Solucionario de la unidad T.4 4… · 15. Escribe ajustada la ecuación de neutralización entre el HCl y un antiácido que contiene Mg(OH) 2. 2 HCl (aq) + Mg(OH) 2 (aq) → MgCl

Unidad 4 | Cambios físicos y químicos 1

4. Cambios físicos y químicos

ACTIVIDADES

1. Indica si los siguientes cambios son físicos y explica por qué:

a) Se modifica la forma de un trozo de plastilina.

b) Se calienta un vaso de leche en una cazuela.

c) Se corta una cartulina con unas tijeras.

d) Se quema un papel.

En los cambios físicos no cambia la naturaleza de la sustancia, que es la misma al principio y al final del proceso; en los cambios químicos, por el contrario, se producen nuevas sustancias, es decir, las sustancias finales (productos) son diferentes de las iniciales (reactivos). Según esto, los cambios propuestos son:

a) físico

b) físico

c) físico

d) químico

2. Cuando se cocinan, los alimentos experimentan cambios tanto físicos como químicos. ¿Sabrías identificarlos?

Son cambios físicos, por ejemplo, calentar leche, descongelar un alimento, hervir el agua para cocer pasta, disolver sal en el agua, mezclar condimentos, derretir mantequilla, mezclar puré de patatas con agua caliente, etc.

Son cambios químicos, por ejemplo, fermentar la harina para hacer pan o galletas, cocer un huevo, freír un huevo o un filete, caramelizar el azúcar para hacer un postre, asar un pollo, etc.

3. Expresa el significado de las siguientes ecuaciones químicas.

a) S (s) + H2 (g) → H2S (g)

b) H2 (g) + O2 (g) → H2O2 (l)

c) CaCO3 (s) → CaO (s) + CO2 (g)

a) Un mol de azufre sólido reacciona con un mol del gas hidrógeno para formar un mol de sulfuro de hidrógeno gaseoso.

b) Un mol de hidrógeno gaseoso reacciona con un mol de oxígeno gaseoso para originar un mol de agua oxigenada líquida.

c) Un mol de carbonato de calcio sólido se descompone formando óxido de calcio sólido y dióxido de carbono gaseoso.

4. Experimentalmente se sabe que 73 g de ácido clorhídrico reaccionan exactamente con 100 g de carbonato de calcio. ¿Cuál es la masa total antes de reaccionar? ¿Y al final de la reacción?

Indica la masa del CO2 desprendido si la masa del resto de productos es de 129 g.

inicial 373 g de HCl 100 g de CaCO 173 gm = + =

final inicial 173 gm m= =

2CO 173 g 129 g 44 gm = − =


5. ¿Todos los choques entre moléculas producen la rotura de sus enlaces?

No, solamente provocan ruptura de enlaces aquellas colisiones que se dan con una orientación adecuada y con una energía mínima (la energía de activación). Los que no cumplen ambas condiciones no originan la rotura de enlaces y no producen moléculas diferentes.

6. ¿Qué relación hay entre la energía de las moléculas y el número de choques eficaces?

Cuanto más elevada es la energía cinética (velocidad) de las moléculas, mayor es el número de colisiones que provocan la rotura de los enlaces entre los reactivos (choques eficaces).

7. La figura muestra una molécula de oxígeno y dos de hidrógeno que están colisionando. Dibuja el esquema en tu cuaderno y representa lo que sucederá cuando el choque sea eficaz y cuando sea ineficaz.

Choque no eficaz:

Choque eficaz:

8. Calcula la masa molar del agua oxigenada (H2O2), el amoniaco (NH3) y el carbonato de calcio (CaCO3). Masas atómicas: H = 1 u; O = 16 u; N = 14 u; C = 12 u; Ca = 40 u

2 2 2 2gmasa molecular H O 2 1u 2 16 u 34 u masa molar H O 34

mol= ⋅ + ⋅ = ⇒ =

3 3gmasa molecular NH 14 u 3 1u 17 u masa molar NH 17

mol= + ⋅ = ⇒ =

3 3gmasa molecular CaCO 40 u 12 u 3 16 u 100 u masa molar CaCO 100

mol= + + ⋅ = ⇒ =

9. Calcula el número de moléculas y de átomos totales que hay en:

a) 10 moles de agua oxigenada.

b) 77 g de tetracloruro de carbono.

c) 2 moles y 54 g de silano.


a) ( ) ( )( )

232 2 24

2 2 2 2 2 22 2

6,02 10 moléculas de H On.º de moléculas de H O 10 mol de H O 6,02 10 moléculas de H O

1mol de H O⋅

= ⋅ = ⋅

b) ( ) ( )( )

44 4 4

4

1mol de CCl(CCl ) 77 g de CCl 0,5 mol de CCl

154 g de CCln = ⋅ =

( ) ( )( )

234 23

4 4 44

6,02 10 moléculas de CCln.º de moléculas de CCl 0,5 mol de CCl 3,01·10 moléculas de CCl

1mol de CCl⋅

= ⋅ =

( ) ( )( )

23 244

4

5 átomosn.º de átomos totales 3,01 10 moléculas de CCl 1,5·10 átomos totales

1molécula de CCl= ⋅ ⋅ =

c)

10. La lejía es una disolución de hipoclorito de sodio, NaClO, utilizada por su gran poder desinfectante. Si una botella contiene 300 g de NaClO, calcula el número de moles y moléculas de NaClO y el de átomos de Na. Masas atómicas: O = 16 u; Na = 23 u; Cl = 35,5 u

( ) ( )( )1 mol de NaClO

(NaClO) 300 g de NaClO 4,03 mol de NaClO74,5 g de NaClO

n = ⋅ =

( ) ( )( )

236,02 10 moléculas de NaClOn.º de moléculas de NaClO 4,03 mol de NaClO

1 mol de NaClO⋅

= ⋅ =

242,42 10 moléculas de NaClO= ⋅

( ) ( )( )

24 3 átomosn.º de átomos 2,42 10 moléculas de NaClO

1molécula de NaClO= ⋅ ⋅ =

247,26 10 átomos= ⋅

( ) ( )( )

