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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS
FACULTAD DE INGENIERÍA
CURSO PREFACULTATIVO
GESTIÓN 2021
QUÍMICA
Banco de Preguntas y Respuestas – Breve
Teoría
PRIMERA EDICIÓN
Junio de 2021
Copyright © Curso Prefacultativo 2021, La Paz – Bolivia
Queda prohibida la reproducción total o parcial de este libro por cualquier medio o
procedimiento, ya sea electrónico o mecánico, el tratamiento informático, el alquiler o
cualquier otra forma de cesión sin la autorización previa y por escrito de los titulares del
copyright.
De los Autores: Ing. Lucio Mollericona Villca & Ing. Juan Rolando Muñoz Huanca
Edición, Diseño de colección y maquetación: Jose Luis Vargas Sumi
Diseño de la portada (tapa contratapa): Ing. Abraham Apaza Choque
Impresión:
XXL papel de Nerida Pelaez de Vargas
Depósito Legal:
4-1-236-2021
La Paz - Bolivia
PRESENTACIÓN
La Facultad de Ingeniería de la Universidad Mayor de San Andrés, tiene el agrado de
presentar la primera edición del libro “QUÍMICA Banco de Preguntas y Respuestas –
Breve Teoría” siendo el libro oficial de la Facultad de Ingeniería para la capacitación de
los estudiantes de Colegio que desean ingresar a nuestra casa superior de estudios a
través del Curso Pre facultativo.
El libro surge del trabajo conjunto de los Docentes y Auxiliares del Área de Química del
Curso Pre facultativo de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Mayor de San
Andrés, con el objetivo de nivelar los conocimientos de los bachilleres que postulan a las
diferentes Carreras de Ingeniería.
El libro nació en los pasillos y aulas del Curso Pre facultativo de la Facultad de Ingeniería,
cuándo muchos de sus estudiantes nos preguntaban: ¿Cuál es el libro oficial con el que
puedo estudiar?, y posteriormente, al no haber un libro que enseñe todo lo que necesita
un joven para ingresar a nuestra facultad, posteriormente los estudiantes nos
preguntaron: ¿Porque no elaboran un libro?
Este libro cubre el vacío incómodo y nebuloso que hay entre la escuela secundaria y la
universidad y el libro fue diseñado pensando en la metodología de enseñanza y hace que
el estudiante se motive y aprenda de una manera muy ágil. En este libro la Facultad de
Ingeniería entrega al estudiante del ciclo de preparación un compendio de ejercicios de
química que le serán muy útiles en la mayoría de los cursos de su carrera.
El libro también recopila exámenes, prácticas y experiencia de varios años y se enriquece
con imágenes, curiosidades y conexiones para mostrar la QUÍMICA inmersa en el que
hacer humano y producto de su historia.
En sus páginas concurren diferentes perspectivas, imágenes, diagramas y actividades,
que presentan los desarrollos culturales y fenómenos científicos dentro de contextos
interconectados y evolutivos.
Esta obra es de interés no solo de los postulantes a la Facultad de Ingeniería sino de
todas aquellas personas curiosas, interesadas en la evolución del conocimiento,
dispuestas a seguir abriendo puertas de aprendizaje y descubrimiento.
Como autoridades Facultativas, consideramos importante la edición y publicación de éste
libro, puesto que recoge la experiencia e investigación de Docentes y Auxiliares del Área.
Finalmente agradecemos y felicitamos a los Docentes y Auxiliares del Área y al Director
del Curso Pre facultativo, Ing. Ángel Wilberto Calderón Ballesteros, por su valioso aporte
en la coordinación y elaboración del libro, durante su gestión.
La Paz, Junio de 2021
Ing. Alejandro Martín Mayori Machicao Ing. Freddy Gutiérrez Barea
DECANO VICEDECANO
PRESENTACIÓN DIRECTOR
Con gran beneplácito presentamos este libro, fruto del trabajo conjunto entre Docentes
comisionados y Auxiliares de Docencia del Curso Prefacultativo de la prestigiosa Facultad
de Ingeniería de la Universidad Mayor de San Andrés.
Los capítulos que se abarcan están contenidos en nuestro programa oficial de la
asignatura:
1. Conceptos Fundamentales
2. Estructura Atómica, Átomos, Moléculas y Tabla Periódica de los Elementos
3. Nomenclatura de sustancias Químicas Inorgánicas
4. El Estado Gaseoso
5. Nomenclatura de Sustancias Químicas Orgánicas
6. Balance de Materia con Reacción y Sin Reacción
Estructura del libro:
Parte I Banco de Ejercicios: Donde se presenta una colección grande de ejercicios
planteados, para que el estudiante los analice e intente resolver personalmente,
con apoyo de la teoría incluida.
Parte II Solucionario: Donde se presenta un Marco Teórico con breve teoría y
explicación de conceptos y métodos, para posteriormente desarrollar la resolución
paso a paso e inextensa de cada ejercicio propuesto en la parte I.
Se recomienda que el estudiante inicialmente inspeccione la Parte I y se proponga
resolver los ejercicios propuestos, empleando su metodología propia, comparando luego
su respuesta con la solución planteada por los autores. Esto permitirá desarrollar las
habilidades de los estudiantes y coadyuvará en su formación y preparación en miras de
encarar los exámenes del Curso Prefacultativo y colateralmente fortalecerá sus destrezas
para encarar los primeros semestres de su carrera.
Esperamos que este libro sea provechoso y de gran ayuda a los estudiantes
provenientes del ciclo secundario y logren los objetivos que se persiguen dotando de
material de consulta con un gran nivel de preparación.
La Paz, Junio de 2021
Ing. Ángel Wilberto Calderón Ballesteros
DIRECTOR CURSO PREFACULTATIVO DE INGENIERÍA
DOCENTES REVISORES
AUXILIARES DE DOCENCIA GESTIÓN 1-2021
BOZO FLORES LINDER DANIEL
CACERES ESCOBAR FRANZ
CHAMACA LUNA ANGELA
CHAVEZ AGUILAR CYNTHIA BELEN
CHAVEZ PRIETO CARLOS ANTONIO
CHOQUE RAMIREZ JHONNY MARCELO
COYO LLANQUE MARIELA
CRISPIN COLLO LUIS HECTOR
GARCIA QUISPE REYNALDO MANUEL
GUTIERREZ CARRILLO MASSIEL FERNANDA
LAURA RAMOS JOSE ANTONIO
LUNA ATAHUACHI BRIAN MARCOS
ROJAS RIVERO JOAO MARCELO
SINKA TONCONI MARIA ESTEFANY
VELASQUEZ ROCHA PABLO
YAMPA QUISPE MIJAEL
ÍNDICE
.................................................................................................... 1
.................................................................................................... 1
... 3
...................................................... 6
................................................................................................................... 9
.................................................... 14
.................................................... 18
................................................................................................................... 23
.................................................................................................. 23
............................................................................................................................ 23
.................................................................................................................. 29
. 45
............................................................................................................................ 45
.................................................................................................................. 48
.................................................... 71
............................................................................................................................ 71
.................................................................................................................. 73
.................................................................................................................87
............................................................................................................................ 87
.................................................................................................................. 89
.................................................. 131
.......................................................................................................................... 131
................................................................................................................ 135
I. Banco de ejercicios
1. Conceptos Fundamentales
2. Estructura Atómica, Átomos, Moléculas y Tabla Periódica de los Elementos
3. Nomenclatura de sustancias químicas inorgánicas
4. El estado Gaseoso
5. Nomenclatura de Sustancias Químicas Orgánicas
6. Balance de Materia con Reacción y Sin Reacción
II. Solucionario
1. Conceptos Fundamentales
Marco teórico
Ejercicios Resueltos
2. Estructura Atómica, Átomos, Moléculas y Tabla Periódica de los Elementos
Marco teórico
Ejercicios Resueltos
3. Nomenclatura de sustancias químicas inorgánicas
Marco teórico
Ejercicios Resueltos
4. El estado Gaseoso
Marco teórico
Ejercicios Resueltos
5. Nomenclatura de Sustancias Químicas Orgánicas
Marco teórico
Ejercicios Resueltos
.................................................. 161
.......................................................................................................................... 161
................................................................................................................ 166
BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................192
6. Balance de Materia con Reacción y sin Reacción
Química
Marco Teórico
Ejercicios Resueltos
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BANCO DE EJERCICIOS
1
1.1 Convertir 6560 µm (micrómetros) a Tm
(Terametros).
1.2 La ciudad de La Paz tiene aproximadamente
habitantes, suponiendo que por cada 5
personas exista un vehículo y que este logre un
recorrido de 100 [km/día] con un consumo
promedio de combustible (gasolina y/o diésel) de
1 litro por cada 12 Km.
Calcule el volumen de combustible consumido en
un año.
1.3 Un depósito contiene 0.18 m3 de cierto
líquido. El depósito posee un pequeño orificio en
su base de tal modo que gotea a un ritmo
constante de 210 [gotas/min]. Sabemos que 2 ml
de líquido son 31 gotas ¿Qué tiempo en horas
tardara el depósito en quedarse al 50% de su
contenido?
1.4 La ciudad de La Paz tiene 850000 habitantes.
Si cada uno consume 2332 galones de agua al
año, ¿cuántas toneladas de hipoclorito de sodio
del 25% en masa de cloro se necesitan por año,
para que el contenido de cloro en el agua sea de
6 ppm?
1.5 Se fabrican cadenitas de peltre (75% Sn, 25%
Pb) para el consumo nacional y de exportación.
Los alambres de peltre tienen un diámetro de 0.7
mm, la argollita se fabrica con 0.6 cm de alambre,
La cadena tiene 150 argollitas y 0.8 gramos de
peltre para el sujetador. Sabiendo que la
densidad del alambre es de 8 gramos por cada
ml.
Si un rollo de peltre pesa 600 g. Cuantos
rollos se emplean si se venden en el mercado
nacional 300 cajas de cadenitas (1 caja =
1500 unidades) y se exportan 7000 cajas.
1.6 1m3 de aluminio tiene una masa de 2700 kg y
1m
3
de hierro tiene una masa de 7860 kg.
Encuentre el radio de una esfera solida de
aluminio que se equilibre con una esfera solida
de hierro de 2cm de radio en una balanza de
brazos iguales.
Fe
Hierro
Al
Aluminio
A
1.7 Una mezcla de dos sustancias está formada
por 1450 gramos de una sustancia A y 1580
gramos de una sustancia B. El volumen total de
la mezcla es igual al volumen de 3500 gramos de
leche, cuya densidad es 1.1 g/cm
3
.
a) Calcular la densidad de la mezcla.
b) Encontrar su densidad relativa.
c) Si la sustancia A tiene una densidad de
0.85 g/cm
3
. cuál es la densidad de la sustancia B?
1.8 La suma de masas de agua y alcohol etílico
es de 60 gr y la diferencia de sus volúmenes es
de 10 ml. La densidad la mezcla es de 0.91
[g/ml]. Hallar:
a) La densidad del alcohol etílico
b) La densidad relativa del alcohol etílico
c) Si 80 gr de alcohol etílico se almacenan en
un recipiente cubico. ¿Qué longitud tendrán los
lados del cubo?
1.9 La temperatura de ebullición del hidrógeno a
la presión de una atmósfera es 20K, el mismo
punto en la escala absoluta de “A”; es la quinta
parte del valor numérico que en la escala Celsius.
a) Exprese una relación entre la escala A y la
escala kelvin
b) Los medios de cultivo para recuento de
microorganismos se deben esterilizar y luego
enfriar para usarlos, en un trabajo de laboratorio se
usa un medio de cultivo cuya temperatura inicial es
de 716ºA al introducir a la autoclave para
esterilizar dicho medio de cultivo se aumentó en
100 ºF, y para usar el medio se disminuye la
temperatura en 550 R. Calcular la temperatura
final del medio de cultivo en grados kelvin
1.10 A que temperatura se hallan los cuerpos A y
B si con un termómetro °C, se registra que la
temperatura del cuerpo a es la mitad de la que
ofrece B, si se emplea un termómetro de escala
I. Banco de ejercicios
1. Conceptos Fundamentales
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BANCO DE EJERCICIOS
2
absoluta Kelvin (K) la temperatura del cuerpo es
¾ de la que tiene el cuerpo B.
1.11 Para festejar la llegada de la primavera, un
grupo de estudiantes deciden organizar una
“fiesta bailable”, donde se servirán “chuflay” (una
mezcla de singani y Ginger Ale), con relación a la
bebida. Si el gusto alcohólico es de 10% en
volumen, el singani tiene una concentración de
47% en volumen de alcohol, el número de
estudiantes participantes es de 25 y, cada uno de
ellos, se sirve 13 vasos de 120 ml.
a) ¿cuántas botellas de singani de 700 ml
son necesarias?
b) si cada botella de singani vale Bs. 60 y la
botella de 2 litros de Ginger Ale cuesta Bs.
5.50, ¿cuál será el costo total del
“chuflay”?
c) ¿cuánto tendrá que aportar cada
estudiante para este acontecimiento?
1.12 Una muestra de ácido sulfúrico de 95.7% en
peso de H2SO4 y de densidad igual a 1.84 g/cm3.
Calcular:
a)¿Cuántos gramos de H2SO4 puro contiene 1
litro de ácido?
b) ¿Cuántos cm3 de ácido contienen 100 g de
H2SO4 puro?
1.13 Se mezcla 800 ml de benceno (C6H6) y 1200
ml de tetracloruro de carbono (CCl4), para formar
una mezcla homogénea.
Determinar:
a) Porcentaje en masa de cada componente
de la mezcla
b) Densidad de la mezcla.
Densidad relativa del benceno y tetracloruro de
carbono: 0.89; 1.10 respectivamente.
1.14 La fluoración es el proceso de agregar
compuestos de fluor al agua potable para ayudar
a combatir la caries dental. Una concentración de
1 ppm (1 g de fluor por un millón de gramos de
agua) de fluor es suficiente para este fin. El
compuesto normalmente seleccionado es el NaF
con un 45 % de fluor en masa. Considerando la
densidad del agua igual a 1 g/ml, calcular:
a) Calcular la cantidad de NaF en Kg que se
necesita anualmente para una ciudad de
50000 habitantes si el consumo diario de
agua por persona es de 100 galones.
b) La cantidad de NaF en kg que se desperdicia
por año si cada persona solo utiliza 9 litros de
agua por día para beber y cocinar.
c) Sí el NaF tiene un costo de 1.5 $us/ lb ¿cuál
es el costo anual en el que incurre la empresa
que proporciona el agua a la población?
1.15 Una empresa textil dedicada a la
exportación de prendas, recibe un contrato para
exportar 100.000 prendas. Cada prenda presenta
las siguientes características, peso unitario 200 g,
composición de la tela 60% algodón, 40%
poliéster. La secuencia del proceso es tejido,
teñido y confección.
La planta de tejido despacha 500 kg diarios de tela
cruda, la planta de teñido solodespacha 300 kg y
tiene una pérdida del 5% de la tela teñida, la planta
de confección elabora 3000 prendas por día.
Determinar:
a) El tiempo en días que tardará la empresa textil
en elaborar las 100.000 prendas.
b) El Costo unitario por prenda en Bs., si el precio
del algodón es 6.50 $us por kg, del poliéster es
3 $us por kg, el proceso de tejido tiene un
costo de 1.40 $us/kg, el proceso de teñido el
costo es de 1.20 $us/kg y para el proceso de
confección es de 1.50 $us por prenda. (Los
costos incluyen mano de obra).
c) Si el directorio de la empresa decide imponer
un margen de utilidad del 60 % a cada prenda,
cuál será la utilidad total en Bs por las
100.000,0 prendas (tipo de cambio 1$us=7 Bs)
1.16 La suma de las masas de agua y alcohol
etílico es de 60 g y la diferencia de sus
volúmenes es de 10 cm
3
. a) Si la densidad de la
mezcla es de 0.911 g/cm
3
, determine la densidad
del alcohol etílico.
b) Si 80 g de alcohol etílico se almacena en un
recipiente cúbico, ¿qué longitud tendrá uno de los
lados del recipiente?
1.17 Una mezcla de tres líquidos contiene 40 %
en masa de A
y 30 % en volumen de agua.
Calcular la densidad del tercer líquido, si la
densidad de la mezcla es
1.18 Se ha construido una escala de temperatura
tomando como referencia el punto de ebullición
CURSO PREFACULTATIVO DE INGENIERÍA – QUÍMICA
BANCO DE EJERCICIOS
3
del agua 130°A y el punto de fusión del hielo –
10°A
a) Encontrar la expresión matemática que
relacione la escala A y la escala
centígrada.
b) El alcohol hierve aproximadamente a 80°C
¿A cuántos grados A equivalen?
c) ¿Cuál será el cero absoluto en esta
escala?
d) Mientras se construirá el termómetro la
temperatura aumenta 3°C exprese este
aumento en °A.
1.19 Se disponen de dos termómetros uno de
ellos considera que el punto de fusión del hielo es
de –35º A y en el otro 45ºB, y el punto de
ebullición del agua de 140ºA y 290ºB
respectivamente calcular:
a) Hallar la temperatura (- 40 ºC) en ºA y en °B
b) ¿En qué valor numérico ambos termómetros
marcarán el mismo valor?
1.20 Determinar una expresión que permita
relacionar la escala absoluta T (en la cual el agua
hierve a 201.51 T) y la escala Rankine
Si el agua hierve en la ciudad de La Paz a 87°C
¿A qué temperatura hervirá en la escala T?
2.1 Un elemento es isobaro con el elemento
, el átomo tiene un numero de masa y un
número atómico que son el doble y la mitad, del
número atómico y número de masa de un átomo
, respectivamente. Hallar el número de masa
(#) de , si los neutrones de y suman 56.
2.2 Se tiene dos isótopos X y Y cuya diferencia
entre sus números de masa es la unidad. El
primero de mayor carga másica tiene una carga
electrónica de -1, y un número atómico de 53. El
segundo una carga electrónica de +5, y una
relación electrón neutrón de 16/25. Determinar el
número de masa (#) masa del elemento X.
2.3 Un elemento C es isotopo con el elemento
. Otro elemento E (Z=10) suma sus electrones
con “D” para tener 30 electrones en total. A su
vez el elemento C es isótono de E y la diferencia
de sus cuadrados de los números de mas es de
340. Calcular el número de masa (#) del
elemento más ligero.
2.4 Existen varias alternativas para desinfectar y
purificar el agua en pequeña escala, una de ellas
es por sustancias químicas como cloro. Las
tabletas de “PURIMAX” son el desinfectante
comercial más conocido para desinfección del
agua de beber, dichas tabletas contienen 90% de
. Si una tableta de 160 mg se utiliza
para desinfectar 88.2 lb de agua y se desea
desinfectar 300 dm
3
de agua. ¿Cuántos átomos
de cloro (#átomos de cloro) se usarán para
desinfectar el agua deseada?
2.5 La sal Epson, es un fuerte
laxante empleado en medicina veterinaria.
Cuando una muestra de 5.068 g de este hidrato
se calienta a 250 ºC, se pierde toda el agua de
hidratación, dejando 2.472 g de . Calcular
los átomos de oxigeno (#átomos de O) presentes
en dicha sal.
2.6 En un recipiente se almacenaron 30 litros de
di metilbenceno, cuya gravedad especifica es
0.87, se agrega benzaldehído con una gravedad
especifica de 1, resultando en una mezcla de
densidad relativa igual a 0.911 además de que la
suma de masas es 60 g y la diferencia de
volúmenes es 10 ml. Calcular, el número de
neutrones (# neutrones de C) de carbono
presentes en la mezcla, sí
.
2.7 Se disuelve de un ácido del
90% de pureza y densidad , en 100
gramos de agua. El elemento tiene el doble de
protones y neutrones del oxigeno
. Calcule el
número total de átomos de hidrogeno (#átomos
de H) en la solución final.
2.8 Se tiene 4.253·1024 electrones de oxígeno de
una mezcla de benzoato de etilo y
tolueno, se agrega en un recipiente en forma
cónica cuya altura es de 0.07874 yardas y
0.38517 pies de diámetro que ocupa hasta el
cincuenta por ciento de volumen del cono, el cual
tiene una densidad de 910 kg/m
3
. Determinar los
2. Estructura Atómica, Átomos,
Moléculas y Tabla Periódica de los
Elementos
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BANCO DE EJERCICIOS
4
átomos de hidrogeno (#átomos de H) del tolueno
si
0.38517 pie
0.
07
87
4
yd
2.9 Un hidrocarburo orgánico XY tiene una
relación de átomos de 1 a 4respectivamente en
su fórmula molecular, se conoce que la
abundancia isotópica de X es: 1.5%, 1.5% y 97%
para sus masas atómicas 14, 13 y 12
respectivamente con un número atómico de 6, y
se sabe también que Y tiene una masa atómica
promedio de 1 y numero atómico de 1.
Si se tiene un volumen de 500 litros de dicho
hidrocarburo contenidos en un recipiente que vacío
pesa 15.5 kg y con el hidrocarburo 15.8585 kg.
Determinar el número de moléculas de dicho
hidrocarburo (#moléculas de hidrocarburo)
contenido en los 500 litros.
2.10 En 175 ml de una solución formada por
66.67% en masa de sustancia cuya fórmula es
y agua, cuya densidad relativa es 1.2; se
ha determinado que toda la solución contiene
9.535·10
24
átomos de hidrogeno totales. Calcular
el peso molecular de la sustancia (g/mol).
2.11 Determine el número de átomo-gramo de
sodio (Na) en 3 moles de fosfito de sodio
(Na2HPO3).
2.12 ¿Cuántos átomos de oxígeno (O2) tienen
cinco moléculas de tiosulfato de sodio (Na2S2O3)?
2.13 Una muestra contiene 8,4x1021 átomos de
los cuales 57% es de Fe, 14% es Cr y 29% es C
¿Qué masa de carbono tiene la muestra?
2.14 ¿Cuántas moléculas de agua hay en 3 gotas
de agua (H2O)? Si una gota ocupa un volumen
aproximado de 0.05 ml.
2.15 ¿Cuántos mol-g de carbonato de calcio
(CaCO3) son necesarios para que exista 10
átomos de oxígeno (O) ? Considere N, igual al
número de Avogadro.
2.16 ¿Cuántos átomos de oxígeno (O) hay en 10
ml de una solución de ácido silícico (H4SiO4) del
30% en masa y densidad relativa 1.15?
2.17 Se disponen de 5.15∙1024 moléculas de
agua de hidratación (H2O) del bisulfato niquélico
pentahidratado ( Ni(HSO4)3∙5H2O ) con un 65%
de pureza en peso, calcular los kilo moles de
bisulfato niquélico.
2.18 Un auxiliar distraído de química efectúa un
análisis químico en una solución de ácido fórmico
(HCOOH) del 50 % en masa y densidad de 1.12
g/ml, determinando que la solución contiene
0.012 lb-mol de ácido fórmico del 50% en masa y
densidad de 1.12 g/ml, determinando que la
solución contiene 0.012 lb-mol de ácido fórmico,
calcule los átomos-gramo de carbono (C) en la
solución.
2.19 Se disuelven 2.2046x10-4 libras de ácido
oxálico (H2C2O4) en 0.01 dm
3
de agua (H2O),
siendo la densidad de la solución 1.1 g/cm
3
.
¿Cuál es el número de átomos de oxígeno en la
solución?
2.20 ¿Cuántos átomos de nitrógeno (N) contiene
2 Kg de abono mineral? Si la composición del
abono es del 85% de fosfato diácido de amonio
((NH4)H2PO4 ), 10%de fosfato ácido de amonio (
(NH4)2HPO4 ) y sus impurezas están exentas de
nitrógeno (N) y fosforo (P).
2.21 En un átomo X, su número de masa es el
cuadrado de su número de electrones. Si su
número atómico es 4. Calcular cual es la
diferencia entre el número de átomos.
2.22 La masa atómica de un elemento “D” es
51.7 u.m.a. Si el elemento consta de dos isotopos
que tienen número de masa 51 y 52 ¿Cuál es el
porcentaje de abundancia en la naturaleza del
isotopo más ligero?
CURSO PREFACULTATIVO DE INGENIERÍA – QUÍMICA
BANCO DE EJERCICIOS
5
2.23 La suma de los números atómicos de 2
isotopos es 18 y la diferencia de sus masas
atómicas es 6 ¿Cuáles son sus números
atómicos?
2.24 La diferencia de los cuadrados del número
de masa y el número atómico de un átomo es
120, determine el número de electrones, si el
átomo posee seis neutrones.
2.25 En 1 mg de un elemento, cuyo número de
masa es 23 y número atómico es 11, ¿Cuántos
neutrones tiene?
2.26 El veneno de la abeja común es una mezcla
acuosa de diferentes compuestos. Entre estos
esta una toxina (C5H7N2)NH2, llamada histamina
al 0.013 % en masa. En promedio la picada de
una abeja puede inocular en la victima
aproximadamente 35 mg de veneno. En
apiterapia la picadura de la abeja se utiliza para
disminuir el dolor, inflamación y otras de muchas
enfermedades. a) ¿En 10 picaduras de abeja
cuantos átomos de nitrógeno se tienen? b)
¿Cuántos neutrones de
se tiene?
2.27 Se dispone de 10 kg de hojas de coca del
cual se extrae 1.98∙10
3
ug (microgramos) de
C2H2O4 dicho compuesto es utilizado para
preparar una solución analgésica en frascos de
vidrio. Se determina que por cada 10 frascos se
requieren 1000 galones de la solución, con una
concentración del 70% en masa es de C2H2O4
con una densidad de 1.2 g/ml. Calcular cuántos
átomos de hidrogeno provenientes del C2H2O4 se
debe agregar para lograr que la solución tenga
una concentración del 85% en concentración
másica del compuesto orgánico para la
producción de los 10 frascos iniciales.
2.28 Un estudiante de pre-facultativo trata de
probar la teoría de Niels Bohr. Calculando la
longitud de onda de un fotón emitido por el átomo
de hidrogeno cuando este electrón pasa de n= 4
al estado n=2. Calcular la longitud de onda en
(nm). Sabiendo que =2.18∙
(J)
2.29 En una población de la paz de 50 familias, el
15% cuenta con unos paneles de energía solar
que absorbe por 12 horas de funcionamiento 250
joule sobre metro cuadrado. Calcular:
a) El número de fotones que se absorbe en 5
horas si el área total es de 8 m
2 por familia
sabiendo que la longitud de onda es de 3560
Armstrong
b) El número total de fotones que se absorbe en
la población
2.30 La longitud de onda de la luz de un
automóvil en la noche esta alrededor 400nm. a)
¿Cuál es la frecuencia de la radiación? b) calcule
la energía joule de un fotón con una longitud de
onda de 4 ∙ nm
2.31 Tras realizarse una explosión en cadena
partiendo un átomo y destrozando todo a su
alrededor se pudo calcular que la velocidad de un
electrono que es la cuarta parte de la velocidad
de la luz, con una masa de 9.108 gramos.
Calcular la longitud de la onda del electrón en
Armstrong
2.32 Un estudiante de pre facultativo trata de
determinar la energía requerida que necesita un
átomo de hidrogeno H para saltar de un nivel de
energía más bajo hasta el infinito. b) Calcular la
frecuencia del electrón.
2.33 a). Determinar la energía en Julios de un
electrón de Grafito al emplear una radiación de
900 nm si sabemos que la energía umbral de
grafito es 7.25 ∙ J b) Demostrar si este
electrón será expulsado o no con dicha energía.
2.34 En la facultad de ingeniería queremos medir
el número de onda de una línea de la serie
Lyman es 97.492 c sabiendo que la constante
de Rydberg vale 109677.581 c , calcular el
valor de n.
2.35 En la distribución electrónica por niveles
ocurre que en el primer nivel electrónico del
átomo de hidrogeno tiene un valor de – 13.60 e
V. calcular:
a) La frecuencia de la radiación emitida al
caer un electrón desde el segundo nivel al
primero.
b) La energía total desprendida por un mol
de átomo de hidrogeno que experimentan
la transformación indicada en el aparato.
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6
2.36 Se tiene los siguientes números cuánticos
para el último electrón de un elemento químico en
su estado basal: (4, 2, 0,-1/2). Determinar el
número atómico (Z), grupo (G) y periodo (P) del
elemento.
2.37 Un estudiante distraído de pre facultativo
trata de encontrar la configuración electrónica de
un átomo como también los cuatro números
cuánticos y el grupo al que pertenece dicho
átomo. Pero por su distracción lo único que tiene
es el número de neutrones que es 74 y su masa
que es igual 127. Calcular:
(a) Los números cuánticos, (b) El grupo que
pertenece.
