Soluci�n Examen 1� Bachillerato by PZYmmN4h

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									Examen 1º Bachillerato
                               Cantidad de sustancia y reacciones químicas

Nombre y Apellidos: ______________________________________________________________________

                                            Cuestiones (3 puntos)

           Respuesta correcta: + 0,60; Respuesta incorrecta: - 0,20; Respuesta no contestada: 0

1. Un mol de ácido sulfúrico, H2SO4, es:
   a. 98 g
   b. 98 u
   c. Las opciones a y b son correctas

2. En 32 g de oxígeno, O2:
   a. El mismo número de átomos que en 2 g de hidrógeno, H2
   b. El mismo número de moléculas que en 2 g de hidrógeno, H2
   c. Las dos opciones anteriores son correctas

3. El porcentaje de oxígeno en el H2O es:
   a. Mayor que en el CO2
   b. Igual que en el CO2
   c. Menor que en el CO2

4. Como la fórmula del agua oxigenada es H2O2, una determinada masa de H2O2 contiene:
   a. La misma masa de hidrógeno que de oxígeno
   b. Más oxígeno que hidrógeno
   c. Más hidrógeno que oxígeno

5. El porcentaje de carbono en el bicarbonato sódico, NaHCO3, es:
   a. 27%
   b. 20%
   c. 14%


Pesos Atómicos:
H = 1;N = 14;O = 16;Fe = 56;S = 32;P = 31;Zn = 65,4;Cl = 35,5;C = 12;Cu = 63,5;Ca = 40;Na = 23;Al = 27


                                            Problemas (7 puntos)

1. Se preparan 2000 ml de una disolución a partir de 41 g de H2SO3 y completando con agua hasta obtener
   el volumen citado. A partir de las correspondientes masas atómicas, calcular la molaridad (0,50 puntos)
   y normalidad (0,50 puntos)

       Por definición, la molaridad M se define como el número de moles de soluto por litro de disolución,
                                                          n
                                                     M
                                                          V
   y teniendo en cuenta que el número de moles, n, se calcula dividiendo la masa, m, de la sustancia de
   que se trate entre el peso molecular, PM, de dicha sustancia, la expresión anterior queda


                                                 1                                    www.fisicayquimica.com
                                                   m
                                                n PM     m
                                             M     
                                                V  V   PM  V

       El peso molecular, PM, del H2SO3 es 1×2 + 32×1 + 16×3 = 82 u. Es decir, que 1 mol equivale a 82 g.
       Además, la valencia del H2SO3 es 2. Por tanto, a partir de la expresión anterior,

                                              m         41 g
                                       M                         0,25 mol/l
                                            PM  V 82 g/mol  2 l

       Por definición, la normalidad, N, se define como el número de equivalentes gramo de soluto por litro
   de disolución,
                                                          nº eq
                                                     N
                                                           V

       Además, un equivalente gramo de una sustancia es el cociente entre el Peso Molecular de dicha
   sustancia y su valencia,
                                                              PM
                                                       eq 
                                                               v

      Para calcular el número de equivalentes habrá que dividir la masa de la sustancia por el valor de un
   equivalente gramo,
                                                                m
                                                      nº eq 
                                                                eq

       Por tanto, a partir de la definición de Normalidad,
                                     m
                              nº eq eq   m       m      m v   41  2
                           N                                     0,5 eq/l
                                V    V eq  V PM       PM  V 82  2
                                                  V
                                               v


2. La fórmula de la acetona es CH3-CO-CH3. A partir de las correspondientes masas atómicas, determina
   su composición centesimal. (0,50 puntos)

       La fórmula de la acetona es C3H6O, cuyo peso molecular es 12 × 3 + 1 × 6 + 16 × 1 = 58 u. De este
   peso molecular, 36 u corresponden al carbono, 6 u al hidrógeno y 16 u al oxígeno. Por tanto, podemos
   calcular el porcentaje correspondiente a cada uno de los elementos químicos:

