 0.150 M; # de moles = M x V(L) # de moles = 0.150 mol/L x 0.250 L = 0.0375 moles de KBr X 119 g de KBr 1 mol de KBr

= 4.46 g de KBr

(b) La concentración molar de una disolución que contiene 4.75 g de Ca (NO3)2 en 0.200 L; 4.75 g de Ca(NO3)2 x 1 mol de Ca(NO3)2 = 0.0289 moles de Ca(NO3)2 164.1 g de Ca(NO3)2 M = # de moles V(L) M = 0.0289 moles = 0.145 mol/L 0.200 L (c) el volumen en mililitros de Na 3PO4 1.50 M que contiene 5.00 g de soluto. 5.00 g de Na3PO4 x 1 mol de Na3PO4 = 0.0305 moles de Na3PO4 163.9 g de Na3PO4 V(ml) = # de moles M V(ml) = 0.0305 mol = 0.0203 L x 1000 ml = 20.3 ml de disolución 1.50 mol/L 1L 304. (a) ¿Cuántos gramos de soluto hay en 50.0 mL de K2Cr2O7 0.850 M? 50.0 ml x 1 L = 0.0500 L 1000 ml # de moles = M x V(L) # de moles = 0.0850 mol/L x 0.0500 L = 0.00425 moles de K2Cr2O7 x 294.2 g de 1 mol de K2Cr2O7

K2Cr2O7

= 1.25 g de K2Cr2O7 (b) Si 2.50 g de (NH4)2SO4 se disuelve en suficiente agua para formar 250 mL de disolución, ¿qué molaridad tendrá la disolución? 2.50 g de (NH4)2SO4 x 1 mol de (NH4)2SO4 = 0.0189 moles de (NH4)2SO4 132.1 g de (NH4)2SO4 250 ml x 1L = 0.250 L 1000 ml M = # de moles V(L) M = 0.0189 mol = 0.0756 mol/L 0.250 L (c) ¿Cuántos mililitros de CuSO4 0.387 M contienen 1.00 g de soluto? 1.00 g de CuSO4 x 1 mol de CuSO4 = 0.00627 moles de CuSO4 159.6 g de CuSO4 V(ml) = # de mol/M V(ml) = 0.00627 mol = 0.0162 L x 1000 ml = 16.2 ml de disolución de CuSO4

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0.387 mol/L 1L 305. (a) ¿Qué disolución tiene la concentración más alta de Ion potasio: KCl 0.20 M, K2Cr2O7 0.15 M o K3PO4 0.080 M? KCl a 0.20 M = 0.20 M en el K K2Cr2O7 a 0.15 M = 2 X 0.15 M en el K = 0.30 M en K K3PO4 a 0.080 M = 3 x 0.080 M en el K = 0.24 M en el K El K2Cr2O7 tiene la concentración más alta de iones K (b) ¿Qué contiene más moles de ion potasio: 30.0 mL de K2CrO4 0.15 M, o 25.0 mL de K3PO4 0.080 M? 30.0 ml x 1 L = 0.0300 L 1000 ml # de moles =

M x V(L)

# de moles = 0.0300 L x 0.15 mol/L = 0.00450 moles de K2CrO4 K2CrO4 = 2 x 0.00450 moles de K+ = 0.00900 moles de K+ 25.0 ml x 1L/1000 ml

= 0.0250 L

# de moles = M x V(L) # de moles = 0.0250L x 0.080 mol/L = 0.00200 moles de K3PO4 K3PO4 = 3 x 0.00200 moles de K+ = 0.00600 moles de K+ Por lo tanto en 30.0 ml de K2CrO4 hay mayor concentración de iones K+ 306. (a) Sin efectuar cálculos detallados ordene las disoluciones siguientes de menor a mayor concentración de iones Cl-: CaCl2 0.10 M, KCl 0.15M o una disolución que se forma disolviendo 0.10 mol de NaCl en suficiente agua para, formar 250 mL de disolución. CaCl2 a 0.10 M = 2 x 1mol de Cl- a 0.10 M = 0.20 M de iones ClKCl a 0.15 M = 1mol de Cl- a 0.15 M = 0.15 M de iones Cl250 ml x 1 L = 0.250 L 1000 ml M = # de mol/ V(L) M = 0.10 mol = 0.40 mol/L 0.250 L Si el NaCl a 0.40 M = 0.40 M en el Cl-

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Por lo tanto la mayor concentración de iones Cl- esta en las 0.10 moles de NaCl en suficiente agua para formar 250 ml de disolución (b) ¿Qué contendrá más moles de ion cloruro: 40.0 mL de NaCl 0.35 M o 25.0 mL de CaCl2 0.25 M? 40.0 ml x 1L = 0.0400 L 1000 ml # de moles = M x V(L) # de moles = 0.35 mol/L x 0.0400 L = 0.014 moles de NaCl 25.0 mlx 1L = 0.025 L 1000 ml NaCl = 0.014 moles de Cl# de moles = M x V(L) # de moles = 0.25 mol/L x 0.025 L = 0.00625 moles de CaCl2 CaCl2 = 2 x 0.00625 moles de Cl- = 0.0125 moles de ClPor lo tanto en 40.0 ml de NaCl a 0.35 M hay la mayor concentración de iones Cl307. Indique la concentración de cada ión o molécula presente en las disoluciones siguientes: (a) NaOH 0.14 M; NaOH a 0.14 M = 0.14 M en Na y 0.14 M en OH(b) CaBr2, 0.25 M; CaBr2 a 0.25 M = 0.25 M en Ca2+ y 2 x 0.25 M en Br- = 0.50 M en Br(c) CH3OH 0.25 M; CH3OH a 0.25 M (d) una mezcla de 50.0 mL, de KCIO3 0.10 M y 25.0 mL de Na2SO4 0.20 M. Suponga que los volúmenes son aditivo V1 = 50.0 ml x1L/(1000 ml) = 0.0500 L V2 = 25.0 ml x 1L = 0.0250 L 1000 ml M1 = 0.10 M2 = 0.20 Mdil = Mconc x Vconc Vdil Mdil = 0.20 M x 0.025 L = 0.067 M

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0.075 L KClO3 a 0.067 M = 0.067 M en el K+, 0.067 M en el ClO3Na2SO4 a 0.067 M = 2 x 0.067 M en el Na+ = 0.134 M en el Na+ y 0.067 en el SO42308. Indique la concentración de cada ion presente en la disolución que se forma al mezclar, (a) 20.0 mL de HCl 0.100 M y 10.0 mL de HCl 0.500 M; V1 = 20.0 ml x 1L = 0.0200 L 1000 ml V2 = 10.0 ml x 1L = 0.0100 L 1000 ml M1 = 0.100 M2 = 0.500 Mdil = Mconc x Vconc Vdil Mdil = 0.500 M x 0.0100 L = 0.167 M 0.0300 L HCl a 0.167 M = 0.167 M en el H+, 0.167 M en el Cl(b) 15.0 mL de Na2SO4 0.300 M y 10.0 mL de KCl 0.200 M; V1 = 15.0 ml x 1L = 0.0150 L 1000 ml V2 = 10.0 ml x 1L = 0.0100 L 1000 ml M1 = 0.300 M2 = 0.200 Mdil = Mconc x Vconc Vdil Mdil = 0.300 M x 0.0100 L = 0.120 M 0.0250 L Na2SO4 a 0.120 M = 2 x 0.120 M en el Na+ = 0.240 M en el Na+ y 0.120 en el SO42KCl a 0.120 M = 0.120 en el K+ y 0.120 M en el Cl(c) 3.50 g de NaCl en 50.0 mL de disolución 0.500 M de CaCl2 (Suponga que los volúmenes son aditivos.) NaCl(ac) + CaCl2(ac)

CaCl2(ac) + NaCl(ac)

