(BLOQUE 2) 25. (ESTA PREGUNTA Y LAS DOS SIGUIENTES ESTÁN RELACIONADAS). En el experimento 1 se quema una masa m de etano (CH3-CH3) y en el experimento 2 se quema la misma masa de butano (CH3-CH2-CH2-CH3), en ambos casos en exceso de O2, de modo que las combustiones son completas. Tomando como pesos atómicos del C y del H, respectiva y aproximadamente, 12 y 1, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es correcta?
(A). En el experimento 2 se obtendrá el doble de masa de CO2 que en el experimento 1.
(B). En el experimento 2 se obtendrán 5/3 del número de moles de agua que se obtienen en el experimento 1.
(C). En ambos experimentos se requiere prácticamente la misma masa de O2 para quemar completamente ambos compuestos (la diferencia es de menos del 5%).
(D). O bien falta un dato o bien ninguna de las otras respuestas es correcta.
Solución: C. Las reacciones de combustión son:
CH3-CH3 + 7/2 O2 ⟶ 2 CO2 + 3 H2O
CH3-CH2-CH2-CH3 + 13/2 O2 ⟶ 4 CO2 + 5 H2O
El peso molecular del etano es 30 y el del butano, 58. Por ello, en una masa m de etano tenemos m/30 moles de este compuesto; pero en la misma masa de butano tenemos menos moles, concretamente m/58. Dadas las estequiometrías de ambas reacciones, en la primera se producirán 2m/30 moles de CO2 y en la segunda 4m/58 moles de CO2; es decir, 0,067m en la primera y 0,069m en el segundo. Son cantidades muy parecidas; obviamente, una no es el doble de la otra.
En cuanto a moles de H2O, en el primer experimento se obtienen 3m/30, y en el segundo 5m/58. La relación de moles de agua entre el segundo y el primer experimento es 25/29, que no coincide con 5/3.
Respecto al O2, la masa que se necesita para quemar el etano es de MO₂ (7/2) (m/30), y la que se necesita para quemar el butano es MO₂ (13/2) (m/58), siendo MO₂ la masa molecular del O2. Operando se obtiene 0,117MO₂m en el primer caso y 0,112MO₂m. La diferencia es 0,005 MO₂m, que es el menos del 5% tanto respecto a la primera cantidad como a la segunda.
26. (ESTA PREGUNTA ESTÁ RELACIONADA CON LA ANTERIOR Y LA SIGUIENTE). En un tercer experimento se quema una mezcla de una masa m de butano (expresada en gramos) y la misma masa m de etano (también expresada en gramos) con un exceso de O2 de modo que la combustión de los hidrocarburos sea completa. ¿Qué número de moles de CO2 se obtendrá?
(A). 0,136m
(B). 6m
(C). 0,069m
(D). Una cantidad diferente a las anteriores
Solución: A. Las dos reacciones de combustión, como se ha dicho, son:
CH3-CH3 + 7/2 O2 ⟶ 2 CO2 + 3 H2O
CH3-CH2-CH2-CH3 + 13/2 O2 ⟶ 4 CO2 + 5 H2O
Para una masa m expresada en gramos, el número de moles de CH3-CH2-CH2-CH3 será m/58, y el de CH3-CH3, m/30. El número de moles de CO2 que se producirá en cada reacción es, respectivamente, 4m/58 y 2m/30, cuya suma es 0,136m.
27. (ESTA PREGUNTA ESTÁ RELACIONADA CON LAS DOS ANTERIORES). En un cuarto experimento, en un recipiente de 1000 L de capacidad, se introduce una mezcla de 80 g de butano y la misma masa de etano, pero esta vez con la cantidad exacta que se necesita de O2 para que la combustión de ambos hidrocarburos sea completa. La presión inicial en el interior del recipiente es la atmosférica y la temperatura es la ambiente. Terminada la reacción, se ajusta la temperatura del interior del recipiente a 200 oC, comprobándose que en estas condiciones solo hay gases en dicho recipiente, no líquidos. ¿Qué presión ejercen, suponiendo comportamiento ideal?
(A). Aproximadamente 1 atm.
(B). Aproximadamente 3,1 atm.
(C). Aproximadamente 0,216 atm.
(D). El resultado que se obtiene es muy diferente de los anteriores.
Solución: A. Como los hidrocarburos se queman completamente, no quedará nada de ellos en el reactor al terminar la reacción. Tampoco de O2, pues se empleó la cantidad estequiométrica necesaria. Solo habrá CO2 y H2O, y ambos en estado gaseoso, según indica el enunciado del problema. La cantidad de moles de estos gases que se forman en la combustión del butano es 80·(4/58) + 80·(5/58) = 12,41. Y la que se forma en la combustión del etano es 80·(2/30) + 80·(3/30) = 13,33. El número total de moles gases será de 25,74.La presión que ejercerán será: 25,74·0,082·473 / 1000 = 1 atm.