3.1 ..…………….. es el conjunto de normas que
regulan la denominación de las sustancias
químicas.
a) Nomenclatura
b) Reacción química
c) Símbolo
d) Formula
e) Ninguna
3.2 Los …………….. son abreviaturas de los
nombres de los elementos y los mismos
representan un átomo.
a) Nomenclaturas
b) Símbolos
c) Subíndices
d) Formulas
e) Ninguna
3.3 La ……………….. es la representación escrita
de una molécula, y se escribe empleando:
símbolos, subíndices, paréntesis y corchetes.
a) Formula iónica
b) Formula física
c) Formula química
d) Formula estructural
e) Ninguna
3.4 Los ……………….. son una
representación de los átomos, consisten en
símbolos químicos que representan el núcleo
y los electrones internos, junto con puntos
alrededor del símbolo que representan los
electrones de valencia.
a) Enlaces químicos
b) Enlaces iónicos
c) Símbolos de Leevis
d) Símbolos de Lewis
e) Ninguna
3.5 La ……………….. es la fórmula más simple
de un compuesto que representa el número
mínimo de átomos de los elementos que
conforman el compuesto.
a) Formula empírica
b) Formula molecular
c) Formula química
d) Formula desarrollada
e) Ninguna
3.6 La fórmula del Monóxido de Potasio es:
a) K2O2
b) K2O
c) KO
d) KO2
3. Nomenclatura de sustancias
químicas inorgánicas
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e) Ninguna
3.7 La fórmula del Anhídrido Dimangánico es:
a) Mn2O2
b) Mn2O7
c) Mn2O6
d) Mn2O3
e) Ninguna
3.8 La fórmula del Oxido Salino de Uranio es:
a) U3O4
b) Ur3O4
c) Ur3O8
d) U3O8
e) Ninguna
3.9 La fórmula del Peróxido de Plomo es:
a) PbO2
b) Pb2O2
c) PbO
d) Pb2O3
e) Ninguna
3.10 La fórmula del Superóxido Férrico es:
a) Fe2O6
b) FeO6
c) Fe2O3
d) Fe2O
e) Ninguna
3.11
a) Formular a los siguientes hidruros metálicos.
Nombre Fórmula
Hidruro de Potasio
Hidruro de Calcio (II)
Trihidruro de Aluminio
Hidruro ferroso
Hidruro férrico
b) Nombrar por los tres sistemas a los siguientes
hidruros metálicos.
Fórmula
Sistema
Tradicional
Sistema
STOCK
Sistema
IUPAQ
3.12
a) Formular a los siguientes ácidos hidrácidos.
Nombre Fórmula
Ácido clorhídrico
Ácido sulfhídrico
Fluoruro de hidrógeno
Seleniuro de hidrógeno
Ácido bromhídrico
b) Nombrar por los tres sistemas a los siguientes
ácidos hidrácidos.
Fórmula
Sistema
Tradicional
Sistema
STOCK
Sistema
IUPAQ
c) Nombrar por los tres sistemas a los siguientes
hidruros no metálicos
Fórmula
Sistema
Tradicional
Sistema
STOCK
Sistema
IUPAQ
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8
3.13a) Formular a los siguientes hidróxidos.
Nombre Fórmula
Hidróxido de sodio
Hidróxido de calcio
Hidróxido férrico
Hidróxido niqueloso
Hidróxido de amonio
b) Nombrar por los tres sistemas a los siguientes
hidróxidos.
Fórmula
Sistema
Tradicional
Sistema
STOCK
Sistema
IUPAQ
3.14
a) Formular a los siguientes ácidos oxácidos.
Nombre Fórmula
Ácido nítrico
Ácido tetraoxo sulfúrico (VI)
Tetraoxo manganato (VI) de hidrógeno
Ácido hiposulfuroso
Ácido permangánico
b) Nombrar por los tres sistemas a los siguientes
ácidos oxácidos.
Fórmula
Sistema
Tradicional
Sistema
STOCK
Sistema
IUPAQ
3.15
a) Formular a los siguientes ácidos poli hidratados.
Nombre Fórmula
Ácido fosfórico
Ácido silícico
Ácido bórico
Ácido antimonioso
Ácido disilícico
b) Nombrar por los tres sistemas a los siguientes
ácidos poli hidratados.
Fórmula
Sistema
Tradicional
Sistema
STOCK
Sistema
IUPAQ
3.16
a) Formular a los siguientes ácidos peroxiácidos.
Nombre Fórmula
Ácido peroxosulfúrico
Ácido peroxodisulfúrico
Ácido tetraoxoperoxonítrico (V)
Ácido diperoxoperyódico
Ácido triperoxofosforoso
b) Nombrar por los tres sistemas a los siguientes
ácidos peroxiácidos.
Fórmula
Sistema
Tradicional
Sistema
STOCK
Sistema
IUPAQ
3.17
a) Formular a los siguientes ácidos tío ácidos.
Nombre Fórmula
Ácido tíocarbónico
Ácido ditíoperclórico
Ácido sulfocarbónico
Ácido tíosulfúrico
Ácido tritíosilícico
b) Nombrar por los tres sistemas a los siguientes
ácidos tio ácidos.
Fórmula
Sistema
Tradicional
Sistema
STOCK
Sistema
IUPAQ
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9
3.18 Empareje cada radical con el nombre
correcto.
a)
Sulfuro
b)
Fosforilo
c)
Clorilo
d) Clorosilo
e)
Amonio
f)
Sulfuro ácido o Bisulfuro
g) Cloronio
h) Cloruro
i) Uranilo
j) Sulfonilo
k) Nitrato
l) Cianato
m)
Hidronio
n)
Tiocianato
o)
Fosfato diácido
p)
Ciano o Cianuro
q)
Fosfonio
r) Monoxoclorato (I)
s) Carbonato
t)
Sulfato
u)
Fosfato
3.19
a) Formular a las siguientes sales haloideas.
Nombre Fórmula
Cloruro de Sodio
Sulfuro Cuproso
Cloruro mercurioso
Seleniuro ácido de bario
Bisulfuro crómico
Bromuro básico de calcio
Yoduro dibásico de aluminio
Cloruro cálcico y sódico
Sulfuro alumínico y férrico
Cloruro sulfuro de aluminio
b) Nombrar a las siguientes sales haloideas.
Fórmula
Sistema
Tradicional
3.20
a) Formular a las siguientes oxisales.
Nombre Fórmula
Fosfato de sodio
Sulfato de calcio (yeso)
Sulfato cúprico
Carbonato de calcio (caliza)
Pirofosfato triácido de amonio
Bicarbonato de sodio
Sulfato básico férrico
Clorato tribásico plúmbico
Cromato auroso cuproso
Fosfato plumboso sódico
b) Nombrar a las siguientes oxisales.
Fórmula
Sistema
Tradicional
4.1 Cierto gas ocupa un volumen de 80 cm3 a una
presión de 750 mm Hg.
¿Qué volumen ocupará a una presión de 1.2 atm?
si la temperatura no cambia?
4. El estado Gaseoso
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10
4.2 El volumen inicial de una cierta cantidad de
gas es de 200 cm
3
a la temperatura de 20ºC.
Calcular el volumen a 90ºC si la presión
permanece constante.
4.3 En un cilindro metálico se encuentra un gas
expuesto a la presión atmosférica de 760 mmHg,
siendo su temperatura de 10°C y presión
manométrica de 950 mmHg. Si al exponer el
cilindro a la intemperie eleva su temperatura a
45°C debido a los rayos del sol, calcular:
¿Cuál es la nueva presión manométrica que tiene
el gas encerrado en el tanque a 45°C?
4.4 Se vierte mercurio en un tubo en U. El brazo
izquierdo del tubo tiene una sección transversal
de área A1 = 10.0 cm
2
, y la del brazo derecho es
A2 = 5.00 cm
2
. A continuación se vierten 100 g de
agua en el brazo derecho del tubo.
a) Determinar la altura de la columna de agua en
el brazo derecho del tubo relativa a la del mercurio
en el izquierdo.
b) Si la densidad del mercurio es ρHg = 13.6 g/cm
3
,
¿qué distancia ascenderá el mercurio en el brazo
izquierdo?
4.5 En un matraz de vidrio se tiene amoniaco a
27 y 600 mmHg. Si se agregaron 800 g del
mismo, la temperatura aumenta a 77 y la
presión a 1050 mmHg. ¿Cuál es la masa final del
amoniaco en el matraz?
4.6 Una mezcla de gases contiene 4.46 mol de
Neón, 0.74 mol de Argón y 2.15 mol de Xenón.
Determine las presiones parciales de los gases si
la presión total es de 2 atm a cierta temperatura.
4.7 En una mezcla gaseosa formada por oxígeno,
nitrógeno, gas carbónico y CH4 todos los
componentes ejercen las mismas presiones
parciales. Calcular la masa en gramos de la
mezcla formada, si se sabe que fueron colocados
40 g de oxígeno más que nitrógeno.
4.8 Una mezcla gaseosa compuesta por el 40 %
en masa de anhídrido carbónico y el resto óxido
nítrico se encuentra en un recipiente de 20 litros,
si se agrega un 60 % en masa de la mezcla, su
temperatura incrementa en 20 y la presión
final resultante es el doble de su valor inicial.
Calcular: a) La temperatura final de la mezcla
gaseosa en .
b) La masa inicial de la mezcla. c) la masa de
óxido nítrico adicionado a la mezcla. Considere 1
atm de presión inicial
4.9 En un recipiente de volumen desconocido se
confinan 2.5 onzas de una mezcla gaseosa de
hidrogeno, nitrógeno y helio de peso molecular
igual a 4.56 g/mol, ejerciendo una presión
manométrica de 2lbf/pulg
2
. Tomando en cuenta
que (XHe= 8,34∙XN2).
Se consigue extraer del recipiente el 80 %,20% y
100 % en masa de hidrogeno, nitrógeno y helio
respectivamente, sin variar el volumen ni la
temperatura. Sin embargo, se observa que la
presión manométrica se reduce a un 1psi, ¿Cuál
es el peso molecular de la mezcla gaseosa que
queda en el recipiente?
P1
%mA=60 %
CO2
NO
Pman 1= 2lbf/pulg
2 Pman 2= 1 psi
H2
N2
He
H2
N2
T1
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11
4.10 Un litro de un gas A con una presión de 2
atm, y 2 litros de un gas B a 2280 mmHg, se
mezclan en un recipiente de 1.057 galones para
formar una mezcla gaseosa. Calcular
a) La presión final de la mezcla gaseosa, si los
gases se encuentran a la misma temperatura tanto
al inicio como al final del proceso.
b) El peso molecular promedio de la mezcla
gaseosa, si los gases A y B juntos pesan 24 g y los
mismos se mezclan a una temperatura constante
de 60 .
c) Las presiones parciales de los gases A y B en la
mezcla si la temperatura es constante igual a 60
Gas A Gas B
Mezcla
4.11 “Kiki” es contratada para registrar, a través
de un informe escrito; el valor de la presión
atmosférica en Lordaeron, para lo cual utiliza un
barómetro que marca una lectura de
487.541[mmHg], si ella debe registrar de este
valor en unidades del sistema internacional,
¿Qué valor numérico debe colocar “Kiki” en el
informe?
4.12 A “Kain” se le pide que seleccione el sistema
con la presión más alta, para lo cual se le
proporcionan tres sistemas, el primero “A”
registra una presión de 22.05 [PSI],el segundo
“B” tiene una presión de 1140 [torr] y el tercero
“C” posee una presión de 15.495[m] de agua.
¿Qué sistema debe elegir “Kain”?
4.13 Usted desea bucear en un lago, por lo que
se encuentra en una embarcación marítima que
tiene un barómetro, cuya lectura es de
480[mmHg]; entonces usted salta y registra que
ha descendido 5 metros bajo el nivel inicial del
barco. En ese instante ¿Cuál es la presión
absoluta, en [mmHg], que se está ejerciendo
sobre usted?
4.14 Se tienen dos sistemas aislados que no
están conectados, se conoce que el primer
sistema “A” posee un número de moles igual a 3
veces el número de moles del segundo sistema
“B”. Si la temperatura absoluta de “A” es la mitad
de la temperatura absoluta de “B” y el volumen de
“B” es el doble del volumen de “A”. ¿Cuál es la
presión de “B” si la presión de “A” es 3
atmósferas?
4.15 El submarino “Nautilus” se encuentra a 11.2
metros bajo la superficie de una playa a nivel del
mar, pero su tripulación desea escapar a través
de la escotilla que se encuentra cerrada, si esta
escotilla cuadrada tiene 0.85 m de lado, y existen
100 personas en la tripulación, ¿cuál es la fuerza
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12
mínima, en Newtons, que debe aplicar cada
persona para poder abrir la escotilla?
4.16 Se somete un gas ideal a tres procesos
secuenciales bajo las leyes de Charles, Gay
Lusaac y Boyle, respectivamente de acuerdo a la
figura:
PUNTO
A
PUNTO
B
PUNTO
C
PUNTO
D
PUNTO
A
PUNTO
B
PUNTO
C
PUNTO
D
Existen instrumentos que logran determinar
algunos parámetros en los distintos puntos del
proceso, resultando:
Punto “A”: Temperatura de 27 ºC y Volumen de 5
litros
Punto “B”: Presion de 2 atm y Temperatura de 57
ºC
Punto “D”: Temperatura igual a 37 ºC
¿Cuál es la Presión, en atmósferas, en el Punto
“C”?
4.17 Se tiene un sistema compuesto de tres
recipientes conectados entre sí a través de
válvulas que están inicialmente cerradas, el
primer recipiente contiene Gas de la Risa (Óxido
Nitroso) contenido en un recipiente de 2 litros de
capacidad a presión de una atmósfera; en el
segundo recipiente se tiene “Gas de la Felicidad”
a una presión de media atmósfera y 1 litro de
capacidad, en el tercer y último recipiente se
tiene “Gas de la Muerte” en un recipiente de 2
litros de capacidad; si después de que se abren
las válvulas, se conoce que la presión total del
sistema es de 1.5 atmósferas, y la temperatura
ambiente es de 20 ºC .Calcular la presión inicial,
en atmósferas, a la que estaba sometido el “Gas
de la Muerte”. Despreciar el volumen de las
válvulas y de las tuberías que conectan los
gases.
4.18 Se tiene un sistema de manómetro como
indica la figura siguiente:
GAS
Hg
Agua
30º
RISA FELICIDAD
MUERTE
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13
Calcular la Presión absoluta del gas en mmHg, si
el sistema se encuentra en la Ciudad “V Tormenta”
con una presión barométrica igual a 500 mmHg
4.19 “Pango” es contratado como asesor de una
taller mecánico automotriz, y uno de sus primeros
trabajos consiste en evaluar a un neumático; en
primera instancia, encontrándose en una ciudad
costera, a una temperatura de 288 K y un
volumen “V” registra que la presión manométrica
es de 23 psi, lastimosamente, en este taller no
cuenta con los instrumentos adecuados, por lo
que se decide trasladar este sistema a La Paz,
donde, se vuelven a realizar lecturas, y se
registra que el volumen ha disminuido en un 20%
y la temperatura se redujo a 10ºC. Ahora que se
encuentra en el taller de La Paz ¿cuál es el valor
de la presión manométrica del neumático,
medidos en psi?
4.20 Un jugador de fútbol argentino viene a
disputar un partido a la ciudad de La Paz, pero es
afectado por la altura y es trasladado al Hospital
“CHANSEY” donde se le suministra oxígeno de
un recipiente cilíndrico que tiene 160 cm de altura
y 15 centímetros de radio, además se conoce que
la temperatura ambiente es de 15 ºC y el
manómetro que está conectado al recipiente
cilíndrico marca una presión de 25 [atm]. Si
después de un día se verifica que la presión
absoluta del oxígeno es de 22 atmósferas.
Calcular:
a) La masa de oxígeno, en gramos, que se
suministra al futbolista argentino
b) Si los médicos calculan que el oxígeno le
durará más de una semana ¿estarán en
lo correcto?
4.21 Un frasco de 2 dm3 contiene una mezcla de
hidrogeno y monóxido de carbono a 10 ºC y 786
Torr. Si la humedad relativa de dicha mezcla
gaseosa es el 75%, calcular la masa de vapor de
agua que se halla contenida en dicho volumen en
gramos. La presión de vapor de agua a 10 ºC es
de 9,21 mmHg.
4.22 Suponiendo que el aire seco contiene 79%
de nitrógeno y 21% de oxígeno en volumen.
Calcular la densidad del aire húmedo en g/lt a 25
ºC y 1 atm de presión, cuando la humedad
relativa es del 60%. Presión de vapor del agua a
25 ºC es 23.76 mmHg.
4.23 Uno de los ambientes del Curso básico de
Ingeniería de la UMSA tiene las siguientes
dimensiones, 4 x 12 x 3 m
3
, donde la temperatura
es de 68 ºF y la humedad relativa es del 60%. Si
la presión de vapor del agua a 68 ºF es 17.4
mmHg, determine la humedad absoluta del
sistema.
4.24 Una mezcla gaseosa de nitrógeno y vapor
de agua se introduce en un frasco sin aire que
contiene un deshidratante sólido. Si la presión de
495 Torr al comienzo decae después de un
tiempo a 471 Torr, calcular la composición molar
del vapor de agua.
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14
4.25 Una mezcla gaseosa de nitrógeno y vapor
de agua se introduce en un frasco sin aire que
contiene un deshidratante sólido. Si la presión de
500 Torr al comienzo decae después de un
tiempo a 450 Torr, calcular el volumen del frasco
en litros, si el agente deshidratante sufre un
aumento de masa de 0.20 g a 25 ºC.
4.26 Se recoge 1 litro de nitrógeno sobre acetona
de 20 ºC y 850 mmHg, el gas obtenido tiene una
humedad relativa del 80%, calcular la masa de la
acetona que se ha evaporado en gramos si su
presión de vapor a 20 ºC es de 198 mmHg.
4.27 En un tanque de volumen V1 se tiene aire
húmedo a 20 ºC y 101.325 kPa de presión, con
una humedad relativa del 80%, dicha masa de
aire húmedo se traslada a un segundo tanque de
volumen igual a 1000 m
3
a una presión de 607.9
kPa y una temperatura de 25 ºC, llegando el aire
a saturarse de vapor de agua. Las presiones del
vapor de agua a 20 ºC y 25 ºC son 17.6 y 23.8
mmHg respectivamente. Despreciando el
volumen de agua que se condensa calcule el
volumen del primer tanque en metros cúbicos.
4.28 El volumen de una mezcla de aire saturado
de humedad a 50 ºC es de 4 lt a una presión de 2
atm, calcular la presión final en mmHg cuando
isotérmicamente esta masa gaseosa se expande
sobre agua hasta un volumen de 20 lt. La presión
del vapor de agua a 50 ºC es 92,5 mmHg
4.29 En un edificio provisto con
acondicionamiento de aire se absorben desde el
exterior 1200 lt de aire, a la temperatura de 11°C,
presión de 780mmHg y humedad relativa del
20%. Dicho aire pasa a través de los aparatos
adecuados, donde la temperatura aumenta a
20°C y la humedad relativa a 50%. Si la presión
dentro del edificio es de 765 mmHg, calcule la
densidad del aire húmedo inicial en g/lt. Las
presiones de vapor del agua a 11°C y 20°C son,
respectivamente 9.84 mmHg y 17,53 mmHg
4.30 Se recoge 1 litro de nitrógeno sobre acetona
a 25°C y 1.13324∙10
5
Pa, el gas obtenido tiene
una humedad relativa del 50%. Calcular la nueva
humedad relativa si en el recipiente en el cual se
ha recogido el nitrógeno, existía 0.2 g de acetona
evaporado completamente. (La presión de vapor
de la acetona a 25°C es de 198 mmHg)5.1 ALCANOS
Escriba la fórmula química de los siguientes
alcanos (hidrocarburos saturados):
1) Metano 5) Octano
2) Etano 6) Decano
3) Propano 7) Dodecano
4) Butano 8) Pentadecano
5.2 Escriba la fórmula química de los siguientes
alcanos ramificados.
1) 3-metilhexano
2) 3-etil-2-metilpentano
3) 2,2-dimetilbutano
4) 6-isopropil-2-metil-
Nonano
5. Nomenclatura de Sustancias
Químicas Orgánicas
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5) 2,2,4-trimetilpentano
6) 6-etil-2,7-dimetil-
Nonano
5.3 ALCANOS CÍCLICOS
Nombre los siguientes alcanos cíclicos
CH3
/
\
CH3
CH3
/
H3C CH2
5.4 ALQUENOS
Escriba la fórmula de los siguientes alquenos de
cadena lineal:
1) 2-penteno
2) Eteno
3) 1,3-pentadieno
4) 2,3,4-octadieno
5.5 Nombre los siguientes Alquenos Ramificados:
5.6 ALQUENOS CÍCLICOS
Representa los siguientes Alquenos cíclicos
1)
Ciclopropeno
4) Ciclohexeno
2) Ciclobuteno 5) 1,3-
ciclobutadieno
3)
Ciclopenteno
6) 1-
metilciclobuteno
5.7 ALQUINOS
Escribe la fórmula y nombra los siguientes
compuestos
5.8 ALCOHOLES
Escriba los compuestos correspondientes:
1) Etanol o 5) 1,1-dimetil-
1) Etino
(Acetileno)
3) CH C-C C-
CH2-C CH
2) 2-pentino 4) CH3-CH(CH3)-
CH(CH3)-C CH
CH2 = C – CH2 – CH2 – CH2– CH3
I
CH2
I
CH3
CH3 –CH = CH – C= CH– CH–CH2-CH2-CH3
I I
CH3 CH2
II
CH3
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Alcohol etílico etanol
2) Propanol 6) Alcohol
isopropilico
3) Etanodiol 7) Fenol
4) Ortometilfenol 8)
Parametilfenol
5.9 ALDEHIDOS
Nombrar y escribir la fórmula de los siguientes
compuestos:
1) HCHO 5) 4-pentenal
2) CH3-CHO 6) Propanodial
3) CH3-CH2-
CHO
7) Etanodial
4) CH3-CH2-
CH2-CHO
8)
Benzaldehido
5.10 CETONAS
Escriba los nombres y las fórmulas de los
siguientes compuestos
CH3-CO-CH3 CH3-CO-CH2-
CO-CH3
CH3-CO-CH2-
CH2-CH3
Metil fenil cetona
CH2=CH-CO-
CH2-CH3
Pentanotriona
5.11 ÁCIDOS CARBOXILICOS
Escriba la fórmula de los respectivos ácidos
carboxílicos
1) Ácido
metanoico
(Ácido
fórmico)
4) Ácido
propanodioico
2) Ácido
etanoico
(Ácido
acético)
5) Ácido 2-metil-3-
pentenoico
3) Ácido
etanodioico
(Ácido oxálico)
6) Ácido benzoico
5.12 ÉTERES
Metil propil éter
Dietil éter (éter dietílico)
Fenil metil éter
5.13 La fórmula general de las cetonas es:
a) R-CH2-OH
b) R-CHO
c) R1-CO-R2
d) R1-O-R2
e) Ninguna
5.14 La fórmula de la acetona es:
a) CH3-CH2-COOH
b) CH2O
c) CH3-CO-CH3
d) CH3-CH2-OH
e) Ninguna
5.15 Un hidrocarburo saturado en su fórmula solo
tendrá enlace:
a) Triple
b) Simple
c) Doble
d) Compuesto
e) Ninguna
5.16 Los compuestos que se caracterizan por
llevar el grupo funcional carbonilo en el carbono
secundario se denominan:
a) Alcanos
b) Ácidos carboxílicos
c) cetonas
d) aldehídos
e) Ninguna
5.17 Nombre la siguiente formula química:
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17
5.18 Escribir la Formula semi-desarrollada del:
Ácido -3,4,4-trietil-6,6-diisopropil-2,2-dimetil –
octanoico
5.19 Nombre la siguiente formula química:
5.20 Escribir la Formula Desarrollada del:
2-metoxibutano
5.21 Nombre la siguiente formula química:
5.22 Escribir la Formula Desarrollada de:
Etanoato de Secbutilo
5.23 Nombre la siguiente formula química:
5.24 Desarrollar la Formula Desarrollada de:
3-metilbutanoato de potasio
5.25 Nombre el siguiente compuesto:
5.26 Nombre el siguiente compuesto:
C5H11
C6H5
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18
6.1 En la siguiente reacción:
¿Cuál es la masa de flúor ( ) en gramos es
necesario para producir 120 g de ? El peso
atómico del fósforo P es 31 g/mol y el del flúor es
19 g/mol.
6.2 El amoníaco NH3 se produce por la reacción
del nitrógeno y el hidrógeno:
¿Cuál es la cantidad de masa de amoníaco
máxima que puede producir la mezcla de 1000 g
y 500 g de ? ¿Cuál es la masa del material
inicial que no reaccionó?
6.3 En un experimento de formación de agua a
partir de y se combinan 30.6 g de con
un exceso de oxígeno formándose 275.4 g de
. En un segundo experimento realizado en las
mismas condiciones se combinan 2.90 g de
con 23.2 de (sin sobrar nada de ningún gas).
¿Si se cumple la ley de Proust, cual es la relación
de masas de hidrógeno y oxígeno?
6.4 Si 12 g de carbono se combinan con 16 g de
oxígeno, para formar monóxido de carbono,
según la siguiente reacción:
¿Con cuántos gramos de oxígeno deberán
combinarse 6 gramos de carbono para formar
monóxido de carbono y cuál es su relación de
proporción?
6.5 ¿Cuál es la relación de masas de oxígeno que
se combinan con 1 g de nitrógeno en los
compuestos y ? (El peso atómico del O
es 16; el del N, 14).
6.6 El oxígeno y el níquel, forman dos
compuestos diferentes: el primero tiene un 21.4%
de oxígeno y el resto níquel, el segundo 29.0%
de oxígeno y el resto níquel. ¿Cuál es la relación
de los dos compuestos y si cumplen la ley de
proporciones múltiples?
6.7 El Bario se combina con oxígeno para formar
el óxido respectivo. El Bario también se combina
con el azufre formando el sulfuro
correspondiente. Teniendo en cuenta la ley de
proporciones reciprocas o de Richter ¿En qué
relación se combinan el azufre y el oxígeno? (Los
pesos atómicos son: Ba=137.3; O=16; S=32)
6.8 8 gr de azufre se combinan con 11.5 gr de
sodio, formando el sulfuro de sodio ; luego.
8 gr de azufre lo hacen con 0.5 gr de hidrogeno,
formando el sulfuro de hidrogeno . De
acuerdo con la ley de las proporciones
reciprocas, ¿Cuántos gramos de sodio se
combinarán con 4 gr de hidrogeno?
6.9 El amoniaco gaseoso reacciona con el
oxígeno formando óxido de nitrógeno (IV) y agua.
¿Qué volumen de oxígeno se necesitará para
reaccionar con 100 litros de amoniaco? Todos los
gases están en C.N.
6.10 ¿Qué volumen en litros de oxígeno, a
condiciones normales (C.N.) se requerirán? Si se
hace reaccionar 6 g de con de acuerdo
a la ecuación química. (M.A. H=1; O=16)
H2(g) + O2(g) ⟶ H2O(g)
6. Balance de Materia con Reacción y
Sin Reacción
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19
6.11 Una sustancia orgánica está constituida por
carbono, hidrogeno y oxígeno. Al calentarla con
óxido cúprico el carbono se oxida al CO2 y el
hidrogeno a H2O. A partir de 1g de la sustancia
se forma 0.977 g de CO2 y 0.2001 g de H2O. El
peso molecular es aproximadamente 90. Hallar la
fórmula molecular e indicar la suma de los
subíndices
6.12 Una muestra de 25 mg de un compuesto
orgánico se somete a combustión completa,
produciendo 47.83 mg de dióxido de carbono y
29.34 mg de agua. Para la determinación de su
peso molecular, 611 mg del mismo compuesto,
desalojan 250 mL de aire, medidos sobre agua a
17°C y 495 mmHg. A) Determinar la fórmula
empírica del compuesto, b) Determinar la fórmula
molecular del compuesto. La presión de vapor de
agua a 17 °C es 14.53 mmHg. Indicar la suma de
lossubíndices de cada uno.
6.13 Se oxida 1.515 de urea y se forman 1.1 g de
CO2 y 0.909 g de H2O. Al liberar el nitrógeno
contenido, 0.2536 g de urea dan lugar a 102.6 cc
de nitrógeno medidos sobre agua a 17°C y 758
mmHg. Para hallar el peso molecular, 0.169 g de
sustancia desalojan 68 cc de aire medido en las
condiciones anteriores. La presión de vapor de
agua a la temperatura es 14.5 mmHg a) ¿Cuál es
la fórmula empírica de la urea? b)¿Cuál es la
fórmula molecular de la urea?. A partir de ello,
indicar la relación de átomos de oxígeno en la FE
y átomos de Hidrogeno en la FM
C 34.1176 2.8431 2.9943=3
H 6.6892 6.6893 7.0451=7
N 13.2923 0.9495 1
O 45.9009 2.8688 3.0214=3
6.14 Se analizó un compuesto orgánico y se
encontró que contiene Carbono, Hidrogeno,
Nitrógeno y Oxigeno como sus únicos elementos.
Al quemar por completo una muestra de 1.279 g,
se obtuvieron 1.60 g de anhídrido carbónico Y
0.77 g de agua. Luego otra muestra de 1.625 g
que se pesó por separado contiene 0.216 g de
nitrógeno. Cuál es la cantidad de átomos de
carbono que tiene la fórmula empírica
6.15 Un compuesto contiene C, H, Br y
posiblemente oxígeno. Por combustión completa
de 0,1868 de muestra se obtuvieron 0.05505
litros de anhídrido carbónico, medidos a 22 °C y
1520 mmHg además de 0.0955 g de agua, la
fusión de 0.155 g de muestra con peróxido de
sodio y ácido nítrico fue precipitado con nitrato de
plata obteniéndose 0.2369 g de bromuro de plata.
Determine: a) la cantidad de átomos de
Hidrogeno en la formula empírica del compuesto
b) El nombre el compuesto sabiendo que su peso
molecular real es 123 g/mol.