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50.0 ml x

1L = 0.0500 L 1000 ml

3.50 g de NaCl

1 mol de NaCl = 0.0599 moles de NaCl 58.44 g de NaCl

0.0599 moles de NaCl x 1 mol de CaCl2 = 0.0599 moles de CaCl2 1 mol de NaCl V(CaCl2) = # de moles M V(CaCl2) = 0.0599 moles = 0.1198 L 0.500 mol/L M(NaCl) = # de moles V(L) M = 0.0599 mol = 1.198 M en el NaCl 0.0500 L V1 = 0.0500 L V2 = 0.1198 M1 = 0.500 M2 = 1.198 Mdil = Mconc x Vconc Vdil Mdil = 1.198 M x 0.0500 L = 0.353 M 0.1698 L NaCl a 0.353 M = 0.353 M en el Na+ y 0.353 M en el ClCaCl2 a 0.353 M = 0.353 M en el Ca2+ y 2 x 0.353 M en el Cl- = 0.706 M en el Cl309. (a) Suponga que tiene una disolución stock 14.8 M de NH3. ¿Cuántos mililitros de esta disolución deberá diluir para hacer 100.0 mL de NH3 0.250 M? Vconc = Mdil x Vdil Mconc Vconc = 0.250 M x 0.100 L = 0.00169 L X 1000 ml = 1.69 ml 14.8 M 1L (b) Si toma una porción de 10.0 mL de la disolución stock y la diluye a un volumen total de 0.250 L, ¿qué concentración tendrá la disolución final? 10.0 ml x 1L = 0.0100 L 1000 ml Mdil = Mconc x Vconc Vdil Mdil = 14.8 M x 0.0100 L = 0.592 M 0.250 L 310. (a) ¿Cuántos mililitros de una disolución stock de HNO3 12.0 M se necesitan para preparar 0.500 L de HNO3 0.500 M? Vconc = Mdil x Vdil

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Mconc Vconc = 0.500 M x 0.500 L = 0.0208 L x 1000 ml = 20.8 ml 12.0 M 1L (b) Si diluimos 25.0 mL de la disolución stock hasta un volumen final de 0.500 L, ¿qué concentración tendrá la disolución diluida? 25.0 ml x 1L 1000 ml

= 0.0250 L

Mdil = Mconc x Vconc Vdil Mdil = 12.0 M x 0.0250 L = 0.600 M 0.500 L 311. (a) Partiendo de sacarosa sólida, C12H22O11, describa cómo prepararía 125 mL de disolución de sacarosa 0.150 M. 125 ml X 1 L = 0.125 L 1000 ml # de moles = M x V(L) # de moles = 0.150 mol/L x 0.125 L = 0.01875 moles de C12H22O11 0.01875 moles de C12H22O11 x 342.3 g de C12H22O11 = 6.42 g de C12H22O11 1 mol de C12H22O11 Agregue 6.42 g de C12H22O11 en un matraz aforado de 125 ml, disuelva en un volumen pequeño de agua y después agregue agua hasta la marca de aforo del matraz, agite perfectamente para asegurarse de que todo se mezcle bien. (b) Describa cómo prepararía 400.0 mL de C 12H22O11 0.100 M a partir de 2.00 L de C12H22O11 1.50 M. Vconc = Mdil x Vdil Mdil Vconc = 0.100 M x 0.400 L = 0.02666 L x 1000 ml = 26.7 ml 1.50 M 1 L Enjuague perfectamente limpie y llene una bureta de 50 ml con la C12H22O11 a 1.50 M. vierta 26.7 ml de esta disolución en un recipiente volumétrico de 400 ml agregue agua hasta la marca y mezcle perfectamente. 312. (a) ¿Cómo prepararía 100.0 mL de una disolución 0.200 M de AgNO3 a partir de soluto puro? 100.0 ml x 1L = 0.1000 L 1000 ml # de moles = M x V(L)

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# de moles = 0.200 mol/L x 0.1000 L = 0.02000 moles de AgNO3 0.02000 moles de AgNO3 x 164.9 g de AgNO3 = 3.298 g de AgNO3 1 mol de AgNO3 A una mínima cantidad de agua le agregamos 3.298 g se AgNO3 a un matraz aforado de 100 ml, luego de que se disuelva el soluto agregamos el agua hasta la marca del aforo continuamente agitamos perfectamente. (b) Suponga que requiere 250 mL de una disolución 1.0 M de HNO3 para un experimento y sólo cuenta con un frasco de HNO3 6.0 M. ¿Cómo prepararía la disolución que necesita? 250 ml X 1L 1000 ml

= 0.250 L

Vconc = Mdil x Vdil Mconc Vconc = 1.0 M x 0.250 L = 0.0417 L x 1000 ml = 41.7 ml 6.0 M 1 L Tome una bureta de 50 ml y llene con la disolución HNO3 a 60. M luego de esto vierta 41.7 ml de disolución en un recipiente volumétrico de 250 ml agregue agua hasta la marca y mezcle perfectamente. 313. El ácido acético puro, conocido como ácido acético glacial es un líquido con una densidad de 1.049 g/mL a 25°C. Calcule la molaridad de una disolución de ácido acético que se preparó disolviendo 20.00 mL de ácido acético glacial a 25°C en suficiente agua para obtener 250.0 mL de disolución. M(s) = d x Vconc M(s) = 1.049 g/ml x 20.00 ml = 20.98 g de HC2H3O2 X 1mol de HC2H3O2 = 60.05 g de HC2H3O2 = 0.3494 moles de HC2H3O2 20.00 ml x 1 L = 0.02000 L 1000 ml 250.0 ml x 1 L 1000 ml

= 0.2500 L

Mconc = # de moles Vconc Mconc = 0.3494 mol = 17.47 0.02000 L Mdil = Mconc x Vconc Vdil Mdil = 17.47 M x 0.02000 L = 1.398

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0.2500 L 314. El glicérol, C3H8O3, es una sustancia muy utilizada en la fabricación de cosméticos, alimentos, anticongelante y plásticos. El glicérol es un líquido soluble en agua con una densidad de 1.2656 g/mL a 15°C. Calcule la molaridad de una disolución de glicérol que se prepara disolviendo 50.000 mL de glicérol a 15°C en suficiente agua para obtener 250.00 mL de disolución. M(s) = d x Vconc M(s) = 1.2656 g/ml x 50.000 ml = 63.280 g de C3H8O3 X 1mol de C3H8O3 = 92.095 g de C3H8O3 = 0.68712 moles de C3H8O3 50.000 ml x 1 L = 0.050000 L 1000 ml 250.00 ml x 1 L = 0.25000 L 1000 ml Mconc = # de moles Vconc Mconc = 0.68712 mol = 13.742 0.050000 L Mdil = Mconc x Vconc Vdil Mdil = 13.742 M x 0.050000 L = 2.7485 0.25000 L

ESTEQUIOMETRÍA DE SOLUCIONES; TITULACIONES 315. ¿Qué masa de NaCl se requiere para precipitar todos los iones plata de 20.0 mL de una disolución 0.100 M de AgNO3? NaCl(ac) + AgNO3(ac)

AgCl(s) + NaNO3(ac)

20.0 ml x 1 L = 0.0200 L 1000 ml # de moles = M x V(L) # de moles = 0.100 M x 0.0200 L = 0.00200 moles de NaCl 0.00200 moles de NaCl x 58.4 g de NaCl = 0.117 g de NaCl 1 mol de NaCl 316. ¿Qué masa de NaOH se requiere para precipitar todos los iones Fe2+ de 25.0 mL de una disolución 0.500 M de Fe(NO3)2 ? 2NaOH(ac) + Fe(NO3)2(ac) 2Fe(OH)2(s) + NaNO3(ac) 25.0 ml x 1 L = 0.0250 L 1000 ml # de moles = M x V(L)

