Guia Quimica Gral Propedeutico 2011

Universidad Autónoma de Querétaro

Guía de Química General para Curso Propedéutico de la Facultad de Química 2011 Academia Química

Guía de Química General para Curso Propedéutico de la Facultad de Química 2011

Contenido

Calendario de actividades. ......................................................................................................................... 3

Sesión I: Sistemas y Conversión de Unidades .................................................................................... 4

Sesión II. Tabla periódica. Notación y Nomenclatura................................................. .................................................................... .................... 7

Sesión III. Estequiometría. Cálculo de número de moles, composición porcentual de un compuesto y fórmula empírica. ............................................................................................................ 12

Sesión IV. Reacciones químicas. Balanceo por tanteo y redox (números de oxidación). ............................................................................................................................................................................. 15

Sesión V. Estequiometría. Cálculos en reacciones químicas (reactivo limitante, porcentaje de rendimiento)............................................ ............................................. ........................... 19

Sesión VI: Cálculo de Molaridad y Porcentaje en Masa de una solución. Química Orgánica: alcanos, alquenos y alquinos. ............................................................................................ 25

Sesión VII. Identificación de grupos funcionales orgánicos. .................................................... 30

Tablas y Bibliografía. ................................................................................................................................. 32


Contenido

Calendario de actividades. ......................................................................................................................... 3

Sesión I: Sistemas y Conversión de Unidades .................................................................................... 4

Sesión II. Tabla periódica. Notación y Nomenclatura................................................. .................................................................... .................... 7

Sesión III. Estequiometría. Cálculo de número de moles, composición porcentual de un compuesto y fórmula empírica. ............................................................................................................ 12

Sesión IV. Reacciones químicas. Balanceo por tanteo y redox (números de oxidación). ............................................................................................................................................................................. 15

Sesión V. Estequiometría. Cálculos en reacciones químicas (reactivo limitante, porcentaje de rendimiento)............................................ ............................................. ........................... 19

Sesión VI: Cálculo de Molaridad y Porcentaje en Masa de una solución. Química Orgánica: alcanos, alquenos y alquinos. ............................................................................................ 25

Sesión VII. Identificación de grupos funcionales orgánicos. .................................................... 30

Tablas y Bibliografía. ................................................................................................................................. 32


Calendario de actividades.

SESIONES FECHA NÚMERO

NOMBRE

I

Sistemas y Conversión de Unidades

12 de Febrero

II

Tabla periódica. Notación y Nomenclatura

19 de Febrero

III IV

V

VI

Estequiometría. Cálculo de número de moles, composición porcentual de un compuesto y fórmula empírica. Reacciones químicas. Balanceo por tanteo y redox (números de oxidación) Estequiometría. Cálculos en reacciones químicas (reactivo limitante, porcentaje de rendimiento). Cálculo de Molaridad y Porcentaje en masa de una solución. Química Orgánica: alcanos, alquenos y alquinos. Nomenclatura.

VII

Identificación de grupos funcionales orgánicos.

VIII

Examen final

26 de Febrero 5 de Marzo

12 de Marzo

19 de Marzo

26 de Marzo 2 de Abril

3


Sesión I: Sistemas y Conversión de Unidades UNIDADES PATRON DE MEDIDAS DEL SISTEMA INTERNACIONAL Unidad básica o Magnitud física fundamental Símbolo fundamental Longitud metro m Tiempo segundo s Masa kilogramo kg Intensidad de corriente eléctrica amperio A Temperatura kelvin K Cantidad de sustancia mol mol Intensidad luminosa candela cd PREFIJOS PARA LOS MULTIPLOS Y SUBMULTIPLOS DE LA UNIDAD 101 Deca da 10‐1 Deci d ‐2 2 10 Hecto h 10 Centi c ‐3 3 10 Kilo k 10 Mili m ‐6 6 10 Mega M 10 Micro μ ‐9 9 10 Giga G 10 Nano n ‐12 12 10 Tera T 10 Pico p 15 ‐15 10 Peta P 10 Femto f ‐18 18 10 Exa E 10 Atto a 1. ¿Cuántos milimetros hay en 2.5 m? 2. ¿Cuántos segundos hay en un día? 3. ¿Cuántos centímetros hay en 2 pies? 4. ¿Cuánto metros tiene un campo de fútbol de 100 yardas? 5. ¿Cuántos metros hay en 10.5 millas? 6. ¿Cuál es el área de un rectángulo de 6.0 pulgadas x 9.0 pulgadas en metros cuadrados? 7. El conductor de un automóvil respeta el límite de velocidad de 55 millas por hora. ¿A qué velocidad viaja su auto en kilómetros por segundo? 8. La velocidad promedio del átomo de helio a 25°C es 1 255 m/s. Convierta esta velocidad a millas por hora.

