Fonaments químics de l'enginyeria

Química. Ingeniería. Estequiometría. Problemas de cálculo

  • Enviado por: Conrado
  • Idioma: catalán
  • País: España España
  • 11 páginas
publicidad

PROBLEMES TEMA 2

1.- a) Quants grams de cada un dels elements constituients estàn continguts en un mol de CH4, Fe2O3 i Ca3P2 ?

C : 12,011 g/mol

H : 1,008 g/mol

1 mol de C · 12,011 g de C = 12,011 g de C a 1 mol de CH4

1 mol de CH4 1 mol de C

4 mol de H · 1,008 g de H = 4,032 g de H a 1 mol de CH4

1 mol de CH4 1 mol de H

Fe: 55,845 g/mol

O: 15,999 g/mol

2 mol de Fe · 55,845 g Fe = 111,69 g de Fe a 1 mol de Fe2O3

1 mol de Fe2O3 1 mol Fe

3 mol de O · 15,999 g O = 47,997 g de O a 1 mol de Fe2O3

1 mol de Fe2O3 1 mol O

Ca: 40,078 g/mol

P: 30,942 g/mol

3 mol de Ca · 40,078 g Ca = 120,234 g de Ca a 1 mol de Ca3P2

1 mol de Ca3P2 1 mol Ca

2 mol de P · 30,942 g P = 61,884 g de P a 1 mol de Ca3P2

1 mol de Ca3P2 1 mol P

b) Quants àtoms de cada un dels elements estan continguts en la mateixa quantitat del compost?

Partint dels resultats de l'apartat anterior,

12,011 g C · 1 mol de C · 6,023·1023 àtoms de C = 6,023·1023 àtoms de C/mol de CH4

12,011 g Fe 1 mol de C

4,032 g H · 1 mol de H · 6,023·1023 àtoms de H = 2,428·1024 àtoms de H/mol de CH4

1,008 g H 1 mol de H

111,69 g Fe · 1 mol de Fe · 6,023·1023 àtoms de Fe = 1,205·1024 àtoms de Fe/mol de Fe2O3

55,845 g Fe 1 mol de Fe

47,997 g O · 1 mol de O · 6,023·1023 àtoms de O = 1,807·1024 àtoms de O/mol de Fe2O3

15,999 g O 1 mol de O

120,234 g Ca · 1 mol de Ca · 6,023·1023 àtoms de Ca = 1,807·1024 àtoms de Ca/mol de Ca3P2

40,078 g Ca 1 mol de Ca

61,884 g P · 1 mol de P · 6,023·1023 àtoms de P = 1,205·1024 àtoms de P/mol de Ca3P2

30,942 g P 1 mol de P

______________________________________________________________________

2.- Calcula el nombre de grams en un mol de cada una de les següents substàncies comuns: a) CaCO3; b) quars, SiO2; c) sucre de canya, C12H22O11; d) guix CaSO4·2H2O; e) plom blanc Pb(OH)2·2PbCO3.

Ca: 40,078 g/mol

C: 12,011 g/mol

O: 15,999 g/mol

M.M. CaCO3= 40,078+12,011+3*15,999=100,086 g CaCO3 son 1 mol de CaCO3 (a)

Si: 28,086 g/mol

O: 15,999 g/mol

M.M. SiO2= 28,086+2*15,999= 60,084 g SiO2 son 1 mol de SiO2 (b)

C:12,011 g/mol

H: 1,008 g/mol

O: 15,999 g/mol

M.M. C12H22O11= 12*12,011+22*1,008+11*15,999= 342,297 g de C12H22O11 son 1 mol de C12H22O11 (c).

Ca: 40,078 g/mol

S: 32,066 g/mol

O: 15,999 g/mol

H: 1,008 g/mol

M.M. CaSO4·2H2O= 40,078+32,066+4*15,999+2*(2*1,008+15,999)= 172,17 g de CaSO4·2H2O son 1 mol de CaSO4·2H2O.

Pb: 207,2 g/mol

O: 15,999 g/mol

H: 1,008 g/mol

C: 12,011 g/mol

M.M. Pb(OH)2·2PbCO3 = 207,2+2*(15,999+1,008)+2*(207,2+12,011+3*15,999))= 775,63 g de Pb(OH)2·2PbCO3 son 1 mol de Pb(OH)2·2PbCO3.

