ESPOL ICQAExamen Parcial de Química General I / Miércoles 5 de diciembre 2007

NOMBRES APELLIDOS # MATRICULA # LISTA # PARALELO

TAREAS LECCIONES EXPOSICIONES PROYECTOS BONOS EXAMEN / 60 NOTA FINAL / 100

Nota para esta evaluación el signo coma (,) se tomará para representar miles, ejemplo: 10+3= 1,000.El punto (.) se tomará para representar decimales, ejemplo: 10-1= 0.1.

OBSERVACIÓN: SÍRVASE LEER CUIDADOSAMENTE CADA UNO DE LOS TEMAS PLANTEADOS, ESTO A FÍN DE CONTESTARLOS EN BASE A LO SOLICITADO, PARTICULAR QUE SIGNIFICA: COMPRENDERLO, INTERPRETARLO, ANALIZARLO, RESOLVERLO Y EXPRESAR SU RESPUESTA CON CLARIDAD.

1. (ECUACIÓN de CLAUSIUS CLAPEYRON) A continuación se muestran varias mediciones de presión de vapor para el agua a distintas temperaturas. Determine por medio de la gráfica pertinente el calor molar de vaporización del agua. Datos: R = 0.0820584 x L x atm x mol-1 x K-1; R = 8.314510 x J x mol-1 x K-1; ln P = -Hv / RT] + C.

Temperatura (°C) 93.0 94.0 95.0 96.0 97.0 98.0 99.0

Presión mmHg 588.6 610.9 633.9 657.6 682.1 707.3 733.2

ln P 6.38 6.41 6.45 6.49 6.53 6.56 6.60

T = t + 273.15 366.15 367.15 368.15 369.15 370.15 371.15 372.15

[ 1 / T ] x 10+3 2.731 2.723 2.716 2.708 2.701 2.694 2.687

2. (DIAGRAMA DE FASES) Los puntos de ebullición y de congelación del dióxido de azufre (SO2) son -10°C y -72.7°C (a 1 atm), respectivamente. El punto triple es -75.5°C y 1.65 x 10-3 atm; su punto crítico está a 157°C y 78 atm. Con esta información, dibuje un esquema -no a escala- del diagrama de fases del SO2.

R=

3. (CAMBIOS DE FASE) Calcule la cantidad de energía (en kilo joules) necesaria para calentar 19.22 moles de agua líquida desde 5°C hasta 182°C. El calor específico del agua es 4.184 J/g x °C en todo el intervalo de la fase líquida y el calor específico del vapor de agua es 1.99 J/g x °C. Dibujar la curva de calentamiento respectiva, donde en el eje de la Y muestre la temperatura en (°C) y en el eje de la X muestre el calor agregado. Datos: ∆Hvap= 40.79 kJ / mol.

Paso1: Calentamiento del agua desde 5°C a 100°C = Q1

Q1 = ms x ∆t

19.22 moles de agua x [18 g H2O/ 1 mol H2O] = 346 g H2O.

Q1 = (346 g) x (4.184J/g °C) x (100°C - 5°C)

Q1 = 1.37 x 10+5 J

Q1 = 137 kJ

Paso2: Evaporación de 346 g de agua a 100°C = Q2

Q2 =346 g H2O x [1 mol H2O / 18.02 g H2O ] x [ 40.79 kJ / mol agua]

Q2 = 783 kJ

Paso3: Calentamiento del vapor desde 100°C hasta 182° Q3 = Q3

Q3 = ms x ∆t

Q3 = (346 g) x (1.99 J / g x °C) x (182°C – 100 °C)

Q3 = 5.65 x 10+4 J

Q3 = 56.5 kJ

La energía total requerida está dada por Q global = Q1 + Q2 + Q3

Q global = 137 kJ+ 783 kJ+ 56.5 kJ = 967.5 kJ.

R = 968 kJ.

4. (PROPIEDADES COLIGATIVAS DE LAS DISOLUCIONES DE NO ELECTRÓLITOS) La presión de vapor de una disolución de glucosa es de 17.01 mmHg a 20°C, mientras que la del agua pura es de 17.25 mmHg a la misma temperatura. Calcule la molalidad de la disolución. Datos: Número de moles de agua en un kilogramo de agua es de 55.49.

SOLUCIÓN

La ley de Raoult, establece que la presión parcial de un disolvente en una disolución, P 1, esta dada por la presión de vapor del disolvente P°1, multiplicada por la fracción molar del disolvente en la disolución X1, a saber: P1= X1P°1.

En una disolución que contenga sólo un soluto, X1 = 1-X2, donde X2 es la fracción molar del soluto. Por lo tanto la ecuación anterior se puede escribir como ∆P = X2 P°1. De lo anterior:

∆P = (17.25 – 17.01) mmHg = X2 P°1 = X2 x 17.25 mmHg = 0.24 mmHg

X2 x 17.25 mmHg = 0.24 mmHg

X2 = 0.24 mmHg / 17.25 mmHg = 0.0139

Por definición: X2= [n2 / (n1 + n2)]; Si n1 >> n2, entonces n2 = n1X2.

n2 = n1X2 = (55.49 moles de agua) x (0.0139) = 0.77 moles de soluto.