24 1átomo de Nan.º de átomos de Na 2,42 10 moléculas de NaClO

1molécula de NaClO= ⋅ ⋅ =

242,42 10 átomos de Na= ⋅

11. Ajusta las siguientes ecuaciones.

a) H2 (g) + I2 (g) → HI (g)

b) P4 (s) + O2 (g) → P2O5 (s)

c) C7H16 (g) + O2 (g) → CO2 (g) +H2O (g)

a) H2 (g) + I2 (g) → 2 IH (g)

b) P4 (s) + 5 O2 (g) → 2 P2O5 (s)

c) C7H16 (g) + 11 O2 (g) → 7 CO2 (g) + 8 H2O (g)

( ) ( )( )

234 24

4 4 44

6,02·10 moléculas de SiHn.º de moléculas de SiH 3,7 mol de SiH 2,2·10 moléculas de SiH

1mol de SiH= ⋅ =

( ) ( )( )

24 252 22 2

2 2

4 átomos de H On.º de átomos totales 6,02 10 moléculas de H O 2,4 10 átomos totales

1molécula de H O= ⋅ ⋅ = ⋅

( ) ( )( )

44 4 4

4

1 mol de SiH(SiH ) 54 g de SiH 1,7 mol de SiH

32 g de SiHn = ⋅ =

( ) ( )( )

24 254

4

5 átomosn.º de átomos totales 2,2·10 moléculas de SiH 1,1·10 átomos totales

1 molécula de SiH= ⋅ =


12. Realiza un esquema de las relaciones cuantitativas (moles y masa) entre las sustancias que intervienen en la oxidación del fósforo (P4 y O2) para formar P4O10.

P4 (s) + 5 O2 (g) → P4O10 (s)

1 molécula + 5 moléculas → 1 molécula

1 mol + 5 mol → 1 mol

124 g + 160 g → 284 g

13. El sodio (Na) es un metal muy activo que se oxida muy rápidamente en presencia de oxígeno (O2) formando óxido de sodio. Escribe y ajusta la ecuación química. Si se han formado 248 g de Na2O, calcula los moles y las masas iniciales de los reactivos.

1

2 222Na O Na O+ →

( ) ( )( )

22 2 2

2

1mol de Na O(Na O) 248 g de Na O 4 mol de Na O

62 g de Na On = ⋅ =

( ) ( )( )

( ) ( )( )2

2

2 mol de de (Na) 4 mol de Na O 8 mol de

Na 23 g NaNa Na(Na) 8 mol de

1mol de Na O 1mol d184 g de Na

Nae n m= ⋅ = = ⋅ =

( ) ( )( )

( ) ( )( )

12

22

2 22 2 2 2 2

2

mol de ( ) 4 mol de Na O 2 mol de ( ) 2 mol de

O 32 g de OO O O

1mol de Na O 1mol de O 64 g de O

On m ⋅ == ⋅ = =

14. El carbonato de calcio, principal componente de la cáscara de huevo, reacciona con HCl para formar CaCl2, CO2 y H2O. Escribe la ecuación ajustada e indica qué volumen de una disolución 4 mol/L de HCl se necesita para disolver 10 g de CaCO3.

3 2 2 2CaCO (s) 2 HCl (aq) CaCl (aq) CO (g) H O (l) + → + +

( ) ( )( )

33 3 3

3

1 mol de CaCO(CaCO ) 10 g de CaCO 0,1mol de CaCO

100 g de CaCOn = ⋅ =

( ) ( )( )3

3

2 mol de HCl(HCl) 0,1mol de CaCO 0,2 mol de HCl

1mol de CaCOn = ⋅ =

( ) ( )( )HCl (aq)

1L de disolución0,2 mol de HCl 0,05 L de disolución 50 mL de disolución

4 mol de HClV = ⋅ = =

15. Escribe ajustada la ecuación de neutralización entre el HCl y un antiácido que contiene Mg(OH)2.

2 HCl (aq) + Mg(OH)2 (aq) → MgCl2 (aq) + 2 H2O (l)

16. ¿Por qué debe colocarse el embudo ligeramente elevado sobre la vela?

Para que entre el aire y no se agote el oxígeno, evitando de esta forma que se apague la vela.

17. ¿Para qué se introduce el tubo en U en el interior de un vaso con agua?

Para enfriar el vapor de agua que circula por el interior del tubo y provocar la condensación del vapor de agua en forma de gotas líquidas sobre el CuSO4 anhidro.


18. ¿Por qué no se apaga la vela si se forman CO2 y vapor de agua?

En la combustión se forman gases, como el dióxido de carbono y el vapor de agua, que no son combustibles, pero debido a la elevada temperatura alcanzada en la combustión, estos gases ascienden y su lugar es remplazado por el oxígeno que contiene el aire, lo cual permite que la combustión de la vela continúe y esta no se apague.

19. Indica algunas utilidades y aplicaciones del CO2.

En la industria agroalimentaria, el CO2 se emplea para carbonatar las bebidas (agua mineral y refrescos), para propulsar y dar espuma a la cerveza de barril y, en forma de nieve carbónica (−78ºC), se utiliza asimismo para conservar y congelar alimentos.

En medicina, la nieve carbónica se utiliza para transportar tejidos y órganos con el fin de que lleguen bien conservados hasta el hospital donde se va a realizar el injerto o trasplante.

En la extinción de incendios, el CO2 es el agente químico que contienen algunos extintores para apagar fuegos incipientes.

20. Comprueba si se puede aplicar el test de reconocimiento de CO2 al aire expirado, soplando con una pajita en un vaso que contenga agua de cal.