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# de moles = 0.500 mol/L x 0.0250 L = 0.0125 moles de Fe(NO3)2 0.0125 moles de Fe(NO3)2 x 2 mol de NaOH x 39.9 g de NaOH = 1 mol de Fe(NO3)2 x 1 mol de NaOH = 0.999 g de NaOH 317. (a) ¿Qué volumen de disolución 0.115 M de HClO4 se re quiere para neutralizar 50.00 mL de NaOH 0.0875 M? HClO4(ac) + NaOH(ac) NaClO4(ac) + H2O(l) 50.00 ml x 1L = 0.05000 L 1000 ml # de moles = M x V(L) # de moles = 0.0875 mol/L x 0.05000 L = 0.004375 moles de NaOH 0.004375 moles de NaOH X 1 mol de HClO4 = 0.004375 moles de HClO4 1 mol de NaOH V(L) = # de moles M V(L) = 0.004375 mol = 0.03804 L x 1000 ml = 38.04 ml de HClO4 0.115 mol/L 1L (b) ¿Qué volumen de HCl 0.128 M se requiere para neutralizar 2.87 g de Mg(OH)2? 2HCl(ac) + Mg(OH)2(s) MgCl2(ac) + 2H2O(l) 2.87 g de Mg(OH)2 x 1 mol de Mg(OH)2 x 2 moles de HCl = 0.0985 moles de HCl 58.3 g de Mg(OH)2 1 mol de Mg(OH)2 V(L) = # de moles M V(L) = 0.0985 mol = 0.769 L x 1000 ml = 769 ml de HCl 0.128 mol/L 1L (c) Si se necesita 25.8 mL de AgNO3 para precipitar todos los iones Cl - de una muestra de 785 mg de KCl (por formación de AgCl), ¿qué molaridad tiene la disolución de AgNO3? AgNO3(ac) + KCl(ac)

KNO3(ac) + AgCl(s)

785 mg de KCl x 1g de KCl x 1 mol de KCl x 1 mol de AgNO3 = 1000 mg de KCl x 74.6 g de KCl x 1 mol de KCl = 0.0105 moles de AgNO3 25.8 ml x 1 L = 0.0258 L 1000 ml

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M = # de moles V(L) M = 0.0105 mol = 0.408 M en el AgNO3 0.0258 L (d) Si se requieren 45.3 mL de una disolución 0.108 M de HCl para neutralizar una disolución de KOH, ¿cuántos gramos de KOH deben estar presente; en la disolución? HCl(ac) + KOH(ac)

KCl(ac) + H2O(l)

45.3 ml x 1 L = 0.0453 L 1000 ml # de moles = M x V(L) # de moles = 0.108 mol/L x 0.0453 L = 0.00489 moles de HCl 0.00489 moles de HCl x 1 mol de KOH x 56.1 g de KOH = 0.275 g de KOH 1 mol de HCl x 1 mol de KOH 318. (a) ¿Cuántos mililitros de HCl 0.120 M se necesitan para neutralizar totalmente 50.0 mL de una disolución 0.101 M de Ba(OH)2 ? 2HCl(ac) + Ba(OH)2(ac)

BaCl2(ac) + 2H2O(l)

50.0 ml x 1L = 0.0500 L 1000 ml # de moles = M x V(L) # de moles = 0.101 mol/L x 0.0500 L = 0.00505 moles de Ba(OH)2 0.00505 moles de Ba(OH)2 x 2 mol de HCl 1 mol de Ba(OH)2

= 0.0101 moles de HCl

V(L) = # de moles M V(L) = 0.0101 mol = 0.0842 L x 1000 ml = 84.2 ml de HCl 0.120 mol/L 1L (b) ¿Cuántos mililitros de H2SO4 0.125 M se requieren para neutralizar 0.200 g de NaOH? H2SO4(ac) + 2NaOH(s)

Na2SO4(ac) + 2H2O(l)

0.200 g de NaOH x 1 mol de NaOH x 1 moles de H2SO4 = 39.9 g de NaOH x 2 mol de NaOH = 0.00251 moles de H2SO4 V(L) = # de moles

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M V(L) = 0.00251 mol = 0.0201 L x 1000 ml = 20.1 ml de H2SO4 0.125 mol/L 1L (c) Si se necesitan 55.8 mL de una disolución de BaCl 2 para precipitar todo el ion sulfato de una muestra de 752 mg de Na2SO4, ¿qué molaridad tiene la disolución? BaCl2(ac) + Na2SO4(ac)

2NaCl(ac) + BaSO4(s)

752 mg de Na2SO4 x 1g de Na2SO4 x 1 mol de Na2SO4 x 1 mol de BaCl2 = 1000 mg de Na2SO4 x 142 g de Na2SO4 1 mol de Na2SO4 = 0.00529 moles de AgNO3 55.8 ml x 1 L = 0.0558 L 1000 ml M = # de moles V(L) M = 0.00529 mol = 0.0949 M en el BaCl2 0.0558 L (d) Si se requieren 42.7 mL de una disolución 0.208 M de HCl para neutralizar una disolución de Ca(OH)2, ¿cuántos gramos de Ca(OH)2 hay en la disolución? 2HCl(ac) + Ca(OH)2(ac) 42.7 ml x

CaCl2(ac) + 2H2O(l)

1 L = 0.0427 L 1000 ml

# de moles = M x V(L) # de moles = 0.208 mol/L x 0.0427 L = 0.00888 moles de HCl 0.00888 moles de HCl x 1 mol de Ca(OH)2 x 74.1 g de Ca(OH)2 = 2 moles de HCl x 1 mol de Ca(OH)2 = 0.329 g de Ca(OH)2 319. Se derrama un poco de ácido sulfúrico en una mesa de laboratorio. El ácido puede neutralizarse espolvoreando sobre él bicarbonato de sodio y absorbiendo con un trapo la disolución resultante. El bicarbonato de sodio reacciona con el ácido sulfúrico como sigue; 2NaHCO3(s) + H2SO4(ac)

Na2SO4(a) + 2H2O(l) + 2CO2(g)

Se agrega bicarbonato de sodio hasta que cesa la efervescencia causada por la formación de CO2 (g). Si se derramó 27.0 mL de H2SO4 6.0 M, ¿qué masa mínima de NaHCO3 debe agregarse al derrame para neutralizar el ácido? 27.0 ml x 1 L = 0.0270 L 1000 ml

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# de moles = M x V(L) # de moles = 6.0 mol /L x 0.0270 L = 0.162 moles de H2SO4 0.162 moles de H2SO4 x 2 moles de NaHCO3 x 83.9 g de NaHCO3 = 1 mol de H2SO4 x 1 mol de NaHCO3 = 27.2 g de NaHCO3 320. El olor característico del vinagre se debe al ácido acético, HC2H3O2. Este ácido reacciona con hidróxido de sodio como sigue: HC2H3O2(ac) + NaOH(ac)

H2O(l) + NaC2H3O2(ac)