6.16 Una determinada sustancia desconocida
posee C, H y N; 3.5g de dicha sustancia dieron al
combustionar 9.778 g de dióxido de carbono y 2.8
g de agua.
a) determinar la cantidad de átomos de carbono en
la formula empírica de la sustancia desconocida.
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20
b) si la densidad relativa de la sustancia
desconocida volatilizada con respecto al oxigeno
es 5.06 en las mismas condiciones de presión y
temperatura. Determinar la cantidad de átomos de
nitrógeno en la formula molecular de la sustancia.
6.17 Se dispone de una sal anhidra que contiene
32.39% de sodio, 22.53%de azufre y el resto de
oxígeno, se deja hidratar, y 15 gramos de la sal
hidratada contiene 7.05 g de agua a) Determinar
la cantidad de agua en la sal hidratada b) calcular
la razón molar entre la sal anhidra y el agua.
6.18 Una muestra de 5 g del amoniaco cistina
(compuesto de C, H, N, S y O), produjo por
combustión 5.5 gramos de dióxido de carbono y
2.25 gramos de agua, otra muestra de 2 gramos
produjo 2.283 gramos de amoniaco y una tercera
muestra de 5 gramos produjo 2.667 gramos de
anhídrido sulfuroso. A través de un experimento
se determinó y que este aminoácido tiene un
peso molecular de 240 g/mol. Calcular el factor
que determina la formula molecular de la cistina.
6.19 Indica la suma de los coeficientes de los
productos de la siguiente reacción: Al + H2SO4 →
Al2(SO4)3 + H2
6.20 Indica la suma de coeficientes de la
siguiente reacción: Cu + H2SO4 → CuSO4 + SO2
+ H2O
6.21 Indica la relación de coeficientes de
productos sobre reactivos para la siguiente
reacción:
HCl + MnO2 → MnCl2 + H2O + Cl2
6.22 Indicar la diferencia de los coeficientes de
productos menos reactivos para la siguiente
reacción:
KMnO4 + H2SO4 → K2SO4 + MnSO4 + H2O + O2
6.23 Para la reacción química de Yoduro crómico
+ cloro molecular + hidróxido de sodio dando
como productos cromato de sodio + periodato de
sodio + cloruro de sodio y agua ¿Cuál es el
número estequiométrico de ioduro crómico que
iguala la reacción?
6.24 El alcohol etílico por reacción con el
dicromato de potasio en medio de ácido sulfúrico
concentrado se oxida a acetaldehído formando al
mismo tiempo sulfato potásico, sulfato crómico y
agua. ¿Cuál es la suma de los coeficientes
estequiométricos de los reactivos?
6.25 300 kg de ácido tiociánico del 90% de
pureza se hacen reaccionar con 500 L de una
solución de Permanganato de Potasio del 90% en
peso y densidad de 1.05 g/ml medio acido con
ácido sulfúrico del 70% de pureza y densidad
1.02 g/ml, obteniéndose Sulfato Manganoso,
Sulfato de Potasio, Ácido Cianhídrico y Agua.
Calcular la masa en libras de Sulfato Manganoso
que se obtiene sabiendo que el rendimiento de la
reacción es del 85%.
6.26 Al reaccionar permanganato de potasio,
bicarbonato de potasio, agua oxigenada, se
obtiene como productos dióxido de manganeso,
oxigeno molecular, carbonato de potasio y agua.
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21
Si se hace reaccionar un kilogramo de
permanganato de potasio del 75% de pureza,
calcular el volumen de oxígeno en dm
3
generado
en condiciones normales si el rendimiento de la
reacción es del 90%.
6.27 24.98 gramos de granallas de cobre de
pureza desconocida se tratan completamente con
una solución de ácido nítrico, formándose óxido
nítrico gaseoso, nitrato de cobre (II) y agua en
estado líquido. Si se obtienen 4.7 litros de óxido
nítrico en condiciones normales de presión y
temperatura ¿Calcular la pureza del metal?
6.28 Una esfera de cobre de 10 cm de diámetro
se introduce en 30 litros de disolución de ácido
nítrico del 10% en peso y densidad 1.06 g/ml,
obteniéndose como productos nitrato cúprico,
dióxido de nitrógeno, óxido de nitrógeno y agua.
Si se considera que el cobre se consume solo en
la parte externa y en forma homogénea, de modo
que la forma esférica no cambie ¿Cuál es el valor
del diámetro final de la esfera de cobre en
centímetros cuando finaliza la reacción si el
rendimiento de la reacción es del 80%?
6.29 Se hacen reaccionar 1 kg de sulfuro
arsénico al 80% de pureza y 2.5 L de solución de
ácido nítrico al 90% en masa y gravedad
especifica 1.17 mediante la siguiente reacción:
Sulfuro arsénico + ácido nítrico → acido arsénico
+ anhídrido sulfuroso + dióxido de nitrógeno y
agua. Si se produce 0.7152 lb de ácido arsénico.
¿Cuál es el rendimiento de la reacción? (Pesos
atómicos:
)
6.30 Mediante el método ion electrón igualar la
siguiente reacción química: Sacarosa
, dicromato de potasio, ácido sulfúrico
para dar sulfato de potasio, sulfato crómico, gas
carbónico y agua. En el cual se hacen reaccionar
1.41 onzas de dicromato de potasio al 85.06% de
pureza con 0.353 onzas de y en
exceso la tercera sustancia. Si en el laboratorio
se obtuvieron de gas carbónico gaseoso a
0.65 atm y 158 . Determine el rendimiento de la
reacción.
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22
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23
La química es una de las ciencias más importantes que existen ya que es la responsable en gran medida del
avance que ha experimentado la humanidad, conforme empezó a avanzar en su desarrollo.
División de la Química
Como apreciamos, su universo de estudio es amplio, entonces podremos encontrar una división de la química
en diversas ramas, que organiza justamente este aspecto.
Materia. Es todo aquello que tiene masa e inercia, además ocupa un lugar en el espacio, una porción limitada
de la materia se denomina “cuerpo”.
Masa. Es una cantidad de materia, muchas veces se confunde la masa con el peso, la masa no varía con la
ubicación, en cambio el peso si.
Volumen. El volumen corresponde a la medida del espacio que ocupa un cuerpo. Estos pueden depender del
estado de agregación en el que se encuentrenlos cuerpos en estudio.
Características de los estados de agregación.
II. Solucionario
1. Conceptos Fundamentales
Marco teórico
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24
Propiedades de la materia:
Propiedades químicas. Son aquellas que se relacionan con la naturaleza intima de la materia como la
inflamabilidad, corrosividad, etc.
Propiedades físicas. Son denominadas propiedades intensivas porque no dependen de la cantidad de
sustancia. Ademas, proporcionan las características de la materia, mediante la observación y la medición
como el calor, olor, densidad, etc.
Propiedades extensivas. Son aquellas que dependen de la cantidad de masa o del tamaño del cuerpo y son
comunes de toda materia: peso, extensión, inercia, dilatación, porosidad.
Propiedades intensivas. Son aquellas que no dependen de la cantidad de masa del cuerpo, siendo propias
de: estado sólido, estado líquido, estado gaseoso.
Sustancia. Es la materia químicamente homogénea que está constituida por una sola clase de átomos o
moléculas de composición fija como el oxígeno, nitrógeno, cobre.
Elemento. Un elemento químico es una sustancia pura cuyas propiedades intrínsecas lo diferencian de otros
elementos como el plomo, hierro, sodio, etc.
Compuesto. Es una sustancia que está constituida por dos o más elementos que están combinados en
proporciones fijas como el H2SO4, NaCl, C2H5OH.
Fase, porción de un sistema que es microscópicamente homogénea en cuanto a sus propiedades
fisicoquímicas y se encuentra separada de otras porciones similares por regiones limitadas bien definidas;
Mezcla, es cuando se unen dos o más sustancias en diferentes proporciones, en la mezcla no hay reacción
química y sus propiedades no sufren variaciones por lo cual pueden separarse utilizando medios físicos;
Mezcla homogénea, es cuando las sustancias forman una sola fase y las propiedades en cualquier punto son
iguales;
Mezcla heterogénea, es cuando las sustancias forman dos o más fases, sus propiedades serán de acuerdo a
la fase en que sean tomadas.
Unidades fundamentales de medida (SI)
Actualmente rige en todo el mundo el Sistema Internacional de magnitudes y unidades, denominado
abreviadamente SI (Systeme International).
Factores de conversión.
La conversión de unidades es la transformación de una cantidad, expresada en una determinada unidad de
medida, en otra equivalente, que puede ser del mismo sistema de unidades o no.
Porcentaje en masa, indica la composición en masa de una mezcla, compuesto o aleación.
Porcentaje en volumen, indica la composición en volumen de una mezcla o aleación.
Partes por millón (ppm), es una unidad de medida de concentración la cual mide la cantidad de unidades de
sustancia que hay por cada millón de unidades del conjunto o mezcla.
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Densidad. Es la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo, representada por la letra griega “rho”,
algunas veces nos fijamos que unos cuerpos flotan en el agua y otros se hunden, esto se debe a la diferencia
de densidad entre ellos. Los cuerpos menos densos que el agua, como un trozo de madera o aceite, flotan
sobre ella, mientras que los más densos como el huevo o una piedra, tienden a hundirse en el fondo del agua.
Densidad absoluta, es la relación de masa respecto al volumen, tiene unidades para los sólidos que se
expresan en g/cm
3
, la de los líquidos en g/mL y la de los gases se expresa en g/L. en unidades del Sistema
Internacional la densidad se expresa en kilogramos sobre metro cubico (kg/m
3
);
La densidad relativa, es la relación de la densidad absoluta del elemento o sustancia y la densidad absoluta
de la sustancia de referencia o patrón, cabe hacer notar que la densidad relativa no tiene unidades.
Peso específico, Es la relación del peso de un objeto respecto al volumen del mismo, el peso específico se
expresa en Newton sobre metro cubico (N/m
3
), de acuerdo al sistema Internacional de unidades; el peso
específico relativo es la relación del peso específico absoluto del elemento o sustancia a analizar y el peso
específico del agua.
Densidad de una mezcla, cuando dos o más sustancias se mezclan, se obtiene una mezcla, también
conocidas como solución o disolución, entonces su densidad se determina considerando a la suma de masas
por separado.
Una mezcla, llamada también solución o disolución es una mezcla homogénea de dos o mas componentes,
usualmente el componente en mayor proporción se denomina “solvente o disolvente” que se encuentra en
estado líquido y los que se hallan en menor proporción “solutos” que se encuentran en estado sólido, liquido o
gaseoso.
TEMPERATURA
Relación entre escalas de temperatura, es la relación que permite convertir una temperatura expresada en
una escala a otra.
Variaciones o deltas de temperatura, el símbolo significa cambio en la temperatura, representa la
variación de temperatura que sufre en un cuerpo considerando la ecuación de un delta de temperatura.
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26
Sistema de Medición:
Es posible medir la masa ,el peso ,la longitud, el volumen y la densidad utilizando dos métodos (1) las
unidades del sistema inglés (2) sistema métrico .además ,los científicos emplean en ocasiones un sistema
denominado Sistema Internacional de unidades se abrevia SI A PARTIR del francés SYSTEME
INTERNACIONAL )que se basa en el sistema métrico y se describe en el apéndice e .Las unidades inglesas
,como son el pie (ft)y la libra (lb), se utilizan principalmente en la comunidad no científica de los Estados
Unidos. El sistema métrico desarrollado en Francia en el siglo XIX. Se utiliza en el resto del mundo (aún en el
Reino Unido, Inglaterra) y en la comunidad científica internacional. En Estados Unidos se está adoptando
gradualmente el sistema métrico para asuntos empresariales y civiles. Por ejemplo, la industria química se
encuentra actualmente en el proceso de conversión al sistema métrico para el embarque y la facturación de
los productos químicos industriales. El sistema métrico tiene como unidades fundamentales el gramo (g),
medida de masa; el litro (1), medida de volumen y el metro (m), medida de longitud. En este sistema, las
unidades para la masa, el volumen y la longitud se expresan en múltiplos de 10, 100, 1,000, 1,000,000 y así
sucesivamente, de manera semejante a nuestro sistema monetario.
Por ejemplo, el prefijo centi representa de la unidad métrica fundamental, de la misma manera que un centavo
representa de nuestra unidad monetaria fundamental, el peso. En la tabla 2. 1 aparecen los prefijos util izados
para definir los múltiplos o fracciones de las unidades fundamentales, así como los múltiples específicos de
las unidades métricas de la masa (gramo), el volumen (litro) y la longitud (metro). Usted deberá aprender
estas unidades y sus equivalentes a fin de resolver problemas. Por ejemplo, 1.000.000 (10) g=1 Mg, 1000 m-
Ikm, 10 dg = 1 g, 100 cm = 1m, 1000 ml=11,1,000,000 ( ) ug=1 g. 1,000,000,000 ( ) nm = 1my
1,000,000,000,000 ( ) pm = 1 m. Para darle una mejor idea de lo mucho o poco que representan estas
unidades, la tabla 22 muestra el equivalente de las unidades inglesas de algunas medidasmétricas comunes.
TABLA 2.1 Algunas unidades métricas de masa, volumen y longitud.
PREFIJO NUMERO DE UNIDADES
BASICAS
MASA VOLUMEN LONGITUD
Mega- 1,000,000 Megagramo (Mg) Megalitro (Ml) Megametrico (Mm)
Kilo - 1000 Kilogramo (Kg) Kilolitro (Kl) Kilometro (Km)
Unidad
basica
1 Gramo (g) Litro (L) Metro (m)
Deci- 0.1 Decigramo (dg) Decilitro (dl) Decímetro (dm)
Centi- 0.01 Centigramo (cg) Centilitro (cl) Centímetro (cm)
Mili- 0.001 Miligramo (mg) Mililitro (ml) Milímetro (mm)
Micro- 0.000001 Microgramo (μg) Microlitro (μl) Micrómetro (μm)
Nano- 0.000000001 Nanogramo (ng) Nanolitro (nl) Nanómetro (nm)
Pico- 0.000000000001 Picogramo (pg) Picolitro (pl) Picometro (pm)
En el sistema métrico, las unidades de densidad que por lo general se utilizan para sólidos y líquidos son g/ml
(g/cm) las unidades que se utilizan para los gases son g/1. La densidad tiene unidades de masa/volumen, y
siempre que se exprese la densidad de una sustancia, deben darse también las unidades de masa y de
volumen específicas. Por ejemplo, la densidad del agua es de 1.00 g/ml en el sistema métrico y de 1000 kg/m'
en el SI. No basta expresar la densidad de una sustancia mediante un simple número sin unidades. Si dos
líquidos que no son solubles entre sí se colocan en el mismo recipiente, el líquido con densidad mayor tenderá
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27
a irse hacia la parte inferior y el líquido menos denso permanecerá en la parte superior. Un ejemplo de esto es
el aceite y agua, como se muestra en la figura 2.4. Cuando se derrama petróleo en el océano, se forma una
capa aceitosa.
Tabla 2.2 Algunos equivalentes del sistema métrico ingles
TIPO DE MEDIDA SISTEMA INGLES SISTEMA METRICO
Masa 1.00 libras ↔ 454 gramos
Longitud 1.00pulgadas
1.00millas
1.09 yardas
↔
↔
↔
2.54 centímetros
1.61 kilómetros
1.00metro
Volumen 1.06 cuarto de gal
1.00 pinta
1 galon
↔
↔
↔
1.00litro
473 mililitros
3.78 litros
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Ejercicios Resueltos
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1.1 Convertir 6560 µm (micrómetros) a Tm (Terámetros).
Solución:
1.2 La ciudad de La Paz tiene aproximadamente habitantes, suponiendo que por cada 5
personas exista un vehículo y que este logre un recorrido de 100 [km/día] con un consumo promedio
de combustible (gasolina y/o diésel) de 1 litro por cada 12 Km.
Calcule el volumen de combustible consumido en un año.
Solución:
DATOS: ; *
+ ;
[
]
1.3 Un depósito contiene 0.18 m3 de cierto líquido. El depósito posee un pequeño orificio en su base
de tal modo que gotea a un ritmo constante de 210 [gotas/min]. Sabemos que 2 ml de líquido son 31
gotas ¿Qué tiempo en horas tardara el depósito en quedarse al 50% de su contenido?
Solución:
DATOS: ; *
+ ;
=180lt
Si 180lt es el 100% del depósito el 50% será:
=110.71 [h]
1.4 La ciudad de La Paz tiene 850000 habitantes. Si cada uno consume 2332 galones de agua al año,
¿cuántas toneladas de hipoclorito de sodio del 25% en masa de cloro se necesitan por año, para que
el contenido de cloro en el agua sea de 6 ppm?
Solución:
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31
1.5 Se fabrican cadenitas de peltre (75% Sn, 25% Pb) para el consumo nacional y de exportación. Los
alambres de peltre tienen un diámetro de 0.7 mm, la argollita se fabrica con 0,6 cm de alambre, La
cadena tiene 150 argollitas y 0.8 gramos de peltre para el sujetador. Sabiendo que la densidad del
alambre es de 8 gramos por cada ml.
Si un rollo de peltre pesa 600 g. Cuantos rollos se emplean si se venden en el mercado nacional
300 cajas de cadenitas (1 caja = 1500 unidades) y se exportan 7000 cajas.
Solución:
Mercado nacional
Mercado extranjero
1.6 1m3de aluminio tiene una masa de 2700 kg y 1 m3 de hierro tiene una masa de 7860 kg. Encuentre
el radio de una esfera solida de aluminio que se equilibre con una esfera solida de hierro de 2 cm de
radio en una balanza de brazos iguales.
Fe
Hierro
Al
Aluminio
A
Solución:
√
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32
1.7 Una mezcla de dos sustancias está formada por 1450 gramos de una sustancia A y 1580 gramos
de una sustancia B. El volumen total de la mezcla es igual al volumen de 3500 gramos de leche, cuya
densidad es 1.1 g/cm3.
a) Calcular la densidad de la mezcla.
b) Encontrar su densidad relativa.
c) Si la sustancia A tiene una densidad de 0.85 g/cm3. cuál es la densidad de la sustancia
B?
Solución: Por definición, la densidad es:
Donde:
Reemplazando valores en la ecuación (1):
la densidad es:
Reemplazando valores:
Suponiendo volúmenes aditivos:
1.8 La suma de masas de agua y alcohol etílico es de 60 gr y la diferencia de sus volúmenes es de 10
ml. La densidad la mezcla es de 0.91 [g/ml]. Hallar:
a) La densidad del alcohol etílico
b) La densidad relativa del alcohol etílico
c) Si 80 g de alcohol etílico se almacenan en un recipiente cubico. ¿Qué longitud tendrán
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33
los lados del cubo?
Solución:
DATOS: Agua = 1; alcohol = 2 ; ;
*
+
Solución:
a) Como se trata de agua se sabe que
*
+
b)
*
+
*
+
c)
Alcohol etílico
80[g]
lado
la
d
o
√
√
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34
1.9 La temperaturade ebullición del hidrógeno a la presión de una atmósfera es 20K, el mismo punto
en la escala absoluta de “A”; es la quinta parte del valor numérico que en la escala Celsius.
c) Exprese una relación entre la escala A y la escala kelvin
d) Los medios de cultivo para recuento de microorganismos se deben esterilizar y luego enfriar
para usarlos, en un trabajo de laboratorio se usa un medio de cultivo cuya temperatura inicial es de
716ºA al introducir a la autoclave para esterilizar dicho medio de cultivo se aumentó en 100 ºF, y para
usar el medio se disminuye la temperatura en 550 R. Calcular la temperatura final del medio de cultivo
en grados kelvin
Solución:
Transformamos la temperatura Kelvin a °C
°C = 20 – 273 = - 253°C
El punto de ebullición es la quinta parte de esta temperatura, por lo tanto:
Nos indica que solo el valor numérico y que la escala de A es absoluta, entonces el punto de ebullición de la
escala A es 50.6°
a) Para relacionarlo con la escala Kelvin sabemos que los dos son escalas absolutas y por lo tanto su
punto de 0 absoluto de los 2 es cero
20K
0K
50.6°A
0°A
°AK
(
)
b)
T(K) = 716°A + 100°F - 550R
(
)
Entonces: T(K) = 716°A + 100°F - 550R = 283 + 55.56 - 305.18
T(K)=33.38K
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35
1.10 A que temperatura se hallan los cuerpos A y B si con un termómetro °C, se registra que la
temperatura del cuerpo a es la mitad de la que ofrece B, si se emplea un termómetro de escala
absoluta Kelvin (K) la temperatura del cuerpo es ¾ de la que tiene el cuerpo B.
Solución:
DATOS: Celsius:
; Kelvin:
Sabemos K=°C+273
Entonces: ;
Igualando en:
;
Reemplazando en:
1.11 Para festejar la llegada de la primavera, un grupo de estudiantes deciden organizar una “fiesta
bailable”, donde se servirán “chuflay” (una mezcla de singani y Ginger Ale), con relación a la bebida.
Si el gusto alcohólico es de 10% en volumen, el singani tiene una concentración de 47% en volumen
de alcohol, el número de estudiantes participantes es de 25 y, cada uno de ellos, se sirve 13 vasos de
120 ml.
a) ¿cuántas botellas de singani de 700 ml son necesarias?
b) si cada botella de singani vale Bs. 60 y la botella de 2 litros de Ginger Ale cuesta Bs. 5.50, ¿cuál
será el costo total del “chuflay”?
c) ¿cuánto tendrá que aportar cada estudiante para este acontecimiento?
Solución:
Sabemos que, Singani + Ginger Ale = Chuflay
Ahora bien,
o sea, deben adquirirse 12 botellas de singani de 700 ml.
b) Por una parte,
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CONCEPTOS FUNDAMENTALES
36
y por otra,
o sea, 16 botellas de Ginger Ale. Ahora bien,
Sumando los resultados (1) y (2), obtenemos:
720 Bs + 88 Bs = 808 Bs
Por lo tanto, el costo total del “chuflay” es 808 Bs.
Esto es, que el aporte de cada estudiante será de 32,4 Bs.
1.12 Una muestra de ácido sulfúrico de 95.7% en peso de H2SO4 y de densidad igual a 1.84 g/cm
3
.
Calcular:
a) ¿Cuántos gramos de H2SO4 puro contiene 1 litro de ácido?
b) ¿Cuántos cm3 de ácido contienen 100 g de H2SO4 puro?
Solución:
ac.i
10
cm ac.i
ac.i
1.84 ac.i
1cm ac.i
95.7g ac.p
100 ac.i
760.9 acido puro
100 ac.p
100 ac.i
95.7 ac.p
cm ac.i
1.84 ac.i
56.79 cm ácido
1.13 Se mezcla 800 ml de benceno (C6H6) y 1200 ml de tetracloruro de carbono (CCl4), para formar una
mezcla homogénea.
Determinar:
a) Porcentaje en masa de cada componente de la mezcla
b) Densidad de la mezcla.
Densidad relativa del benceno y tetracloruro de carbono: 0.89; 1.10 respectivamente.
Solución:
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CONCEPTOS FUNDAMENTALES
37
DATOS: Mezcla: C6H6, CCl4
C6H6: Componente 1 CCl4: Componente 2
= 0.89 (g/cm3) = 1.10 (g/cm
3
)
V1 = 800 (cm
3
) V2 = 1200 (cm
3
)
a) Porcentaje en masa de benceno existente en la mezcla:
Relación porcentual:
Donde:
Reemplazando:
b) Densidad de la mezcla:
1.14 La fluoración es el proceso de agregar compuestos de fluor al agua potable para ayudar a
combatir la caries dental. Una concentración de 1 ppm (1 g de fluor por un millón de gramos de agua)
de fluor es suficiente para este fin. El compuesto normalmente seleccionado es el NaF con un 45 %
de fluor en masa. Considerando la densidad del agua igual a 1 g/ml, calcular:
a) Calcular la cantidad de NaF en Kg que se necesita anualmente para una ciudad de 50000
habitantes si el consumo diario de agua por persona es de 100 galones.
b) La cantidad de NaF en kg que se desperdicia por año si cada persona solo utiliza 9 litros de agua
por día para beber y cocinar.
c) Sí el NaF tiene un costo de 1.5 $us/ lb ¿cuál es el costo anual en el que incurre la empresa que
proporciona el agua a la población?
Solución:
a) Cálculo de la masa total de NaF “MNaF”
50000 hab.
100 gal H
dia
l H
galon H
ml H
1 l H
g H
ml H
g F
10
H
g NaF
45 g F
kg NaF
1000 g NaF
días
1 a o
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CONCEPTOS FUNDAMENTALES
38
Masa NaF 15350.3
kg
a o
b) Cálculo de la masa de NaF desperdiciada “Mdesp”
50000 hab.
9 l H
dia
ml H
1 l H
g H
ml H
g F
10
H
g NaF
45 g F
kg NaF
1000 g NaF
días
1 a o
Masa de NaF utili ada MUtil. 365
kg
a o
Masa de NaF desperdiciada . –
Masa de NaF Desperdiciada . 15350.3 - 365 14985.3
Kg
a o
c) Cálculo del costo anual de NaF
15350.3 kg NaF
2.2 lb NaF
kg NaF
us
1 Lb
50656 us
1.15 Una empresa textil dedicada a la exportación de prendas, recibe un contrato para exportar
100000 prendas. Cada prenda presenta las siguientes características, peso unitario 200 g,
composición de la tela 60% algodón, 40% poliéster. La secuencia del proceso es tejido, teñido y
confección.
La planta de tejido despacha 500 kg diarios de tela cruda, la planta de teñido solo despacha 300 kg y
tiene una pérdida del 5% de la tela teñida, la planta de confección elabora 3000 prendas por día.
Determinar:
a) El tiempo en días que tardará la empresa textil en elaborar las 100000 prendas.
b) El Costo unitario por prenda en Bs., si el precio del algodón es 6.50 $us por kg, del poliéster es 3
$us por kg, el proceso de tejido tieneun costo de 1.40 $us/kg, el proceso de teñido el costo es de
1.20 $us/kg y para el proceso de confección es de 1.50 $us por prenda. (Los costos incluyen mano
de obra).
c) Si el directorio de la empresa decide imponer un margen de utilidad del 60 % a cada prenda, cuál
será la utilidad total en Bs por las 100000 prendas (tipo de cambio 1$us = 7 Bs)
Solución:
Datos Tejido: 500.0 kg/dia
Teñido: 300.0 kg/dia
Confección: 3000.0 prendas/dia
Cálculo de los kg despachados por confección:
El cálculo se debe realizar en función de lo que despacha la sección de teñido que es la mínima producción.
El tiempo en días que tardará la empresa textil en elaborar las 100.000 prendas.
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CONCEPTOS FUNDAMENTALES
39
El Costo unitario por prenda en Bs., si el precio del algodón es 6.50 $us por kg, del poliéster es 3 $us por kg,
el proceso de tejido tiene un costo de1,40 $us/kg, el proceso de teñido el costo es de 1,20 $us/kg y para el
proceso de confección es de 1,50 $us por prenda. (Los precios incluyen mano de obra).
us
us
us
us
u
us
us
us
Entonces:
costo total = costo 1 + costo 2 + costo 3 + costo 4 + costo 5
costo total = 0,780 + 0,240 + 0,280 +0,240+1,5 ($us / prenda) = 3.040 $us/prenda
us
us
Si el directorio de la empresa decide imponer un margen de utilidad del 60 % a cada prenda, cuál será la
utilidad total en Bs por las 100000.0 prendas (tipo de cambio 1$us = 7 Bs)
La utilidad total será:
U Total = 3404800,0 - 2128000,0
U Total = 1276800,0 Bs
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CONCEPTOS FUNDAMENTALES
40
1.16 La suma de las masas de agua y alcohol etílico es de 60 g y la diferencia de sus volúmenes es
de 10 cm
3
. a) Si la densidad de la mezcla es de 0.911 g/cm
3
, determine la densidad del alcohol etílico.
b) Si 80 g de alcohol etílico se almacena en un recipiente cúbico, ¿qué longitud tendrá uno de los
lados del recipiente?
Solución:
Sean, A = agua
B = alcohol etílico
Entonces, (1)
(2)
a) Por definición, sabemos que:
Por lo tanto
De ahí que, (3)
Sumando, miembro a miembro, las ec. (2) y (3), obtenemos:
Haciendo operaciones tenemos:
Este resultado en la ec. (3):
Ya que,
, entonces,
Este resultado en la ec. (1):
Entonces
b) El volumen del alcohol etílico se obtiene:
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CONCEPTOS FUNDAMENTALES
41
Por otra parte
De donde √
√
1.17 Una mezcla de tres líquidos contiene 40% en masa de A,
y 30 % en volumen de
agua. Calcular la densidad del tercer líquido, si la densidad de la mezcla es
Solución:
Considerando la masa de la mezcla igual a 100 g
La masa del tercer liquido es:
El volumen del tercer liquido es:
La densidad del tercer liquido es:
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CONCEPTOS FUNDAMENTALES
42
1.18 Se ha construido una escala de temperatura tomando como referencia el punto de ebullición del
agua 130°A y el punto de fusión del hielo – 10°A
a) Encontrar la expresión matemática que relacione la escala A y la escala centígrada.
b) El alcohol hierve aproximadamente a 80°C ¿A cuántos grados A equivalen?
c) ¿Cuál será el cero absoluto en esta escala?
d) Mientras se construirá el termómetro la temperatura aumenta 3°C exprese este aumento en °A.