El agua de cal es una disolución saturada de hidróxido de calcio que se enturbia al burbujear en ella el aire espirado que contiene dióxido de carbono, efecto que es causado por la formación de un precipitado blanco de carbonato de calcio (por ser esta sustancia insoluble en agua) y que permite identificar la presencia de CO2 en el aire exhalado:

Ca(OH)2 (aq) + CO2 (g) → CaCO3↓ (s) + H2O (l)

21. Ajusta las siguientes ecuaciones químicas.

a) Fe + O2 → Fe2O3

b) HCl + Na2CO3 → NaCl + CO2 + H2O

c) Al + H2SO4 → Al2(SO4)3 + H2

d) C2H5OH + O2 → CO2 + H2O

e) NaN3 → Na + N2

a) 2 Fe + 3 O2 → 2 Fe2O3

b) 2 HCl + Na2CO3 → 2 NaCl + CO2 + H2O

c) 2 Al + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3 H2

d) C2H5OH + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O

e) 2 NaN3 → 2 Na + 3 N2

22. Escribe las ecuaciones químicas que se describen y ajústalas.

a) El óxido de mercurio (II) se descompone por el calor en mercurio y oxígeno.

b) El gas propano C3H8 arde con el oxígeno del aire formando dióxido de carbono y vapor de agua.

c) El cinc reacciona con el ácido clorhídrico originando dicloruro de cinc e hidrógeno gaseoso.

d) El metal sodio en contacto con el agua origina hidróxido de sodio e hidrógeno.

a) HgO (s) → Hg (l) + ½ O2 (g)

b) C3H8 (g) +5 O2 (g) → 3 CO2 (g) + 4 H2O (v)

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

d) Na (s) + H2O (l) → NaOH (aq) + ½ H2 (g)


23. ¿Se conserva el número de átomos en una reacción química? ¿Y la masa? ¿Y el número de moléculas?

En todas las reacciones químicas se cumple la ley de conservación de la masa; por tanto, la masa inicial debe ser igual a la masa final y, en consecuencia, el número de átomos iniciales igual al número de átomos finales. Sin embargo, los átomos quedan reagrupados de forma diferente tras la reacción, por lo que el número de moléculas no será, en general, el mismo al principio y al final de la misma.

24. Actividad resuelta en el libro del alumno.

25. Calcula la cantidad de oxígeno que reacciona completamente con 10 g de hidrógeno si se obtienen 90 g de agua.

12 2 22H (g) O (g) H O (g)+ →

2 2 2(reactivos) (H ) (O ) 10 g (O )m m m m= + = +

2(productos) (H O) 90 gm m= =

2 2(reactivos) (productos) 10 g (O ) 90 g (O ) 80 gm m m m= ⇒ + = ⇒ =

26. El azufre reacciona con el hidrógeno para formar sulfuro de hidrógeno. Completa los datos que faltan en la tabla e indica la ley en que te has basado.

Masa de azufre (g) Masa de hidrógeno (g) Masa de sulfuro de hidrógeno (g)

32,0 2,0 34 16 1,0 17,0 8,0 0,5 8,5

48,0 3,0 51,0

Según la ley de conservación de la masa

2 2reactivos productos S H SHm m m m m= ⇒ + =

de donde, despejando en cada caso, se obtienen las cantidades desconocidas.

27. Observa el dibujo de una vela en el interior de una campana de vidrio colocada sobre una balanza electrónica. ¿Qué indicará la balanza cuando la vela se apague?

a) La balanza indicará una masa menor porque la masa de la vela disminuye un poco.

b) Según Lavoisier, la masa total se conserva constante. Por tanto, la balanza marcará lo mismo.

c) Al arder la vela se forman nuevos productos, luego la balanza indicará una masa mayor.


a) Incorrecto.

b) Correcto: según la ley de conservación de la masa, en toda reacción química la masa se mantiene constante; por tanto, la balanza marcará lo mismo durante la combustión de la vela, ya que la masa de los gases formados, y que permanecen en el interior de la campana, es igual a la masa de la vela que ha reaccionado.

c) Incorrecto.

28. Observa los diagramas moleculares que simbolizan dos situaciones diferentes al chocar las moléculas de NO y de O3.

a) ¿En qué situación se produce una reacción química? Escribe la ecuación química que representa la reacción.

b) Interpreta los dos diagramas moleculares a partir de la teoría de colisiones.

a) En la situación B tiene lugar la siguiente reacción química:

NO + O3 → NO2 + O2

b) En la situación A se produce un choque no eficaz entre las moléculas de los reactivos (NO y O2) y, por tanto, no se forman moléculas diferentes; en cambio, en la situación B se produce un choque eficaz y, como resultado, se forman nuevas moléculas (NO2 y O2).


30. Completa la tabla, que incluye diferentes formas de expresar la materia contenida en distintos gases.

Sustancia Mol Masa (g) V (L) (0 °C, 1 atm)

Oxígeno, O2 0,5 16 11,2

Metano, CH4 4 64 89,6

Neón, Ne 10 200 224

( ) ( )( )

22 2 2

2

32 g de O(O ) 0,5 mol de O 16 g de O

1mol de Om = ⋅ =

( ) ( )( )

22 2 2

2

22,4 L de O(O ) 0,5 mol de O 11,2 L de O

1mol de OV = ⋅ =

( ) ( )( )

44 4 4

4

1mol de CH(CH ) 64 g de CH 4 mol de CH

16 g de CHn = ⋅ =

( ) ( )( )

44 4 4

4

22,4 L de CH(CH ) 4 mol de CH 89,6 L de CH

1mol de CHV = ⋅ =


( ) ( )( )

2112 22 11

12 22 11

45 átomosn.º de átomos totales 8,79 10 moléculas de C H O

1molécula de C H O= ⋅ ⋅ =

( ) ( )( )

21 2312 22 11

12 22 11

12 átomos de Cn.º de átomos de C 8,79 10 moléculas de C H O 1,05 10 átomos de C

1molécula de C H O= ⋅ ⋅ = ⋅

( ) ( )( )

21 2212 22 11

12 22 11

11átomos de On.º de átomos de O 8,79 10 moléculas de C H O 9,67 10 átomos de O

1molécula de C H O= ⋅ ⋅ = ⋅

233,96 10 átomos totales= ⋅

( ) ( )( )

1mol de Ne(Ne) 224 L de Ne =10 de mol Ne

22,4 Ln = ⋅

( ) ( )( )

44 4 4

4

22,4 L de CH(CH ) 4 mol de CH 89,6 L de CH

1mol de CHV = ⋅ =

31. Un sobre de azúcar común contiene 5 g de sacarosa, C12H22O11.

a) Calcula el número de moléculas de sacarosa.

b) Determina el número de átomos totales y el número de átomos de cada clase.

a)

b)

32. Para que emitan luz, los tubos fluorescentes contienen 5 mg de vapor de mercurio. Al ser un metal tóxico, se recomienda evitar su rotura y depositarlos en un punto limpio. Calcula el número de moles de Hg que hay en un tubo fluorescente. Dato: masa atómica del Hg = 201 u

( )( )

3 51mol de Hg(Hg) 5 10 g de Hg =2 5 10 mol de Hg

200 6 g de Hgn ,

,− −= ⋅ ⋅ ⋅

( ) ( )( )

212 22 1112 22 11 12 22 11 12 22 11

12 22 11

1mol de C H O(C H O ) 5 g de C H O 1,46·10 mol de C H O

342 g de C H On −= ⋅ =

( ) ( )( )

2312 22 112

12 22 11 12 22 1112 22 11

6,02·10 moléculas de C H On.º de moléculas de C H O 1,46·10 mol de C H O

1mol de C H O−= ⋅ =

2112 22 118,79·10 moléculas de C H O=


33. La densidad del hierro es de 7,8 g/cm3, y la del aluminio es de 2,7 g/cm3. Deduce qué cubo metálico de 1 m

de arista contiene más moles, un cubo de hierro o un cubo de aluminio.

