departament de física i química · pdf fileexercicis unitat 4: els canvis en els...

Exercicis unitat 4: Els canvis en els processos químics 1

Departament de Física i Química

EXERCICIS UNITAT 4: ELS CANVIS EN ELS PROCESSOS QUÍMICS

1r BATXILLERAT

Conceptes unitat 4

1. Sistemes homogenis. Dissolucions. Concentració i formes d’expressar-la (g/l; % massa;% volum; molaritat; molalitat; fracció molar). Tipus de dissolucions.

2. Reaccions químiques. Equacions químiques. Tipus de reaccions químiques: síntesi, descomposicíó, desplaçament i doble desplaçament.

3. Estequiometria. Relació massa-massa. Relació massa-volum. Relació volum-volum. Reactius en dissolució. Puresa de reactius. Reactiu limitant i en excés. Rendiment d’un procés químic. Reaccions consecutives.

Dissolucions

1. Quin és el percentatge en massa d’una dissolució preparada dissolent 163 g de glucosa en 755 g d’aigua? R: 17,76 %

100·aiguad' massaglucosa de massa

glucosa de massamassaen %+

=

==+

= 100·918163100·

557631163massaen % 17,76%

2. Una dissolució utilitzada com a sèrum intravenós conté 4,8 g de glucosa (C6H12O6) en 90,0 g d’aigua. Calcula el percentatge en massa de glucosa. R: 5,06%

100·aiguad' massaglucosa de massa

glucosa de massamassaen %+

=

==+

= 100·8,94

4,8100·908,4

4,8massaen % 5,06%

3. Com preparies 750 g d’una dissolució aquosa que sigui 2,5% en massa d’hidròxid de sodi? R: dissolent 18,75 g d’hidròxid de sodi amb 731,25 g d’aigua

4. Descriu com prepararies exactament 2,0 litres d’una dissolució aquosa que sigui 2,0% en volum d’àcid acètic? R: mesclant 0,04 litres d’àcid acètic amb 1,96 litres d’aigua

5. Es prepara, a 25ºC, una dissolució saturada de clor en aigua dissolent 5,77 g de clor gasós en l’aigua necessària per obtenir un litre de dissolució. Calcula la molaritat d’aquesta dissolució. R: 0,081 mol/l

dissoluciódelitresCl mols

M 2=

081,0Cl g 71Cl mol 1

Cl g 5,772

22 = mol Cl2

===1

0,081dissolucióde litres

Cl mols M 2 0,081 mol/l

IES Llorenç Garcías i Font Emma Sánchez Clark Dep. Física i Química


6. Se dissol 4,9 g de àcid sulfúric dins aigua fins a completar 200 cc de dissolució. Calcular la molaritat. R: 0,25 mol/l

7. Calcular la quantitat (grams) d’àcid fosfòric necessària per preparar 150 cc de dissolució 0,067M R: 0,98 g

=43

4343

POH mol 1POH g 98

dio l 1POH mol 0,067

dio cc 1000dio l 1dio cc 150 0,98 g H3PO4

8. Quants grams d’hidròxid de sodi es necessiten per preparar 0,5 litres d’una dissolució d’hidròxid de sodi 6,67 M? R: 133,4 g

=NaOHmol1NaOH g 40

diol1NaOH mol 6,67dio l 0,5 133,4 g NaOH

9. Calcular el volum de dissolució 0,2 M d’àcid sulfúric que conté 2, 5 g de solut. R: 0,128 l

=4242

4242 SOH mol 0,2

dio l 1SOH g 98SOH mol 1

SOH g 2,5 0,128 l dio

10. Dissolem 7 g de clorur sòdic en 43 g d’aigua. Calcular la concentració en % en pes i la molalitat. R: 14 %; 2,78 mol/kg

100·OH mNaCl m

NaCl mmassaen %2+

=

==+

= 100507100

4377massaen % ·· 14%

OH kgNaCl mols

m 2

=

NaCl mol 0,12NaCl g 58,5NaCl mol 1NaCl g 7 =

===0,0430,12

OH kgNaCl mols

m 2

2,78 mol/kg

150 cc dio

0,067 M=dio l 1

POH mol 0,067 43

g H3PO4?

m NaOH?

0,5 l dio

6,67 M=dio l 1

NaOH mol 6,67

V dio?

2,5 g H2SO4

0,2 M=dio l 1

SOH mol 0,2 42



11. Quina és la fracció molar de naftalè (C10H8) en una dissolució preparada dissolent 23,5 g de naftalè sòlid en 315 g de benzè (C6H6) líquid? R: 0,04

=+

=+

=4,040,18

0,18HC molsHC mols

HC molsXs

66810

810 0,04

810810

810810 HC mol 0,18

HC g 128HC mol 1

HC g 23,5 =

6666

6666 HC mol 4,04

HC g 78HC mol 1

HC g 315 =

12. El nicrom és un aliatge que té una composició del 60% de Ni, el 24% de Fe i el 16% de Cr. Calcula la fracció molar de cada element d’aquesta dissolució. R: 0,58; 0,24; 0,18

Suposam 100 g de dio i per tant hi ha 60 g de Ni, 24 g de Fe i 16 g de Cr.

