Química Inorgánica - Walter Blanco V..pdf

7/26/2019 Qumica Inorgnica - Walter Blanco V..pdf

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umic

inorgnic

etodologa de resolucin de problemas

Semestre

1/2015

Walter A. Blanco V.Universidad Tcnica de Oruro


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W alter l Blanco Vino

Facultad Nacional de Ingeniera

Qumica Inorgnica QMC 1104

I

Prlogo.

Qumica inorgnica metodologa de resolucin de problemas es

un texto realizado con el fin de apoyar al estudiante en su estudio y

reforzar en el conocimiento terico de qumica inorgnica, por otra

parte es un texto que trata de incentivar el auto aprendizaje del

alumno que tiene inters en aprender mas en el campo de la qumica

moderna actual.

Los problemas fueron planteados y resueltos en funcin de la parte

terica de algunas propiedades simples de los elementos mscomunes y estudiados en el curso de qumica inorgnica.

Es posible que se hayan omitido algunos errores de transcripcin que

sern corregidos en una prxima edicin.


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II

ndice

Pg.

Prctica 1 1

Prctica 2 37

Prctica 3 61

Problemas resueltos I 85

Problemas resueltos II 109

Problemas resueltos III 127

Problemas resueltos IV 143

Problemas propuestos 167

Tabla de extraccin de algunos metales 173


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III

Algunas frases interesantes:

Lo o y lo olvide!Lo vi y lo entend!

Lo hice y lo aprend!

Qumica es la ciencia que mas se acerca a Dios

Es mejor tener ms de un mtodo de resolucin para estar ms

seguro de tus resultados

Nunca te confes, mas aun cuando parezca que ya has ganado, lucha

hasta el final

Las cosas que valen la pena son las que te costaron obtener y las

cosas que obtuviste sin esfuerzo se desvanecen fcilmente

Jams digas que no puedes cuando ni siquiera lo has intentado


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IV

Prctica:

Este cuaderno de prcticas fue

diseado para que el estudiante

que cursa la materia de qumica

inorgnica pueda estudiar sin

inconvenientes y rendir un buen

examen. Para su uso se dan las

siguientes instrucciones:

Lea y estudie atentamente cada ejemplo y

resuelva en el cuaderno de prcticas de

manera adecuada cada problema planteado.

El cuaderno debe ser entregado en cada

parcial y pasado una semana ser devuelto

con su respectiva calificacin.

El cuaderno debe ser nico y para la

revisin de la segunda prctica deber estar

resuelta la primera, de lo contrario no ser

calificado y de la misma manera para la

tercera prctica debern estar resueltas la

primera y segunda prctica.

............................................................... ........................................................

Lic. Mara Antonia Tapia Fernndez Univ. Walter Al Blanco Vino

DOCENTE AUXILIAR


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V


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Walter l Blanco Vino

Ingeniera Metalrgica y Ciencia de Materiales


1

PRCTICA DE PREPARACIN PARA EL

PRIMER PARCIAL

EJEMPLO 1.

A 500 mL de una disolucin de densidad 1.45 gr/mL que contiene 4% desulfato cprico, 6% de sulfato de cinc y 8% de sulfato de potasio, se agrega 15 gr delimaduras de hierro que contiene 5% en impurezas insolubles e inertes. Calcular: a) Lamasa y la composicin de la disolucin final. b) La masa y la composicin del precipitado

final.

Datos:

Solucin:

Al agregar las limaduras de hierro a la disolucin, ste desplaza a los metales con potencial

de reduccin ms positivo que el del hierro, por tanto de tablas se tiene:

Donde es el potencial de reduccin o potencial de electrodo.El hierro solo puede desplazar al cobre, por otro lado el cinc y el potasio tiene un potencialms negativo que el del hierro, por tanto estos metales seguirn en la solucin.

Consecuentemente las reacciones que representan lo mencionado son:


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2

Clculo de la masa de la solucin inicial y las masas de las sales disueltas en la solucin

Clculo de la masa pura de hierro:

Las impurezas constituyen en un 5%, por tanto la pureza es del 95%

Consecuentemente como se tiene dos cantidades, por tanto es necesario determinar al

reactivo limitante:

Clculo de la masa de Fe que se necesita:

Anlisis:

se tiene 14.25 gr de Fe y solo se necesita 10.18 gr para que se consuma

totalmente el sulfato cprico, por tanto el Fe esta en exceso y el sulfato se el

reactivo limitante.

La solucin final estar compuesta por:

Componente Masa


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3

Clculo de la masa de sulfato ferroso:

Finalmente:

Componente Masa

Porcentaje

composicin

6.01 8.02 3.82 82.15Total

(masa de la

solucin final)

100

El precipitado esta compuesto por:

Componente Masa

Clculo de la masa de Cu formado:

Finalmente:

Componente Masa

Porcentaje

composicin

24.88 4.58

70.54Total

(masa del

precipitado)

100


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4

PROBLEMA 1.

Una disolucin de 400 gr de masa que contiene nitrato de potasio, nitrato de

plata y nitrato de calcio, cuya composicin es 7%, 5% y 3% respectivamente, se colocan

granallas de cinc superficialmente impuras de masa 10 gr, en dicha masa el contenido de

impurezas es del 4%. Calcular: a) La masa y la composicin de la disolucin resultante. b)

La masa y la composicin del precipitado obtenido.


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5

EJEMPLO 2.

Una aleacin de 30 gr de masa que contiene plata, cadmio y aluminio es

tratada con exceso de disolucin diluida de cido clorhdrico obtenindose 19.52 L de gas

medido en condiciones normales y 5 gr de un precipitado. Calcular: a) La composicin de

la aleacin. b) El volumen de disolucin 0.1M de cido clorhdrico que se utiliz

considerando un exceso del 60%. c) El nmero de molculas de las sales obtenidas.

Datos:

Solucin:

Este es un problema de mezclas, para su resolucin se debe tener una reaccin para cada

componente; y para determinar las reacciones es necesario conocer las siguientes

afirmaciones:

1

Metal con EO

(Potencial de reduccin) 0 sustituyen a los hidrgenos del agua, de loscidos hidrcidos y/ oxcidos

diluidos no oxidantes

.

2

Metales con EO0 nosustituyen a los hidrgenos del agua, de los cidos hidrcidos y/oxcidos

diluidos no oxidantes

.

El cido clorhdrico es un cido no oxidante, por tanto de tablas se tiene:

De los tres metales solo la plata presenta el potencial de reduccin positivo, por tanto es el

nico que no reacciona:


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6

Consecuentemente, el gas que se genera es el hidrgeno y el precipitado que se tiene le

corresponde a la plata ya que ste no reaccion.

Un problema de mezclas se puede resolver mediante la formulacin de ecuaciones lgicas,

las cuales vienen planteadas del enunciado como tambin de la estequiometra:

Ecuaciones del enunciado:

Ecuaciones de la estequiometra:

Reemplazando y en se tiene:

De se tiene:

Reemplazando en la anterior ecuacin:

Despejando la incgnita:

Finalmente la composicin es:


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7

Clculo del volumen de disolucin:

Consecuentemente:

Finalmente:

Clculo del nmero de molculas de las sales obtenidas:


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8

PROBLEMA 2.

Una amalgama (aleacin de mercurio con otros metales) de 15 gr que

contiene sodio y potasio es tratada con exceso de disolucin diluida 0.5 N de cido sulfrico

(cido no oxidante), obtenindose 2.167 Litros de gas medidos en condiciones normales,

adems de un lquido muy denso de color plateado de 8.5 gr de masa. Calcular: a) La

composicin porcentual de la amalgama. b) El volumen de disolucin de cido sulfrico

considerando un exceso del 110% que se necesita. c) El nmero de moles y molculas de

las sales formadas.


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EJEMPLO 3.

Se tiene una muestra de xido crmico de 30 gr de masa, dicha muestra se

reduce totalmente con 11 L de gas hidrgeno medidos en condiciones normales. Calcular:

a) La composicin de la muestra oxidada. b) La masa del producto derivado del cromo que

se obtiene.