       Si 58 u son el 100% del peso de la acetona, 36 u serán el porcentaje del carbono,

                                58 u 36 u      36 u 100 %
                                         x               62,07%de carbono
                                100%   x           58 u

       Haciendo lo mismo con el hidrógeno y el oxígeno,

                                 58 u 6 u      6 u 100 %
                                         y              10,34% de hidrógeno
                                 100%   y          58 u



                                                 2                                  www.fisicayquimica.com
                                58 u 16 u      16 u 100 %
                                         z               27,59%de oxígeno
                                100%   z           58 u


3. Dada una disolución comercial de HCl de riqueza 37,5% y densidad 1,19 g/ml, determina los gramos de
   soluto presentes en 1,5 litros de disolución. (0,50 puntos)

       El peso molecular del ácido clorhídrico, HCl, es 1 × 1 + 35,5 × 1 = 36,5 u. Como la densidad del
   ácido es 1,19 g/ml, primero debemos calcular cuál es la masa de los 1,5 litros de disolución. De la
   definición de densidad,
                                        m
                                   d      m  d  V  1,19 g/ml 1500 ml  1785 g
                                        V

       Es decir, que la masa de los 1,5 litros de disolución es 1785 g. Pero al ser de una riqueza en peso
   del 37,5%, esto quiere decir que sólo el 37,5% de los 1785 g corresponden al ácido puro,

                                           37,5
                                                1785 g  669,4 g de ácido puro
                                           100


4. Calcula el número de moles (0,25 puntos), moléculas (0,25 puntos) y átomos (0,25 puntos) que hay en
   15 litros de CO2, a 0,8 atm de presión y 21ºC de temperatura. R = 0,082 atm × l × mol-1 × K-1

       El peso molecular del dióxido de carbono, CO2, es 12 × 1 + 16 × 2 = 44 u. Como nos dan los datos
   del dióxido, podemos usar la ecuación de los gases ideales para obtener el número de moles, teniendo
   en cuenta que la temperatura debe estar en Kelvin, T = (273 + 21) ºC = 294 K

                               p V         0,8 atm 15 l
       p V  n  R T  n                                   0,50 mol de CO2
                               R T           atm  l
                                        0,082          294 K
                                              mol  K

       Sabiendo que un mol de moléculas contiene el número de Avogadro de moléculas, 6,022 × 10 23,
   entonces los 0,50 mol de CO2 contendrán

                                0,50 × 6,022 × 1023 = 3,011 × 1023 moléculas de CO2

       Y como cada molécula de CO2 contiene 3 átomos,

                                 3 × 3,011 × 1023 moléculas = 9,033 × 1023 átomos


5. Calcula la molaridad (0,25 puntos), normalidad (0,25 puntos) y molalidad (0,25 puntos) de una
   disolución de hidróxido de sodio, NaOH, de densidad 1,43 g/ml y 40% de riqueza en peso.

       El peso molecular del NaOH es 1 × 23 + 16 × 1 + 1 × 1 = 40 u. Como tenemos que calcular la
   molaridad, debemos saber el número de moles de hidróxido que hay por cada litro de disolución. Como
   la densidad de la base es 1,43 g/ml, primero debemos calcular cuál es la masa de 1 litro de disolución.
   De la definición de densidad,
                                        m
                                   d      m  d  V  1,43 g/ml 1000 ml  1430 g
                                        V

                                                  3                                   www.fisicayquimica.com
       Pero al ser de una riqueza en peso del 40%, esto quiere decir que sólo el 40% de los 1430 g
   corresponden al hidróxido puro,
                                          40
                                             1430 g  572 g de hidróxido puro
                                         100

       Es decir, que en 1 litro de disolución, 572 g son de hidróxido puro. Por tanto, la molaridad será

                                              m        572 g
                                       M                        14,3 mol/l
                                            PM  V 40 g/mol 1 l

