Masa a volumen con pureza 02

 

Dada la reacción:

Aluminio + Agua = Al(OH)3 + Hidrógeno

Calcula el volumen de hidrógeno medido a 0 ºC y 1 atm que se obtendrá a partir de 0,3 kilos de aluminio del 80% de pureza.

Datos: Al = 27;  O = 16;  H = 1.

 

 

Solución:

Datos: T(H2) = 273 K; P(H2) = 1 atm; m(Al) = 300 g del 80% en pureza

Ajuste de la reacción:

a Al + b H2O c Al(OH)3 + d H2

Ecuación obtenida para que los átomos de aluminio del primer miembro de la reacción sean iguales a los del segundo miembro: a = c

Ecuación obtenida para que los átomos de hidrógeno del primer miembro de la reacción sean iguales a los del segundo miembro: 2b = 3c + 2d

Ecuación obtenida para que los átomos de oxígeno del primer miembro de la reacción sean iguales a los del segundo miembro: b = 3c

Por tanto, tenemos el siguiente sistema:

a = c

2b = 3c + 2d

b = 3c

Dando un valor arbitrario a cualquiera de las incógnitas se resuelve el sistema hallado, por ejemplo:

Si c = 1 a = 1 y b = 3

Ahora sustituiremos los valores hallados, en la segunda ecuación:

2·3 = 3·1 + 2d

6 – 3 = 2d

d = 3/2

Para eliminar las fracciones obtenidas multiplicamos todos los resultados por 2, obteniendo los siguientes resultados:

a = 2; b = 6; c = 2; d = 3

Reacción ajustada:

2 Al + 6 H2O 2 Al(OH)3 + 3 H2

Ley de los gases ideales:

P V = n R T

V = n R T/P

Para poder hallar el volumen de hidrógeno que se han obtenido necesitamos saber cuántos moles del mismo se han producido, al mismo tiempo que debemos tener en cuenta que en los 300 g de aluminio únicamente el 80% del mismo es aluminio puro, es decir:

300 g del compuesto de Al·(80 g Al/100 g de compuesto) = 240 g de Al

Moles de hidrógeno que se obtienen:

240 g Al·(mol Al/27 g Al)·(3 moles H2/2 moles Al) = 13,33 moles de H2

Sustituyendo en la expresión del volumen obtenida de la ley de los gases ideales, tenemos que:

V = 13,33 mol·[(0,082 atm·L/mol·K)·273 K]/1 atm = 298,4 L de H2

 

 

 

Masa a volumen con concentración 12

 

Se mezclan 20 g de cinc puro con 200 mL de ácido clorhídrico 6 M. Cuando termine el desprendimiento de hidrógeno:

a)  ¿Qué quedará en exceso?

b)  ¿Qué volumen de hidrógeno, medido a 27 ºC y 1 atmósfera de presión se habrá desprendido?

(Zn = 65,4; Cl =35,5;  H =1)

 

 

Solución:

Datos: m(Zn) = 20 g; V(HCl) = 200 mL; [HCl] = 6 M

Reacción ajustada:

Zn (s) + 2 HCl (aq) ZnCl2 (aq) + H2 (g)

a)  Veamos cuántos moles hay de cada reactivo:

20 g de Zn·(mol de Zn/65,4 moles de Zn) = 0,31 moles de Zn

0,2 L de HCl·(6 moles de HCl/L de HCl) = 1,2 moles de HCl

De acuerdo con la reacción podemos observar que no hay suficiente cinc para que reaccione todo el ácido, luego éste está en exceso y aquél es el reactivo limitante.

Ácido que reacciona:

0,31 moles de Zn·(2 moles de HCl/mol Zn) = 0,62 moles de HCl

Ácido sobrante (n):

n = 1,2 moles – 0,62 moles = 0,58 moles

Peso molecular de HCl:

Pm(HCl) = 1 + 35,5 = 36,5

Masa de ácido sobrante:

0,58 moles·(36,5 g/mol) = 21,17 g  de HCl

b)  Datos: t = 27 ºC; P = 1 atm

Ley de los gases ideales:

P V = n R T

V = n R T/P

Moles de hidrógeno obtenidos:

Según la reacción se obtienen los mismos moles de hidrógeno que los moles de cinc que reaccionan, luego: 0,31 moles de hidrógeno.