( ) ( )( )

3 93

7800 kg(Fe) 1000 m 7,8 10 g de Fe

1mm = ⋅ = ⋅

( ) ( )( )

3 93

2700 kg(Al) 1000 m 2,7 10 g de Al

1mm = ⋅ = ⋅

( ) ( )( )

9 81mol de Fe(Fe) 7,8 10 g de Fe 1,4 10 mol de Fe

55,8 g de Fen = ⋅ ⋅ = ⋅

( ) ( )( )

9 81mol de Fe(Al) 2,7 10 g de Al 1,0 10 mol de Al

27 g de Fen = ⋅ ⋅ = ⋅

Luego el cubo de hierro tiene más moles que el de aluminio.

34. Las bebidas deportivas reponen las sales minerales perdidas durante el ejercicio. Una botella de 1000 mL de esta bebida contiene 1,2 g de sal, NaCl. Calcula el número de moles de soluto, la concentración de la bebida y el volumen de bebida que contienen 0,5 g de soluto.

( ) ( )( )

1mol de NaCl(NaCl) 1,2 g de NaCl 0,02 mol de NaCl

58,5 g de NaCln = ⋅ =

( )( )

0,02 mol de NaCln.º de moles de soluto molconcentración molar 0,02volumen de disolución (L) 1L L

= = =

( ) ( )( )

31mol de NaCl(NaCl) 0,5 g de NaCl 8,5 10 mol de NaCl

58,5 g de NaCln −= ⋅ = ⋅

( )( )

38,5 10 mol de NaClnº de moles de solutovolumen de disolución (L) 0,425 L 425 mLconcentración molar 0,02 mol/L

−⋅= = = =

35. Para preparar una disolución se disuelven en agua 4 g de cloruro de calcio, CaCl2, hasta alcanzar un volumen de 250 mL.

a) Calcula la concentración de la disolución.

b) En 100 mL de disolución, ¿cuántos moles y gramos habrá de soluto?

a)

b)


( ) ( )( )

22 2 2

2

1mol de CaCl(CaCl ) 4 g de CaCl 0,036 mol de CaCl

111g de CaCln = ⋅ =

2(CaCl ) concentración molar volumen de disolución(L)n = ⋅ =

( )( )

20,036 mol de CaCln.º de moles de soluto molconcentración molar 0,144volumen de disolución (L) 0,250 L L

= = =

( ) ( )( )

22 2 2

2

111g de CaCl(CaCl ) 0,0144 mol de CaCl 1,6 g de CaCl

1mol de CaClm = ⋅ =

( )( )

( )22

0,144 mol de CaCl0,1L 0,0144 mol de CaCl

1L= ⋅ =


37. Indica la disolución que contiene mayor número de moles de soluto.

a) 500 mL de disolución 2 mol/L.

b) 2 L de disolución 1 mol/L.

c) 1500 mL de disolución 0,5 mol/L.

n.º de moles de solutoconcentración molarvolumen de disolución (L)

= ⇒

n.º de moles de soluto concentración molar volumen de disolución (L)= ⋅ ⇒

( )( )

( )2 mola) n.º de moles 0,5 L 1mol

1L= ⋅ =

( )( )

( )1molb) n.º de moles 2 L 2 mol

1L= ⋅ =

( )( )

( )0,5 molc) n.º de moles 1,5 L 0,75 mol

1L= ⋅ =

Así pues, la disolución b posee más moles de soluto que las otras.

38. Indica qué disolución contiene más gramos de soluto:

a) 250 mL de disolución 2 mol/L de NaCl.

b) 500 mL de disolución 1 mol/L de NaOH.

Como en la actividad anterior, teniendo en cuenta que

nc n c VV

= ⇒ = ⋅

donde c es la concentración molar; n, el número de moles de soluto, y V, el volumen de la disolución (en L), tenemos en cada caso:

a) ( )( )

( )2 mol(NaCl) 0,250 L 0,5 mol de NaCl

1Ln = ⋅ =

( ) ( )( )58,5 g de NaCl

(NaCl) 0,5 mol de NaCl 29,25 g de NaCl1mol de NaCl

m = ⋅ =

b) ( )( )

( )1mol(NaOH) 0,5 L 0 5 mol de NaOH

1Ln ,= ⋅ =

( ) ( )( )40 g de NaCl

(NaOH) 0,5 mol de NaOH 20 g de NaOH1mol de NaCl

m = ⋅ =

Por tanto, la disolución a tiene más gramos de soluto.


39. El cesio es un metal que reacciona violentamente con el agua formando hidróxido de cesio e hidrógeno gas.

a) Escribe la reacción ajustada.

b) Calcula el volumen de hidrógeno que se desprenderá al añadir un trozo de 9,5 g de cesio en un litro de agua.

c) ¿Cuál será la concentración molar del hidróxido de cesio al finalizar la reacción?

a) 2 Cs (s) + 2 H2O (l) → 2 CsOH (aq) + H2 (g)

b) ( ) ( )( )1mol de Cs

(Cs) 9,5 g de Cs 0,07 mol de Cs133 g de Cs

n = ⋅ =

( ) ( )( )

22 2

1mol de H(H ) 0,07 mol de Cs 0,035 mol de H

2 mol de Csn = ⋅ =

( ) ( )( )2 2 2

22,4 L(H ) 0,035 mol de H 0,784 L 784 mL de H

1mol gas (0 ºC, 1atm)V = ⋅ = =

c) ( ) ( )( )

2 mol de CsOH(CsOH) 0,07 mol Cs 0,07 mol de CsOH

2 mol de Csn = ⋅ =

( )( )

0,07 mol de CsOH mol0,071L L

ncV

= = =


41. Los socorristas que mantienen las piscinas saben que no debe mezclarse ácido clorhídrico con hipoclorito de sodio, porque se libera cloro (un gas tóxico), junto a NaCl y agua.