4


9. La velocidad del sonido en el aire a la temperatura ambiente es de unos 343 m/s. Calcule esta velocidad en millas por hora. 10. ¿Cuál es el volumen, en metros cúbicos, de un cuarto que mide 8 pies x 10 pies x 12 pies? 11. Durante un viaje a Europa, despiertas una mañana y encuentras que tu masa es de 165 libras. Determina el equivalente en kilogramos, para saber si es necesario ponerte a dieta antes de regresar a casa. 12. En Estados Unidos, la leche se vende en envases de medio galón; determina el número de litros que equivale a esta cantidad. 13. En 2004, se produjeron casi 95 mil millones de libras de ácido sulfúrico. Convierta dicha cantidad a toneladas. 14. La temperatura normal del cuerpo humano es de 98.6 ºF. Convierte esta temperatura a grados Celsius y a Kelvin. 15. La temperatura a la que funde la sal de mesa (cloruro de sodio) es de 800ºC ¿a cuánto equivale esta temperatura en la escala de Fahrenheit y Kelvin? 16. Considerando que hay 20 gotas en 1 mL, ¿cuántas gotas hay en un galón? 17. La temperatura más fría que se ha registrado en el mundo es de ‐89.2°C en la estación soviética del antártico, el 23 de julio de 1983. Expresa esta temperatura en °F y K. 18. ¿Qué volumen ocupan 3.5 kg de mercurio, si su densidad es de 13.6 g/cm3? 19. Si en la nevería “El Popo”, el kilogramo de helado cuesta $ 50.00 y en la nevería “El Hada” el litro del mismo helado cuesta $ 50.00, ¿en cuál nevería es preferible comprar, si la densidad del helado es de 0.6 g/ cm3? 20. A una presión inicial de 0.75 atm un gas mantiene un volumen de 250 ml, si la presión aumenta a 1.5 atm ¿cuál será el volumen final? 21. Una olla de presión de 425 cm3 de capacidad contiene aire cuya presión es de 539.6 mm Hg a la temperatura ambiente (25 °C). Si la temperatura se eleva a 308 K ¿cuál será la presión en la olla, en atmosferas? 22. A presión constante, el volumen de un gas a 25°C es de 100cm3, ¿cuál será su volumen a 310K? 5


23. El volumen de un gas es de 150 ml cuando la presión es de 1 atm y la temperatura 20 °C. A una presión de 1000 mm Hg ocupa un volumen de 0.2 L. Determina la temperatura final. 24. Se tienen 100 ml de un gas en CNTP. ¿Cuál será la temperatura de dicho gas, si se comprime a 50ml y a 1 216 mm Hg 25. Si el volumen de un mol de cualquier gas es de 22.4 L a 1 atm y 273 K ¿cuál será el volumen de un mol de hidrógeno a 25 °C y 0.8 atm? 26. Se tienen 2000 ml de un gas en CNTP ¿ Cuál será su volumen en la ciudad de México? (temperatura media 20°C, presión atmosférica media 585 mm Hg) 27. ¿Qué volumen ocuparán 2.5 moles de He a 15 °C y 0.5 atm? 28. Indica el volumen que ocupan: a) 3.2 moles de Ne a 20 °C y 1520 mm Hg b) 0.8 moles de O2 a ‐10 °C y 1.5 atm 29. Encuentra la presión que ejercen 1.2 moles de CO2 envasados en un recipiente de 500 ml a una temperatura de 22 °C. 30. Calcula la temperatura de los siguientes sistemas gaseosos: a) En un recipiente de 800 ml están envasados 1.4 g de N2 que se encuentran a la presión de 900 mm Hg b) 0.7 moles de CO2 ocupan un volumen de 12 L y se encuentran a la presión de 1200 mm Hg

ALGUNAS ECUACIONES UTILES 

 

PV = nRT

P 1V 1 = P 2V 2

  



 









donde R = constante universal de los gases = 0.082 atm L /mol K la temperatura (T) debe estar en K

6

 


Sesión II. Tabla periódica. Notación y Nomenclatura . NOMENCLATURA DE COMPUESTOS INORGÁNICOS NOMENCLATURA SISTEMÁTICA Para nombrar compuestos químicos según esta nomenclatura se utilizan los prefijos según el número de átomos presentes: MONO_, DI_, TRI_, TETRA_, PENTA_, HEXA_, HEPTA_ ….. Cl2O3 Trióxido de dicloro I2O

Monóxido de diyodo

NOMENCLATURA DE STOCK En este tipo de nomenclatura, cuando el elemento que forma el compuesto tiene más de un número de oxidación, ésta se indica al final, en números romanos y entre paréntesis: Fe(OH)2 Hidróxido de hierro (II) Fe(OH)3 Hidróxido de hierro (III) NOMENCLATURA TRADICIONAL En esta nomenclatura para poder distinguir con qué número de oxidación funcionan los elementos en ese compuesto se utilizan una serie de prefijos y sufijos:

Hipo___ oso

Un número de oxidación

Dos números de oxidación

Tres números de oxidación

Cuatro números de oxidación

_____ oso

Menor número de oxidación 

_____ ico Per_____ ico

Mayor número de oxidación

EJERCICIOS: Nombre o escriba la fórmula de los siguientes compuestos 1)

Compuestos binarios del oxígeno: óxidos y peróxidos Fórmula

Nombre del compuesto

Fórmula

1.

Cl2O5

5.

Cu2O2

2.

HgO2

6.

I2O7

3.

CdO

7.

Sb2O5

4.

Al2O3

8.

B2O3

7



Fórmula


Fórmula


1.

Peróxido cálcico

5.

Dióxido de nitrógeno

2.

Óxido de hierro (III)

6.

Peróxido de zinc

3.

Óxido de cobre (I)

7.

Óxido de níquel (III)

4.

Óxido de dibromo

8.

Trióxido de azufre

2)

Hidruros, sales binarias e hidróxidos Fórmula


Fórmula

1.

NaH

6.

Sn(OH)4

2.

HF

7.

CrH3

3.

RbH

8.

CH4

4.

K2S

9.

CoCl2

5.

BH3

10.

LiOH

Fórmula


Fórmula



1.

Hidruro de hierro(II)

6.

Hidruro de litio

2.

Fosfina

7.

Cloruro de hidrógeno

3.

Cloruro de níquel(II)

8.

Fósfuro de zinc

4.

Sulfuro de dihidrógeno

9.

Hidróxido de magnesio

5.

Hidróxido de estaño(II)

10.

Silano

3) Ácidos oxoácidos simples y derivados Fórmula


Fórmula

1.

H2SO4

4.

H3AlO3

2.

HPO3

5.

H2CO4

3.