Solución:
c)
d)
1.19 Se disponen de dos termómetros uno de ellos considera que el punto de fusión del hielo es de –
35º A y en el otro 45ºB, y el punto de ebullición del agua de 140ºA y 290ºB respectivamente calcular:
a) Hallar la temperatura (- 40 ºC) en ºA y en °B
b) ¿En qué valor numérico ambos termómetros marcarán el mismo valor?
Solución:
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CONCEPTOS FUNDAMENTALES
43
Para los -40º obtenemos los siguientes resultados una ve que se reempla an los datos. Para la escala “A”:
ºA = -105º
y para la escala “B”
°B = - 53º
b) Igualando las ecuaciones (I) y (II), obtenemos:
ºA 35
20
49
°B 45
ºA 35
ºB 45
7ºA 245 5ºB 225
si: ºA ºB
Obtenemos: 7 245 5 - 225
7 - 5 - 245 - 225
2 - 470
por lo tanto: - 235
A - 235º ambas escalas marcan lo mismo
1.20 Determinar una expresión que permita relacionar la escala absoluta T (en la cual el agua hierve a
201.51 T) y la escala Rankine
Si el agua hierve en la ciudad de La Paz a 87°C ¿A qué temperatura hervirá en la escala T?
Solución:
Como
(
)
Reemplazando datos:
(
)
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ESTRUCTURA ATÓMICA, ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
45
ÁTOMOS Y MOLÉCULAS
Átomo es la parte más pequeña de una sustancia que no se puede descomponer y mantiene las
propiedades del elemento del cual proviene. Cada átomo tiene un núcleo (centro) compuesto de
protones y neutrones, los electrones se mueven alrededor del núcleo.
Representación de un elemento (X), en la tabla periódica, la representación de cualquier elemento
contiene la siguiente información:
Numero atómico (Z) Número de masa (A)
Carga eléctrica en átomos
Átomo neutro: Cation y anion:
Tipos de átomos
Isotopos: Isobaros:
Isótonos:
átomos isoeléctricos:
Masa atómica promedio, es el ponderado de las masas atómicas de todos los isotopos de un mismoelemento.
Peso atómico y peso molecular, representados por una letra (M), se define como el peso relativo
de las moléculas de una sustancia, compuesto o elemento, si se trata de un elemento “el peso o
masa” se obtiene fácilmente de la tabla periódica, si se trata de un compuesto “el peso molecular”
se debe obtener mediante cálculos.
Átomo y el número de Avogadro; el peso atómico de cualquier elemento es exactamente igual al
número de Avogadro (6.023∙1023) expresado en átomos.
Átomo-gramo (at-g), es el peso atómico de cualquier elemento (MElemento expresada en gramos) es
exactamente igual a un átomo gramo.
2. Estructura Atómica, Átomos, Moléculas y Tabla Periódica de los Elementos
Marco teórico
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ESTRUCTURA ATÓMICA, ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
46
Molécula, es la parte más pequeña de un compuesto, la unión de 6.023∙1023 expresado en
moléculas es exactamente igual al peso molecular del compuesto estudiado.
Mol, para compuestos es el peso molecular expresado en gramos que corresponde al conjunto de
6.023*1023 moléculas del compuesto estudiado y para solo los elementos es el peso atómico
expresado en gramos que corresponde al conjunto de 6.023∙1023 átomos del elemento estudiado.
Relación de pesos moleculares.
Es la relación que existe entre el peso molecular de un compuesto (expresado en gramos) y las
masas, átomos, átomo gramo y moles presentes de cada elemento. Además de considerar a las
moléculas en dicho compuesto. Para determinar cualquier unidad fundamental o partículas
subatómicas (protones, neutrones y electrones), se debe contar únicamente con la masa del
compuesto y/o elemento, además de realizar el procedimiento como factores de conversión.
ESTRUCTURA ATOMICA
Según Dalton, todo elemento está compuesto de partículas extremadamente pequeñas que se
denominan átomos, que son indivisibles e indestructibles.
Según Thompson, el propuso el modelo atómico del (Budín de pasas) en el cual un átomo es una
esfera cargada positivamente dentro de la cual se encontraban los electrones.
Rutherford expuso el modelo nuclear del átomo, en el átomo la mayor parte es vacía y posee un
núcleo central con carga (+) que contiene casi toda la masa del átomo, las partículas del núcleo se
llaman protones y tienen la misma carga que los electrones y los electrones giran a grandes
distancias alrededor del núcleo en orbitas circulares.
Modelo atómico de Niels Bohr
1º Postulado, el electrón gira alrededor del núcleo en orbitas circulares sin emitir energía radiante.
2º Postulado, el electrón no puede estar a cualquier distancia del núcleo, sino que solo hay orbitas
estacionarias posibles definidas por el numero cuántico principal.
3º Postulado, el electrón solo emite o absorbe un cuanto de energía en los saltos de una órbita
permitida a otra (constante de Planck: h = 6.63∙10-34Joul∙s)
Números cuánticos grupo y periodo.
Numero cuántico principal (n), indica el nivel energético principal del electrón, toma valores
enteros y positivos, determina el tama o de la nube, cuanto mayor sea el valor de “n”, más lejano
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ESTRUCTURA ATÓMICA, ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
47
estará el electrón del núcleo.
Nivel K L M N O P Q
n 1 2 3 4 5 6 7
Numero cuántico secundario (ℓ), determina la forma de los orbitales donde se localiza el electrón,
nos indica la ubicación del electrón en un determinado subnivel de energía, cada valor de “l” está
relacionado con un subnivel de energía.
Orbitales electrónicos (REEMPE), son Regiones Espacio Energéticas de Máxima Probabilidad
Electrónica de encontrar un par de electrones, el número de electrones que acepta un nivel
energético es 2(2ℓ+ℓ) donde “ℓ” es el número cuántico secundario.
Subnivel s p d f
ℓ 0 1 2 3
#e 2 6 10 14
Numero magnético (m), indica la orientación de un orbital en el espacio, para ser determinado se
debe realizar el respectivo diagrama de cajas.
Numero cuántico de giro o spin (s), indica el giro del electrón sobre su propio eje y la orientación
del campo magnético que este produce, toma dos valores, si el sentido del electrón termina hacia
arriba le corresponde el valor de “+1/2” y si el sentido del electrón termina hacia abajo le
corresponde el valor de “-1/2”.
Configuración electrónica, determina la forma en que los electrones están ordenados o
distribuidos en el átomo con la notación electrónica.
TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS.
Actualmente, la tabla periódica se compone de 118 elementos distribuidos en 7 filas horizontales
llamadas periodos y 18 columnas verticales, conocidas como grupos. Su descubridor, el químico
ruso Dmitri Mendeléiev, no fue premiado con el Nobel por lo que es una de las contribuciones
capitales en la historia de la química. A cambio, en 1955 recibió el honor de prestar su nombre
al mendelevio (Md), el elemento químico de número atómico 101 en la tabla periódica.
http://www.nationalgeographic.com.es/ciencia/actualidad/tabla-periodica-renueva_10927
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ESTRUCTURA ATÓMICA, ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
48
ESTRUCTURA
ATÓMICA, ÁTOMOS,
MOLÉCULAS Y TABLA
PERIÓDICA DE LOS
ELEMENTOS
Ejercicios Resueltos
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ESTRUCTURA ATÓMICA, ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
49
2.1 Un elemento es isobaro con el elemento
, el átomo tiene un numero de masa y un número
atómico que son el doble y la mitad, del número atómico y número de masa de un átomo ,
respectivamente. Hallar el número de masa (#) de , si los neutrones de y suman 56.
Solución: Extrayendo datos del enunciado:
Como X y Y son isobaros, son elementos con diferente número atómico (Z), pero tienen igual número másico
(A).
La cantidad de neutrones de X y W será, partiendo de la ecuación del número másico.
Como
Entonces tenemos las ecuaciones:
Reemplazando (4) y (5) en (3)
Con las condiciones (1) y (2), hallamos el número de masa de W:
(
) (
)
2.2 Se tiene dos isótopos X y Y cuya diferencia entre sus números de masa es la unidad. El primero
de mayor carga másica tiene una carga electrónica de -1, y un número atómico de 53. El segundo una
carga electrónica de +5, y una relación electrón neutrón de 16/25. Determinar el número de masa (#)
masa del elemento X.
Solución:
Como X y Y son isotopos, son elementos que poseen igual número atómico (Z), pero diferente número másico
(A).
El número de electrones del elemento Y depende del número atómico y de su carga:
ZX
X
ISOBAROS
X ZY
Y
ISOTOPOS
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ESTRUCTURA ATÓMICA, ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
50
Reemplazando este valor en la ecuación (2)
El número de masa del elemento Y depende del número atómico y del número de neutrones, entonces:
El número atómico del elemento X se obtiene reemplazando en la ecuación (1)
2.3 Un elemento C es isotopo con el elemento
. Otro elemento E (Z=10) suma sus electrones con
“D” para tener 30 electrones en total.A su vez el elemento C es isótono de E y la diferencia de sus
cuadrados de los números de mas es de 340. Calcular el número de masa (#) del elemento más ligero.
Solución:
El elemento “C” es isotopo del elemento “D”, entonces se cumple:
Si el elemento “C” es isótono con el elemento “E”, se cumple:
El número de masa depende del número atómico y del número de neutrones, entonces para “C” y “E”:
Reemplazando las ecuaciones (4) y (5) en la ecuación (3):
Reemplazando la ecuación (6) en la condición (2):
En la ecuación (6) para la masa atómica de “C”:
Comparamos y el elemento que tiene menor número atómico es “E”, por lo tanto, es el elemento más ligero
C ;
;
E
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ESTRUCTURA ATÓMICA, ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
51
2.4 Existen varias alternativas para desinfectar y purificar el agua en pequeña escala, una de ellas es
por sustancias químicas como cloro. Las tabletas de “PURIMAX” son el desinfectante comercial más
conocido para desinfección del agua de beber, dichas tabletas contienen 90% de . Si una
tableta de 160 mg se utiliza para desinfectar 88.2 lb de agua y se desea desinfectar 300 dm
3
de agua.
¿Cuántos átomos de cloro (#átomos de cloro) se usarán para desinfectar el agua deseada?
Solución:
La relación entre la mas de la tableta y la masa
de agua que puede desinfectar será:
Con el porcentaje de “PURIMAX” presente en una tableta, tenemos
la relación másica:
El número de átomos de cloro que se requieren para la desinfección de los 300 dm
3
de agua, serán:
2.5 La sal Epson, es un fuerte laxante empleado en medicina veterinaria. Cuando una
muestra de 5.068 g de este hidrato se calienta a 250 ºC, se pierde toda el agua de hidratación, dejando
2.472 g de . Calcular los átomos de oxigeno (#átomos de O) presentes en dicha sal.
Solución:
AGUA
Se determinan los pesos moleculares de los compuestos por separado, es decir, primero el peso molecular
del sulfato de magnesio anhidro (que no tiene agua).
Tableta
Agua para
desinfectar
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52
Segundo para el agua:
El peso molecular del sulfato de magnesio “X” hidratado se obtiene sumando los pesos moleculares:
Obtenemos la siguiente relación:
La variable “X” que representa en cuánto se encuentra hidratado el soluto, este valor debe ser un número
entero y se determina con ayuda de las masas (del compuesto hidratado y del compuesto anhidro), además
de la relación de pesos moleculares.
Entonces nuestro compuesto se trata del Sulfato de magnesio heptahidratado
Los átomos de oxígeno presentes serán:
2.6 En un recipiente se almacenaron 30 litros de di metilbenceno, cuya gravedad especifica es 0.87,
se agrega benzaldehído con una gravedad especifica de 1, resultando en una mezcla de densidad
relativa igual a 0.911 además de que la suma de masas es 60 g y la diferencia de volúmenes es 10 ml.
Calcular, el número de neutrones (# neutrones de C) de carbono presentes en la mezcla, sí
.
Solución:
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ESTRUCTURA ATÓMICA, ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
53
Reemplazando la ecuación (1) en la densidad de la mezcla:
Resolviendo las ecuaciones (2) y (3):
Tenemos:
Hallamos las masas de cada componente de la mezcla.
Para el número de neutrones en un átomo de carbono:
Calculamos la cantidad de neutrones presenta en la mezcla.
Para el di metilbenceno
1
Mezcla
2
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ESTRUCTURA ATÓMICA, ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
54
Para el benzaldehído
El total en la mezcla, será la suma:
2.7 Se disuelve de un ácido del 90% de pureza y densidad
, en 100 gramos de
agua. El elemento tiene el doble de protones y neutrones del oxigeno
. Calcule el número total
de átomos de hidrogeno (#átomos de H) en la solución final.
Solución:
Para saber de qué acido se trata, es necesario conocer la identidad del elemento “X”, para lo cual se
determinará el número de masa, número atómico y realizando una comparación con los elementos de la tabla
periódica se verificará su identidad.
Los elementos X y oxigeno no tienen carga, entonces el número atómico es igual al número de protones.
Con la composición en masa se obtienen relaciones auxiliares.
Reemplazando las consideraciones en la ecuación (1):
El número de masa del elemento “X” depende del número de protones y del número de neutrones
El número de masa del oxígeno depende del número de protones y del número de neutrones:
El número de neutrones del elemento “X”, se determina reempla ando en la ecuación (2):
El número de masa del elemento “X”, se obtiene reempla ando valores en la ecuación (3):
Representando al elemento “X”:
Su configuración electrónica será:
𝐗𝟏𝟔
𝟑𝟐
𝑝𝑋
𝑝𝑂
𝑛𝑋
𝑁𝑂
Átomo: 𝑂
Agua
Agua
Acido
Mezcla
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ESTRUCTURA ATÓMICA, ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
55
El periodo está dado por el máximo nivel de energía al que llego en su configuración
El grupo se determina con la suma de los electrones de las ultimas configuraciones (2 + 4 = 6), pertenece al
grupo VI A.
El elemento es el Azufre S
Completando la fórmula del ácido desconocido:
Tratándose del ácido sulfuroso
Para el número de átomos de hidrogeno:
1º AGUA AÑADIDA. El número de átomos de hidrogeno que provienen del agua que se agrega:
2º AGUA EN LA MEZCLA. El número de átomos de Hidrogeno que provienen del agua en la mezcla de3º ACIDO EN LA MEZCLA. El número de átomos de Hidrogeno que provienen del ácido en la mezcla de
El número de átomos presentes en la mezcla final es la suma de todos los átomos de hidrogeno:
2.8 Se tiene 4.253·1024 electrones de oxígeno de una mezcla de benzoato de etilo y
tolueno, se agrega en un recipiente en forma cónica cuya altura es de 0.07874 yardas y 0.38517 pies
de diámetro que ocupa hasta el cincuenta por ciento de volumen del cono, el cual tiene una densidad
de 910 kg/m
3
. Determinar los átomos de hidrogeno (#átomos de H) del tolueno si
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ESTRUCTURA ATÓMICA, ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
56
0.38517 pie
0.
07
87
4
yd
Solución: Uniformizando unidades:
Cálculo del volumen del cono:
De la condición, para el volumen de la mezcla:
Obtenemos la masa de la mezcla, a partir de la ecuación de la densidad:
El número de electrones en el átomo de Oxigeno será:
La masa de benzoato de metilo, se la obtiene con la ayuda de los electrones de oxígeno:
La masa del tolueno se la determinará con la masa de la mezcla y del benzoato.
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ESTRUCTURA ATÓMICA, ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
57
Finalmente, los átomos de hidrogeno, presentes en el tolueno, serán:
2.9 Un hidrocarburo orgánico XY tiene una relación de átomos de 1 a 4respectivamente en su fórmula
molecular, se conoce que la abundancia isotópica de X es: 1.5%, 1.5% y 97% para sus masas
atómicas 14, 13 y 12 respectivamente con un número atómico de 6, y se sabe también que Y tiene una
masa atómica promedio de 1 y numero atómico de 1.
Si se tiene un volumen de 500 litros de dicho hidrocarburo contenidos en un recipiente que vacío pesa
15.5 kg y con el hidrocarburo 15.8585 kg. Determinar el número de moléculas de dicho hidrocarburo
(#moléculas de hidrocarburo) contenido en los 500 litros.
Solución:
HIDROCARBURO
La masa de hidrocarburo se determina por la diferencia de las masas final menos la inicial:
El número atómico de “X” se lo obtiene a partir de su abundancia.
Entonces los pesos moleculares de los elementos “X” y “Y” son:
El peso molecular del hidrocarburo será:
Finalmente, el número de moléculas de hidrocarburo:
;
;
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58
2.10 En 175 ml de una solución formada por 66.67% en masa de sustancia cuya fórmula es y
agua, cuya densidad relativa es 1.2; se ha determinado que toda la solución contiene 9.535·10
24
átomos de hidrogeno totales. Calcular el peso molecular de la sustancia (g/mol).
Solución:
SUSTANCIA DESCONOCIDA
AGUA
La masa de la mezcla se obtiene con su volumen y densidad:
La masa del compuesto desconocido se obtiene reemplazando en la condición
X
X
La masa de agua la obtendremos con un balance de materia:
X
X
Los átomos de hidrogeno que provienen del agua son:
El número de átomos de hidrogeno que provienen del compuesto es la diferencia entre el total y el agua:
X
X
X
Con el número de átomos de hidrogeno del compuesto desconocido se obtiene su peso molecular:
X
X
X
X
X
X
X
*
+
2.11 Determine el número de átomo-gramo de sodio (Na) en 3 moles de fosfito de sodio (Na2HPO3).
Solución:
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ESTRUCTURA ATÓMICA, ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
59
Datos: nNa2HPO3 = 3 mol
2.12 ¿Cuántos átomos de oxígeno (O) tienen cinco moléculas de tiosulfato de sodio (Na2S2O3)?
Solución:
Datos: De la formula del compuesto 1 molec Na2S2O3 = 3 at O
2.13 Una muestra contiene 8.4x1021 átomos de los cuales 57% es de Fe, 14% es Cr y 29% es C ¿Qué
masa de carbono tiene la muestra?
Datos: %atC = 29%
2.14 ¿Cuántas moléculas de agua hay en 3 gotas de agua (H2O)? Si una gota ocupa un volumen
aproximado de 0.05 ml.
Solución:
Datos: 3 gotas de agua; 1 gota = 0.05 ml
H: 2 ∙ 1 g/mol
O: 1 ∙ 16g/mol
MH2O = 18 g/mol
2.15 ¿Cuántos mol-g de carbonato de calcio (CaCO3) son necesarios para que exista 10 átomos de
oxígeno (O)? Considere N, igual al número de Avogadro.
Solución:
Datos: AtomosO2= 10 atomos; 1 mol-g = M
Ca: 1 ∙ 40 g/mol
C: 1 ∙ 12 g/mol
O: 3 ∙ 16 g/mol
MH2O = 100 g/mol
⏟
2.16 ¿Cuántos átomos de oxígeno (O) hay en 10 ml de una solución de ácido silícico (H4SiO4) del
30% en masa y densidad relativa 1.15?
Solución:
Datos: %mH4SiO4=30%; = 1.15 g/ml
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60
H: 4 ∙1 g/mol
Si: 1 ∙28 g/mol
O: 4 ∙16 g/mol
MH2O = 96 g/mol
2.17 Se disponen de 5.15x1024 moléculas de agua de hidratación (H2O) del bisulfato niquélico
pentahidratado ( Ni(HSO4)3∙5H2O ) con un 65% de pureza en peso, calcular los kilo moles de bisulfato
niquélico.
Solución:
Datos: %p = 65%; MoleculasH2o= 5.15∙10
24
Ni: 1 ∙ 59 g/mol
H: 3 ∙ 1 g/mol
S: 3 ∙ 32 g/mol
O: 12 ∙ 16 g/mol
MNi(HSO4)3 = 350 g/mol
H: 2 ∙ 1 g/mol
O: 1 ∙ 16 g/mol
MH2O = 18 g/mol
M Ni(HSO4)3*5H2O = 440 g/mol
2.18 Un auxiliar distraído de química efectúa un análisis químico en una solución de ácido fórmico
(HCOOH) del 50 % en masa y densidad de 1.12 g/ml, determinando que la solución contiene 0.012 lb-
mol de ácido fórmico del 50% en masa y densidad de 1.12 g/ml, determinando que la solución
contiene 0.012 lb-mol deácido fórmico, calcule los átomos-gramo de carbono (C) en la solución.
Solución:
Datos: %mHCOOH= 50%; = 1.12 g/ml; 0.12 lb-mol HCOOH
Sabemos que: ⁄
H: 2 ∙ 1 g/mol
C: 1 ∙ 12 g/mol
O: 2 ∙ 16 g/mol
MH2O = 46 g/mol
Entonces:
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ESTRUCTURA ATÓMICA, ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
61
2.19 Se disuelven 2.2046∙10-4 libras de ácido oxálico (H2C2O4) en 0,01 dm
3
de agua (H2O), siendo la
densidad de la solución 1,1 g/cm
3
. ¿Cuál es el número de átomos de oxígeno en la solución?
Solución:
Datos: mH2C2O4 = 2.2046∙10
-4
lb; VH2O = 0.01 dm
3
; = 1.1 g/cm3
H: 2 ∙ 1 g/mol
C: 2 ∙ 12 g/mol
O: 4 ∙ 16 g/mol
M = 90 g/mol
2.20 ¿Cuántos átomos de nitrógeno (N) contiene 2 Kg de abono mineral? Si la composición del abono
es del 85% de fosfato diácido de amonio ((NH4) H2PO4), 10% de fosfato ácido de amonio ( (NH4)2HPO4 )
y sus impurezas están exentas de nitrógeno (N) y fosforo (P).
Solución:
Datos: mm = 2 kg; %m(NH4)H2PO4 = 85 %; %m(NH4)2HPO4 = 10 %
N: 1 ∙ 14 g/mol
H: 6 ∙ 1 g/mol
P: 1 ∙ 31 g/mol
O: 4 ∙ 16 g/mol
M(NH4)H2PO4 = 115 g/mol
N: 2 ∙ 14 g/mol
H: 9 ∙ 1 g/mol
P: 1 ∙ 31 g/mol
O: 4 ∙ 16 g/mol
M(NH4)2HPO4 = 132 g/mol
2.21 En un átomo X, su número de masa es el cuadrado de su número de electrones. Si su número
atómico es 4. Calcular cual es la diferencia entre el número de átomos. Datos: ; ;
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62
Solución:
Se sabe que: (1)
(2)
(3)
trabajamos para un átomo neutro, donde:
Entonces en la condición:
En 2
Entonces
2.22 La masa atómica de un elemento “D” es 5 .7 u.m.a. Si el elemento consta de dos isotopos que
tienen número de masa 51 y 52 ¿Cuál es el porcentaje de abundancia en la naturaleza del isotopo
más ligero?
Datos: A1 = 51; A2 = 52; Patómico = 51.7 uma
1 es el elemento más ligero
Se sabe que:
(2) en (1)
2.23 La suma de los números atómicos de 2 isotopos es 18 y la diferencia de sus masas atómicas es
6 ¿Cuáles son sus números atómicos?
Solución:
Datos: n1 = n2; Z1 + Z2 = 18; A1 – A2 = 6; Z1 =? y Z2=?
Sanemos que:
En la condición:
Igualando con la condición:
2.24 La diferencia de los cuadrados del número de masa y el número atómico de un átomo es 120,
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63
determine el número de electrones, si el átomo posee seis neutrones.
Solución:
Datos: Se asume que el átomo es neutro A
2
- Z
2
= 120; n=6
Si el átomo es neutro
Sabemos que:
Reemplazamos en la condición:
2.25 En 1 mg de un elemento, cuyo número de masa es 23 y número atómico es 11, ¿Cuántos
neutrones tiene?
Solución:
Datos: M 1 mg; A = 23 = M = 23 g/mol; Z = 11
Entonces:
Entonces:
2.26 El veneno de la abeja común es una mezcla acuosa de diferentes compuestos. Entre estos esta
una toxina (C5H7N2)NH2, llamada histamina al 0.013 % en masa. En promedio la picada de una abeja
puede inocular en la victima aproximadamente 35 mg de veneno. En apiterapia la picadura de la abeja
se utiliza para disminuir el dolor, inflamación y otras de muchas enfermedades. a) ¿En 10 picaduras
de abeja cuantos átomos de nitrógeno se tienen? b) ¿Cuántos neutrones de
se tiene?
Solución:
Datos: % m(C5H7N2)NH2 = 0.013 %; 1 picadura = 35 mgveneno
H: 9 ∙ 1 g/mol
C: 5 ∙ 12 g/mol
N: 3 ∙ 14 g/mol
M = 111 g/mol
Sabemos que:
2.27 Se dispone de 10 kg de hojas de coca del cual se extrae 1.98∙103 ug (microgramos) de C2H2O4
dicho compuesto es utilizado para preparar una solución analgésica en frascos de vidrio. Se
determina que por cada 10 frascos se requieren 1000 galones de la solución, con una concentración
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64
del 70% en masa es de C2H2O4 con una densidad de 1.2 g/ml. Calcula cuántos átomos de hidrogeno
provenientes del C2H2O4 se debe agregar para lograr que la solución tenga una concentración del
85% en concentración másica del compuesto orgánico para la producción de los 10 frascos iniciales.
Solución:
Datos: mcoca = 10 kg; mc2H2O4 = 1.98X10
3
ug; 10 fracos = 1000 galonessolución
70% m/mc2H2O ; = 1.2 g/cm
3
2.28 Un estudiante de pre-facultativo trata de probar la teoría de Niels Bohr. Calculando la
longitud de onda de un fotón emitido por el átomo de hidrogeno cuando este electrón pasa de n=
4 al estado n=2. Calcular la longitud de onda en (nm). Sabiendo que =2.18 x
(J)
Solución:
Datos: = 2.18 x
(J); = 2; = 4
Sabiendo también que: Constante Planck h = 6.63 ∙ (J ∙ s)
Velocidad de la luz C = 3 ∙ (m/s)
Aplicando la ecuación propuesta por: Niels Bohr = (
)
Cambiando variables =
(
)
= - 4.09 ∙
(J)
Ahora calculemos la longitud de onda
Aplicando la ecuación =
Remplazando valores y despejando landa
= 4.86 x m = 486.3 nm
2.29 En una población de la paz de 50 familias, el 15% cuenta con unos paneles de energía solar que
absorbe por 12 horas de funcionamiento 250 joule sobre metro cuadrado. Calcular:
a) El número de fotones que se absorbe en 5 horas si el área total es de 8 por familia sabiendo
que la longitud de onda es de 3560 Armstrong
b) El número total de fotones que se absorbe en la población
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65
Solución:
DATOS: 1 población = 50 familias; Personas que usan paneles = 15% población
Consumo por 12 (h) = 250 J/ ; Requerimientoen 5 (h) = 8
Sabiendo también que: Constante Plank h = 6.63 ∙ (J ∙ s)
Velocidad de la luz C = 3 ∙ (m/s)
Longitud de onda = 3560 Armstrong
Realizaremos un factor de conversión de ̇ m
̇
Calcular la energia para un foton
Aplicando la ecuación
Cambiando variables
= 5.59 ∙
(J)
Ahora calcular la energía total absorbida
Entonces calculamos el número de fotones por un panel de energía solar
b) Calcular el número total de fotones para toda una población
c)
= 1.12 ∙
2.30 La longitud de onda de la luz de un automóvil en la noche esta alrededor 400nm. a) ¿Cuál es la
frecuencia de la radiación? b) calcule la energía joule de un fotón con una longitud de onda de 4 ∙
nm
Solución:
Datos: (a) Longitud de onda = 400 nm; (b) Longitud de onda = 4 ∙ nm
Sabiendo también que: Constante Planck h = 6.63 ∙ (J ∙ s)
Velocidad de la luz C = 3 ∙ (m/s)
Longitud de onda = 3560 Armstrong
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66
Realizaremos un factor de conversión de nm m
Entonces usamos una de las fórmulas de radiación electromagnética
Cambiando variables obtenemos
b) Realizaremos un factor de conversión de nm m
Entonces usamos una de las fórmulas de radiación electromagnética
E= 4.97 Joule
2.31 Tras realizarse una explosión en cadena partiendo un átomo y destrozando todo a su alrededor
se pudo calcular que la velocidad de un electrono que es la cuarta parte de la velocidad de la luz , con
una masa de 9.108 gramos. Calcular la longitud de la onda del electrón en Armstrong
Solución:
Datos: Longitud de onda = ? ; masa del electrón 9.108 g
velocidad del electrón = (velocidad de la luz)/4 ;
Sabiendo también que: Constante Planck h = 6.63 ∙ (J ∙ s)
Velocidad de la luz C = 3 ∙ (m/s); Longitud de onda = 3560 Armstrong
Del enunciado:
Usando la ecuación de Broglie decimo que:
Cambiando variables obtenemos
(
)
̇
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67
= 0.0971 ̇
2.32 Un estudiante de pre facultativo trata de determinar la energía requerida que necesita un átomo
de hidrogeno H para saltar de un nivel de energía más bajo hasta el infinito. b) Calcular la frecuencia
del electrón.
Solución:
Datos:
Sabiendo también que: Constante Planck h = 6.63 ∙ (J ∙ s)
Velocidad de la luz C = 3 ∙ (m/s)
Aplicando la ecuación propuesta por Niels Bohr
.
