Categoría: Química en la escuela

Ejercicio 1

Zn + HCl -> ZnCl2 + H2

Paso 1. Balancear la ecuación, utilizando el método de tanteo.

1Zn + 2HCl -> 1 ZnCl2 + 1H2

Ejercicio:

1. Calcular el reactivo limitante y exceso si tenemos 140 g de inc y 60 g de ácido clorhídrico HCl.
2. ¿Cuántos gramos de cloruro de zinc puede producirse?
3. ¿Cuál es el % de rendimiento si se producen realmente 95g de Cloruro de Zinc.

Los ejercicios de reactivos limitantes tienen que darnos los 2 reactivos.
Paso 2. Organizamos los datos que nos dan en el problema:

Zn m= 140g
HCl m= 60 g

Paso 3. Vamos a calcular el peso molecular (M) utilizando la tabla periódica.

Zn: 1 x 65.37= 65.37
M = 65.37

H: 1 x 1.0079= 1.0079
Cl: 1 x 35.453= 35.453

35.453 + 1.0079= 36.46
M = 36.46

Paso 4. Calculamos los moles (n) dividiendo la masa (M) entre el peso molecular (m).
140 / 65.37 = 2.14 mol
60 / 36.46 = 1.64 mol

n= 2.14 mol
n= 1.64 mol

Paso 5. Calcular el reactivo limitante y exceso. Hacemos una fracción utilizando el número de elementos que nos resultó la ecuación balanceada. El este caso tenemos 1Zn y 2HCl. Usamos primero el ´número mayor.

2 HCl / 1 Zn = 2
1.64 HCl / 2.14 Zn = 0.766

Ahora lo que nos interesa saber es si el número bajo o subió en las anteriores divisiones, como el número pasó de 2 a 0.766, entonces el reactivo limitante es el 2 HCl. (Si el número hubiera aumentado, el reactivo limitante hubiera sido 1 Zn).

Respuesta:

Reactivo limitante = 2 HCl
Reactivo en exceso es el = 1 Zn

Paso 6. Responderemos el segundo problema. Ahora usaremos el 1ZnCl2 y solo utilizamos el Reactivo limitante.

1ZnCl2

Ahora sacaremos el peso molecular (M)

Zn: 1 x 65.37 = 65.37
Cl: 2 x 35.453 = 70.906
65.37 + 70.906 = 136.276

M = 136.276

A continuación sacaremos los moles (n) haremos una regla de tres usando los datos de: 2HCl -> 1ZnCl2

2 -> 1
1.64 -> x

1.64 x 1 / 2= 0.82 mol

n = 0.82 mol

Pago 7. Vamos a resolver la masa molecular (m), para ello vamos a multiplicar M X n.

136.276 x 0.82 = 111.74g

Respuesta: ¿Cuántos gramos de cloruro de zinc puede producirse? R= 111.74g

Paso 8. Vamos a resolver el último inciso que nos solicita el % de rendimiento. Colocamos los datos que nos da el problema.

m = 95g de ZnCl2

%R = ?

Para sacar el porcentaje de rendimiento (%R) debemos de dividir 95g / 111.74g y el resultado se multiplica por 100.

El resultado sería %85. Esta es la respuesta al tercer problema.

La ley de Lavoisier, también conocida como la ley de conservación de la masa, establece que en una reacción química la masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos.

Algunos ejemplos cotidianos de la ley de Lavoisier son:

1. La oxidación del hierro: cuando el hierro se oxida en presencia de oxígeno, la masa total del hierro y del oxígeno es igual a la masa total del óxido de hierro que se forma.
2. La combustión de una vela: cuando se enciende una vela, la masa total de la cera y del oxígeno que se consumen es igual a la masa total de los productos de la combustión, como el dióxido de carbono y el agua.
3. La respiración: cuando se respira, el oxígeno se combina con los compuestos orgánicos en el cuerpo para liberar energía y producir dióxido de carbono y agua. La masa total de los compuestos orgánicos y del oxígeno consumido es igual a la masa total de los productos de la respiración.
4. La calcinación de la caliza: cuando la caliza se calienta a altas temperaturas, se descompone en óxido de calcio y dióxido de carbono. La masa total de la caliza y del oxígeno consumido es igual a la masa total de los productos de la calcinación.
5. La fermentación del vino: cuando el azúcar en las uvas se fermenta para producir vino, la masa total del azúcar y del oxígeno consumido es igual a la masa total del vino y del dióxido de carbono producido.

En resumen, la ley de Lavoisier se cumple en todas las reacciones químicas, incluyendo aquellas que ocurren en la vida cotidiana.