Ni mol 021,Ni g 58,7Ni mol 1Ni g 60 =

Fe mol 43,0Fe g 55,85

Fe mol 1Fe g 24 =

Cr mol 31,0Cr g 52Cr mol 1Cr g 16 =

=++

==0,310,4302,1

1,02otals molsNi mols

NiXt

0,58

=++

==0,310,4302,1

0,43otals molsFe mols

FeXt

0,24

=++

==0,310,4302,1

0,31otals molsCr mols

CrXt

0,18

13. Determinau el percentatge en massa, la molaritat, la molalitat i la fracció molar d’una dissolució formada a partir de 2 g de hidròxid de calci i 200 cc d’aigua. La densitat d’aquesta dissolució es de 1,05 g/cc. R: 0,99%; 0,14M; 0,13m; 0,0024

14. En 35,5 g d’aigua es dissolen 5 g d’àcid clorhídric. La densitat de la dissolució és 1,060 g/cc. Calcular la concentració de la dissolució: a) en % en massa; b) en g/l; c) la molaritat; d) la molalitat; e) fracció molar R: a) 12,34%; b) 130,9 g/l; c) 3,6 mol/l; d) 3,86 mol/kg; e) 0,065

a) ==+

= ·10040,5

5100OH mHCl m

HCl mmassaen %2· 12,34%

b) ===0,03821

5dissolució de litres

HCl gramsg/l 130,86 g/l

35,5 g H2O

5 g HCl

dio cc 1dio g 1,06



dio l 0,03821dio cc 1000

dio l 1dio g 1,06

dio cc 1dio g 40,5 =

c) dissoluciódelitres

HCl mols M =

HCl mol 0,137HCl g 36,5HCl mol 1HCl g 5 =

===0,03820,137

dissolució de litresHCl mols M 3,6 mol/l

d) ===0,03550,137

OH kgHCl mols m2

3,86 mol/kg

e) dissolventdemolssolutdemols

solut de molsXs

+=

OH mol 97,1OH g 18OH mol 1

OH g 35,5 22

22 =

=+

=+

=97,1137,0

137,0dissolvent de molssolut de mols

solut de molsXs 0,065

15. Se dissol 10 cc de àcid sulfúric (densitat 1,8 g/cc) dins 250 cc d’aigua. Calcular la concentració de la dissolució: a) en g/l dissolució; b) en g/l dissolvent. R: a) 69,2 g/l; b) 72 g/l

16. Dissolem 150 g d’etanol (C2H6O) de densitat 0,8 g/cc dins aigua fins a completar 0,5 litres de dissolució. Calcular la molaritat i la molalitat. R: 6,52M; 10,43 m

17. Una dissolució d’àcid sulfúric és del 98% de riquesa i densitat 1,895 g/cc. Calcular la concentració en g/l, la molaritat, la molalitat i la fracció molar. R: 1857,1 g/l; 18,95 M; 500 m; 0,9

18. Un àcid nítric concentrat de densitat 1,405 g/cc, conté un 68,1% en massa de àcid nítric. Calcular la molaritat, la molalitat, la fracció molar i la concentració en g/l. R: 15,19 mol/l; 33,88 mol/kg; 0,39; 956,97 g/l

diol HNO mol

M 3=

=dio l 1

dio cc 1000 dio cc 1

dio g 1,405HNO g 63HNO mol 1

dio g 100HNO g 68,1

3

33 mol/l 15,19

agua kg HNO mol

m 3=

=OH kg 1

OH g 1000HNO g 63HNO mol 1

OH g 31,9HNO g 68,1

2

2

3

3

2

3 mol/kg 33,88

dio cc 1dio g 1,405

68,1 %=dio g 100

HNO g 68,1 3



totalsmol HNO mol

X 3s =

En 100 g de dio hi ha 68,1 g de HNO3 i 31,9 g de H2O:

33

33 HNO mol 1,08

HNO g 63HNO mol 1

HNO g 68,1 =


OH g 31,9 22

22 =

=+

==1,771,08 1,08

totalsmol HNO mol

X 3s 0,38

diol HNO g

g/l 3=

=dio l 1

dio cc 1000 dio cc 1

dio g 1,405dio g 100

HNO g 68,1 3 g/l 956,8

19. Una dissolució d’àcid clorhídric concentrat de densitat 1,19 g/cc conté 37% d’àcid clorhídric. Calcular la fracció molar, la molaritat i la molalitat. R: 0,22; 12,06M; 16,09 m

diol HCl molM =

=dio l 1

dio cc 1000 dio cc 1dio g 1,19

HCl g 36,5HCl mol 1

dio g 100HCl g 37 mol/l 12,06

agua kg HNO mol

m 3=

=OH kg 1

OH g 1000HCl g 36,5HCl mol 1

OH g 63HCl g 37

2

2

2

mol/kg 16,09

totalsmol HNO mol

X 3s =

En 100 g de dio hi ha 37 g de HCl i 63 g de H2O:

HCl mol 1,01HCl g 36,5HCl mol 1HCl g 37 =


OH g 63 22

22 =

=+

==3,51,01 1,01

totalsmol HCl molXs 0,22

dio cc 1dio g 1,19

37 %=dio g 100

HCl g 37



20. Un àcid sulfúric té una densitat de 1,8 g/cc i una riquesa en pes del 85%. Calcular quin volum d’aquest àcid serà necessari per preparar 500 ml de dissolució 0,1M. R: 3,2 ml

