ficha 4 - estequiometría

FICHA 4 - ESTEQUIOMETRÍA 1º BACHILLERATO

Departamento de Física y Química 1/6

PROBLEMAS BÁSICOS 1) La pirita (disulfuro de hierro) reacciona con el oxígeno formando óxido de azufre (IV) y óxido

férrico. Calcula las cantidades que se obtendrán de estos óxidos partiendo de 500 g de pirita. (SOL: 267 g SO 2; 665,5 g Fe 2O3) 2) Calcula la cantidad de oxígeno que se consumirá en la combustión de 4,7 kg de gas butano

(C4H10). Ten en cuenta que en la combustión de todo hidrocarburo se libera dióxido de carbono y agua.

(SOL: 16,8 kg de O 2) 3) Calcula el volumen de anhídrido sulfuroso, medido a 27ºC y 1 atm, que se obtendrá tratando 28 g

de sulfito de sodio con ácido sulfúrico y la cantidad que se produce de sulfato de sodio. (SOL: 5,47 L de SO 2; 21,8 g Na2SO4) 4) Calentando nitrito de amonio se forman nitrógeno gaseoso y agua. Calcula el volumen de

nitrógeno, medido a 750 mm de Hg y 27ºC, que podrá obtenerse partiendo de 1 kg de nitrito de amonio.

(SOL: 390 L de N 2) 5) El cloro se obtiene en el laboratorio haciendo reaccionar dióxido de manganeso con ácido

clorhídrico, produciéndose cloruro de manganeso (Il), agua y cloro molecular. Calcula la cantidad de dióxido de manganeso necesaria para obtener 100 litros de cloro medidos a 15 ºC y 720 mm de Hg.

(SOL: 348,3 g de MnO 2) 6) La aluminotermia es un proceso industrial de reducción de óxidos metálicos por medio del aluminio

metálico, formándose óxido de aluminio y el metal. Para obtener 1,35 kg de cromo, ¿qué cantidades de aluminio y de óxido crómico han de reaccionar?. ¿Qué cantidad de óxido de aluminio se produce al mismo tiempo?

(SOL: 700,5 g de Al; 3 946,5 g de Cr 2O3; 2 648,3 g de Al 2O3) 7) Un método para obtener oxígeno gaseoso es descomponer por calentamiento el clorato de potasio

en oxígeno y cloruro de potasio. Si una muestra pura de clorato de potasio produce por calentamiento un residuo sólido de 30 g, calcula el volumen de gas desprendido, medido a 25ºC y 1 atm y los gramos de clorato de potasio descompuestos.

(SOL: 14,77 L de O 2; 49,3 g de KClO 3) 8) El airbag de los automóviles es un colchón de gas que impide el impacto del conductor contra el

parabrisas en un choque frontal. La producción del gas se consigue por descomposición de azida de sodio en nitrógeno gaseoso y sodio sólido. ¿Cuántos gramos de azida de sodio debe llevar el mecanismo del airbag de un coche si se necesitan 50 L de gas medido a 1000 mm de Hg y 43ºC?

(SOL: 109,9 g de NaN 3) 9) La síntesis del amoníaco propuesta por Haber consiste en hacer reaccionar nitrógeno e hidrógeno

moleculares en presencia de osmio como catalizador y a elevada presión y temperatura. Para la obtención de 1.000 litros de amoníaco medidos a 125 at y 773 K, calcula el volumen necesario de nitrógeno medido en c.n., así como el de aire necesario para aportar el nitrógeno (el aire contiene un 78% en volumen de nitrógeno).

(SOL: 22 085,2 L de N 2; 28 314,4 L de aire)

DISOLUCIONES EN PROBLEMAS DE ESTEQUIOMETRÍA

10) Se hace reaccionar carbonato cálcico con una disolución de ácido nítrico, obteniéndose como productos de reacción dióxido de carbono y agua.

• ¿Qué volumen de dióxido de carbono, medido en C.N., se formará cuando se hace reaccionar 60 mL de ácido nítrico 2,5 M , con exceso de carbonato cálcico ?

• ¿Qué volumen de ácido nítrico comercial, del 64% en peso y 1,4 g/mL de densidad, se necesita? (SOL: a) 1,68 L b) 10,5 mL)



11) La reacción entre una disolución acuosa de ácido bromhídrico con cinc metal conduce a la formación de bromuro de cinc e hidrógeno gas.