¿Qué volumen de una disolución 3 M de HCl reaccionará con 1500 mL de una disolución 2 M de NaClO? ¿Cuánto cloro se libera?

2 22 HCl (aq) NaClO (aq) Cl (g) NaCl (aq) H O (l)+ → + +

( )( )

( )2 mol(NaClO) 1,5 L 3 mol de NaClO

1Ln c V= ⋅ = ⋅ =

( ) ( )( )

2 mol de HCl(HCl) 3 mol de NaClO 6 mol de HCl

1mol de NaClOn = ⋅ =

( )( )

6 mol de HCl2 L de disolución de HCl

3 mol de HCl LnVc

= = =

( ) ( )( )

22 2

1mol de Cl(Cl ) 3 mol de NaClO 3 mol de Cl

1mol de NaClOn = ⋅ =

( ) ( )( )2 2 2

2

22,4 L (0 ºC,1atm)(Cl ) 3 mol Cl 67,2 L de Cl

1mol de ClV = ⋅ =


42. Se hacen reaccionar 500 L de nitrógeno con hidrógeno en exceso para producir amoniaco. Si todos los gases se encuentran a 1 atm y 273 K, halla los litros de amoniaco que se han formado.

2 2 3N (g) 3 H (g) 2 NH (g)+ →

( ) ( )( )

22 2 2

1 mol de N(N ) 500 L de N 22,32 mol de N

22,4 Ln = ⋅ =

( ) ( )( )

33 2 3

2

2 mol de NH(NH ) 22,32 mol de N 44,6 mol de NH

1 mol de Nn = ⋅ =

( ) ( )( )3 3 322,4 L

(NH ) 44,6 mol de NH 1000 L de NH1 mol

V = ⋅ =

Como se trata de gases, también podríamos haber obtenido este resultado de forma directa, si consideramos los volúmenes a partir de la estequiometría de la reacción y tenemos en cuenta que hay hidrógeno suficiente para que reaccionen los 500 L de nitrógeno:

( ) ( )( )

33 2 3

2

2 L de NH (NH ) 500 L de N 1000 L de NH

1 L de NV = ⋅ =

43. Durante la fotosíntesis de las plantas verdes, el dióxido de carbono de la atmósfera y el agua reaccionan para formar glucosa y oxígeno.

a) Escribe la ecuación ajustada.

b) ¿Cuántos moles de glucosa se obtendrán con tres moles de agua?

c) ¿Cuántos moles de reactivos necesita absorber la planta para formar 18 g de glucosa?

d) A partir de 10 L de dióxido de carbono, ¿qué cantidad de oxígeno se formará a 0 °C y 1 atm de presión?

a) 6 CO2 (g) + 6 H2O (l) → C6H12O6 (s) + 6 O2 (g)

b) ( ) ( )( )

6 12 66 12 6 2 6 12 6

2

1mol de C H O(C H O ) 3 mol de H O 0,5 mol de C H O

6 mol de H On = ⋅ =


c) ( ) ( )( )

6 12 66 12 6 6 12 6 6 12 6

6 12 6

1 mol de C H O(C H O ) 18 g de C H O 0,1 mol de C H O

180 g de C H On = ⋅ =

( ) ( )( )

22 6 12 6 2

6 12 6

6 mol de CO(CO ) 0,1mol de C H O 0,6 mol de CO

1 mol de C H On = ⋅ =

( ) ( )( )

22 6 12 6 2

6 12 6

6 mol de H O(H O) 0,1mol de C H O 0,6 mol de H O

1 mol de C H On = ⋅ =

d) ( ) ( )( )

( )( )

2 22 2 2

2 2

1 mol de CO 6 mol O(O ) 10 L de CO 0,45 mol de O

22,4 L de CO 6 mol COn = ⋅ ⋅ =

Al tratarse de gases, también se obtiene este resultado de manera directa considerando los volúmenes y la estequiometría de la reacción:

( ) ( )( )

22 2 2

2

6 L de O (O ) 10 L de CO 10 L de O

6 L de COV = ⋅ =

44. Cuando el aluminio reacciona con el ácido clorhídrico, el cloro se separa del hidrógeno uniéndose con el aluminio, y el hidrógeno se libera en forma de gas.

a) Escribe la ecuación química ajustada

b) ¿Cuántos moles y moléculas de hidrógeno se podrán formar a partir de 17 g de aluminio?

c) ¿Qué volumen de hidrógeno se desprenderá a 0 °C y 1 atm de presión?

a) 2 Al (s) + 6 HCl (aq) → 2 AlCl3 (aq) + 3 H2 (g)

b) ( ) ( )( )

( )( )

22 2

1 mol de Al 3 mol de H(H ) 17 g de Al 0,94 mol de H

27 g de Al 2 mol de Aln = ⋅ ⋅ =

( ) ( )( )

232 23

2 2 22

6,02 10 moléculas de Hn.º de moléculas de H 0,94 mol de H 5,69 10 moléculas de H

1 mol de H⋅

= ⋅ = ⋅

c) ( ) ( )( )

22 2 2

2

22,4 L de H(H ) 0,94 mol de H 21,1 L de H

1 mol de HV = ⋅ =

45. La fermentación alcohólica de la glucosa, C6H12O6, es un proceso anaeróbico que realizan algunos microorganismos en ausencia de oxígeno, y que da lugar a etanol (C2H5OH) y dióxido de carbono.

a) Escribe la ecuación ajustada de la fermentación alcohólica.

b) A partir de 18 g de glucosa, ¿qué cantidad de etanol se producirá?

c) Si se han desprendido 50 L de CO2 a 0 °C y 1 atm de presión, ¿cuántos moles de glucosa han fermentado?

a) C6H12O6 (s) → C2H5OH (l) + 2CO2 (g)

b) ( ) ( )( )

( )( )