21. Es dissolem 6,3 g de àcid nítric dins aigua fins a completar 1 litre de dissolució: a) Calcular la molaritat; b) S’agafen 200 cc d’aquesta dissolució i li afegim més aigua fins a completar 0,5 litres, calcular la molaritat d’aquesta nova dissolució. R: a) 0,1M; 0,04M

a)

diol HNO mol

M 3=

33

33 HNO mol 0,1

HNO g 63HNO mol 1

HNO g 6,3 =

===11,0

diol HNO mol

M 3 0,1 mol/l

b)

diol HNO mol

M 3=

33 HNO mol 0,02

diol1 HNO mol 0,1

dio l 0,2 =

===5,0

02,0dio l

HNO molM 3 mol/l 0,04

22. Un àcid clorhídric concentrat conté 35,20% en pes i la seva densitat és 1,175 g/cc. Calcular el volum d’aquest àcid que se necessita per a preparar 3 litres d’àcid 2 mol/l. R: 529,5 cc

35,2% d=1,175 g/cc

DIO FETA DIO A PREPARAR

3 l dio 2 mol/l

H2O V?

6,3 g HNO3

1 l dio

M=?

M=? 0,5 l

200 cc dio HNO3 0,1 M

H2O



Cercam els mols de HCl que hi ha dins la dissolució a preparar:

HCl mol 6diol1

HCl mol 2 dio l 3 =

Aquests mols han de ser els que estan dins el volum que s’ha d’agafar de la dissolucio que ja està feta:

=dio g 1,175

dio cc 1HCl g 35,2dio g 100

HCl mol 1HCl g 36,5 HCl mol 6 529,5 cc dio

23. Disposam d’un àcid clorhídric de 35,2% de riquesa i densitat 1,75 g/cc. Calcular: a) la molaritat, la molalitat i fracció molar de solut. R: 16,87 M; 14,88 m; 0,21 b) Volum d’aquest àcid que se necesita per preparar 3 l de disolució 3 M. R: 0,533 l a)

diol HCl molM =

dio l 1

dio cc 1000dio cc 1dio g 1,75

HCl g 36,5 HCl mol 1

dio g 100 HCl g 35,2 = mol/l 16,88

OH kg HCl molm

2=

OH kg 1

OH g 1000 HCl g 36,5 HCl mol 1

OH g 64,8 HCl g 35,2

2

2

2= mol/kg 14,88

OH mol HCl mol HCl molX

2+=lHC

HCl g 36,5 HCl mol 1HCl g 35,2 = HCl mol 0,964

OH g 18 OH mol 1OH g 64,8

2

22 = OH mol 3,6 2

=+

=6,3964,0

0,964X lHC 0,21

35,2%=dio g 100HCl g 35,2

dio cc 1dio g 1,75



b)

Cercam els mols de HCl que hi ha dins la dissolució a preparar:

HCl mol 9diol1

HCl mol 3 dio l 3 =


=HCl mol 16,88

dio l 1 HCl mol 9 0,533 l dio

24. Calcula: a) La molaritat d’una dissolució d’àcid sulfúric al 27% en pes i densitat 1,198 g/cc. R: 3,3M b) El volum de dissolució 16,2M d’àcid nítric necessari per preparar 3 litres de dissolució 3M. R: 0,55 l

a)

diol SOH mol

M 42=

dio l 1

dio cc 1000dio cc 1

dio g 1,198 SOH g 98 SOH mol 1

dio g 100 SOH g 27

42

4242 = mol/l 3,3

b)

16,88 mol/l


3 l dio 3 mol/l

H2O V?

16,2 mol/l


3 l dio 3 mol/l

H2O V?



Cercam els mols de HNO3 que hi ha dins la dissolució a preparar:

33 HNO mol 9

dio l 1HNO mol 3 dio l 3 =


=3

3 HNO mol 16,2dio l 1 HNO mol 9 0,56 l dio

25. S’agafen 200 ml d’una dissolució de clorur de magnesi de concentració 1M i es mesclen amb 400 ml d’una altra, de la mateixa substància, de concentració 2,5 M. S’afegeixen finalment al conjunt 100 ml d’aigua. Quina és la molaritat resultant? R: 1,7 M

dio l MgCl molM 2=

22 MgCl mol 0,2

dio l 1 MgCl mol 1dio l 0,2 =

22 MgCl mol 1

dio l 1 MgCl mol 2,5dio l 0,4 =

=+

==7,0

2,01dio l

MgCl molM 2 mol/l 1,7

26. Es mesclen un litre d’àcid nítric concentrat de densitat 1,38 g/cc i 62,7% amb un litre d’àcid nítric de densitat 1,13 g/cc i 22,38%. Calcular la concentració molar de l’àcid resultant. R: 8,85 mol/l

27. Es mesclen 50 cc de una dissolució 1M de àcid sulfúric amb 200 cc d’una altra dissolució 0,05M d’aquest àcid. Calcular la molaritat de la dissolució resultant. R: 0,24M

diol SOH mol

M 42=

M=?

50 cc dio H2SO4 1 M

200 cc dio H2SO4 0,05 M

M=?