Datos:

Solucin:

El hidrgeno es utilizado como agente reductor de xidos de algunos metales de transicin,

es decir:

Consecuentemente es posible calcular la masa del xido puro en la muestra ya que se tiene

el volumen de hidrgeno que consume la reduccin total de la masa del xido puro.

Clculo de la masa de producto derivado del cromo:


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10

PROBLEMA 3.

Una muestra de manganeso de masa de 22 gr de masa se expone por

accidente a una atmosfera oxidante de aire caliente donde una gran parte del manganeso

pasa a dixido de manganeso, para revertir esto, la masa resultante se deja pasar por un

corriente de gas hidrgeno para reducirlo y tener la muestra pura en manganeso como al

principio. Luego del proceso de reduccin se form 5.76 mL de agua. Calcular: a) El

porcentaje en masa de manganeso que se oxid. b) El volumen de gas hidrgeno medido

en condiciones normales que consumi el proceso de reduccin.


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11

EJEMPLO 4.

Una muestra de litio superficialmente oxidada de 15 gr de masa se hidroliza

en exceso de 500 mL de agua, la solucin obtenida es utilizada para neutralizar 130.506 mL

de disolucin al 38% en masa de cido clorhdrico de densidad 1.38 gr/mL. Calcular: a) La

composicin de la muestra. b) El exceso del agua expresada en porcentaje. c) El volumen

gaseoso medido en condiciones normales que se obtiene de la hidrlisis. d) El nmero de

moles de los productos finales si dicha cantidad gaseosa se hace reaccionar con 150 mL de

disolucin 0.5N de permanganato de potasio en presencia de cido sulfrico considerando

un rendimiento del 75%.

Datos:

Solucin:

La muestra esta compuesta por litio y xido de litio, al someter esta muestra a hidrlisis se

obtiene una disolucin alcalina:

El hidrxido de litio reacciona con el cido clorhdrico en solucin concentrada de 38%

neutralizndolo:

Con los datos del cido calculamos el nmero de moles del hidrxido de litio:


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12

Consecuentemente se tiene un problema de mezclas, el cual se resolver como en

anteriores ejemplos:

Ecuaciones del enunciado:

Ecuaciones de la estequiometra:

Remplazando y en :

De se tiene:

Reemplazando en la anterior ecuacin:


Consecuentemente:

Para el exceso de agua es necesario calcular la cantidad terica de agua consumida


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13

Clculo del volumen gaseoso:

Al hacer reaccionar el gas hidrgeno con una cantidad de disolucin de permanganato de

potasio en medio cido es necesario calcular el reactivo limitante:

Igualando la reaccin por el mtodo ion-electrn:

SR.O.: SR.R.: Simplificando:

Finalmente la reaccin igualada es:

Clculo del reactivo limitante:

Para que se consuma todo el gas se requiere ms de 3 Litros de solucin y solo se tiene 0.15

Litros, por tanto el reactivo que se consumir primero es el permanganato de potasio (R.L.:

KMnO4). Consecuentemente se calcular lo moles de los productos:


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PROBLEMA 4.

Se tiene una muestra de sodio parcialmente oxidada de masa 5 gr, dicha

muestra se hidroliza en 50 mL de agua obtenindose una solucin alcalina; la solucin

alcalina es utilizada para neutralizar exactamente 400 mL de disolucin 0.521 N de cido

ntrico. Calcular: a) La composicin de la muestra. b) El exceso de agua expresado en

porcentaje. c) El nmero de moles de los productos obtenidos si el gas que se obtiene se

hace reaccionar con 35 mL de disolucin 0.6 N de dicromato de potasio en presencia de

disolucin de cido clorhdrico, considerando un rendimiento del 90%.


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EJEMPLO 5.

En la determinacin de la dureza temporal y permanente de agua potable, se

lleva al laboratorio una muestra para su anlisis, posteriormente se realizan las siguientes

operaciones analticas:1

Se toma 50 mL de la muestra inicial, el cual se titula con una

disolucin cida de cloruro de hidrgeno 0.01N gastndose 12.5 mL.2

A 50 mL de

muestra se titula con disolucin 0.05N de EDTA consumiendo 4.5 mL. Calcular: a) La

dureza temporal, permanente y total de la muestra de agua potable, exprsela en: [ppm],

[mgr CaCO3 /L], [mmol CaCO3 /L] y [mEqgr CaCO3/L]. b) La alcalinidad de dicha agua

expresada en [mgr Ca(HCO3)2/L].

Datos:

Solucin:

En la primera titulacin lo que se determina es la basicidad a alcalinidad por la simple

razn de que el agente titulante es un cido fuerte y el punto de equilibrio esta en la

neutralizacin

Clculo de la alcalinidad:

Consecuentemente:

En trminos de alcalinidad:

( )


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16

En la segunda titulacin lo que se determina es la dureza total puesto que el agente

titulante es una disolucin de EDTA.

Clculo de la dureza total:

En trminos de dureza total:

( )

Ahora para la determinacin de las durezas temporal y permanente hacemos el siguienteanlisis:

La dureza temporal es igual a la alcalinidad siempre que la dureza total sea mayor a

sta, por tanto tenemos:

Lo cual se cumple en el anlisis de agua, por tanto:

La dureza total se define como la suma de las durezas, temporal y permanente, por

tanto tenemos:

Finalmente:

[ ]

[

]

[ ]


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17

[ ] [ ]

[ ] [ ]


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18

PROBLEMA 5.

En el anlisis de una muestra de agua de una poblacin se realizan las

siguientes pruebas experimentales para la determinacin de la dureza temporal y

permanente de dicha agua:1

Se toma 25 mL de la muestra inicial, el cual se titula con

una solucin cida de cloruro de hidrgeno 0.05 M gastndose 10.5 mL.2

A 30 mL de

muestra se titula con disolucin 0.05N de EDTA consumiendo 4.5 mL.3

Se evaporan 500

mL de dicha agua, quedando un residuo slido blanco de 0.012 gr. a) Calcular La dureza

temporal, permanente y total de la muestra de agua, exprsela en: [ppm], [mgr CaCO3/L],

[mmol CaCO3 /L] y [mEqgr CaCO3/L]. Asuma que el precipitado es solamente carbonato

de calcio b) Determinar la alcalinidad de dicha agua expresada en [mgr Ca(HCO3)2/L].


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EJEMPLO 6.

Se tiene 50 litros de agua que contiene 250 ppm de hidrocarbonato de calcio y

200 ppm de hidrocarbonato de magnesio. Calcular el nmero de Eq gr de cal apagada

que se requiere para eliminar la dureza temporal.

Datos:

Solucin:

Como es de saberse la dureza temporal es debida a los hidrocarbonatos de calcio y demagnesio que se encuentran disueltas en una cierta cantidad de agua, para eliminar estadureza es posible realizar un proceso de destilacin el cual consiste en hacer hervir dichacantidad de agua quedando como residuo slido los carbonatos de calcio y magnesio, sinembargo la vaporizacin del agua es una reaccin muy endotrmica (requiere mucha

calor) lo cual hace que este proceso sea sumamente caro.

Por tanto otra alternativa de eliminacin de esta dureza es mediante la agregacin de

lechada de cal o cal apagada (hidrxido de calcio)

el cual precipita al calcio y al magnesio

como se muestran en las siguientes reacciones:

Sin embargo un exceso de lechada de cal podra ocasionar una dureza artificial.

Clculo de las masas de los hidrocarbonatos:

Clculo del nmero de Eqgr de cal apagada, necesarios para la eliminar la dureza:


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PROBLEMA 6.

Calcular la masa de caliza de pureza 93% que se necesita para preparar

lechada de cal, con un rendimiento del 75%, para utilizarla en la eliminacin de la dureza

temporal de 50 galones de agua que contiene 40 mEq gr de bicarbonato de calcio y 25

mmol de carbonato cido de magnesio por cada litro de agua con dureza. Determinar

tambin la normalidad de solucin saturada de 1.65 gr de Ca(OH)2por litro de disolucin

(lechada de cal) y calcular el volumen de esta lechada utilizada.


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EJEMPLO 7.

