Química 6. Reacciones redox

ž Ajuste  y complete las siguientes reacciones:

1.      Zn + KNO₃+ H₂SO₄ -> (NH₄)₂SO₄ + K₂SO₄ + ZnSO₄

2.      K₂Cr₂O₇+ IH + H₂SO₄ -> K₂SO₄ + Cr₂(SO₄)₃ + I₂

3.      KI + KClO₃ -> I₂ + KCl + KOH

4.      K₂Cr₂O₇ + FeSO₄ + H₂SO₄ -> Fe₂(SO₄)₃ + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄

5.      Cu + HNO₃ -> NO + Cu(NO₃)₂

6.      ClH + KMnO₄   -> CI₂ + MnCl₂ + KCl

7.      I₂ + HNO₃ -> HIO₃ + NO₂

8.      NaClO + NaCrO₂ + NaOH -> NaCl + Na₂CrO₄

9.      H₂O₂ + KMnO₄ + H₂SO₄ -> O₂ + MnSO₄ + H₂O + K₂SO₄

En las reacciones 2, 3, 4, 6, 8 calcule el volumen de oxidante 0,25 M que reacciona con 25 mL de reductor 0,1 M. 

En las reacciones 1, 5, 7 calcule la masa del reductor que reacciona con 50 mL del oxidante 0,1 M.

En la reacción 9 calcule el volumen de oxígeno, medido a 300 K y 100 kPa, que se produce cuando reaccionan 100 mL del oxidante 0,1 M. 

žSe construye una pila con electrodos de: 

1. a) Cobre y zinc sumergidos en una disolución de sulfato de cobre (II) y sulfato de cinc, respectivamente
2. b) Cromo y plata sumergidos en una disolución de nitrato de cromo (III) y nitrato de plata, respectivamente.
3. c) Níquel y aluminio sumergidos en disoluciones acuosas de sus iones Ni (II) y Al (III) respectivamente.

Se unen los electrodos con un puente salino formado con una disolución de cloruro de potasio / nitrato de amonio. 
a) Cuando el circuito está cerrado la oxidación ocurre en el electrodo de ___ y la reducción en el electrodo de ___. 
b) Los electrones fluyen en el circuito externo (cables, voltímetro, bombilla) del electrodo de ___ al electrodo de ___ . 
c) Indique la polaridad de cada electrodo: el polo positivo es el electrodo de ___ .y el negativo el electrodo de ___ .
d) El ánodo es el electrodo de ___  y el cátodo es el electrodo de ___. 
e) En el puente salino de los iones potasio o amonio se desplazan hacia el electrodo de ___  y los cloruro o nitrato al electrodo de ___. 
f) El potencial máximo de la pila es ___ v. 
g) Escriba las reacciones parciales en ambos electrodos. 
h) Escriba la reacción global de la pila. 
Datos: Potenciales normales de reducción (v): Ag+1 / Ag = 0,80 ;  Cr+3 / Cr = - 0,74 ;  Cu+2 / Cu = 0,34 ;  Zn+2 / Zn = -0,76 ; Al+3 / Al = -1,67 ; Ni+2  / Ni = -0,25 .

ž a) ¿Se puede guardar el ácido nítrico en un recipiente de plata? ¿y en uno de oro? Se supone que el ácido nítrico se reduce a monóxido de nitrógeno. 
b) ¿Se puede guardar una disolución de sulfato cobre (II) en un recipiente de plata? ¿y en uno de hierro? 
c) ¿Se puede guardar cloro / bromo / yodo / flúor  en un recipiente de oro? ¿y en uno de hierro? 
Escriba las ecuaciones de las reacciones ajustadas indicando su potencial normal. Justifique brevemente las respuestas. Datos: potenciales normales de reducción (v): Ag+1 / Ag = 0,80 ; Au+1 / Au = 1,68 ; Cu+2 / Cu = 0,34 ; Fe+2  / Fe = -0,44 ; F2 / F-1 = 2,85 ; Cl2 / Cl-1 = 1,36 ; Br2 / Br-1 = 1,06 ; I2 / I-1 = 0,54; NO3H / NO = 0,96 . 

ž Se hace la electrolisis de:

• cloruro / bromuro / yoduro de Na, K, Cu, Ag, Au fundidos.
• dicloruro / dibromuro /  diyoduro de Mg, Ca, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe, Co, Ni fundidos.
• tricloruro / tribromuro / triyoduro de Al, Cr, Fe, Co, Ni, Au fundidos. 
• tetracloruro / tetrabromuro / tetrayoduro de Si, Sn, Pb fundidos. 