• Escribe el proceso que tiene lugar. • ¿Qué volumen de ácido de concentración 0,2 M se requiere para reaccionar con 1,8 g de cinc. • ¿Qué volumen del ácido comercial del 45% en peso y 1,45 g/mL debe tomarse para preparar el

volumen necesario de la disolución 0,2 M del apartado anterior?. • ¿Qué volumen de hidrógeno, medido a 30ºC y 800 mmHg de presión, se obtiene a partir de los

gramos de cinc iniciales?. (SOL: b) 0,275 L c) 6,8 mL d) 0,65 L) 12) El peróxido de hidrógeno se descompone espontáneamente desprendiendo oxígeno y formando

agua. ¿Cuántos ml de disolución de peróxido de hidrógeno del 33% en peso de riqueza y densidad 1,1 g/ml deben descomponerse para obtener 500 ml de oxígeno, medidos a 753 mm de Hg y 15ºC?

(SOL: 3,92 mL de H 2O2 al 33%) 13) El cloro se obtiene en el laboratorio haciendo reaccionar dióxido de manganeso con ácido

clorhídrico, produciéndose cloruro de manganeso (Il), agua y cloro molecular. Calcula la cantidad de dióxido de manganeso necesaria para obtener 100 litros de cloro medidos a 15 ºC y 720 mm de Hg. ¿Qué volumen de ácido clorhídrico 2,0 M habrá que utilizar?.

(SOL: 348,3 g de MnO 2 8 L de disolución de HCl)

REACTIVO LIMITANTE

14) Una mezcla de 100 g de CS2 y 200 g de Cl2 se pasa a través de un tubo de reacción y calentando se produce CCl4 y S2Cl2 Calcula:

• El reactivo que no reaccionará completamente. • La cantidad de este reactivo que no reacciona.

• El peso de S2Cl2 que se obtendrá. (SOL: a) CS2 b) 28,64 g c) 126,76 g ) 15) En un generador portátil de hidrógeno se hacen reaccionar 30 g de hidruro de calcio con 30 g de

agua, produciéndose Ca(OH)2 e H2 Calcula: • ¿Qué reactivo sobra y en qué cantidad?. • El volumen de hidrógeno que se produce a 20oC y 745 mm de Hg • El rendimiento de la reacción si el volumen real producido fue 34 L.

(SOL: sobran 4,29 g de H 2O 35,01 L de H 2 97,1%) 16) Se hacen reaccionar 6 g de aluminio en polvo con 50 mL de una disolución acuosa de

tetraoxosulfato (VI) de hidrógeno (ácido sulfúrico) 0,15 M. Determinar: • ¿Cuál de los dos reactivos quedará en exceso y en qué cantidad?. • El volumen de hidrógeno que se recoge medido a 20oC y 760 mmHg. • Gramos de tristetraoxosulfato (VI) de aluminio (sulfato de aluminio) que se formará

(SOL: a) 0,18 L b) 0,855 g c) Sobran 5,865 g de Al) 17) El cloruro de titanio (IV) reacciona con el magnesio para dar cloruro de magnesio y titanio. Si se

ponen a reaccionar 15 g de cloruro de titanio y 7 g de magnesio, calcula: • ¿Cuál es el reactivo limitante? ¿Qué cantidad sobra del reactivo en exceso? • ¿Cuántos gramos de titanio se obtienen?

(SOL: Cloruro de titanio(IV), 3,16 g de Mg; 3,78 g) 18) El cinc reacciona con el ácido clorhídrico para dar cloruro de cinc e hidrógeno. ¿Qué volumen,

medido en C.N., de gas se obtendrá al reaccionar 2,23 g de cinc con 100 mL de una disolución de ácido 0,5 M? Si se obtienen 0,25 L de hidrógeno, medido en C.N. ¿cuál será el rendimiento de la reacción?