Si 2.50 mL de vinagre requieren 35.5 mL de NaOH 0.102 M para alcanzar el punto de equivalencia en una titulación ¿cuántos gramos de ácido acético hay en una muestra de 1.00 ct (un cuarto de galón) de este vinagre? 35.5 ml x 1 L = 0.0355 L 1000 ml 2.50 ml x 1L = 0.00250 L 1000 ml # de moles = M x V(L) # de moles = 0.102 mol /L x 0.0355 L = 0.00362 moles de NaOH 0.00362 moles de NaOH x 1 moles de HC2H3O2 x 60.0 g de HC2H3O2 = 1 mol de NaOH x 1 mol de HC2H3O2 = 0.217 g de HC2H3O2 1.00 ct x 1L = 0.946 L x 0.00250 L = 0.0666 L 1.057 ct 0.0355 L # de moles = M x V(L) # de moles = 0.102 mol /L x 0.0666 L = 0.00679 moles de NaOH 0.00679 moles de NaOH x 1 moles de HC2H3O2 x 60.0 g de HC2H3O2 = 1 mol de NaOH x 1 mol de HC2H3O2 = 0.408 g de HC2H3O2 321. Una muestra de Ca(OH)2 sólido se agita en agua a 30 ºC hasta que la disolución contiene tanto Ca(OH)2 disuelto como puede retener. Se extrae una muestra de 100 mL de esta disolución y se titula con HBr 5.00 x 10-2 M. Se requiere 48.8 mL de la disolución de ácido para la neutralización. ¿Qué molaridad tiene la disolución de Ca(OH)2? Ca(OH)2(ac) + 2HBr(ac) CaBr2(ac) + 2H2O(l) 100 ml x 1 L = 0.100 L 1000 ml 48.8 ml x 1 L = 0.0488 L 1000 ml # de moles = M x V(L) # de moles = 5.00 X 10 -2 mol/L x 0.0488 L = 0.00244 moles de HBr

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0.00244 moles de HBr x 1 mol de Ca(OH)2 = 0.00122 moles de Ca(OH)2 2 moles de HBr M = # de moles V(L) M = 0.00122 mol = 0.0122 M en el Ca(OH) 2 0.100 L 322. Calcule la solubilidad del Ca(OH)2 en agua a 30°C, en gramos de Ca(OH)2 por 100 mL de disolución. 0.00122 mol de Ca(OH)2 x 74.1 g de Ca(OH)2 = 1 mol de Ca(OH)2 = 0.904 g por cada 100 ml de disolución 323. En el laboratorio, se disuelve 7.52 g de Sr(NO3)2 en suficiente agua para formar 0.750 L. Se extrae una muestra de0.100 L de esta disolución stock y se titula con una disolución 0.0425 M de Na2CrO4 . ¿Qué volumen de disolución de Na2CrO4 se necesita para precipitar todo el Sr2+(ac) como SrCrO4 ? Sr(NO3)2(ac) + Na2CrO4(ac) 2NaNO3(ac) + SrCrO4(s) 7.52 g de Sr(NO3)2 x 1mol de Sr(NO3)2 211.6 g de Sr(NO3)2

= 0.0355 moles de Sr(NO3)2

0.0355 moles de Sr(NO3)2 x 1 mol de Na2CrO4 = 0.0355 moles de Na2CrO4 1 mol de Sr(NO3)2 V(L) = # de moles M V(L) = 0.0355 mol = 0.836 L de Na2CrO4 0.0425 mol/L 324. Se mezcla 100.0 mL de una disolución 0.200 M de KOH con 200.0 mL de una disolución 0.150 M de NiSO4. (a) Escriba la ecuación química balanceada para la reacción que ocurre, 2KOH(ac) + NiSO4(ac)

Ni(OH)2(s) + K2SO4(ac)

(b) ¿Qué precipitado se forma? El precipitado que se forma es el Ni(OH)2 (c) ¿Cuál es el reactivo limitante? 100.0 ml x 1L = 0.100 L 1000 ml # de moles = M x V(L) # de moles = 0.200 mol/L x 0.100 L = 0.0200 moles de KOH 0.0200 moles de KOH x 1 mol de NiSO4 = 0.0100 moles de NiSO4

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2 moles de KOH 0.0100 moles de NiSO4 x 2 moles de KOH = 0.0200 moles de KOH 1 mol de NiSO4 El compuesto limitante es el KOH (d) ¿Cuántos gramos de precipitado se forman? 0.0200 moles de KOH x 1 mol de Ni(OH)2 x 92.7 g de Ni(OH)2 = 2 moles de KOH x 1 mol de Ni(OH)2 = 0.927 g de Ni(OH)2 (e) ¿Qué concentración tiene cada uno de los iones que permanecen en disolución? Mdil = Mconc x Vconc Vdil Mdil = 0.200 M x 0.100 L = 0.0667 M 0.300 L 0.0667 M en el Ni2+ 0.0667 M en el K+ Mconc = Mdil x Vdil Vconc Mconc = 0.00667 M x 0.3 L = 0.200 M en el KOH x 1 mol de NiSO4 = m 0.100 L 2 moles de KOH = 0.100 M en el NiSO4 0.100 M en el SO42325. Se prepara una disolución mezclando 12.0 g de NaOH y 75.0 mL de HNO3 0.200 M (a) Escriba una ecuación balanceada para la reacción que se da entre los solutos, NaOH(ac) + HNO3(ac)

NaNO3(ac) + H2O(l)

(b) Calculen la concentración-de cada-uno de los iones que permanecen en disolución. 12.0 g de NaOH x 1 mol de NaOH = 0.301 moles de NaOH 39.9 g de NaOH # de moles = M x V(L) # de moles = 0.200 mol/L x 0.0750 L = 0.015 mole de HNO3 0.301 moles de NaOH x 1 mol de HNO3 = 0.301 moles de HNO3 1 mol de NaOH 0.015 moles de HNO3 x 1 mol de NaOH = 0.015 moles de NaOH 1 mol de HNO3 M = 3 de moles V(L) M = 0.015 mol = 0.200 M en el HNO3 0.0750 L

- 125 -

0.200 M en el Na+ 0.200 M en el NO3(c) ¿La disolución final es ¿ácida o básica? Es ácida 326. Una muestra de 0.5895 g de hidróxido de magnesio impuro se disolvió en 100.0 mL de disolución 0.2050 M de HCl. Después, se requirió 19.85 mL de NaOH 0.1020 M para neutralizar el exceso de ácido. Calcule el porcentaje en masa de hidróxido de magnesio en la muestra, suponiendo que es la única sustancia que reacciona con la disolución de HCl. Mg(OH)2(s) + 2HCl(ac)

MgCl2(ac) + 2H2O(l)

19.85 ml x 1L = 0.01985 L 1000 ml 100.0 ml x 1L = 0.1000 L 1000 ml # de moles = M x V(L) # de moles = 0.1020 mol/L x 0.01985 L = 0.0020247 moles de NaOH # de moles = M x V(L) # de moles = 0.2050 mol/L x 0.1000 L = 0.0205 moles de HCl # de moles en disolución = 0.02050 moles de HCl – 0.0020247 moles de NaOH = 0.01848 moles de HCl 0.01848 moles de HCl x 1 mol de Mg(OH)2 x 58.3 g de Mg(OH)2 = 2 moles de HCl x 1 mol de Mg(OH)2 = 0.5386 gramos de Mg(OH)2 %Mg(OH)2 = 0.5386 g de Mg(OH)2 x 100% = 91.40% de Mg(OH)2 0.5895 g de Mg(OH)2 327. Una muestra de 1.452 g de piedra caliza se pulveriza y luego se trata con 25.00 ml. de una disolución 1.035 M de HCl. Después, se requirió 15.25 mL de NaOH 0.1010 M para neutralizar el exceso de ácido. Calcule el porcentaje en masa de carbonato de calcio en la piedra, suponiendo que es la única sustancia que reacciona con la disolución de HCl. CaCO3(s) + 2HCl(ac)

H2CO3(ac) + CaCl2(l)

25.00 ml x 1L = 0.02500 L 1000 ml 15.25 ml x 1L = 0.01525 L 1000 ml # de moles = M x V(L) # de moles = 1.035 mol/L x 0.02500 L = 0.025875 moles de HCl

- 126 -

# de moles = M x V(L) # de moles = 0.1010 mol/L x 0.01525 L = 0.00154025 moles de NaOH # de moles en disolución = 0.025875 moles de HCl – 0.00154025 moles de NaOH = 0.02434 moles de HCl 0.02434 moles de HCl x 1 mol de CaCO3 x 100.1 g de CaCO3 = 2 moles de HCl x 1 mol de CaCO3 = 1.218 gramos de CaCO3 %CaCO3 = 1.218 g de CaCO3 x 100% = 83.88 % de CaCO3 1.452 g de CaCO3 328.