200 ml dio MgCl2 1 M

400 ml dio MgCl2 2,5 M

100 ml H2O



4242 SOH mol 0,05

diol1 SOH mol 1dio l 0,05 =

4242 SOH mol 0,01

dio l 1 SOH mol 0,05dio l 0,2 =

=+

==25,0

01,005,0dio l

SOH molM 42 mol/l 0,24

28. S’agafen 13 ml d’àcid clorhídric concentrat de 1,15 g/ml de densitat i 30,14% en pes i es dilueixen amb aigua destilada fins a 500 ml. Calcular la molaritat de la dissolució resultant. R: 0,25M

diol HCl molM =

HCl mol 0,123 HCl g 36,5 HCl mol 1

dio g 100 HCl g 30,14

dio ml 1dio g 1,15 dio ml 13 =

===5,0

123,0dio l

HCl molM mol/l 0,246

Tipus de reaccions químiques. Ajust d’equacions químiques

29. Escriu, ajusta i classifica les reaccions corresponents: a) Coure + oxigen (g) per formar monòxid de coure (s) b) Òxid de calci (s) + aigua per formar hidròxid de calci (s) c) Carbonat de calci (s) per formar òxid de calci (s) i diòxid de carboni (g) d) Àcid sulfúric (aq) + hidròxid de bari (aq) per formar sulfat de bari (s) i aigua e) Clorur de sodi (aq) + nitrat de plata (aq) per formar clorur de plata (s) i nitrat de sodi (aq) f) Zinc + àcid sulfúric (aq) per formar sulfat de zinc (aq) i hidrogen (g) a) Cu + 1/2 O2 → CuO reacció de síntesi b) CaO + H2O → Ca(OH)2 reacció de síntesi c) CaCO3 → CaO + CO2 reacció de descomposició d) H2SO4 + Ba(OH)2 → BaSO4 + 2 H2O reacció de desplaçament o substitució e) NaCl + AgNO3 → AgCl + NaNO3 reacció de desplaçament o substitució f) Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2 reacció de desplaçament o substitució

M=? 500 ml

13 cc dio HCl 1,15 g/ml 30,14%

H2O



Càlculs estequiomètrics: relació massa-massa

30. El benzé, C6H6, crema fàcilment amb l’oxigen de l’aire. a) Escriu l’equació química corresponent. b) Quants mols d’oxigen es necessiten per reaccionar amb 100 g de benzé? R: 9,6 mol c) Quants grams d’aigua s’obtindran si reaccionen 2 mols de benzé? R: 108 g d) Quantes molècules de diòxid de carboni s’obtindran si reaccionen 100 g de benzé? R: 4,63 1024 molècules

31. Per combustió de sulfur de zinc s’obté òxid de zinc i es despren diòxid de sofre. Si es disposa de 8,5 kg de sulfur de zinc: a) Quina quantitat d’òxid de zinc es produirà? b) Amb quina massa d’oxigen reaccionarà?. R: a) 7103 g ; b) 4190 g

ZnS + 3/2 O2 → ZnO + SO2

8,5 kg g? g?

a) ZnOmol 1 ZnOg 81,4

ZnSmol 1 ZnOmol 1

ZnSg 97,4 ZnSmol 1 ZnSg 8500 = 7103,7 g ZnO

b) O mol 1

O g 32 ZnSmol 1

O mol 1,5 ZnSg 97,4 ZnSmol 1 ZnSg 8500

2

22 = 4189 g O2

32. El clor reacciona amb l’hidrogen i s’obté clorur d’hidrogen. a) Escriu l’equació química corresponent al procés indicat. b) Calcula la massa d’hidrogen necessària per reaccionar amb 20 mols de clor. R: 40 g c) Quants grams de clorur d’hidrogen s’obtindran en reaccionar 100 g de clor? R: 102,8 g d) Quantes molècules de clor han de reaccionar per formar 5 mols de clorur d’hidrogen?

R: 1,5 1024 molècules a) Cl2 + H2 → 2 HCl b) 20 mol Cl2 → g H2?

H mol 1

H g 2 Cl mol 1 H mol 1

Cl mol 20 2

2

2

22 = 40 g H2

c) g HCl? → 100 g Cl2

HCl mol 1 HCl g 36,5

Cl mol 1 HCl mol 2

Cl g 71 Cl mol 1

Cl g 100 22

22 = 102,8 g HCl

d) molècules Cl2? → 5 mol HCl

Cl mol 1

Cl molècules 236,023·10 HCl mol 2 Cl mol 1

HCl mol 5 2

22 = 1,5·1024 molècules Cl2



Càlculs estequiomètrics: relació massa-volum i volum-volum

33. El zinc reacciona amb l’àcid clorhídric i s’obté clorur de zinc i hidrogen. Calcula el volum d’hidrogen en c.n. que s’obté si reaccionen 3,28 g de zinc. R: 1,13 l

34. En fer saltar una guspira elèctrica en una mescla d’hidrogen i oxigen, s’obté vapor d’aigua. Calcula el volum de vapor d’aigua obtingut, mesurat a 200ºC i 105 Pa quan reaccionen 5 g d’oxigen. R: 12,2 litres

H2 + 1/2 O2 → H2O

5 g V? T=200ºC=473K P=105 Pa=0,99 atm

OH mol 0,3125 O mol 0,5 OH mol 1

O g 32 O mol 1

O g 5 22

2

2

22 =

P·V=n·R·T

0,99·V=0,3125·0,082·473

V=12,24 l H2O

35. El carboni reacciona amb l’oxigen i s’obté diòxid de carboni. Calcula: a) La massa d’oxigen consumida quan es crema un kg de carboni. R: 2,67 kg b) El volum de diòxid de carboni mesurat en c.n. obtingut quan es cremen 24 g de carboni.

