GASES

1. Un gas ocupa un volumen de 31,0 L a 17,0 ºC. Si la temperatura del gas sube a 34,0 ºC a presión constante, a) ¿esperarías que se duplicase el volumen a 62,0 L? Explique su respuesta. Calcule el nuevo volumen a: b) 34,0 ºC c) 580,0 K

R: a) no, el volumen es directamente proporcional a la temperatura absoluta a P constante. b) 32,8 L c) 62,0 L

2. Un recipiente de volumen desconocido se lleno de aire hasta una presión de 3,25 atm. Este recipiente se conectó después a otro recipiente vacío de volumen igual a 5,0 L y se dejo expandir el aire siendo su presión final 2,50 atm. Calcule el volumen desconocido, considerando que todo el proceso se realizó a temperatura constante (isotérmico).

R: 16,7 L

3. Un globo lleno de gas con un volumen de 2,5 L a 1,2 atm y 25 ºC se eleva hasta la estratosfera (unos 30 km sobre la superficie de la tierra), donde la temperatura y la presión son –23 ºC y 3.10-3 atm respectivamente. Calcule el volumen final del globo.

R: 839 L

4. Se abre la válvula que conecta un tanque de 5,0 L en el cual la presión del gas que lo ocupa es 9,0 atm, con otro de 10,0 L que contiene el mismo gas a 6 atm. Calcule la presión final del sistema al establecerse el equilibrio a temperatura constante,

R: 7,0 atm

5. Un gas ideal a 650 mmHg de presión ocupa un bulbo de volumen desconocido. Se extrae una cierta cantidad de gas y se encuentra que ocupa un volumen de 1,52 mL a 1 atm. La presión del gas remanente en el bulbo fue de 600 mmHg. Asumiendo que el proceso es isotérmico, calcule el volumen del bulbo.

R: 23,10 mL

6. Un recipiente flexible contiene 6,0 L de un gas ideal, si la presión se reduce a 1/3 de su valor original y su temperatura absoluta se reduce a la mitad. ¿Cuál es el volumen final del gas?

R: 9,0 L

7. ¿A qué temperatura debe calentarse una muestra de gas neón, Ne, para duplicar su presión si el volumen inicial del gas a 25 ºC se disminuye en un 10%?

R: 536 K. (263 ºC)

9. a) Calcule la densidad del SO3 gaseoso a 0,96 atm y 35 ºC. b)Calcule el peso molecular de un gas si 4,40 g del mismo ocupan 3,50 L a 560 torr y 41 ºC.

NOTA: 1 torr = 1 mmHg

R: a) 3,04 g/L b) 43,9 g/mol

11. El hielo seco es dióxido de carbono sólido. Una muestra de 0,50 g de hielo seco se coloca en un recipiente vacío que tiene un volumen de 4,6 L a 30 ºC. Calcule la presión en el recipiente después que todo el hielo seco se ha convertido en CO2(g).

R: 0,06 atm

14. Un depósito de 5,0 L que contiene O2 a 25 ºC y 30,0 atm experimenta un fuga. Cuando la fuga fue descubierta y reparada, el depósito había pérdido 66,0 g de O2. ¿Cuál es la presión que ejerce el gas remanente que quedo en el depósito? Asuma que el proceso es isotérmico.

R: 19,9 atm

15. Un cilindro de gas contiene 480 g de O2 a 30,0 atm y 27 ºC. ¿Qué masa de O2 escaparía, si primero se calentara el cilindro a 100 ºC y luego la válvula se mantuviera abierta hasta que la presión del gas fuera 1,00 atm, conservándose la temperatura a 100 ºC?

R: 467 g

18. Una mezcla gaseosa que contiene 4,00 g de CH4; 4,00 g de C2H4 y 4,00 g de C4H10

está encerrada en un recipiente de 1,50 L a una temperatura de O ºC. Calcule la presión total y la presión parcial de cada uno de los componentes de la mezcla gaseosa.