Calcular el volumen de disolucin 0.5N de carbonato de sodio que se necesita

para eliminar la dureza permanente de 10 pie3 de agua que contiene 240 mEq gr/L de

sulfato de calcio y 130 mEq gr/L de sulfato de magnesio.

Datos:

Solucin:

La dureza en esencia es la presencia de iones calcio y magnesio, provenientes de cualquier

sal, por otro lado si las sales son sulfatos entonces esta dureza se dice que es permanente,puesto que esta dureza no se puede eliminar por ebullicin del agua ya que estas sales no

se descomponen como los bicarbonatos, consecuentemente los iones calcio, magnesio y

sulfatos estn adheridos a las molculas de agua al estado vapor y cuando se condensa la

dureza permanece como al principio.

Para eliminar esta dureza se agrega solucin de carbonato sdico, lo cual ocasiona un

intercambio inico precipitando al calcio y al magnesio en forma de carbonatos como se

muestra en las siguientes reacciones:

Clculo de los Eq gr de los sulfatos:

Clculo del volumen de disolucin de carbonato sdico:


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PROBLEMA 7.

Calcular el volumen de disolucin, al 5% en carbonato de sodio y de

densidad 1.102 gr/mL, que se necesita para eliminar la dureza permanente de 15 pie 3 de

agua que contiene 350 mgr de sulfato de calcio y 210 mEq gr de sulfato de magnesio por

cada litro de agua con dureza.


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EJEMPLO 8.

Una aleacin de sodio y potasio de 31 gr de masa se combustiona en exceso de

aire, luego de la combustin se obtuvo una mezcla de xidos de 55 gr de masa, la ltima

mezcla se hidroliza obtenindose un gas. Calcular: a) La composicin porcentual de la

mezcla inicial. b) Calcular la cantidad mxima de perxido de hidrgeno que se puede

obtener en la hidrlisis con un rendimiento del 60%. c) El volumen de aire necesario para

la combustin sabiendo que ste contiene 21% en volumen de oxgeno gas (C.N.),

considere un exceso del 100%. d) El volumen del gas, que se obtiene de la hidrlisis,

recogido sobre agua a 25 P , es de 17.546 mmHg.Datos:

b) c)

d)

P P

P

Solucin:

Cuando se combustiona el sodio y el potasio en exceso de aire, es espontanea la formacin

del perxido de sodio y el superxido de potasio:

Consecuentemente la hidrlisis de estos xidos es como sigue:

El gas que menciona el problema es el oxgeno que se obtiene por la hidrlisis del

superxido de potasio.


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De manera que se tiene un problema de mezclas se realizar un cambio de variable:

Consecuentemente se tiene las ecuaciones que se pueden plantear a partir del enunciado:

Para resolver este sistema de ecuaciones, se necesitan una ecuacin por cada incgnita,

como se tiene dos ecuaciones con cuatro incgnitas hallamos las otras dos ecuaciones de la

estequiometra:

Consecuentemente se tiene:


Para la masa de perxido de hidrgeno:


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25

Para el volumen de aire:

Para el volumen de oxgeno que se obtiene:

P P P P P P P P


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PROBLEMA 8.

Se tiene una muestra de sodio y potasio de 50 gr de masa. La mezcla se

somete a dos procesos. 1/5 de la muestra se hidroliza y el resto pasa a combustin en exceso

de aire; de la hidrolisis se obtiene un gas medido en condiciones normales y se usa para la

reduccin de una muestra de xido crmico de pureza 94% obtenindose 5.69 gr de metal.

Calcular: a) La composicin de la mezcla inicial. b) El nmero de moles de los productos

de la combustin. c) La masa de la muestra de xido a reducirse.


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EJEMPLO 9.

Calcular el nmero de moles del producto derivado del cromo que se obtiene

al tratar 200 mL de disolucin 0.5N de perxido de hidrgeno con 120 mL de disolucin

1.5N de dicromato de potasio en presencia de cido sulfrico.

Datos:

Solucin:

Es necesario conocer:

El dicromato de potasio es un agente oxidante por tanto el perxido actuar como agente

reductor:


SR.O.: SR.R.:


Es necesario determinar al reactivo limitante, puesto que se tiene 2 cantidades, una del

perxido de hidrgeno y otra del dicromato de potasio.

Clculo de las cantidades puras de los reactantes:


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Anlisis:

para consumir 0.18 Eq gr de dicromato de potasio se requiere 0.18 Eq

gr de perxido de hidrgeno y solo se tiene 0.1 Eq gr, lo cual es insuficiente, es

decir que el perxido se consume primero y por tanto es el reactivo limitante.

Clculo del nmero de moles del producto derivado del cromo:


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PROBLEMA 9.

Se hace reaccionar 500 mL de perxido de hidrgeno 0.4N con 100 mL de

disolucin 0.3M de permanganato de potasio en presencia de cido ntrico. Calcular: a) El

nmero de Eq gr de las sales obtenidas. b) El volumen de gas que se obtiene en esta

reaccin. c) En el caso de que el perxido de hidrgeno estuviera en exceso, determinar el

volumen de oxgeno gaseoso que se obtendr por la descomposicin total del exceso de

perxido de hidrgeno.


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EJEMPLO 10.

En la obtencin de 5 gr de yodo molecular se hace reaccionar yoduro de

potasio con disolucin de perxido de hidrgeno utilizando como medio una solucin

diluida de cido sulfrico, calcular la masa de la sal requerida si se sabe que contiene 2.5%

de impurezas inertes y el volumen de disolucin 0.5N de perxido de hidrgeno que se

utiliza para la reaccin, considere para este proceso un rendimiento del 80%.

Datos:

Solucin:

El yoduro de potasio solo puede ser agente reductor, por tanto el perxido deber ser

agente oxidante, consecuentemente la reaccin es como sigue:


SR.O.:

SR.R.:


Clculo de la masa de la sal:

Clculo del volumen de disolucin de perxido de hidrgeno:


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PROBLEMA 10.

Calcular el volumen de disolucin 0.4N de perxido de hidrgeno y el

volumen de sulfuro de hidrgeno (medido en condiciones normales) que se necesita para

la obtencin de 5.51022tomos de azufre. Considere un rendimiento del 68%.


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EJEMPLO 11.

Para la obtencin de perxido de hidrgeno en laboratorio se utiliza una

muestra de perxido de bario de pureza 98%, el cual se aade a 250 mL de una disolucin

al 15% en masa de cido sulfrico y de densidad 1.174gr/mL, obtenindose un precipitado

blanco el cual se filtra y se separa una solucin de perxido de hidrgeno. Calcular: a) La

masa de la muestra de perxido de bario requerida para la obtencin de perxido de

hidrgeno. b) El nmero de moles de perxido de hidrgeno que se obtiene.

Datos:

P

Solucin:

La reaccin que ocurre en el proceso de obtencin es:

El precipitado blanco es el sulfato de bario, el cual es de color blanco

Clculo de la masa de la muestra:

Clculo del nmero de moles de perxido de hidrgeno:


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PROBLEMA 11.

Se tiene una muestra de perxido de bario de 100 gr de masa que contiene

7% de impurezas inertes e insolubles, dicha muestra es utilizada para la obtencin de

perxido de hidrgeno. Calcular: a) El volumen de disolucin 0.5N de cido sulfrico. b) El

nmero de Eq gr de perxido de hidrgeno que se obtiene. c) La masa y la composicin

del precipitado.


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EJEMPLO 12.

Calcular la masa de caliza de pureza 85%, el volumen de disolucin 10M de

cloruro de potasio y el volumen de disolucin 3M de hidrxido de amonio que se necesita

para obtener 500 Kg de hidrocarbonato de potasio con un rendimiento del 80%

Datos:

P Solucin:

La obtencin de hidrocarbonato de potasio no puede obtenerse por el mtodo Solvay a

escala industrial, pero es posible su obtencin de manera anloga al de la obtencin del

carbonato de sodio, las reacciones que ocurren en el proceso son:

Inicialmente se calcina la caliza para la obtencin de anhdrido carbnico:

Posteriormente el gas se deja pasar por una solucin de cloruro de potasio saturada con

amoniaco:

Si se tiene una solucin de cloruro de potasio en exceso, el hidrocarbonato de potasio puede

precipitar por efecto del ion comn.