       Para calcular la normalidad, sabemos que la valencia del hidróxido es 1, por lo que 1 eq de NaOH es

                                                        PM 40
                                                 eq         40 g
                                                         v  1

       Por lo que en este caso, al ser la valencia 1, la normalidad coincide en módulo con la molaridad

                                              m
                                       nº eq eq   m     572
                                    N                      14,3 eq/l
                                         V    V eq  V 40  1

       Según la definición de molalidad, debemos calcular los kg de disolvente en la disolución. Se
   obtienen restando a la masa total de la disolución la masa del hidróxido puro 1430 g – 572 g = 858 g

       Y la molalidad será el número de moles de soluto por kg de disolvente,

                                             n       14,3 mol
                                    m                        16,7 mol/kg
                                         m dis (kg) 0,858 kg



6. Calcula los gramos de aluminio que se necesitan para obtener 20 litros de hidrógeno, H 2, medidos a una
   temperatura de 20ºC y una presión de 0,97 atm, según la reacción 2 Al + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3+ 3 H2.
   (0,75 puntos)

       En primer lugar debemos calcular la masa de los 20 litros de hidrógeno usando la ecuación de los
   gases ideales. Teniendo en cuenta que el número de moles se calcula dividiendo la masa del hidrógeno
   H2 entre su peso molecular (1 u × 2 = 2 u)
                                                                                2g
                                                                   0,97 atm  20 l 
                                  m               p  V  PM                    mol  1,615 g de H
                p V  n  R T      R T  m                                                  2
                                  PM                 R T            atm  l
                                                               0,082          293 K
                                                                     mol  K

       El peso molecular del Al es 27 u. La ecuación química ajustada nos indica las proporciones según
   las que reaccionan el Al y el H2SO4 para producir H2

      2 moles de Al (2 × 27 g = 54 g) al reaccionar con el sulfúrico forman 3 moles de H2 (3 × 2 g = 6 g).
   Como necesitamos obtener 1,615 g de H2, usamos la siguiente proporción,

        Como 54 g de Al producen 6 g de H2, los 1,615 de H2 que necesitamos serán producidos por una
   cierta cantidad de Al,
                                                 4                                     www.fisicayquimica.com
                            54 g Al      x          54 g Al 1,615 g H 2
                                               x                       14,535 g Al
                            6 g H 2 1,615 g H 2           6 g H2



7. El metano reacciona con el vapor de agua para dar monóxido de carbono e hidrógeno molecular según
   la reacción CH4 + H2O → CO + 3 H2. Calcula el volumen de hidrógeno, medido en condiciones
   normales, que puede obtenerse a partir de 1 kg de gas metano (0,75 puntos)

       El peso molecular del metano es 1 × 12 u + 4 × 1 u = 16 u, y el del hidrógeno es 2 × 1 u = 2 u. La
   ecuación química ajustada nos indica las proporciones según las que reaccionan el metano y el agua
   para producir el monóxido y el hidrógeno,

       1 mol de CH4 (16 g) reacciona siempre con 1 mol de agua formando 3 moles de H2 (3 × 2 g = 6 g).
   Por tanto, si tenemos 1000 g de metano, se formará una cierta cantidad de hidrógeno,

                           16 g CH 4 1000 g CH 4     6 g H 2 1000 g CH 4
                                                x                       375 g H 2
                            6 g H2        x                16 g CH 4

       Para calcular el volumen de hidrógeno formado usaremos la ecuación de los gases ideales, teniendo
   en cuenta que la temperatura es 273 K y la presión 1 atm,

                                                                      atm  l
                                                        375 g  0,082          273 K
                           m               m  R T                   mol  K
         p V  n  R T      R T  V                                             4197 l de H 2
                           PM               p  PM                        2g
                                                                 1 atm 
                                                                          mol