R: 44,8 l

C + O2 → CO2 a) 1 kg g? b) 24 g V? c.n.

a)

O mol 1

O g 32C mol 1

O mol 1 C g 12 C mol 1 C g 1000

2

22 = 2667 g O2

b)

CO mol 1 CO l 22,4

C mol 1 CO mol 1

C g 12 C mol 1 C g 24

2

22 = 44,8 l CO2

36. En afegir aigua al carbur càlcic (CaC2) es produeix hidròxid càlcic i etí (C2H2). Calcular els grams d’aigua necessaris per obtenir dos litres d’etí a 27ºC i 760 mm Hg. R: 2,9 g

CaC2 + 2 H2O → Ca(OH)2 + C2H2

g? V=2 l T=27ºC=300 K P=760 mm Hg=1 atm

P·V=n·R·T



1·2=n·0,082·300

n=0,081 mol C2H2

OH mol 1

OH g 18 HC mol 1 OH mol 2

HC mol ,08102

2

22

222 = 2,93 g H2O

37. Calcula els grams d’alumini que es necessiten per obtenir 20 litres d’hidrogen, mesurats a una temperatura de 20ºC i una pressió de 740 mm Hg, segons la reacció: R: 14,6 g

Alumini + àcid sulfúric → sulfat d’alumini + hidrogen 38. El monòxid de nitrogen reacciona amb l’oxigen i s’obté diòxid de nitrogen. Totes les espècies químiques que hi

intervenen són gasos. Calcula el volum d’oxigen i de monòxid de nitrogen necessaris per obtenir 20 dm3 de diòxid de nitrogen, si tots els gasos s’han mesurat en les mateixes condicions de pressió i temperatura. R: 10 dm3 d’oxigen i 20 dm3 de monòxid de nitrogen.

39. El clor reacciona amb l’hidrogen i s’obté clorur d’hidrogen (gas). Calcula el litres de clorur d’hidrogen que s’obtindran si reaccionen 10 litres de clor, si els gasos són mesurats en les mateixes condicions de pressió i temperatura. R: 20 l

Cl2 + H2 → 2 HCl 10 l V?

Cl l 1 HCl l 2 Cl l 10

22 = 20 l H2O

40. Disposem de 10,4 litres d’etí (C2H2) mesurats en condicions normals. Si en realitzem la combustió completa,

calcular: a) Quin volum d’oxigen serà necessari, mesurat en condicions normals; b) Quin volum d’aire (la composició del qual és 80% de nitrogen i 20% d’oxigen, en volum) serà necessari, mesurat a 17ºC i 700 mm Hg. R: a) 26 l; b) 150 l

C2H2 + 5/2 O2 → 2 CO2 + H2O 10,4 l a) V? c.n. c.n. b) Vaire?

20% O2 17ºC=290K

700 mm Hg= 0,92 atm

a) HC l 1 O l 2,5 HC l ,410

22

222 = 26 l O2

b) 222

2

22

2222 O mol 1,16

HC mol 1 O mol 2,5

HC l 22,4 HC mol 1 HC l ,401 =

P·V=n·R·T

0,92·V=1,16·0,082·290

V=30 l O2



O l 20 aire l 100 O l 03

22 = 150 l aire

41. El benzè (C6H6) és un líquid de densitat 880 g/l que crema fàcilment amb l’oxigen de l’aire. Calcular: a) Les molècules de diòxid de carboni que s’obtenen si reaccionen 100 ml de benzè; b) El volum d’aire en condicions normals necessari per la combustió dels 100 ml de benzè. L’aire conté un 20% en volum d’oxigen. R: a) 4,08 1024 molècules; b) 947,7 l

C6H6 + 15/2 O2 → 6 CO2 + 3 H2O

880 g/l a) V aire? c.n. molèc? 100 ml

molec 6,023·10 mol 6

2

223

66

2

66

66

66

6666 CO mol 1

COHC mol 1

COHC g 78 HC mol 1

HC l 1 HC g 880

HC l 0,1 = 4,08·1024 molècules CO2

aire l 100 l 22,4 mol 7,5

22

2

66

2

66

66

66

6666 O l 20 O mol 1

OHC mol 1 O

HC g 78 HC mol 1

HC l 1 HC g 880

HC l 0,1 = 947,7 l aire

42. Calcular quants litres d’aire (21% en volum d’oxigen), en condicions normals, són necessaris per cremar 60 g de metà. R: 800 l

Càlculs estequiomètrics: reactius en dissolució

43. El clor s’obté en el laboratori segons la reacció: diòxid de manganès + àcid clorhídric→clorur de manganès (II)+aigua+clor molecular. Calcular: a) La quantitat de diòxid de manganès necessària per a obtenir 100 litres de clor mesurats a 15ºC i 720 mm Hg; b) El volum d’àcid clorhídric 2 M necessari. R: a) 348 g; b) 8 l

MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + 2 H2O + Cl2

g? V dio? 100 l 2 M 15ºC=288K 720 mm Hg=0,95 atm

a) P·V=n·R·T

0,95·100=n·0,082·288

n=4,02 mol Cl2

2

2

2

22 MnO mol 1

MnO g 87 Cl mol 1

MnO mol 1 Cl mol ,024 = 349,7 g MnO2

b)

HCl mol 2

dio l 1 Cl mol 1 HCl mol 4

Cl mol ,0242

2 = 8 l dio

44. Calcula el volum de dissolució de fluorur de potassi 0,1M que es necessita per produir 1 g de fluorur de calci, mitjançant la següent reacció:



fluorur de potassi+nitrat de calci→fluorur de calci+nitrat de potassi R: 0,256 l

2 KF + Ca(NO3)2 → CaF2 + 2 KNO3

V dio? 0,1 M

1 g

KF mol 0,1

dio l 1CaF mol 1KF mol 2

CaF g 78 CaF mol 1 CaF g1

22

22 = 0,256 l dio

45. El zinc metall reacciona amb àcid clorhídric i forma clorur de zinc i hidrogen gas. Calcula el volum d’àcid clorhídric de 35% en massa i densitat 1,18 g/ml que ha de reaccionar amb el zinc per lliberar 10,92 g d’hidrogen. R: 965 ml

Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2

35 % 1,18 g/ml

V dio?

10,92 g

dio g 1,18

dio ml 1HCl g 35dio g 100

HCl mol 1 HCl g 36,5

H mol 1HCl mol 2

H g 2 H mol 1

H g 0,92122

22 = 965 ml dio

46. L’àcid clorhídric reacciona amb l’hidròxid de sodi donant clorur de sodi i aigua. Calcula el volum d’àcid clorhídric del 36% i densitat 1,179 g/ml que es necessita per reaccionar amb 100 ml d’una dissolució d’hidròxid de sodi 0,5 M. R: 4,3 ml

Càlculs estequiomètrics: puresa o riquesa de reactius 47. El perclorat de potassi es descompon mitjançant l’acció de la calor en clorur de potassi i oxigen. Si en una

d’aquestes descomposicions s’obtenen 2,4 g de clorur, calcular: a) la quantitat necessària de perclorat comercial amb un 83% de puresa; b) el volum d’oxigen obtingut a 772 mm Hg i 16ºC. R: a) 5,37 g; b) 1,5 l

48. El clorat de potassi es descompon en clorur de potassi i oxigen. Calcula la massa de clorur de potassi i el volum d’oxigen, mesurat en condicions normals, que es produeixen a partir de 150 g d’una substància que conté un 65% de clorat de potassi. Quantes molècules d’oxigen es formen? R: 59,3 g; 26,7 l; 7,19 1023 molècules

KClO3 → KCl + 3/2 O2

150 g mostra 65% puresa

g? V? molec? c.n.

a) KCl mol 1KCl g 74,5

KClO mol 1 KCl mol 1

KClO g 122,5KClO mol 1

mostra g 100 KClO g 65 mostra g 501

33

33 = 59,3 g KCl

b) O mol 1

O l 22,4KClO mol 1

O mol 1,5KClO g 122,5

KClO mol 1 mostra g 100 KClO g 65 mostra g 501

2

2

3

2

3

33 = 26,7 l O2

c) O mol 1

O molec 10 6,023KClO mol 1

O mol 1,5KClO g 122,5

KClO mol 1 mostra g 100 KClO g 65 mostra g 150

2

223

3

2

3

33 = 7,19·1023 molec O2



49. Es cremen 10 kg d’antracita, la riquesa de la qual és del 95% en carboni. Calcula: a) el volum de diòxid de carboni produit, mesurat a 1 atm i 300ºC; b) el volum d’aire necessari per la reacció, mesurat en condicions normals, suposant que l’aire conté un 21% en volum d’oxigen. R: a) 37197 l; b) 84444 l

C + O2 → CO2

10 kg antracita Vaire? V? 95% riquesa c.n. 1 atm

21% O2 573K

a)

22 CO mol 791,6

C mol 1 CO mol 1

C g 12C mol 1

mostra g 100 C g 95 mostra g 10000 =

P·V=n·R·T

1·V=791,6·0,082·573

V=37197 l CO2

b)

O l 21

aire l 100O mol 1

O l 22,4C mol 1

O mol 1C g 12C mol 1

mostra g 100 C g 95 mostra g 10000

22

22 = 84444 l aire

50. Per determinar la riquesa d’una mostra de zinc s’agafen 50 g d’aquesta mostra i es traten amb 129 ml d’àcid clorhídric del 35,5% en pes i densitat 1,18 g/ml. Calcular el porcentatge de zinc en la mostra i la molaritat de la dissolució. R: 96,7%; 11,4M

51. Calcular la puresa d’una mostra de sulfat d’amoni si 13,162 g d’aquesta mostra reaccionen amb sosa per donar sulfat de sodi, aigua i 3,77 litres d’amoníac mesurats a 18ºC i 742 mm Hg. R: 75,2%

(NH4)2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O + 2 NH3

puresa? 3,77 l 13,162 g mostra 18ºC=291K

742 mm Hg=0,98 atmP·V=n·R·T

0,98·3,77=n·0,082·291

n=0,15 mol NH3

424424

424

3

4243 SO)(NH g 9,9

SO)(NH mol 1SO)(NH g 132

NH mol 2 SO)(NH mol 1 NH mol ,15 =0

=== ·10013,162

9,9·100mostra g

SO)(NH g puresa % 424 75,2%

52. Si un mineral que conté sulfur mercúric s’escalfa en presència d’oxigen es produeix la següent reacció:

Sulfur mercúric + oxigen → mercuri + diòxid de sofre

Calcula la puresa de 50 g d’una mostra d’aquest mineral si produeixen 33 g de mercuri. R: 76,52%



HgS + O2 → Hg + SO2 50 g mostra % puresa?

