Ao de la Diversificacin Productiva y del Fortalecimiento de la EducacinUNIVERSIDAD NACIONAL DEINGENIERAFACULTAD DE INGENIERA AMBIENTALESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA SANITARIA

PROBLEMAS DE QUMICACURSO: QUMICA IPROFESOR: ING. MASGO SOTO CESAR AUGUSTOALUMNO:AVILA QUEZADA ORLANDO JAVIER CDIGO:20151301D2015

PROBLEMA N1Se han obtenido los siguientes datos para la reaccin n A + m B C a una determinada temperatura:Experiencia[CH3-Cl] (mol/l)[H2O] (mol/l)v (moll1s1)

10,20,25,4 x 103

20,40,210,8 x 103

30,40,421,6 x 103

Determinar el orden de reaccin respecto de A y B, la ecuacin de velocidad y la constante de velocidad (incluyendo las unidades).La ecuacin de velocidad ser:v=k [A]n x [B]mPara determinar el orden respecto a A buscamos dos experimentos donde se mantenga constante la concentracin de B y varela de A .Esto ocurre en los experimentos1 y 2.

Experimento 1:v=k [A]n x [B]m 5,4 x 103 =k [0,2]n x [0,2] m Experimento 2:v=k [A]n x [B]m 10,8 x 103 =k [0,4]n x [0,2] m

Dividiendo:

Operando:2 = 2 n .Tenemos: 21 = 2nn=1. La reaccin ser de orden 1 respecto al reactivo A.

De forma anloga calculamos el orden de reaccin respecto al reactivo B; para ello elegimos los experimentos 2y 3, que son en los que se mantiene constante la concentracinde A.

Experimento 2:v=k [A]n x [B]m 10,8 x 103 =k [0,4]n x [0,2] m Experimento 3:v=k [A]n x [B]m 21,6 x 103 =k [0,4]n x [0,4] m

Dividiendo:

Operando:2 = 2 m .Tenemos: 21 = 2mm=1. La reaccin ser de orden 1 respecto al reactivo B.La expresin de la ley de velocidades ser: v=k [A]x [B] Para calcular la constante, la despejamos de la ecuacinde velocidad, elegimos los datos de un experimento cualquiera, por ejemplo, el experimento2, y sustituimos los datos en esta expresin.v=k [A]x [B]

K =0,135 moll1s1

PROBLEMA N2La velocidad de la reaccin :CH3COOC2H 5(ac) + OH-(ac) CH3COO-(ac) + C2H5OH (ac) se midi a diversas temperaturas y se obtuvieron los datos siguientes: Temperatura (C) k (M-1 s-1)

15 0,0521

25 0,101

35 0,184

45 0,332

Con estos datos construya un grfico de ln k en funcin de 1/T. Utilizando este grfico, determine el valor de Ea. Solucin En primer lugar se calculan los valores de 1/T y ln k: Temperatura (C) Temperatura (K) 1/T K-1 k (M-1 s-1) ln k

15 288 3,47 x 10-3 0,0521 -2,955

25 298 3,36 x 10-3 0,101 -2,293

35 308 3,25 x 10-3 0,184 -1,693

45 318 3,14 x 10-3 0,332 -1,103

Graficando ln k versus 1/T: Del grfico se obtiene el valor de la pendiente: x1 = 0,00334 y1 = -2,2 x2 = 0,00350 y2 = -3,1

La recta del grfico tiene la forma de la ecuacin de Arrhenius: para la cual Reemplazando

Reemplazando R = 8,314 J mol-1 K-1 se obtiene: Ea = 46.766,25 J mol-1 Ea = 46,78 kJ mol-1

PROBLEMA N3Se tiene el siguiente sistema en equilibrio a 127C, SO2(g) + Cl2(g) SO2Cl2(g) a 0.8M, 0.4M y 1.6M respectivamente. a) Determine las presiones parciales en el nuevo equilibrio si se adicionan en un reactor de 1L, 0.2 mol de SO2(g) y 0.2 mol de SO2Cl2(g)

b) Hacia donde se desplaza el equilibrio, si se adiciona un gas inerte a presin constante.SOLUCIN: A) La reaccin en equilibrio es: SO2(g) + Cl2(g) SO2Cl2(g)Equilibrio inicial0.8M0.4M1.2M