8. Cuando el sulfuro de sodio reacciona con ácido clorhídrico se obtiene cloruro de sodio y sulfuro de
   hidrógeno según la ecuación        Na2S + 2 HCl → 2 NaCl + H2S. Si hacemos reaccionar un exceso
   de sulfuro de sodio con 100 ml de una disolución de ácido clorhídrico al 30% en peso y densidad 1,15
   g/ml, ¿qué volumen de sulfuro de hidrógeno se obtiene, medido a 24ºC y 1,15 atm de presión? (1 punto)

       El peso molecular del HCl es 1 × 1 + 1 × 35,5 = 36,5 u y el del H2S es 2 × 1 + 1 × 32 = 34 u.

       Lo primero que hay que hacer es calcular la masa de HCl puro que tenemos, para luego plantear las
   correspondientes proporciones. De la definición de densidad,

                                        m
                                   d      m  d  V  1,15 g/ml 100 ml  115 g
                                        V

       Pero al ser de una riqueza en peso del 30%, esto quiere decir que sólo el 30% de los 115 g
   corresponden al ácido puro,
                                           30
                                              115 g  34,5 g de ácido puro
                                          100

       La ecuación química ajustada nos indica las proporciones según las que reaccionan el HCl y el Na2S
   para producir el H2S. Como tenemos exceso de sulfuro de sodio, el reactivo limitante es el ácido
   clorhídrico, por lo que será el que controle dicha reacción.


                                                 5                                     www.fisicayquimica.com
      2 moles de HCl (2 × 36,5 g = 73 g) producen siempre 1 mol de H2S (34 g), por lo que los 34,5 g de
   HCl que tenemos producirán una cierta cantidad de H2S,

                            73 g HCl 34,5 g HCl     34,5 g HCl  34 g H 2 S
                                               x                          16,07 g H 2 S
                            34 g H 2 S    x                73 gHCl

       Para calcular el volumen de H2S formado sólo queda por usar la ecuación de los gases ideales,
   teniendo en cuenta que el peso molecular del H2S es 34 u y que 24ºC equivalen a (24 + 273) K = 297 K,

                                                                         atm  l
                                                         16,07 g  0,082           297 K
                          m               m  R T                      mol  K
        p V  n  R T      R T  V                                                  10 l de H 2 S
                          PM               p  PM                            34 g
                                                                 1,15 atm 
                                                                             mol


9. El HCl reacciona con el CaCO3 según la reacción 2 HCl + CaCO3 → CaCl2+ CO2 + H2O. Si tenemos
   500 ml de una disolución de HCl de densidad 1,18 g/ml y riqueza del 35% en peso, y 75 g de carbonato,
   calcula la cantidad de reactivo que sobrará (1 punto)

       En primer lugar debemos calcular la masa de ácido clorhídrico puro que hay en los 500 ml del ácido
   del que disponemos.
                                          m
                                     d      m  d  V  1,18 g/ml  500 ml  590 g
                                          V

       Pero al ser de una riqueza en peso del 35%, esto quiere decir que sólo el 35% de los 590 g
   corresponden al ácido puro,
                                             35
                                                 590 g  206,5 g de ácido puro
                                            100

       Es decir, que en 500 ml de ácido, 206,5 g son de ácido puro. La ecuación química ajustada nos
   indica las proporciones según las que reaccionan el clorhídrico y el carbonato para producir el cloruro,
   dióxido de carbono y agua,

       2 moles de HCl (2 × 36,5 g = 73 g) reaccionan siempre con 1 mol de CaCO3 (1 × 40 + 1 × 12 + 3 ×
   16 = 100 g). Por tanto, los 75 g de carbonato reaccionarán con una cierta cantidad de HCl,

                      100 g CaCO 3 75 g CaCO 3     75 g CaCO 3  73 g HCl
                                              x                         54,75 g HCl
                        73 g HCl         x              100 g CaCO 3

       Por tanto sobrarán        206,5 g –54,75 g = 151,75 g HCl




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