H2Cr2O7

8



EJERCICIOS NOTACIÓN Y NOMENCLATURA

1. Escriba las fórmulas de los compuestos que se forman entre los siguientes pares de iones. Dé el nombre de los compuestos marcados con un * (si el compuesto puede nombrarse de más de una forma, incluya ambos nombres) ‐

Cl NH4+

‐

OH

*

Na+

*

2‐

NO3

*

*

* *

Fe3+ Ag+

* *

3‐

PO4

*

Mg2+ Ni2+

‐

SO4

* *

*

*

* *

2. Completa la siguiente tabla: Función Química

Oxido de Fósforo (V) Fosfato cuproso o de cobre (I) Bromuro de potasio Hidróxido Ferroso Hidruro de sodio Nitrito de cadmio Sulfato de plata Acido Carbónico Clorato de litio Sulfuro de estroncio 9

Nombreó Fórmula


Fosfina Disulfuro de carbono Acido Clórico Tetróxido de dinitrógeno Amoniaco Decóxido de tetrafósforo Tricloruro de boro Hexafluoruro de selenio Tetracloruro de silicio Cloruro de Hidrógeno Acido Fosfórico Hidróxido de Amonio HNO3 SiC NaI H2SO4 HClO4 Cu3(PO4)2 Na2CO3 Ba(NO3)2 HCN K2Cr2O7 FeN PbSO3 SiH4

10


Cl2O7 SO3 H2S Al(OH)3 HBrO Ni(OH)2

3. Da el nombre o fórmula de los siguientes compuestos: AsCl5 RbI MgO Al2O3

Ca(OH)2

MnI2

NH4BrO3

H3PO3

FeO

BaSO4

H2CO3

NO

HCl

SO3

PtO2

Au2O3

KHCO3

Na2O2

Co(ClO4)2

Cr(NO3)3

Hg2(NO2)2

HNO3

AlCl3

PbH4

NH4MgPO4

FeS

AuOH

H2O2

Cr2(SO3)3

Li2HPO3

BeBr2

CuSO4

ZnO

HIO

TiI 4

Sulfato férrico Peróxido de sodio Carbonato de cobalto (II) Acido fosfórico Hidruro de litio Dicromato de potasio Oxido crómico Cloruro aúrico Nitrato de zinc Hidróxido estanoso Bromato de calcio Cianuro de magnesio Tiosulfato de sodio Bisulfito de bario Pentóxido de fósforo Acido carbónico Permanganato de calcio Nitrato ferroso Acido nítrico Yoduro de antimonio (V) Acido hipoyodoso Fosfato cúprico Sulfato de amonio Perclorato mercúrico Perclorato de sodio Peróxido de hidrógeno Oxido plumboso Selenuro de zinc Sulfuro de aluminio Fosfato diácido de potasio Cloruro de hierro (II) Bicarbonato de sodio 11


Sesión

III.

Estequiometría. Cálculo de número de moles,

composiciónporcentual de un compuesto y fórmula empírica. 1) Calcula la masa molar de: a. Acido sulfúrico, H2SO4 b. Oxido de Aluminio, Al2O3 c. Nitrato de mercurio (II), Hg(NO3)2 d. Cromato doble de sodio y potasio, NaKCrO4 2) Calcula la cantidad de moles de las siguientes muestras: a. 75 g de hierro, Fe b. 200 g de sulfato de aluminio, Al2(SO4)3 c. 5.36 X 10 22 moléculas de H2SO4 d. 6.00 x 109 de átomos de cobalto (Co) 3) Calcula la masa en gramos de las siguientes cantidades: a. 0.0085 mol de Na2CO3 b. 4.8 X 10 21 moléculas de C12H22O11 c. 12.3 mol de NH3 d. 2.00 x 1013 átomos de plomo (Pb) e. 20 litros de CO2 en condiciones TPN 4) Calcula el número de moléculas que hay en a. 0.65 mol de C3H8 b. 50 mg de Tylenol C8H9O2N c. 100 g de glucosa (C6H12O6) d. 40 litros de NO2 en condiciones TPN 5) ¿Cuál es el volumen, en litros, de los siguientes compuestos en condiciones de TPN? a. 5 mol de NO b. 20 mol de O2 c. 7.85 X 1022 moléculas de CH4 d. 30 kg de C4H!0 12


6) Determina la composición porcentual de: a. Sulfato de calcio , CaSO4 b. Cianuro de hidrógeno HCN c. Hidróxido de cobalto (III) Co(OH)3 d. NaKCrO4 7) El nitrato de amonio, NH4NO3, se emplea como fertilizante nitrogenado. Calcula los porcentajes en masa de los elementos en este compuesto. 8) Una muestra de 3.87 mg de ácido ascórbico (vitamina C) por combustión genera 5.80 mg de CO2 y 1.58 mg de H2O. ¿Cuál es la composición porcentual de la vitamina C? 9) Durante un estudio en hojas de eucalipto se obtuvo el ingrediente activo llamado “eucaliptol”, del cual se analizó una muestra de 3.162g, dando una composición de 2.46 g de carbono, 0.373g de hidrógeno y 0.329g de oxígeno. Determina el porcentaje en masa de cada uno de los elementos que forman el eucaliptol. 10) ¿Cuál es la fórmula empírica de un compuesto que contiene 43.65% de P y 56.35 % de O? 11) El análisis de una muestra de un compuesto puro revela que contiene 50.1% de azufre y 49.9% de oxígeno, en masa. ¿Cuál es su fórmula empírica? 12) Encuentra la fórmula empírica de un compuesto que contiene 35.18% de hierro, 44.66% de cloro y 20.16% de oxígeno. 13) El alcanfor es un compuesto de aroma característico, y está constituido por 78.9% de C, 10.59% de H y 10.51% de O. ¿Cuál es su fórmula empírica? 14) La composición porcentual del acetaldehído es 54.5% de C, 9.2% de H y 36.3 % de O, y su peso molecular es 44 uma. Determina la fórmula molecular del acetaldehído. 15) El ácido benzoico es un polvo blanco, cristalino, que se emplea como conservador de alimentos. El compuesto contiene 68.8% de C, 5.0% de H y 26.2 % de O en masa. ¿Cuál es su fórmula empírica? 16) La cafeína, estimulante primordial del café y el té, tiene una masa molar de 194.19g/mol y una composición porcentual en masa de 49.48% de C, 5.19% de H, 28.85% de N y 16.48% de O ¿Cuál es la fórmula molecular de la cafeína? 13