Se adiciona0.2M-0.2M

Se desp. a la der.XXX

Equilibrio final1M X0.4M - X1.4M + X

Del equilibrio inicial: Kc = (1.2)/(0.8)(0.4) = 3.75

Luego de adicionar 0.2M de SO2 y 0.2M de SO2Cl2

El cociente de reaccin es: Q = (1.4)/(0.4)(1) = 3.5< Kc

Entonces por teora, para llagar al nuevo equilibrio debe de desplazarse a la derecha, pero por condicin X < 1 as en el nuevo equilibrio se cumple:

(1.4+X)/(1-X)(0.4-X)=3.75X=0.016M

Entonces la concentracin de SO2=0.984M, Cl2=0.384M SO2Cl2=1.416M

P SO2= 0.984 x 400 x0.082=32.28 atmPCl2= 0.384x 400 x 0.082=12.6 atmP SO2Cl2= 1.416 x 400 x 0.082=46.44 atm

a) Por teora sabemos que si se adiciona un gas inerte en un sistema en equilibrio a una temperatura T no se observara el desplazamiento del equilibrio.

PROBLEMA N4Se tiene el siguiente sistema en equilibrio a una temperatura de 25C, 2NO(g) N2(g) + O2(g) a 0.2M, 0.5M y 0.6M respectivamente.a) Determines las presiones parciales en el nuevo sistema en equilibrio si se adicionan en un reactor de 1L, 0.8 mol de NO(g) y 1 mol de N2(g).b) Hacia donde se desplaza el equilibrio si aumentamos el volumen repentinamente a la mitad.

SOLUCION: a) La reaccin en equilibrio es: 2NO(g) N2(g)+O2(g)Equilibrio inicial0.2M0.5M0.6M

Se adiciona0.8M1M-

Se desplaza2XXX

Equilibrio final1 2X1.5 + X0.6 + X

Del equilibrio inicial: Kc = (0.5)(0.6)/(0.2)2 = 7.5Luego de adicionar 0.8M de NO(g) y 1M de N2(g)

El cociente de reaccin es: Q = (0.6)(1.5)/(1.0)2 = 0.9 < KcEntonces por teora, para llegar al nuevo equilibrio debe de desplazarse a la derecha, as en el nuevo equilibrio se cumple:(0.6+x)(1.5+x)/(1-2x)2X=0.209M

Entonces la concentracin de NO = 0.582M, N2 = 1.291M y O2 = 0.391M

PNO = 0.582 x 298 x 0.082 = 14.221atmPN2 = 1.291 x 298 x 0.082 = 31.546atmPO2 = 0.391 x 298 x 0.082 = 9.554atmDesde que hemos aumentado el volumen, la presin a disminuido entonces el sistema intentar aumentar la presin desplazando el equilibrio hacia el lado que produzca mayor nmero de moles; en nuestro un aumento del volumen no ocasionar ningn efecto sobre el sistema.

PROBLEMA N5Son mezclados volmenes iguales de Pb(NO3)20,2 M y KI 0,2 M. Habr formacin de un precipitado de PbI2?

Dado: Kps de PbI2= 1,4 108

Para responder a la pregunta, primero debemos encontrar la concentracin de cada on en solucin:

Cuando las dos soluciones son mezcladas, el volumen de la solucin final duplica (al ser en este caso iguales los volmenes de las dos disoluciones mezcladas), por lo tanto las concentraciones de Pb2+y Icaen por la mitad.

La ecuacin inica que representa la precipitacin queda:Pb2+(aq)+ 2I(aq)PbI2(s)

Siendo su inverso la representacin de la disolucin del PbI2: PbI2(s) Pb2+(aq)+ 2I(aq)

Qps= [Pb2+] [I]2es la expresin conocida como producto inico de la disolucin, siendo las concentraciones de los iones las que tendran recin hecha la mezcla.

Qps= [Pb2+] [I]2Qps= (0,1) (0,1)2Qps= 1,0 103

La precipitacin ocurre cuando Qpses mayor o igual a Kps. En nuestro ejemplo, tenemos que Qps> Kps, por lo tanto hay precipitacin.PROBLEMA N6

Predecir si habr precipitacin, cuando 50 ml de solucin de Ca(NO3)2 5,010-4 M se mezclan con 50 ml. de NaF 2,010-4 M .Kps CaF2 = 1,710-10

Al mezclarse las disoluciones, las concentraciones seran:

CCa(NO3)2 =

CNaF =

Ca(NO3)2 Ca++ + 2NO3- c - - - c 2c

NaF Na+ + F- c - - - c c

Para determinar si se producir la precipitacin necesaria conocer si el Producto inico Q excede o no al Kps .