R: PT = 6,9 atm, PCH4 = 3.7 atm, PC2H4 = 2,1 atm, PC4H10 = 1,1 atm

19. Considere un recipiente que contiene una mezcla gaseosa de los elementos A y B. Se agrega cierta cantidad de un tercer gas C, a dicho recipiente sin que cambie la temperatura. ¿Qué efecto tiene la adición del gas C sobre lo siguiente: a) la presión

parcial de A; b) la presión total en el recipiente; c) la fracción molar del gas B. Justifique sus respuestas.

R: a) ninguno b) aumenta c) disminuye

20. Cierta cantidad de N2(g) que originalmente se tenia en un recipiente de 1,00 L a 3,80 atm y 26 ºC se transfiere a un recipiente de 10,0 L a 20 ºC. Cierta cantidad de O 2(g) que originalmente estaba colocado en un recipiente de 5,00 L a 4,75 atm y 26 ºC, se transfiere al mismo recipiente de 10,0 L a la misma temperatura de 20 ºC. Calcule la presión total en este nuevo recipiente.

R: PT = 2,70 atm

21. Muestras individuales de O2 , N2 y He gaseosos están presentes en tres matraces de 250 mL. Cada uno ejerce una presión de 2,0 atm. a) Si los tres gases se introducen en un mismo recipiente de 1,0 L sin cambio en la temperatura, ¿cuál será la presión resultante? b) Calcule el porcentaje en moles de componentes de la mezcla gaseosa.

R: a) 1,5 atm b) 33,33% c/u

22. Una muestra de un gas se recogió sobre agua a 32 ºC y ocupo un volumen de 1,0 L. El gas húmedo ejerció una presión de 1,0 atm y al secarse la muestra ocupó un volumen de 1,0 L siendo la presión de 1,0 atm a 47 ºC. ¿Cuál es la presión de vapor de agua a 32 ºC?

R: 35,7 mmHg

23. ¿Cuántos mL de CO2(g) a 30 ºC y 700 torr deben agregarse a un recipiente de 500 mL que contiene N2(g) a 20 ºC y 800 torr, para obtener una mezcla gaseosa que tenga una presión de 900 torr a 20 ºC.

R: 73,9 mL

24. Se agrega una mezcla gaseosa gaseosa de nitrógeno y vapor de agua a un recipiente que contiene un agente secante sólido. Inmediatamente después, la presión en el recipiente es de 1,0 atm. Luego de algunas horas, la presión alcanza un valor constante de 745 torr. Calcular: a) la composición original de la mezcla en porcentaje en moles. b) si el experimento se realiza a 20 ºC y el agente secante aumenta su peso en 0,15 g, ¿cuál es el volumen del recipiente? (Se puede despreciar el volumen ocupado por el agente secante sólido).

R: a) 98% N2, 2% H2O b) 10 L

25. Una cierta cantidad de nitrógeno gaseoso se encuentra en un recipiente de 0,39 L donde ejerce una presión Px. Al recipiente se le agrega todo el gas helio contenido en un recipiente de 0,13 L donde ejercía una presión de 0,52 atm. Si la fracción molar del helio en la mezcla resultante es 0,40, ¿cuál es el valor de Px? Suponga que durante el proceso la temperatura se mantiene constante.

R: 0,26 atm

26. Un recipiente de 20 L contiene a 30 ºC una mezcla gaseosa de H2 y SO2, de la cual se sabe que el 40% en masa es H2, siendo la presión total 1,84 atm. Calcule: a) los gramos de H2 y SO2 en la mezcla gaseosa, b) la presión parcial de cada gas.

R: a) 2,83 g H2; 4,25 g SO2 b) PSO2 = 0,08 atm, PH2 = 1,76 atm

27. En un recipiente rígido que contiene una mezcla gaseosa equimolar de He y N2 se introduce cierta cantidad de neón gaseoso, Ne. Al introducir el neón la presión aumenta en un 20%. Calcule las fracciones molares de los gases en la mezcla final, si el proceso se realiza a temperatura constante.