La foto muestra la reacción entre una disolución de Cd(NO3)2 una de Na2S. Determine la identidad del precipitado. ¿Qué iones permanecen en disolución? Escriba la ecuación iónica neta de la reacción.

Cd(NO3)2(ac) + Na2S(ac)

2NaNO3(ac) + CdS(s)

El precipitado que se forma es el CdS (sulfuro de cadmio) Los iones Na+ y NO3- son iones espectadores por lo tanto permanecen en disolución junto con cualquier exceso de reactantes Cd(NO3)2(ac) + Na2S(ac)

2NaNO3(ac) + CdS(s)

Cd2+(ac) + 2NO3-(ac) + 2Na+(ac) + S2-(ac) Cd2+(ac) + S2-(ac)

2Na+(ac) + 2NO3(ac) + CdS(s)

CdS(s)

329. Suponga que tiene una disolución que podría contener cualquiera de los cationes siguientes, o todos: Ni 2+, Ag+, Sr2+ y Mn2+. La adición de HCl hace que se forme un precipitado. Después de separar el precipitado por filtración, se agrega disolución de H2SO4 al filtrado y se forma otro precipitado. Éste se separa por filtración y se agrega una disolución de NaOH al filtrado. No se observa precipitado. ¿Cuáles iones están presentes en cada uno de los precipitados? ¿Cuál de los cuatro iones mencionados no podría haber estado en la disolución original? Solución: HCl(ac) + Sr(s)

SrCl2(s) + H2(g)

- 127 -

SrCl2(s) + H2SO4(ac)

SrSO4(s) + HCl(ac)

SrSO4(s) + NaOH(ac)

Na2SO4(ac) + Sr(OH)2(ac)

Los iones en cada uno de los precipitados son Sr2+, Cl- en el primero, Sr2+, SO42- en el segundo El ión que no podría haber estado en la disolución original es el Ag+ ya que con este ión no puede haber reacción. 330. Suponga que decide investigar algunas reglas de solubilidad para dos iones que no aparecen en la tabla 4.1, el ion cromato (CrO4)2- y el ion oxalato (C2O4)2-. Para ello, cuenta con disoluciones (A, B, C, D) de cuatro sales solubles en agua: Respuesta A B C D

Soluto Na2CrO4 (NH4)2C2 O4 AgNO3 CaCl2

Color de la disolución Amarillo Incolora Incolora Incolora

Cuando se mezclan estas disoluciones, se hacen las siguientes observaciones: N°. de experim. 1 2 3 4 5 6

Disoluciones mezcladas A+B A+C A+D B+C B+D C+D

Resultados No hay precipitado, disol. amarilla Se forma precipitado rojo No hay precipitado, disol. amarilla Sé forma precipitado blanco Se forma precipitado blanco Se forma precipitado blanco

(a) Escriba una ecuación iónica neta para cada una de Las-reacciones que ocurren en los experimentos, (b) Identifique el precipitado que se forma, en su caso, en cada uno de los experimentos, (c) Con base en estas observaciones-limitadas, ¿qué ion tiende a formar sales más solubles, cromato u oxalato? 331. Es común el uso de antiácidos par aliviar el dolor y promover la curación en el tratamiento de úlceras leves. Escriba ecuaciones iónicas netas balanceadas para las reacciones entre el HCl (ac) del estómago y cada una de las siguientes sustancias empleadas en diversos antiácidos: (a) Al(OH) 3(s); (b) Mg(OH)2(s); (c) MgCO3 (s); (d) NaAl(CO3)(OH)2(s); (e) CaCO3(s). Solución: a) 3H Cl (ac ) Al 3 (OH )3 ( s) 3H (ac ) 3Cl (ac ) 3H (ac )

3H 2O(l )

Al 3 (OH ) 3( s)

Al 3 (OH ) 3 ( s)

3H 2O(l )

Al 3 Cl3 (ac )

3H 2O(l ) Al 3 (ac )

- 128 -

Al 3 (ac ) 3Cl (ac )

b) 2 H Cl (ac ) Mg 2 (OH ) 2 ( s)

2 H 2O(l ) Mg 2 Cl 2 (ac )

2 H (ac ) 2Cl (ac ) Mg 2 (OH ) 2 ( s) 2 H (ac ) Mg 2 (OH ) 2 ( s)

2 H 2O(l ) Mg 2 (ac ) 2Cl (ac )

2 H 2O(l ) Mg 2 (ac )

c) 2 H Cl (ac ) Mg 2 (CO3 ) 2 ( s)

H 2 (CO3 ) 2 (ac ) Mg 2 Cl 2 (ac )

2 H (ac ) 2Cl (ac ) Mg 2 (CO3 ) 2 ( s) Mg 2 (CO3 ) 2 ( s)

2 H (ac ) (CO3 ) 2 (ac ) Mg 2 (ac ) 2Cl (ac )

Mg 2 (ac ) (CO3 ) 2 (ac )

d) H Cl (ac ) Na Al 3 (CO3 ) 2 (OH ) 2 ( s) e) 2 H Cl (ac ) Ca 2 (CO3 ) 2 ( s) H 2 (CO3 ) 2 (ac ) Ca 2 Cl 2 (ac ) 2 H (ac ) 2Cl (ac ) Ca 2 (CO3 ) 2 ( s) Ca 2 (CO3 ) 2 ( s)

2 H (ac ) (CO3 ) 2 (ac ) Ca 2 (ac ) 2Cl (ac )

Ca 2 (ac ) (CO3 ) 2 (ac )

332. La producción comercial del ácido nítrico implica las reacciones químicas siguientes: → 4NO(g) + 6H2O(g) 2NO2(g) → 2HNO3(ac) + NO(g)

4NH3(g) + 502(g) 2NO + O2(g) → 3NO + H2O(l)

(a) ¿Cuáles de estas reacciones son reacciones redox? (b) En cada reacción redox, identifique el elemento que se oxida y el elemento que se reduce. Solución: 3- +

o

2+ 2-

4 NH3 (g) + 5 O2 (g)

+ 2-

4 NO(g) +6H2O(g) Reducción

Oxidación

3+ 2-

o

4+ 2-

2 NO (g) + O2 (g)

2 NO2 (g) Reducción

Oxidación

4+ 2-

+

2-

+ 5+ 2-

3 NO2 (g) + H2O (l)

2+ 2-

2 HNO3(ac) + NO(g) Reducción Oxidación

333.

Utilice la tabla 4-5 para predecir cuáles de los iones siguientes se pueden reducir a su forma metálica mediante una reacción con zinc: (a) Na+(ac); (b) Pb2+(ac); (c) Mg2+(ac); (d) Fe2+(ac); (e) Cu2+(ac); (f) Al3+(ac). Escriba la ecuación neta balanceada para cada reacción que ocurra. Solución: a)No hay reacción. b) Pb 2 8ac ) Zn 0 ( s)

Pb ( s)

Zn 2 (ac )

- 129 -

334.

c)No hay reacción d) Fe 2 (ac ) Zn 0 ( s) Fe 0 ( s) Zn 2 (ac ) e) Cu 2 (ac ) Zn 0 ( s) Cu 0 ( s) Zn 2 (ac ) f)No hay reacción El ácido tantárico, H2C4O6 tiene dos hidrógenos ácidos. Este ácido suele estar presente en vinos y se precipita de la disolución conforme el vino envejece. Una disolución que contiene una concentración desconocida del ácido se titula con NaOH. Se requieren 22.62 mL de disolución 0.2000 M de NaOH para titular ambos protones ácidos en 40.00 mL de la disolución de ácido tartárico. Escriba una ecuación iónica neta balanceada para la reacción de neutralización y calcule la molaridad de la disolución de ácido tartárico. Solución: H 6C4O6 6H

2 Na (OH )

Na 2 ( H 4C4O6 )

4C 6O 2 Na 2(OH ) 2H

4C

Na 2 ( H 4C4O6 )

4O 2 Na 2(OH )

2 Na 4 H

2 H 2O

4C O6

4H

2O

Na 2 ( H 4C4O6 )

Na 2 ( H 4C4O6 )

H 6C4O6 2 Na (OH ) Na 2 ( H 4C4O6 ) 2 H 2O 2(39.99)s / mol 194.048 g / mol 20.031 150.01 1mol 2mol 1mol 2mol N ..mol M v(l )

N°. mol = M u .l N°. mol = 0.200 0.02262l N°. mol = 4.524 10 3 Na (OH ) 4.524 10 3 Na (OH )

1molC 6 H 4O6 2molNa (OH ) M

M

335.