6 12 6 2 52 5 6 12 6 2 5

6 12 6 6 12 6

1 mol de C H O 2 mol de C H OH(C H OH) 18 g de C H O 0,2 mol de C H OH

18 g de C H O 1 mol de C H On = ⋅ ⋅ =

c) ( ) ( )( )

( )( )

2 6 12 66 12 6 2 6 12 6

2 2

1 mol de CO 1 mol de C H O(C H O ) 50 L de CO 1,12 mol de C H O

22,4 L de CO 1 mol de COn = ⋅ ⋅ =


46. Los astronautas llevan unos trajes espaciales con un filtro de hidróxido de litio que elimina el dióxido de carbono desprendido al respirar. Como productos de la reacción se forman carbonato de litio y agua.

a) Escribe la ecuación ajustada.

b) Calcula el volumen de CO2 que puede absorber, a 0 °C y 1 atm de presión, un depósito con 120 g de LiOH.

a) 2 LiOH + CO2 → LiCO3 + H2O

b) ( ) ( )( )

( )( )

22 2

1 mol de LiOH 1 mol de CO(CO ) 120 g de LiOH 2,5 mol de CO

24 g de LiOH 2 mol de LiOHn = ⋅ ⋅ =

( ) ( )( )

22 2 2

2

22,4 L de CO(CO ) 2,5 mol de CO 56 L de CO

1 mol de COV = ⋅ =

47. Indica si se producirá reacción entre el ácido clorhídrico y los siguientes reactivos. En caso afirmativo, escribe la ecuación química correspondiente.

a) Cinc c) Carbonato de calcio

b) Hidróxido de sodio d) Agua

a) Sí: Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2 c) Sí: CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O

b) Sí: NaOH + HCl → NaCl + H2O d) No

48. Escribe las definiciones de ácidos y bases según la teoría de Arrhenius y pon algunos ejemplos de cada uno.

Los ácidos son sustancias que en disoluciones acuosas se disocian formando protones, como el ácido fluorhídrico, el ácido sulfúrico y el ácido fosfórico.

HF → H+ + F− H2SO4 → 2 H+ + (SO4)2− H3PO4 → 3 H+ + (PO4)3−

Las bases son sustancias que en disoluciones acuosas se disocian formando iones hidroxilo, como el hidróxido de potasio, el hidróxido de magnesio y el hidróxido de aluminio.

KOH → K+ + (OH)− Mg(OH)2 → Mg2+ + 2(OH)− Al(OH)3 → Al3+ + 3(OH)−


49. Indica cuáles de estas afirmaciones son incorrectas.

a) El pH de una sustancia ácida puede ser mayor que 7.

b) Una disolución de hidróxido de potasio tiene un pH menor que 7.

c) El agua tiene un pH igual a 7.

d) El ácido sulfúrico neutraliza el ácido clorhídrico.

a) Incorrecta. tiene que ser menor que 7.

b) Incorrecta: debe ser mayor que 7.

c) Correcta: el agua es neutra.

d) Incorrecta: los ácidos neutralizan las bases.

50. Escribe los productos que se forman en estas neutralizaciones y ajusta las ecuaciones.

a) Ácido clorhídrico + Hidróxido de potasio

b) Ácido nítrico + Hidróxido de sodio

c) Ácido sulfúrico + Hidróxido de calcio

d) Ácido carbónico + Hidróxido de aluminio

a) HCl + KOH → KCl + H2O

b) HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O

c) H2SO4 + Ca(OH)2 → CaSO4 + 2 H2O

d) 3 H2CO3 + 2 Al(OH)3 → Al2(CO3)3 + 6 H2O

51. Calcula el volumen de una disolución 3 M de ácido sulfúrico que neutralizará 500 mL de una disolución 2 M de hidróxido de sodio.

a) ¿Cuál será el pH después de la reacción entre el ácido y la base?

b) Si se añaden unas gotas del indicador fenolftaleína, ¿qué color tomará al principio y al final de la reacción?

2 4 2 4 2H SO 2 NaOH Na SO 2 H O+ → +

( )( )

( )2 mol(L) (NaOH) 0,5 L 1 mol de NaOH

(L) 1Lnc n c V n ·

V= ⇒ = ⋅ ⇒ = =

( ) ( )( )

2 42 4 2 4

1 mol de H SO(H SO ) 1 mol de NaOH 0,5 mol de H SO

2 mol de NaOHn = ⋅ =

( )( )

2 42 4

0,5 mol de H SO(L) 0,167 L de H SO

2mol LnVc

= = =

a) Cuando el ácido neutralice la base, el pH será neutro (pH = 7).

b) La fenolftaleína adopta al principio un color violeta, debido a que la disolución de NaOH es básica; tras la neutralización, la fenolftaleína se tornará incolora.


52. Describe el procedimiento de una volumetría de neutralización entre el HCl y el KOH. Si se han empleado 10 mL de HCl 2 M en neutralizar 50 mL de KOH, ¿cuál será la concentración de la base?

El procedimiento de la volumetría de neutralización entre el HCl y el KOH es semejante al que tiene lugar entre el HCl y el NaOH, descrito en el libro del alumno:

2HCl KOH KCl 2 H O+ → +

(L)(L)nc n c·V

V= ⇒ = ⇒

( )( )

( )2 mol(HCl) 0 01 L 0 02 mol de HCl

1Ln , ,= ⋅ =

( ) ( )( )1 mol de NaOH

(KOH) 0,02 mol de HCl 0,02 mol KOH1 mol de HCl

n = ⋅ =

( )( )

0,02 mol KOH mol(KOH) 0,40,05 L L

c = =

También llegamos al mismo resultado si consideramos la estequiometría de la neutralización entre el ácido, HCl, y la base, KOH, que en este caso es de 1 mol de HCl con 1 mol de KOH, y procedemos directamente al cálculo de la concentración de KOH:

ácido basen n=

ácido ácido base basec V c V⋅ = ⋅ ⇒

( ) ( )( )

ácido ácidobase

base

2mol L 0,01 L 0,02 mol mol0,40,05 L 0,05 L L

c VcV

⋅⋅= = = =

53. La cal apagada, Ca(OH)2, se utiliza para neutralizar la acidez de los lagos causada por la lluvia ácida. Supón que la acidez está originada por el ácido sulfúrico.

a) Escribe la reacción de neutralización.

b) Con una tonelada de cal apagada, ¿qué cantidad de ácido sulfúrico se podría neutralizar?

a) Ca(OH)2 + H2SO4 → CaSO4 + 2 H2O

b) ( ) ( )( )

( )( )

6 42 2 42 4 2 2 4

2 2

1 mol de Ca(OH) 1 mol de H SO(H SO ) 10 g de Ca(OH) 1,35 10 mol de H SO

74 g de Ca(OH) 1 mol de Ca(OH)n = ⋅ ⋅ = ⋅

( ) ( )( ) ( ) ( )

( )4 62 4

2 4 2 4 2 4 2 462 4

98 g de H SO 1 t(H SO ) 1,35 10 mol de H SO 1,324 10 g de H SO 1,324 t de H SO

1 mol de H SO 10 gm = ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ =


54. Interpreta el siguiente esquema molecular y escribe la ecuación química que representa. ¿Cómo se llama esta clase de reacciones?