V = 0,31 mol·[(0,082 atm·L/mol·K)·300 K]/1 atm = 7,626 L de H2

 

 

 

Masa a volumen con concentración 11

 

Por una disolución 5 M de KOH hacemos pasar una corriente de CO2 gaseoso hasta que reacciona todo el KOH disuelto.

a)  Calcular la masa de K2CO3 formado.

b)  El volumen de CO2 que ha reaccionado medido a 27 ºC y 3 atm.

KOH + CO2 K2CO3 + H2O

 

 

Solución:

Dato: [KOH] = 5 M

Reacción ajustada:

2 KOH + CO2 K2CO3 + H2O

a)  Supongamos que tenemos un litro de disolución de KOH, por tanto tendremos 5 moles de KOH, luego:

5 moles KOH·(mol K2CO3/2 moles KOH) = 2,5 moles K2CO3

Peso molecular de K2CO3:

Pm(K2CO3) = 2·39 + 12 + 3·16 = 138

Masa de K2CO3 obtenida:

2,5 moles·(138 g/mol) =345 g

b)  Datos: T = 300 K; P = 3 atm

Ley de los gases ideales:

P V = n R T

V = n R T/P

Moles de CO2 que han reaccionado (n):

5 moles KOH·(mol CO2/2 moles KOH) = 2,5 moles CO2

V = 2,5 mol·[(0,082 atm·L/mol·K)·300 K]/3 atm = 20,5 L de CO2

 

 

Masa a volumen con concentración 10

 

200 mL de una disolución de HCl 2M han sido oxidados según la siguiente reacción:

4 HCl + O2 2 Cl2 + 2 H2O

a)  Calcular los litros de Cl2 recogidos a 27 ºC y una presión de 5 atmósferas.

b)  Calcular las moléculas de oxígeno que han reaccionado.

c)  Calcular los gramos de agua obtenidos.

(Posibles datos: Masa atómicas: O = 16; Cl = 35,5)

 

 

Solución:

Datos: V(HCl) = 200 mL; [HCl] = 2 M

a)  Datos: T = 300 K; P = 5 atm

Ley de los gases ideales:

P V = n R T

V = n R T/P

Para poder resolver este apartado necesitamos saber los moles (n) de Cl que se han obtenido.

Moles de ácido clorhídrico:

0,2 L de disolución·(2 moles de HCl/L de disolución) = 0,4 moles de HCl

Moles de cloro:

0,4 moles de HCl·(2 moles de Cl2/4 moles de HCl) = 0,2 moles de Cl2

Volumen de cloro:

V = 0,2 mol·[(0,082 atm·L/mol·K)·300 K]/5 atm = 0,984 L de Cl2

Se obtienen 984 mL de cloro

b)  Según la reacción por cada 4 moles de HCl reacciona 1 mol de O2, luego:  

0,4 moles HCl·(mol O2/4 moles HCl)·(6,023·1023 moléculas O2/mol O2) = 6,023·1022 moléculas O2

c)  Peso molecular del agua:

Pm(H2O) = 2 + 16 = 18

0,4 moles HCl·(2 moles H2O/4 moles HCl)·(18 g H2O/mol H2O) = 3,6 g de H2O

 

 

 

Masa a volumen con concentración 09

 

Dada la reacción: ácido clorhídrico + aluminio = cloruro de aluminio + hidrógeno:

a)  Escribir y ajustar la reacción.

b)  Hallar el volumen de disolución 1,5 M de ácido clorhídrico que hace falta para obtener 200 litros de hidrógeno medidos a 27 ºC y 1520 mm de Hg de presión.

Pesos atómicos: Cl = 35,5; H = 1.

 

 

Solución:

a)   

3 HCl + Al AlCl3 + (3/2) H2

Si queremos que los coeficientes sean números enteros multiplicaremos por 2 toda la ecuación.

6 HCl + 2 Al 2 AlCl3 + 3 H2

b)  Datos: [HCl] = 1,5 M; V(H2) = 200 L; T(H2) = 300 K; P(H2) = 1520 mm Hg

Para poder utilizar la reacción necesitamos averiguar los moles de hidrógeno que hacen falta obtener.

Ley de los gases ideales:

P V = n R T n = P V/R T

n = (1520 mm Hg)·(atm/760 mm Hg)·200 L/[(0,082 atm·L/mol·K)·300 K]

n = 16,3  moles de H2

16,3 moles H2·(6 moles HCl/3 moles H2)·(L disolución/1,5 moles HCl) = 21,7 L

Se necesitan 21,7 litros de disolución de HCl