Este proceso es costoso, econmicamente no factible y poco eficiente para la obtencin de

carbonato de potasio a partir del hidrocarbonato obtenido por este proceso. Sin embargo se

tiene otro proceso para su obtencin.

Clculo de la masa de caliza:


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Clculo del volumen de disolucin de cloruro de potasio:

Clculo del volumen de disolucin de hidrxido de amonio:


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PROBLEMA 12.

Para la obtencin de 5 Toneladas por da de carbonato de sodio por el

mtodo Solvay se desea saber: a) La masa de caliza de pureza 89% a calcinar por cada hora

b) El volumen de disolucin, que contiene 50 gr de cloruro de sodio por Litro de

disolucin, que se necesita por da. c) El Volumen de disolucin 2M de hidrxido de

amonio utilizado por da. Considere un rendimiento del 93%


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SEGUNDO PARCIAL

EJEMPLO 1.

De la descomposicin trmica de la magnesita, de pureza 89%, se obtiene un

gas el cual se hace pasar por una disolucin 0.5N de hidrxido de potasio obtenindose una

sal cida de 3.78 gr con un rendimiento de tan solo 30%. Calcular a) La cantidad mxima

de magnesita que se requiere b) El volumen de disolucin de la base que se consumi.

Datos:

P

Solucin:

La descomposicin trmica de la magnesita (mineral de carbonato de magnesio) se

representa con la siguiente reaccin:

Consecuentemente el gas obtenido se deja pasar por una solucin bsica y se tendr la sal

cida:

Clculo de la masa de magnesita:



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PROBLEMA 1.

Una muestra de caliza de pureza 90% se calcina a 950, el gas que seobtiene se lleva a condiciones ambiente y luego se deja pasar por una columna que

contiene solucin saturada de hidrxido de calcio obtenindose un precipitado de 650 gr.

Calcular: a) La masa de caliza que se calcin. b) El volumen de disolucin saturada que

contiene 1.65 gr de cal apagada por litro de solucin. c) Qu volumen de gas (C. N.) sale

de la columna si el rendimiento de la absorcin del gas fue del 95%?


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EJEMPLO 2.

El vanadio se obtiene reduciendo el xido de vanadio (V) con calcio metlico.

Qu masa de metal se puede obtener durante la reduccin del concentrado de 400 gr de

masa en la que la parte en masa del V2O5es igual a 85%? Qu masa de calcio tcnico es

necesario tomar para la reduccin, si el calcio tcnico contiene una impureza de xido de

calcio? La parte en masa de xido de calcio es de 5%

Datos:

P Solucin:

La reduccin de xidos de algunos metales de transicin como el vanadio, se puede realizar

usando metales con potenciales de reduccin muy negativos como el calcio, el aluminio,

etc. Considerando que es un proceso que requiere calor.

Clculo de la masa de vanadio metlico que se puede obtener:

Clculo de la masa de calcio tcnico:

Calcio tcnico es un trmino para llamar al calcio que se va a utilizar, adems de llamarlo

as porque no es calcio puro. Si las impurezas () son el 5%, entonces la pureza es del95%


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PROBLEMA 2.

Un concentrado de mineral de rutilo de masa 630 gr que contiene 90% de

dixido de titanio el cual pasa a un proceso para transformar el dixido de titanio a cloruro

de titanio (IV), la reaccin es la siguiente:

Qu masa de titanio se puede obtener a partir del concentrado, reduciendo el cloruro,

utilizando como agente reductor el magnesio? Qu masa de magnesio tcnico, que

contiene 7% de xido de magnesio, se requiere para la obtencin del metal?


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41

EJEMPLO 3.

Calcular el volumen de aire que contiene 21% en volumen de oxgeno que se

necesita para la combustin del acetileno obtenido a partir de 5 Libras de caliza del 90% de

pureza y 3 Libras de carbn de coque de pureza 80%.

Datos:

P PSolucin:

Las reacciones que ocurren son:

Clculo de la masa de xido de calcio y de carbono:

Consecuentemente:


Anlisis:

Se requiere 1693.44 gr pero solo se tiene 1143.07 gr, es decir que el ooxido

de calcio se consume primero por tanto este es el reactivo limitante y el carbono

esta en exceso.


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42

Clculo del volumen de oxgeno requerido:

Clculo del volumen de aire:


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43

PROBLEMA 3.

Calcular el volumen de acetileno medido en condiciones normales que se

puede obtener a partir de 15 Kg de caliza de pureza 95%. Qu masa de coque de pureza

85% se requerir para la obtencin del acetileno? Considere un rendimiento del 90% en

cada etapa.


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44

EJEMPLO 4.

Qu masa de boro se puede obtener a partir de 13 lb de brax, de pureza 90%

con un rendimiento del 70% en cada etapa? Calcular adems la masa de magnesio tcnico

de pureza 97% que se necesita para la obtencin del boro y el nmero de moles del resto de

los reactivos requeridos para todo el proceso.

Datos:

P P

Solucin:

Inicialmente se obtiene un polvo amorfo (), mediante la siguiente reaccin:

Consecuentemente se calienta dicho polvo hasta la ignicin para su descomposicin:

El slido obtenido se reduce con magnesio a elevada temperatura:

Clculo de la masa de boro que se obtiene:

Clculo del magnesio que se utilizar:

Clculo del nmero de moles del cido utilizado:


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45

PROBLEMA 4.

Calcular la masa de brax de pureza 89%, el volumen de disolucin 0.5M de

cido sulfrico y la masa de magnesio tcnico de 95% de pureza, que se necesitan para

obtener 500 Kg de boro. Considerando que la primera etapa tiene un rendimiento del 80%

y las otros etapas del 85%.


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46

EJEMPLO 5.

Una mezcla de masa 150 gr que contiene partes iguales de silicio, dixido de

silicio y carbn de coque. La mezcla es tratada con disolucin 5M de cido fluorhdrico.

Calcular: a) El volumen de la disolucin utilizado de cido fluorhdrico con un exceso de

60%. b) El volumen de gas liberado medido en condiciones normales. c) El residuo slido

es secado y tratado con disolucin concentrada de cido ntrico. Calcular el volumen

gaseoso formado (considere condiciones normales para ello).

Datos:

Solucin:


Posteriormente el residuo slido se hace reaccionar con cido ntrico concentrado:

Clculo del volumen de la disolucin de cido fluorhdrico:

Clculo del volumen de gas desprendido:

El gas deprendido en la primera etapa es el hidrgeno:


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47

Clculo del volumen gaseoso:

El volumen gaseoso estar constituido por el dixido de carbono y el dixido de nitrgeno:


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48

PROBLEMA 5.

Una mezcla que contiene silicio, dixido de silicio y carbono de 56 gr de

masa se hace reaccionar con cido fluorhdrico 5.5N obtenindose 44.8 Litros de un gas

medido en condiciones normales y adems de un precipitado de 14 gr de masa. Calcular: a)

La composicin de la mezcla inicial. b) El volumen de disolucin de cido fluorhdrico que

se consumi.


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49

EJEMPLO 6.

Una muestra de 31 gr de masa, contiene sulfuros de estao y plomo, se trata

con disolucin concentrada de cido ntrico obtenindose una sal que disuelta en agua es

tratada con disolucin de cido clorhdrico obtenindose un precipitado de 8 gr. a) Calcular

La composicin de la muestra inicial. b) En la reaccin con cido ntrico se separ el

precipitado, determinar la masa de coque de pureza 90% que se necesita para obtener

estao.

Datos:

P

Solucin:

Las reacciones de los sulfuros con el cido ntrico concentrado son:

P P

Consecuentemente la sal soluble es el nitrato de plomo y precipita con la reaccin del

cido clorhdrico:

P P El precipitado de la reaccin con cido ntrico es el dixido de estao y al hacerla

reaccionar con coque se obtendr estao metlico:

Clculo de la masa de sulfuro de estao:

El precipitado le corresponde al cloruro de plomo (II) ya que es insoluble en agua.

