T6.balances de materia y energía . 1º bachillerato

Eric Calvo Lorente 1 1º Bachillerato
Tema: Balances de Materia y Energía en las Reacciones Química

)

)

)


(g) (g)

(g )


+
Na + e- Na °

- -
2Cl Cl2 + 2e

+ -
2Na + 2Cl 2Na ° + Cl2

q = carga [q] = coulomb

i = q/t q = i.t [i] = A

E = i.R [E] = V y [R] = ohm

m= .i.t


++ = + -
Cu2SO4 + H2O Cu + SO4 + H + HO

++ -
2Cu 2Cu ° - 4e
- + -
2HO O2 + 2H + 4e
2Cu2SO4 + 2H2O 2Cu ° + 2H2SO4 + O2

Eq = Pa/V

+ ++
m Ag / m Cu = Eq Ag/ Eq Cu
+ ++
m Ag / m Cu = 107,8/31,75


:

:
.
= Eq/F


2


H H productos H reactivos

H CH 3CHO ( g ) -36´ 76 Kcal / mol
H O2 ( g ) 0 Kcal / mol
H CO2 ( g ) 94´05 Kcal / mol
H H 2O ( l ) 68´32 Kcal / mol

H 4.( 94´05) 4.( 68´32) 2.( 39´76) 5.(0) 569´96 Kcal / mol

ΔC B ΔC A
v
Δt Δt


mol
L.sg


a


H2 + Cl2 2.HCl

2 H2O2 + luz 2 H2O + O2 (rápida)


O2 2O

(g)
N (g)
(g)
SnCl 2 SnCl 4

5 (g) 4 6


Δ
CuCO 3 CuO CO
Solución: 91´6%
14. ¿Cuántas moléculas de O 2 se formarán a partir de 1025 moléculas de agua oxigenada?
H 2O 2 H 2O O 2
15. Por acción del calor, una muestra formada por 15 gramos de bicarbonato amónico (impuro) se
descomponen en amoníaco, dióxido de carbono y agua. Si se obtienen 3´71 L de CO 2, medidos a 790
mmHg y 37ºC, calcular la pureza de la muestra.
Δ
NH 4 2 CO 3 NH 3 CO 2 H 2O
16. El hidruro de calcio se combina con el agua para formar hidróxido de calcio e hidrógeno. Si inicialmente
se tienen 150 gr de hidruro de calcio, calcular:
a) El número de moles de hidrógeno que se forman, si reacciona sólo el 30% del hidruro cálcico
con suficiente agua
b) La cantidad de agua que será necesaria para que todo el hidruro de ca lcio reaccionara.
CaH 2 H 2O Ca(OH) 2 H2
17. Al reaccionar sulfuro de zinc con ácido clorhídrico se forma cloruro de zinc y ácido sulfhídrico. ¿Qué
cantidad de HCl al 30% se necesitarán para obtener 45 gramos de cloruro de zinc?
ZnS HCl ZnCl 2 H 2S
18. Una caliza, con un 75% en carbonato cálcico, se trata con un exceso de ácido clorhídrico, dando lugar a
óxido de calcio, dióxido de carbono y agua. Calcular la cantidad de caliza que se necesita para obtener 10
L de dióxido de carbono en C.N
CaCO 3 HCl CaO CO 2 H 2O
19. La oxidación de una lámina de hierro de masa 200 gr produce óxido férrico. Si tan sólo se producen 34 gr
de óxido, calcular:
a) La cantidad de hierro que se oxida
b) El rendimiento de la reacción (en %)
20. Se introducen 13´5 gr de aluminio en 500 ml de una disolución de 1´7 M de ácido súlfurico. Determinar:
a) Cantidad de sulfúrico que queda sin reaccionar
b) Volumen de hidrógeno obtenido, a 27ºC y 2 atm
Al H 2 SO 4 Al 2 SO 4 3 H2
21. En la combustión de una determinada cantidad de propano se obtienen 28´6 gr de CO 2.. Calcular:
a) Volumen de oxígeno necesario (en C.N)
b) La masa de propano que ha reaccionado
c) La cantidad (en gramos) de agua obtenida
22. ¿Qué es un ácido? ¿qué es una base?
23. ¿Qué se entiende por número de oxidación de un elemento en un compuesto?
24. Define los conceptos de reducción y de oxidación?
25. ¿A qué se conoce como ?
26. Explica el significado de la ·
27. Resume el criterio utilizado para indicar el carácter endotérmico o exotérmico de un proceso químico
28. ¿De qué modo podemos determinar la velocidad de una reacción?
29. ¿Qué es un complejo activado? ¿qué es la energía de activación?
30. Determina el número de oxidación de cada uno de los elementos que intervienen en los compuestos, o
iones, que forman parte de las reacciones químicas que se citan a continuación:
a. H 2 ( g ) Cl 2 ( g ) 2HCl(g)
b. 3 NO 2 ( g ) H 2 O(l ) 2 HNO 3 (l ) NO ( g )
c. 4 NH 3 g 3 O 2 (g) 2 N 2 ( g ) 6 H 2 O(g)
31. Calcular el calor puesto en juego en la siguiente reacción:
CH 3 COOH (l ) O 2 ( g ) CO 2 ( g ) H 2 O(l ) ,
H 0 CO 2 ( g )
f 94´05Kcal
0
, sabiendo que H f H 2 O(l ) 68´32 Kcal
H 0 CH 3 COOH (l )
f 116´4 Kcal
Solución: -208´3 Kcal


