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):

C8H18(líq) O2(gas) CO2(gas) H2O(líq) C=O O–H C-H C-C O=O
ΔHoform /kJ·mol-1 -249,9 0 -393,51 -285,83
ΔGoform /kJ·mol-1 6,4 0 -394,36 -237,13
So /J·K-1·mol-1 358 205,14 213,74 69,91
ΔHoenlace /kJ·mol-1 803 460 414 347 494
  • 1) Calcular el ΔHo de combustión del C8H18 en kJ/mol a partir de los valores de  ΔHoform de reactivos y productos.
  • 2) Estimar el ΔHo de combustión del C8H18 en kJ/mol a partir de las entalpías de enlace que aparecen en la tabla.
  • 3) Calcular el ΔGo 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 ΔGo de combustión del C8H18 en kJ/mol a partir de los valores de So e ΔHoform de reactivos y productos (o bien a partir de So y del ΔHoform calculado en el apartado 2).

ENTALPÍA: PROPIEDAD EXTENSIVA

  • Sabiendo que ΔHocomb(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  (ΔHocomb(C8H18)) en kJ/mol por la Ley de Hess, sabiendo que el ΔHo de la reacción  C8H18 + O2 → CO + H2O  es –3207 kJ por mol de C8H18 y que ΔHo 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 ΔHoform(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).

NH4NO2(s) → N2(g) + 2H2O(l) ΔH = –300,12 kJ
H2(g) + ½O2(g) → H2O(l) ΔH = –284,24 kJ
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(aq) ΔH = –170,54 kJ
NH3(aq) + HNO2(aq) → NH4NO2(aq) ΔH = –38,04 kJ
NH4NO2(s) → NH4NO2(aq) ΔH = 19,85 kJ

ESPONTANEIDAD

  • Sabiendo que ΔHocomb(C8H18)  = – 5471 kJ/mol, que Δgocomb(C8H18) = – 5297 kJ/mol y que ΔSocomb(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 Kp 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, Kp, 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) Kp; 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) Kp y Kc.

SISTEMAS HETEROGÉNEOS

  • Para la reacción  SnO2(s) + 2H2(g) ⇌ 2H2O(g) + Sn(l)  calcúlese Kp 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”).
Experimento [X]0 /mol L-1 [Y]0 /mol L-1 v0 /mol L-1 mn-1
1 0,003 0,1 0,45·10-6
2 0,01 0,03 1,5·10-6
3 0,03 0,1 0,45·10-4
4 0,003 0,003 1,35·10-8

[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:
[A]0 /mol L-1 [B]0/mol L-1 [C]0/mol L-1 v0/molL-1s-1
Exp. 1 0,10 0,10 0,10 3,27·10-5 mol L-1s-1
Exp. 2 0,10 0,10 0,817·10-5 mol L-1s-1
Exp. 3 0,20 3,27·10-5 mol L-1s-1
Exp. 4 0,10 0,40

[Solución]

  • Para la reacción CH3CO2C2H5 + NaOH → CH3CO2Na + C2H5OH se han obtenido estos datos:
Concentración inicial (moles/L) Velocidad inicial
[CH3CO2C2H5] [NaOH] (moles/L·s)
0,10 0,10 0,107·10-2
0,20 0,10 0,214·10-2
0,40 0,10 0,428·10-2
0,10 0,20 0,214·10-2
0,10 0,30 0,321·10-2

¿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 lnpv = –(ΔHv/RT) + B, siendo pv la presión de vapor de un líquido e ΔHv 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 ΔHv = 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, Kf = –1,86 ºC·mol-1·kg, y de elevación del punto de ebullición, Ke = 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 Kf = –1,86 ºC·mol-1·kg. Considerando el grado de disociación independiente de la temperatura, ¿a qué T herviría la disolución? (Ke = 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 (Ka 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 (Ka = 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 Kps (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: Kps(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? (Ksp(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 (Eo 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 Eo 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: Eo(MnO4/Mn2+) = 1,49 V; E(Cl2/Cl) = 1,36 V).

[Solución]

  • Una pila está formada por los pares I2/I (Eo = 0,54 V) y Cr2O72-/Cr3+ (Eo = 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]