/
Cambiando variables
(
)
(
)
Ahora calculemos la frecuencia. Aplicando la ecuación
Cambiando variables despejando frecuencia f
2.33 Determinar la energía en Julios de un electrón de Grafito al emplear una radiación de 900 nm si
sabemos que la energía umbral de grafito es 7.25 ∙ J, b) Demostrar si este electrón será
expulsado o no con dicha energía.
Solución:
Datos: Energía del Umbral = 7.25 ∙ J; Longitud de onda Landa = 900 nm
Sabiendo también que: Constante Planck h = 6.63 ∙ (J x s)
Velocidad de la luz C = 3 ∙ (m/s)
(a) Realizaremos un factor de conversión de nm m
Entonces usamos una de las fórmulas de radiación electromagnética
(b) la energía calculada el electrón es 2.21∙ [J] y la del UMBRAL es 7.25∙ [J] entonces NO ES
EXPULSADA
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68
2.34 En la facultad de ingeniería queremos medir el número de onda de una línea de la serie Lyman
es 97.492 c sabiendo que la constante de Rydberg vale 109677.581 c , calcular el valor de n.
Solución:
Datos: Línea de la serie Lyman 97.492 c ; Cte. de Rydberd 109677.581 c
Sabiendo también que:
Constante Planck h = 6.63 ∙ (J ∙ s)
Velocidad de la luz C = 3 ∙ (m/s)
Longitud de onda = 3560 Armstrong
Aplicando la ecuación propuesta por Rydberg
̃ .
/
Pero la línea pertenece a la serie de Lyman, se tiene ni = 1.
Sustituyendo en la ecuación de Rydberg resulta:
̃ .
/
Despejamos nf
√
√
2.35 En la distribución electrónica por niveles ocurre que en el primer nivel electrónico del átomo de
hidrogeno tiene un valor de – 13.60 e V. calcular:
a) La frecuencia de la radiación emitida al caer un electrón desde el segundo nivel al primero.
b) La energía total desprendida por un mol de átomo de hidrogeno que experimentan la
transformación indicada en el aparato.
Solución:
DATOS: Valor del hidrogeno -13.60 eV; Constante de Rydberd 109677.6 c
Sabiendo también que: Constante Planck h = 6.63 ∙ (J ∙ s)
Velocidad de la luz C = 3 ∙ (m/s) ; Longitud de onda = 3560 Armstrong
Aplicando la ecuación propuesta por Rydberg
̃ .
/
Despejamos longitud de onda
Para calcular la frecuencia de onda
2.36 Se tiene los siguientes números cuánticos para el último electrón de un elemento químico en su
estado basal: (4, 2, 0,-1/2). Determinar el número atómico (Z), grupo (G) y periodo (P) del elemento.
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69
Solución:
Datos: Los números cuánticos son (4, 2, 0,-1/2) la configuración debe ser de la forma
n
numero cuántico numero cuántico
El primer número cuántico es n = 4 (El nivel de energía)
El segundo número cuántico es L= 2 (Se encuentra en la órbita “d”)
4
numero cuántico numero cuántico
Se realiza un diagrama de cajas con los últimos números cuánticos
Sabiendo que se encuentra en el orbital “d”
El tercer número cuántico es m = 0 (nos indica que se encuentra en la caja 0)
El cuarto número cuántico es s = -1/2 (Nos indica el sentido del orbital)
6
1
7
2
8
3
4
5
-2 -1 0 +1 +2
Con el cuadrito de las cajitas observamos que tiene 8 electrones
Entonces la configuración electrónica es 4
1
Calculamos el número atómico con la suma de los índices:
Z = 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 6 + 2 + 8 = 46
El periodo es igual al máximo nivel de energía
P = 5
2.37 Un estudiante distraído de pre facultativo trata de encontrar la configuración electrónicade un
átomo como también los cuatro números cuánticos y el grupo al que pertenece dicho átomo. Pero
por su distracción lo único que tiene es el número de neutrones que es 74 y su masa que es igual
127. Calcular:
a) Los números cuánticos.
b) El grupo que pertenece
Datos: Masa del átomo = A = 127; Neutrones = n = 74.
Sabiendo que Z
Donde: E= SIMBOLO DEL ELEMENTO, Z = NUMERO ATOMICO, A = NUMERO DE MASA , q = CARGA
entonces: A = p + n
despejando p = protones p = A - n
cambiando variables p= 127 – 74 = 53
4
4
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ESTRUCTURA ATÓMICA, ÁTOMOS, MOLÉCULAS Y TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
70
Sabiendo que protones = electrones
p = e = 53
Realizando la configuración electrónica con los distintos niveles, subniveles y orbitales. La configuración
electrónica es:
1
Sabemos que:
n = periodo
n
x + y = grupo
Entonces el periodo es: 5
El grupo es: s + p = A: s + p = 2 + 5 = VIIA
n
numero cuántico numero cuántico
El primer número cuántico es n= 5 (El nivel de energía)
El segundo número cuántico es L= 1 (Se encuentra en la órbita “d”)
4
numero cuántico numero cuántico
Realizamos un diagrama de cajas con los últimos números cuánticos
Sabiendo que se encuentra en el orbital “d”
El tercer número cuántico es m= 0 (nos indica que se encuentra en la caja 0)
El cuarto número cuántico es s = -1/2 (Nos indica el sentido del orbital)
4
1
5
2
3
-1 0 +1
Con el cuadrito de las cajitas observamos que tiene 5 electrones
Entonces la configuración electrónica es 5
Los números cuánticos son (5, 1, 0, -1/2)
5
CURSO PREFACULTATIVO DE INGENIERÍA – QUÍMICA
NOMENCLATURA DE SUSTANCIAS QUÍMICAS INORGÁNICAS
71
Conjunto de reglas que permiten la correcta formulación y denominación de los compuestos químicos.
FORMULA QUÍMICA. - es un conjunto de números y símbolos que representa una sola molécula de una
sustancia.
COMPUESTOS BINARIOS. - se denomina a la unión química de dos elementos, se clasifican en:
Compuestos binarios oxigenados; (Óxidos ácidos o anhídridos, Óxidos básicos o metálicos,
Peróxidos, Óxidos salinos o dobles).
Compuestos binarios hidrogenados (Hidruro metálico, Hidruro no metálico).
Óxidos ácidos o anhídridos: se forman por la combinación del oxígeno con el NO METAL.
Óxidos básicos o metálicos: se forman por la combinación del oxígeno con el METAL.
Peróxidos: son óxidos que en su estructura tienen dos átomos de oxigeno unidos entre si covalentemente.
Óxidos salinos y dobles: son óxidos que resultan de la combinación de dos óxidos de un mismo elemento
metálico los más comunes tienen la siguiente característica M3O4 (M=metal).
*
+ [
] *
+
Hidruro metálico: es la combinación de un METAL con el hidrogeno.
Hidruro no metálico: es la combinación de un NO METAL con el hidrogeno.
COMPUESTOS TERNARIOS. - compuesto formado por tres elementos diferentes
3. Nomenclatura de sustancias químicas inorgánicas
Marco teórico
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NOMENCLATURA DE SUSTANCIAS QUÍMICAS INORGÁNICAS
72
COMPUESTOS CUATERNARIOS. - compuesto formado por cuatro elementos diferentes.
{
TIPOS DE NOMENCLATURA. - son: clásica o tradicional, Stock o de valencia, IUPAC o numeral o
estequiométrica.
Nomenclatura clásica o tradicional: se utilizan un nombre genérico (describe la estructura molecular
semejante) y un nombre específico (es el nombre que identifica a un compuesto químico).
Nomenclatura Stock o de valencia: se emplea un nombre genérico y números romanos entre paréntesis
para indicar la valencia del elemento metálico o no metálico.
Nomenclatura IUPAC: se utiliza prefijos griegos para indicar el número de átomos que forma el compuesto.
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NOMENCLATURA DE SUSTANCIAS QUÍMICAS INORGÁNICAS
73
NOMENCLATURA
DE
SUSTANCIAS
INORGÁNICAS
Ejercicios Resueltos
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NOMENCLATURA DE SUSTANCIAS QUÍMICAS INORGÁNICAS
74
3.1 ..…………….. es el conjunto de normas que
regulan la denominación de las sustancias
químicas.
a) Nomenclatura
b) Reacción química
c) Símbolo
d) Fórmula
e) Ninguna
Respuesta a) Nomenclatura
Solución:
Nomenclatura es el conjunto de normas que
regulan la denominación de las sustancias
químicas.
3.2 Los …………….. son abreviaturas de los
nombres de los elementos y los mismos
representan un átomo.
a) Nomenclaturas
b) Símbolos
c) Subíndices
d) Formulas
e) Ninguna
Respuesta b) Símbolos
Solución:
Los símbolos son abreviaturas de los nombres
de los elementos y los mismos representan un
átomo.
3.3 La ……………….. es la representación
escrita de una molécula, y se escribe
empleando: símbolos, subíndices, paréntesis
y corchetes.
a) Formula iónica
b) Formula física
c) Formula química
d) Formula estructural
e) Ninguna
Respuesta c) Fórmula química
Solución:
La fórmula química es la representación
escrita de una molécula, y se escribe
empleando: símbolos, subíndices, paréntesis y
corchetes.
3.4 Los ……………….. son una
representación de los átomos, consisten
en símbolos químicos que representan el
núcleo y los electrones internos, junto con
puntos alrededor del símbolo que
representan los electrones de valencia.
a) Enlaces químicos
b) Enlaces iónicos
c) Símbolos de Lewis
d) Símbolos de Lewinsky
e) Ninguna
Respuesta c) Símbolos de Lewis
Solución:
Los símbolos de Lewis son una
representación de los átomos, consisten en
símbolos químicos que representan el núcleo y
los electrones internos, junto con puntos
alrededor del símbolo que representan los
electrones de valencia.
3.5 La ……………….. es la fórmula más simple
de un compuesto que representa el número
mínimo de átomos de los elementos que
conforman el compuesto.
CURSO PREFACULTATIVO DE INGENIERÍA – QUÍMICA
NOMENCLATURA DE SUSTANCIAS QUÍMICAS INORGÁNICAS
75
a) Formula empírica
b) Formula molecular
c) Formula química
d) Formula desarrollada
e) Ninguna
Respuesta c) Fórmula empírica
Solución:
La fórmula empírica es la fórmula más simple
de un compuesto que representa el número
mínimo de átomos de los elementos que
conforman el compuesto.
3.6
a) K2O2
b) K2O
c) KO
d) KO2
e) Ninguna
Respuesta b) K2O
Solución:
K
-1
+ O
-2
⟶ K2O
3.7 La fórmula del Anhídrido Dimangánico
es:
a) Mn2O2
b) Mn2O7
c) Mn2O6
d) Mn2O3
e) Ninguna
Respuesta c) Mn2O6
Solución:
Mn
+6
+ O
-2
⟶ Mn2O6
3.8 La fórmula del Oxido Salino de Uranio
es:
a) U3O4b) Ur3O4
c) Ur3O8
d) U3O8
e) Ninguna
Respuesta d) U3O8
Solución:
UO2
+ UO3
UO3
U3O8
3.9 La fórmula del Peróxido de Plomo es:
a) PbO2
b) Pb2O2
c) PbO
d) Pb2O3
e) Ninguna
Respuesta a) PbO2
Solución:
PbO + ½ O2 ⟶ PbO2
3.10 La fórmula del Superóxido Férrico es:
a) Fe2O6
b) FeO6
c) Fe2O3
d) Fe2O
e) Ninguna
Respuesta b) FeO6
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NOMENCLATURA DE SUSTANCIAS QUÍMICAS INORGÁNICAS
76
Solución:
Fe
-3
+ O2
-1
⟶ FeO6
3.11
a) Formular a los siguientes hidruros metálicos.
Nombre Fórmula
Hidruro de Potasio
Hidruro de Calcio (II)
Trihidruro de Aluminio
Hidruro ferroso
Hidruro férrico
b) Nombrar por los tres sistemas a los siguientes hidruros metálicos.
Fórmula
Sistema
Tradicional
Sistema
STOCK
Sistema
IUPAQ
Solución:
a)
Nombre Fórmula
Hidruro de Potasio
Hidruro de Calcio
Hidruro de Aluminio
Hidruro ferroso
Hidruro férrico
b)
Fórmula
Sistema
Tradicional
Sistema
STOCK
Sistema
IUPAQ
Hidruro de litio Hidruro de litio Monohidruro de litio
Hidruro plúmbico Hidruro de plomo (IV) Tetrahidruro de plomo
Hidruro aúrico Hidruro de oro (III) Trihidruro de oro
Hidruro mercurioso Hidruro de mercurio (I) Monohidruro de mercurio
Hidruro de uranio Hidruro de uranio Trihidruro de uranio
3.12
a) Formular a los siguientes ácidos hidrácidos.
Nombre Fórmula
Ácido clorhídrico
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NOMENCLATURA DE SUSTANCIAS QUÍMICAS INORGÁNICAS
77
Ácido sulfhídrico
Fluoruro de hidrógeno
Seleniuro de hidrógeno
Ácido bromhídrico
b) Nombrar por los tres sistemas a los siguientes ácidos hidrácidos.
Fórmula
Sistema
Tradicional
Sistema
STOCK
Sistema
IUPAQ
c) Nombrar por los tres sistemas a los siguientes hidruros no metálicos
Fórmula
Sistema
Tradicional
Sistema
STOCK
Sistema
IUPAQ
Solución:
a)
Nombre Fórmula
Ácido clorhídrico
Ácido sulfhídrico
Fluoruro de hidrógeno
Seleniuro de hidrógeno
Ácido bromhídrico
b)
Fórmula
Sistema
Tradicional
Sistema
Tradicional
Sistema
STOCK
Sistema
IUPAQ
Yoduro de hidrógeno Ácido yodhídrico Hidruro de yodo (I) Monohidruro de yodo
Seleniuro de hidrógeno Ácido sulfhídrico Hidruro de azufre (II) Dihidruro de azufre
Telururo de hidrógeno Ácido telurhídrico Hidruro de teluro (II) Dihidruro de teluro
Cloruro de hidrógeno Ácido clorhídrico Hidruro de cloro (I) Monohidruro de cloro
Fluoruro de hidrógeno Ácido fluorhídrico Hidruro de flúor (I) Monohidruro de flúor
c)
Fórmula
Sistema
Tradicional
Sistema
STOCK
Sistema
IUPAQ
Amina o Amoniaco Hidruro de nitrógeno (III) Tridruro de nitrógeno
Fosfamina o Fosfina Hidruro de fósforo (III) Tridruro de fósforo
Arsenamina o Arsina Hidruro de arsénico (III) Tridruro de arsénico
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78
Estibamina o Estibina Hidruro de antimonio (III) Tridruro de antimonio
Boramina Hidruro de boro (III) Tridruro de boro
3.13
a) Formular a los siguientes hidróxidos.
Nombre Fórmula
Hidróxido de sodio
Hidróxido de calcio
Hidróxido férrico
Hidróxido niqueloso
Hidróxido de amonio
b) Nombrar por los tres sistemas a los siguientes hidróxidos.
Fórmula
Sistema
Tradicional
Sistema
STOCK
Sistema
IUPAQ
Solución:
a)
Nombre Fórmula
Hidróxido de sodio
Hidróxido de calcio
Hidróxido férrico
Hidróxido niqueloso
Hidróxido de amonio
b)
Fórmula
Sistema
Tradicional
Sistema
STOCK
Sistema
IUPAQ
Hidróxido de potasio Hidróxido de potasio Monohidróxido de potasio
Hidróxido de bario Hidróxido de bario (II) Dihidróxido de bario
Hidróxido de aluminio Hidróxido de aluminio (III) Trihidróxido de aluminio
Hidróxido de bismuto Hidróxido de bismuto (III) Trihidróxido de bismuto
Hidróxido molibdenoso Hidróxido de molibdeno (II) Dihidróxido de molibdeno
3.14
a) Formular a los siguientes ácidos oxácidos.
Nombre Fórmula
Ácido nítrico
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79
Ácido tetraoxo sulfúrico (VI)
Tetraoxo manganato (VI) de hidrógeno
Ácido hiposulfuroso
Ácido permangánico
b) Nombrar por los tres sistemas a los siguientes ácidos oxácidos.
Fórmula
Sistema
Tradicional
Sistema
STOCK
Sistema
IUPAQ
Solución:
a)
Nombre Fórmula
Ácido nítrico
Ácido tetraoxosulfúrico (VI)
Tetraoxo manganato (VI) de hidrógeno
Ácido hiposulfuroso
Ácido permangánico
b)
Fórmula
Sistema
Tradicional
Sistema
STOCK
Sistema
IUPAQ
Ácido sulfuroso Ácido trioxosulfúrico (IV) Trioxosulfato (IV) de dihidrógeno
Ácido perclórico Ácido tetraoxoclórico (VII) Tetraoxoclorato (VII) de hidrógeno
Ácido vanádico Ácido trioxovanádico (V) Trioxovanadato (V) de hidrógeno
Ácido crómico Ácido tetraoxocrómico (VII) Tetraoxocromato (VII) de dihidrógeno
Ácido carbónico Ácido trioxocarbónico (IV) Trioxocarbonato (IV) de dihidrógeno
3.15
a) Formular a los siguientes ácidos poli hidratados.
Nombre Fórmula
Ácido fosfórico
Ácido silícico
Ácido bórico
Ácido antimonioso
Ácido disilícico
b) Nombrar por los tres sistemas a los siguientes ácidos poli hidratados.
Fórmula
Sistema
Tradicional
Sistema
STOCK
Sistema
IUPAQ
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80
Solución:
a)
Nombre Fórmula
Ácido fosfórico
Ácido silícico
Ácido bórico
Ácido antimonioso
Ácido disilícico
b)
Fórmula
Sistema
Tradicional
Sistema
STOCK
Sistema
IUPAQ
Ácido metaarsenioso Ácido dioxoarsenioso (III) Dioxoarseniato (III) de hidrógeno
Ácido ortocarbónico Ácido tetraoxocarbónico (IV) Tetraoxocarbonato (IV) de tetrahidrógeno
Ácido fosforoso Ácido tetraoxofosforoso (III) Tetraoxofosfato (III) de trihidrógeno
Ácido pirofosfórico Ácido heptaoxodifosfórico (V) Heptaoxodifosfato (V) de tetrahidrógeno
Ácido pirosilícico Ácido heptaoxodisilícico (IV) Heptaoxodisilícato (IV) de hexahidrógeno
3.16
a) Formular a los siguientes ácidos peroxiácidos.
Nombre Fórmula
Ácido peroxosulfúrico
Ácido peroxodisulfúrico
Ácido tetraoxoperoxonítrico (V)
Ácido diperoxoperyódico
Ácido triperoxofosforoso
b) Nombrar por los tres sistemas a los siguientes ácidos peroxiácidos.
Fórmula
Sistema
Tradicional
Sistema
STOCK
Sistema
IUPAQ
Solución:
a)
Nombre Fórmula
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81
Ácido peroxosulfúrico
Ácido peroxodisulfúrico
Ácido tetraoxoperoxonítrico (V)
Ácido diperoxoperyódico
Ácido triperoxofosforoso
b)
Fórmula
Sistema
Tradicional
Sistema
STOCK
Sistema
IUPAQ
Ácido
peroxocarbónico
Ácido tetraoxoperoxocarbónico
(IV)
Tetraoxoperoxocarbonato (IV) de
dihidrógeno
Ácido
diperoxoperclórico
Ácido hexaoxodiperoxoclórico
(VII)
Hexaoxodiperoxoclorato (VII) de
hidrógeno
Ácido peroxobrómico Ácido tetraoxoperoxobrómico
(III)
Tetraoxoperoxobromato (III) de
trihidrógeno
Ácido peroxofosfórico Ácido pentaoxoperoxofosfórico
(V)
Pentaoxoperoxofosfato (V) detrihidrógeno
Ácido peroxovanádico Ácido tetraoxoperoxovanádico
(V)
Tetraoxoperoxovanadato (V) de
hidrógeno
3.17
a) Formular a los siguientes ácidos tío ácidos.
Nombre Fórmula
Ácido tíocarbónico
Ácido ditíoperclórico
Ácido sulfocarbónico
Ácido tíosulfúrico
Ácido tritíosilícico
b) Nombrar por los tres sistemas a los siguientes ácidos tio ácidos.
Fórmula
Sistema
Tradicional
Sistema
STOCK
Sistema
IUPAQ
Solución:
a)
Nombre Fórmula
Ácido tíocarbónico
Ácido ditíoperclórico
Ácido sulfocarbónico
Ácido tíosulfúrico
Ácido tritíosilícico
b)
Fórmula
Sistema
Tradicional
Sistema
STOCK
Sistema
IUPAQ
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82
Ácido ditíoperyódico Ácido disulfoperyódico (VII) Disulfodioxoperyodato (VII) de hidrógeno
Ácido sulfotelúrico Ácido tetrasulfotelúrico (VI) Tetrasulfotelurato (VI) de dihidrógeno
Ácido tíobrómico Ácido sulfobrómico (III) Sulfodioxobromato (III) de trihidrógeno
Ácido ditíofosforoso Ácido disulfofosforoso (III) Disulfomonoxofosfato (III) de trihidrógeno
Ácido sulfocrómico Ácido tetrasulfocrómico (VI) Tetrasulfocromato (VI) de dihidrógeno
3.18
Empareje cada radical con el nombre correcto.
a)
Sulfuro
b)
Fosforilo
c)
Clorilo
d) Clorosilo
e)
Amonio
f)
Sulfuro ácido o Bisulfuro
g) Cloronio
h) Cloruro
i) Uranilo
j) Sulfonilo
k) Nitrato
l) Cianato
m)
Hidronio
n)
Tiocianato
o)
Fosfato diácido
p)
Ciano o Cianuro
q)
Fosfonio
r) Monoxoclorato (I)
s) Carbonato
t)
Sulfato
u)
Fosfato
Solución:
a)
Sulfato
b)
Fosfato
c)
Fosfato diácido
d) Cloruro
e)
Nitrato
f)
Carbonato
g) Ciano o Cianuro
h) Cianato
i) Tiocianato
j) Sulfuro
k) Sulfuro ácido o Bisulfuro
l) Monoxoclorato (I)
m)
Amoninio
n)
Fosfonio
o)
Cloronio
p)
Uranilo
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83
q)
Sulfonilo
r) Fosforilo
s) Clorosilo
t)
Clorilo
u)
Hidronio
3.19
a) Formular a las siguientes sales haloideas.
Nombre Fórmula
Cloruro de Sodio
Sulfuro Cuproso
Cloruro mercurioso
Seleniuro ácido de bario
Bisulfuro crómico
Bromuro básico de calcio
Yoduro dibásico de aluminio
Cloruro cálcico y sódico
Sulfuro alumínico y férrico
Cloruro sulfuro de aluminio
b) Nombrar a las siguientes sales haloideas.
Fórmula
Sistema
Tradicional
Solución:
a)
Nombre Fórmula
Cloruro de Sodio
Sulfuro Cuproso
Cloruro mercurioso
Seleniuro ácido de bario
Bisulfuro crómico
Bromuro básico de calcio
Yoduro dibásico de aluminio
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84
Cloruro cálcico y sódico
Sulfuro alumínico y férrico
Cloruro sulfuro de aluminio
b)
Fórmula Sistema Tradicional
Sulfuro de Zinc (Blenda)
Bisulfuro de hierro (pirita)
Sulfuro plumboso
Seleniuro ácido de litio o biseleniuro de litio
Telururo ácido de bismuto o bitelururo de bismuto
Cloruro básico de bario
Yoduro tribásico crómico
Sulfuro básico cobáltico
Yoduro bárico y lítico
Sulfuro cloruro platínico y aúrico
Seleniuro telururo niqueloso
3.20
a) Formular a las siguientes oxisales.
Nombre Fórmula
Fosfato de sodio
Sulfato de calcio (yeso)
Sulfato cúprico
Carbonato de calcio (caliza)
Pirofosfato triácido de amonio
Bicarbonato de sodio
Sulfato básico férrico
Clorato tribásico plúmbico
Cromato auroso cuproso
Fosfato plumboso sódico
b) Nombrar a las siguientes oxisales.
Fórmula
Sistema
Tradicional
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NOMENCLATURA DE SUSTANCIAS QUÍMICAS INORGÁNICAS
85
Solución:
a)
Nombre Fórmula
Fosfato de sodio
Sulfato de calcio (yeso)
Sulfato cúprico
Carbonato de calcio (caliza)
Pirofosfato triácido de amonio
Bicarbonato de sodio
Sulfato básico férrico
Clorato tribásico plúmbico
Cromato auroso cuproso
Fosfato plumboso sódico
b)
Fórmula
Sistema
Tradicional
Tetraborato de sodio (Bórax)
Hipofosfito de potasio
Fosfito manganoso
Fosfito ácido de plata
Fosfato diácido de aluminio
Nitrato tribásico de sodio
Hipoyodito básico niquélico
Sulfito de cobre (I) y oro (III)
Carbonato de calcio y aluminio
Sulfato potásico cromoso
Nitrito pirofosfato ferroso
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NOMENCLATURA DE SUSTANCIAS QUÍMICAS INORGÁNICAS
86
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EL ESTADO GASEOSO
87
DEFINICIÓN. - La materia en el estado gaseoso tiene la capacidad de ocupar todo el volumen que lo posee.
Los parámetros que definen un estado gaseoso son:
Masa, está relacionada con la cantidad de partículas que tiene el gas.
Volumen, define el espacio en el que se encuentran esas partículas.
Presión, es la cantidad de choques que se producen entre las partículas del gas y los bordes del
recipiente que lo contiene, por unidad de tiempo.
Temperatura, es relacionada por la velocidad y la energía cinética que tiene las partículas.
La transformación de un gas se clasifica en:
Isotérmicas, transformación que se realiza a temperatura constante.
Isocórica, transformación que se realiza a volumen constante.
Isobárica, transformación que se realiza a presión constante.
LEYES DE LOS GASES IDEALES. - Son aquellas leyes empíricas de los gases cuando estos sufren
procesos físicos.
Ley de Boyle y Mariotte. - para una determinada masa de gas que evoluciona isotérmicamente, se verifica
que los volúmenes ocupados por el gas son inversamente proporcionales a las presiones soportadas.
1° Ley de Charles y Gay Lussac. - para una determinada masa de gas que evolución isobáricamente, los
volúmenes ocupados por el gas son directamente proporcional a las temperaturas absolutas.
En el caso de los gases el coeficiente de dilatación cubica, que es el aumento que se produce por unida de
volumen y grado de temperatura absoluta.
2° Ley de charles y Gay Lussac. - para una determinada más de gas que evoluciona isocóricamente, se
verifica que las presiones soportadas por el gas son directamente proporcionales a las temperaturas
absolutas.
ECUACION DE ESTADO. - Representa solo un estado es una relación entre la temperatura, la presión y el
volumen.
4. El estado Gaseoso
Marco teórico
CURSO PREFACULTATIVO DE INGENIERÍA – QUÍMICA
EL ESTADO GASEOSO
88
También sirve para más de dos estados diferentes
ECUACION DE LOS GASES IDEALES. - cuando la cantidad de moles es n, la expresión quedara así:
GASESIDEALES. - es un gas hipotético formado por partículas puntuales, con movimientos rectilíneos, sin
atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos.
LEY DE DALTON. - la presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de presiones de los gases
parciales de los gases que la constituyen.
Presión de vapor: las moléculas que pasan de estado líquido a estado gaseoso es igual a la cantidad de
moléculas que pasan del estado gaseoso al estado líquido.
Punto de ebullición: es la temperatura en la cual la presión de vapor de líquido es igual a la presión
atmosférica o presión exterior.
Gases húmedos: Son la mezcla de un gas seco y el vapor de un líquido y se aplica la ley de Dalton para
mezclas de gases:
la presión del líquido es su presión de vapor:
la presión de gas húmedo
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EL ESTADO GASEOSO
89
ESTADO
GASEOSO
Ejercicios Resueltos
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EL ESTADO GASEOSO
90
4.1 Cierto gas ocupa un volumen de 80 cm3 a una presión de 750 mm Hg.
¿Qué volumen ocupará a una presión de 1,2 atm? si la temperatura no cambia?
Solución:
DATOS
Se puede observar que la temperatura y los moles permanecen constantes, entonces aplicando la ley de
Boyle:
4.2 El volumen inicial de una cierta cantidad de gas es de 200 cm3 a la temperatura de 20ºC. Calcular
el volumen a 90ºC si la presión permanece constante.
Solución:
DATOS
Podemos observar que la presión y los moles permanecen constantes en el problema, entonces aplicando la
ley de Charles:
4.3 En un cilindro metálico se encuentra un gas expuesto a la presión atmosférica de 760 mmHg,
CURSO PREFACULTATIVO DE INGENIERÍA – QUÍMICA
EL ESTADO GASEOSO
91
siendo su temperatura de 10°C y presión manométrica de 950 mmHg. Si al exponer el cilindro a la
intemperie eleva su temperatura a 45°C debido a los rayos del sol, calcular:
¿Cuál es la nueva presión manométrica que tiene el gas encerrado en el tanque a 45°C?
Solución:
DATOS
Observamos en primer lugar que el volumen y los moles del gas permanecen constantes, entonces se
utilizará la ley de Gay Lussac.