17) La alicina es el compuesto que proporciona el olor característico al ajo. Al realizar un análisis de este compuesto se encuentra que tiene la siguiente composición porcentual: C: 44.4 %, H: 6.21%, S: 39.5 % y O: 9.86%. También se encuentra que su masa molar es igual a 162 g/mol. Calcula la fórmula empírica y la fórmula molecular de este compuesto. 18) El ácido adípico es un compuesto formado por C, H, y O. Se utiliza en la fabricación de nylon. Un análisis reveló que el compuesto contiene 49.3% de C y 43.8% de O. Calcula: a. El porcentaje de H b. La fórmula molecular, si la masa molar del ácido es 146 g/mol. 19) La aspirina es un analgésico que alivia el dolor y un antipirético que baja la fiebre. Su masa molar es de 180.2 g/mol y tiene una composición de 60% de C, 4.48% de H y 35.5 % de O. Calcula la fórmula mínima y la fórmula molecular de la aspirina. 20) El ácido oleico es un componente del aceite de oliva. Tiene 76.5 % de C, 12.1 % de H y 11.3 % de O. La masa molar del compuesto es aproximadamente 282 g/mol. ¿Cuál es la fórmula molecular del ácido oleico? 21) La estrona, una hormona sexual femenina, presenta la siguiente composición: 8.2 % de hidrógeno, 80 % de carbono y 11.8% de oxígeno. Se encontró que su masa molares igual a 270 g/mol. Determina la fórmula empírica y molecular de la estrona. 22) El ácido ascórbico (vitamina C) cura el escorbuto y puede ayudar a prevenir el

resfriado común. Se compone de 40.92 % de carbono, 4.58 % de hidrógeno y 54.50 % de oxígeno en masa. Si se sabe que la masa molecular es de 88.07 g/mol, determina su fórmula empírica y molecular.

14


Sesión IV. Reacciones químicas. Balanceo por tanteo y redox

(números deoxidación). RESUMEN Y EJEMPLOS DE REACCIONES QUÍMICAS 1. REACCIONES DE COMBINACION: se combinan más de un reactivo y se obtiene un sólo producto a) Elemento + Elemento → Compuesto

2 Al(s) + 3 Cl2(g) → 2 AlCl3(s)

b) Compuesto + Elemento → Compuesto

2 SO2(g) + O2(g) → 2 SO3(l)

c) Compuesto + Compuesto → Compuesto

CaO(s) + CO2(g) → CaCO3(s)

2. REACCIONES DE DESCOMPOSICION: un solo reactivo, más de un producto a) Compuesto → Elemento + Elemento

2 HgO(s) → 2 Hg(g) + O2(g) 2 H2O(l) → 2 H2(g) + O2(g)

b) Compuesto → Compuesto + Elemento

2 NaNO3(s) → 2 NaNO2(s) + O2(g) 2 H2O2(l) → 2 H2O(l) + O2(g)

c) Compuesto → Compuesto + Compuesto

CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) 2 KClO3(S) → 2 KCl(s) + 3 O2(g)

3. REACCIONES DE DESPLAZAMIENTO: Un elemento desplaza a otro de un compuesto. Considerar la SERIE DE ACTIVIDAD DE LOS METALES y la ACTIVIDAD DE LOS HALOGENOS Elemento(1) + Compuesto(1)

→

Elemento(2) + Compuesto(2)

Zn(s) + CuSO4(ac) → Cu(s) + ZnSO4(ac) Zn(s) + H2SO4(ac) → H2(g) + ZnSO4(ac) Cl2(g) + 2 NaI(ac) → I2(s) + 2 NaCl(ac)

15


4. REACCIONES DE METÁTESIS: Iones positivos y negativos de dos compuestos

se

“reacomodan” para formar 2 compuestos nuevos No hay cambios de número de oxidación a) Reacciones ácido‐base (Neutralización): Se forma una sal; H2O es frecuentemente un producto HCl(ac) + NaOH(ac) → NaCl(ac) + H2O(l) CH3COOH(ac) + KOH(ac) → KCH3COO(ac) + H2O(l) 2 H3PO4(ac) + 3 Ca(OH)2(ac) → Ca3(PO4)2(s) + 6 H2O(l) b) Reacciones de precipitación: un producto es una sustancia insoluble que precipita de la solución como un sólido. Considerar las REGLAS DE SOLUBILIDAD CaCl2(ac) + Na2CO3(ac) → CaCO3(s) + 2 NaCl(ac) Pb(NO3)2(ac) + K2CrO4(ac) → PbCrO4(s) + 2 KNO3(ac) c) Reacciones de formación de gases: Uno de los productos es un gas insoluble o poco soluble, el cuál se desprende de la solución 2 HCl(ac) + CaCO3(s) → CO2(g) + H2O(l) + CaCl2(ac) MnS(s) + 2 HCl(ac) → H2S(g) + MnCl2(ac)

5. REACCIONES DE OXIDACION‐REDUCCION: reacciones en las cuales hay cambios en el número de oxidación de uno o más elementos. Procesos de oxidación y reducción ocurren simultáneamente. Oxidación: pérdida de electrones; aumento en el número de oxidación. Reducción: ganancia de electrones; disminución en el número de oxidación. Agente oxidante: especie química que oxida a otra sustancia. Uno de sus elementos se reduce. Agente reductor: especie química que reduce a otra sustancia. Uno de sus elementos se oxida.

