Quimica

QUÍMICA 2º BACHILLERATO 22/10/2009 EXAMEN TEMA 1: Determinación fórmulas. Gases y disoluciones. Reacciones químicas. 1.- Un recipiente de 8’00 litros contiene una mezcla de oxígeno y de hidrógeno con el 30% en peso de este último gas, a la temperatura de 120 °C y con una presión de 5’00 atm. a) Expresa la composición volumétrica de la mezcla. (1) b) ¿Cuántos átomos de oxígeno hay en la mezcla?.(0’5) c) Calcula la presión parcial de cada gas. (0'5) d) ¿Cuál es la máxima cantidad de agua que se puede obtener al hacer reaccionar la mezcla de los dos gases?. (1) e) Calcula la presión final del recipiente, suponiendo que el agua queda en estado líquido. (0'5)

UNA EXPLICACIÓN ANTES DE EMPEZAR A RESOLVER EL PROBLEMA:
En una mezcla de gases la composición volumétrica no representa el volumenocupado por cada gas puesto que todos los gases ocupan el volumen del recipiente que los contiene. En realidad quiere decir el porcentaje de volumen que ocuparía cada uno de los gases de la mezcla si estuviesen a la misma presión y temperatura que la mezcla. Así para los gases de la mezcla se cumple (VT = volumen recipiente V) Si el gas 1 estuviese solo en las mismas condiciones de P y T ocuparíaun volumen V1
Dividiendo ambas expresiones V1 n = 1 VT nT

PT . VT = nT . R . T PT . V1 = n1 . R . T

Lo que equivale a decir que el porcentaje volumétrico es el porcentaje molar de la mezcla.

a)

La composición volumétrica es la composición molar (% molar). El cálculo de una relación, como es el porcentaje molar, se puede hacer desde CUALQUIER BASE DE CÁLCULO. En este caso cogemos comobase 100 g de mezcla puesto que conocemos el porcentaje en peso de la mezcla. A partir de ahí determinamos los moles presentes EN LA BASE DE CÁLCULO (NO EN LA MEZCLA):

30 g H 2 ×
70 g O 2 ×

1 mol H 2 = 14'85 moles H 2 (en 100 g de mezcla) 2'02 g H 2
1 mol O 2 = 2'19 moles O 2 (en 100 g de mezcla) 32'00 g O 2

Lo que permite expresar el porcentaje molar (hay 17,04 moles en 100 g demezcla)
% molar H
2

=

14'85 × 100 = 87% (con 2 cifras significat ivas) 17'04

Es obvio que el porcentaje molar del O2 será el 13%.

b)

Hay que calcular el número de átomos de O que hay en la mezcla (no en 100 g). Por tanto habrá que calcular el número de moles de O2 que hay (se calcula el número total de moles con la ecuación general de gases y se le aplica el porcentaje anterior)

PT. V = nT . R . T

5'00 . 8'00 = 1'24 moles totales 0'082 . 393 el 13% de los moles son del gas O 2 ⇒ 0'16 moles O2 ⇒ nT = 0'16 moles O 2 × NA moléculas O 1 mol O 2
2

×

2 átomos O = 0'32 ⋅ NA átomos O 1 molécula O2

siendo NA el número de Avogadro = 6'022 . 10 23
c) La presión parcial de cada gas se debe a los choques de las moléculas de ese gas por lo que el porcentaje molar seráaplicable a la presión total para calcular las presiones parciales, esto es: PO2 = 13% de la PT = 13% de 5’00 = 0’65 atm PH2 = 87% de la PT = 87% de 5’00 = 4’4 atm También se puede escribir la ecuación de gases para la mezcla y para cada de uno de los gases: dividiendo una entre otra se puede calcular la presión parcial (se deja para que sea el alumnado el que lo haga) d) Tenemos una mezcla de gasesen la que no conocemos el reactivo limitante. Hay 0’16 moles de O2 y 1’08 moles de H2 (del apartado b). Podemos escribir un cuadro donde queda reflejada la reacción:

→ 2H2O 2H2 + O2 Moles iniciales 1’08 0’16 0 Reacción 2x x 2x En cualquier momento 1’08 – 2x 0’16 – x 2x La reacción transcurre hasta que el reactivo limitante se agota, es decir: 1’08 – 2x = 0 o 0’16 – x = 0 De estas dos ecuacioneshabrá que elegir la solución más pequeña (la mayor produciría una cantidad negativa lo que es absurdo). Por tanto, la solución válida es x = 0’16 moles y se forman 0’32 moles de agua (5’8 g de agua). Si al final el agua queda líquida el recipiente sólo contiene 1’08 – 2x moles de gas H2 = 0’76 moles H2 ocupando un volumen de 8’00 L a una temperatura de 393 K. La ecuación general de gases permite...