Para utilizar esta ecuación nuestra Presión y Temperaturas deben ser absolutas, entonces:
Despejamos P2
Este valor de P2 corresponde a una presión absoluta, sin embargo, el problema nos pide calcular la presión
manométrica.
CURSO PREFACULTATIVO DE INGENIERÍA – QUÍMICA
EL ESTADO GASEOSO
92
4.4 Se vierte mercurio en un tubo en U. El brazo izquierdo del tubo tiene una sección transversal de
área A1 = 10.0 cm
2
, y la del brazo derecho es A2 = 5.00 cm
2
. A continuación se vierten 100 g de agua
en el brazo derecho del tubo.
a) Determinar la altura de la columna de agua en el brazo derecho del tubo relativa a la del mercurio en
el izquierdo.
b) Si la densidad del mercurio es ρHg = 13.6 g/cm
3
, ¿qué distancia ascenderá el mercurio en el brazo
izquierdo?
Solución:
Sabiendo que la densidad del agua es ρa = 1.00 g/cm
3
, la altura de la columna de agua puede calcularse en
función de su masa y la sección del tubo de la derecha
Numerando los niveles de la figura, de modo que el nivel 1 corresponde a la altura del mercurio en el tubo de
la derecha, el nivel 2 es la altura original del mercurio antes de añadir el agua, el 3 corresponde a la altura del
mercurio en el tubo de la izquierda y el 4 es la superficie libre de la superficie de agua en el tubo de la
derecha.
En ambas superficies libres, la del mercurio a la izquierda (nivel 3) y la de agua a la derecha (nivel 4) la
presión ejercida sobre ellas es la atmosférica, P0. El principio de Pascal implica que los puntos de un mismo
líquido a la misma altura respecto a la gravedad están a la misma presión. Aplicando este principio al nivel 1.
En el tubo de la izquierda la presión se debe a la presión atmosférica y la columna de mercurio desde la
superficie libre hasta la altura 1. En el tubo de la derecha la presión es la suma de la presión atmosférica y la
ejercida por la columna completa de agua. Así
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EL ESTADO GASEOSO
93
Por otro lado, el aumento de nivel de mercurio en la izquierda, h = h23, se debe al trasvase de volumen de
mercurio desde el tubo derecho. Como el líquido es incompresible el volumen se conserva, y entonces
Ahora bien, si observamos la figura vemos que
h13 = h12 + h23 = h12 + h
Sustituyendo las expresiones anteriores tenemos
(
)
Ahora se puede calcular la diferencia de alturas entre las superficies libres de ambos tubos. Se tiene:
.
/
4.5 En un matraz de vidrio se tiene amoniaco a 27 y 600 mmHg. Si se agregaron 800 g del mismo, la
temperatura aumenta a 77 y la presión a 1050 mmHg. ¿Cuál es la masa final del amoniaco en el
matraz?
Solución:
Amoniaco
Amoniaco
Inicio Final
ma= 800 g
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EL ESTADO GASEOSO
94
Realizamos un balance de moles
Donde el número de moles podemos expresarlos de las siguientes formas:
Reemplazando en el balance de moles:
Pero:
Remplazando V y resolviendo
Para calcular la masa usando la ecuación de estado de la siguiente manera:
4.6 Una mezcla de gases contiene 4.46 mol de Neón, 0.74 mol de Argón y 2.15 mol de Xenón.
Determine las presiones parciales de los gases si la presión total es de 2 atm a cierta temperatura.
Solución:
Ne,Ar,Xe
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EL ESTADO GASEOSO
95
Datos
Para poder determinar las presiones parciales podemos utilizar las siguientes expresiones:
Primero determinaremos las fracciones molares de cada gas.’
Donde el número de moles totales será:
Para la fracción molar de Xenón:
Como ya tenemos calculado las fracciones molares individuales de cada gas, podemos calcular las presiones
parciales en la mezcla.
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EL ESTADO GASEOSO
96
4.7 En una mezcla gaseosa formada por oxígeno, nitrógeno, gas carbónico y CH4todos los
componentes ejercen las mismas presiones parciales. Calcular la masa en gramos de la mezcla
formada, si se sabe que fueron colocados 40 g de oxígeno más que nitrógeno.
Solución:
O2
N2
CO2
CH4
Del enunciado extraemos los siguiente:
Aplicando la ecuación de estado para todos los gases presentes en la mezcla:
Dividiendo (1) y (2)
Simplificando y tomando en cuenta las presiones iguales de cada gas nos queda
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EL ESTADO GASEOSO
97
Realizando de similar forma para las ecuaciones (1) y (3)
Simplificando y tomando en cuenta las presiones iguales de cada no gas queda
Realizando de similar forma para las ecuaciones (1) y (4)
Simplificando y tomando en cuenta las presiones iguales de cada gas nos queda
Para hallar la masa de la mezcla total, sumamos las masas individuales:
CURSO PREFACULTATIVO DE INGENIERÍA – QUÍMICA
EL ESTADO GASEOSO
98
4.8 Una mezcla gaseosa compuesta por el 40 % en masa de anhídrido carbónico y el resto óxido
nítrico se encuentra en un recipiente de 20 litros, si se agrega un 60 % en masa de la mezcla, su
temperatura incrementa en 20 y la presión final resultante es el doble de su valor inicial. Calcular:
a) La temperatura final de la mezcla gaseosa en
b) La masa inicial de la mezcla
c) la masa de óxido nítrico adicionado a la mezcla. Considere 1 atm de presión inicial
Solución:
DATOS
i) La variación de temperatura a kelvin:
La ecuación de la masa agregada:
Aplicando balance de masa:
(3) en (4)
Ecuación de estado en (5)
T1 P1
%mA=60 %
CO2
NO
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EL ESTADO GASEOSO
99
Combinando con (1´) y (2)
La temperatura final será:
ii) Las fracciones molares:
El peso molecular de la mezcla gaseosa:
̅
La masa inicial de la mezcla:
̅
iii) La masa agregada con la ecuación (3)
Como el óxido nítrico representa el 60 % su masa será:
4.9 En un recipiente de volumen desconocido se confinan 2,5 onzas de una mezcla gaseosa de
hidrogeno, nitrógeno y helio de peso molecular igual a 4.56 g/mol, ejerciendo una presión
manométrica de 2lbf/pulg
2
. Tomando en cuenta que (XHe = 8.34∙XN2).
Se consigue extraer del recipiente el 80%, 20% y 100% en masa de hidrogeno, nitrógeno y helio
respectivamente, sin variar el volumen ni la temperatura. Sin embargo, se observa que la presión
manométrica se reduce a un 1psi, ¿Cuál es el peso molecular de la mezcla gaseosa que queda en el
recipiente?
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EL ESTADO GASEOSO
10
0
Solución:
Datos
̅
Observamos para el problema:
Para la masa inicial aplicando el factor de conversión correspondiente:
El peso molecular de la mezcla inicial:
̅̅ ̅̅
La suma de las fracciones iniciales:
Resolviendo (1), (2) y (3):
Las masas iniciales del hidrogeno y nitrógeno:
Pman 1= 2lbf/pulg
2 Pman 2= 1 psi
H2
N2
He
H2
N2
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EL ESTADO GASEOSO
10
1
̅̅ ̅̅
̅̅ ̅̅
̅̅ ̅̅
̅̅ ̅̅
Las relaciones matemáticas para las masas extraídas son:
Balance de masa para cada gas:
Remplazando (4) en (6) y (5) en (7):
Las masas finales con las iniciales:
Las fracciones molares al final:
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EL ESTADO GASEOSO
10
2
El peso molecular de la mezcla final:
̅̅ ̅̅
̅̅̅̅̅
4.10 Un litro de un gas A con una presión de 2 atm, y 2 litros de un gas B a 2280 mmHg, se mezclan
en un recipiente de 1,057 galones para formar una mezcla gaseosa. Calcular
a) La presión final de la mezcla gaseosa, si los gases se encuentran a la misma temperatura tanto
al inicio como al final del proceso.
b) El peso molecular promedio de la mezcla gaseosa, si los gases A y B juntos pesan 24 g y los
mismos se mezclan a una temperatura constante de 60 .
c) Las presiones parciales de los gases A y B en la mezcla si la temperatura es constante igual a
60
Gas A Gas B
Mezcla
Solución:
Datos
Gas A Gas B
Para la mezcla
Realizamos un balance de moles
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EL ESTADO GASEOSO
10
3
Reemplazando la ecuación de estado en (1):
Para el peso molecular con:
Aplicando la ecuación de estado para la mezcla:
̅
̅
̅
̅ *
+
Para las presiones parciales:
Aplicando la ley de Boyle ya que permanece el número de moles constante, así como la temperatura.
CURSO PREFACULTATIVO DE INGENIERÍA – QUÍMICA
EL ESTADO GASEOSO
10
4
4.11 “Kiki” es contratada para registrar, a través de un informe escrito; el valor de la presión
atmosférica en Lordaeron, para lo cual utiliza un barómetro que marca una lectura de 487.541[mmHg],
si ella debe registrar de este valor en unidades del sistema internacional, ¿Qué valor numérico debe
colocar “Kiki” en el informe?
Solución:
Datos:
Convirtiendo a unidades del sistema Internacional4.12 A “Kain” se le pide que seleccione el sistema con la presión más alta, para lo cual se le
proporcionan tres sistemas, el primero “A” registra una presión de 22.05 [PSI], el segundo “B” tiene
una presión de 40 [torr] y el tercero “C” posee una presión de 5.495[m] de agua. ¿Qué sistema
debe elegir “Kain”?
Solución:
1) Cálculo de la Presión del sistema “A”
2) Cálculo de la Presión del sistema “B”
3) Cálculo de la Presión del sistema “C”
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EL ESTADO GASEOSO
10
5
4) Finalmente, por comparación
Todos tienen la misma presión, así que se puede elegir cualquiera de los tres sistemas
4.13 Usted desea bucear en un lago, por lo que se encuentra en una embarcación marítima que tiene
un barómetro, cuya lectura es de 480[mmHg]; entonces usted salta y registra que ha descendido 5
metros bajo el nivel inicial del barco. En ese instante ¿Cuál es la presión absoluta, en [mmHg], que se
está ejerciendo sobre usted?
Solución:
Datos:
a. Cálculo de la Presión manométrica
b. Por definición
4.14 Se tienen dos sistemas aislados que no están conectados, se conoce que el primer sistema “A”
CURSO PREFACULTATIVO DE INGENIERÍA – QUÍMICA
EL ESTADO GASEOSO
10
6
posee un número de moles igual a 3 veces el número de moles del segundo sistema “B”. Si la
temperatura absoluta de “A” es la mitad de la temperatura absoluta de “B” y el volumen de “B” es el
doble del volumen de “A”. ¿Cuál es la presión de “B” si la presión de “A” es 3 atmósferas?
Solución:
1) Escribir las condiciones del problema
2) Escribiendo las Ecuación de Estado y reemplazando las condiciones
4.15 El submarino “Nautilus” se encuentra a .2 metros bajo la superficie de una playa a nivel del
mar, pero su tripulación desea escapar a través de la escotilla que se encuentra cerrada, si esta
escotilla cuadrada tiene 0.85[m] de lado, y existen 100 personas en la tripulación, ¿cuál es la fuerza
mínima, en Newtons, que debe aplicar cada persona para poder abrir la escotilla?
Solución:
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7
Datos:
i) Cálculo de la presión manométrica
ii) Cálculo de la Presión Absoluta del submarino
iii) Cálculo del Área de la escotilla
iv) Por definición de Presión
[
]
v) Finalmente, la fuerza que debe aplicar cada persona
4.16 Se somete un gas ideal a tres procesos secuenciales bajo las leyes de Charles, Gay Lusaac y
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10
8
Boyle, respectivamente de acuerdo a la figura:
PUNTO
A
PUNTO
B
PUNTO
C
PUNTO
D
Existen instrumentos que logran determinar algunos parámetros en los distintos puntos del proceso,
resultando:
Punto “A”: Temperatura de 27 [ºC] y Volumen de 5 litros
Punto “B”: Presion de 2 [atm] y Temperatura de 57 [ºC]
Punto “D”: Temperatura igual a 37 [ºC]
¿Cuál es la Presión, en atmósferas, en el Punto “C”?
Solución
i) Homogenizar unidades
ii) Recordar los procesos
Charles (Isobárico)
Gay Lusaac (Isocórico)
Boyle (Isotérmico)
iii) Entre “A” y “B” por Charles
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9
iv) Entre “C” y “D” por Boyle
v) Entre “B” y “C” por Gay Lusaac
4.17 Se tiene un sistema compuesto de tres recipientes conectados entre sí a través de válvulas que
están inicialmente cerradas, el primer recipiente contiene Gas de la Risa (Óxido Nitroso) contenido en
un recipiente de 2 litros de capacidad a presión de una atmósfera; en el segundo recipiente se tiene
“Gas de la Felicidad” a una presión de media atmósfera y litro de capacidad, en el tercer y último
recipiente se tiene “Gas de la Muerte” en un recipiente de 2 litros de capacidad; si después de que se
abren las válvulas, se conoce que la presión total del sistema es de 1.5 atmósferas, y la temperatura
ambiente es de 20 [ºC] .Calcular la presión inicial, en atmósferas, a la que estaba sometido el “Gas de
la Muerte”. Despreciar el volumen de las válvulas y de las tuberías que conectan los gases.
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0
RISA FELICIDAD
MUERTE
Solución:
i) Homogenizar Datos
Risa: V=2[l] P=1 [atm]
Felicidad: V=1[l] P=0.5[atm]
Muerte: V=2[l]
T = 293 [K]
Pt = 1.5 [atm]
ii) Cálculo del número de moles totales
- Cuando se abren las válvulas, el volumen total pasa a ser la suma de los volúmenes de los
recipientes iniciales.
*
+
iii) Cálculo del número de moles del “Gas de la Risa”
*
+
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1
iv) Cálculo del número de moles del “Gas de la Felicidad”
*
+
v) Cálculo del número de moles del “Gas de la Muerte”
vi) Finalmente, cálculo de la presión inicial del “Gas de la Muerte”
*
+
4.18 Se tiene un sistema de manómetro como indica la figura siguiente:
GAS
Hg
Agua
30º
Calcular la Presión absoluta del gas en [mmHg], si el sistema se encuentra en la Ciudad “V Tormenta”
con una presión barométrica igual a 500[mmHg]
Solución:
i) Cuando se cuentan con sistemas con manómetros inclinados, lo mejor es convertirlo en un sistema
equivalente, a través de relaciones de triángulos, quedando:
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2
GAS
H=40[cm]*sen(30
h=30[cm]*sen(30)A B
Agua
Hg
ii) De ésta última figura, se igualan presiones
Siendo
iii) Convirtiendo la altura manométrica de agua en [mmHg]
*
+
*
+
30º
h
30º
H
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3
iv) Reemplazando en el balance de presiones
4.19 “Pango” es contratado como asesor de una taller mecánico automotriz, y uno de sus primeros
trabajos consiste en evaluar a un neumático; en primera instancia, encontrándose en una ciudad
costera, a una temperatura de 288[K] y un volumen “V” registra que la presión manométrica es de 23[psi], lastimosamente, en este taller no cuenta con los instrumentos adecuados, por lo que se decide
trasladar este sistema a La Paz, donde, se vuelven a realizar lecturas, y se registra que el volumen ha
disminuido en un 20% y la temperatura se redujo a 10º[C]. Ahora que se encuentra en el taller de La
Paz ¿cuál es el valor de la presión manométrica del neumático, medidos en psi?
Solución:
Datos
i) Cálculo de la presión absoluta inicial
ii) El número de moles es el mismo en ambos sistemas, por lo que se puede escribir:
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4
iii) Finalmente, calculando la presión manométrica en el segundo sistema
4.20 Un jugador de fútbol argentino viene a disputar un partido a la ciudad de La Paz, pero es
afectado por la altura y es trasladado al Hospital “CHANSEY” donde se le suministra oxígeno de un
recipiente cilíndrico que tiene 160 cm de altura y 15 centímetros de radio, además se conoce que la
temperatura ambiente es de 15 [ºC] y el manómetro que está conectado al recipiente cilíndrico marca
una presión de 25 [atm]. Si después de un día se verifica que la presión absoluta del oxígeno es de 22
atmósferas. Calcular:
a) La masa de oxígeno, en gramos, que se suministra al futbolista argentino
b) Si los médicos calculan que el oxígeno le durará más de una semana ¿estarán en lo correcto?
Solución:
Datos
a)
i) Balance de masa para el Oxígeno
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5
a. Cálculo del Volumen de Oxígeno
b. Cálculo de la presión absoluta Inicial
c. Finalmente, la masa consumida
*
+
*
+
b) El tiempo en el que el Oxígeno se agote será cuando la presión final sea igual a la presión atmosférica
i) Balance de masa para el Oxígeno
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6
ii) Cálculo de la masa consumida
*
+
*
+
iii) Cálculo de los días necesarios
R: No, el oxígeno no le durará más de una semana
4.21 Un frasco de 2 dm3 contiene una mezcla de hidrogeno y monóxido de carbono a 10 ºC y 786 Torr.
Si la humedad relativa de dicha mezcla gaseosa es el 75%, calcular la masa de vapor de agua que se
halla contenida en dicho volumen en gramos. La presión de vapor de agua a 10 ºC es de 9,21 mmHg.
Solución:
Datos:
Podemos hallar la masa de vapor de la ecuación de estado:
Podemos hallar Pv, de la ecuación de la humedad relativa:
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7
Finalmente, reemplazando en la ecuación (1):
4.22 Suponiendo que el aire seco contiene 79% de nitrógeno y 21% de oxígeno en volumen. Calcular
la densidad del aire húmedo en g/lt a 25 ºC y 1 atm de presión, cuando la humedad relativa es del
60%. Presión de vapor del agua a 25 ºC es 23.76 mmHg.
Solución:
Datos:
Usaremos los porcentajes volumétricos para asumir los volúmenes de nitrógeno y oxígeno en el gas seco
(considerar 100 litros de gas seco):
Podemos hallar la densidad del gas húmedo con la ecuación de estado:
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8
̅
Para el reemplazo de valores en la ecuación (1), requerimos del valor del peso molecular del gas húmedo,
sabiendo que el mismo se encuentra conformado por el gas seco y el vapor, podemos hallarlo con:
̅
De la misma manera, el peso molecular del gas seco, conformado por nitrógeno y oxigeno:
Para hallar las fracciones molares:
Para el nitrógeno:
Para el oxígeno:
Reemplazando los valores hallados en la ecuación (3):
Para hallar las fracciones molares del gas húmedo:
Para el gas seco:
Para el vapor:
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9
Así mismo, de la Ley de Dalton:
Podemos hallar Pv de la ecuación de la humedad relativa:
Reemplazando en la ecuación (6):
Reemplazando en las ecuaciones (4) y (5):
Para el gas seco:
Para el vapor:
Reemplazando en la ecuación (2):
̅
̅
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0
Finalmente, reemplazando en la ecuación (1):
4.23 Uno de los ambientes del Curso básico de Ingeniería de la UMSA tiene las siguientes
dimensiones, 4 x 12 x 3 m
3
, donde la temperatura es de 68 ºF y la humedad relativa es del 60%. Si la
presión de vapor del agua a 68 ºF es 17.4 mmHg, determine la humedad absoluta del sistema.
Solución:
Datos:
La humedad absoluta se calcula con:
Podemos hallar las masas de la ecuación de estado:
Podemos hallar Pv de la ecuación de la humedad relativa:
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1
Reemplazando en la ecuación (2):
Para hallar la presión del gas seco, de la Ley de Dalton:
Reemplazando en la ecuación (3):Finalmente, en la ecuación (1):
4.24 Una mezcla gaseosa de nitrógeno y vapor de agua se introduce en un frasco sin aire que
contiene un deshidratante sólido. Si la presión de 495 Torr al comienzo decae después de un tiempo
a 471 Torr, calcular la composición molar del vapor de agua.
Solución:
Para poder hallar la fracción molar del vapor de agua:
Para hallar la presión del vapor, de la Ley de Dalton:
Reemplazando valores, teniendo en cuenta que la presión inicial es la presión total del gas húmedo y que la
presión final es la presión del gas seco al haber sido absorbido el vapor por el deshidratante:
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2
Reemplazando en la ecuación (1):
4.25 Una mezcla gaseosa de nitrógeno y vapor de agua se introduce en un frasco sin aire que
contiene un deshidratante sólido. Si la presión de 500 Torr al comienzo decae después de un tiempo
a 450 Torr, calcular el volumen del frasco en litros, si el agente deshidratante sufre un aumento de
masa de 0.20 g a 25 ºC.
Solución:
Para poder hallar el volumen del frasco, basta con hallar el volumen del vapor en las condiciones iniciales
puesto que el vapor adopta el volumen del frasco, por lo tanto, de la ecuación de estado:
Para hallar la presión del vapor, de la Ley de Dalton:
Reemplazando valores, teniendo en cuenta que la presión inicial es la presión total del gas húmedo y que la
presión final es la presión del gas seco al haber sido absorbido el vapor por el deshidratante:
Reemplazando en la ecuación (1), la masa del vapor será el incremento que sufrió el deshidratante:
4.26 Se recoge 1 litro de nitrógeno sobre acetona de 20 ºC y 850 mmHg, el gas obtenido tiene una
humedad relativa del 80%, calcular la masa de la acetona que se ha evaporado en gramos si su
presión de vapor a 20 ºC es de 198 mmHg.
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3
Solución:
Datos:
Podemos hallar la masa de la acetona a partir de la ecuación de estado:
Podemos hallar Pv, de la ecuación de la humedad relativa:
Finalmente, reemplazando en la ecuación (1):
4.27 En un tanque de volumen V1 se tiene aire húmedo a 20 ºC y 101.325 kPa de presión, con una
humedad relativa del 80%, dicha masa de aire húmedo se traslada a un segundo tanque de volumen
igual a 1000 m
3
a una presión de 607.9 kPa y una temperatura de 25 ºC, llegando el aire a saturarse de
vapor de agua. Las presiones del vapor de agua a 20 ºC y 25 ºC son 17.6 y 23.8 mmHg
respectivamente. Despreciando el volumen de agua que se condensa calcule el volumen del primer
tanque en metros cúbicos.
Solución:
Datos:
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4
Podemos hallar el volumen inicial de la ley combinada:
Aplicando al gas seco:
Para hallar la presión de los gases secos, de la Ley de Dalton:
Podemos hallar Pv de la ecuación de la humedad relativa:
Reemplazando para las condiciones iniciales:
Reemplazando para las condiciones finales:
Reemplazando para las condiciones iniciales en la ecuación (2):
Reemplazando para las condiciones finales en la ecuación (2):
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5
Finalmente, reemplazando en la ecuación (1):
4.28 El volumen de una mezcla de aire saturado de humedad a 50 ºC es de 4 lt a una presión de 2 atm,
calcular la presión final en mmHg cuando isotérmicamente esta masa gaseosa se expande sobre
agua hasta un volumen de 20 lt. La presión del vapor de agua a 50 ºC es 92,5 mmHg
Solución:
Nuestros datos son:
Podemos hallar la presión final de la ley de Boyle:
Aplicando al gas seco:
Para hallar la presión de los gases secos, de la Ley de Dalton:
Podemos hallar Pv de la ecuación de la humedad relativa:
Ya que en ambos casos la humedad relativa es del 100% ´
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6
Reemplazando datos para las condiciones iniciales en la ecuación (3):
Reemplazando en la ecuación (1):
Finalmente, reemplazando los datos de las condiciones finales en la ecuación (2):
4.29 En un edificio provisto con acondicionamiento de aire se absorben desde el exterior 1200 lt de
aire, a la temperatura de 11°C, presión de 780mmHg y humedad relativa del 20%. Dicho aire pasa a
través de los aparatos adecuados, donde la temperatura aumenta a 20°C y la humedad relativa a 50%.
Si la presión dentro del edificio es de 765 mmHg, calcule la densidad del aire húmedo inicial en g/lt.
Las presiones de vapor del agua a 11°C y 20°C son, respectivamente 9,84 mmHg y 17,53 mmHg
Solución:
Datos:
Condición Inicial
Condición Final
Para hallar la densidad conocemos que
Y la masa inicial es:
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EL ESTADO GASEOSO
12
7
Entonces para el cálculo de la masa del gas seco inicial obtendremos
De Ley de Dalton tendremos lo siguiente
Y del dato de la humedad relativa obtendremos lo siguiente:
Reemplazando en la ecuación (4)
Ahora reemplazando en la ecuación (3)
Ahora calculamos la masa de vapor con la misma ecuación, pero con los datos del vapor
Reemplazando en la ecuación (2)
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8
Finalmente, en la ecuación (1)
4.30 Se recogelitro de nitrógeno sobre acetona a 25°C y . 3324∙ 05 Pa, el gas obtenido tiene una
humedad relativa del 50%. Calcular la nueva humedad relativa si en el recipiente en el cual se ha
recogido el nitrógeno, existía 0.2 g de acetona evaporado completamente. (La presión de vapor de la
acetona a 25°C es de 198 mmHg)
Solución:
Datos:
Con la fórmula de la humedad relativa:
De la ecuación de estado:
Calculando la masa al final
Calculando la masa inicial con ecuación de estado:
Conozcamos la presión de vapor la inicio con la fórmula de humedad relativa:
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EL ESTADO GASEOSO
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9
Reemplazando en ecuación (4) para hallar la masa
Ahora en ecuación (3)
Para conocer la presión de vapor final vamos a ecuación (2)
Y finalmente en ecuación (1)
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NOMENCLATURA DE SUSTANCIAS QUÍMICAS ORGÁNICAS
13
1
El átomo de carbono tiene 4 electrones orbitando en su último nivel de energía, los cuales se pueden
combinar con los electrones más externos de otros átomos, a menudo también de carbono, formando enlaces
covalentes
Tipos de Fórmulas
Formula desarrollada, es aquella que muestra la estructura en el plano de la molécula, la posición de los
átomos componentes e indica todos los enlaces que hay en el compuesto orgánico. Ejemplo el Propano
H H H
I I I
H─C─C─C─H
I I I
H H H
Formula semi desarrollada, son fórmulas intermedias entre la formula global y la formula desarrollada.
Ejemplo el propano
CH3─CH2─CH3
Formula molecular o global o condensada, es la fórmula general en la que se indican mediante subíndices
la cantidad de átomos de cada elemento presente en la formación de una molécula no muestra la estructura
de la molécula. Ejemplo el propano
C3H8
Hidrocarburos. Son compuestos orgánicos de mucha importancia industrial. Se emplean como combustibles,
lubricantes o como materia prima para sintetizar una gama enorme de productos en la industria petroquímica.
Alcanos o parafinas.
Se caracteri a porque en su estructura molecular solo hay enlaces simples C─C; químicamente son muy
estables, razón por la cual se llaman parafinas, que significa poca reactividad o afinidad, su fórmula molecular
está dada por:
Alquenos, olefinas o etilenicos.
Son hidrocarburos que poseen doble enlace C – C en la molécula. El termino olefina significa formador de
aceites, justamente los aceites tienen dobles enlaces en su estructura molecular. La fórmula molecular de la
serie homologa que tiene un doble enlace es:
Los alquenos simples se nombran reemplazando la terminación ano de los alcanos simples por el sufijo eno.
Polienos o polialquenos, son hidrocarburos insaturados que tienen más de un doble enlace en su estructura.
Los más importantes son los “dienos” (tienen dos dobles enlaces) y los “trienos” (tienen tres dobles enlaces).
Su fórmula general es:
5. Nomenclatura de Sustancias Químicas Orgánicas
Marco teórico
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NOMENCLATURA DE SUSTANCIAS QUÍMICAS ORGÁNICAS
132
Donde “n” representa el número de carbonos y “d” el número de enlaces dobles.
Alquinos o acetilénicos.
Son hidrocarburos insaturados que poseen como grupo funcional al triple enlace C ≡ C que les confiere mayor
grado de instauración que los alquenos. El representante más simple de los alquinos es el acetileno (C2H2),
por ello son llamados hidrocarburos acetilénicos.
Para nombrar a los alquinos según la IUPAC se cambia el sufijo “ano” por el sufijo “ino”. Los alquinos con más
de 4 átomos de carbono presentan isomería de posición, siendo necesario indicar la posición del triple enlace,
el cual debe ser el más bajo, para ello la cadena carbonatada principal se debe enumerar por el extremo más
cercano al triple enlace.
Los hidrocarburos mixtos o eninos, son hidrocarburos insaturados que contienen enlaces simples, dobles y
triples cuya fórmula molecular es:
Donde “n” indica el número de átomos de carbono, “d” el número de enlaces dobles y “t” el número de enlaces
triples.
Hidrocarburos alicíclicos o cicloalifaticos.
Son hidrocarburos que presentan cadena cerrada, es decir, los extremos de la cadena se unen formando la
cadena cíclica, su fórmula molecular es:
Donde “n” es el número de carbones y debe ser mayor a 3.
Se nombran colocando el prefijo “ciclo” al nombre del alcano de cadena abierta de igual número de carbonos.
Cicloalquenos.
Son hidrocarburos cíclicos que contienen doble enlace carbono-carbono. Son isómeros estructurales de los
alquinos. La nomenclatura es similar a los cicloalcanos, pero ahora la prioridad lo tienen los dobles enlaces,
su fórmula molecular es:
La terminación “ano” de los cicloalcanos se reempla a por el sufijo “eno”. Cuando el hidrocarburo cíclico tiene
un solo enlace doble no es necesario indicar su posición.