______________________________________________________________________

3.- Quin és el pes de la mol·lécula de a)CH3OH; b)C60H122 i c)C1200H2000O1000?

C: 12,011 g/mol

H: 1,008 g/mol

O: 15,999 g/mol

M.M. CH3OH= 12,011+3*1,008+15,999+1,008= 32,042 g CH3OH son 1 mol de CH3OH

1 mol·lécula de CH3OH · 1 mol de CH3OH · 32,042 g CH3OH = 5,320·10-23 g

6,023·1023 mol·lécules de CH3OH 1 mol de CH3OH (a)

H: 1,008 g/mol

C: 12,011 g/mol

M.M. C60H122 = 60*12,011+122*1,008 = 843,636 g de C60H122 son 1 mol de C60H122

1 mol·lécula de C60H122 · 1 mol de C60H122 · 843,636 g C60H122 = 1,401·10-21 g

6,023·1023 mol·lécules de C60H122 1 mol de C60H122 (b)

O: 15,999 g/mol

H: 1,008 g/mol

C: 12,011 g/mol

M.M. C1200H2000O1000 = 1200*12,011+2000*1,008+1000*15,999=32428,2 g de C1200H2000O1000 son 1 mol de C1200H2000O1000

1 mol·lécula de C1200H2000O1000 · 1 mol de C1200H2000O1000 · 32428,2 g C1200H2000O1000 = 5,384·10-20 g

6,023·1023 mol·lécules de C1200H2000O1000 1 mol de C1200H2000O1000 (c)

_________________________________________________________________________________________

4.- Quants mols representen a)24,5 g H2SO4; b)4,00 g O2

H: 1,008 g/mol

S: 32,066 g/mol

O: 15,999 g/mol

M.M H2SO4: 2*1,008+32,066+4*15,999= 98,078 g de H2SO4 son un mol de H2SO4.

24,5 g H2SO4 · 1 mol H2SO4 = 0,250 mols H2SO4 (a)

98,078 g H2SO4

M.M. O2: 2*15,999= 31,998 g de O2 son 1 mol de O2.

4,00 g O2 · 1 mol O2 = 0,125 mols O2. (b)

31,998 g O2

_________________________________________________________________________________

5.- Quants mols de Ba i Cl estàn continguts en 107,0 g de Ba(ClO3)2·H2O ? Quantes mol·lècules d'aigua d'hidratació estàn en aquesta mateixa quantitat ?

Ba: 137,33 g/mol

Cl: 35,453 g/mol

O: 15,999 g/mol

H: 1,008 g/mol

M.M. Ba(ClO3)2·H2O = 137,33+2*(35,453+3*15,999)+2*1,008+15,999= 322,245 g de Ba(ClO3)2·H2O  son 1 mol de Ba(ClO3)2·H2O 

107,0 g Ba(ClO3)2·H2O · 1 mol Ba(ClO3)2·H2O  · 1 mol Ba = 0,332 mol Ba

322,245 g Ba(ClO3)2·H2O  mol Ba(ClO3)2·H2O

107,0 g Ba(ClO3)2·H2O · 1 mol Ba(ClO3)2·H2O  · 2 mol Cl = 0,664 mol Cl

322,245 g Ba(ClO3)2·H2O  mol Ba(ClO3)2·H2O

107,0 g Ba(ClO3)2·H2O · 1 mol Ba(ClO3)2·H2O  · 1 mol H2O · 6,023·1023 mol·lèc.H2O=

322,245 g Ba(ClO3)2·H2O  mol Ba(ClO3)2·H2O 1 mol H2O

= 2,00·1023 mol·lècules d'H2O

_________________________________________________________________________________

6.- Tenim una mescla de C2H6 i C3H8. En 0,187 g tenim un total de 0,00480 mols. Quants grams de carboni hi ha?