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EJERCICIOS 1. Escriba y balancee la reacción de combustión en el aire de a) Propano, C3H8 b) Alcohol metílico, CH3OH c) Sacarosa, C12H22O11 2. Escriba y balancee las siguientes reacciones a) En estado gaseoso, el nitrógeno molecular reacciona con hidrógeno molecular para formar amoníaco b) El óxido de calcio se disuelve en ácido clorhídrico formando cloruro de calcio y agua c) Nitrato de plata + Fosfato de sodio → Fosfato de plata + Nitrato de sodio d) Cloro + Yoduro de potasio → Cloruro de potasio + Yodo e) Hidróxido de potasio + Acido sulfúrico → Sulfato de potasio + Agua f) El cobre metálico reacciona con el ácido nítrico concentrado para producir nitrato de cobre(II), NO2 y un producto X (escriba la fórmula) g) El clorato de potasio se descompone por calentamiento produciendo cloruro de potasio y oxígeno h) El fosfato de calcio puede obtenerse de la reacción entre hidróxido de calcio y ácido fosfórico; en esta reacción también se obtiene agua. 3. Balancee las siguientes ecuaciones químicas a)

Al + Cl2 → Al2Cl6

b)

K + KNO3 → K2O + N2

c)

K2CO3 + Al2Cl6 → Al2(CO3)3 + KCl

d)

Mg3N2 + H2O → NH3 + Mg(OH)2

e)

Ca3(PO4)2 + H2SO4 → Ca(H2PO4)2 + Ca(HSO4)2

f)

Ca(HCO3)2 + Na2CO3 → CaCO3 + NaHCO3

g)

H2O2

h)

PCl3 + H2O → HCl + H3PO3

→

H2O + O2

17


i) El nitrato de amonio, utilizado en la agricultura como fertilizante, puede ser producido a partir de amoníaco a través de las siguientes reacciones. Balancee cada una de ellas NH3(g) + O2(g) → NO(g) + H2O(g) NO(g) + O2(g) → NO2(g) NO2(g) + H2O(l) → HNO3(ac) + NO(g) HNO3(ac) + NH3(g) → NH4NO3(ac) 4. Asigne el número de oxidación del elemento indicado a) S en S8, H2S, SO2, SO3, K2SO4, Na2S2O3 b) N en NO, N2O3, NH3, Mg3N2, HNO3 c) Mn en MnO, MnO2, Mn(OH)2, KMnO4 ‐

‐

d) Cr en CrO2 , Cr(OH)4 ,Cr2O72‐ e) S en S2‐, SO32‐, SO42‐, S2O32‐, S4O62‐ 5. Balancee por el método redox las siguientes reacciones. Indique quién se oxida y quién se reduce a)Cu + H2SO4 → CuSO4 + SO2 + H2O b)Hg + HNO3 → Hg(NO3)2 + NO + H2O c) Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + NH4NO3 + H2O d) KMnO4 + HCl → KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O e) KMnO4 + H2SO4 + NaNO2 → K2SO4 + MnSO4 + NaNO3 + H2O f) (NH4)2Cr2O7 → N2 + Cr2O3 + H2O g) ZnS + O2 → ZnO + SO2 h) NO2(g) + H2O(l) → HNO3(ac) + NO(g) i) El carbono reacciona con ácido nítrico para producir dióxido de nitrógeno, dióxido de carbono y agua.

18


Sesión V. Estequiometría. Cálculos en reacciones químicas

(reactivo limitante, porcentaje de rendimiento). Cantidades de reactivos y productos 1. Todos los metales alcalinos reaccionan con agua para formar hidrógeno gaseoso y el hidróxido del metal alcalino correspondiente. Una reacción común es la que ocurre con el litio y el agua: 2Li(s)

+

2H2O(l)

→

2LiOH(ac)

+

H2(g)

a) ¿Cuántos moles de H2 se formarán al completarse la reacción de 6.23 moles de Li con agua? b) ¿Cuántos gramos de H2 se formarán al completarse la reacción de 80.57 g de Li con agua? 2. La reacción entre el óxido nítrico (NO) y el oxígeno para formar dióxido de nitrógeno (NO2) es un paso determinante para la formación del esmog fotoquímico: 2NO(g)

+

O2(g)

→

2NO2(g)

a) ¿Cuántas moles de NO2 se formarán por la reacción completa de 0.254 mol de O2? b) ¿Cuántos gramos de NO2 se formarán por la reacción completa de 1.44 g de NO? 3. El sodio es un metal reactivo que reacciona en forma instantánea con agua para dar gas hidrógeno y una disolución de hidróxido de sodio, NaOH ¿Cuántos gramos de sodio se necesitan para obtener 7.81 g de hidrógeno según la siguiente reacción?

4. La esfalerita es un mineral de sulfuro de zinc (ZnS) y una fuente importante del metal zinc. El primer paso en el procesamiento de la mena consiste en calentar el sulfuro con oxígeno para obtener óxido de zinc ZnO, y dióxido de azufre, SO2 ¿Cuántos kilogramos de gas oxígeno se combinan con 5.00 x 103 g de sulfuro de zinc en esta reacción?

