Ejercicios de Reactividad Química

Esta lista de ejercicios junto a los que pueden encontrar en las presentaciones teóricas forma la colección de ejercicios de Reactividad Química de Triplenlace.com.

1. Unidades y estequiometría

UNIDADES

• El color de la luz depende de su longitud de onda. Los rayos visibles más largos, en el extremo rojo del espectro visible, tienen una longitud de 7,8 × 10^-7 m. Expresar esta longitud en nanómetros, micrómetros y angstroms.

CONCENTRACIÓN

• ¿Qué volumen de agua, en mL, se necesita para preparar una disolución 0,3 m de KI si se dispone de 3,67 g de esta sal? ¿Qué volumen, en L, debe alcanzar una disolución de los 3,67 g de dicha sal en agua si se quiere que su concentración sea 0,5 M? (Datos: A (I) = 126,90 g; A (K) = 39,10 g.)

ESTEQUIOMETRÍA

• La ecuación para la preparación de fósforo en un horno eléctrico es (sin ajustar):
  SiO₂  +  C  + Ca₃(PO₄)₂  →  CaSiO₃  +  CO  +   P₄
  Ajustarla y determinar: a) gramos de fósforo formados por mol de Ca3(PO4)2; b) gramos de fósforo  formados por cada gramo de Ca₃(PO₄)₂. (Pesos atómicos: Ca = 40,08;  P = 30,97;  C = 12,01; Si = 28,08; O = 16,00)

• Cierta gasolina para aviación de 2100 octanos contiene 1,00 mL de tetraetilplomo, (C₂H₅)4Pb, por L. Este compuesto (de densidad 1,66 g/mL) se prepara así:
  C₂H₅Cl     +     NaPb   →     (C₂H₅)₄Pb     +     NaCl     +    Pb
  ¿Cuántos gramos de cloruro de etilo, C₂H₅Cl, se necesitan para preparar suficiente tetraetilo de plomo para 2,5 L de gasolina? (Pesos atómicos: Pb = 207,2; H = 1,01; C = 12,01; Na = 22,99; Cl = 35,45)

• El KClO₄ se puede preparar mediante la siguiente secuencia de reacciones:
  Cl₂(g)  +   2 KOH   →    KCl   +   KClO   +   H₂O
  3 KClO   →    2 KCl   +   KClO₃
  4 KClO₃   →    3 KClO₄   +   KCl
  ¿Cuántos litros de Cl₂(g) en condiciones normales se necesitan para preparar 100 g de KClO₄? (Pesos atómicos: K = 39,10; H = 1,01; O = 16,00; Cl = 35,45)

REACTIVO LIMITANTE

• ¿Cuántos gramos de Ca₃(PO₄)₂ pueden obtenerse según la reacción
  3 CaCl₂    +    2 K₃PO₄ →   Ca₃(PO₄)₂    +    6 KCl
  mezclando una disolución que contiene 5,00 g de CaCl₂ con otra que contiene 8,00 g de K₃PO₄? (Pesos atómicos: Ca = 40,08; P = 30,97; O = 16,00; K = 39,10; Cl = 35,45)

RENDIMIENTO, PUREZA

• La sosa caústica, NaOH, se puede preparar comercialmente haciendo reaccionar Na₂CO₃ con cal apagada, Ca(OH)₂. ¿Cuántos gramos de NaOH se pueden obtener tratando 1 kg de Na₂CO₃ con Ca(OH)₂ si el rendimiento de la reacción es del 81%? (Pesos atómicos: Ca = 40,08; Na = 22,99; C = 12,01; O = 16,00; H = 1,01)

• Una muestra impura de 1,2048 g de Na₂CO₃ se disuelve y se deja reaccionar con una disolución de CaCl₂. Después de la precipitación, filtración y secado se encontró que el CaCO₃ resultante pesaba 1,0262 g. Calcúlese la pureza porcentual del Na₂CO₃. (Pesos atómicos: Ca = 40,08; Na = 22,99; C = 12,01; O = 16,00; H = 1,01; Cl = 35,45)

2. Termodinámica

ENTALPÍA, ENERGÍA DE GIBSS, ENTROPÍA, ENERGÍA DE ENLACE

Considérense los siguientes datos termodinámicos (a T = 25 ºC):

• 1) Calcular el ΔH^o de combustión del C₈H₁₈ en kJ/mol a partir de los valores de  ΔH^o_form de reactivos y productos.