La ley de Proust establece que la proporción en masa de los elementos en un compuesto químico es siempre la misma, independientemente de su origen o del método utilizado para producirlo. Algunos ejemplos cotidianos de la ley de Proust son:

1. La proporción de hidrógeno y oxígeno en el agua (H2O) es siempre de 2:1.
2. La proporción de carbono e hidrógeno en el metano (CH4) es siempre de 1:4.
3. La proporción de carbono e hidrógeno en el etano (C2H6) es siempre de 2:6, que se puede simplificar a 1:3.
4. La proporción de nitrógeno e hidrógeno en el amoníaco (NH3) es siempre de 1:3.
5. La proporción de carbono, hidrógeno y oxígeno en el ácido acético (CH3COOH) es siempre de 2:4:2.
6. La proporción de calcio, carbono y oxígeno en el carbonato de calcio (CaCO3) es siempre de 1:1:3.
7. La proporción de cloro y sodio en el cloruro de sodio (NaCl) es siempre de 1:1.
8. La proporción de hierro y oxígeno en el óxido de hierro (Fe2O3) es siempre de 2:3.
9. La proporción de nitrógeno y oxígeno en el dióxido de nitrógeno (NO2) es siempre de 1:2.
10. La proporción de hidrógeno y oxígeno en el peróxido de hidrógeno (H2O2) es siempre de 2:2, que se puede simplificar a 1:1.

En resumen, la ley de Proust se cumple en la mayoría de los compuestos químicos, lo que permite a los científicos predecir la composición de un compuesto conocido a partir de su fórmula química y calcular la cantidad de cada elemento en una muestra dada del compuesto.

Las Aminas se identifican porque dentro de la molécula se encuentra un átomo de nitrógeno, el cual puede encontrarse solo o acompañado de Nitrogenos.

Ejercicio 1

Paso 1. Identificamos los radicales Alquilo, que son los que tienen carbono.

A la izquierda del nitrogeno hay un carbono y a la derecha igual hay un carbono.

Los de 1 carbono se llaman «METIL» y hay 2 por lo que la respuesta sería:

Respuesta: Dimetilamina

Ejercicio 2

Paso 1. Identificamos los radicales Alquilo, que son los que tienen carbono. A la izquierda del nitrogeno hay un carbono y a la derecha igual hay un carbono.

Los de 1 carbono se llaman «METIL» y hay 2 por lo que la respuesta sería «Dimetil», pero tambipen tenemos dos carbonos debajo del Nitrogeno, estos serían «Etil». La respuesta iniciaría con Etil-dimetil.

Respuesta: Etil-dimetil-amina

Ejercicio 1

Paso 1. Localizar el camino más largos de carbonos y encerrarlo.Ese camino debe de tener encerrado al doble enlace.

Paso 2. Localizar lo que no quedó encerrado (radicales alquinos o sustituyentes).

Paso 3. Númerar. Siempre que haya dobles enlaces debe de tener la numeración más pequeña.

Paso 4. Utilizando los siguientes formularios comenzaremos a resolver. En nuestro primer formulario nos indican que nuestra cadena principal será «HEX», ya que tenemos 6 carbonos. Terminará en «eno», ya que se trata de un doble enlace (= nos indica que se trata de un doble enlace).

Paso 5. El «eno» se ubica entre el 2 y el 3, así que tomaremos el más pequeño «2». Quedando de la siguiente manera 2- Hexeno.
Paso 6. Lo que sobró (sustituyente en color verde), está unido al Carbono 4. Eso irá al principio de nombre principal y este CH3, en el siguiente formulario sería un «METIL». Quedando como 4- Metil.

La respuesta final sería: 4-Metil-2-Hexeno.

Ejercicio 2

Paso 1. Localizar el camino más largos de carbonos que contenga al doble enlace (=) y encerrarlo.Ese camino debe de tener encerrado al doble enlace.

Paso 2. Localizar lo que no quedó encerrado (radicales alquinos o sustituyentes).

Paso 3. Numerar. Siempre que haya dobles enlaces debe de tener la numeración más pequeña.Como el doble enlace se encuentra más cercano al lado derecho comenzaremos desde ese lado a numerar.

Paso 4. Utilizando los siguientes formularios comenzaremos a resolver. En nuestro primer formulario nos indican que nuestra cadena principal será «OCT», ya que tenemos 8 carbonos. Terminará en «eno», ya que se trata de un doble enlace (=) nos indica que se trata de un doble enlace).
Paso 5. El «eno» se ubica entre el 4 y el 3, así que tomaremos el más pequeño «3». Quedando de la siguiente manera 3- Octeno.
Paso 6. Lo que sobró (sustituyente en color verde), está unido al Carbono 5,6 y 7. Eso irá al principio de nombre principal y este CH3, en el siguiente formulario sería un «METIL», pero como se trata de 3 metil se diría trimetil. Quedando como 5,6,7-Trimetil.