R: XN2 = XHe = 0,417 XNe = 0,167

28. Se tiene una bombona de 50 L de capacidad que contiene una mezcla gaseosa de 25% en masa de CH4 y 75 % de C2H6, a una presión total de 0,42 atm a 17 ºC. Calcule, la masa de la mezcla gaseosa que debe extraerse para reducir la presión total en un 50%, manteniendo la temperatura constante.

R: 10,87 g

29. El hidruro de calcio, CaH2, reacciona con agua para formar hidrógeno gaseoso de acuerdo a la siguiente ecuación:

CaH2(s) + 2H2O(l) Ca(OH)2(ac) + 2H2(g)

Esta reacción se utiliza algunas veces para inflar bolsas salvavidas y globos meteorológicos, cuando se requiere un mecanismo sencillo y compacto para generar

hidrógeno. ¿Cuántos gramos de hidruro de calcio se necesitan para producir 10,0 L de H2, si la presión del mismo es 740 mmHg a 23 ºC?

R: 8,4 g

30. El nitrógeno y el hidrógeno reaccionan para formar amoníaco de acuerdo a la siguiente ecuación:

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

A cierta temperatura y presión, 0,70 L de N2 reaccionan con 1,80 L de H2, ¿qué volumen de NH3, se producirá a la misma temperatura y presión.

R: 1,20 L

31. El amoníaco, NH3, y el cloruro de hidrógeno, HCl, reaccionan para formar cloruro de amonio sólido, NH4Cl: NH3(g) + HCl(g) NH4Cl(s)Dos matraces de 2,00 L cada uno a 25 ºC están conectados mediante una llave de paso, uno contiene 5,00 g de NH3 y el otro 5,00 g de HCl. Cuando se abre la llave de paso, los gases reaccionan hasta que uno de ellos se consume por completo. a) ¿Cuál gas permanecerá en el sistema cuando la reacción halla llegado a su término? b) ¿Qué presión total tendrá entonces el sistema. (No tome en cuenta el volumen del cloruro de amonio formado).

R: a) NH3 b) 0,96 atm

32. Una muestra sólida de 8,05 g de una mezcla de carbonato de magnesio, MgCO3, y carbonato de calcio, CaCO3, se trata con ácido clorhídrico en exceso, HCl (ac). La reacción subsecuente produce 2,26 L de dióxido de carbono gaseoso a 23 ºC y 735 torr. a) Escriba ecuaciones químicas balanceadas para las reacciones que ocurren entre el ácido y cada uno de los componentes de la mezcla. b) Calcule el número total de moles de dióxido de carbono formados. c) Calcule la composición porcentual en masa de la muestra.

R: b) 0,09 moles c) 63,4% MgCO3; 36,6% CaCO3

33. Un proceso común para obtener oxígeno gaseoso en un laboratorio es a través de la siguiente reacción:

2KClO3(s) MnO2 2KCl(s) + 3O2(g) calor

Si se diseña un experimento para llenar cuatro botellas (cada una de 250 mL) de O 2 a 25 ºC y 741 torr. y teniendo una pérdida del 25% en masa del O2, ¿qué masa de KClO3

se necesita?

R: 4,0 g

34. Calentando una muestra de 5,913 g de una mena que contiene un sulfuro metálico en presencia de O2(g) se producen 1,177 L de SO2 seco, medidos a 35,0 ºC y 755 torr. Calcule el porcentaje en masa de azufre, S, en la mena.

R: 25 %

35. Un compuesto de fósforo (P) y flúor (F), se analizó de la siguiente manera. Se calentaron 0,2324 g del compuesto en un recipiente de 378 mL transformándose todo el en gas, el cual tuvo una presión de 97,3 mmHg a 77 ºC. En seguida, el gas se mezcló con una solución acuosa de cloruro de calcio, CaCl2(ac), y todo el flúor se transformó en 0,2631 g de fluoruro de calcio, CaF2. Determine la fórmula molecular del compuesto.