33 g

·100mostra g

HgS g puresa % =

HgS g 38,26 HgS mol 1HgS g 232,6

Hg mol 1 HgS mol 1

Hg g 200,6Hg mol 1 Hg g 33 =

=== ·10050

38,26·100mostra g

HgS g puresa % 76,52%

Càlculs estequiomètrics: reactiu limitant

53. Un recipient conté 3 g d’età i 9 g d’oxigen. Mitjançant una espurna elèctrica hi provoquem la reacció de combustió. Calculau els grams de cada substància que hi ha dins el recipient un cop finalitzada la reacció de combustió. R: diòxid de carboni=7,07 g; aigua=4,34 g; età=0,59 g

54. El carboni reacciona amb l’hidrogen per formar metà. Si mesclam 100 g de carboni i 30 g d’hidrogen. Calculau els grams de cada substància que hi ha dins el recipient un cop finalitzada la reacció. R: 10 g de carboni i 120 g de metà.

C + 2 H2 → CH4

100 g 30 g

Cercam el reactiu limitant:

C g 90 C mol 1 C g 12

H mol 2 C mol 1

H g 2 H mol 1

H g 0322

22 = el reactiu limitant és l’hidrogen.

Massa de C que sobra: 100-90= 10 g de C

CH mol 1 CH g 16

H mol 2 CH mol 1

H g 2 H mol 1

H g 034

4

2

4

2

22 = 120 g CH4

55. Es fan reaccionar 36,45 g de potassi amb 150 cc d’una dissolució d’àcid sulfúric del 98% en massa i densitat 1,8 g/cc. Calcular el volum de hidrogen obtingut, mesurat a 27ºC i 1 atm de pressió. R: 11,56 l

56. 6 g d’alumini es tracten amb 50 cc d’àcid sulfúric 0,15 M. Calculau: a) volum d’hidrogen que s’obtindrà, mesurat a 20ºC i 745 mm Hg; b) massa de sulfat d’alumini que es produirà. R: a) 184 ml; 0,86 g

2 Al + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3 H2 6 g 50 cc dio g? V?



0,15 M 20ºC 745 mm Hg=0,98 atm

Cercam el reactiu limitant:

Al g 0,135 Al mol 1 Al g 27

SOH mol 3 Al mol 2

dio l 1 SOH mol 0,15

dio l ,05042

42 =

el reactiu limitant és l’ H2SO4.

242

242 H mol 0,0075 SOH mol 3

H mol 3 dio l 1

SOH mol 0,15 dio l ,050 =

P·V=n·R·T

0,98·V=0,0075·0,082·293

V=0,184 l H2

b) )(SOAl mol 1 )(SOAl g 342

SOH mol 3 )(SOAl mol 1

dio l 1 SOH mol 0,15 dio l ,050

342

342

42

34242 = 0,855 g Al2(SO4)3

Càlculs estequiomètrics: rendiment

57. La fermentació (descomposició) de la glucosa (C6H12O6) produeix etanol (C2H6O) i diòxid de carboni. Quina quantitat d’etanol es produirà a partir de 4,25 kg de glucosa si el rendiment de la reacció és del 25%? R: 543 g

C6H12O6 → 2 C2H6O + 2 CO2 4,25 kg η=25% m?

OHC mol 1 OHC g 46

OHC mol 1 OHC mol 2·0,25

OHC g 180 OHC mol 1 OHC g 2504

62

62

6126

62

6126

61266126 = 543 g C2H6O

58. Per reacció de carbonat de sodi amb hidròxid de calci s’obté hidròxid de sodi i carbonat de calci. Calculau el grams de carbonat de sodi que es necessiten per obtenir 10 g d’hidròxid de sodi si el rendiment de la reacció és del 60% i la puresa del carbonat de sodi és del 90%. R: 24,5 g

59. Quant es crema una mostra, que conté un 92% de sulfur ferrós, amb aire s’obté òxid fèrric i 100 litres de diòxid de sofre mesurats en condicions normals. Calcula la massa necessària de pirita si la reacció té un rendiment del 80%. R: 532,6 g

2 FeS + 7/2 O2 → Fe2O3 + 2 SO2

92% puresa η=80% 100 l

g pirita (g mostra)? c.n.

FeS g 92

mostra g 100 FeS mol 1 FeS g 87,8

SO mol 0,8·2 FeS mol 2

SO l 22,4 SO mol 1 SO l 001

22

22 = 532,56 g mostra



60. El carbonat de calci es descomposa en òxid de calci i diòxid de carboni. Calcula la massa de cal viva (òxid de calci) que es pot obtenir a partir d’una tona de pedra caliça del 90% en carbonat de calci, si el rendiment del procés és del 75%. R: 378 kg

CaCO3 → CaO + CO2

1 t mostra 90% puresa

η=75% m?