Funcione oxigenada y nitrogenada
Las funciones oxigenadas son aquellas que aparte de tener átomos de carbono y de hidrógeno tienen
átomos de oxígeno. Las principales familias son: Funciones oxigenadas simples: Alcoholes, Ácidos,
Aldehídos, Cetonas. Funciones oxigenadas compuestas.
Alcoholes llevan grupos OH en las cadenas, si el grupo OH está en el extremo será un alcohol primario, si
lleva el grupo OH en medio de las cadenas se denominan alcohol secundario, si el grupo OH está en un
carbono terciario se denomina alcohol terciario.
Polialcoholes polioles llevan más de un grupo OH en la cadena CH2OH ─ CH2OH etanodiol
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NOMENCLATURA DE SUSTANCIAS QUÍMICAS ORGÁNICAS
13
3
Éteres llevan un átomo de oxígeno entre dos radicales alquilo CH3 ─ CH3 dimetil éter
Aldehidos llevan el grupo carbonilo (─C=O) en el e tremo de las cadenas HCHO metanal
Cetonas llevan el grupo carbonilo en medio de las cadenas CH3─CO─CH3 propanal
Ácidos carboxílicos llevan grupos carbonilos (─C=O) y alcohólicos (─OH) en la cadena o sea el grupo
carbo ilo (─COOH), CH3COOH ácido etanoico
Esteres resultan de unirse un radical halogénico de un ácido carbo ílico (HCOO─) metanoato y un radical
alquilo (─CH3), HCOO─CH3 metanoato de metilo
Funciones hidrogenadas, son las aminas y se originan cuando se sustituyen uno o más hidrógenos del
amoniaco NH3 por radicales alquilo. según el número de hidrógenos sustituidos se distinguen aminas
primarias, aminas secundarias, aminas terciarias.
Compuestos aromáticos se les conoce también con el nombre genérico de ARENOS. Son el benceno y
todos sus derivados y, dependiendo del número de núcleos bencénicos, pueden ser monocíclicos o
policíclicos.
Las principales funciones son:
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NOMENCLATURA DE SUSTANCIAS QUÍMICAS ORGÁNICAS
134
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13
5
NOMENCLATURA
DE
SUSTANCIAS
QUÍMICAS
ORGÁNICAS
Ejercicios Resueltos
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136
5.1 ALCANOS
Escriba la fórmula química de los siguientes alcanos (hidrocarburos saturados):
1) Metano 5) Octano
2) Etano 6) Decano
3) Propano 7) Dodecano
4) Butano 8) PentadecanoSolución:
METANO:
Fórmula Global:
Fórmula desarrollada:
ETANO:
Fórmula desarrollada:
PROPANO:
BUTANO:
OCTANO:
DECANO:
DODECANO:
ALCANOS DE CADENA LINEAL
FORMULA GENERAL(GLOBAL): 𝐂𝐧𝐇𝟐𝐧 𝟐 𝐧 𝐧ú𝐦𝐞𝐫𝐨 𝐝𝐞 𝐜𝐚𝐫𝐛𝐨𝐧𝐨𝐬
MANERA DE NOMBRAR:
ú
H
I
H – C – H
I
H
H H
I I
H – C – C – H
I I
H H
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NOMENCLATURA DE SUSTANCIAS QUÍMICAS ORGÁNICAS
13
7
PENTADECANO:
Metano Octano
Etano Decano
Propano Dodecano
Butano Pentadecano
5.2 Escriba la fórmula química de los siguientes alcanos ramificados.
1) 3-metilhexano
2) 3-etil-2-metilpentano
3) 2,2-dimetilbutano
4) 6-isopropil-2-metil-Nonano
5) 2,2,4-trimetilpentano
6) 6-etil-2,7-dimetil-Nonano
Solución:
3-metilhexano
Cadena principal
Enumeramos la cadena más larga, y nombramos a los radicales (terminación IL), Luego se nombra a
la cadena más larga (terminación ANO)
La fórmula semi desarrollada: CH3-CH2-CH(CH3)-CH2-CH2-CH3
3-metilhexano
3-etil-2-metilpentano
Se numera la cadena principal (cadena más larga) y se nombran primero los radicales en orden
alfabético (terminación IL), luego la cadena principal con la terminación ANO
CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH2– CH3
I
CH3
1 2 3 4 5 6
CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH2– CH3
I
CH3
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138
La fórmula semi desarrollada será: CH3-CH(CH3)-CH(C2H5)-CH2-CH3
2,2-dimetilbutano
La fórmula semi desarrollada será: CH3-C(CH3)2-CH2-CH3
6-isopropil-2-metil-Nonano
La fórmula semi desarrollada será:
CH3-CH(CH3)-(CH2)3-CH(CH(CH3)2)-(CH2)2-CH3
2,2,4-trimetilpentano
La fórmula semi desarrollada será:
CH3-C(CH3)2-CH2-CH(CH3)-CH3
1 2 3 4 5
CH3 – CH – CH – CH2 –CH3
I I
CH3 CH2
I
CH3
CH3
1 I 2 3 4
CH3 – C – CH2– CH3
I
CH3
3 4 5 6 7 8 9
CH2 – CH2 – CH2– CH–CH2-CH2-CH3
I I
2 CH–CH3 CH–CH3
I I
1 CH3 CH3
CH3
1 I 2 3 4 5
CH3 – C – CH2 – CH– CH3
I I
CH3 CH3
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13
9
6-etil-2,7-dimetil-Nonano
La fórmula semi desarrollada será:
CH3-CH(CH3)-(CH2)3 -CH(C2H5)-CH(CH3)-CH2-CH3
3-metilhexano CH3-CH2-CH(CH3)-CH2-CH2-CH3
3-etil-2-metilpentano CH3-CH(CH3)-CH(C2H5)-CH2-CH3
2,2-dimetilbutano CH3-C(CH3)2-CH2-CH3
6-isopropil-2-metil-Nonano CH3-CH(CH3)-(CH2)3-CH(CH(CH3)2)-(CH2)2-CH3
2,2,4-trimetilpentano CH3-C(CH3)2-CH2-CH(CH3)-CH3
6-etl-2,7-dimetil-Nonano CH3-CH(CH3)-(CH2)3 -CH(C2H5)-CH(CH3)-CH2-CH3
5.3 ALCANOS CÍCLICOS
Nombre los siguientes alcanos cíclicos
CH3
/
\
CH3
CH3
/
H3C CH2
3 4 5 6
CH2 – CH2 – CH2– CH–CH2-CH3
I I
2 CH–CH3 7 CH–CH3
I I
1 CH3 8 CH2
I
9 CH3
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140
Solución:
Ciclopropano
CH2
CH2 CH2
Ciclobutano
CH2 CH2
CH2 CH2
1,2-dimetilciclopentano
CH3
/
\
CH3
1-etil-3-metilciclohexano
CH3
/
H3C CH2
Ciclopropano
CH3
/
\
CH3
1,2-dimetilciclopentano
Ciclobutano
CH3
/
H3C CH2
1-etil-3-metilciclohexano
É
ú
,
-
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NOMENCLATURA DE SUSTANCIAS QUÍMICAS ORGÁNICAS
14
1
5.4 ALQUENOS
Escriba la fórmula de los siguientes alquenos de cadena lineal:
1) 2-penteno
2) Eteno
3) 1,3-pentadieno
4) 2,3,4-octadieno
Solución:
2-penteno: CH3-CH=CH-CH2-CH3
Eteno (Etileno): CH2=CH2
1,3-pentadieno: CH2=CH-CH=CH-CH3
2,3,4-octadieno: CH3-CH=C=C=CH-CH2-CH2-CH3
2-penteno CH3-CH=CH-CH2-CH3
Eteno CH2=CH2
1,3-pentadieno CH2=CH-CH=CH-CH3
2,3,4-octadieno CH3-CH=C=C=CH-CH2-CH2-CH3
5.5 Nombre los siguientes Alquenos Ramificados:
𝐂𝐧𝐇𝟐𝐧 𝐧 𝐧ú𝐦𝐞𝐫𝐨 𝐝𝐞 𝐜𝐚𝐫𝐛𝐨𝐧𝐨𝐬
𝐍𝐮𝐦𝐞𝐫𝐨
𝐋𝐨𝐜𝐚𝐥𝐢𝐳𝐚𝐝𝐨𝐫
,
𝐆𝐮𝐢 𝐧-
ú
ALQUENOS DE CADENA LINEAL
Fórmula general, para un solo enlace doble:
MANERA DE NOMBRAR:
CH2 = C – CH2 – CH2 – CH2– CH3
I
CH2
I
CH3
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142
Solución:
Se enumera la cadena más larga que contenga el doble enlace (El carbono 1 será aquel que esté más cerca
del doble enlace), Se nombra a los radicales y luego la cadena:
2-etil-1-hexeno
5-metil-3-propil-1,4,6-octatrieno
2-etil-1-hexeno
CH3 –CH = CH – C= CH– CH–CH2-CH2-CH3
I I
CH3 CH
II
CH2
CH2 = C – CH2 – CH2 – CH2– CH3
I
CH2
I
CH3
1 2 3 4 5 6
CH2 = C – CH2 – CH2 – CH2– CH3
I
CH2
I
CH3
8 7 6 5 4 3
CH3 –CH = CH – C= CH– CH–CH2-CH2-CH3
I I
CH3 CH 2
II
CH2 1
CH2 = C – CH2 – CH2 – CH2– CH3
I
CH2I
CH3
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14
3
5-metil-3-propil-1,4,6-
octatrieno
5.6 ALQUENOS CÍCLICOS
Representa los siguientes Alquenos cíclicos
1) Ciclopropeno 4) Ciclohexeno
2) Ciclobuteno 5) 1,3-ciclobutadieno
3) Ciclopenteno 6) 1-metilciclobuteno
Solución:
Ciclopropeno
Ciclobuteno
Ciclopenteno
Ciclohexeno
1,3-ciclobutadieno
1
2 3
4
1-metilciclobuteno
CH3
/
Ciclopropeno
Ciclohexeno
Ciclobuteno
1,3-ciclobutadieno
1
2 3
4
Ciclopenteno
1-metilciclobuteno CH3
/
CH3 –CH = CH – C= CH– CH–CH2-CH2-CH3
I I
CH3 CH
II
CH2
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144
5.7 ALQUINOS
Escribe la fórmula y nombra los siguientes compuestos
Solución:
Etino (Acetileno)
CH CH
2-pentino
1,3,6-heptatriino
1,3,6-heptatriino
CH3-CH(CH3)-CH(CH3)-C CH
3,4-dimetil-1-pentino
Etino (Acetileno) CH CH CH C-C C-CH2-C CH 1,3,6-heptatriino
2-pentino CH3-C C-CH2-CH3 CH3-CH(CH3)-CH(CH3)-C CH 3,4-dimetil-1-
pentino
1) Etino (Acetileno) 3) CH C-C C-CH2-C CH
2) 2-pentino 4) CH3-CH(CH3)-CH(CH3)-C CH
5 4 3 2 1
CH3-CH-CH-C CH
I I
CH3 CH3
𝐂𝐧𝐇𝟐𝐧 𝟐 𝐧 𝐧ú𝐦𝐞𝐫𝐨 𝐝𝐞 𝐜𝐚𝐫𝐛𝐨𝐧𝐨𝐬
𝐍𝐮𝐦𝐞𝐫𝐨
𝐋𝐨𝐜𝐚𝐥𝐢𝐳𝐚𝐝𝐨𝐫
,
𝐆𝐮𝐢 𝐧-
ú
ALQUINOS DE CADENA LINEAL
Fórmula general, para un solo enlace Triple:
MANERA DE NOMBRAR:
1 2 3 4 5
CH3-C C-CH2-CH3
1 2 3 4 5 6 7
CH C-C C-CH2-C CH
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14
5
5.8 ALCOHOLES
Escriba los compuestos correspondientes:
1) Etanol o Alcohol etílico 5) 1,1-dimetil-etanol
2) Propanol 6) Alcohol isopropilico
3) Etanodiol 7) Fenol
4) Ortometilfenol 8) Parametilfenol
Solución:
Etanol o Alcohol etílico
CH3-CH2OH C2H5OH
Propanol
CH3-CH2-CH2OH C3H7OH
Etanodiol
CH2OH-CH2OH
1,1-dimetil-etanol
Alcohol isopropilico
Fenol (Deriva del benceno)
OH
I
o también se puede escribir C6H5OH
Ortometilfenol
OH
I
CH3
/
Parametilfenol
OH
I
I
CH3
CH3
2 I 1
CH3 – C – OH
I
CH3
OH
I
CH3 –CH – CH3
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146
Etanol o Alcohol
etílico
C2H5OH 1,1-dimetil-etanol (CH3)3COH
Propanol CH3-CH2-CH2OH Alcohol isopropilico CH3-CH(OH)-CH3
Etanodiol
CH2OH-CH2OH
Fenol
C6H5OH
OH
I
Ortometilfenol OH
I
CH3
/
Parametilfenol OH
I
I
CH3
5.9 ALDEHIDOS
Nombrar y escribir la fórmula de los siguientes compuestos:
1) HCHO 5) 4-pentenal
2) CH3-CHO 6) Propanodial
3) CH3-CH2-CHO 7) Etanodial
4) CH3-CH2-CH2-CHO 8) Benzaldehido
Solución:
HCHO Metanal o Formaldehido
CH3-CHO Etanal (Acetaldehido)
CH3-CH2-CHO Propanal (Propanaldehido)
CH3-CH2-CH2-CHO Butanal
4-pentenal CH2=CH-CH2-CH2-CHO
Propanodial OHC-CH2-CHO
Etanodial OHC-CHO
Benzaldehido C6H5CHO
ALDEHIDOS
Fórmula general: 𝐑 𝐂𝐇𝐎
MANERA DE NOMBRAR: Se nombran igual que el hidrocarburo del que
provienen, sustituyendo la vocal final por la terminación (al). En caso de
ramificaciones, el grupo carbonilo tiene preferencia y se empezara a numerar la
cadena por donde se encuentre
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14
7
5.10 CETONAS
Escriba los nombres y las fórmulas de los siguientes compuestos
CH3-CO-CH3 CH3-CO-CH2-CO-CH3
CH3-CO-CH2-CH2-CH3 Metil fenil cetona
CH2=CH-CO-CH2-CH3 Pentanotriona
Solución:
Metil fenil cetona
CH3-CO-C6H5
Pentanotriona
CH3-CO-CO-CO-CH3
CH3-CO-CH3 Propanona
(acetona)
CH3-CO-CH2-CO-CH3 2,4-pentanodiona
CH3-CO-CH2-CH2-CH3 2-pentanona Metil fenil cetona CH3-CO-C6H5
CH2=CH-CO-CH2-CH3 1-penten-3-ona Pentanotriona CH3-CO-CO-CO-CH3
CETONAS
Se caracterizan por tener un grupo carbonilo entre dos radicales.
Fórmula general: 𝐑𝟏 𝐂𝐎 𝐑𝟐
MANERA DE NOMBRAR: Se nombran añadiendo la terminación (ona) al
nombre del hidrocarburo del que provienen.
1 2 3
CH3-CO-CH3 Propanona
1 2 3 4 5
CH3-CO-CH2-CH2-CH3 2-pentanona
1 2 3 4 5
CH2=CH-CO-CH2-CH3 1-penten-3-ona
1 2 3 4 5
CH3-CO-CH2-CO-CH3 2,4-pentanodiona
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148
5.11 ÁCIDOS CARBOXILICOS
Escriba la fórmula de los respectivos ácidos carboxílicos
1) Ácido metanoico
(Ácido fórmico
4) Ácido propanodioico
2) Ácido etanoico
(Ácido acético)
5) Ácido 2-metil-3-pentenoico
3) Ácido etanodioico
(Ácido oxálico)
6) Ácido benzoico
SOLUCIÓN
Ácido metanoico (Ácido fórmico)
HCOOH
Ácido etanoico (Ácido acético)
CH3-COOH
Ácido etanodioico (Ácido oxálico)
HOOC-COOH
Ácido propanodioico
HOOC-CH2-COOH
Ácido 2-metil-3-pentenoico
Ácido benzoico
Fórmula semidesarrollada y general: C6H5-COOH ó (C7H6O2)
𝐅 𝐫𝐦𝐮𝐥𝐚 𝐆𝐞𝐧𝐞𝐫𝐚𝐥 𝐑 𝐂𝐎𝐎𝐇
El grupo funcional carboxilo (COOH), solo se presenta en los extremos de la
cadena principal
Manera de nombrar: Se nombran con la palabra ACIDO, seguido del nombre de
hidrocarburo terminado en OICO. La cadena se empieza a numerar por el extremo
donde se encuentre el grupo carboxilo. En caso de que haya dos grupos se usa el
sufijo (DIOICO)
1 2 3 4 5
COOH – CH – CH = CH – CH3
I
CH3
COOH
I
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14
9
Ácido metanoico (Ácido
fórmico)
HCOOH
Ácido propanodioico
HOOC-CH2-COOH
Ácido etanoico (Ácido acético)
CH3-COOH
Ácido 2-metil-3-
pentenoico
COOH-CH(CH3)-
CH=CH-CH3
Ácido etanodioico (Ácido
oxálico)
HOOC-COOH
Ácido benzoico
C6H5-COOH
5.12 ÉTERES
Metil propil éter
Dietil éter (éter dietílico)
Fenil metil éter
Solución:
Metil propil éter
CH3-O-CH2-CH2-CH3
Dietil éter (éter dietílico)
C2H5-O-C2H5
Fenil metil éter
Metil propil éter CH3-O-CH2-CH2-CH3
Dietil éter (éter dietílico) C2H5-O-C2H5
Fenil metil éter
-O-CH3
(C6H5-O-CH3)
𝐅 𝐫𝐦𝐮𝐥𝐚 𝐆𝐞𝐧𝐞𝐫𝐚𝐥 𝐑𝟏 𝐎 𝐑𝟐
ÉTERES
Son compuestos en los que un átomo de oxigeno está unido a dos radicales
orgánicos.
Manera de nombrar: Se citan los dos radicales en orden alfabético, seguido de la
palabra éter.
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NOMENCLATURA DE SUSTANCIAS QUÍMICAS ORGÁNICAS150
5.13 La fórmula general de las cetonas es:
a) R-CH2-OH
b) R-CHO
c) R1-CO-R2
d) R1-O-R2
e) Ninguna
Respuesta c)
5.14 La fórmula de la acetona es:
a) CH3-CH2-COOH
b) CH2O
c) CH3-CO-CH3
d) CH3-CH2-OH
e) Ninguna
Respuesta c)
5.15 Un hidrocarburo saturado en su fórmula solo tendrá enlace:
a) Triple
b) Simple
c) Doble
d) Compuesto
e) Ninguna
Respuesta b)
5.16 Los compuestos que se caracterizan por llevar el grupo funcional carbonilo en el carbono
secundario se denominan:
a) Alcanos
b) Ácidos carboxílicos
c) cetonas
d) aldehídos
e) Ninguna
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15
1
Respuesta c)
5.17 Nombre la siguiente formula química:
Solución:
Primeramente, reconoce la cadena más larga de carbonos.
Luego se identifican los ramales menores
Se tiene 2 metilos, 2 etilos y 1 isopropil
Entonces se ordena alfabéticamente y se ubican respectivamente en los carbonos de la cadena larga
Considerando que se disponen de dos ácidos entonces se utili a el sufijo “di” al final del octano
Acido-4,6-dietil-2-isopropil-5,7-dimetil-1-8-octanodioico
5.18 Escribir la Formula semi-desarrollada del:
Ácido -3,4,4-trietil-6,6-diisopropil-2,2-dimetil –octanoico
Solución:
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152
Dibujemos primeramente la cadena más larga
Posterior a eso enumerar los números de carbono en la cadena
Añadamos primeramente los 3 etilos a la cadena
Sigamos con los 2 isopropilos
Finalmente dibujemos los 2 metilos
COOH-CH3(CH3)2-CH(C2H5)-C(C2H5)2-CH2-C(C3H7)2-CH2-CH3
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15
3
5.19 Nombre la siguiente formula química:
Solución:
Identifiquemos la menor cadena de carbonos
Existe un radical butil (Butano)
Se observa que el segundo Radical es un Neopentil.
Se puede escribir empezando primero por el nombre Eter, luego el radical con menor número de carbonos, y
finalmente el otro radical con la terminación del sufijo ”ICO”
Eter butil-Neopentilico
O también puede llamarse
Si lo consideramos como un ramal al Oxigeno
Butoxi Neopentano
Eter butil-Neopentilico
5.20 Escribir la Formula Desarrollada del: 2-metoxibutano
Solución:
Escribamos primeramente la cadena larga, se trata de un butano, que tendrá una ramificación con eter
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154
Enumeremos los carbonos
Ahora continuemos colocando en el carbono 2 el radical metoxi
CH3-CH(O-CH3)-CH2-CH3
5.21 Nombre la siguiente formula química:
Solución:
Como se ve existe un ÉSTER en medio de esta cadena de carbonos, posterior a ello se cuenta la cadena más
larga de carbonos desde el carbono central
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15
5
Luego de conocer la cadena principal se reconocen las ramificaciones
Están 2 metilos y un isopropil,
3,4-dimetil
Luego se nombra la cadena mayor terminado con el sufijo “ATO” que da a entender es un éster
3,4-dimetil-Hexanoato
Finalmente se coloca el ultimo radical unido al éster que es el isopropil
3,4-dimetil-Hexanoato de isopropilo
5.22 Escribir la Formula Desarrollada de: Etanoato de Secbutilo
Solución:
Identificamos que cadena tendrá el Ester, vemos que está en el Etano, dibujando
Se tiene el Etanoato, dibujando el segundo radical que es un secbutil
Uniéndolo al radical etanoato se tiene:
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156
CH3-COO-CH(CH3)-C2H5
5.23 Nombre la siguiente formula química:
Solución:
Observando la gráfica que existen 2 ácidos
Y estos están unidos en un ciclohexano, y los hidrógenos fueron reemplazados por el metal litio. Por lo que la
nomenclatura será:
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15
7
Se escribe primero los números donde están los radicales carboxil.1,3
Luego escribamos la cadena que en este caso es una cadena cíclica de 6 carbonos
1,3-ciclohexano
Y ahora se escriben los radicales carboxilos, no olvidar que son 2 así tendrán el prefijo “DI” y terminando en
sufijos “ato” porque son radicales
1,3-ciclohexanodicarboxilato
Luego escribamos el metal que acompaña a los radicales no olvidemos que son 2 (usar prefijos)
1,3-ciclohexanodicarboxilato de dilitio
5.24 Desarrollar la Formula Desarrollada de: 3-metilbutanoato de potasio
Solución:
Dibujando primeramente el ácido y radical carbónico que lo acompaña, se observa que habrá una ramificación
en el carbono 3 de un metil
Reemplazando el hidrogeno por el metal potasio
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158
KCOO-CH2-CH(CH3)-CH3
5.25 Nombre el siguiente compuesto:
Solución:
La cadena principal es el compuesto aromático naftaleno, cuya numeración es:
Del enunciado planteado vemos que de las numeraciones 2 y 4 se ramifican los radicales naftil, del tipo α y β,
recordando:
El naftil de la ramificación 4 es de tipo α y el de la ramificación 2 del tipo β.
Por último, en la ramificación 8 se tiene un pentil. Por lo cual el nombre final será:
4 – (α – Naftil) – 2 – (β – naftil) – 8 – pentil naftaleno
5.26 Nombre el siguiente compuesto:
C5H11
1
2
3
4 5
6
7
8
α
β
β
α α
β
β
α
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15
9
Solución:
La cadena principal es el compuesto aromático antraceno, cuya numeración es:
Del enunciado planteado vemos que de la numeración 7 se ramifica el radical antracil, para definir el tipo
recordamos:
Por lo tánto el antracil 7 es de tipo α.
Posteriormente vemos que de la numeración 9 se ramifica el radical naftil, para definir el tipo recordamos:
C6H5
1
2
3
4 5
6
7
8 9
1
0
α
β
β
α α
β
β
α δ
δ
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NOMENCLATURA DE SUSTANCIAS QUÍMICAS ORGÁNICAS
160
Por lo tánto el naftil 9 es de tipo β.
Siguiendo con las ramificaciones vemos en las ramas 4 y 5 el radical fenil de forma desarrollada y en formula
respectivamente, por lo tanto ordenando, el nombre final será:
7 – (ɑ - antracil) – 4,5 difenil – 9 – (β – naftil) – 2 – naftil antraceno
α
β
β
α α
β
β
α
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BALANCE DE MATERIA CON REACCIÓN Y SIN REACCIÓN QUÍMICA
16
1
Ley de las proporciones constantes y definidas “Louis Proust”. Cuando dos o más elementos se
combinan para formar un compuesto, lo hacen en una proporción de masa constante, por lo cual la
composición del compuesto es constante e invariable independientemente del proceso seguido de su
formación.
Ley de las proporciones múltiples “John Dalton”. Cuando dos elementos se combinan para dar más de un
compuesto, la masa de uno se mantiene constante, mientras que la del otro es variable. Estas masas
variables guardan una relación entre si, o bien múltiplos o submúltiplos de dichas masas.
Ley de las proporciones reciprocas “Jeremias Benjamin Richter”. Si dos elementos diferentes, cada una
de cierta masa, son capaces de combinarse con la masa de un tercer elemento dado, las masas de aquellos
elementos son capaces de combinarse entre si, o bien múltiplos o submúltiplos de dichas masas.
Ley de los volúmenes de combinación “Gay Lussac”. En cualquier reacción química en condiciones de
presión y temperatura constante los volúmenes de todas las sustancias gaseosas que intervienen están en
una relación de números enteros sencillos.
Composición centesimal. Es el porcentaje enmasa de cada elemento que forma parte de un compuesto, se
obtiene a partir de la formula molecular del compuesto, ya que esto indica el número de átomos de cada
elemento presente en dicho compuesto, considerando como masa de cada elemento a su peso molecular
multiplicado por su respectivo subíndice y la masa total es el peso molecular del compuesto. Supongamos:
Dónde: “A y B” son elementos; “ e y” son los subíndices correspondientes.
Composición centesimal :
Formula empírica y molecular.
Formula empírica. Es la mínima relación de átomos que forman un compuesto químico. Para determinar la
formula empírica solo se necesita la composición centesimal del compuesto a analizar.
Formula molecular. Es la formula real de un compuesto que puede coincidir con su fórmula empírica. Para
determinar la formula molecular se necesita conocer el peso molecular de la formula empírica (MFE) y el peso
molecular de la formula molecular (MFM).
Relación entre la Formula molecular y empírica. Es el factor representado por la letra “f”, indica la relación
entre el peso molecular de la formula molecular (FM) y el peso molecular de la formula empírica (FE).
BALANCE DE MATERIA CON REACCION QUIMICA
Métodos de igualación en reacciones químicas. La cantidad de átomos de un elemento en los reactivos
debe ser igual a la cantidad de átomos en los productos.
6. Balance de Materia con Reacción y sin Reacción Química
Marco Teórico
CURSO PREFACULTATIVO DE INGENIERÍA – QUÍMICA
BALANCE DE MATERIA CON REACCIÓN Y SIN REACCIÓN QUÍMICA
16
2
Método de tanteo. Llamado también simple inspección, se utiliza para ecuaciones sencillas y se realiza por
simple observación.
Método algebraico. Se utiliza para ecuaciones químicas de mayor dificultad que no se puedan balancear
fácilmente por tanteo.
Método red-ox. Se utiliza este método en reacciones químicas donde los elementos cambian de estado de
oxidación, esto quiere decir que cambian de valencia o en otras palabras se oxidan o se reducen.
Método ion-electrón. Se aplica a reacciones en donde al menos participa una sustancia iónica. Se desarrolla
en soluciones acuosas de carácter acido, básico y neutro. Se procede del mismo modo que un balance red-
ox, solo que al final para balancear los átomos de hidrogeno y oxigeno se realiza según los criterios que le
correspondan a cada medio.
Medio acido, en soluciones acidas o neutras, se suman aguas (H2O) y protones (H
+
) para conseguir el
balance de los átomos de oxígeno e hidrogeno.
Medio básico, si la solución es alcalina, se suman hidroxilos (OH
-
) y aguas (H2O) para conseguir un balance
de los átomos de oxígeno e hidrogeno.
Peso equivalente gramo (Eq-g)
Equivalente gramo de un elemento, se define como el peso atómico del elemento sobre su valencia.
Equivalente gramo de una base (hidróxido), se define como el peso atómico del hidróxido sobre el sobre el
número de oxidrilos:
Equivalente gramo de un ácido, se define como el peso atómico del ácido sobre el número de hidrógenos
acidicos (que pueden ser sustituidos).
Equivalente gramo en sustancias que se oxidan y reducen, se define como el peso atómico de la
sustancia (que se oxida o reduce) sobre el número de electrones que gana o pierde:
(
)
Estequiometria, estudia las proporciones en las que se combinan unas sustancias con otras. Una ecuación
estequiometria representa a una reacción química e indica el número de moléculas o moles de reactivos y de
productos que participan de la reacción.
Pureza (p), ciertas sustancias o compuestos contienen impurezas, en una reacción química reacciona solo la
parte pura y no así la parte impura.