5. En 1774, el químico británico Joseph Priestley preparó el oxígeno por calentamiento del óxido de mercurio (II), HgO. El mercurio metálico también es un producto en esta

19


reacción. Si se recogen 6.47 g de oxígeno, ¿Cuántos gramos de mercurio metálico se producen también? 2HgO

O2(g)

+

2Hg(l)

6. De acuerdo con la reacción: 2 NaOH

+

Cl2(g)

NaClO



+

NaCl + H2O

a) ¿Cuántos gramos de NaOH son necesarios para obtener 500g de NaClO? b) ¿Cuántos litros de Cl2se necesitan para que se produzcan los 500 g de NaClO? c) ¿Cuántas moléculas de NaClO se formarán? 7. El metanol (CH3OH) se quema en presencia de aire de acuerdo con la siguiente ecuación: 2 CH3OH(l)

+

→

3 O2(g)

2 CO2(g)

+

4 H2O(g)

Si en un proceso de combustión se utilizan 209 g de metanol a) ¿Cuál es la masa en gramos de bióxido de carbono producido? b) ¿Cuántos moles de oxígeno se necesitan para la quemar 2.637 moles de metanol? 8. La fermentación es un proceso químico complejo que se utiliza en la elaboración de vinos, en el que la glucosa (C6H12O6) se convierte en etanol (C2H5OH) y dióxido de carbono (CO2): C6H12O6(s) → 2C2H5OH(l)

+

2CO2(g)

Si se cuenta con 500.4 g de glucosa, ¿Cuál es la máxima cantidad de etanol, en gramos y en litros, que se obtendrá por medio de este proceso? (Densidad del etanol = 0.789 g/mL). 9. Los alimentos que se ingieren se degradan, o se consumen, en el cuerpo para proporcionar energía, que se utiliza para el crecimiento y otras funciones. Una ecuación general para este complicado proceso representa la degradación de glucosa (C6H12O6) a dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O): C6H12O6

+

6O2



6CO2

+

6 H2O

Si una persona consume 856 g de C6H12O6 durante cierto periodo, ¿Cuál es la masa de CO2 producido? 20


Reactivo limitante 1. La reacción entre el aluminio y el óxido de hierro (III) puede generar temperaturas cercanas a los 3000 °C, lo que encuentra aplicación en soldadura de metales. 2 Al

+

Fe2O3

Al2O3



+

2 Fe

En un proceso químico, se hicieron reaccionar 124 g de Al con 601g de Fe2O3. a) Determina el reactivo limitante b) ¿Qué cantidad de reactivo en exceso quedo sin reaccionar al final? c) Calcula la masa (en gramos) de Al2O3 que se formará. 2. El metanol, CH3OH, que se emplea como combustible, puede fabricarse por la reacción del monóxido de carbono con hidrógeno. CO(g)

+ 2 H2(g)

CH3OH(g)



Suponga que se mezclan 356 g de CO con 65.0 g de H2. a) ¿Cuál es el reactivo limitante? b) ¿Qué masa de metanol se puede producir? c) ¿Qué masa del reactivo en exceso queda después de que se ha consumido el reactivo limitante? 3. La “reacción termita” produce hierro metálico y óxido de aluminio a partir de una mezcla de aluminio metálico en polvo y óxido de hierro (III). 2 Al(s)

+

Fe2O3(s)

Al2O3



+

2 Fe(s)

Si se emplea una mezcla de 50.0 g de Fe2O3 y 50.0 g de Al. a) ¿Cuál es el reactivo limitante? b) ¿Qué masa de hierro se puede producir? 4. El silicio puro, que se requiere para chips de computación y celdas solares, se fabrica mediante la reacción SiCl4(l)

+

2 Mg(s)

Si(s)



+

Si se inicia con 225 g de SiCl4 y Mg, a) ¿Cuál será el reactivo limitante en esta reacción? b) ¿Qué cantidad de Si, en gramos se puede producir?

21

2 MgCl2(s)


5. Al tratar una muestra de CaCO3 de 25 g , con 21.9 g de HCl en disolución, a) Determine la masa de cloruro de calcio que se formará b) ¿Qué masa de ácido clorhídrico reaccionó? 6. Se combinan 23 g de I2 con 6 g de Na para formar NaI. Determine: a) ¿Cuál es el reactivo limitante? b) ¿Cuál es el reactivo en exceso? c) La masa del producto formado d) ¿Qué masa del reactivo limitante habrá que añadir para que la reacción química sea completa? 7. Se dispone de 198g de sulfuro de sodio, 200g de dicromato de sodio y 408 g de ácido clorhídrico que se combinan de acuerdo con la siguiente ecuación. 24Na2S(ac) + 8 Na2Cr2O7(ac) + 112 HCl

3 S8(s) + 16 CrCl3 + 64 NaCl(ac) + 56 H2O(L)

a) ¿Cuál es el reactivo limitante?, b) Encuentra la masa del reactivo en exceso, c) Calcula la masa del Cloruro de Cromo (III) que se formará 8. Una mezcla de 100 kg de CS2 y 200 kg de Cl2 se pasa a través de un tubo de reacción y calentando se produce la reacción: CS2 + 3 Cl2

CCl4 + S2Cl2

Calcula: a) El reactivo que no reaccionará completamente, b) La cantidad de este reactivo que no reacciona, c) La masa de S2Cl2 que se obtendrá.

Rendimiento de reacción: Para determinar la eficiencia de una reacción química se utiliza el término rendimiento porcentual que indica la proporción entre el rendimiento real y el rendimiento teórico. %   

   ó

22

 100


Ejercicios 1. El tetracloruro de carbono (CCl4) se obtiene al hacer reaccionar sulfuro de carbono (CS2) y cloro (Cl2): CS2(s)

+

3 Cl2 (g)

→

CCl4(l)

+

S2Cl2(s)

Si se hacen reaccionar 100 g (CS2)de con suficiente (Cl2) a) Calcula el rendimiento teórico. b) Calcula el rendimiento porcentual si se obtuvieron 65 g de CCl4. 2. En la industria, el vanadio metálico, que se utiliza en aleaciones de acero, se puede obtener al hacer reaccionar óxido de vanadio (V2O5) con calcio a temperaturas elevadas: 5 Ca(s)

+

→

V2O5 (s)

5 CaO(s)

+

2 V(s)

Si en un proceso reaccionan 1.54x103 g de V2O5. a) Calcula el rendimiento teórico de V. b) Calcula el porcentaje de rendimiento si se obtienen 803 g de V 3. La nitroglicerina (C3H5N3O9) es un explosivo muy potente. Su descomposición genera gran cantidad de calor y muchos productos gaseosos. Se puede representar mediante la siguiente reacción: 4 C3H5N3O9