Para el equilibrio : CaF2 (s) Ca+2 + 2 F-

Q = [Ca+2] . [F-]2 = 2,510-4 (1,0 10-4)2 = 2,5 10-12

Q < Kps por lo tanto la precipitacin no se producir. La solucin que se obtiene es no saturada con respecto al CaF2 PROBLEMA N7La solubilidad del Mn(OH)2 en agua es de 0,0032 g/l. Hallar su Kps y el pH necesario para que no precipite el hidrxido de manganeso (II) en una disolucin que es 0,06 M en Mn2+ (Masa molecular del Mn(OH)2 = 89) Expresemos la solubilidad en mol/litro: -5 Mn(OH)2(s) Mn2+(ac) + 2 OH (ac) Eq) a-S S 2S

Kps = 3,6 x 105 (2 x 3,6 x 105)2 = 1,861013 La precipitacin comienza en el momento en que se satura la disolucin, entonces se cumple:Kps = [Mn2+] [OH]2 , si [Mn2+] = 0,06 M: [OH]= =1,76 x 10-6 MpH = 14 - pOH = 14 + log 1,76106 = 8,245

Para que no haya precipitacin: [OH] < 1,76106 M, luego pH < 8,245

PROBLEMA N8

A una disolucin 0,1 M en Ca2+ y 0,1 M en Ba2+ se aade lentamente sulfato de sodio. (A) Hallar la concentracin de SO42 cuando aparece el primer precipitado. (B) Hallar las concentraciones de Ca2+ y Ba2+ cuando comienza a aparecer el segundo precipitado. Kps(CaSO4) = 2,4105, Kps(BaSO4) = 1,11010

El sulfato de sodio es una sal soluble, luego a medida que llegue a la disolucin se disolver y se disociar completamente : Na2SO4(s) 2 Na+(ac) + SO4=(ac) El CaSO4(s) comenzar a precipitar cuando: 2,4105 = 0,1[SO4=] [SO4=] = 2,4104 M a) El BaSO4(s) comenzar a precipitar cuando: 1,11010= 0,1[SO4=] [SO4=] = 1,1109 M Es evidente que precipitar primero el BaSO4(s), pues precisa de una menor concentracin de anin sulfato, esta concentracin es: [SO4=] = 1,1109 M Para que empiece a precipitar el CaSO4(s): [SO4=] = 2,410-4 M, y [Ca2+] = 0,1 M. Como la disolucin sigue estando saturada en BaSO4, tenemos ahora una disolucin en la que hay dos equilibrios de solubilidad simultneos.Por tanto deber seguir cumplindose: 1,11010 = [Ba2+] [SO4=] = [Ba2+]2,4104 [Ba2+]= 4,58107 M

PROBLEMA N9

Se tiene el siguiente sistema heterogneo en equilibrio a 20CC(s)+ 2N2O(g) CO2(g)+ 2N2(g), H=+51.2J0.1 0.2 0.1 0.3 mol/LSi se aaden 0.2 moles de CO2(g) y 0.2 moles de N2O(g) en reactor de 1 litro determine:a) La concentracin de NO2(g) y la presin total en el nuevo equilibrioC(s)+2N2O(g) CO2(g)+2N2(g)Equilibrio inicial-0.20.10.3

Se adiciona-0.20.2-

Se desplaza -2xX2x

Equilibrio final-0.4-2x0.3+x0.3+2x

Nt=1+xPara el equilibrio inicialKc=0.1(0.3)2/(0.4-2x)2=0.0225

En el nuevo equilibrio

Kc=(0.3+x)(0.3+2x)2/(0.4-2x)2=0.0225

[N2O]=0.4-2(0.11)=0.378M

Pt=nRT/Vt=(1.011)(0.082)(473)/1 = 39.2b) Si en el equilibrio mostrado, el volumen del reactor se reduce a la mitad Cul sern las nuevas concentraciones de equilibrio?

C(s)+2N2O(g) CO2(g)+2N2(g)Equilibrio inicial-0.2/0.5=0.40.1/0.5=0.20.3/0.58=0.6

Se desplaza a la izquierda-2xX2x

Equilibrio final-0.4-2x0.2+x0.6+2x

Kc=0.225=(0.2+x)(0.6-2x)2/(0.4+2x)2

X=0.032M[N2O]=0.464M [CO2] =0.168M [N2]=0.536MPROBLEMA N10Se ha encontrado que cuando la reaccin: 3 NO2 + H2O 2 HNO3 + NO; llega al equilibrio a 300C contiene 0.60 moles de dixido de nitrgeno, 0.40 moles de agua, 0.60 moles de cido ntrico y 0.80 moles de xido ntrico. Calcular cuntos moles de cido ntrico deben aadirse al sistema para que la cantidad final de dixido de nitrgeno sea de 0.90 moles. El volumen del recipiente es de 1.00L.0.600.400.600.80