Reactivo limitante, es el reactivo que se consume totalmente y detiene la reacción química, es el que limita o
determina la cantidad máxima de producto que se puede obtener.
CURSO PREFACULTATIVO DE INGENIERÍA – QUÍMICA
BALANCE DE MATERIA CON REACCIÓN Y SIN REACCIÓN QUÍMICA
16
3
Reactivo en exceso, es aquel que no se consume por completo durante la reacción “el que se encuentra en
mayor proporción”, para determinar el reactivo limitante e isten dos formas:
o Se divide los moles (que son dato) por el coeficiente estequiometrico, el menor valor obtenido
corresponderá al reactivo limitante y el mayor valor corresponderá al reactivo en exceso.
o Se divide la masa (que es dato) entre la masa estequiometrica, que es igual al número de moles
estequiometricos multiplicados por el peso molecular, el menor obtenido corresponderá al reactivo
limitante y el mayor valor corresponderá al reactivo en exceso.
Exceso. Es la cantidad de reactivo que se introduce a una reacción de manera que sobre, es decir que no
reaccione.
Masa en exceso (que no reacciona), la masa que no reacciona, puede ser determinada de la siguiente
manera:
Rendimiento o eficiencia ( ), En algunas reacciones la masa de los reactivos no se transforma totalmente
en productos, por lo cual existe un rendimiento en la la reacción, se expresa como:
Masa teórica, es la masa que se produciría si la reacción se hubiese llevado a cabo con el 100% de
eficiencia. Es la más calculada en forma teórica, además el lector debe considerar que todo calculo que
ingresa y sale de la reacción debe estar expresada en unidades puras y teóricas.
BALANCE DE MATERIA SIN REACCION QUIMICA
Ecuación General de Balance
Al realizar el balance de materia en un proceso debe considerarse las entradas y las salidas que atraviesan
las fronteras del sistema. Por ello, el balance de reacción sin materia química responde a esta ecuación:
La ecuación anterior es llamada ecuación general de balance de masa, puede ser empleada con unidades
correspondientes a velocidades de flujo molar o cantidades de masa. Al aplicar esta ecuación se tienen en
cuenta todos los componentes de las corrientes (flujos) del proceso, se realiza un Balance Global de materia,
y si se aplica solamente a alguna sustancia o algún elemento en específico se efectúa un Balance Parcial de
materia.
Consideraciones al realizar balances de materia Global o Parcial
o Si los balances se los realiza en unidades de masa las composiciones (en la mayoría de los casos se
los denomina con la letra “C” de concentración) deberán estar e presadas en porcentaje másico o
fracción másica (porcentaje de masa dividido entre cien).
o Si los balances se los realiza en unidades de moles las composiciones deberán estar expresadas en
fracciones molares “X” o composición en volumen.
o Se deben realizar el balance parcial, para el componente que no encuentre presente en todas las
masas (flujos que ingresan y salen del proceso), de este modo se eliminara la mayor cantidad de
variables.
o Si el enunciado no hace mención a q los volúmenes se puedan sumas (volúmenes aditivos), no se
podrá realizar ningún balance en unidades de volumen.
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BALANCE DE MATERIA CON REACCIÓN Y SIN REACCIÓN QUÍMICA
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4
Balance de materia cuando se tienen varias unidades de proceso
En la industria química es frecuente que los procesos comprendan varias unidades de proceso. Para realizar
los balances de masa en este caso, deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos:
o Para el conjunto de las unidades de proceso se pueden realizar un balance global y uno o varios
balances parciales como se vea conveniente.
o En cada uno de las unidades de proceso se pueden realizar balances de masa global y parcial.
o Se sugiere que el ordende selección de los sistemas para llevar a cabo los balances de masa, sea
desde el sistema con menor número de incógnitas hasta el sistema que tenga el mayor número de
incógnitas.
Recirculación
En algunos procesos industriales se utiliza la recirculación de alguno de sus flujos, lo cual consiste en
devolver un flujo, que sale de una unidad de proceso hacia una mitad anterior. Esto se hace porque se desea
recuperar uno o varios reactivos catalizadores no consumidos, o porque se desea diluir un flujo, o porque un
fluido de trabajo está circulando como es en el caso de los refrigeradores.
Derivación o desviación o bypass
En otros procesos industriales se utiliza lo que se denomina derivación o desviación o bypass, que consiste en
no permitir que una parte de una alimentación a una unidad de proceso ingrese a esa unidad, si no que vaya a
otra unidad posterior.
Derivación parcial
En algunos procesos, se deriva una parte o un solo componente del flujo de alimentación, hacia una corriente
de salida.
Rendimiento de procesos físicos
Se debe comprender que en ningún proceso real se alcanza un rendimiento o eficiencia del 100% es por esa
razón que se debe considerar el análisis del rendimiento; que es la reacción entre la masa que se obtiene del
producto deseado y la masa del reactivo, considerando que se deben utilizar masa puras y se debe realizar
con respecto solo a un componente la ecuación del rendimiento.
Cuando el rendimiento es dato se debe utilizar como relaciones auxiliares.
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BALANCE DE
MATERIA CON
REACCIÓN Y SIN
REACCIÓN
QUÍMICA
Ejercicios Resueltos
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7
6.1 En la siguiente reacción:
¿Cuál es la masa de flúor ( ) en gramos es necesario para producir 120 g de ? El peso atómico del
fósforo P es 31 g/mol y el del flúor es 19 g/mol.
Solución:
primero tenemos que igualar la ecuación para que quede balanceada:
Queremos saber cuánto de flúor se necesita para producir 120 g de trifluoruro de fosforo; el peso molecular
del PF3 es 88 g/mol, como hay cuatro moléculas el peso molecular para la reacción es 352 g/mol; el peso
molecular del F2 es 38 g/mol como hay 6 moléculas de F2, el peso molecular para la reacción es 228 g/mol.
Realizando regla de tres simples:
Mediante factores de conversión se llega al mismo resultado, es más aconsejable este método
se necesita 77,7 g de para producir 120 gr de
6.2 El amoníaco NH3 se produce por la reacción del nitrógeno y el hidrógeno:
¿Cuál es la cantidad de masa de amoníaco máxima que puede producir la mezcla de 1000 g y 500 g
de ? ¿Cuál es la masa del material inicial que no reaccionó?
Solución:
Según la ecuación de la reacción, 1 mol de nitrógeno reacciona con 3 moles de hidrógeno para dar 2 moles
de amoníaco.
28g 6g 34 g
Se analiza que reactivo es el limitante:
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8
De 500 g de hidrógeno solo se utilizan 214.28 g está en exceso
El reactivo limitante es el nitrógeno y con él se realizan todos los cálculos para la producción de amoniaco
Es la cantidad máxima de amoniaco producido
El material que no reaccionó o que está en exceso es el hidrógeno y la cantidad es:
500 g – 214.28 g = 285.72 [g H2]
6.3 En un experimento de formación de agua a partir de y se combinan 30,6 g de con un
exceso de oxígeno formándose 275,4 g de . En un segundo experimento realizado en las mismas
condiciones se combinan 2,90 g de con 23,2 de (sin sobrar nada de ningún gas). ¿Si se cumple
la ley de Proust, cual es la relación de masas de hidrógeno y oxígeno?
Solución:
Para el compuesto 1:
La masa total de agua debe ser igual a la masa del hidrogeno más la masa de oxígeno. Por lo tánto se ha de
cumplir:
Compuesto 1 Compuesto 2
Hidrogeno 30.6 2.90
Oxigeno 244.8 23.2
Esta sería la proporción del compuesto 1 :
Esta sería la proporción del compuesto 2 :
Se puede comprobar que ambas proporciones coinciden, luego se cumple la ley de las proporciones
constantes o definidas
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9
6.4 Si 12 g de carbono se combinan con 16 g de oxígeno, para formar monóxido de carbono, según la
siguiente reacción:
¿Con cuántos gramos de oxígeno deberán combinarse 6 gramos de carbono para formar monóxido de
carbono y cuál es su relación de proporción?
Solución:
Se reescribe la reacción descrita en el problema, considerando las masas de los reactivos que nos dan:
Para determinar el valor de “X” se trabajó con una regla de tres simple:
Siendo el valor 8 los gramos de oxígeno necesarios para la formación de monóxido de carbono.
La relación que se obtiene entre la masa de los elementos que se combinan inicialmente:
La relación 2 se obtiene entre la masa de los elementos que se combinan en la segunda etapa:
Como se observa los resultados de relaciones 1 y 2 son iguales; por lo que se trata de la ley de las
proporciones constantes y definidas (Proust)
6.5 ¿Cuál es la relación de masas de oxígeno que se combinan con 1 g de nitrógeno en los
compuestos y ? (El peso atómico del O es 16; el del N, 14).
Solución:
Los pesos moleculares son:
Las masas de nitrógeno y oxigeno contenidas en el N2O3 son:
Nitrógeno:
Oxigeno:
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0
Esta proporción se puede simplificar dividiendo por el mismo número ya que de ese modo estaremos
refiriendo ambas proporciones es a 1 gr de nitrógeno.
Relación 1 Masa de nitrógeno Masa de oxigeno
Las masas de nitrógeno y oxigeno contenidas en el NO son:
Nitrógeno:
Oxigeno:
Esta proporción se puede simplificar dividiendo por el mismo número ya que de ese modo estaremos
refiriendo ambas proporciones es a 1 gr de nitrógeno.
Relación 2 Masa de nitrógeno Masa de oxígeno
Finalmente:
6.6 El oxígeno y el níquel, forman dos compuestos diferentes: el primero tiene un 21.4% de oxígeno y
el resto níquel, el segundo 29.0% de oxígeno y el resto níquel. ¿Cuál es la relación de los dos
compuestos y si cumplen la ley de proporcionesmúltiples?
Solución:
Las masas en el primer compuesto, considerando 100 gramos de compuesto:
La masa de níquel es la diferencia entre la más del compuesto y la masa del oxígeno:
La relación entre la masa de níquel y la masa de oxígeno:
Las masas en el segundo compuesto; considerando 100 gramos de compuesto:
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1
La masa de níquel es la diferencia entre la más del compuesto y la masa del oxígeno:
La relación entre la masa de níquel y la masa de oxígeno:
Dividiendo las relaciones (1) y (2):
Interpretación: se tiene tres unidades de masa de níquel por cada dos unidades en masa de oxígeno siendo
números enteros y sencillos por lo que pertenecen a la Ley de las Proporciones Múltiples.
6.7 El Bario se combina con oxígeno para formar el óxido respectivo. El Bario también se combina
con el azufre formando el sulfuro correspondiente. Teniendo en cuenta la ley de proporciones
reciprocas o de Richter ¿En qué relación se combinan el azufre y el oxígeno? (Los pesos atómicos
son: Ba=137.3; O=16; S=32)
Solución:
Calculando para 1 g de Bario:
Calculando para 1 g de Bario:
Calculando para 0.233 g S:
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2
6.8 8 gr de azufre se combinan con 11.5 gr de sodio, formando el sulfuro de sodio ; luego. 8 gr
de azufre lo hacen con 0.5 gr de hidrogeno, formando el sulfuro de hidrogeno . De acuerdo con
la ley de las proporciones reciprocas, ¿Cuántos gramos de sodio se combinarán con 4 gr de
hidrogeno?
Solución:
Por proporciones:
6.9 El amoniaco gaseoso reacciona con el oxígeno formando óxido de nitrógeno (IV) y agua. ¿Qué
volumen de oxígeno se necesitará para reaccionar con 100 litros de amoniaco? Todos los gases
están en C.N.
Solución:
DATOS:
Por ser gases todos los compuestos que intervienen y estar en las mismas condiciones de presión y
temperatura, según la ley de los volúmenes de combinación (Gay-Lussac):
Se necesitan 175 litros de oxígeno.
6.10 ¿Qué volumen en litros de oxígeno, a condiciones normales (C.N.) se requerirán? Si se hace
reaccionar 6 g de con de acuerdo a la ecuación química. (M.A. H=1; O=16)
H2(g) + O2(g) ⟶ H2O(g)
Solución:
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3
Un volumen de hidrógeno con ½ volumen de oxígeno, se calcula el volumen de los 6 g de hidrógeno
Se calcula el volumen de Oxígeno
6.11 Una sustancia orgánica está constituida por carbono, hidrogeno y oxígeno. Al calentarla con
óxido cúprico el carbono se oxida al CO2 y el hidrogeno a H2O. A partir de 1g de la sustancia se forma
0.977 g de CO2 y 0.2001 g de H2O. El peso molecular es aproximadamente 90. Hallar la fórmula
molecular e indicar la suma de los subíndices
Solución:
DATOS:
Compuesto orgánico → CxHyOz
La reacción:
1g 0.977g 0.2001g
Hallamos la composición másica del carbono e hidrogeno en el compuesto
La composición del oxígeno:
La fórmula empírica del compuesto desconocido:
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4
C 26.64 2.22 1
H 2.22 2.22 1
O 71.14 4.44 2
Hallamos el Peso molecular Empírico
Determinamos el factor “n” para determinar la Fórmula Molecular (FM)
Finalmente:
6.12 Una muestra de 25 mg de un compuesto orgánico se somete a combustión completa,
produciendo 47.83 mg de dióxido de carbono y 29.34 mg de agua. Para la determinación de su peso
molecular, 611 mg del mismo compuesto, desalojan 250 mL de aire, medidos sobre agua a 17°C y 495
mmHg. A) Determinar la fórmula empírica del compuesto, b) Determinar la fórmula molecular del
compuesto. La presión de vapor de agua a 17 °C es 14.53 mmHg. Indicar la suma de los subíndices
de cada uno.
Solución:
DATOS:
Compuesto orgánico → CxHyOz
La reacción:
25mg 47.83 mg 29.34 mg
Hallamos la composición másica del carbono e hidrogeno en el compuesto
La composición del oxígeno:
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5
La fórmula empírica del compuesto desconocido:
C 52,178 4,348 2,0002= 2
H 13,04 13,04 5,998= 6
O 34,782 2,174 1
Hallamos el Peso Empírico
Hallamos el Peso Molecular
Determinamos el factor “n” para determinar la Fórmula Molecular (FM)
Finalmente:
6.13 Se oxida 1.515 de urea y se forman 1.1 g de CO2 y 0.909 g de H2O. Al liberar el nitrógeno
contenido, 0.2536 g de urea dan lugar a 102.6 cc de nitrógeno medidos sobre agua a 17°C y 758
mmHg. Para hallar el peso molecular, 0.169 g de sustancia desalojan 68 cc de aire medido en las
condiciones anteriores. La presión de vapor de agua a la temperatura es 14.5 mmHg a) ¿Cuál es la
fórmula empírica de la urea? B)¿Cuál es la fórmula molecular de la urea?. A partir de ello, indicar la
relación de átomos de oxígeno en la FE y átomos de Hidrogeno en la FM
Solución:
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6
Análisis de la muestra 1:
1.515g 1.1g 0,909g
La composición en masa de carbono e hidrogeno en el compuesto:
Análisis de la muestra 2:
0.253g V=102.6ml
T=290K
P=758mmHg
La masa de nitrógeno con la ecuación de estado:
La composición del nitrógeno:
La composición del oxígeno:
Para determinar el peso molecular:
m=0,169g V=68mL T=290K P=758mmHg Pv*=14,5mmHg
C 19.8020 1.6502 1
H 6.6667 6.6667 4.0399=4
N 46.5300 3.3236 2.041=2
O 27.0013 1.6876 1.027=1
El peso molecular de la formula empírica:
El peso molecular de la formula molecular:
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7
El factor que determina la fórmula la formula molecular:
Finalmente, la formula molecular:
FM = (FE)n = (CH4N2O)1
FM = CH4N2O
6.14 Se analizó un compuesto orgánico y se encontró que contiene Carbono, Hidrogeno, Nitrógeno y
Oxigeno como sus únicos elementos. Al quemar por completo una muestra de 1.279 g, se obtuvieron
1.60 g de anhídrido carbónico Y 0.77 g de agua. Luego otra muestra de 1.625 g que se pesó por
separado contiene 0.216 g de nitrógeno. Cuál es la cantidad de átomos de carbono que tiene la
fórmula empírica
Solución:
Análisis de la muestra 1:
1.625g 1.60g 0,77g
La composición en masa de carbono e hidrogeno en el compuesto:
Análisis de la muestra 2:
1.625g 0.216g
la composición del nitrógeno:
La composición del oxígeno:
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La fórmula empírica del compuesto desconocido:
C 34,1176 2.8431 2,9943=3
H 6,6892 6,6893 7,0451=7
N 13,2923 0,9495 1
O 45,9009 2,8688 3,0214=3
6.15 Un compuesto contiene C, H, Br y posiblemente oxígeno. Por combustión completa de 0,1868 de
muestra se obtuvieron 0.05505 litros de anhídrido carbónico, medidos a 22 °C y 1520 mmHg además
de 0.0955 g de agua, la fusión de 0.155 g de muestra con peróxido de sodio y ácido nítrico fue
precipitado con nitrato de plata obteniéndose 0.2369 g de bromuro de plata. Determine: a) la cantidad
de átomos de Hidrogeno en la formula empírica del compuesto b) nombre el compuesto sabiendo
que el peso molecular real del compuesto es 123 g/mol.
Solución:
Análisis de la muestra 1:
0.1868g V=0.05505 litros 0,0955g
T=295K
P=152mmHg
La masa de dióxido de carbono:
La composición en masa de carbono e hidrogeno en el compuesto:
Análisis de la muestra 2:
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9
0,155 g 0,2369 g
La composición en masa del bromo
Verificamos la presencia de oxígeno en el compuesto:
La fórmula empírica del compuesto desconocido:
C 29,1999 2,4333 3
H 5,6805 5,6805 7
Br 65,0478 0,8131 1
El peso molecular de la formula empírica:
El factor que determina la formula molecular:
Finalmente, la formula molecular:
Nota: se desprecia la composición del oxígeno; ya que es muy pequeña, en el caso de considerarla
para la resolución del problema los subíndices resultarían tener valores muy altos lo cual sería
considerado un error.
6.16 Una determinada sustancia desconocida posee C, H y N; 3.5g de dicha sustancia dieron al
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0
combustionar 9.778 g de dióxido de carbono y 2.8 g de agua.
a) Determinar la cantidad de átomos de carbono en la formula empírica de la sustancia
desconocida.
b) Si la densidad relativa de la sustancia desconocida volatilizada con respecto al oxigeno es 5.06
en las mismas condiciones de presión y temperatura. Determinar la cantidad de átomos de
nitrógeno en la formula molecular de la sustancia.
Solución:
Análisis de la muestra:
3.6mg 9.778 mg 2.8mg
La composición en masa de carbono e hidrogeno en el compuesto:
La composición del nitrógeno:
Para determinar el peso molecular:
La fórmula empírica del compuesto desconocido:
C 74,0758 6,1730 5,0008=5
H 8,6420 8,6420 7,001=7
N 17,2822 1,2344 1
El peso molecular de la formula empírica:
El peso molecular de la formula molecular:
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1
El factor que determina la formula molecular:
Finalmente:
6.17 Se dispone de una sal anhidra que contiene 32.39% de sodio, 22.53%de azufre y el resto de
oxígeno, se deja hidratar, y 15 gramos de la sal hidratada contiene 7.05 g de agua a) Determinar la
cantidad de agua en la sal hidratada b) calcular la razón molar entre la sal anhidra y el agua.
Solución:
La fórmula empírica del compuesto desconocido:Na 32,39 1,4083 2,0001=2
S 22,53 0,7041 1
O 45,08 2,8175 4,0016=4
Se trata de una sal hidratada, con la relación de pesos moleculares:
Con las relaciones obtenidas:
La fórmula molecular de la sal hidratada:
La masa de la sal hidratada:
La razón molar es la relación entre los moles de la sal anhidra y el agua:
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2
6.18 Una muestra de 5 g del amoniaco cistina (compuesto de C, H, N, S y O), produjo por combustión
5.5 gramos de dióxido de carbono y 2.25 gramos de agua, otra muestra de 2 gramos produjo 2.283
gramos de amoniaco y una tercera muestra de 5 gramos produjo 2.667 gramos de anhídrido
sulfuroso. A través de un experimento se determinó y que este aminoácido tiene un peso molecular
de 240 g/mol. Calcular el factor que determina la formula molecular de la cistina.
Solución:
Análisis de la muestra 1:
0.17637oz = 5mg 5.5 mg 2.25mg
La composición en masa del carbono e hidrogeno en el compuesto:
Análisis de la muestra 2:
0.07055oz = 2mg 0.283mg
La composición en masa de nitrógeno en el compuesto:
Análisis de la muestra de la muestra 3:
0.17637oz = 5g 2.667g
La composición masa de azufre en el compuesto:
La composición del oxígeno:
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3
La fórmula empírica del compuesto desconocido:
C 30 2.5 3.0034=3
H 5 5 6.0067=6
N 11.6529 0.8324 1
S 26.67 0.8334 1.0012=1
O 26.6771 1.6673 2.0030=2
El factor que determina la formula molecular:
Finalmente, la formula molecular:
6.19 Indica la suma de los coeficientes de los productos de la siguiente reacción:
Al + H2SO4 → Al2(SO4)3 + H2
Solución:
La igualación es por tanteo: 2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2
(1 + 3 = 4)
6.20 Indica la suma de coeficientes de la siguiente reacción:
Cu + H2SO4 → CuSO4 + SO2 + H2O
Solución:
La igualación es por tanteo: Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O
(1 + 2 + 1 + 1 + 2 = 7)
6.21 Indica la relación de coeficientes de productos sobre reactivos para la siguiente reacción: HCl +
MnO2 → MnCl2 + H2O + Cl2
Solución:
La igualación es por tanteo: 4 HCl + MnO2 → MnCl2 + 2H2O + Cl2
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4
[(1 + 2 + 1)/(4 +1) = 4/5]
6.22 Indicar la diferencia de los coeficientes de productos menos reactivos para la siguiente
reacción: KMnO4 + H2SO4 → K2SO4 + MnSO4 + H2O + O2
Solución:
La igualación es por tanteo: 4KMnO4 + 6H2SO4 → 2K2SO4 + 4MnSO4 + 6H2O + 5O2
(2 + 4 + 6 + 5 – 4 – 6 = 7)
6.23 Para la reacción química de Yoduro crómico + cloro molecular + hidróxido de sodio dando como
productos cromato de sodio + periodato de sodio + cloruro de sodio y agua ¿Cuál es el número
estequiométrico de ioduro crómico que iguala la reacción?
Solución:
→
→
→
La reacción igualada será:
El número estequiométrico de ioduro crómico que iguala la reacción es 2:
6.24 El alcohol etílico por reacción con el dicromato de potasio en medio de ácido sulfúrico
concentrado se oxida a acetaldehído formando al mismo tiempo sulfato potásico, sulfato crómico y
agua.
¿Cuál es la suma de los coeficientes estequiométricos de los reactivos?
Solución:
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5
→
→
La reacción igualada será:
Calculando la suma de los coeficientes estequiométricos de los reactivos
6.25 300 kg de ácido tiociánico del 90% de pureza se hacen reaccionar con 500 L de una solución de
Permanganato de Potasio del 90% en peso y densidad de 1.05 g/ml medio acido con ácido sulfúrico
del 70% de pureza y densidad 1.02 g/ml, obteniéndose Sulfato Manganoso, Sulfato de Potasio, Ácido
Cianhídrico y Agua. Calcular la masa en libras de Sulfato Manganoso que se obtiene sabiendo que el
rendimiento de la reacción es del 85%.
Solución:
→
→
La reacción igualada será:
Determinando el reactivo limitante:
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6
6.26 Al reaccionar permanganato de potasio, bicarbonato de potasio, agua oxigenada, se obtiene
como productos dióxido de manganeso, oxigeno molecular, carbonato de potasio y agua.
Si se hace reaccionar un kilogramo de permanganato de potasio del 75% de pureza, calcular el
volumen de oxígeno en dm
3
generado en condiciones normales si el rendimiento de la reacción es del
90%.
Solución:
→→
→
La reacción igualada es:
Calculando el volumen de oxígeno generado
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7
6.27 24.98 gramos de granallas de cobre de pureza desconocida se tratan completamente con una
solución de ácido nítrico, formándose óxido nítrico gaseoso, nitrato de cobre (II) y agua en estado
líquido.
Si se obtienen 4.7 litros de óxido nítrico en condiciones normales de presión y temperatura ¿Cuál es
el valor de la pureza del metal?
Solución:
Reacciones parciales
→
→
Calculando la masa de Cobre puro
Calculando la pureza de las granallas de cobre
6.28 Una esfera de cobre de 10 cm de diámetro se introduce en 30 litros de disolución de ácido
nítrico del 10% en peso y densidad 1.06 g/ml, obteniéndose como productos nitrato cúprico, dióxido
de nitrógeno, óxido de nitrógeno y agua. Si se considera que el cobre se consume solo en la parte
externa y en forma homogénea, de modo que la forma esférica no cambie ¿Cuál es el valor del
diámetro final de la esfera de cobre en centímetros cuando finaliza la reacción si el rendimiento de la
reacción es del 80%?
Solución:
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8
Reacciones parciales
→
→
La reacción igualada será:
Calculando la masa inicial de cobre
Calculando la masa de cobre consumida (cons) en la reacción
Calculando la masa de la esfera de cobre al final de la reacción
Calculando el volumen de la esfera de cobre al final de la reacción
Calculando el diámetro de la esfera de cobre al final de la reacción
6.29 Se hacen reaccionar 1 kg de sulfuro arsénico al 80% de pureza y 2.5 L de solución de ácido
nítrico al 90% en masa y gravedad especifica 1.17 mediante la siguiente reacción:
Sulfuro arsénico + ácido nítrico → acido arsénico + anhídrido sulfuroso + dióxido de nitrógeno y agua
𝐝𝐟 𝟗 𝟏𝟕 𝐜𝐦
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9
Si se produce 0.7152 lb de ácido arsénico. ¿Cuál es el rendimiento de la reacción?
Solución:
[
]
Reacciones parciales
→
→
→
Llevando los coeficientes estequiométricos a la ecuación inicial
Identificando el reactivo limitante
El que se encuentra en menor proporción es el reactivo limitante
Calculando la masa teórica de ácido arsénico
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0
Calculando el rendimiento de la reacción
6.30 Mediante el método ion electrón igualar la siguiente reacción química: Sacarosa ,
dicromato de potasio, ácido sulfúrico para dar sulfato de potasio, sulfato crómico, gas carbónico y
agua. En el cual se hacen reaccionar 1.41 onzas de dicromato de potasio al 85.06% de pureza con
0.353 onzas de y en exceso la tercera sustancia.
Si en el laboratorio se obtuvieron de gas carbónico gaseoso a 0.65 atm y 158 . Determine el
rendimiento de la reacción.
Solución:
Igualando mediante el método ion electrón
[
] [
] [
] [
]
Reacciones parciales
→
→
____________________________________________________________________
La ecuación igualada será:
Identificando el reactive limitante
CURSO PREFACULTATIVO DE INGENIERÍA – QUÍMICA
BALANCE DE MATERIA CON REACCIÓN Y SIN REACCIÓN QUÍMICA
19
1
El que está en menor proporción será el reactivo limitante
Se obtiene
Calculando los moles de con la ecuación de estado
Calculando los moles teóricos a partir del reactivo limitante
Calculando el rendimientoBIBLIOGRAFÍA
Asociación Fondo de Investigadores y Editores. Química. Editorial Lumbreras.
Frederick R. Longo.(1983). Química General. Editorial Libros Mc GRAW – HILL de
México S.A.
Walter Cartolin Rodríguez. (2014). Química Teoría y Práctica. Editorial San Marcos
EIR LTDA.
Ralph H. Petrucci, F. Geoffrey Herring, Jeffry D. Madura, Carey Bissonnette. (2011).
Química General. (Decima Edición). Pearson Educación S.A.
Raymond Chang, Williams College. (2002). Química. (séptima edición). Ediciones
Mc. GRAW – HILL.
J. Ramírez, G. Pinto, I. Paz, M. J. Molina, M. C. Matías,J. Martínez Urreaga, J.
Losada, A. Fernández López, M. M. de la Fuente, E. Climent-Pascual. (2018).
Química General en Problemas y Cuestiones. Fundación General de la UPM
(Sección de Publicaciones de la E.T.S.I. Industriales).
Ing. Liseth Chacon M. MSc., Ing. Jessenia López O., Ing. German Erazo M
Sc.(2019). Química Básica para Ingenieros. (1ra. Edición). Comisión Editorial de la
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE.
Jose Ibarz Aznarez. (1959. Problemas de Química General. (2da Edición). Editorial
Marin S.A.
Ing. Gustavo Calderón Valle.(1991). Nomenclatura Química Inorgánica Sistema
STOCK WERNER LUPAC.
Philip S. Baley, Jr. Christina A. Baley. (1995). Química Orgánica Conceptos y
Aplicaciones. Editorial Prentice Hall,
Rolando Polo Collantes . (2008). Química Teoría y selección de Problemas. (1ra
Edición). Editorial Megabyte.
BIBLIOGRAFÍA
19
3
El presente libro “QUÍMICA Banco de Preguntas y Respuestas - Breve Teoría”, está destinado con
fines académicos dirigido a estudiantes del Curso Prefacultativo de Ingeniería, se agradece de
antemano cualquier colaboración en alguna omisión de escritura, interpretación y resolución sobre el
contenido del presente.
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