La respuesta final sería: 5,6,7-Trimetil-3-Octeno.

*Ejercicio resuelto:

Balancea la siguiente ecuación con el método algebraico: P2S5 + HNO3 + H2O -> H2SO4 + H3PO4 + NO

Paso 1. Contamos los compuestos y les asignamos una letra del abecedario.

A = P2S5
B = HNO3
C = H2O
D = H2SO4
E = H3PO4
F = NO

Paso 2. Ahora enlistamos los elementos y hacemos las ecuaciones utilizando las letras que asignamos ateriormente:

P: 2A = E
S: 5A = D
H: B+2C = 2D + 3E
N: B = F
O: 3B+C = 4D + 4E +F

Paso 3. Seleccionamos las ecuaciones más pequeñas y a la letra que más se repite le asignaremos un valor, para despues encontrar el valor de las demas letras. En este caso le asignaremos un valor a la letra «A».

A = 2

Utilizando las ecuaciones del paso número 2 vamos a multiplicar y sacar el valor de «E».

2A = E (multiplicamos el valor asignado de a por el numero de elementos que tenemos de «A» en esta ecuación).
2 x 2 = E
2 x 2 = 4

Por lo tanto E = 4

Ahora haremos lo mismo para obtener el valor de «D».
5A = D (multiplicamos el valor asignado de a por el numero de elementos que tenemos de «A» en esta ecuación).
2 x 5 = D
2 x 5 = 10

Por lo tanto D = 10

Paso 4. El siguiente paso es utilizar una de las ecuaciones en donde tengamos ya asignados la mayoría de los valores, en este caso utilizaremos (H: B+2C = 2D + 3E), ya que tenemos los valores de «E» y de «D». Sustituimos los valores en la ecuación.

Ecuación 1: B + 2C = 20 + 12

Ahora hacemos lo mismo con la siguiente ecuación: O: 3B+C = 4D + 4E +F y remplazamos la «F» por «B», esto mara tener las mismas letras el mayor numero de veces en la ecuación y porque en la ecuación de «N» «B» es igual a «F».

3B + C = 4D + 4E + B

Ecuación 2: 3B + C = 40 + 16 + B

Paso 5. Resolvemos las ecuaciones:

Ecuación 1: B + 2C = 32
Ecuación 2: 3B + C = 56 +B

Paso 6. Debemos de tener las letras del mismo lado de la ecuación, en el caso de la ecuación 2 debemos de pasar la B al lado izquierdo, por lo que pasa como negativo:

Ecuación 2: 3B -B + C = 56
Ecuación 2: 2B + C = 56

Paso 7. Utilizaremos el metodo de reducción para resolver las ecuaciones. Vemos nuestra primera letrs «B» en ambas ecuaciones la «B» debería tener 2, las ecuaciones quedarían así:

-2(B + 2C = 32)
2B + C =56

Resolvemos:

-2B – 4C = -64
2B +C = 56

-2B + 2B = 0
-4C + C = -3C
-64 + 56 = -8

-3C = -8
Pasamos el -3 con el -8 como una fracción:

El valor de C = 8/3

Paso 8. Debemos encontrar el valor de «B» y de «F» utilizando una ecuacion que utilice cualquiera de las dos letras, en este caso usaremos la ecuación: B+2C = 2D + 3E. Sustituimos los valores que ya conocemos:

B + 2(8/3) = 2(10) + 3(4)

B + 16/3 = 20 + 12

Eliminamos la fracción:

3 (B + 16/3 = 20 + 12)

3B + 16 = 60 + 36
Pasamos los numeros al lado derecho.

3B = 60 + 36 -16
B = 80/3

Paso 9.Ahora solo falta encontrar en valor de «F», para ello usaremos la ecuación: B = F. Como «B» es igual a «F», entonces sabemos que «F» también vale 80/3.

F = 80/3

Paso 10. Enlistamos nuestros resultados.

A= 2
E= 4
D= 10
C= 8/3
B= 80/3
F = 80/3

Como los valores no pueden ser números fraccionarios. Como todas nuestras fracciones tienen un número 3, vamos a multiplicar todos nuestros resultados por este número.