R: P2F4

36. 0,225 g de un metal M (P.A. = 27 g/mol) liberó 0,303 L de H2 (medido a 17 ºC y 741 torr) al reaccionar con un exceso de ácido clorhídrico. Deduzca a partir de esos datos la ecuación correspondiente y escriba las fórmulas del óxido y el sulfato del metal.

R: 2M + 6HCl 2MCl3 + 3H2, M2O3, M2 (SO4)3

37. El óxido nítrico reacciona con el oxígeno de acuerdo a: 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g)Inicialmente el NO y el O2 están en recipientes separados conectados por una llave de paso. El NO se encuentra en un recipiente de 4,0 L y ejerce una presión de 0,50 atm; mientras que, el O2 ocupa un recipiente de 2,0 L y ejerce una presión de 1,00 atm. Cuando se abre la llave, la reacción ocurre rápida y completamente. Determine la presión final del sistema, considere que la temperatura permanece constante durante el proceso.

R: 0,50 atm

38. Los óxidos ácidos como el dióxido de carbono, reaccionan con óxidos básicos como óxido de calcio (CaO) y óxido de bario (BaO) para formar sales (carbonatos metálicos) a) Escriba las ecuaciones que representan estos dos cambios b) Un estudiante coloca una mezcla de BaO y CaO que tiene una masa de 4,88 g en un recipiente de 1,46 L que contiene CO2 gaseoso a 35 ºC y 746 torr. Después que la reacción se completó se encuentra que la presión del CO2 se redujo a 252 torr. Calcule la composición

porcentual en masa de la mezcla. Considere el volumen de la mezcla sólida despreciable con respecto al volumen del recipiente.

R: a) BaO(s) + CO2(g) BaCO3(s); CaO(g) + CO2(g) CaCO3(s)

b) 10,0% CaO; 90,0% BaO

39. Una mezcla gaseosa constituida por hidrógeno y oxígeno con una relación molar de hidrógeno a oxígeno igual a 4/3, se explota en un recipiente con una descarga eléctrica. El volumen del recipiente es 12,0 L y la presión inicial total de los gases es 2 atm a 27 ºC. Suponiendo que la reacción de formación de agua ( 2H2(g) + O2(g) 2H2O(l) ) se verifica de tal manera que uno de los dos elementos reacciona por completo, ¿cuántos moles quedan del otro elemento?

R: 0,143 moles O2

40. Un litro de N2(g) medido a 27 ºC y 640 mmHg reacciona totalmente con H2(g) en exceso de acuerdo a la siguiente ecuación:

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

Dicha reacción se lleva a cabo en presencia de un catalizador de hierro bajo ciertas condiciones de presión y temperatura. Después de la reacción, la mezcla gaseosa final ejerció una presión de 477 mmHg a 27 ºC en un recipiente de 4L, calcule: a) el porcentaje en moles de amoníaco al finalizar la reacción c) la presión parcial de los gases constituyentes de la mezcla gaseosa final d) los moles de H2 en exceso.

R: a) 66,67% b) 0,034 moles c) PNH3 = 0,42 atm; PH2 = 0,21 atm

41. Un recipiente de volumen V a una temperatura T, contiene una mezcla gaseosa de NH3

y O2. En dicha mezcla las presiones parciales de los gases son iguales, si ellos reaccionan según la siguiente ecuación:

4NH3(g) + 3O2(g) 2N2(g) + 6H2O(l)

y sabiendo que la presión del N2 que se forma es 0,25 atm en el mismo V y a la misma T que la mezcla gaseosa original, calcule: a) la presión de la mezcla gaseosa antes de que ocurra la reacción b) la presión final total después de la reacción. Considere el volumen ocupado por el agua líquida despreciable con respecto al volumen V.Presión de vapor del vapor del agua a la temperatura, T = 31,8 torr.