Código de colores: bolas blancas: H bolas rojas: O bolas marrones: C

El esquema molecular representa una reacción de combustión en la que una molécula de metano se combina con dos moléculas de oxígeno para formar una molécula de dióxido de carbono y dos moléculas de agua:

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O

55. Completa y ajusta las ecuaciones de combustión de los siguientes combustibles: hidrógeno (H2), butadieno (C4H6), butano (C4H10), propano (C3H8), hexano (C6H14) y acetileno (C2H2).

a) H2 + ½ O2 → H2O

b) C4H6 + 11/2 O2 → 4 CO2 + 3 H2O

c) C4H10 + 13/2 O2 → 4 CO2 + 5 H2O

d) C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O

e) C6H14 + 19/2 O2 → 6 CO2 + 7 H2O

f) C2H2 + 5/2 O2 → 2 CO2 + H2O

56. Para calentar una fondue de queso se utiliza un infiernillo que contiene 112 g de metanol, CH3OH.

a) Escribe la ecuación de combustión ajustada.

b) Calcula las cantidades de productos que se forman al quemar el metanol.

a) CH3OH + 3/2 O2 → CO2 + 2 H2O

b) ( ) ( )( )

33 3 3

3

1 mol de CH OH(CH OH) 112 g de CH OH 3,5 mol de CH OH

32 g de CH OHn = ⋅ =

( ) ( )( )

22 3 2

3

1 mol de CO(CO ) 3,5 mol de CH OH 3,5 mol de CO

1 mol de CH OHn = ⋅ =

( ) ( )( )

22 3 2

3

2 mol de H O(H O) 3,5 mol de CH OH 7 mol de H O

1 mol de CH OHn = =


57. Indica en qué combustión de las siguientes se desprenderá menos dióxido de carbono a la atmósfera.

a) 1 g de propano, C3H8

b) 1 g de hidrógeno, H2

c) 1 g de metano, CH4

d) 1 g de butano, C4H10

a) 3 8 2 2 2C H 5 O 3 CO 4 H O+ → +

( ) ( )( )

( )( )

23 8 22 3 8 2

3 8 3 8

1 mol de C H 3 mol de CO(CO ) 1 g de C H 6,8 10 mol de CO

44 g de C H 1 mol de C Hn −= ⋅ ⋅ = ⋅

b) 12 2 22H O H O:+ ⇒ La combustión de H2 no origina CO2.

c) 4 2 2 2CH 2 O CO 2 H O+ ⇒ +

( ) ( )( )

( )( )

24 22 4 2

4 4

1 mol de CH 1 mol de CO(CO ) 1 g de CH 6,3 10 mol de CO

16 g de CH 1 mol de CHn −= ⋅ ⋅ = ⋅

d) 134 10 2 2 22C H O 4CO 5 H O+ → +

( ) ( )( )

( )( )

24 10 22 4 10 2

4 10 4

1 mol de C H 4 mol de CO(CO ) 1 g de C H 6,9 10 mol de CO

58 g de C H 1 mol de CHn −= ⋅ ⋅ = ⋅

58. ¿Qué es una reacción de síntesis? Completa en tu cuaderno las siguientes ecuaciones de síntesis.

a) 2 H2 + O2 → 2 H2O b) Cl2 + H2 → 2 HCl c) KCl + 3/2 O2 → KClO3

Una reacción de síntesis es la combinación de dos o más sustancias (elementos y/o compuestos) para formar un único compuesto: A + B → AB.

59. Calcula las cantidades de nitrógeno e hidrógeno necesarias para obtener 1000 L de amoniaco medidos a 1 atm y 0 °C.

2 2 3N (g) 3H (g) 2 NH (g)+ →

( ) ( )( )

23 3 3

3

1 de mol N (0º C,1atm)(NH ) 1000 L de NH 44,64 mol de NH

22,4 L de NHn = ⋅ =

( ) ( )( )

22 3 2

3

1mol de N(N ) 44,64 mol de NH 22,32 mol de N

2 mol de NHn = ⋅ =

( ) ( )( )

22 3 2

3

3 mol de H(H ) 44,64 mol de NH 66,96 mol de H

2 mol de NHn = ⋅ =


PONTE A PRUEBA

Obtención casera del hidrógeno El hidrógeno es el primer elemento de la tabla periódica y el más abundante en el universo. Forma parte de numerosos compuestos presentes en nuestro cuerpo (agua, proteínas, lípidos, vitaminas, etc.) y puede ser el combustible del futuro, pues en su combustión no se desprenden productos peligrosos para el medioambiente.

Tomando las debidas precauciones (como el uso de guantes y gafas de seguridad) es posible obtener hidrógeno en el laboratorio a partir de productos caseros como el papel de aluminio y el salfumán, un producto de limpieza a base de ácido clorhídrico. El profesor o profesora puede seguir cuidadosamente estos pasos:

• En primer lugar se vierten unos 100 mL de salfumán en una botella de vidrio colocada dentro de un vaso de precipitados con agua, para que no se caliente demasiado durante la reacción.

• A continuación, se introducen unas bolitas de papel de aluminio y se cierra la botella, colocando en su boca un globo bien ajustado.

• La reacción no es instantánea, pero, una vez iniciada, se produce rápidamente con desprendimiento de calor. Cuando termine la reacción y el globo esté inflado, se debe retirar el mismo con cuidado y hacer un nudo.