Entonces, la concentración de la disolución de glucosa es de 0.77 m. R= 0.77 m

5. (DISMINUCIÓN DEL PUNTO DE CONGELACIÓN) El etilenglicol, CH2(OH)CH2(OH), es un anticongelante común para los automóviles. Es soluble en agua y bastante no volátil (punto de ebullición de 197°C). Datos: La masa molar del etilenglicol es de 62.01 g; Kf = 1.86 °C/m; Kb = 0.51 °C/m; Los puntos de ebullición y congelación del agua son 100.0 °C y 0.0 °C, respectivamente.

A) Calcule el punto de congelación de una disolución que contiene 651 g de esta sustancia en 2,505 g de agua (Respuesta 1).

Primero se calcula la molalidad de la disolución. A partir de la masa de EG y, al convertir la masa del disolvente a 2.505 kg, se tiene que:

651g EG x [1 mol EG / 62.01 g EG] x [ 1 / 2.505 kg de agua ] = 4.19 mol EG / kg agua= 4.19 m.

Considerando que ∆Tf = Kf x m obtenemos que ∆Tf = [1.86 °C/m ] x [ 4.19 m ] = 7.79°C.

En virtud de que el agua a 1 atm se congela a 0°C, la disolución se congelará

R1= a - 7.79°C.

B) Calcule el punto de ebullición de la solución y presente su conclusión respecto a si se debe mantener este anticongelante cuando las temperaturas del medio son altas (Respuesta 2).

∆Tb = Kb x m, entonces ∆Tb = [ 0.51°C/m ] x [ 4.19m ] = 2.2°C.R2 = 2.2°C

Debido a que la disolución hervirá a 102.2°C es preferible dejar el anticongelante en el radiador durante las temperaturas altas del medio.

6. (PRESIÓN OSMÓTICA) La presión osmótica promedio del agua de mar, medida a temperatura de 25°C, es alrededor de 30.0 atm. Calcule la concentración molar de una disolución acuosa de urea [(NH2)2CO] que es isotónica del agua de mar.

Una disolución de urea que es isotónica del agua de mar tiene la misma presión osmótica, 30 atm.

La presión osmótica se mide por la relación: π = MRT, de donde M = π / RT.

M = π / RT = 30 atm x [ 298K]-1 / [ 0.0821 L x atm x K-1 x mol-1] = 1.23 mol x L-1 = 1.23 M.

R= 1.23 M.

7. (ESTRUCTURA CRISTALINA) El silicio cristalino tiene una estructura cúbica. La longitud de la arista de la celda unitaria es de 543 pm. La densidad del sólido es de 2.33 g / cm3. Calcule el número de átomos de Si en cada celda unitaria. Datos: 1 pm equivale a 1 x 10-12 m; la masa de un mol de átomos de silicio (Si) equivale a 28.09 gramos.

El # de átomos de Si en su celda cúbica es igual al volumen de la celda (Ω en cm3) por el número de átomos en un cm3 (ρ).

Ω = [543 pm x 10-10 cm x 1 pm-1]+3 = 160.10 x 10-24 cm3 / celda.

ρ = (2.33 g de Si / cm3) x [6.002 x 10+23 átomos de Si / 28.09 g de Si] = 4.97 x 10+22 átomos de Si / 1 cm3.

# átomos de Si en su celda cúbica = Ω x ρ = 160.10 x 10-24 cm3 x celda x 4.97 x 10+22 átomos de Si / 1 cm3.

# átomos de Si en su celda cúbica = 7.95 átomos de Si ⋲ 8

R = 8

8. (SOLUCIONES SATURADAS; FACTORES QUE AFECTAN LA SOLUBILIDAD) La solubilidad de MnSO4ʏH2O en agua a 20°C es de 70 g por 100 mL de agua. Con los cálculos pertinentes proceda a contestar sí una

disolución de 1.22 M de sulfato de manganeso mono hidratado en agua a 20°C esta ¿saturada, insaturada o sobresaturada? Datos: Mn = 54.94 uma; S =32.07 uma; O = 16.00 uma; Hidrógeno = 1.008 uma.

DESARROLLO:

[(1.22 mol MnSO4.H2O) / 1 L solución] x (169.0g MnSO4.H2O / 1 mol) x (0.100L).= 20.6g MnSO4.H2O / 100 mL.

R= Siendo la solubilidad del MnSO4ʏH2O en agua a 20°C 70 g por 100 mL, una solución 1.22 M de MnSO4ʏH2O a esa temperatura será una solución insaturada.

9. (ENLACE DE SÓLIDOS) Se tiene una sustancia blanca que sublima a 3,000°C; el sólido no conduce la electricidad y es insoluble en agua. ¿Qué tipo de sólido podría ser esta sustancia?

DESARROLLO:

El sólido puede ser iónico de baja solubilidad en agua o un sólido de red covalente.

Debido al extremado punto de sublimación posiblemente sea un sólido de red covalente.

R1 = ser iónico de baja solubilidad en agua R2= sólido de red covalente.

10. (FUERZA INTERMOLEULARES) Escriba (cite) tres propiedades del agua que se puedan atribuir a la existencia de puentes de hidrógeno.

Se detallan algunas propiedades del agua que pueden atribuir a la existencia de puentes de hidrógeno, de las cuales usted puede escoger 3 propiedades:

ALTO PUNTO DE EBULLICIÓN

ALTO CALOR ESPECÍFICO POR GRAMO

EL SÓLIDO ES MENOS DENSO QUE EL LÍQUIDO

ES UN LÍQUIDO A TEMPERATURA AMBIENTE

ALTA ENTALPÍA DE VAPORIZACIÓN

ELEVADA TENSIÓN SUPERFICIAL