32. Representa en una misma gráfica una reacción endotérmica y otra
exotérmica
33. Explica los factores que pueden influir en la velocidad de las reacciones.
34. ¿Cuál es el mecanismo de actuación de los catalizadores?
35. Se mezclan dos disoluciones, una de AgNO 3 y la otra de NaCl, cada una de las cuales contiene 20 gramos
de sustancia. Determinar la masa de AgCl formado.
Solución: 16´9 gr
36. El clorobenceno(C 6H 5Cl) es un compuesto utilizado para la formación de insecticidas, desinfectamtnes…,
e incluso aspirina. Si la formación de las aspirina se realiza según la ecuación:
C6 H 6 Cl 2 C 6 H 5 Cl HCl
Determinar la cantidad de benceno necesaria para obtener 1 kg de clorobenceno , si la reacción tiene
un 70% de rendimiento.
37. ¿Qué volumen de disolución de ácido sulfúrico 0´1 M se necesita para neutralizar 10 ml de una disolución
1 M de NaOH?
38. La combustión completa del etanol se produce según:
CH 3 CH 2 OH O2 CO 2 H 2O
Determinar la cantidad de etanol que reaccionará con 5´1.10 24 moléculas de oxígeno
39. Si la reacción :
C (s) O2 ( g ) CO( g )
,implica una variación de entalpía igual a H0
f 110´5Kj , calcular el calor desprendido, en las
mismas condiciones, al formarse 20 gramos de CO
Solución: 78´9 Kj
40. El calor de combustión del ácido acético es de -874 KJ/ mol. Si las entalpías de formación estándar del
dióxido de carbono gas y del agua son, respectivamente, -393´3 y -285´6 Kj/ mol:
a. Calcula la entalpía de formación estándar del ácido acético líquido
C ( s ) O2 ( g ) H 2 ( g ) CH 3 COOH (l )
b. ¿Qué producirá más calor: la combustión de 1 kg de carbono o de ácido acético?
CH 3 COOH O 2 CO 2 H 2O
Solución: -483´8 Kj
41. Sabiendo que para la reacción
Al 2 O3 ( s ) Al ( s ) O 2 ( g )
0
, su H 3339´6 KJ . Calcular:
a. El calor de formación del trióxido de dialuminio
b. El calor desprendido si a 1 atm de presión y una temperatura de 25ºC, se forman 10 gramos
de trióxido
Solución: a. -1669´8 Kj/ mol b. -163´7 Kj