P P P P P P

Consecuentemente:


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50

Para el sulfuro de estao:

Clculo de la masa de coque:


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51

PROBLEMA 6.

Se tiene 60 gr de una mezcla que contiene partes iguales de estao, plomo y

dixido de estao, dicha muestra se hace reaccionar en exceso de solucin al 68% en masa

de cido ntrico. a) Calcular la masa de estao que se obtiene a partir del precipitado y el

nmero de moles del agente reductor a utilizar. b) Si a la solucin resultante se agrega

solucin de cloruro de hidrgeno calcular la masa del precipitado.


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52

EJEMPLO 7.

Se tiene una mezcla de magnesio, aluminio y hierro de 8.9 gr de masa.

Despus de tratar la mezcla con un exceso de disolucin concentrada de cido ntrico, en

frio, la masa del residuo constituy en 4,1 gr. El residuo fue sometido a un tratamiento con

una disolucin concentrada de lcali en el cual no se disolvi una parte de la mezcla,

teniendo este residuo una masa de 1.4 gr. Determinar las partes en masa de los metales en

la mezcla. Si se tiene 11 lb de la misma mezcla. Cul es el volumen de oxgeno, medido a

97 KPa y 123oF, que se necesitar para la combustin del gas que se libera al tratar la

mezcla con disolucin diluida de cido clorhdrico?

Datos:

P PSolucin:

Primer tratamiento:

Segundo tratamiento:

Reaccin de la mezcla con cido clorhdrico:

Combustin del gas que se obtiene:


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53

Del enunciado se deduce que:

La composicin de la mezcla ser:

Clculo de las masas de los metales en las 11 Lb

Clculo del nmero de moles del oxgeno:

Finalmente:

P P


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54

PROBLEMA 7. Una muestra que contiene aluminio, plomo y boro. A 25 gr de la muestra se

hace reaccionar con disolucin al 68% en masa de cido ntrico obtenindose 14 gr de un

precipitado; a la disolucin resultante se agrega cloruro de sodio obtenindose 9.4 gr de un

precipitado. Calcular la composicin de la muestra.


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55

EJEMPLO 8.

Calcular la masa de slice de pureza 90%, y la masa de carbonato de sodio y

calcio que se necesitan para preparar 5 Kg de vidrio. Si el rendimiento es de 70%. Calcular

el volumen gaseoso producido si las condiciones en las que se midi el gas son 37 oC y 750

mm Hg.

Datos:

P P Solucin:

La reaccin de obtencin del vidrio es como se muestra a continuacin:

Clculo de la masa de slice:

Clculo de la masa de carbonato de sodio:

Clculo de la masa de carbonato de calcio:

Clculo del volumen de gas liberado:


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56

PROBLEMA 8. Para obtener 10 Libras de vidrio se requiere saber las cantidades de materias

primas. Calcular a) La masa de arena, que contiene 92% de dixido de silicio, que se

requiere. b) La masa de caliza de pureza 90% necesaria. c) La masa de carbonato de sodio

necesario. Considere un rendimiento del 80% en la obtencin.


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57

EJEMPLO 9.

En una disolucin de 50 gr de masa que contena sulfato de estao (II) (la

parte en masa igual a 6%) y sulfato de nquel (II) (8%) colocaron un polvo de un metal

desconocido de 0.646 gr de masa. El metal acusa en los compuestos el grado de oxidacin

de 2+. Todo el metal entr en la reaccin y como resultado de la disolucin fue desalojado

todo el estao y la mitad del nquel. Qu metal colocaron en la disolucin?

Datos:

Solucin:


Primero calcular las masas de los metales reducidos:

Del enunciado:

Por estequiometra:

Reemplazando y en :


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58

PROBLEMA 9. A una disolucin de 500 gr de masa que contiene 10% de un sulfato de

cobre (II). A dicha disolucin se agrega 2.5080 gr un metal, que acusa un estado de

oxidacin de 2+, desplazando y precipitando un tercio del metal disuelto. Qu metal se

coloco en la disolucin?


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59

EJEMPLO 10.

Un combustible que contiene carbono, dixido de silicio y 8% de humedad

de masa 1 Kg se hace reaccionar con exceso de disolucin concentrada de cido sulfrico,

quedando un residuo slido que es secado y pesado dando como dato 30.8 gr. Calcular: a)

La composicin del combustible. b) El volumen de aire medido en condiciones normales

(21% de O2en volumen) necesario para la combustin del combustible considerando un

exceso del 50%.

Datos:

Solucin:

Las reacciones son:

Consecuentemente el precipitado es la masa de dixido de silicio, por tanto:

En la combustin del combustible solo el carbono reacciona:


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60

PROBLEMA 10. Un carbn mineral de 20 Kg que contiene carbono, dixido de silicio 5%

de humedad. Se combustiona en exceso de aire obtenindose un gas que se deja pasar por

un exceso de disolucin saturada de hidrxido de calcio y se obtiene un precipitado de

141.67 Kg de masa. Calcular: a) La composicin completa del carbn mineral. b) El

volumen de disolucin al 68% en masa de cido ntrico y de densidad 1.38 gr/mL que se

requiere para tratar el carbn mineral.


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TERCER PARCIAL

EJEMPLO 1.

Calcular el volumen de hidracina gaseoso medido a 25C y 785 mm Hg que se

requiere para preparar 65 m3 de disolucin al 69% en masa de cido ntrico de densidad

1.34 gr/ml, si el rendimiento es de 85%, siguiendo las respectivas etapas del proceso de

fabricacin del cido.

Datos:

P

Solucin:

Obtencin de cido ntrico a partir de la hidracina:

Clculo de la masa de cido ntrico puro:

Clculo del nmero de moles requeridos de hidracina:

Clculo del volumen de hidracina:


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62

PROBLEMA 1.

Calcular el volumen de disolucin al 68% en masa de cido ntrico y de

densidad 1.38 gr/mL que se puede obtener a partir de 1 milln de litros de nitrgeno

gaseoso y 3 millones de litros hidrgeno gaseoso, ambos gases medidos en condiciones

normales. Considere para la obtencin un rendimiento del 70%


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63

EJEMPLO 2.

Una muestra de 77 gr de masa, que contiene 78% de cobre y 22% de xido

cprico, se trata con una disolucin concentrada de cido ntrico, el gas obtenido se trata

con disolucin de dicromato de potasio en medio cido. Calcular el nmero de molculas

del compuesto derivado del nitrgeno si el rendimiento de la ltima reaccin es de 80%.

Datos:

Solucin:


El xido cprico no reacciona porque el cido ntrico concentrado es un fuerte agente

oxidante y como el cobre ya esta en mximo estado de oxidacin ste ya no puede oxidarse

por tanto no reacciona.

Consecuentemente el gas reacciona de la siguiente manera:

Clculo del nmero de molculas del compuesto derivado del nitrgeno:


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64

PROBLEMA 2.

Una muestra de 50 gr de masa que contiene 60% de cobre, 15% de xido

cuproso y el resto es xido cprico. Calcular el volumen de disolucin al 50% en masa de

cido ntrico de densidad 1.29 gr/mL que se necesita para tratar la muestra. El gas obtenido

se hace pasar por una disolucin de permanganato de potasio en presencia de hidrxido de

potasio, calcular la masa del compuesto derivado del reactivo gaseoso. Escribir la reaccin

anterior en presencia de hidrxido de sodio.


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65

EJEMPLO 3.

Calcular la masa de slice de pureza 90% en SiO2, carbn de coque de 89% en

carbono y roca fosfrica con 78% de pureza para preparar 10 lb de fsforo blanco si el

rendimiento de su obtencin es de 79%.

Datos:

P P P

Solucin:

La obtencin del fosforo blanco es la siguiente:

P P P P

Clculo de la masa de slice:

P

P P P

Clculo de la masa de coque:

P P

Clculo de la masa de roca fosfrica:

P P P P P P

P


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66

PROBLEMA 3.

Para la obtencin de 10 Kg de fsforo blanco se pide calcular la masa de

arena silcea de pureza 90%, la masa de carbn de pureza 90% y la masa de roca fosfrica

de pureza 90%. Calcular la masa de silicato formado y el volumen del gas que se obtiene

medido en condiciones normales. Considere para la obtencin un rendimiento del 90%


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67

EJEMPLO 4.