2.262 10 3 molC 6 H 4O6

N ..mol v(l )

2.262 10 3 molC 6 H 4O6 0.04lC 6 H 4O6

0.052 MC 6 H 4O6

La concentración de peróxido de hidrógeno en una disolución se determina titulando una muestra de 10.0 mL de la disolución con ión permanganato. 2MnO4 (ac ) 5H 2O2 (ac ) 6 H (ac )

2Mn 2 (ac ) 5O2 ( g ) 8H 2O(l )

Si se requieren 13.5 mL de disolución 0.109 M de MnO4- para llegar al punto de equivalencia. ¿Qué molaridad tiene la disolución d peróxido de hidrógeno? Solución: 2( PbO 4 ) (ac ) 5H 2O2 (ac ) 6 H (ac ) 2 Pbn (ac ) 5O2 ( g ) 8H 2O(l ) 2mol 5mol 6mol 2mol 5mol 8mol 2(54.938) 5(32) 8(18) 2(118.934) 5(34.012) 6(1) N ..mol M v(l )

N°. mol = M u .l N°. mol = 0.109 0.0135l

- 130 -

N°. mol = 1.472 10 3 mol ( MnO4 ) M

M

336.

5molH 2O2 3.68 10 3 molH 2O2 2mol ( MnO4 ) N .mol v(l )

3.68 10 3 molH 2O2 0.01l

0.3684

Una muestra sólida de Zn(OH)2 se agrega a 0.400 L de una disolución 0.500 m de HBr. La disolución que queda todavía es ácida, y a continuación se titula con una disolución 0.500 m de NaOH. Se alcanza el punto de equivalencia después de agregarse 98.5 mL de la disolución de NaOH. ¿Qué masa de Zn(OH)2 se agregó a la disolución de HBr? Solución: Zn(OH ) 2 2HBr ZnBr2 H 2 O m( g ) M PM u (l ) m( g ) 0.500 161.824 g / mol 0.400 L m( g ) 32.36 HBr 99.404 gZn(OH ) 2 32.36 gHBr 19.88 gZn(OH ) 2 161.824 gHBr

337.

Calcule el número de iones de sodio que hay en 1.00 mL de una disolución 0.0100 M de fosfato de sodio. Solución: v = 1.00 ml M = 0.010014Na+3(PO4)20.0100

molNa 2 ( PO 4 ) 3 L

1 10 5 molNa 3 ( PO 4 )

0.001L 1 10 5 mol 6.02 10 23 moles 1mol

3átomosNa 1moléculaNa 3 ( PO 4 )

1.81 1019 átomosNa

338.

(a) En una titulación, se requiere 15.0 mL de hidróxido de sodio 0.1008 M para neutralizar una muestra de 0.2053 g de un ácido orgánico. Calcule la masa molar del ácido si éste es monoprótico. (b) Un análisis elemental de la sustancia indica que contiene 5.89% de H, 70.6% de C y 23.5% en masa de O. Determine su fórmula molecular. Solución: a) V = 15.0 ml Na(OH) M = 0.1008 Na(OH) m(g) = 0.2053g Acido.

15.0ml

m( g ) Na(OH ) M .PM .v(l ) m( g ) Na(OH ) 0.1008 39.996 0.015l m( g ) Na (OH ) 0.0605 0.2053 gÄcido 0.0605 gNa (OH ) 3.104 10 39.996 Na (OH )

b) 5.89% H 70.6% C

- 131 -

1.l 1000 ml

4

0.015.l

g / mol.ácido

23.5% O Elemento

M(g)

No. moles

% mol

Redondeo

Fórmula

H C

5.89 70.6

5.85 5.88

3.98 4

4 4

H4C4O

O

23.5

1.47

1

1

FM

n(Fe)

FM Fe 135 .8 g / mol n 68.075 g / mol n 2 n

339.

2( H 4C4O)

FM

H 8C8O2

Una muestra d 6.977 g de una mezcla se analizó en busca de ion bario. Para ello, se agregó ácido sulfúrico en exceso a una disolución acuosa de la muestra. La reacción resultante produjo un precipitado de sulfato de bario, que se recuperó por filtración, se lavó, secó y pesó. Si se obtuvo 0.4123 g de sulfato de bario, determine el porcentaje en masa de bario en la muestra. Solución: Ba

%Ba

340.

FM

H 2 SO4

Ba 2 ( SO4 ) 2

H2

(1)(137.327 ) 100% 19.7%Ba 6.9779

Un camión tanque que llevaba 5.0 x 103 Kg de disolución concentrada de ácido sulfúrico se vuelca y derrama la carga. Si el ácido sulfúrico tiene 95.0% en masa de H2SO4 y tiene una densidad de 1.84 g/mL, ¿cuántos kilogramos de carbonato de sodio se requerirá para neutralizarlo? Solución: 5.0 10 3 KgH 2 SO4 m 95 gH 2 SO4 d 1.84 g / ml 0.106 KgNa 2 (CO3 ) 5.0 10 3 KgH 2 SO4 0.095 KgH 2 SO4 dis

341.

5.6 10 3 Kg

Se añade una muestra d 5.53 g de Mg(OH)2 a 25.0 mL de HNO3 0.200 M. (a) Escriba la ecuación química de la reacción que se produce.(b) ¿Cuál es el reactivo imitante en la reacción? (c) ¿Cuántos moles de Mg(OH)2, HNO3 y Mg(NO3)2 están presentes al término de la reacción? Solución: a) 126g + 58.3g = 148.3g + 36g 2 HNO3 Mg (OH ) 2 Mg ( NO3 ) 2 2 H 2O 5.53 g 25ml 0.200M 0.63 g + 0.29g = 0.74g + 0.18g

- 132 -

b)

Reacción Limitante = HNO3 , Reactivo exceso=5.24gMg(OH)2

c)

5.53g Mg(OH)2 x 1mol Mg(OH)2 = 0.095 moles Mg(OH)2 58.3 gMg(OH)2 0.63gHNO3 x 1mol HNO3 = 0.01 moles HNO3 63gHNO3 0.01 moles HNO3 x 1 mol Mg(NO3)2 = 0.005 moles Mg(NO3)2 2moles HNO3