42. La descomposición del óxido mercurio en mercurio y oxígeno necesita 181 KJ a 25ºC y 1 atm de presión.
2 HgO( s )Hg (l ) O2 ( g ) Calcular:
a.
La energía necesaria para descomponer 649´8 gr de óxido
b.
El volumen de oxígeno que se obtiene (medido en las condiciones reseñadas), al
descomponerse la cantidad suficiente de óxido de mercurio mediante 500KJ
Solución: a. 272´4 Kj b. 67´3 L
43. Disponemos de un matraz de 60 gr de HCl a los que añadimos 30 gr de Mg(OH) 2
Mg (OH ) 2 HCl MgCl 2 H 2O
a. ¿Qué reactivo se encuentra en exceso?
b. ¿Cuántos gramos de dicho reactivo permanecerán sin reaccionar al final del proceso?
c. ¿Cuántos gramos de MgCl2 se formarán?
Solución: a. HCl b. 22´4 gr HCl c. 49´04 gr
44. El Cl2 se obtiene por acción del ácido clorhídrico sobre el MnO 2. Hallar el volumen de Cl2 medido en
condiciones normales que se obtendría a partir de 1 Tm de pirolusita, que tiene una pureza del 74% en
MnO 2, supuesto que la purificación del mineral se produce con un rendimiento del 85%.
MnO2 HCl MnCl 2 Cl 2 H 2O
5
Solución: 1´620.10 L
45. Calcular el calor de reacción, a 1 atm y 25ºC , del proceso:
CH 3 CHO( g ) O 2 ( g ) CO 2 ( g ) H 2 O(l )
0
, sabiendo que H f para las especies CO 2 ( g ), H 2 O(l ), CH 3 CHO( g ) , vale, respectivamente, -94´052,
-63´32 y -39´76 Kcal.