→

6 N2(g)

+

12 CO2(g)

+

10 H2O(g)

+

O2(g)

La velocidad de formación de estos gases, así como su rápida expansión, es lo que causa la explosión. a) ¿Cuál es la cantidad máxima de O2 en gramos que se obtendrá a partir de 200 g de nitroglicerina? b) Calcula el porcentaje de rendimiento de esta reacción si encuentra que la cantidad de O2 producida fue de 6.55 g 4. El titanio, un metal fuerte, ligero y resistente a la corrosión, se utiliza en la construcción de naves espaciales, aviones, en sus motores y para la construcción de

23


bicicletas. Se obtiene mediante la reacción de cloruro de titanio (IV) con magnesio fundido, a una temperatura comprendida entre 950°C y 1150°C: TiCl4(g)

+

2 Mg(l)

→

Ti(s)

+

2 MgCl2(l)

En cierto proceso industrial se utilizan 3.54x107 g de TiCl4. a) Calcula el rendimiento teórico de Ti, en gramos. b) Calcula el rendimiento porcentual si en la práctica se obtienen realmente 7.91x106 g de Ti. 5. En plantas industriales nuevas hacen reaccionar metanol líquido con monóxido de carbono en presencia de un catalizador de acuerdo con la siguiente reacción: CH3OH(l ) + CO(g)→ CH3COOH(l ) En un experimento se hicieron reaccionar 15.0 g de metanol. a) ¿Qué masa teórica (en g) de ácido acético se debe obtener? b) Si se obtienen 19.1 g, ¿cuál es el rendimiento de la reacción?

24


Sesión VI: Cálculo de Molaridad y Porcentaje en Masa de una

solución. Química Orgánica: alcanos, alquenos y alquinos. Porcentaje referido a la masa 1. Calcule el porcentaje de soluto en cada una de las siguientes soluciones acuosas: a) 8.50g de cloruro de sodio en 95.0g de solución b) 25.2g de carbonato de potasio en 100.0g de agua c) 3.88g de cloruro de calcio en 78.50g de agua 2. Calcule el porcentaje de soluto en cada una de las siguientes soluciones: a) 13.7g de cloruro de sodio en 110g de solución b) 12.4g de cloruro de bario en 80.7g de agua c) 0.155g de fenol (C6H6O) en 15.00g de glicerol 3. Calcule los gramos de soluto que deben disolverse en a) 350g de agua para preparar una solución de sulfato de potasio al 17.0 por ciento b) 15.0g de agua para preparar una solución de cloruro de sodio al 12.0 por ciento 4. Calcule los gramos de agua que deben añadirse a a) 16.0g de azúcar (C12H22O11) para preparar una solución al 23.0 % b) 4.00g de yoduro de potasio para preparar una solución al 1.90 % 5. Calcule la cantidad de gramos de solución que se necesitan para tener a) 68.3g de cloruro de sodio de una solución acuosa al 12.0 % b) 1.20g de bicarbonato de sodio de una solución acuosa al 6.00 por ciento

Molaridad 1. Calcule la molaridad de cada una de las siguientes soluciones acuosas: a. 75.5g de alcohol etílico (C2H6O) en 450 mL de solución b. 2.65 g de cloruro de sodio (NaCl) en 40.0 mL de solución. 2. Calcule la molaridad de cada una de las siguientes soluciones: a. 22.0g de bromuro de sodio (NaBr) en 850 mL de solución. 25


b. 12.0g de cloruro de calcio (CaCl2) en 640 mL de solución. c. 15.0g de bromuro de bario en 1150 mL de solución. 3. Calcule la cantidad de gramos de soluto que se necesitan para preparar las siguientes soluciones acuosas. Explique cómo prepararía cada solución. a. 500 mL de una solución de hidróxido de sodio (NaOH) 0.110 M b. 250 mL de una solución de cloruro de calcio (CaCl2) 0.220 M c. 100 mL de una solución de sulfato de sodio 0.155 M 4. Calcule la cantidad de mililitros de solución acuosa que se requiere para tener a. 8.85g de hidróxido de sodio (NaBr) de una solución 0.100 M b. 7.65g de cloruro de calcio (CaCl2) de una solución 1.40 M c. 1.20 mol de ácido sulfúrico (H2SO4) de una solución 6.00 M

QUIMICA ORGÁNICA Nomenclatura.

26


NOMENCLATURA DE ALCANOS: GRUPOS ALQUILOS COMUNES Metilio

CH3

Etilo

CH2

−

CH3

nPropilo ⎯ CH2

−

CH2 − CH3

n-Butilo

−

CH2 − CH2 − CH3

CH2

CH3

CH3

|

⎯

C

−

⎯

H

C

|

CH3

CH3

Isopropilo

t-Butilo

1. Escribe el nombre IUPAC de estos compuestos:

CH3 CH ⎟

CH3

CH3

⎟

⎟

C

CH2 CH2 CH3

CH3

CH

⎟

CH

CH2 CH3

⎟

CH3 CH3

CH2

CH

CH3

⎟

CH2 CH3

CH3

CH

−

CH2

CH

27

CH2

CH2

CH3

CH3


⎟

⎟

CH3

CH2

CH3

2. Escribe la estructura de: a. 3,4‐dimetilheptano b. 2,2,3,3,4,4‐hexametilpentano c. 2,etil‐3‐isopropilheptano d. 4‐metil‐2‐propilhexano