1. Escribe la ecuación ajustada que representa la reacción entre el ácido y el metal.

2. ¿Por qué se ha inflado el globo? Si se suelta, el globo asciende hasta el techo. ¿Cómo se explica esto?

3. ¿Qué relación hay entre la masa contenida en la botella al principio y al final de la reacción?

4. ¿Mediante qué tipo de reacción se podría demostrar que el gas del globo es hidrógeno? Escribe la ecuación.

1. 6 HCl + 2 Al → 2 AlCl3 + 3 H2

2. El globo se infla debido a la formación de gas hidrógeno; como este gas es menos denso que el aire, el globo asciende hasta el techo.

3. La masa inicial de los reactivos dentro de la botella es igual a la masa final de los productos que se han formado en el interior de la botella y el globo.

4. El hidrógeno es un gas inflamable; por tanto, si se acerca una llama al globo, se producirá la combustión del hidrógeno:

2 H2 + O2 → 2 H2O


Una reacción fulgurante El clorato de potasio se emplea como medicamento en forma de pastillas que alivian la garganta irritada. Por otro lado, el azufre es un no metal que se utiliza como fungicida en la agricultura.

Si se mezclan bien ambas sustancias y se acerca una llama, la mezcla arde en una reacción fulgurante, formando cloruro de potasio y el gas dióxido de azufre.

Si se coloca una tira humedecida de papel pH sobre el gas desprendido, la tira adquiere un color rojizo.

1. Indica el tipo de reacción química que ha tenido lugar y escribe la ecuación ajustada.

2. ¿Qué sustancia es el combustible? ¿Qué función tiene el clorato de potasio?

3. ¿Qué indica el cambio de color del papel pH?

4. La sustancia que forma el SO2 al combinarse con la humedad es uno de los gases responsables de la lluvia ácida. Escribe la ecuación e indica de qué tipo de reacción se trata.

1. Se trata de la combustión del azufre: 2 KClO3 + 3 S = 2 KCl + 3 SO2

2. El azufre es el combustible y el clorato de potasio actúa como comburente, proporcionando el oxígeno necesario para una rápida combustión del azufre.

3. La aparición de un color rojizo en el papel pH indica que se ha formado alguna sustancia ácida.

4. El dióxido de azufre al combinarse con el vapor de agua forma ácido sulfuroso:

SO2 (g) + H2O (l) → H2SO3 (aq)

Además, una parte del SO2 puede oxidarse para formar trióxido de azufre:

SO2 (g) + ½ O2 (g) → SO3 (g)

sustancia que en presencia de vapor de agua origina ácido sulfúrico:

SO3 (g) + H2O (l) → H2SO4 (aq)


Identificación del dióxido de carbono como producto de la respiración En la respiración celular, la glucosa se combina con oxígeno, liberando energía, vapor de agua y dióxido de carbono, que eliminamos al exhalar. De forma semejante, el CO2 es uno de los productos que se desprenden durante las combustiones. La presencia de CO2 en el aliento se puede detectar mediante una sencilla experiencia basada en una reacción ácido-base:

• En un matraz con agua destilada se vierten unas gotas de azul de bromotimol. Este indicador ácido-base presenta un color azul a pH alto, un color verdoso a pH neutro y un color amarillento a pH ácido.

• Al soplar suavemente sobre el agua mediante una pajita de refresco, se observa que el color verdoso del agua neutra vira a amarillento al cabo de unos segundos.

1. Escribe la reacción global de la respiración celular de la glucosa.

2. ¿Cómo ha cambiado el pH al provocar el burbujeo con el aire procedente de los pulmones?

3. ¿Qué ácido responsable del cambio de pH ha formado el CO2 en contacto con el agua?

a) Ácido clorhídrico b) Ácido sulfúrico c) Ácido carbónico d) Ácido nítrico

1. C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O

2. La coloración amarillenta del azul de bromotimol indica que el pH se ha vuelto ligeramente ácido.

3. La respuesta correcta es la c, pues el aire exhalado contiene dióxido de carbono, que al reaccionar con el agua forma ácido carbónico:

CO2 (g) + H2O (l) → H2CO3 (aq)


AUTOEVALUACIÓN

1. Indica los cambios en los que se produce una reacción química.

a) La sublimación del yodo.

a) La separación de una mezcla de azufre y limaduras de hierro.

b) La carbonización del azúcar.

c) La disolución de sal en agua.

a, b y d son cambios físicos; c es un cambio químico.

2. Al reaccionar 6 g de magnesio en polvo con el oxígeno del aire se originan 10 g de óxido de magnesio:

Magnesio + Oxígeno → Óxido de magnesio

Escribe y ajusta la reacción. ¿Qué cantidad de oxígeno ha reaccionado?

a) 3 g c) 6 g b) 4 g d) 12 g

b)

3. Un globo de feria contiene 2 g de gas helio. Indica la opción correcta.

a) Contiene 2 moles de helio.

b) Contiene 0,5 átomos de helio.

c) Contiene 22,4 L de helio medidos a 0 °C y 1 atm.

d) Contiene 3,01 · 1023 átomos de helio.

Dato: masa atómica del helio = 4 u

d)

4. El yoduro de hidrógeno se puede obtener a partir de la siguiente reacción de síntesis:

I2 (g) + H2 (g) → 2 HI (g)

Indica las opciones correctas si se combinan tres moles de I2 (g) con seis moles de H2 (g):

a) Se producen nueve moles de HI (g).

b) Se producen seis moles de HI (g).

c) Quedan sin reaccionar tres moles de I2.

d) Hay exceso de hidrógeno.

b y d

5. El pH de una disolución concentrada de ácido fuerte es:

a) Igual a 7

b) Entre 7 y 14

c) Mayor de 14

d) Menor de 7

d)

6. Ajusta las siguientes reacciones químicas e indica si se trata de una combustión, una neutralización o una síntesis.

a) Al + Cl2 → AlCl3

b) NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + H2O

c) C2H2 + O2 → CO2 + H2O

d) MgO + SO3 → MgSO4

a) síntesis; b) neutralización; c) combustión; d) síntesis

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Solucionario de la unidad T.4 4… · 15. Escribe ajustada la ecuación de neutralización entre el HCl y un antiácido que contiene Mg(OH) 2. 2 HCl (aq) + Mg(OH) 2 (aq) → MgCl