• 2) Estimar el ΔH^o de combustión del C₈H₁₈ en kJ/mol a partir de las entalpías de enlace que aparecen en la tabla.

• 3) Calcular el ΔG^o de combustión del C₈H₁₈ en kJ/mol a partir de los valores de energía de Gibbs de formación que aparecen en la tabla.

• 4) Calcular el ΔG^o de combustión del C₈H₁₈ en kJ/mol a partir de los valores de S^o e ΔH^o_form de reactivos y productos (o bien a partir de S^o y del ΔH^oform calculado en el apartado 2).

ENTALPÍA: PROPIEDAD EXTENSIVA

• Sabiendo que ΔH^o_comb(C₈H₁₈)  = – 5471 kJ/mol, calcular el calor producido cuando se quema un litro de octano (densidad = 0,80 g/mL) con oxígeno en exceso en condiciones estándar.

LEY DE HESS

• Calcular la entalpía estándar de combustión del C₈H₁₈  (ΔH^o_comb(C₈H₁₈)) en kJ/mol por la Ley de Hess, sabiendo que el ΔH^o de la reacción  C₈H₁₈ + O₂ → CO + H₂O  es –3207 kJ por mol de C₈H₁₈ y que ΔH^o de la reacción
  CO + O₂ → CO₂ es –283 kJ por mol de CO.

• El calor desprendido durante la combustión del acetileno gaseoso, C₂H₂, a 25º, es 1299,1 kJ/mol. Determínese ΔH^o_form(C₂H₂(g)) sabiendo que las entalpías normales de formación del CO₂(g) y del H₂O(l) son, respectivamente, –393,5 y –285,8 kJ/mol.

• Al disolver 10 g de Na metálico en agua según la reacción siguiente: Na(s) + H₂O(l) → NaOH(dis) + ½ H₂(g) se generan 78,71 kJ, mientras que en la disolución de 20 g de Na₂O, según Na₂O(s)+ H₂O(l) → 2NaOH(dis)  y en iguales condiciones, se generan 20,4 kcal. Sabiendo que el calor normal de formación del agua líquida es de –68,0 kcal/mol, ¿cuál será el calor normal de formación del Na₂O? (Masas atómicas: Na=23; O=16; H=1. 1 J = 0,239 cal).

• Tomando como base las ecuaciones termoquímicas a 25 ºC que se indican a continuación, calcular la entalpía de formación del ácido nitroso en disolución acuosa según la reacción:

½ N₂(g) + ½ H₂(g) + O₂(g) → HNO₂(aq).

ESPONTANEIDAD

• Sabiendo que ΔH^o_comb(C₈H₁₈)  = – 5471 kJ/mol, que Δg^o_comb(C₈H₁₈) = – 5297 kJ/mol y que ΔS^o_comb(C₈H₁₈) = – 0,585 kJ/molK, y en el hipotético caso de que los valores de estas variables no cambien con T, ¿a qué temperatura teórica la combustión del C₈H₁₈ dejaría de ser espontánea?

3. Equilibrio químico

CONSTANTE DE EQUILIBRIO

• Se calienta cierta cantidad de PCl₅(g) en un matraz de 12 L a 250 ºC para que se dé la reacción PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g). En el equilibrio, el matraz contiene 0,21 moles de PCl₅, 0,32 moles de PCl₃ y 0,32 moles de Cl₂. Calcular la constante de equilibrio K_p para la disociación de PCl₅ en esas condiciones

GRADO DE DISOCIACIÓN

• A la temperatura de 300 ºC el gas amoniaco puro se encuentra disociado en un 30 % en nitrógeno e hidrógeno moleculares, cuando la presión total del sistema es de 710 mm de Hg. Calcúlese: a) el número de moles de cada uno de los gases sabiendo que el peso inicial del NH₃ es de 100 gramos; b) la presión parcial de cada uno de los gases que constituyen la mezcla; c) el valor de la constante de equilibrio, K_p, a dicha temperatura. (Datos: Masas atómicas: N=14; H=1).