CaO mol 1 CaO g 56

CaCO mol 1 CaO mol 0,75

CaCO g 100 CaCO mol 1

mostra g 100 CaCO g 90 mostra g 01

33

336 = 378 kg CaO

61. Considerem la reacció de combustió del metanol(CH4O). Calcula: a) volum d’oxigen en condicions normals per cremar 5 kg de metanol; b) grams de diòxid de carboni obtingunts i volum que ocupen a 2,02 105 Pa i 100ºC; c) si a la reacció només es produeixen 5000 g de diòxid de carboni, calcula el rendiment de la reacció. R: a) 5250 l; b) 6875 g; 2389,5 l; c) 72,72%

CH4O + 3/2 O2 → CO2 + 2 H2O 5 kg a)V? η=? b) g?

c.n. V? 2,02 105 Pa

100ºC

c) 5000 g η=?

a) O mol 1 CO l 22,4

OCH mol 1 O mol 1,5

OCH g 32 OCH mol 1 OCH g 5000

2

2

4

2

4

44 = 5250 l O2

b) CO mol 1 CO g 44

OCH mol 1 CO mol 1

OCH g 32 OCH mol 1 OCH g 5000

2

2

4

2

4

44 = 6875 g CO2

22

22 CO mol 156,25

CO g 44 CO mol 1CO g 6875 =

P·V=n·R·T

2·V=156,25·0,082·373

V=2389,5 l CO2

c) === 100·68755000 001

teòricsCO g reals CO g

2

2η 72,72%

62. El tetraclorur de carboni, juntament amb el clorur d’hidrogen es forma en la reacció entre el metà i el clor. En una planta industrial van obtenir-se 164 tones de tetraclorur de carboni en fer reaccionar 24 tones de metà amb clor en excés. Determina el rendiment de la reacció. R: 71 %

Càlculs estequiomètrics: reaccions consecutives

63. Quina quantitat de pirita (FeS2) es necessita per obtenir una tona d’àcid sulfúric, segons les següents reaccions:



2 FeS2 + 11/2 O2 → Fe2O3 + 4 SO2 2 SO2 + O2 → 2 SO3 SO3 + H2O → H2SO4

R: 0,61 tones 64. A partir del sulfur de calci s’obté sulfur d’hidrogen segons l’equació següent:

CaS + H2O + CO2 → H2S + CaCO3 El sulfur d’hidrogen obtingut s’oxida per obtenir sofre:

2 H2S + O2 → 2 H2O + 2 S a) Quina quantitat de sofre es pot obtenir a partir de 500 kg d’una mostra que conté 80% de CaS? R:

178 kg b) Quin volum d’aire en condicions normals s’ha d’emprar per oxidar el sulfur d’hidrogen procedent

de la primera reacció? (l’aire conté un 21% en volum d’oxigen) R: 2,96 105 litres

a) S mol 1 S g 32

SH mol 2 S mol 2

CaS mol 1 SH mol 1

CaS g 72CaS mol 1

mostra g 100 CaS g 80 mostra g 500000

2

2 = 1,78·105 g S

b) O l 21aire l 100

O mol 1O l 22,4

SH mol 2 O mol 1

CaS mol 1 SH mol 1

CaS g 72CaS mol 1

mostra g 100 CaS g 80 mostra g 5·10

22

2

2

225 = 2,96·105 l aire

65. Les següents equacions químiques corresponen a dos de les reaccions consecutives que es produeixen en un

forn de metalúrgia: C (s) + CO2 (g) → 2 CO (g)

Fe2O3 (s) + 3 CO (g) → 2 Fe (s) + 3 CO2 (g)

Calcula la massa de carboni que es necessita per reaccionar 100 kg d’òxid de ferro (III) a ferro metall. R: 11278 g

C mol 1 C g 12

CO mol 2 C mol 1

OFe mol 1CO mol 3

OFe g 159,6 OFe mol 1 OFe g 100000

3232

3232 = 11278 g C



FORMES D’EXPRESSAR LA CONCENTRACIÓ

•Concentració en g/l: indica els grams de solut que hi ha dissolts en un litre de solució

dissoluciódelitressolut de gramsg/l =

•Percentatge en massa (% en massa): són els grams de solut que hi ha en 100 grams de dissolució

100·dissolució de grams

solut de grams100·dissolvent de gramssolut de grams

solut de gramsmassaen % =+

=

•Percentatge en volum (% en volum): indica el volum de solut dissolt en 100 volums de dissolució

·100dissoluciódelitres

solut de litres100·dissolventdelitressolut de litres

solut de litresen volum % =+

=

•Molaritat (M): indica els mols de solut que hi ha dissolts en un litre de dissolució. És la concentració més emprada en els laboratoris de química.

dissoluciódelitressolut de molsióconcentrac omolar ióconcentrac o M =

•Molalitat (m): indica els mols de solut que hi ha dissolts en un kilogram de dissolvent.

dissolvent de kgsolut de mols

mMolalitat =

•Fracció molar: indica els mols de solut que hi ha dissolts en un mol de dissolució.

dissolventdemolssolutdemolssolut de mols

Xsmolar Fracció+

=

dissolventdemolssolutdemolsdissolvent de mols

Xd+

=

es compleix que:

1 Xd Xs =+

departament de física i química · pdf fileexercicis unitat 4: els canvis en els...

Documents