3 NO2 + H2O 2HNO3 + NO

EQUILIBRIO

Al aadir una cantidad de HNO3, que llamamos A, la reaccin se desplaza hacia la izquierda hasta alcanzar un nuevo estado de equilibrio, en el cual tendremos:0.60 + 3x0.40 + x0.60 + A -2x0.80 -x

3 NO2 + H2O 2HNO3 + NO

Sabiendo que 0.60 + 3x = 0.90 con lo que x = 0.10 molesEn el nuevo equilibrio:

A = 0.91 moles de HNO3 se aadieron

PROBLEMA N11

Se titulan 50 mL de HF(ac) 0.02M adicionando KOH(ac) 0.02Ma) Determinar el pH de la solucin resultante, luego de adicionar 20mL de KOH(ac) 0.02M.b) Determinar el pH en el punto de equivalencia y seleccionar el indicador adecuado. Dato pKa(HF)=4IndicadoresViraje (pH)

Anaranjado de metilo2.8 - 4

Rojo de metilo 4.2 - 6

Fenolftalena8.2 - 10

a) HF + KOH KF + H2O50 ml x 0.02M 20ml x 0.02M0.4 milimol 0.4 milimol 0.4 milimol0.6 milimol 0 0.4 milimol

Equilibrio del cido dbil:HF + KOH

X X X1.71x X 1.14xKa = = = X = = 1.5 x

b) En el punto de equivalencia la reaccin termina, se cumple por estequiometra:Milimoles de HF = Milimoles de KOH 50 ml x 0.02M = Vb x 0.02M 50mL= Vb

a) HF + KOH KF + H2O50 ml x 0.02M 50ml x 0.02M0.4 milimol 0.4 milimol 0.4 milimol0 0 0.4 milimol Sal de cido dbil

Hidrlisis del anin 0.4/40 X=[OH-]= X X X pOH= 6 y pH= 8

0.01-X X X

PROBLEMA N12Se titulan 40ml de una solucin de hidrxido de amonio, NH4OH 0.04 M, determine:a) El pH de la solucin resultante, luego de haber adicionado 10ml de HClO4 0.04M (Kb a 25C = 4,4.) 10mlx0.04M 40mlx0.04M ---- 0.4milimol 0.4 milimol 0.4milimol 0 1.2milimol 0.4milimol

Equilibrio:

M-X ( X

Kb=4,4.= ---- 13,2.= pOH=2,87 , pH=11,13b) En el punto de equivalencia se cumple:

Vcido x 0.04M= 40ml x 0.04M Vcido = 40ml

40ml x 0.04M 40ml x 0.04M --- 1.6milimol 1,6milimol 1.6milimol --- --- 1.6milimol (sal de base dbil)

Hidrlisis del catin:

Equlibrio: () X X

Kh= = = [H3O]= 0,067x pH= 7,17

PROBLEMA 13El reordenamiento del metil isonitrilo, CH3NC, se estudi en fase gaseosa a 215C y se obtuvieron los datos siguientes:

Tiempo (s) [CH3NC]

0 0,0165

2000 0,0110

5000 0,00591

8000 0,00314

12000 0,00137

15000 0,00074

Haga un grfico de [CH3 NC] en funcin del tiempo. Trace las tangentes a la curva a t = 3500 s. Determine la velocidad instantnea a ese tiempo. Solucin: Primero se confecciona el grfico [CH3NC] vs. Tiempo:

Una vez confeccionado el grfico se traza una lnea tangente a la curva en el punto t = 3500 s. Luego se determina la pendiente a esta recta Tomando 2 puntos de la recta: x1 = 800 y1 = 0,013 x2 = 8000 y2 = 0,001

Se obtiene la pendiente de la recta:

Como el grfico representa la variacin de la concentracin de un reactante en funcin del tiempo, entonces la velocidad corresponde a -m, o sea la velocidad de reaccin a 3.500 s es 1,67 10-6 M s-1

PROBLEMA N141. La reaccin: SO2Cl2(g) SO2(g) + Cl2(g) es de primer orden con respecto a SO2Cl2 . Con los datos cinticos siguientes, determine la magnitud de la constante de velocidad de primer orden: Tiempo (s) Presin SO2Cl2 (atm)

