2. La reacción entre el dióxido de nitrógeno (NO₂) y el agua produce ácido nítrico (HNO₃) y óxido de nitrógeno (NO). Determina el número de moles de ácido que se producen a partir de 7 moles de dióxido de nitrógeno.

Estrategia de resolución

3. ¿Qué masa de sulfuro de hierro se forma al reaccionar 50 g de hierro con azufre (S₈) en exceso? ¿Qué cantidad de masa de azufre se ha utilizado? Resuélvelo utilizando proporciones mo­lares.
   
   Estrategia de resolución

4. Determina la masa de óxido de hierro (iii) que ha reaccionado con ácido clorhídrico en exceso si se han formado 300 g de cloruro de hierro (iii) y liberado agua. Resuélvelo usando el factor de conversión.
   
   Estrategia de resolución

   

   Masas molares Mm ( Fe2O3 ) = 159,7 g ⋅ mol−1 Mm ( FeCl3 ) = 162,2 g ⋅ mol−1

   (a) Cálculo del número de moles de FeCl₃: 

   

    (b) Cálculo del número de moles de Fe₂O₃ (uso del factor de conversión):

   

    (c) Determinación de la masa de Fe₂O₃: 

   

    

    

    

5. ¿Qué volumen de ácido sulfúrico 3 M reacciona con 50 mL de amoniaco comercial del 25 % de riqueza y densidad 0,903 g ⋅ cm⁻³?

Estrategia de resolución

(a) Cálculo del número de moles de amoniaco:

(b) Cálculo del número de moles de ácido sulfúrico:

(c) Cálculo del volumen de ácido sulfúrico:

Estrategia de resolución

7. La galena es un mineral de un color entre gris metálico y negro compuesto, fundamentalmente, por sulfuro de plomo ( ii ) y es la fuente más importante de obtención de plomo. En una de las etapas del proceso, el sulfuro de plomo ( ii ) reacciona con oxígeno para producir óxido de plomo ( ii ) y dióxido de azufre. Determina la riqueza del mineral en sulfuro de plomo ( ii ) si a partir de 200 g de galena se han obtenido 150 g de óxido de plomo en exceso de oxígeno. Utiliza el factor de conversión.

   

3. Para determinar la concentración molar de ácido sulfúrico (H₂SO₄) de una disolución se toman 25 mL de ella y se hace reaccionar con hidróxido de sodio (NaOH) obteniendo sulfato de sodio (Na₂SO₄) y agua. ¿Cuál es la concentración del ácido si ha sido necesario añadir 2,5 g de hidróxido?
   S: [H₂SO₄] = 1,25 M
4. Se desea neutralizar un vertido de 15 mL de ácido clorhídrico comercial (37 %, densidad 1,19 g ⋅ mL⁻¹) con carbonato de sodio (Na₂CO₃). ¿Qué masa se precisa de este compuesto si los productos son cloruro de sodio, dióxido de carbono y agua?
   S: m_Na2CO3 = 9,59 g
5.  En parejas, plantead y resolved los apartados a) y b). A continuación, formad un grupo de cuatro miembros para resolver el apartado c). Al mezclar disoluciones acuosas de sulfato de sodio (Na₂SO₄) y cloruro de bario (BaCl₂), aparece un precipitado de sulfato de bario (BaSO₄) y permanece cloruro de sodio en disolución. El sistema sirve para determinar concentraciones desconocidas de sulfato en disoluciones muestra. Como miembros del departamento de análisis de una empresa:

1. Plantead y ajustad la ecuación química del proceso.
2. Obtened la expresión que permita determinar la concentración de sulfato (SO₄²⁻) de una muestra de volumen V a partir de la masa m de precipitado obtenida.
3. Construid una hoja de cálculo para tabular la concentración de sulfato de diferentes muestras de volumen comprendido entre 0 y 25 mL en intervalos de 1 mL si se obtienen masas de producto entre 0 y 5 g a intervalos de 0,2 g.
   S: http://bit.ly/2BAC_U2_L1