H: 1,008 g/mol

C: 12,011 g/mol

M.M. C2H6 = 6*1,008 + 2*12,011 = 30,07 g de C2H6 son 1 mol de C2H6

M.M. C3H8= 8*1,008 + 3*12,011 = 44,097 g de C3H8 son 1 mol de C3H8

X= grams de C2H6

Y= grams de C3H8

X+Y=0,187 X=0,187-Y

X + Y = 0,0048 0,187-Y + Y = 0,0048

30,07 44,097 30,07 44,097

8,246-44,097Y+30,07Y=0,0048

1325,997

8,246-14,027Y=6,365

-14,027Y=-1,88 Y=0,134 g de C3H8

X=0,187-0,134= 0,053 g C2H6

0,053 g C2H6· 1 mol C2H6 · 2 mol C · 12 g C = 0,042 g C en C2H6

30,07 g C2H6 1 mol C2H6 1 mol C

0,134 g C3H8· 1 mol C3H8 · 3 mol C · 12 g C = 0,109 g C en C3H8

44,097 g C3H8 1 mol C3H8 1 mol C

0,042 + 0,109 = 0,151 g de C hi ha a la barreja.

_________________________________________________________________________________

7.- Un compost té un 74,87% de C i 25,13% de H. La substància és un compost gaseós que té un pes molecular aproximat de 16. Troba la fórmula del compost.

H: 1,008 g/mol

C: 12,011 g/mol

Si X és el compost :

16 g X · 74,87 g C · 1 mol C = 0,998 mol C/mol X

1 mol X 100 g X 12 g C

16 g X · 25,13 g H · 1 mol H = 3,989 mol H/mol X

1 mol X 100 g X 1,008g H

C0,998H3,989 ≡ CH4

________________________________________________________________________________

8.- En un compost de Na, O, Cl el percentatge en pes de Na és 25,4 i el de O és 35,4. Calcula la fórmula del compost.

Na: 22,990 g/mol

Cl: 35,453 g/mol

O: 15,999 g/mol

%Cl= 100-(25,4+35,4)= 39,2% Cl

25,4 g Na · 1 mol Na = 0,011 mol Na/100 g compost

100g compost 22,990g Na

35,4 g O · 1 mol O = 0,022 mol O/100 g compost

100g compost 15,999g O

39,2 g Cl · 1 mol Cl = 0,011 mol Cl/100 g compost

100g compost 35,453g Cl

Na0,011Cl0,011O0,022 NaClO2

________________________________________________________________________________

9.- Una mostra de 15,00 g d'una sal inestable, Na2SO4·xH2O té 7,05 g d'aigua. Determina la fórmula empírica de la sal.

Na: 22,990 g/mol · 2= 45,979

S: 32,066 g/mol · 1= 32,066

O: 15,999 g/mol · 4 = 63,9976 +

142,0366 g/mol es la MM de la sal sense hidratar.

MM.H2O= 1,008·2+15,999= 18,015 g/mol

7,05 g H2O · 1 mol H2O = 0,391 mol H2O

18,015 g H2O

15,00 g sal - 7,05 g aigua= 7,95 g de sal sense hidratar.

7,95 g Na2SO4· 1 mol Na2SO4 = 5,59·10-2 mol Na2SO4

142,0367 g Na2SO4

0,391 mol H2O = 6,986 mols d'aigua per cada mol de Na2SO4, per tant està heptahidratada:

5,59·10-2 mol Na2SO4

Na2SO4·6,986H2O Na2SO4·7H2O

_________________________________________________________________________________

10.- Es va calentar amb aire una mostra de 2,5 g d'urani. Lòxid resultant va pesar 2,949 g. Determina la fórmula empírica del compost.

U: 238,0 g/mol

O: 15,999 g/mol

2,5 g U · 1 mol U = 1,05·10-2mol U

238,0 g U

2,949 g - 2,5 g = 0,449 g d'O.

0,449 g O · 1 mol O = 2,81·10-2 mol O

15,998 g O

2,81·10-2 mol O = 2,67 mols d'O hi ha a la mol·lécula per cada mol d'U.

1,05·10-2mol U

UO2,67 U2O(2,67·2)=U2O5,34 U3O(2,67·3)=U3O8,01 ≡ U3O8, que coincideix, a més (ha de ser així) amb les valències dels elements que intervenen a la mol·lécula. També es podia haver determinar quin dels òxids posibles té la relació 2,67 entre àtoms d'U i àtoms de O.