Calcule las masas del metal y del no metal producidas en cada electrodo. 

En todos los casos se emplea una corriente continua de ___ amperios durante ___ horas. Constante de Faraday = 96500 C.

ž Se hace la electrolisis de:

• agua con un electrolito inerte disuelto

Calcule el volumen de hidrógeno y oxígeno producidos en cada electrodo, medidos a 25 ºC y 100 kPa. 

En todos los casos se emplea una corriente continua de ___ amperios durante ___ horas. Constante de Faraday = 96500 C.

Química 5. Cálculos de química

A)

1. Calcule la cantidad de materia (moles) que hay en 2 L de helio (He) medidos a 10 ºC y 105 kPa. R = 8,31 J/mol.K.
2. Calcule el volumen que ocupan 8 gramos de oxígeno (O2) a 70 kPa y 30 ºC. R = 8,31 J/mol.K.
3. Calcule la masa molecular de una sustancia si una muestra en estado gas tiene una densidad 1,3 kg / m3, medida a 100 kPa y 25 ºC. R = 8,31 J/mol.K.
4. Calcule la masa molecular de un compuesto orgánico si una muestra de 1,35 gramos en estado gaseoso ocupa 0,3 litros a 150 ºC y 175,65 kPa. R = 8,31 J/mol.K.
5. Calcule la masa molecular de un hidrocarburo, si una muestra de 4,85 gramos convertida en gas ocupa 2,82 litros a 18 ºC y 97,37 kPa. R = 8,31 J/mol.K.
6. Un recipiente de 9 L que contiene 1,5 moles de nitrógeno (N2) a 40 ºC se conecta con otro de 11 L lleno con 2,5 moles de oxígeno (O2) a la misma temperatura. Calcule la presión parcial de cada gas en la mezcla y la presión total. R = 8,31 J/mol.K.
7. Las fracciones molares del oxígeno (O2) y nitrógeno (N2) en aire son respectivamente 0,2 y 0,8 . Calcule las presiones parciales de ambos gases en la atmósfera cuando la presión total es 101,3 kPa; 100 kPa; 102 kPa.

B)

1. Halle la fórmula molecular de un hidrocarburo si su masa molecular es 28; 42; 70; 84 umas. Una muestra contiene 4 gramos de carbono y 0,667 gramos de hidrógeno.
2. Halle la fórmula molecular de un hidrocarburo si su masa molecular es 26; 78 umas. Una muestra contiene 2 gramos de carbono y 0,167 gramos de hidrógeno.
3. Halle la fórmula molecular de un compuesto de carbono, hidrógeno y oxígeno si su masa molecular es 30; 60; 90; 180 umas. Una muestra contiene 1,5 gramos de carbono, 0,25 gramos de hidrógeno y 2 gramos de oxígeno.  
4. Halle la fórmula molecular de un borano si su masa molecular es 70,86 umas. Una muestra contiene 1,80 gramos de boro y 0,5 gramos de hidrógeno.
5. Halle la fórmula molecular de un compuesto si su masa molecular es 100 umas. Una muestra contiene 2,5 gramos de calcio, 0,75 gramos de carbono y 3 gramos de oxígeno.
6. Halle la fórmula molecular de un compuesto clorocarbonado si su masa molecular es 166; 498 umas. Una muestra contiene 2,4 gramos de carbono y 14,2 gramos de cloro.
7. Halle la fórmula de un compuesto cuya composición centesimal (masa) es 1,04 % de hidrógeno, 33,04 % de azufre y 65,92 % de oxígeno.
8. Halle la fórmula de un compuesto cuya composición centesimal (masa) es 22,9 % de sodio, 22,5 % de boro y 55,7 % de oxígeno.
9. Halle la fórmula de un compuesto que contiene 26,58 % de potasio, 35,4% de cromo y 38,02 % de oxígeno, en masa.
10. Halle la fórmula de un compuesto cuya composición centesimal (masa) es 96,15 % de arsénico y 3,85 % de hidrógeno.