6. El butano (C₄H₁₀) se vende en botellas de 12,5 kg y se utiliza para producir calor durante su combustión con oxígeno, de la que se obtiene dióxido de carbono y agua en fase gaseosa. Determina el volumen de dióxido de carbono y agua que genera una botella de butano a 740 mmHg de presión y a una temperatura de 20 ºC.
   S:  V_Generado = 4,79 ⋅10⁴ L
7. Determina la pureza de una mena de dióxido de manganeso sabiendo que 2 g de mineral reaccionan exactamente con 5 mL de ácido clorhídrico comercial del 38 % en peso y densidad 1,18 kg ⋅ L⁻¹ de acuerdo con la siguiente reacción sin ajustar:

MnO2 (s)+HCl (ac) → MnCl2 (ac) + Cl2 (g) + H2O (l)

S: 66,8 %

8. La esfalerita o blenda es un mineral cuyo principal compuesto es sulfuro de cinc. Al laboratorio han llegado 150 g de una muestra que indica una riqueza del 75 %. Si se hace reaccionar con clorhídrico según la siguiente reacción sin ajustar, se obtiene el característico olor a huevos podridos del sulfuro de hidrógeno:

ZnS (s) + HCl (g) → ZnCl₂ (s) + H₂S (g)

1. ¿Qué volumen medido a 780 mmH y 25 ºC se debería obtener de este gas si la pureza indicada fuera la correcta?
2. ¿Cuál es la pureza real si se han obtenido 20 L de gas en iguales condiciones?
   S: a) V_H2S = 27,5 L; b) 54,54 %

8. La nitroglicerina es un potente explosivo de difícil manejo. Alfred Nobel consiguió estabilizarla al absorberla sobre un medio sólido, como el serrín, e inventó así la dinamita. Determina el volumen de los gases producidos (dióxido de carbono, agua, dioxígeno y dinitrógeno), en condiciones estándar, en la explosión de 100 g si el rendimiento es del 85 %.
   
   Estrategia de resolución

1. ¿Puedes predecir cuál de los dos compuestos está en exceso si unimos 2 L de CH₄ con 3,5 L O₂ en los siguientes casos?

9. Se hace reaccionar 50 L de propeno (C₃H₆) con 112 L de oxígeno, ambos medidos en CN. Determina el reactivo limitante y el volumen de gas final en CN.
   Estrategia de resolución
   Se trata de determinar la proporción estequiométrica dividiendo los moles disponibles entre la estequiometría de la reacción. El valor menor proporcionará el reactivo limitante.

   

2. Las reacciones automantenidas son poco habituales, pero bastante interesantes en química. En ellas, el mismo sistema, o actúa como catalizador de sí mismo, o aporta la energía suficiente para mantener el proceso de forma continua. Este es un ejemplo:
   
   En un crisol, mezcla con cuidado alrededor de 1 g de aluminio en polvo, o finamente dividido, con yodo y sitúalo en una campana extractora o en un lugar muy ventilado y alejado de las personas.
   
   Para iniciar el proceso, añade una o dos gotas de agua y agita ligeramente la mezcla hasta que comience a emitir unos vapores morados. Aléjate hasta que cese la reacción. ¡Atención!: el gas morado es tóxico por inhalación.

• ¿Qué es el humo morado que emite la mezcla?
• A la vista de lo sucedido, ¿qué elemento crees que es el reactivo limitante?

Nota: en caso de que la reacción no suceda, disuelve la mezcla con abundante agua antes de desecharla. En caso contrario, podría reaccionar en el contenedor de desechos.

10. El plomo se extrae de la galena, mineral formado básicamente por sulfuro de plomo (ii), en dos pasos:

(I) 2 PbS ( s ) + 3 O₂ ( g ) → 2 PbO ( g ) + 2 SO₂ ( g )

(II) PbO ( s ) + C ( s ) → Pb ( l ) + CO ( g )

¿Qué masa de galena del 90 % de riqueza es necesaria para conseguir 2 kg de plomo?

Estrategia de resolución

• Obtención de la reacción global. Como solo se pide relacionar la galena con el plomo final, obtenemos la ecuación global sumando ecuaciones de tal manera que los productos intermedios se contrarresten.