_________________________________________________________________________________

11.- Una substància orgànica està constituida per C, H i O. Al escalfar-la amb CuO, el C passa a CO2 i el H passa a H2O. A partir de 1,00 g de sustància es formen 0,9776 g de CO2 i 0,2001 g H2O. El pes molecular aproximat és 90. Busca la fórmula del compost.

O: 15,999 g/mol

H: 1,008 g/mol

C: 12,011 g/mol

MM CO2= 12,011+(15,999*2) = 44,009 g/mol

MM.H2O= 1,008·2+15,999= 18,015 g/mol

Si X es la substància a determinar:

0,9776 g CO2 · 1 mol CO2 · 1 mol C = 2,22·10-2 mol C

44,009 g CO2 1 mol CO2

0,2001 g H2O · 1 mol H2O · 2 mol H = 2,22·10-2 mol H

18,015 g H2O 1 mol H2O

1,00 g X · 1 mol X = 1,11·10-2 mol X

90 g X

2,22·10-2 mol C = 2 mols de C a cada mol de X

1,11·10-2 mol X

2,22·10-2 mol H = 2 mols de H a cada mol de X

1,11·10-2 mol X

C2H2O?

MM (C2H2OX)= 12,011*2+1,008*2+15,999*X=90 X= 63,962/15,999= 3,998

C2H2OX C2H2O3,998 ≡ C2H2O4

_________________________________________________________________________________

12.- 0,248 g d'hidrat de coral, una substància emprada com hipnòtic, dóna per oxidació 0,0405 g d'H2O i la quantitat de CO2 necessaria per formar 0,592 g de BaCO3. Amb HNO3 i AgNO3 0,341 g de substància dona 0,816 g de AgCl. Busca la fórmula empírica de la substància.

Ba: 137,33 g/mol

Cl: 35,453 g/mol

O: 15,999 g/mol

H: 1,008 g/mol

C: 12,011 g/mol

Ag: 107,9 g/mol

MM.H2O= 1,008·2+15,999= 18,015 g/mol

M.M. BaCO3= 137,33+3*15,999+12,011= 197,338 g/mol

M.M. AgCl= 107,9+35,453= 143,353 g/mol

MM CO2= 12,011+(15,999*2) = 44,009 g/mol

0,0405 g H2O · 1 mol H2O = 2,248·10-23 mol H2O a 0,248 g de substància

18,015 g H2O

0,592 g BaCO3 · 1 mol BaCO3  · 1 mol CO2 = 3·10-3 mol CO2

197,338g BaCO3 1 mol BaCO3

3·10-3 mol CO2 · 1 mol CO2 · 1 mol C = 6,81·10-5 mol C a 0,248 g de substància

44,009 g CO2 1 mol CO2

0,816 g AgCl · 1 mol AgCl · 1 mol Cl = 5,692·10-3 mol Cl a 0,341 g de sustància

143,353 g AgCl 1 mol AgCl

_________________________________________________________________________________

20.- Quant P està contingut en 5,00 g del compost CaCO3·3Ca(PO4)2? Quant P2O5?

Ca: 40,08 g/mol

C: 12,011 g/mol

O: 15,999 g/mol

P: 30,974 g/mol

M.M. CaCO3·3Ca(PO4)2= 4*40,08+6*30,974+27*15,999+12,011= 790,148 g/mol

5 g CaCO3·3Ca(PO4)2· 1 mol CaCO3·3Ca(PO4)2 · 6 mol P · 30,974 g P = 1,176g P

790,148 g CaCO3·3Ca(PO4)2 1 mol CaCO3·3Ca(PO4)2 1 mol P

_________________________________________________________________________________

22.- Un mineral de taconita consta de 35,0% de Fe3O4 i el reste són impureses silíceas. Quantes tones de mineral es tindran que procesar per recuperar una tona de ferro metàlic? A) si la recuperació és al 100% B) si es recupera únicament el 70%.