46. Tenemos una muestra de 50 gramos de dióxido de plomo y queremos calcular el volumen de oxígeno, a
60ºC y 750 mmHg obtenido con un exceso de ácido clorhídrico. ¿Cuántos gramos de ácido se necesitarán?
PbO2 HCl PbCl 2 H 2 O O2
47. ¿Pueden existir dos reactivos limitantes en una reacción química? Razona la respuesta
48. El permanganato potásico reacciona con ácido clorhídrico, según la reacción:
2 KMnO4 16 HCl 2 KCl 2 MnCl 2 8Cl 2 5H 2 O
a. Calcular la masa de permanganato potásico que reaccionará con 20cc de disolución 2M de
ácido clorhídrico
b. ¿Qué volumen de Cl2 se obtiene, si el proceso se realiza en una campana de gases en la que
la presión es 0´95 atm y la temperatura de 20ºC?
49. La pintura roja de minio, Pb3 O 4 puede obtenerse de dos modos diferentes:
i. Calentando PbO 2 , según: PbO2 Pb3 O4 .........
ii. Calentando, en presencia de aire, óxido de plomo (II), componente básico de la pintura
amarilla de litargirio: PbO ....... Pb3 O 4
a. ¿Cuál es el gas que se desprende en la primera de las ecuaciones? Ajústala
b. ¿Con qué gas reacciona el PbO en la segunda ecuación? Ajústala
c. Calcula la cantidad de minio obtenido en cada caso, a partir de 100 gramos de los óxidos de
partida para cada caso.
50. Calcula la riqueza de carbonato de calcio de una piedra caliza, si al descomponer 82 gramos de esta se
obtienen 12´54 litros de dióxido de carbono, medidos en condiciones normales
51. La variación de entalpía que se produce en el proceso de combustión del azufre, para dar dióxido de azufre
es de 297 Kj/ mol. Si se trata de un proceso exotérmico:
a. Calcular la energía que se desprende al quemar 1 Kg de azufre
b. Calcular la energía que se desprende al formarse 1 Kg de dióxido de azufre
c. ¿Por qué no se obtiene en los dos apartados anteriores el mismo resultado?
52. El hidrógeno se combina con el oxígeno formándose agua como único producto, y desprendiéndose
energía.
a. ¿Se trata de una reacción de combustión?
b. ¿Qué ventaja, como combustible, tiene el hidrógeno frente a los hidrocarburos?
53. Los objetos de plata en contacto con el aire contaminado de sulfuro de hidrógeno se ennegrecen como
consecuencia de la formación de sulfuro de plata, que es de color negro. La reacción es:
Ag O 2 H2S Ag 2 S H 2O
a. ¿Cuántos gramos de ácido sulfhídrico y de oxígeno son necesarios para reaccionar con 1´5
gramos de plata?
b. En ese momento, ¿cuántas moléculas de agua se formarán?
54. El titanio es un metal ligero, que puede obtenerse haciendo reaccionar cloruro de titanio (IV) con magnesio
metálico:
TiCl 4 Mg Ti MgCl 2
Si mezclamos 250 gramos de TiCl4 con 50 gramos de magnesio:
a. ¿Cuál es el reactivo limitante?
b. ¿Cuántos gramos de MgCl2 se obtendrán?
55. La hidracina (N 2H 2) es incompuesto utilizado como combustible en los cohetes espaciales. La ecuación de
combustión es:
N 2 H 2 (l ) O 2 ( g ) N 2 ( g ) H 2 O( g )
a. ¿cuántos litros de nitrógeno, en C.N., se formarán, a partir de 1 Kg de hidracina y otro de
oxígeno?
b. ¿Cuánto sobrará del reactivo en exceso?
56. El ácido selénico es muy corrosivo, que disuelve tanto plata como oro, según la ecuación:
2 Au ( s ) 6 H 2 SeO 4 (aq ) Au 2 SeO 4 3 ( aq ) 3H 2 SeO3 (aq ) 3H 2 O(l )
a. ¿Qué volumen de disolución 2M de ácido selénico se necesitan para disolver 1 gr de oro?
b. ¿Qué cantidad de Au 2 SeO4 3 ( aq ) se formará?
57. Los arrecifes calizos de Dover, Inglaterra, contienen un porcentaje alto de carbonato cálcico. Una muestra
de 126´6 gramos reacciona con exceso de ácido clorhídrico, según:
CaCO3 HCl CaO CO 2 H 2O
La masa de cloruro de cálcico formado es de 122´7 gamos. ¿Cuál es el porcentaje de CaCO 3 en esas
calizas? Solución: 87´39%
58. Un coche recorre 9´5 Km por cada litro de gasolina. Si suponemos que toda la gasolina es 100% octano
(C 8H 18), cuya densidad es 0´69 gr/ ml, ¿cuántos litros de aire, medidos en C. N. se requerirán para un viaje
de 850 Km? (DATO: % Volumen de oxígeno en aire= 21%)
C 8 H 18 O2 CO 2 H 2O
Solución: 722068´3 litros de aire