Calcular el volumen de disolucin, al 68% de cido sulfrico de densidad 1.33

gr/mL, que se puede preparar a partir de 750 Kg de una mena que contiene 52% de FeS 2,

33% de ZnS, 10% de slice y 5% de otras impurezas. Considere durante la tostacin de esta

mena un rendimiento de 95%.

Datos:

Solucin:

Al tostar la mena se tiene las siguientes reacciones:

Luego para la obtencin de cido sulfrico:

Clculo del nmero de moles totales de dixido de azufre que se obtiene:

Clculo del volumen de disolucin de cido sulfrico que se obtiene:


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68

PROBLEMA 4.

Se tiene una mena de 100 Lb de masa que contiene partes iguales de pirita

de pureza 90%, casiterita de pureza 95% y galena de pureza 85%. Calcular el volumen de

disolucin al 80% en masa de cido sulfrico y de densidad 1.36 gr/mL por el mtodo de

contacto. Considere un rendimiento del 90% en la ltima etapa de obtencin del cido

sulfrico.


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69

EJEMPLO 5.

Al tratar 1.151024molculas de sulfuro de hierro (II) con disolucin de cido

clorhdrico se liberan un gas que se hace pasar por disolucin de permanganato de potasio

en medio cido. Calcular el nmero de moles del precipitado que se obtiene. Si el

rendimiento es de 70%

Datos:

Solucin:


Clculo del nmero de moles del precipitado:


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70

PROBLEMA 5.

Se hace reaccionar 20 gr de azufre tcnico del 95% de pureza con cido

sulfrico concentrado, obtenindose un gas que se deja pasar por disolucin de hidrxido

de sodio. Calcular el nmero de Eq gr de la sal formada.


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71

EJEMPLO 6.

Al tratar 10 gr de una mezcla antimonio y bismuto con una disolucin al 78%

en masa de cido ntrico de densidad 1.40 gr/ml se obtiene 5.4 litros de un gas medido en

condiciones normales. Calcular: a) La composicin de la mezcla inicial b) El volumen de

cido ntrico usado en la reaccin.

Datos:

Solucin:

Se tiene cantidades totales de mezclas por tanto es un problema de mezclas, inicialmente

planteamos las reacciones:

Planteamos las ecuaciones:

-

Del enunciado:

-

De la estequiometra:

Consecuentemente el sistema de ecuaciones de 2 x 2 ser:


78/180




72

Resolviendo el sistema de ecuaciones:

Consecuentemente:



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73

PROBLEMA 6.

Se hace reaccionar una mezcla de 15 gr de masa que contiene partes iguales

de arsnico, antimonio y bismuto. Dicha mezcla se hace reaccionar en exceso de disolucin

15M de cido ntrico concentrado. Calcular el volumen gaseoso en condiciones normales,

los moles de los productos de cada componente de la mezcla y el volumen de disolucin

que se requiere considerando un exceso del 50%.


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74

EJEMPLO 7.

Se tiene una muestra de sulfuro de arsnico (III) y arsnico, (partes iguales),

que se trata con disolucin al 68% en masa de cido ntrico. Calcular la masa de mezcla

que se necesita para obtener 50 Litros de dixido de nitrgeno medidos en condiciones

normales y el volumen de agua que se formar.

Datos:

Solucin:

Inicialmente planteamos las reacciones que permitan resolver el problema:

Consecuentemente se planteara las ecuaciones para resolver la incgnita:

Reemplazando y en :

Luego en :

Despejando:


81/180




75

Finalmente:

Clculo del volumen de agua generado:


82/180




76

PROBLEMA 7.

Una mena de 150 gr de masa que contiene pastes iguales de sulfuro de

arsnico (III), sulfuro de antimonio (III) y sulfuro de bismuto (III), se hace reaccionar con

solucin al 68% en cido ntrico. Calcular el nmero de moles de los productos derivados

de la mena considerando un rendimiento del 85%.


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77

EJEMPLO 8.

Calcular el volumen de gases que se obtiene (medido en condiciones

normales) al tratar 100 gr de coque de pureza 80% con 4 dm 3de solucin al 68% en masa

de cido ntrico y densidad 1,38 gr/ml. Considere un rendimiento de 67%.

Datos:

P Solucin:

La reaccin que ocurre es:

Clculo de las masas puras:

Consecuentemente:


Anlisis:

Se tiene 80 gr de carbono puro y se re quiere 178.74 gr, por tanto esta en

deficiencia y consecuentemente es el reactivo limitante.

Clculo del volumen de gases:


84/180


85/180




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EJEMPLO 9.

Para eliminar el gas contaminante, de un proceso de tostacin de sulfuros, de

500 L de volumen (C.N.) con un proceso de absorcin se requiere calcular el volumen de

disolucin 0.5N de lechada de cal. Calcule tambin la masa de la sal formada si el

rendimiento del proceso es del 87%.

Datos:

Solucin:

En un proceso de tostacin de sulfuros se tiene una reaccin generalizada:

Consecuentemente el gas contamnate es dixido de azufre, que cuando entra en contacto

con las nubes y el aire atmosfrico, incluso con el ozono, comienza la formacin de cido

sulfrico en el cual la chispa elctrica es el catalizador de la oxidacin de dixido de azufre

y ulteriormente se da lugar a la lluvia acida:

Para la eliminacin del gas se puede realizar de la siguiente manera:


Clculo de la masa de la sal formada:


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80

PROBLEMA 9.

Se tiene una mezcla de gases de 500 L de volumen medido en condiciones

normales en la que las fracciones molares del dixido de carbono, dixido de nitrgeno y

dixido de azufre son 0.3, 0.5 y 0.2 respectivamente. Todo el gas se deja pasar por exceso de

una disolucin de hidrxido de sodio. Calcular el nmero de moles de las sales formadas.


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81

EJEMPLO 10.

Se hace reaccionar 0.25 moles de permanganato de potasio con 500 mL de

disolucin 10N de cido clorhdrico. El gas liberado se deja pasar por una disolucin de

lcali (en frio). Calcular el nmero de moles de la sal oxisal formada.

Datos:

Solucin:


Clculo del nmero de moles de cido clorhdrico:

Consecuentemente:


Anlisis:

Se tiene 0.25 mol de permanganato de potasio y se re quiere 0.625 mol, por

tanto esta en deficiencia y consecuentemente es el reactivo limitante.

Clculo del nmero de moles de la sal:


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82

PROBLEMA 10.

Se tiene una muestra de pirolusita de 90% de pureza la cual se hace

reaccionar con solucin de cido clorhdrico 10M. El gas obtenido se deja pasar por una

disolucin de hidrxido de sodio obtenindose 2 moles de clorato de sodio. Calcular la

masa de pirolusita y el volumen de solucin que se utilizaron. Considere un rendimiento

del 80% en cada reaccin.


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83

EJEMPLO 11.

Por hidrlisis de 50 gr de una muestra que contiene partes iguales de xido

de magnesio y fosfuro de magnesio se obtiene un gas que se hace burbujear por 200 ml de

disolucin 0.3N de permanganato de potasio en medio cido. Calcular el nmero de Eq

gr del derivado del fsforo que se forma con un rendimiento del 70%.

Datos:

Solucin:


P PP P

Clculo del nmero de moles de la fosfina y del permanganato de potasio:

P P P P

Consecuentemente:

P P Clculo del reactivo limitante:

P Anlisis:

Se tiene 0.373 mol de fosfina y se re quiere 0.075 mol, por tanto esta en exceso

y consecuentemente es el reactivo en exceso y el permanganato el reactivo limitante.

P

P


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84

PROBLEMA 11.

Una muestra gaseosa que contiene 5 moles de diborano y 3 moles de

difosfina se hace pasar por una disolucin de dicromato de potasio en presencia de cido

sulfrico. Calcular el nmero de moles de los productos derivados de la mezcla gaseosa.


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85

Hidrgeno, agua y durezas,

Perxido de hidrgeno y grupo IA

1.