Fe: 55,847 g/mol

O: 15,999 g/mol

M.M. Fe3O4= 3*55,847 + 4*15,999 = 231,537 g/mol

1000 kg Fe·1000 g Fe·1 mol Fe ·1 mol Fe3O4· 231,537 g Fe3O4·100 g mineral ·1 tona de mineral =

1 kg Fe 55,847 g Fe 3 mol Fe 1 mol Fe3O4 35 g Fe3O4 106 g mineral

= 3,948 tones de mineral si es recupera al 100%. (A)

1000 kg Fe·1000 g Fe·1 mol Fe ·1 mol Fe3O4· 231,537 g Fe3O4·100 g mineral ·100g mineral brut·1 tona de mineral =

1 kg Fe 55,847 g Fe 3 mol Fe 1 mol Fe3O4 35 g Fe3O4 75 g mineral 106 g mineral

= 5,264 tones de mineral si es recupera només el 75% (B)

_________________________________________________________________________________

21.- S'ha informat que el contingut d'arsènic en un insecticida és de 28% de As2O5. Quin és el percentatge d'arsènic en aquesta preparació?

As: 74,922 g/mol

O: 15,999 g/mol

M.M. As2O5 = 74,922*2+15,999*5= 229,839 g/mol

28 g As2O5 ·1 mol As2O5As · 2 mol As · 74,922 g As = 18,25 gAs en 100 g, 18,25%

229,839 g As2O5 1 mol As2O5 1 mol As

_________________________________________________________________________________

23.- Una mostra de cuprita impura, Cu2O, té 66,6% de coure. Quin és el percentatge de Cu2O pur en la mostra?

Cu: 63,54 g/mol

O:15,999 g/mol

M.M. Cu2O= 2*63,54+15,999 = 143,079 g/mol

66,6 g Cu· 1 mol Cu · 1 mol Cu2O · 143,079 g Cu2O = 74,98 g Cu2O a 100 g de cuprita impura

63,54 g Cu 2 mol Cu 1 mol Cu2O

74,98 g Cu2O a 100 g de cuprita impura 74,98% de Cu2O pur

_________________________________________________________________________________

26.- Igualar les següents reacccions:

a)

4BCl3 + P4 + 6H2 4BP + 12HCl

b)

C2H2Cl4 + 1/2Ca(OH)2 C2HCl3 + 1/2CaCl2 + H2O

c)

2(NH4)2Cr2O7 2N2 + 2Cr2O3 + 8H2O

d)

2Zn3Sb2 + 12H2O 6Zn(OH)2 + 4SbH3

e)

12HClO4 + P4O10 4H3PO4 + 6Cl2O7

f)

4C6H5Cl + SiCl4 + 8Na (C6H5)4Si + 8NaCl

g)

Sb2S3 + 12HCl 2H3SbCl6 + 3H2S

h)

3IBr + 4NH3 NI3 + 3NH4Br

i)

2KrF2 + 2H2O 2Kr + O2 + 4HF

j)

Na2CO3 + 4C + N2 2NaCN + 3CO

_________________________________________________________________________________

27.- Un gas hilarant, N2O, causa histèria i inconciencia quan s'inhala. S'obté a partir de NH4NO3 H2O + N2O. Ajusta la equació i calcula el pes de N2O, produït a partir de 7,50 g de nitrat d'amoni.

NH4NO3 2H2O + N2O

N: 14,0 g/mol

H: 1,008 g/mol

O: 15,999 g/mol

M.M. NH4NO3= 79,021 g/mol

M.M. N2O= 14*2+15,999= 43,999 g/mol

7,50 g NH4NO3 · 1 mol NH4NO3 · 1 mol N2O · 43,999 g N2O = 4,176 g N2O

79,021 g NH4NO3 1 mol NH4NO3 1 mol N2O

_________________________________________________________________________________

34.- Calcula la quantitat de pedra calcàrea , que té com a riquesa en CaCO3 el 85,3%, que es necessita per obtindre, per reacció amb un excés d'àcid clorhídric, 10 litres de diòxid de carboni mesurats a 18ºC i 752 mm Hg.

Ca: 40,08 g/mol

O: 15,999 g/mol

C: 12,011 g/mol

MM CaCO3 = 40,08 + 12,011 + 3*15,999= 100,088 g/mol

P·V=n·R·T

V=10 litres

R= 0,082 atm·litre/ºK·mol

T=18+273,15= 291,15 ºK

P= 752 mm Hg · 1atm = 0,989 atm

760 mm Hg

n = P·V = 0,989 atm · 10 litres = 0,414 mols de CO2

R·T 0,082 atm·litre/ºK·mol · 291,15ºK

0,414 mols de CO2· 1 mol CaCO3 · 100,088 g CaCO3 · 100 g roca calcàrea = 48,61 g roca calcàrea

1 mol CO2 1 mol CaCO3 1 mol CaCO3

_________________________________________________________________________________

41.- Calcula el volum de H2SO4 concentrat (densitat 1,835 g/ml; 93,2% en pes) es necessiten per preparar 500 cc d'àcid al 3,00 N.