R: a) 1,0 atm b) 0,42 atm

42. Una mezcla gaseosa de CS2 y O2 en un recipiente de 9,80 L a 127 ºC está sometida a una presión de 3,28 atm. Cuando se quema la mezcla mediante una chispa eléctrica, todo el CS2 se oxida a CO2 y SO2 de acuerdo a la siguiente ecuación:

CS2(g) + 3O2(g) CO2(g) + 2SO2(g)

La presión de la mezcla gaseosa de CO2, SO2 y O2 luego de la reacción es 2,62 atm a 127 ºC. Calcular: a) los gramos de CS2 en la mezcla original, b) la presión parcial del O2 en la mezcla final.

R: a) 15,0 g b) 0,64 atm

43. Una mezcla gaseosa de metano, CH4, y acetileno, C2H2, ocupa cierto volumen a una presión total de 70,5 torr. La muestra se quema con formación de CO2 y H2O. Se elimina el agua y se determina que el CO2 restante tiene una presión de 96,4 torr. en el mismo volumen a la misma temperatura que la mezcla original. Calcule la composición porcentual en moles de la mezcla original.

Reacciones: (1) CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(l)

(2) C2H2(g) + 5/2 O2(g) 2CO2(g) + H2O)l)

R: 63,3% CH4; 36,7% C2H2

44. Explique lo siguiente en términos de la teoría cinético-molecular de los gases ideales:a)Una cierta cantidad de gas desarrolla el doble de presión cuando se comprime a la mitad de su volumen original.b) El aire caliente se eleva o asciende.c) Cuando el dióxido de carbono se somete a una presión suficiente a 20 ºC, se licua; cuando el oxígeno se somete a una presión aún mayor a 20 ºC no se licua. d) La presión del aire en el neumático de un automóvil puede aumentar considerablemente al conducir cierta distancia a alta velocidad.e) Un gas se esparce con más rapidez en una habitación cuando la temperatura es de 35 ºC que cuando está a 0 ºC.

45. Un recipiente A contiene CO2(g) a 0 ºC y 1 atm y uno B contiene HCl (g) a 20 ºC y 0,5 atm. Los dos recipientes tienen el mismo volumen. a) ¿Cuál recipiente contiene mayor número de moléculas? b) ¿En cuál recipiente es más alta la energía cinética promedio? c) ¿En cuál recipiente es mayor la vrms (raíz cuadrada de la velocidad

cuadrática media)? d) Compare las velocidades de difusión a través de una fuga diminuta.

R: a) A b) B c) B d) vB = 1,14 vA

46. Un gas con peso molecular desconocido difunde a través de una pequeña abertura a presión y temperatura constantes. Se necesitaron 72 segundos para la difusión de 1,0 L del gas. En idénticas condiciones experimentales se requieren 28 segundos para la difusión de 1,0 L de O2(g). Calcule el peso molecular del gas desconocido.

R: 211,4 g/mol

47. a) Un globo de hule permeable a las moléculas pequeñas se llena con helio gaseoso, He, hasta una presión de 1 atm. A continuación este globo se coloca en una caja que contiene hidrógeno gaseoso puro, también a una presión de 1 atm. ¿El globo se expandirá o contraerá? Explique.b) Las moléculas de SiH4 son más pesadas que las moléculas de CH4; aún así, de acuerdo con la teoría cinético-molecular, las energías cinéticas promedio de los dos gases a la misma temperatura son iguales, ¿cómo puede ser esto? Explique.

R: a) se expande b) Ec función únicamente de T.

48. a) A 100°C, las moléculas de cloro, Cl2, tienen una cierta velocidad promedio (Vrms) que no necesitamos calcular, ¿A que temperatura la Vrms de las moléculas del fluor seria la misma que las de Cl2?. b) Calcule la relación entre las velocidades Vrms de las moléculas de N2 a las temperaturas de 100°C y a 0°C.

49. Se tienen 10 moles de un gas A a -23°C y se desea aumentar su velocidad promedio Vrms en un 10 %, ¿A que temperatura debe calentarse el gas?.

50. El níquel forma un compuesto gaseoso de fórmula Ni(CO)x ¿Cuál es el valor de x, dado el hecho que el metano gaseoso, CH4, difunde 3,3 veces más rápido que ese compuesto en las mismas condiciones de presión y temperatura?