Por accin de un lcali sobre 50 gr de aluminio tcnico de pureza 90% se obtiene un

gas que se utiliza para la reduccin de 20 gr de una muestra que contiene 85% de xido

mangnico y 15% de manganeso metlico. Calcular el nmero de atgr de manganeso

despus de la reaccin.

Datos: Reacciones:

P

Solucin:

Inicialmente es necesario calcular la masa de manganeso que se forma por la reduccin

del xido y luego sumarla a la masa de manganeso en la muestra, posteriormente la masa

total se llevara a tomos gramo.

Clculo de las masas de Al, Mn

2

O

3

y Mn:

Clculo del nmero de moles del gas:

Como se tiene dos cantidades, una del hidrgeno que se obtiene por reaccin de aluminio

con lcali y otra del xido mangnico, es necesario determinar el reactivo limitante.


92/180




86


Para consumir los 17 gramos del xido se necesita 0.323 moles de hidrgeno gaseoso y se

cuenta con 2.5 moles de hidrgeno, esto dice que el hidrgeno sobrar, por tanto esta en

exceso y el reactivo lmite es el xido mangnico.

Clculo del nmero de at gr de manganeso despus de la reaccin:

2.

Calcular el nmero de Eq gr de cal apagada que se necesita para eliminar la dureza

de 50 litros de agua que contiene 250 ppm de hidrocarbonato de calcio y 200 ppm de

hidrocarbonato de magnesio.

Datos: Reacciones:

Solucin:

Clculo de las masas de Ca(HCO

3

)

2

y Mg(HCO

3

)

2

:

Clculo del N Eq

gr de Ca(OH)

2

:


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87

3.

Expresar la dureza del agua de 0.5 mmol/Len

mol/L, Eq gr/L, mgr/L y ppm

4. Se hace reaccionar 50 gr de sulfuro de sodio con 50 mL de disolucin de perxido de

hidrgeno en 300 mL de disolucin 0.2M de cido ntrico. Calcular: a) La masa de

azufre que se obtiene con un rendimiento del 90%. b) La concentracin molar de la

disolucin de perxido de hidrgeno.

Datos: Reacciones:

Solucin:

Clculo del nmero de moles de cido ntrico contenidos en la solucin:

Se puede observar dos cantidades de dos reactantes:

Para calcular la masa de azufre se debe calcular antes el reactivo limitante.


Para que los 50 gr de Na2S se consuman por completo se requiere 1.28 moles de HNO 3y

solo se tiene 0.06 mol, consecuentemente me faltar y por tanto ser el reactivo limitante.


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88

Clculo de la masa de azufre:

Para hallar la concentracin de perxido de hidrgeno se debe calcular antes los moles de

soluto por estequiometra y expresarla en moles de soluto por litro de solucin.

Clculo de los moles de H

2

O

2

:

Clculo de la concentracin molar de la solucin de H

2

O

2

:

[ ]

5.

Durante la calcinacin de una muestra, de hidrocarbonato de sodio y carbonato de

sodio, de 60 gr de masa se separ agua de 2.7 gr de masa. a) Cual es la composicin del

carbonato e hidrocarbonato en la muestra? b) Qu volumen de gas, en condiciones

normales, se obtuvo como producto de la calcinacin? c) Cul es la masa final de la

sal?

Datos: Reacciones:

gr b) c) Solucin:

Como se tiene la masa del agua, producto de la calcinacin, se puede calcular por

estequiometria la masa del hidrocarbonato y por diferencia se tiene la masa del carbonato.

Posterior a ello se puede calcular el volumen del gas que se obtiene el cual es el dixido de

carbono.


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89

Clculo de la masa del hidrocarbonato y del carbonato:

Clculo del volumen de gas:

Clculo de la masa final de la sal:

Para calcular la masa total se debe sumar la masa inicial de carbonato a la masa calculada

por estequiometria.

La masa final de la sal:

6. Calcular: a) El volumen de disolucin 0.2N de cido sulfrico que se necesita para

neutralizar los productos de la hidrolisis de 20 gr de una mezcla que contiene partes

iguales de hidruro de litio y de hidruro de sodio. b) El volumen del gas que se libera,

medido en condiciones normales.

Datos: Reacciones:


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90

Solucin:

Calculamos primero el nmero de moles total de cido sulfrico que se requiere y de esa

manera, teniendo la concentracin de la solucin, se calcular el volumen necesario para

la neutralizacin de la solucin bsica.

Para el volumen de disolucin:

Para el volumen de gas medido en condiciones normales

Se obtiene hidrgeno naciente en las dos reacciones de ambos hidruros as que se tendr

un volumen total de hidrgeno gaseoso.

Finalmente:

7.

Al reaccionar 5 gr de cinc con 250 ml de disolucin al 38% en masa de cloruro de

hidrgeno de densidad 1.18 gr/ml, se obtiene un gas que se utiliza para la reduccin de

un xido de metal de estado de oxidacin 3+, obtenindose 2,67 gr del metal. De qu

metal se trata?

Datos: Reacciones:


97/180




91

Solucin:

Clculo de la masa del cido:

Como se tiene dos cantidades:


Para consumir completamente los 112.1 gr del cido clorhdrico se necesitan 99.815 gr

del metal cinc, pero en el problema indica que solamente se tiene 5 gr de dicho metal, por

lo tanto el reactivo que se consumir por completo ser el cinc y consecuentemente este es

el reactivo limitante.

Ahora hallamos el nmero de tomos gramo del metal Me a partir del reactivo

limitante; teniendo el nmero de tomos gramo y la masa del metal podremos calcular

la masa atmica del metal y con ella identificarla en la tabla peridica.

Clculo de nmero de At gr del metal:

Se sabe que:

Despejando y reemplazando los datos numricos se tiene:


98/180




92

8. A una muestra de sodio parcialmente oxidado de masa 10 gr se agrega agua

obtenindose una disolucin que se neutraliza con dixido carbono y que da lugar a 20

gr de carbonato de sodio. Calcular el porcentaje de sodio puro en la muestra inicial.

Quiz es necesario mencionar a que se refiere con parcialmente oxidado pues

simplemente este dato indica que una porcin de la muestra se convirti en xido y el resto

es sodio puro. Esto puede representarse a continuacin con las siguientes reacciones:

Datos: Reacciones:

Solucin:

Se puede calcular la cantidad de hidrxido de sodio que consume el carbonato de sodio y

con ello se podr obtener un sistema de ecuaciones el cual permita obtener las cantidades

del sodio puro y de la masa oxidada.

Clculo de los moles de hidrxido de sodio:

Sistema de ecuaciones:

-

Del enunciado:

-


Reemplazando y ordenando se tiene:


99/180


100/180




94

10.Calcular el volumen de disolucin 2.5N de carbonato de sodio que se necesita para

eliminar la dureza permanente de 5 pie3 de agua que contiene 250 milieq-gr/L de

sulfato de calcio y 120 milieq-gr/L de sulfato de magnesio.

Datos: Reacciones:

Solucin:

Para calcular el volumen de disolucin de Na3CO3 debemos hallar los Eq gr de este.

El nmero de Eq gr total es:

Clculo del volumen de disolucin de carbonato de sodio:

11.

Calcular el volumen de disolucin 0.1N de cido clorhdrico que utiliza para la

titulacin de 100 ml de agua cuya dureza temporal es de 120 ppm de hidrocarbonato de

calcio.

Datos: Reacciones:

CONVERSIONES:

1 pie3=28.3Litros

1 mEq gr = 10-3

Eq gr

1 Eq gr = 1000 mEq gr


101/180




95

Solucin:

Para calcular el volumen de la disolucin del cido podemos usar la relacin de Richter:

De la ley de Richter se tiene:

Pero antes es necesario llevar los ppm a Eq gr/L

( )

12.

Al reaccionar 25 ml de disolucin 0.5M de perxido de hidrgeno con 300 mgr de

clorato de potasio se obtiene cloruro de potasio. Calcular el nmero de moles de cada

uno de los productos de la reaccin considerando un rendimiento del 60%.