CAPITULO VI ESTRUCTRA ELECTRONICA DE LOS ATOMOS 342. Especifique las unidades SI básicas para a) la longitud de onda de la luz, b) la frecuencia de la luz; c) la velocidad de la luz. Solución: a) m b) s-1 o Hertz c) m/s 343. Qué relación hay entre la longitud de onda y la frecuencia de la energía radiante. b) El ozono de la alta atmósfera absorbe energía en el intervalo de 210 a 300 nm del espectro electromagnético. ¿En qué región del espectro está esta radiación? Solución: a) La relación es de proporcionalidad inversa, ya que a menor longitud de onda, mayor energía y viceversa (λ=c/ν). b) Se halla en la región del UV. 344. Ordene los siguientes tipos de radiación electromagnética de menor a mayor longitud de onda: IR, Luz verde, luz roja, ondas de radio, rayos X, UV. Solución: Rayos X, UV, luz verde, luz roja, IR, ondas de radio 345. Los átomos de mercurio excitados emiten luz intensa con una longitud de onda de 436 nm. ¿Qué frecuencia tiene esta radiación? Empleando la fig. 6.4, prediga el color asociado a esta longitud de onda. Solución: λ=c/ν 8 ν=(c/ λ)= (3x10 m/s) x 109nm = 3.8x1014 Hz 436 nm 1m El color asociado es el rojo. 346. Un tipo de quemadura por el sol se debe a la exposición a la luz UV con longitud de onda cercana a 325 nm. ¿Qué energía tiene un fotón asociado a esta longitud de onda? Solución: E= (h.c) λ -34 8 E= (6.63x10 J.s x 3x10 m/s) x 109nm = 6,12x10-19J 325 nm 1m 347. En la descripción de la mecánica cuántica del átomo de hidrógeno, qué significado físico tiene el cuadrado de la función de onda ψ2? b) Qué significado tiene la expresión densidad electrónica? Y c) Qué es un orbital?

- 133 -

Solución: a) ψ2 es el cuadrado de le densidad de probabilidad de encontrar al electrón en una determinada región espacial en torno al núcleo. b) Densidad electrónica es un mapa de la probabilidad de encontrar al electrón en todos los puntos del espacio. c) Orbital, es la región de mayor probabilidad de encontrar al electrón en torno al núcleo del átomo. 348. a)Para n=4, qué valores puede tener l? b) Para l=2, que valores puede tener ml? Solución: a) Para n=4, los valores permitidos de (l= 0, 1, 2, 3) b) Para l=2, ml=(-2,-1,0,+1,+2) 349. Cite los valores numéricos de n y l que corresponden a cada una de las designaciones siguientes: a) 3p, b) 2s, c) 4f, d) 5d. Solución: a) n= 3, l= 1 b) n=2, l= 0 c) n= 4, l= 3 d) n= 5, l= 2 350. Cuántos valores puede tener l y ml cuando a) n=3, b) n=5. Solución: a) n=3, l=(0, 1, 2), ml=(0), (+1,0,-1), (+2,+1,0,-1,-2) b) n=5, l=(0,1,2,3,4), ml=(0), (+1,0,-1), (+2,+1,0,-1,-2), (+3,+2,+1,0,-1,-2,-3), (+4,+3,+2,+1,0,-1,-2,-3,-4) 351. Qué semejanzas y diferencias hay entre los orbitales 1s y 2s del átomo de hidrógeno. Solución: Semejanzas: Los dos orbitales son de forma esférica. Diferencias: corresponden a niveles de energía distintos. 352. Para el átomo de hidrógeno, ordene los orbitales siguientes de menor a mayor energía (es decir los más estables primero): 4f, 6s, 3d, 1s, 2p. Solución: En orden ascendente de energía: 1s, 2p, 3d, 6s, 4f. 353. Qué puede decir acerca de la distancia media entre el núcleo y un electrón que está en un orbital 2s, en comparación con la distancia media entre el núcleo y un electrón que está en un orbital 3s. Solución: El electrón que se halla situado en el orbital 3s, respecto al núcleo se halla más lejos que un electrón situado en el orbital 2s. 354. Con referencia a la figura 6.18, qué relación hay entre el número de nodos de un orbital s y el valor del número cuántico principal? Solución: El número de nodos es igual a (n-1) respecto al número cuántico principal. 355. Cuáles de las siguientes representan combinaciones imposibles de n y l: 1p, 4s, 5f, 2d. Solución: Las combinaciones imposible de n y l son: 1p y 2d. La s combinaciones permitidas de n y l son: 4s, 5f. 356. Cuáles de los siguientes son conjuntos permitidos de números cuánticos para un electrón en un átomo de hidrógeno: a) n=2, l=1, ml=1. b) n=1, l=2, ml=-1, c) n=4, l=2, ml=-2. d) n=3, l=3, ml=0. Solución: Son permitidas las opciones: a y c.

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Son imposibles las opciones: b y d, ya que jamás n es igual o mayor que l. 357. La distancia media entre el núcleo y un electrón 3s de un átomo del cloro es menor que la que hay entre el núcleo y un electrón 3p. Cuál orbital tiene mayor energía? Solución: El orbital que tiene mayor energía es el 3p, ya que l=1. El Orbital que tiene mayor energía es el 3p, ya que la energía aumenta al aumentar l, dentro de un mismo nivele de energía principal. 358. Cree que se necesite mas o menos energía para extraer un electrón 3s que un electrón 2p del átomo de cloro? Solución: Se necesitará más energía para extraer un electrón 3s que un 2p, ya que el nivel de energía principal en el que se halla es mayor. 359. a) Plantee el principio de exclusión de Pauli en sus propias palabras. b)El principio de exclusión de Pauli es, en un sentido importante, la clave para entender la tabla periódica. Explique por qué? Solución: a) El principio de exclusión de Pauli indica que ningún par de electrones correspondientes a un mismo orbital o subnivel puede tener sus cuatro números cuánticos iguales, al menos debe variar en el cuarto número cuántico ms. b) Se aplica este principio en la tabla periódica para explicar la diferencia entre los grupos de elementos, entre elementos pertenecientes a un mismo grupo, entre elementos correspondientes a distintos periodos y elementos que corresponden a un mismo período. 360. Indique el número máximo de electrones que pueden ocupar cada una de las subcapas siguientes: a) 3d, b) 4s, c) 2p y d)5f. Solución: a) 3d, máximo 10 eb) 4s, máximo 2 ec) 2p, máximo 6 ed) 5f, máximo 14 e361. a) Qué son electrones de capa externa, b)qué son electrones no apareados, c) cuántos electrones de capa externa tiene un átomo de Si, d) Cuántos no están apareados? Solución: a) Electrones de capa externa son los últimos electrones que ingresan a un elemento químico, si es del grupo A, serán s o p; pero si es del grupo B, serán de transición d y si son actínidos o lantánidos, serán de transición f. b) Electrones no apareados, son los que se encuentras solos en un orbital y también se los denomina degenerados. c) El Si tiene la configuración (Ne)3s23p2 d) No están apareados 2 orbitales 3p y vació un orbital 3p. 362. Escriba las configuraciones electrónicas abreviadas de los siguientes átomos, utilizando los centros de gas noble apropiados: a) Cs, b)Ca, c) Ne, d)Cl y e)Fe. Solución: a) Cs= (Xe)ns1 b) Ca= (Ar)ns2 c) Ne= (He)ns2np6 d) Cl= (Ne)ns2np5 e) Fe= (Ar)3d64s2

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363. Identifique el grupo de elementos al que corresponde cada una de las configuraciones electrónicas generalizadas siguientes: a) gas noble ns2np5, b) gas noble ns2(n-1)d2, c)gas noble ns2(n-1)d10np1. Solución: a) Halógenos b) Grupo IIIB c) Grupo IIB 364. Cuál número cuántico determina a) la forma de un orbital, b)la energía de un orbital, c)las propiedades de espín de un electrón d)la orientación espacial del orbital? Solución: a) La forma geométrica del orbital está definida por el segundo número cuántico “l”, también llamado azimutal. b) La Energía de un orbital define el número cuántico principal “n”. c) Las propiedades del espín lo define el cuarto número cuántico “ms” d) La orientación espacial del orbital lo define el tercer número cuántico llamado “ml” 365. Los números mágicos de la tabla periódica son los números atómicos de los elementos muy estables (gases nobles): 2, 8, 18, 36, 54, 86. En términos de valores permitidos para los orbitales y números cuánticos de espín, explique por qué estas disposiciones electrónicas confieren una estabilidad especial. Solución: Estos números llamados mágicos, confieren estabilidad porque los elementos llamados gases nobles a los que les corresponde, tienen sus orbitales completos de electrones, razón por la cual no reaccionan fácilmente para formar compuestos químicos.