• A 27 ºC y 1 atm, un 20% del N₂O₄ existente en un reactor está disociado en NO₂. Calcular a) K_p; b) el porcentaje de disociación a 27 ºC y una presión total de 0,10 atm; c) ¿cuál es el grado de disociación de una muestra de 69 g de N₂O₄ confinada en un matraz de 20 L a 27 ºC? (Peso molecular del N₂O₄ = 92)

• El N₂O₄(g) se descompone parcialmente en NO₂(g). En un recipiente vacío de 1 L de capacidad se introducen a 45 ºC 0,1 moles de N₂O₄(g), alcanzándose en el equilibrio una presión de 3,18 atm. Calcular a) el grado de disociación del N₂O₄; b) K_p y K_c.

SISTEMAS HETEROGÉNEOS

• Para la reacción  SnO₂(s) + 2H₂(g) ⇌ 2H₂O(g) + Sn(l)  calcúlese K_p a) a 900 K, sabiendo que la mezcla en el equilibrio gaseoso contiene un 45% de H₂ en volumen;  b) a 1100 K, siendo la proporción de H₂ del 24% en volumen (en ambos casos considérense los gases ideales); c) ¿a cuál de las dos T se obtiene más estaño?

PRINCIPIO DE LE CHÂTELIER

• Para el equilibrio gaseoso  PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g) + Cl₂(g)  explicar el efecto de a) aumentar la temperatura sabiendo que la reacción escrita hacia la derecha es endotérmica; b) aumentar la presión; c) aumentar la concentración de Cl2; d) aumentar la concentración de PCl5; e) añadir un catalizador.

4. Cinética química

• A partir de los siguientes datos, relativos a la reacción de dos sustancias X e Y, determinar a) el orden de reacción respecto a cada reactivo; b) la expresión de la ley de velocidad. (Los subíndices 0 significan “inicial”).

[Solución]

• La ecuación de velocidad encontrada para la reacción A + 2B +C₂ → AC + B₂C es: v = k[A]²[B]. Con estos datos completar los huecos de la siguiente tabla:

[Solución]

• Para la reacción CH₃CO₂C₂H₅ + NaOH → CH₃CO₂Na + C₂H₅OH se han obtenido estos datos:

¿Cuál de las siguientes proposiciones es correcta?: a) la reacción es de 2º orden con respecto al NaOH; b) la v de la reacción se puede expresar como: v = k[CH₃CO₂C₂H₅] [NaOH]²; c) la k tiene un valor numérico igual a 0,107; d) el orden total de la reacción es igual a 3.

[Solución]

5. Equilibrios físicos

• Deducir la ecuación de Clausius-Clapeyron a partir de lnp_v = –(ΔH_v/RT) + B, siendo p_v la presión de vapor de un líquido e ΔH_v su entalpía de vaporización a la temperatura T.

• Se mide la temperatura de ebullición del agua pura en la cima de cierta montaña y resulta ser de 77,5 ºC. Sabiendo que la entalpía de vaporización del agua es ΔH_v = 539,4 cal/g, calcular la presión atmosférica allí.

6. Disoluciones y sus propiedades coligativas

• Completar los huecos en blanco de los siguientes enunciados: a) con 20 g de hidróxido sódico se pueden preparar …….. litros de disolución 0,4 M de hidróxido sódico; b) 70 mL de una disolución 0,2 M de hidróxido sódico contienen …….. moles de hidróxido sódico; c) al disolver 20 g de hidróxido sódico sólido en agua hasta obtener 0,5 L de disolución, esta tiene una molaridad de ……… M. (Datos: Masas atómicas: Na = 23; O = 16; H = 1.)