0 1,000

2500 0,947

5000 0,895

7500 0,848

10000 0,803

Solucin:ln [A] = ln [Ao] - kt por lo tanto si se grafica el ln P vs t, se obtendr una recta de pendiente -k Tiempo (s) Presin SO2Cl2 (atm) ln P

0 1,000 0

2500 0,947 -0,0545

5000 0,895 -0,110

7500 0,848 -0,165

10000 0,803 -0,219

El grfico result ser una recta. Tomando 2 puntos de esta recta: y1 = 0 y2 = -0,219 X1 = 0 x2 = 10000 Por lo tanto k = 2,19 x 10-5 s-1 PROBLEMA N15

Se tienen dos disoluciones, una obtenida disolviendo 0,6 g de hidrxido de sodio en100 mL de agua y otra de cido sulfrico 0,25 M.a) Cul es el pH de cada disolucin? b) Qu pH tendr una disolucin obtenida al mezclar 50 mL de cada una? Datos: Masa atmicas: H=1; O=16; Na =23 a) M(NaOH)= 1+16+23= 40 u

Moles de NaOH: n = m/M = 0.6/40 = 0.015 moles Concentracin de NaOH:

Concentracin de NaOH : [NaOH] = 0.015 / 0.1 l = 0.15 M

NaOH Na+ + OH- 0.15 M 0.15 M + 0.15 M [OH- ] = 0.15 M pOH = - log[OH-] = 0.82 pH = 14 pOH = 13.18H2SO4 + H2O 2H30+ + SO42-0.25 M 0.5 M

[H30+] = 0.5 M

pH = - log[H30+] = 0.3

b) Entre el cido y la base fuerte tiene lugar una reaccin de neutralizacin:

Moles de NaOH: 0.15 M x 0.05 litros = 7.5 x 10-3 moles

Moles de H2SO4: 0.25 M x 0.05 litros = 0.0125 moles

2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O

75 x 10-3 0.01250 5 x 10-3

Calculamos la moralidad del cido sobrante: [H2SO4] = 5 x 10-3 / 0.1 = 0.05 M

H2SO4 2H+ + SO4-20.05 M 0.1 M pH = - log[H+] = 1

PROBLEMA N16

En la actualidad, se est estudiando la utilizacin de trixido de azufre, SO3, para almacenar energa solar. El SO3, situado en una cmara cerrada, se disocia a alta temperatura cuando incide sobre l la energa solar, de acuerdo con el siguiente equilibrio: 2 SO3 (g) 2 SO2 (g) + O2 (g) A una cierta temperatura, el SO3 se encuentra disociado en un 52% y la presin total que se alcanza dentro de la cmara es de 2,8 atm. Calcula el valor de Kp para dicha reaccin.

PROBLEMA N17

a) Al mezclar una muestra 500 ml de CH3COOH de 0.2 M con 100 ml de NaOH 0.5 M; Cul es el pH de la solucin resultante? Dato: Ka = 1.8*10-5b) Con otra muestra de 0.1 mol CH3COOH y 0.1 mol de CH3COOK. Si a esta solucin aadimos 0.01 mol de KOH. Cul es la variacin de pH?

SOLUCIN:a) Calculamos las moles de los reactantesnCH3COOH = 0.2 X 0.5 = 0.1 moln NaOH = 0.5 X 0.1 = 0.05 mol

CH3COOH+NaOHCH3COONa+H2O 1 mol 1 mol 1 mol 0.1 mol 0.05 mol 0.05 mol R.E R.LLa cantidad en exceso de CH3COOHnCH3COOH (exceso) = 0.10 0.05 = 0.05 molAl finalizar la reaccin se tiene 0.05 mol de CH3COOH y 0.05 mol de CH3COONa en 600ml de solucin acuosa VSOL = 600 ml pH = -logKa + log [sal] / [cido]0.05mol/0.6L0.05mol/0.6L

pH = -log1.8*10-5 + log pH = 4.74b) Primero calculamos el pH de la solucin amortiguadora cidaCH3COOH (ac)CH3COO-(ac)+H+(ac) 0.1 mol 0.1 mol 0.1 mol 0.1 x 0.1 + xxKa = [CH3COO-] [H+] [CH3COOH]1.8*10-5 = (0.1 + x) (x) (0.1 - X) X = [H+] = 1.8 x 10-5

PROBLEMA N18

Calcula el grado de disociacin y la concentracin de las especies presentes en el equilibrio en una disolucin de amonaco, NH3, 0,40M. La constante de disociacin del amonaco es Kb = 1,79 X 105