CAPITULO VII PROPIEDADES PERIODICAS DE LOS ELEMENTOS 366. Como cambian los tamaños de los átomos conforme nos movemos: a) de izquierda a derecha en una fila de la tabla periódica, b) de arriba hacia abajo en una fila de la tabla periódica, c) ordene los átomos siguientes de menor a mayor radio atómico: Sb, He, Ca, Al. Solución: a) Al movernos de izquierda a derecha dentro de una fila, el tamaño de los átomos disminuye, debido al incremento del número de cargas positivas en el núcleo del átomo. b) De arriba hacia abajo dentro de una columna de la tabla, vemos que el tamaño de los átomos aumenta, porque crece el nivel de energía principal. c) He, Al, Ca y Sb. 367. a) Por qué los cationes monoatómicos son más pequeños que los átomos neutros correspondientes? b) Por qué todos los aniones monoatómicos son más grandes que los átomos neutros correspondientes? c) Por qué aumenta el tamaño de los iones al bajar por una columna de la tabla periódica? Solución: a) Los átomos neutros son más grandes que los átomos neutros, porque hay déficit de electrones en los cationes y esto hace que el núcleo positivo comprima la nube de electrones restantes.

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b) Los aniones monoatómicos son más grandes que los átomos neutros, ya que los electrones del ión se añaden a orbitales externos, razón por la cual, la nube de electrones se expande y aparece más grande c) El tamaño aumenta al bajar por una columna, porque se incrementa el número cuántico principal y crece el radio del átomo. 368. Explique cada una de estas afirmaciones: a) El Cl- es más grande que el Cl, b) El S2- es más grande que el O2-, c) el K+ es más grande que el Ca2+. Solución: a) En el cloruro, hay 1 electrón más que en al cloro cero, por eso es más grande. b) El sulfuro es más grande que el O2-, porque tiene número atómico más grande el doble y está en un nivel energético más grande. c) El K+ es más grande que el Ca2+, porque el tamaño aumenta de derecha aizquierda dentro de una fila de la tabla. 369. a) Por qué las energías de ionización siempre son cantidades positivas, b) por qué el F tiene la primera energía de ionización más grande que el O, c) por qué la segunda energía de ionización de un átomo siempre es mayor que la primera energía de ionización? Solución: a) Porque es necesario proporcionar energía para arrancar un electrón de un átomo neutro. b) El F tiene la primera energía de ionización más grande que el O, ya que la energía crece de izquierda a derecha dentro de una misma fila de la tabla. c) Porque se requiere de mayor energía para arrancar un electrón de un átomo cargado que de uno neutro. 370. Con base en sus posiciones en la tabla periódica prediga cuál átomo de los pares siguientes tendrá la primera energía de ionización más grande: a) O, Ne. b) Mg, Sr. c) K, Cr. d)Br, Sb. Solución: a) El Ne. b) El Mg. c) El Cr. d) El Br. 371. Escriba la configuración electrónica de a) el ión Co2+, b) el ión In+, c) cuántos electrones no apareados contiene cada uno? Solución: a) (Ar)3d7 b) (Kr)4d105s2 c) El Co2+ contiene 1 electrón 3d no apareado y el In+ no tiene electrones desapareados. 372. La afinidad electrónica del Li es un valor negativo, en tanto que la del Be es un valor positivo. Explique esta observación utilizando configuraciones electrónicas. El Li tiene carácter metálico más fuerte que el Be, razón por la cual con mayor facilidad forma un ión Li+ más un electrón. 373. Para cada uno de los pares siguientes, cuál elemento tendrá mayor carácter metálico? a) Li o Be, b) Li o Na, c) Sn o P, c) Al o B. Solución: a) El Li. b) El Na c) El Sn d) El Al.

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374. a) Qué significan los términos óxido ácido y óxido básico? b) Cómo podemos predecir si un óxido va a ser ácido o básico, con base en su composición? Solución: a) Oxido básico significa que cuando reacciona con el agua forma una base o hidróxido, en tanto de óxido ácido significa que cuando reacciona con el agua formará un ácido oxácido. b) En base al elemento que acompaña al oxígeno se puede predecir: será ácido si se trata de un no metal y será básico si se trata de un metal de valencia fija o variable. 375. a) Por qué el Ca generalmente es más reactivo que el Mg, b) Por qué el Ca es menos reactivo que el K? Solución: a) Porque la reactividad química aumenta de arriba hacia abajo dentro de una misma fila o columna, en esta caso los 2 elemento pertenecen a la IIA. b) Porque la reactividad química y el carácter metálico se incrementa de derecha a izquierda dentro de una misma fila o período que en este caso es el cuarto. 376. Escriba una ecuación balanceada para la reacción que ocurre en cada uno de los siguientes casos: a) se quema K metálico en una atmósfera de Cl gaseoso, b)se agrega óxido de Sr a agua, c) una superficie limpia de Li metálico se expone a O gaseoso, d) Na metálico reacciona con S fundido. Solución: a) 2Ks + Cl2(g) = KCl (s) b) SrO(s) + H2O(l) = Sr(OH)2(ac) c) Li(s) + O2(g) = Li2O(s) d) Na(s) + S(l) = Na2S(s) 377. Explique en términos de configuraciones electrónicas por qué el hidrógeno exhibe propiedades similares tanto a las del Li como a las del F. Solución: El hidrógeno exhibe propiedades similares a las del Li, porque se encuentran en el mismo grupo IA y forman iones con carga 1+. Pero con el fluor también se parecen porque son no metales los dos. 378. a) Cuál esperaría usted que fuera mejor conductor de la electricidad, el Te o el I, b) que diferencia hay entre una molécula de S (en su forma más común y a temperatura ambiente) y una de O, c) Por qué el Cl es más reactivo que el Br? Solución: a) El In porque está más a la izquierda de la tabla periódica. b) El S tiene número atómico Z=16, en tanto que el O tiene Z=8, es decir que el S tiene el doble de protones que el O. Además en cuanto a reactividad química el O es superior al S, por eso forma compuestos con metales y no metales, incluso consigo mismo forma moléculas di y triatómicas. c) El Cl es más reactivo que el Br porque la reactividad química aumenta de arriba hacia abajo dentro de una misma columna. 379. Use diagramas de orbitales para ilustrar lo que sucede cuando un átomo de O gana 2 electrones. ¿Por qué es extremadamente difícil añadir un tercer electrón al átomo? Solución: a) La distribución electrónica del O= 1s2,2s2,2p4. b) La configuración electrónica del O2-= 1s2,2s2,2p6; por tanto adquiere configuración de gas noble, lo que le proporciona gran estabilidad, imposibilitando la adición de un solo electrón más a su configuración:

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380. Los radios atómicos covalentes del Ta y el Pb son 1.48A° y 1.47A° respectivamente. Utilizando estos valores y los de la figura 7.5 prediga el radio atómico covalente del elemento Bi. Explique su respuesta. Solución: Analizando la figura 7.5 nos damos cuenta que hay una disminución relativamente constante en el radio de los elementos de la fila anterior a la que pertenecen los elementos mencionados, es decir en la serie In, Sn, Sb. Deberíamos esperar por esta razón una disminución de aproximadamente 0.02A° al pasar del Pb al Bi, lo que da una estimación de 1.45A°. El valor de la tabla 7.5 es 1.46 A°, lo que demuestra que en el cálculo estimativo se cometió un ligero error.

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