[Solución]

• ¿Qué volumen de agua habrá que añadir a 500 mL de disolución de ácido sulfúrico al 26% en peso y cuya densidad es igual a 1,12 g·cm^-3 para obtener una disolución 2 N de dicho ácido? (Pesos atómicos de S, O e H = 32, 16 y 1, respectivamente).

[Solución]

• Se tiene un ácido nítrico concentrado de densidad 1,405 g/cm³ y del 70% de riqueza en peso. Calcular: a) el volumen de este ácido que hay que tomar para preparar 500 cm³ de ácido 0,7 N; b) ¿cuánto habrá que diluir el ácido concentrado inicial para obtener un ácido 2N? (Datos: masas atómicas: N=14; O=16; H=1).

[Solución]

• 50 mL de HCl concentrado contenidos en un matraz se mezclan con 1000 mL de agua. De las siguientes proposiciones, señale la que considere correcta: a) la masa de la disolución formada es igual a la suma de las masas de clorhídrico y agua antes de mezclados; b) el volumen de la disolución formada es igual a 1050 mL; c) la densidad de la disolución formada es igual a la media aritmética de las densidades del HCl y agua antes de mezclarlos.

[Solución]

• Se mezcla 1 L de ácido nítrico de densidad 1,38 g/cm³ y 62,7 % de riqueza con 1 L de ácido nítrico de densidad 1,13 g/cm³ y 22,38 % de riqueza. La densidad de la disolución resultante es de 1,276 g/cm³. Hallar a) la concentración, en %, de la disolución final; b) su volumen; c) su molaridad.

[Solución]

• Sean tres disoluciones 1 molal de hidróxido potásico, ácido acético y nitrato cálcico en agua. Ordenarlas de mayor a menor temperatura de ebullición.

[Solución]

• Conocidas para el agua las constantes de descenso molal del punto de congelación, K_f = –1,86 ºC·mol^-1·kg, y de elevación del punto de ebullición, K_e = 0,51 ºC·mol^-1·kg, indicar los valores de los puntos de ebullición y fusión de sendas disoluciones 1 molal de azúcar, hidróxido potásico, y nitrato cálcico y 0,1 molal de ácido acético sabiendo que la constante de disociación de este último es 1.8·10^-5 y suponiendo que no existen interacciones entre los iones en disolución.

[Solución]

• Se disuelven 10^-2 moles de un electrolito hipotético AE₂ en 800 mL de agua. Si esta disolución congela a –0,029 ºC, y suponiendo que AE₂ dé iones A²⁺ y E^– en su disociación, calcular cuánto valdrían el grado de disociación y el factor i de Van’t Hoff, sabiendo que la constante crioscópica del agua vale K_f = –1,86 ºC·mol^-1·kg. Considerando el grado de disociación independiente de la temperatura, ¿a qué T herviría la disolución? (K_e = 0,512 ºC·mol^-1·kg).

[Solución]

7. Equilibrios de ácidos y bases

• ¿Cuál es el pH de una disolución 0,02 M de ácido clorhídrico? ¿Y el de una disolución 0,005 de ácido sulfúrico?

• El pH de una disolución 0,2 M de un ácido monobásico es de 1,31. Calcular a) la constante de ionización del ácido; b) la concentración que debería tener para que su pH fuera igual a 2.

• Tenemos 1 L de una disolución acuosa de ácido acético (HAc) 0,2 M a 25 ºC.
  a) Calcular su pH (K_a del acético a 25 ºC = 1,76·10^-5 M).
  b) Si a la disolución anterior le añadimos 25 g de NaAc, ¿cuál será el pH? (despreciar el incremento de volumen)
  c) Si añadimos 5 mL de NaOH 1 M a 100 mL de la disolución original, ¿cuál será el pH?
  d) Si añadimos 5 mL de NaOH 1M a 100 mL de la disolución del apartado b, ¿cuál será el pH?
  e) Si añadimos 5 mL de H₂SO₄ 1M a 100 mL de la disolución del apartado b, ¿cuál será el pH?