59. Calcular:
a. Volumen de disolución de HCl 0´5 M necesario para disolver una cinta de magnesio de 1´2
gramos. Solución: 0´1974 L
b. Volumen de hidrógeno desprendido, a 25ºC y 700 mmHg Solución: 1´3 L
Mg HCl MgCl 2 H2
60. Al mezclarse hidróxido de bario y nitrito amónico, se produce la reacción:
Ba (OH ) 2 .8 H 2 O( s ) 2 NH 4 NO3 ( s ) Ba NO3 2 ( aq ) 2 NH 3 (/ aq ) 10 H 2 O
, que va acompañada de una disminución muy acusada de temperatura.
a. ¿Quién posee más energía, los reactivos o los productos?
b. ¿Es una reacción endotérmica o exotérmica?
61. ¿Cuál de los siguientes combustibles, H 2(hidrógeno), C 3H 8 (propano), CH 4 (metano) desprende mayor
cantidad de calor por gramo quemado?
1
H 2 (g) O 2 ( g ) H 2 O(l ) H 285´6 kJ
2
C 3 H 8 ( g ) 5O 2 ( g ) 3CO 2 ( g ) 4 H 2 O(l ) H -2219´6 kJ
CH 4 ( g ) 2O 2 ( g ) CO 2 ( g ) 2 H 2 O(l ) H -2219´6 kJ
62. Las baterías de Ni-Cd utilizadas en los teléfonos inalámbricos y ordenadores portátiles generan corriente
eléctrica al producirse la reacción:
NiO 2 ( s ) Cd ( s ) 2 H 2 O(l ) Ni OH 2 s Cd (OH ) 2 s
D e esta reacción podemos afirmar:
a. Es un proceso redox
b. Es endotérmica
c. Es exotérmica
d. H> 0
Justifica cada una de las respuestas
63. Los ejércitos modernos disponen de “calentadores químicos”, que permiten calentar la comida sin
necesidad de hacer fuego. Estos calentadores contienen magnesio en la bolsa , y la añadir agua se produce
la reacción:
Mg ( s ) 2 H 2 O(l ) Mg (OH ) 2 ( s ) H 2 ( g ) H 353Kj
a.¿Qué cantidad de magnesio se necesita para que se desprendan 1000Kj?
b.
¿Cuántos moles de magnesio se necesitarían para formar 15 gramos de Mg(OH) 2?¿qué
energía se pondrá en juego?
64. En una contrarreloj, un ciclista consume 1400 Kj. Suponiendo que toda esta energía la obtuviera de la
combustión de glucosa, ¿qué cantidad tendría que consumir?
C 6 H 12 O6 ( s ) O 2 ( g ) CO 2 ( g ) H 2 O(l ) H -2811 KJ
65. Al añadir agua al carburo de calcio en un recipiente abierto, se produce la reacción:
CaC 2 ( s ) 2 H 2 O(l ) Ca OH 2 s C2 H 2 g 127´2 Kj
a.¿qué energía se libera al añadir exceso de agua a 20 gramos de carburo?
b.¿Qué volumen de acetileno (C 2H 2) en C. N se desprende?
c.Si la entalpía de combustión del acetileno es H 1298´7 Kj / mol , ¿qué energía se
desprende al arder la cantidad de acetileno formada en el apartado anterior?
Solución: a. 39´7 Kj b. 6´99 L c. 405´19 Kj
66. Cuando el carbono (grafito) arde en presencia de suficiente oxígeno, se transforma en CO 2 y se desprenden
393´5 Kj en forma de calor:
C (s) O2 ( g ) CO 2 g H -393´5 Kj
Sin embargo, en presencia de insuficiente oxígeno, se forma monóxido de carbono:
1
C (s) O2 ( g ) CO g H -110´5 Kj
2
Realizar un diagrama que represente ambos procesos. Determinar el calor desprendido en el proceso:
1
CO( g ) O2 ( g ) CO 2 g H -393´5 Kj
2
67. Calcular el calor puesto en juego en la siguiente reacción:
CaCO3 ( s ) CaO( s ) CO 2 ( g ) ,
H 0 CaCO3 ( s )
f 288´45Kcal
0
, sabiendo que H f CaO( s ) 151´9 Kcal
H 0 CO 2 ( g )
f 94´05Kcal
Solución: + 42´5 Kcal (endotérmico)


68. En la siguiente reacción química, indique las especies que se oxidan y las que se reducen. Indique, además
cuál/ es de ellas actúa/ n como oxidante/ s y cuál/ es como reductor/ es:
Cu HNO3 Cu ( NO3 ) 2 NO H 2 O
69. Realiza un esquema clasificando y analizando brevemente los distintos tipos de reacciones químicas


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