C)

1. Calcule la masa de cloruro de sodio NaCl / carbonato de sodio Na2CO3 / fosfato de potasio K3PO4 que se necesitan para preparar 250 mL de una disolución 2 M.  
2. Se tiene una disolución de ácido nítrico HNO3 / ácido sulfúrico H2SO4 / ácido clorhídrico HCl cuya concentración es 7 M. Calcule el volumen que es necesario tomar para preparar 500 mL de una disolución 5 M. 
3. Se tiene ácido nítrico comercial HNO3 / ácido sulfúrico comercial H2SO4 / ácido clorhídrico comercial HCl. Se trata de disoluciones acuosas cuyas composiciones centesimales (%) en masa respectivas son 69 / 93 / 35 y cuyas densidades (kg/m3) respectivas son 1330 / 1827 / 1180. Calcule sus concentraciones molares.

Química 5. Energía y entropía

1. Calcule el trabajo a presión constante 150 kPa cuando se multiplica por 5 el volumen de un recipiente que contiene 10 L de vapor de agua. La temperatura permanece invariable. Datos. Densidades: agua líquida = 1000 kg/m3 ; agua sólida = 917 kg/m3 . R= 8,31 J/mol.K .
2. Calcule la variación de energía interna de un sistema en cada uno de los cuatro casos: a) absorbe 300 kJ de calor y el trabajo de expansión es 200 kJ; b) absorbe 300 kJ de calor y el trabajo de comprensión es 200 kJ; c) libera 300 kJ de calor y el trabajo de expansión es 200 kJ; d) libera 300 kJ de calor y el trabajo de comprensión es 200 kJ.
3. En la reacción de combustión del metano / butano / octano / etanol. a) Calcule el calor desprendido cuando reaccionan o se producen 2 kg de combustible / oxígeno / dióxido de carbono / agua. b) Calcule la masa de combustible / oxígeno / dióxido de carbono / agua cuando se desprenden 5 MJ de calor. Datos. Entalpías normales de reacción (kJ/mol) a 298 K para dar H2O (l) + CO2 (g) del: metano CH4 (g) = -889,5 ; butano C4H10 (g) = -2875,8 ; octano C8H18 (l) = -5465,3 ; etanol C2H6O (l) = -1365,6 .
4. Calcule la entalpía de la reacción: combustión del metano / combustión del butano / combustión del etanol / oxidación del monóxido de nitrógeno para dar dióxido de nitrógeno / oxidación del dióxido de azufre para dar trióxido de azufre. Las tres combustiones producen agua gas. Datos: Entalpías normales de formación (kJ/mol) a 298 K del CH4 (g) = -74,9 ; C4H10 (g) = -124,7 ; C2H6O (l) = -277,6 ; CO (g) -282,5 ; CO2 (g) = -393,5 ; H2O (l) = -285,8 ; H2O (g) = -241,8 ; SO2 (g) = - 296,1 ; SO3 (g) = - 395,2 ; NO (g) = 90,4 ; NO2 (g) = 33,2 .
5. Calcule la variación de entropía de vaporización / fusión de un mol de agua a 100 / 0 ºC. Datos. Calor de fusión del agua = 6,019 kJ/mol; calor de vaporización del agua = 40,410 kJ/mol. 
6. Calcule la variación de la energía libre de Gibbs de la reacción de formación de alanina / glicina / ácido aspártico a partir de sus elementos a 36 ºC. Datos. Entalpías normales de formación (kJ/mol) a 298 K: alanina = -563,6 ; glicina = -528,4 ; ácido aspártico = -973,6. Entropías normales de formación (J/mol.K) a 298 K: alanina (C3H7O2N) = -644 ; glicina (C2H4O2N) = -431 ; ácido aspártico (C4H7O4N) = - 812. Suponemos que ambas, entalpía y entropía, permanecen invariables con la temperatura.
7. Pronostique la evolución espontánea (si / no) de las reacciones químicas siguientes:

∆H ∆S ∆G              ¿Espontánea?
¿? ¿?                    200 K 2000 K

S (s) + O2 (g)  -> SO2 (g) < 0

N2 (g) + 3 H2 (g) -> 2 NH3 (g) < 0

CO2 (g) -> C (s) + O2 (g) > 0

2 H2O (g) -> 2 H2 (g) + O2 (g) > 0

2 NO2 (g) -> N2 (g) + 2 O2 (g) < 0

CaCO3 (s) -> CO2 (g) + CaO (s)        > 0

Fe2O3 (s) + H2O (l) -> Fe(OH)3 (s) < 0

3 O2 (g) -> 2 O3 (g)   > 0

O2 -> 2 O > 0

2 N -> N2 < 0

Química 6. Química orgánica

1º. Formule y nombre:

1. un hidrocarburo saturado / insaturado de ___ carbonos
2. un hidrocarburo acíclico / cíclico de ___ carbonos
3. un hidrocarburo alifático / aromático de ___ carbonos
4. un hidrocarburo halogenado (fluor, cloro, bromo, yodo) de ___ carbonos
5. un aldehído /  cetona de ___ carbonos
6. un alcohol / éter de ___ carbonos
7. un ácido carboxílico / éster de ___ carbonos
8. una amina de ___ carbonos
9. una amida de ___ carbonos
10. un nitrilo de ___ carbonos

2º. Formule y nombre un isómero de cada uno de los diez compuestos anteriores. Hágalo de tal manera que entre los diez isómeros existan tres con isomería plana (de cadena, de función y de posición) y dos con estereoisomería (geométrica y óptica).

Química 6. Equilibrio

1. A 350 ºC se establece el equilibrio N2 (g) + 3 H2 (g) <=> 2 NH3 (g) . En un recipiente de 10 litros introducimos _____ moles de hidrógeno y ___ moles de nitrógeno. Hallamos que en el equilibrio habrá _____ moles de amoníaco. Calcule Kc / Kp . R= 0,082 atm.l/ mol.K .

2. A 200 ºC se establece el equilibrio PCl5 (g) <=> PCl3 (g) + Cl2 (g) . En un recipiente de 5 litros se introducen _____ moles de pentacloruro de fósforo; la presión de la mezcla en equilibrio es ______ atm. Calcule Kp / Kc . R= 0,082 atm.l / mol.K .

3. A 550 ºC se establece el equilibrio CO2 (g) + H2 (g) <=> CO (g) + H2O (g) cuya constante de equilibrio Kc = 0,14. a) Introducimos en un recipiente de 5 litros, ___ moles de dióxido de carbono, ___ moles de hidrógeno; calcule la composición de la mezcla en el equilibrio. b) A la mezcla anterior le añadimos ____ moles de __________ . Calcule la composición de la mezcla en el equilibrio. R= 0,082 atm.l / mol.K .

4. Para el cloruro de plata / sulfuro de plata /  hidróxido de aluminio / tetraoxofosfato (V) de plomo (II), calcule: a) su solubilidad; b) la concentración de los iones disueltos; c) la masa que se disuelve en 10 litros de agua; d) su solubilidad en una disolución ____ M de hidróxido sódico / cloruro potásico / nitrato de plata / tetraoxofosfato (V) de sodio. Constantes del producto de solubilidad a 25 ºC : AgCl = 1.10-10 / Ag2S = 1,6.10-49 / Al(OH)3 = 2,0.10-30 / Pb3(PO4)2 = 10-32. Masas atómicas (umas) H= 1, O= 16, Al= 27 , S= 32 , Cl= 35,5 , Ag= 108 , P= 31, Pb= 207,2.

5. En los equilibrios siguientes diga si aumenta, disminuye o permanece inmutable la cantidad de productos obtenidos cuando: a) aumenta / disminuye la temperatura; b) con / sin catalizador; c) aumenta la presión total; d) aumenta el volumen del recipiente; e) aumenta la presión parcial de ________; f) disminuye la concentración de _______. Argumente brevemente la respuesta.
1. 2 NH3 (g) <=> 3 H2 (g) + N2 (g) endotérmica
2. 2 NO (g) + O2 (g) <=> 2 NO2 (g) exotérmica
3. 2 Fe(OH)3 (s) <=>  3 H2O(g)+ Fe2O3 (s)  ∆H > 0
4. CO (g) + 2H2 (g) <=> CH3OH (g) ∆H < 0
5. 2 SO2 (g) + O2 (g) <=> 2 SO3 (g) exotérmica
6. (NH4)2CO3 (s) <=> 2 NH3 (g) + CO2 (g) + H2O (l) endotérmica
7. Fe2(CO3)3 (s) <=> 3 CO2 (g) + Fe2O3 (s)   ∆H > 0
8. 2 H2 (g) + O2 (g) <=> 2 H2O (l)   ∆H < 0

6. Indique si las sustancias siguientes se disolverán / precipitarán más / permanecerán inmutables. Argumente brevemente la respuesta:

1. tetraoxosulfato (VI) de magnesio: se añade tetraoxosulfato (VI) de sodio
2. sulfuro de cobre (II): se añade amoníaco (que reacciona  con el  cobre (II) )
3. trioxocarbonato (IV) de calcio: se añade trioxonitrato (V) de calcio
4. trihidróxido de hierro: se añade ácido clorhídrico
5. yoduro de plata: se añade cloruro de potasio