• ¿Cuál será es el pH de la disolución obtenida tras añadir 50 mL de NaOH 0,2 M a 50 mL de una disolución 0,2 M de ácido acético (K_a = 1,76·10^-5 M) ?

• Se quieren valorar 50 mL de ácido acético 0,150 M con KOH 0,100 M. 1. ¿Cuál es el pH de la disolución de acético? 2. ¿Cuál es el pH después de adicionar 75 mL de la disolución de KOH suponiendo los volúmenes aditivos? 3. ¿Cuál será el pH en el punto de equivalencia de la valoración? (Dato: Ka(HAc) = 1,8·10^-5 M)

8. Equilibrios de solubilidad

• Sabiendo que el producto de solubilidad del AgI en agua pura es de 1,5·10^-16 a 25 ºC, ¿cuál será la solubilidad de dicha sal? ¿Y su solubilidad en una disolución acuosa de yoduro sódico 0,1M?

[Solución]

• Un precipitado de carbonato de plata se halla en equilibrio con una disolución saturada de esta sal. ¿Qué se podría añadir a esta disolución para que la cantidad de este precipitado aumente? a) H₂O; b) HNO₃; c) Na₂CO₃; d) NH₄OH.

[Solución]

• El producto de solubilidad del cloruro de plata a 20 ºC es 1,77·10^-10 moles² L^-2. ¿Cuál es la solubilidad del AgCl en una disolución cuya concentración de iones cloruro es de 3,4·10^-2 M?

[Solución]

• Añadimos 2 g de Fe(OH)₃ (M = 106,85) a 1 L de agua. Si K_ps (Fe(OH)₃)= 2,5·10-39, calcular: a) la solubilidad del Fe(OH)₃; b) la solubilidad a pH = 9; c) ¿a qué pH mínimo (ácido) se solubilizarán los 2 gramos?; d) Si mezclamos medio litro de disolución de NaOH 10^-5 M con medio litro de FeCl₃ de la misma concentración, ¿se producirá algún precipitado?

[Solución]

• Calcular la solubilidad en gL^-1 del Ag₂CrO₄ a 25 ºC a) en agua pura; b) en una disolución 0,100M de AgNO₃. c) ¿Aumentará o disminuirá la solubilidad del Ag₂CrO₄ en cada uno de los casos al añadir amoniaco a las respectivas disoluciones? Datos: K_ps(Ag₂CrO₄) a 25ºC = 1,12·10^-12. Masas atómicas: Ag = 108; Cr = 52; O = 16.

[Solución]

• Se dispone de dos tubos de ensayo que contienen 2 mL de una disolución 10^-5 M de nitrato de plata cada uno y que se encuentra a 25 ºC. Al primero de ellos se le añade 2 mL de ácido clorhídrico de concentración 10^-4 M, y al segundo, 4 mL de ácido clorhídrico 10^-5 M. ¿Se formará un precipitado de cloruro de plata en alguno? (K_sp(AgCl) a 25 ºC = 1,56·10^-10)

[Solución]

9. Reacciones de oxidación-reducción

Ajustar la siguiente reacción de oxidación-reducción: K₃Fe(CN)₆ + Cr₂O₃ + KOH →  K₄Fe(CN)₆ + K₂CrO₄ + H₂O

[Solución]

10. Equilibrios rédox

• Los potenciales normales de reducción (E^o de los sistemas Zn²⁺/Zn y Cu²⁺/Cu son –0,76 y +0,34 V.  a) ¿Qué potencial suministra una pila Daniell (Cu/Cu²⁺ || Zn²⁺/Zn) si las concentraciones de CuSO₄ y ZnSO₄ son 1 M? b) ¿Cuál es el E^o de cada semicélula y el total de la pila si la concentración de CuSO₄ es 0,005 M y la de ZnSO₄ es 1,5 M? c) ¿Cuál es el valor de ΔG cuando [Cu²⁺] = 6,19·10^-38 y [Zn²⁺] = 1 M? d) Calcular la constante de equilibrio de la reacción electroquímica que se produce en la pila.