9. Por tostación de sulfuro de cinc se obtiene el óxido del metal y se desprende dióxido de azufre. Si el rendimiento del proceso es del 65 %, determina, a partir de 2 g de sulfuro de cinc:

1. La masa de óxido que se obtendrá.
2. El volumen de oxígeno utilizado medido a 15 ºC y 745 mmHg, así como el volumen de aire (21 % en oxígeno).

​​S: a) m_SO2 = 0,854 g; b) V_O2 = 0,482 L; V_Aire = 2,297 L

10. Se queman 15 L de acetileno (etino) C₂H₂ medido en CN y se obtienen 10 L de dióxido de carbono medido en las mismas condiciones. ¿Cuál ha sido el rendimiento?

S: 33,33 %

11. Identifica cuál es el reactivo limitante y cuál en exceso en los siguientes casos. Determina qué cantidad sobra del reactivo en exceso.

1. 25 g de Pb(NO₃)₂ con 25 g de KI según: Pb(NO₃)₂ + 2 KI → 2 KNO₃ + PbI₂
2. 2 L de CH₄ con 3,5 L O₂ según: CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O
3. 2 L de CH₄ con 3,5 L O₂ según: 2 CH₄ + 3 O₂ → 2 CO + 4 H₂O
   S: a) Prácticamente estequiométrica; b) Limitante O₂; sobran 0,25 L de CH₄; c) Limitante CH₄; sobran 0,5 L de O₂.

12. El cloro es un elemento corrosivo y peligroso, por lo que en muchos laboratorios se suele evitar su almacenamiento y se sintetiza en el momento de uso. Por el método de Scheele, se obtiene cloro según el proceso:

HCl (ac) + MnO₂ (s) → MnCl₂ (ac) + H₂O (l) + Cl₂ (g) ↑

Asumiendo un rendimiento del 100 %, determina el volumen de cloro medido en condiciones normales (CN) que es posible obtener a partir de 15 g de dióxido de manganeso con 45 mL de ácido clorhídrico comercial del 37 % y 1,14 g/mL de densidad.
S: V_Cl2 = 2,915 L

 

 

 

13. Una modificación del método de Scheele para la obtención de cloro en el laboratorio es utilizar cloruro de sodio y ácido sulfúrico en lugar de ácido clorhídrico:

NaCl (ac) + MnO₂ (s) + H₂SO₄ (ac) → Na₂SO₄ (ac) + MnSO₄ (ac) + H₂O (l) + Cl₂ (g) ↑

¿Qué volumen de cloro medido en condiciones normales (CN) se obtiene si se mezclan 15 g de cloruro de sodio con 15 g de dióxido de manganeso y con 50 mL de ácido sulfúrico del 95 % de riqueza y 1,84 kg ⋅ L⁻¹ de densidad?
S: V_Cl2 = 2,872 L

14. Un tercer proceso para la obtención de cloro en el laboratorio consiste en el empleo de permanganato de potasio (KMnO₄) como oxidante frente al HCl:

    2 KMnO₄ (ac) + 16 HCl (ac) → 2 KCl (ac) + 2 MnCl₂ (ac) + 8 H₂O (l) + 5 Cl₂ (g) ↑

    Determina si el permanganato de potasio ha sido el limitante si, a partir de 15 g, se ha obtenido 4 L de cloro medido a 30 ºC y 800 mmHg. Si es el limitante, define qué masa de HCl reaccionó. Si está en exceso, indica qué masa ha sobrado.
    S: Está en exceso y sobran 4,29 g de permanganato de potasio.

15. Para la obtención del hierro a partir de la hematita en un alto horno, se utilizan varias etapas consecutivas, que analizaremos en el tema de química industrial. Sin embargo, es posible obtener una reacción global que permite simplificar los pasos:

3 Fe₂O₃ (s) + CO (g) → 2 Fe₃O₄ (s) + CO₂ (g)
Fe₃O₄ (s) + CO (g) → 3 FeO (s) + CO₂ (g)
FeO (s) + CO (g) → Fe (s) + CO₂ (g)

Y como fuente de monóxido de carbono: C (s) + CO₂ (g) → 2 CO (g)
Halla la ecuación global del proceso, la masa de carbono utilizada y el volumen de dióxido de carbono generado para obtener 2 t de hierro, medido a 2 atm y 20 ºC.
S: 2 Fe₂O₃ + 3 C → 4 Fe + 3 CO₂; m_C = 322,29 kg; V_CO2 = 322 641 L