NOMENCLATURA DE ALQUENOS Y ALQUINOS

CH3-CH2-CH3

CH3-CH=CH2

CH3-C≡CH

PROPANO

PROPENO

PROPINO

3. Escribe el nombre IUPAC de los siguientes compuestos:

CH3 CH = CH CH 3

CH3 CH = CH CH ⎟

CH3

CH3- CH2- CH2 ⎟

CH-

CH

⎟

CH3

-CH2

-CH2 28

= CH2

CH3


4. Escribe la estructura de: a. 7‐metil‐2‐octeno b. 2,3‐dimetil‐1,4‐hexadieno c. 4‐etil‐3‐metil‐1,3,5‐hexatrieno d. 1,4‐hexadieno 5. Escribe el nombre IUPAC de los siguientes compuestos: CH3 ⎟

CH3 C ≡ C CH

CH

CH3 CH2 C ≡ C CH2 CH3

CH3

⎟

CH3

CH3-C≡C-CH- CH2-CH2-CH2-CH3 ⎟

CH3

6. Escribe la estructura de: a. 5‐metil‐2‐hexino b. 6,7‐dimetil‐4‐nonino c. 5,6‐dimetil‐1‐heptino d. 1,4‐hexadiino

29


Sesión VII. Identificación de grupos funcionales orgánicos. Identifica a qué tipo de compuesto pertenecen y el grupo funcional en los siguientes compuestos:

CH3 ι

CH3-CH2-CH2-OH

CH3- CH2

- CH

-CH3

CH3- CH-CH2-OH

ι

OH

CH3‐O‐CH3

CH3‐ CH‐O‐CH3

CH3‐CH2‐O‐CH2‐ CH‐CH3

І

І

CH3

CH3

CH3 І

CH3‐CH2‐CH= O

CH3‐ CH‐CH2‐CH = O

CH3‐CH2‐CH2‐ C‐CH=O

І

І

CH3

CH3

30


CH3 CH3‐CH2‐ C‐CH2‐CH3 ІІ

І

CH3‐

CH‐

CH‐ CH‐CH2‐COOH І

І

CH3 CH3

І

C‐CH3

ІІ

CH3 O

ІІ

O

CH3‐

CH3‐ CH‐ C‐CH2‐CH3

O

CH3‐ CH‐CH2‐CH2‐COOH І

CH3

CH3‐

CH‐CH2‐COOH І

CH3

CH3 І

CH3‐CH2‐NH2

CH3‐CH2‐NH‐CH3

31

CH3‐CH2‐CH2‐ N‐CH2‐CH3


Tablas y Bibliografía. NOMENCLATURA FORMULA GENERAL

NOMENCLATURA * Óxido de nombre del metal (Valencia del metal )

Metal + Oxígeno

Metal + Hidrógeno Metal + No metal

OXIDO

MO

HIDRURO

MH

SAL BINARIA

MX

→

→

→

No Metal + Oxígeno ANHIDRIDO (Óxido no metálico) No Metal + Hidrógeno HIDRACIDO →

→

XO HX

* Óxido nombre del metal terminación OSO ICO * Hidruro de nombre del metal (Valencia del metal) * Hidruro nombre del metal terminación OSO ICO * Nombre del no metal URO nombre del metal OSO ICO * Anhidrido PREFIJO nombre no metal terminación OSO ICO * Acido nombre del no metal terminación HIDRICO

* Hidróxido de nombre del metal (Valencia del metal ) Oxido + H2O

HIDROXIDO

→

Anhidrido + H2O

→

Acido + Hidróxido

M(OH)

OXIACIDO

HXO

OXISAL

MXO

→

* Hidróxido nombre del metal terminación OSO ICO * Acido PREFIJO nombre no metal terminación OSO ICO * Nombre no metal terminación ITO nombre metal terminación OSO ATO ICO

32


CATIONES Y ANIONES COMUNES

FORMULA +

+

Li , Na , K … NH4+ Ag+ Mg2+, Ca2+, Ba2+.. Zn2+, Cd2+ Cu1+ Cu2+ Mn2+ Co2+

NOMBRE

+

FORMULA -

Amonio

Cobre (I) Cuproso Cobre (II) Cúprico Manganeso (II) Manganoso Cobalto (II) Cobaltoso

-

-

F , Cl , Br , I OHCNClOClO2-

-

NOMBRE Fluoruro, … Hidróxido Cianuro Hipoclorito Clorito

ClO3-

Clorato

ClO4-

Perclorato

MnO4-

Permanganato

NO2-

Nitrito


CATIONES Y ANIONES COMUNES

FORMULA +

+

Li , Na , K … NH4+ Ag+ Mg2+, Ca2+, Ba2+.. Zn2+, Cd2+ Cu1+ Cu2+ Mn2+ Co2+ Ni2+ Ni3+ Fe2+ Fe3+ Pb2+ Pb4+ Au1+ Au3+

NOMBRE

FORMULA

+

-

-

-

F , Cl , Br , I OHCNClOClO2-

Amonio

Cobre (I) Cuproso Cobre (II) Cúprico Manganeso (II) Manganoso Cobalto (II) Cobaltoso Níquel (II) Niqueloso Níquel (III) Niquelico Hierro (II) Ferroso Hierro (III) Férrico Plomo (II) Plumboso Plomo (IV) Plúmbico Oro (I) Auroso Oro (III) Aúrico

NOMBRE Fluoruro, … Hidróxido Cianuro Hipoclorito Clorito

ClO3-

Clorato

ClO4-

Perclorato

MnO4-

Permanganato

NO2-

Nitrito

NO3-

Nitrato

SCN-

Tiocianato Sulfocianuro

O2-

Oxido

S2-

Sulfuro

HSO3-

Sulfito ácido Bisulfito

SO32-

Sulfito

HSO4-

Sulfato ácido Bisulfato

SO42-

Sulfato

S2O32-

Tiosulfato Carbonato ácido Bicarbonato Carbonato Cromato Dicromato Fosfato Fosfato monoácido Fosfato diácido Arsenato Acetato Oxalato

HCO3CO32CrO42Cr2O72PO43HPO42H2PO41AsO43CH3COOC2O4233

-

Guia Quimica Gral Propedeutico 2011

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