Masa a volumen con pureza 11

 

El sulfuro de cinc reacciona con el oxígeno para formar óxido de cinc y óxido de azufre (IV). Determina la cantidad de óxido de cinc que podrá obtenerse partiendo de una tonelada de sulfuro del 60% de pureza. ¿Cuánto oxígeno, medido en condiciones normales, se consumirá?

 

 

Solución:

Datos: m(ZnS) = 106 g del 60%; P = 1 atm; T = 273 K

Reacción ajustada:

ZnS + (3/2) O2 ZnO + SO2

2 ZnS + 3 O2 2 ZnO + 2 SO2

Masa de ZnS que reacciona:

106 g de ZnS·(60 g de ZnS/100 g de mineral) = 6·105 g de ZnS

Peso molecular de ZnS:

Pm(ZnS) = 65,38 + 32,06 = 97,44

Moles de ZnS que reaccionan:

6·105 g ·(mol/97,44 g) = 6157,6 moles

Según la reacción los moles de ZnO que se obtienen son iguales a los moles de ZnS que reaccionan, es decir, 6157,6 moles.

Peso molecular de ZnO:

Pm(ZnO) = 65,38 + 16 = 81,38

Masa de óxido de cinc que se obtiene:

6157,6 moles·(81,38 g/mol) = 501105,5 g

Se obtienen, aproximadamente, 501 kg de ZnO

Para hallar el volumen de oxígeno que se necesita utilizaremos la ley de los gases ideales:

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

Moles de oxígeno que se necesita:

6157,6 moles ZnS·(3 moles O2/2 moles ZnS) = 9236,4 moles O2

 V = 9236,4 moles·[(0,082 atm·L/mol·K)·273 K]/1 atm = 2,07·105 L de O2

 

 

 

Masa a volumen con pureza 10

 

Para determinar la pureza de una muestra de cobre se atacan 12,643 gramos de limaduras con exceso de solución sulfúrica:

2 H2SO4 (aq) + Cu (s) CuSO4 (aq) + SO2 (g) + 2 H2O (l)

El gas SO2 desprendido ocupa un volumen de 2,832 litros a 27 ºC y 1,6 atm. Calcular el porcentaje de cobre en la muestra.

 

 

Solución:

Datos: m(limaduras) = 12,643 g; V(SO2) = 2,832 L; T(SO2) = 300 K; P(SO2) = 1,6 atm

Reacción:

2 H2SO4 (aq) + Cu (s) CuSO4 (aq) + SO2 (g) + 2 H2O (l)

La reacción ya está ajustada.

Aplicando la ley de los gases ideales, hallaremos los moles de SO2 que se obtienen:

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

n = 1,6 atm·2,832 L/(0,082 atm·L/mol·K)·300 K = 0,184 moles

Masa de cobre que reacciona:

Como, según la reacción, los moles de SO2 que se obtienen son los mismos que los moles de Cu que reaccionan, se habrán necesitado 0,184 moles de Cu.

PA(Cu) = 63,54 g

0,184 moles·(63,54 g/mol) = 11,691 g de Cu

Porcentaje de cobre existente en las limaduras:

(11,691/12,643)·100 = 92,47%

 

 

 

Masa a volumen con pureza 09

 

Se hacen reaccionar 22,75 g de zinc del 92,75% de pureza con ácido sulfúrico en exceso. Calcular la masa y el volumen de hidrógeno obtenido medido a 15 ºC y 1,3 atm de presión.

 

 

Solución:

Datos: m(Zn) = 22,75 g del 92,75%; T(H2) = 288 K; P(H2) = 1,3 atm

Reacción ajustada:

Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2

La proporción estequiométrica entre Zn y H2 es 1:1, luego de obtienen el mismo número de moles de H2 que los que reaccionan de Zn.

Moles de Zn que reaccionan:

22,75 g mineral·(92,75 g Zn/100 g mineral)·(mol Zn/65,38 g Zn) = 0,32 moles Zn

Siendo 65,38 g el peso atómico de Zn

Por tanto, se obtienen 0,32 moles de H2

Masa de H2:

0,32 moles de H2·(2 g de H2/mol de H2) = 0,16 g de H2

Ley de los gases ideales:

P V = n R T

V = n R T/P

V = 0,32 mol·[(0,082 atm·L/mol·K)·288 K]/1,3 atm = 5,81 L de H2

Se obtienen 5,81 L de H2

 

 

 

Masa a volumen con pureza 08

 

El hierro reacciona con el oxígeno y se obtiene óxido de hierro (II). Calcular el volumen de oxígeno medido a 900 mm Hg y 27 ºC, que reaccionará con 1 kilo de hierro del 80 % de pureza.

Datos: Fe = 56; O = 16

 

 

Solución: 

Datos: P(O2) = 900 mm Hg; T(O2) = 300 K; m(Fe) = 1000 g del 80%

Reacción ajustada:

2 Fe + O2 2 FeO

Ley de los gases ideales:

P V = n R T

V = n R T/P

Para poder resolver este problema necesitamos saber los moles de O2 que reaccionan.

Masa de Fe que tenemos:

1000 g·(80 g/100 g) = 800 g

Moles de O2 que reaccionan:

800 g Fe·(mol Fe/56 g)·(mol O2/2 moles Fe) = 7,14 moles de O2

Volumen de O2 que reacciona:

V = 7,14 mol·[(0,082 atm·L/mol·K)·300 K]/900 mmHg·(atm/760 mm Hg) = 148,32 L O2

 

 

 

Masa a volumen con pureza 07

 

El carbonato de magnesio al calentarlo se transforma en óxido de magnesio y dióxido de carbono. Hallar el volumen de dióxido medido a 7 ºC y 0,8 atmósferas que se obtendrá a partir de 300 gramos de carbonato del 80% de pureza.

Datos: Mg = 24, C = 12

 

 

Solución:

Datos: T(CO2) = 280 K; P(CO2) = 0,8 atm; m(MgCO3) = 300 g del 80%

Reacción ajustada:

MgCO3 MgO + CO2

Ley de los gases ideales:

P V = n R T

V = n R T/P

Para poder resolver este problema necesitamos saber los moles de CO2 que se obtienen.

Peso molecular de MgCO3:

Pm (MgCO3) = 24 + 12 + 3·16 = 84

300 g de mineral·(80 g de MgCO3/100 g de mineral) = 240 de MgCO3

240 de MgCO3·(mol de MgCO3/84 g de MgCO3) = 2,86 moles de MgCO3

Como, según la reacción, se obtienen el mismo número de moles de CO2 que de MgCO3, los moles de CO2 es 2,86.

 V = 2,86 moles·[(0,082 atm·L/mol·K)·280 K]/0,8 atm = 82,08 L CO2