[Solución]

• En una pila se produce la siguiente reacción global: MnO₄K + HCl → KCl + MnCl₂ + H₂O + Cl₂. Calcular el E de la pila si el pH es 2 y las concentraciones de las demás especies electroactivas en disolución son las siguientes: [MnO₄^–] = 0,01 M; [Cl^–] = 0,1 M; [Mn²⁺] = 0,5 M. (Datos: E^o(MnO₄^–/Mn²⁺) = 1,49 V; E(Cl₂/Cl^–) = 1,36 V).

[Solución]

• Una pila está formada por los pares I₂/I^– (E^o = 0,54 V) y Cr₂O₇^2-/Cr³⁺ (E^o = 1,33 V). Se pide a) escribir la reacción que tendría lugar y ajustarla por el método del ion-electrón; b) calcular el potencial normal de la pila; c) calcular el potencial en el caso en que [H⁺] = 1M y la concentración de las demás especies sea 0,01 M, excepto la del I₂, que es 10^-6 M.

[Solución]

• El potencial de reducción de un electrodo de hidrógeno es –0.649 V. Calcular la concentración de iones H⁺ de la disolución electrolítica correspondiente e indicar si es ácida o básica.

[Solución]

• Se electroliza 1 L de una disolución de CuCl₂, descargándose Cu y Cl₂. El Cl₂ se recoge en un recipiente de 2 L, siendo su p = 0,25 atm a 300 K. ¿Cuál era la concentración del CuCl₂? b) ¿Qué carga pasa? Si la intensidad es de 1 A, cuánto tiempo dura la electrólisis? c) En la electrolisis de una disolución idéntica a la anterior se pasan 2 A durante 5 mn. ¿Cuánto Cu se deposita? d) Se ponen dos cubas en serie, una con CuCl₂ y otra con NaCl; si en la primera se liberan 0,05 g de Cl₂, ¿cuánto en la segunda? ¿Cuánto Na? (Pesos atómicos: Cl = 35,45, Cu = 63,55, Na = 22,99).

[Solución]

11. Reacciones de polimerización y nucleares

REACCIONES DE POLIMERIZACIÓN

• ¿Qué compuesto da el propeno cuando se polimeriza?

[Solución]

• a) Escribir un disacárido entre la α-D-glucopiranosa y la β-D-glucopiranosa. b) Formular el tripéptido Ser-Gly-Cys.

[Solución]

 REACCIONES NUCLEARES

• Identificar las especies X en la siguientes reacciones nucleares:
  a) ²⁴¹₉₅Am →  X  + ⁴₂α
  b) X →  ³₂He + ⁰_-1β
  c) ¹¹₆C →  ¹¹₅B  +  X
  d)   ⁷₄Be +  X →  ⁷₃Li
  e) ³₃He* →  ³₃He  +  X
  f) ¹⁴₇N (a,p) X

[Solución]

12. Visión general de las reacciones químicas

• Completar las siguientes reacciones químicas ácido/base y decir de qué tipo son:
  a) H₂SO₄ + NaOH → …
  b) HCN + NH₃ →  …
  c) CO₂ + Na₂O → …
  d) CO₂ + NaOH → …
  e) CuS + HCl → …
  f) NaCl  +  H₂SO₄ →  …
  g) Br₃P + H₂O → …
  h) NaAc + H₂O → …
  i) Na + H₂O → …

[Solución]

• Completar las siguientes reacciones químicas rédox y de precipitación:
  a) Fe₂O₃ + C → …
  b) KMnO₄ + H₂S + … → MnSO₄ + S + …
  c) AgNO₃ + NaCl → …
  d) NaCO₃ + Ca(OH)₂  → …

[Solución]