A= 2 x 3 = 6
E= 4 x 3 = 12
D= 10 x 3 = 30
C= 8/3 x 3 = 8
B= 80/3 x 3 = 80
F = 80/3 x 3 = 80

Como todos los resultados tienen mitad, sacamos dichas mitades:

A = 3
E = 6
D = 15
C = 4
B = 40
F = 40

Sustituimos nuestros valores en la ecuación original:

Resultado final con la ecuación balanceada:

3P2S5 + 40HNO3 + 4H2O -> 15H2SO4 + 6H3PO4 + 40NO

La ley de Nernst establece que la diferencia de potencial (o voltaje) necesario para igualar las concentraciones de iones en dos compartimentos separados por una membrana permeable a dichos iones es proporcional al logaritmo natural de la relación entre las concentraciones de iones en ambos compartimentos. La ecuación de Nernst es:

E = Eo – (RT/nF) ln(Q)

Donde:

• E es la diferencia de potencial necesaria para igualar las concentraciones de iones en ambos compartimentos (en voltios).
• Eo es la constante de equilibrio (también llamada potencial estándar) de la reacción electroquímica involucrada (en voltios).
• R es la constante de los gases (8,314 J/mol*K).
• T es la temperatura absoluta (en Kelvin).
• n es el número de electrones transferidos en la reacción electroquímica.
• F es la constante de Faraday (96.485 C/mol).
• ln(Q) es el logaritmo natural del cociente entre las concentraciones de iones en ambos compartimentos (la concentración del ion reducido en el compartimento donde se produce la reducción dividida por la concentración del ion reducido en el compartimento donde se produce la oxidación).

Ejercicio 1

Calcular el potencial de electrodo para una celda electroquímica formada por una solución de iones Fe3+ 0,1 M y otra de iones Fe2+ 1 M, si la temperatura es de 25°C.

Solución: La reacción química que ocurre en la celda es:

Fe3+ + e- -> Fe2+

La constante de equilibrio para esta reacción es:

K = [Fe2+] / [Fe3+]

La ecuación de la ley de Nernst para esta celda es:

E = E° – (RT/nF) * ln(K)

Donde:

• E° es el potencial estándar de la celda, que para esta reacción es 0,77 V.
• R es la constante de los gases (8,31 J/mol·K).
• T es la temperatura en Kelvin (298 K).
• n es el número de electrones transferidos en la reacción, que para esta reacción es 1.
• F es la constante de Faraday (96.485 C/mol).
• K es la constante de equilibrio, que para esta reacción es [Fe2+] / [Fe3+].

Sustituyendo los valores conocidos en la ecuación, se obtiene:

E = 0,77 V – (8,31 J/mol·K / (1 mol * 96.485 C/mol)) * ln(1/0,1)

E = 0,077 V

Por lo tanto, el potencial de electrodo para esta celda es de 0,077 V.

Ejercicio 2

Calcule la fem de una celda galvánica que consiste en una celda de zinc-cobre en la que la concentración de ion Cu2+ es 0.1 M y la concentración de ion Zn2+ es 1.0 M. La temperatura es de 25°C.

Solución: La reacción de la celda es: Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s) La ecuación de la Ley de Nernst para esta celda es: E = E° – (RT/nF) ln(Q) donde E° es la fem estándar de la celda, R es la constante de los gases, T es la temperatura en Kelvin, n es el número de electrones transferidos en la reacción, F es la constante de Faraday y Q es la relación de concentración de productos y reactivos.

Para este ejercicio, utilizaremos los siguientes valores: E° = 1.10 V (dado) R = 8.314 J/K·mol T = 25 + 273.15 K = 298.15 K n = 2 (dos electrones transferidos en la reacción) F = 96485 C/mol Q = [Zn2+]/[Cu2+] = 10

Sustituyendo estos valores en la ecuación de la Ley de Nernst, tenemos: E = 1.10 V – (8.314 J/K·mol / (2 mol e- · 96485 C/mol)) · ln(10) E = 1.10 V – (0.002303 V) · ln(10) E = 1.02 V

Por lo tanto, la fem de la celda galvánica es de 1.02 V.

La ley de Fick es una ley de difusión que se utiliza para describir el movimiento de sustancias en una solución o medio poroso.

Aquí hay 10 ejemplos de su aplicación:

1. La difusión de oxígeno a través de la membrana del alvéolo hacia la sangre en los pulmones.
2. La difusión de iones a través de la membrana celular en las células del cuerpo.
3. La difusión de azúcares en una solución a través de una membrana semipermeable para la producción de jarabe de maíz.
4. La difusión de sustancias a través de una columna de cromatografía.
5. La difusión de solutos a través de un material poroso en un proceso de filtración.
6. La difusión de colorantes en una tinción histológica.
7. La difusión de contaminantes en un acuífero.
8. La difusión de iones en una batería durante su carga y descarga.
9. La difusión de líquidos y gases en un recipiente a través de un diafragma poroso.
10. La difusión de nutrientes y productos de desecho en un cultivo celular en un biorreactor.