S: 32,066 g/mol · 1= 32,066

O: 15,999 g/mol · 4 = 63,9976

H: 1,008 g/mol · 2 = 2,016 +

MM H2SO4: 98,080 g/mol

98,080 g H2SO4 · 1 mol H2SO4 · 2 equivalents H2SO4 =

500 ml dis · 3 equivalents H2SO4 · 98,080 g H2SO4 · 100 g H2SO4 · 1 ml H2SO4 conc. = 43,012 ml

1000 ml disolució 2 equ. H2SO4 93,2 g H2SO4 1,835 g H2SO4

Calen 43,012 ml de H2SO4 concentrat per fer 500 ml de dissolució.

_________________________________________________________________________________

42.- Calcula el volum de HCl concentrat (d=1,19 g/ml; 38% en pes) que es necessita per preparar 18 litres d'àcid N/50.

Cl: 35,453 g/mol

H: 1,008 g/mol

M.M.HCl: 35,453 + 1,008 = 36,461 g/mol

18000 ml dis · 1/50 equivalents HCl · 36,461 g HCl · 100 g HCl envàs · 1 ml HCl envàs = 29,03 ml

1000 ml disolució 1 equ. HCl 38 g HCl pur 1,19 g HCl envàs

Calen 29,03 ml de HCl de l'envàs per preparar 18 litres de dissolució 0,02 N (N/50)

_________________________________________________________________________________

43.- Calcula el volum aproximat de l'aigua que s'ha d'afegir a 250 cc d'una solució 1,25 N per fer-la 0,5 N

250 ml dis · 1,25 eq = 0,313 eq tenim en total a la dissolució d'origen

1000 ml dis

0,313 eq · 1000 ml dis.final= 626 ml calen a la dissolució final

0,5 eq

626-250= 376 ml calen afegir a la dissolució inicial

_________________________________________________________________________________

44.- Quins volums de HCl 12N i 3N s'han de barrejar per preparar 1 litre de HCl 6N?

X = ml de la dissolució 12N origen que calen per preparar la dissolució 6N.

Y= ml de la dissolució 3 N que calen per preparar la dissolució 6N.

X · 12 + Y · 3 = 6

1000 1000

X + Y = 1000 Y=1000 - X

12 X + 3(1000 - X) = 6

1000 1000

12X+3000-3X = 6

1000

12X+3000-3X=6000

9X=3000 X= 333,33

X+Y=1000 Y= 1000-X = 1000-333,33 = 666,67

Calen 333,33 ml de dissolució 12N i 666,67 ml de dissolució 3N per preparar 1000 ml de dissolució 6N.

_________________________________________________________________________________

45.- Un aliatge d'alumini i coure va ser tractada amb HCl aquós. L'alumini es va dissoldre d'acord amb la següent reacció:

Al + 3H+ Al3+ + 3/2 H2

Però el coure va quedar com a metall pur. Una mostra de 0,415 g de l'aliatge va donar 415 cc de H2 mesurats a 273ºK i 1 atm de pressió.

Quin és el percentatge d'alumini de la mostra?

P·V=n·R·T

P= 1 atm

V= 415 cc 0,415 litres

n= ?

R= 0,082 atm·litre/ºK·mol

T=273 ºK

n = P·V = 1 atm · 0,415 litres = 0,0185 mols de H2

R·T 0,082 atm·litre/ºK·mol · 273ºK

0,0185 mols de H2· 2 mol H+ · 1 mol Al · 26,9815 g Al = 0,3328 g Al a la mostra

1 mol H2 3 mol H+ 1 mol Al

100 · 0,3328 = 80,19% d'Al a la mostra

0,415

_________________________________________________________________________________

M.M.: Massa Mol·lecular

FONAMENTS QUÍMICS DE L'ENGINYERIA

Página 11 de 11