R: 4 Ni(CO)4

51. a) ¿Qué ocasiona que los gases reales tengan valores de PV/RT menores que los de un gas ideal? ¿Y que ocasiona que sean mayores?b) ¿Porqué se hace menor la diferencia entre los valores de PV/RT para los gases ideales y reales al aumentar la temperatura?

52. El factor de compresibilidad para el CO2(g) a 40 ºC y 51 atm es 0,76. A 122 ºC y 328 atm es 0,70. Una cierta masa de CO2 ocupa un volumen de 1 L a 40 ºC y 51 atm. Calcular el volumen ocupado por la misma cantidad de CO2 a 122 ºC y 328 atm. Compare ese volumen con el ocupado idealmente y justifique la diferencia.

Vr = 0,18 L Vi = 0,26 L

53. a) Es mas o menos significativo, el efecto de la atracción intermolecular sobre las propiedades de un gas si:

i) el gas se comprime a un volumen menorii) se introduce mas gas en el mismo volumen a la misma temperaturaiii) la temperatura del gas se aumenta a presión constante

b) los cambios anteriores hacen mas o menos significativo, el efecto del volumen

molecular sobre las propiedades del gas.R:a) i) más significativo ii) no tiene efecto iii) menos significativob) i) más significativo ii) más significativo iii) menos significativo

54. a) Calcule el factor de compresibilidad para un mol de amoniaco NH3 que en un recipiente de 500 ml a 112°C ejerce una presión de 45 atm. b) ¿Cuál sería la presión que ejercería si cumple: i) con la ecuación del gas ideal, ii) con la ecuación de Van der Waals. Compare esos valores con la presión del gas real y justifique las diferencias.

Datos: a = 4,17 L2 atm /mol2. b = 0,037 L / mol.

R: a) 0,7 b) i) 63,0 atm ii) 51,5 atm.

55. ¿Cuáles de los siguientes gases se pueden licuar por aplicación de presión a 25 ºC? Para aquellos que no sea posible, describa las condiciones, bajo las cuales se pueden licuar. Justifique sus respuestas.

Gas Tc(ºC) Pc(atm)SO2 158 78C2H2 36 62CH4 -82 46CO -140 35

R: SO2 y C2H2. A 25 ºC se encuentran por debajo de su temperatura crítica

56. Los gases A, B, C y D obedecen la ecuación de Van der Waals con los siguiente valores de las constantes a y b:

a) ¿Qué gas se acerca más a la idealidad?b) ¿Qué gas posee la mayor temperatura crítica?

A B C Da (L.atm-1.mol-1) 6 8 20 0.05b (L.mol-1) 0.025 0.15 0.10 0.02

Justifique sus respuestas.

R: a) D b) C

57. El CO2 gaseoso a una presión de 65,7 atm. y una temperatura de 153°C posee un factor de compresibilidad de 0,92. Calcule la densidad y compárela con el valor de esta si fuese un gas ideal. Justifique la diferencia.

R: 90,0 g/L

58. Una sustancia A tiene un peso molecular de 300 g/mol, su presión de vapor a 27 ºC es 300 mmHg y su temperatura crítica es 95 ºC. Un cilindro de 1,87 L contiene 10 g de A a 100 ºC. ¿Cuántos gramos de A se condensarán cuando el cilindro se enfrie a 27 ºC? Considere que el volumen ocupado por el condensado es despreciable con respecto al volumen del recipiente y además que el vapor se comporta idealmente.

R: 1,00 g

59. Dos recipientes contienen igual número de moles de los gases A y B respectivamente, las presiones en los recipientes son tales que el producto PV es el mismo para ambos gases. A es un gas ideal y B es un gas real que se encuentra en condiciones de presión y de temperatura menores que sus valores críticos. ¿Será la temperatura de B mayor, menor o igual a la de A?. Justifique su respuesta mediante cálculos.

R: mayor (TA< TB)