Datos: Reacciones:

Solucin:

Clculo del nmero de moles del perxido de hidrgeno:

Consecuentemente se tiene dos cantidades:



102/180


103/180




97

Clculo de moles de gas:

Clculo del volumen del gas

P

Clculo del N

o

Eq

gr de la sal formada:

Clculo del N

o

at - gr del metal formado

Para ello como se tiene una cantidad del oxido y otra cantidad del gas por tanto se debe

calcular el reactivo limitante:

Para consumir los 10 gramos del xido se necesita 0.23 moles de hidrgeno gas y solo se

cuenta con 0.01 moles de hidrgeno y como lo que se tiene es menor de lo que se necesita,

el reactivo limitante es el hidrgeno.

14.En la titulacin de 100 ml de agua se han utilizado 7.3 ml de disolucin de 0.1 N de

cido clorhdrico. Calcular la dureza temporal y expresarla en ppm.

Datos: Reacciones:


104/180


105/180




99

16.Una disolucin de perxido de hidrgeno ocupa un volumen de 250 ml y se expone a

la accin de la luz visible obtenindose 150 ml de gas medido en C.N. A la disolucin

restante se agrega disolucin de yoduro de potasio en medio cido y se obtiene

2.751022 molculas de yodo. Calcular la molaridad de la disolucin de inicial de

perxido de hidrgeno.

Datos: Reacciones:

SOLUCIN:

Para calcular la concentracin molar de la disolucin de perxido de hidrgeno,inicialmente se debe obtener el nmero de moles totales.

Clculo de la cantidad en moles de perxido de hidrgeno:

Por parte de la descomposicin:

Por parte de la reaccin con yoduro de potasio:

Consecuentemente:

Clculo de la concentracin molar de dicha disolucin:

La molaridad es igual a:


106/180


107/180


108/180


109/180


110/180


111/180


112/180




106

21.

Se tiene 45 gr de mineral pirolusita con la parte en masa en MnO 2 igual a 85%. Para

separar al metal puro del mineral, esta se somete a un proceso de reduccin con gas

hidrgeno. Calcular: a) La masa de aluminio tcnico de pureza 90% que se necesita

para obtener la cantidad necesaria de hidrgeno, adems de un exceso del 100% para

garantizar el proceso de reduccin. b) El volumen de disolucin 0.6 M de hidrxido de

potasio que se requiere para la reaccin con el aluminio. c) La cantidad de metal que se

puede obtener a partir del mineral.

Datos: Reacciones:

P P

Solucin:

En el problema pide calcular la masa de aluminio tcnico pero con un exceso del 100%, ya

que este exceso tambin afectar en un 100% a la obtencin del gas hidrgeno,

consecuentemente el volumen de disolucin tambin estar afectada con el porciento

exceso.

Clculo de la masa de aluminio tcnico:

P P

Finalmente el total requerido de aluminio tcnico:

Clculo del volumen de disolucin de hidrxido de potasio:


113/180




107

Clculo de la masa de manganeso metlico que se obtiene:

P P

22.

Se tiene una muestra de de xidos de 30 gr de masa que contiene xido crmico ydixido de manganeso, dicha muestra se deja pasar una corriente de gas hidrgeno,ocasionando la reduccin total de la muestra, obtenindose 19.6 gr de una mezcla demetales. Calcular: a) La composicin de la muestra inicial. b) El volumen de gas

reductor que se requiere considerando un exceso del 50%.

Datos: Reacciones:

Solucin:

Inicialmente planteamos las ecuaciones para resolver este problema de mezclas:

-

Del enunciado:

-


Reemplazando y en se tiene:

Resolviendo el sistema de ecuaciones:


114/180




108

Finalmente:

Clculo del volumen de hidrgeno requerido:


115/180




109

Grupo IIA,

Grupo IIIA y Grupo IVA

1.

Determinar el volumen de la disolucin con la parte en masa del cido ntrico igual a

25% y la densidad de 1.15 gr/mL que se necesita para disolver una muestra de

dolomita de 46 gr. Calcular el volumen de disolucin 0.5N que se necesita para

absorber el gas el gas producto de la reaccin.

Datos:

Reacciones:

Solucin:

Para la solucin de cido ntrico:

Para la solucin alcalina:

2.

Calcular el volumen de disolucin 0.5M de hidrxido de potasio que se necesita para

neutralizar el gas obtenido por descomposicin trmica de 250 Kg de magnesita de

pureza de 90%.

Datos:

Reacciones:

P


116/180




110

Solucin:

3.

Que volumen de disolucin 0.15N de cido sulfrico se necesita para reaccionar con

300 gr de una muestra que contiene 50% de Al, 20% de Al2O3y 10% de Al(OH)3 el

resto son impurezas. Que volumen de gas se libera en C.N. si su rendimiento es del

80%.

Datos:

Reacciones:

Solucin:

El volumen total para trata la muestra es:

El volumen de gas hidrgeno:


117/180




111

4.

Se hidroliza 0.45 moles de tricloruro de boro con 150 mL de agua. El producto obtenido

se neutraliza con una disolucin bsica. Que masa de sal derivada del boro se forma

con un rendimiento del 85%?

Datos:

Reacciones:

Solucin:

Clculo de reactivo limitante:

Se requiere solo 24.3 mL de agua y se tiene 150 mL, por tanto esta en exceso.

La masa de la sal derivada del boro es:

5.

Calcular la masa de boro que se obtiene a partir de 500 litros de diborano gaseoso en

condiciones normales, considerando un rendimiento del 70% en cada etapa

Datos:

Reacciones:

Solucin:


118/180




112

6.

Calcular el volumen de disolucin 3N de cido fluorhdrico que se necesita para tratar

una muestra de 15 gr que contiene partes iguales de silicio y tetra cloruro de silicio. El

gas obtenido se deja pasar por disolucin de permanganato de potasio en medio cido.

Calcular el nmero de moles de cido utilizado.

Datos:

Reacciones:

Solucin:

Clculo de los volmenes para cada reaccin:

El volumen total:

Para el nmero de moles de cido utilizado:


119/180




113

7.

Calcular el volumen de disolucin al 38% en masa y densidad 1.18 gr/mL de cido

clorhdrico que se necesita para tratar 5 Kg de una mezcla que contiene 20% de

carbonato de sodio, 50% de magnesio y el resto son impurezas y no reaccionan con el

cido clorhdrico. Que volumen de gas se libera.

Datos:

Reacciones:

Solucin:

8. La parte en masa de carbonato de calcio en la caliza es de 90%. Qu masa de caliza se

debe tomar para obtener hidrxido de calcio (cal apagada) de 20 Kg de masa? Calcular

el volumen de acetileno medido en condiciones normales que se puede obtener con 27

Kg de caliza

Datos:

Reacciones:


120/180




114

Solucin:

9.

Una muestra que contiene estao y dixido de estao de masa 5 gr se somete a un

proceso de combustin obtenindose 6.2 gr de un producto final. Calcular lacomposicin de la muestra.

Datos Reacciones

Solucin

Del enunciado se conoce que:

Por estequiometra:

Cambio de variable:

Consecuentemente:

Despejando de :


121/180




115

Reemplazando y en :

Despejando:

Finalmente:

10.

Una muestra de 25 gr contiene estao y plomo y se trata con disolucin concentrada de

cido ntrico obtenindose una sal que disuelta en agua es tratada con disolucin de

cido clorhdrico obtenindose un precipitado de 2 gr. Calcular la composicin de la

muestra inicial.

Datos:

Reacciones:

P P P P Solucin:

El precipitado permite calcular la masa de plomo y por diferencia se tendr la masa de

estao.

P P P P P P

11.

Una mezcla de masa 10 gr contiene oxido de magnesio y oxido de aluminio. Estamezcla se trata con disolucin 3M de hidrxido de sodio y se obtiene 5 gr de un

precipitado. Calcular a) La composicin de la mezcla. b) El volumen de disolucin de

hidrxido de sodio que se utiliza si se toma en cuenta un exceso del 50%. c) El nmero

de moles del producto (o de los productos) obtenido(s) considerando un rendimiento

del 80%


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Ingeniera Metalrgica y Ciencia de

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