16. El magnesio tiene la particularidad de que, cuando se le hace arder en presencia de oxígeno, produce óxido de magnesio (MgO) y desprende una gran cantidad de luz. Este efecto ha sido aprovechado para fabricar los antiguos flashes de las cámaras fotográficas, las bengalas y los fuegos artificiales, y hasta como elemento disuasorio por parte de las fuerzas de seguridad por su luz cegadora. Si se hace reaccionar 1 g de magnesio:

1. ¿Qué volumen de oxígeno, medido en CN, ha sido necesario? ¿Cuál es volumen de aire si el 21 % es oxígeno?
2. ¿Qué masa de óxido se ha formado?
   S: a) V_O2 = 0,46 L; V_Aire = 2,19 L; b) m_MgO = 1,66 g

 

 

17. En la fabricación del ácido nítrico, HNO₃, tiene lugar la siguiente reacción:

3 NO₂ (g) + H₂O​ (g) → 2 HNO₃ (g) + NO (g)

Si se desea obtener 1 t de ácido, determina:

1. El volumen de dióxido de nitrógeno (NO₂) necesario medido a 2 atm y 50 ºC.
2. La masa de agua necesaria para el proceso.
3. Repite los cálculos anteriores si el rendimiento fuera del 80 %.
   S: a) V_NO2 = 315,3 m³; b) m_H2O = 142,86 kg; c) V_NO2 = 394,3 m³; m_H2O = 178,57 kg

18. Para eliminar todo el ácido clorhídrico presente en una disolución, se añade bicarbonato de sodio (NaHCO₃), de manera que se obtenga cloruro de sodio, agua y se desprenda dióxido de carbono. ¿Qué volumen de este último gas, medido en CN, se ha obtenido a partir de 25 mL de una disolución de ácido 0,3 M?
    S: V_CO2 = 167,90 mL
19. El cloruro de aluminio ( AlCl₃ ) es uno de los catalizadores más utilizados en química ­orgánica y se sintetiza haciendo reaccionar aluminio en polvo con cloro gaseoso. Si se mezclan 2 g de aluminio con 2 L de cloro medido en condiciones normales, ¿qué masa de producto se ha obtenido?, ¿qué masa de reactivo ha sobrado y cuál ha sido?
    S: m_AlCl3 = 7,946 g; han sobrado 0,39 g de aluminio.
20. Se te encarga calcular la concentración de una disolución de determinado ácido monoprótico (HA). Para ello tomas 50 mL y la neutralizas con hidróxido de sodio (NaOH) 0,2 M utilizando 22,5 mL. ¿Cuál es la concentración?

HA (ac) + NaOH (ac) → NaA (ac) + H₂O (l)

S: [HA] = 0,09 M

21. La producción industrial del ácido sulfúrico (H₂SO₄) se realiza a través del conocido como método de contacto, proceso que consta de estas reacciones encadenadas:

4 FeS₂ (s) + 11 O₂ (g) → 2 Fe₂O₃ (s) + 8 SO₂ (g)
2 SO₂ (g) + O₂ (g) → 2 SO₃ (g)
SO₃ (g) + H₂O (l) → H₂SO₄ (l)

Si se parte de 500 kg de pirita, cuya riqueza en sulfuro de hierro (FeS) es del 90 %, y suponiendo un rendimiento del 100 % en el proceso, determina:

1. La ecuación global del proceso y la masa del ácido sulfúrico obtenido.
2. Porcentajes de reacción tan altos son casi imposibles. En una determinada industria química se han conseguido rendimientos del 60 %, 90 % y 70 %, respectivamente, en cada etapa. Estima ahora la masa de ácido obtenida y el rendimiento neto del proceso. Nota: se debe analizar cada etapa por separado y calcular la producción real de SO₂ y SO₃ en cada una de ellas.
   S: a) 4 FeS₂ + 15 O₂ + 8 H₂O → 2 Fe₂O₃ + 8 H₂SO₄; m_H2SO4 = 735,95 kg;
   b) m_SO2 = 288,37 kg; m_SO3 = 324,42 kg; m_H2SO4 = 278,19 kg; 37,8 %