(SOL: a) 0,56 L b) 44,64 %)



19) La fuerza propulsora de ciertos cohetes se consigue mediante la reacción entre la hidracina y el tetróxido de dinitrógeno líquidos, produciéndose vapor de agua y nitrógeno gaseosos. Si reaccionan 50 g de hidracina con 100 g de tetraóxido de dinitrógeno, calcula: • cuál es el reactivo limitante y los gramos del reactivo sobrante • volumen total de ambos gases desprendido, medido a 750 mm de Hg y 17ºC

(SOL: sobran 28,1 g de N 2O4 131,9 L de gas) 20) El sodio reacciona violentamente con el agua desprendiendo hidrógeno gaseoso y formando

hidróxido de sodio. Cuando reacciona 10 g de sodio con 50 g de agua, calcula: • cuál es el reactivo limitante y los gramos del reactivo sobrante • gramos de hidróxido de sodio formados • concentración de la disolución de sosa resultante expresada en % en peso

(SOL: sobran 42,2 g de H2O 17,4 g de NaOH 29,2%) 21) El tiosulfato de sodio reacciona con el ácido clorhídrico para producir azufre, cloruro de sodio, agua

y desprender dióxido de azufre gaseoso. Si reaccionan 15 cm³ de disolución de ácido clorhídrico del 35% en peso y densidad 1,18 g/ml con 50 cm³ de disolución 0,5 M de tiosulfato de sodio, calcula: • cuál es el reactivo limitante y volumen de disolución del reactivo sobrante • gramos de azufre que han precipitado

(SOL: sobran 10,6 mL de HCl 0,8 g de S)

RENDIMIENTO DE UNA REACCIÓN

22) Averigua el volumen de NH3, medido en C.N., que podemos obtener a partir de 100 L de H2, medido en condiciones industriales de producción de amoníaco (400oC y 900 atm), sabiendo que, el rendimiento de la reacción es del 70 %. (SOL: 17 048 L) 23) La tostación del sulfuro de plomo(II) con oxígeno produce óxido de plomo(II) y dióxido de azufre gaseoso. Calcula la cantidad de PbO que podemos obtener a partir de 500 g de PbS si la reacción tiene un rendimiento del 65 %. (SOL: 303 g) 24) Una forma de obtener oxígeno es por descomposición de los peróxidos. Así, el peróxido de sodio reacciona con el agua desprendiendo oxígeno gaseoso y formando hidróxido de sodio. ¿Cuántos gramos de peróxido de sodio se precisan para obtener 50 litros de gas, medidos a 753 mm de Hg y 15ºC, si el rendimiento de la reacción es del 80%? (SOL: 102,14 g Na 2O2) 25) Al calentar una mezcla de óxido de calcio y cloruro de amonio se desprende amoníaco gaseoso y se forman cloruro de calcio y agua. Si se quieren obtener 500 litros de gas, medidos a 10 atm y –100ºC, ¿cuántos kg de ambos reactivos se precisarán si el rendimiento del proceso es del 75%? (SOL: 525,5 g CaO; 1 003,2 g NH 4Cl) 26) El hidróxido sódico se puede preparar por caustificación haciendo reaccionar carbonato de sodio con hidróxido de calcio, con lo que simultáneamente se forma carbonato cálcico. Sabiendo que el rendimiento del proceso es del 63%, calcular la cantidad de carbonato sódico necesaria para producir 377,0 g de hidróxido sódico. (SOL: 792,9 g Na 2CO3) 27) El procedimiento Ostwald para la obtención industrial del ácido nítrico consiste en primer lugar en la oxidación catalítica del amoníaco para producir óxido nítrico y agua; a continuación, se oxida el óxido nítrico a dióxido de nitrógeno; y finalmente, se trata éste con agua para obtener el ácido nítrico y, nuevamente, óxido nítrico:

NH3 + O2 → NO + H2O NO + O2 → NO2

NO2 + H2O → HNO3 + NO



Si el proceso tiene un rendimiento global del 93%, ¿qué volumen de amoníaco, medido a 8 atm y 900ºC, es necesario para obtener una tonelada de ácido nítrico comercial de riqueza 68% en peso?. (SOL: 279 318,1 L NH 3) 28) Calcula el oxígeno que necesita un alto horno para obtener 10 toneladas diarias de lingote de hierro. El proceso que tiene lugar en un alto horno puede resumirse con las siguientes reacciones:

C + O2 → CO Fe2O3 + CO → Fe + CO2

Si el aire contiene un 78% en volumen de nitrógeno y un 21% de oxígeno, ¿qué cantidad de aire, medido a 20ºC y 757 mm de Hg, debe alimentarse al alto horno? Repite los cálculos si el rendimiento global de la reacción es del 40%. (SOL: 1,54·107 L aire; 3,86·10 7 L aire) 29) La fosfina es un gas tóxico de olor desagradable que se obtiene mediante la reacción entre el fosfuro de calcio y el ácido clorhídrico, produciéndose también cloruro de calcio. Para llenar de fosfina un bidón de 200 L, medidos a 30 atm y 22°C, ¿cuántos gramos de fosfuro de calcio serán necesarios, si el rendimiento de la reacción es del 70%?. ¿Qué volumen de disolución de ácido clorhídrico 3,5 M se gastará?. (SOL: 32 237,7 g Ca 3P2; 303,65 L de HCl) 30) El fosfato doble de amonio y magnesio se descompone por fuerte calentamiento a 1.100ºC en difosfato de magnesio y desprendiendo vapor de agua y amoníaco gaseosos. Si se han obtenido 0,500 g de difosfato de magnesio y el rendimiento de la reacción era del 60%, ¿cuántos gramos de reactivo se han descompuesto?. ¿Qué volumen de amoníaco, medido a 750 mm de Hg y 20ºC, se ha desprendido? (SOL: 1,03 g NH 4MgPO4; 182,5 mL NH 3) 31) El sulfato de amonio se obtiene mediante la reacción entre el ácido sulfúrico y amoníaco. Calcula los litros de amoníaco, medidos a 757 mm de Hg y 20ºC, que serán necesarios para obtener 1 kg de sulfato de amonio. Si el rendimiento de la reacción es del 77%, ¿qué volumen de ácido sulfúrico del 62% en peso de riqueza y densidad 1,52 g/cm³ se gastará? (SOL: 474,7 L NH 3; 1 022 mL H 2SO4)

PUREZA (O RIQUEZA) DE UN REACTIVO 32) Calcula la cantidad de ácido clorhídrico necesaria para reaccionar con 2 Kg de carbonato de calcio del 78% de pureza. (SOL: 1.460 g) 33) Averigua el volumen de amoníaco medido a 710 mmHg y 10ºC que se obtendrá tratando con hidróxido de calcio una muestra de 2 kg de cloruro de amonio del 76% de pureza. (SOL: 706 L) 34) ¿Qué volumen de amoníaco, medido en c.n., podrá obtenerse tratando 1 kg de cloruro de amonio, del 65% de pureza, con hidróxido de sodio?. En la reacción también se produce sal. (SOL: 272 L) 35) Tratando óxido férrico con ácido sulfúrico en caliente se forma sulfato de hierro (III) y agua. Calcula la cantidad de sulfato de hierro que se obtendrá partiendo de 1 kg de óxido férrico del 70% de pureza. ¿Cuánto ácido 7 M se gastará? (SOL: 1,75 kg; 1,88 L) 36) Se hace reaccionar 5 g de mármol, con un contenido en carbonato de calcio del 73%, con una disolución de ácido clorhídrico del 20% en peso y densidad 1,09 g/cm³. Calcula la cantidad de cloruro de calcio que se obtiene y el volumen de ácido gastado. (SOL: 4,05 g de CaCl 2 12,2 cm³ HCl) 37) Calentando clorato de potasio se descompone en cloruro de potasio y oxígeno. Determina la cantidad de clorato de potasio del 40% de pureza que se necesitará para obtener 200 l de oxígeno medidos a 752 mm de Hg y 24 ºC. (SOL: 1,66 kg )



38) Determina la cantidad de nitrito de amonio, del 58% de riqueza, que será necesaria para obtener, por descomposición térmica, 500 l de nitrógeno medidos en c.n. (SOL: 2,46 kg) 39) El carburo de calcio (CaC2) reacciona con el agua formando hidróxido de calcio y acetileno. Calcula la pureza de una muestra de 2,06 g de carburo de calcio si, al reaccionar con agua, se obtienen 656 cm³ de acetileno medidos a 22ºC y 728 mmHg. (SOL: 80,7%) 40) En 1828, el químico alemán Friedrich Wöhler, terminó con la teoría de que ciertas sustancias sólo podrían ser fabricadas por los organismos vivos, al sintetizar la urea en el laboratorio por calentamiento del cianato de amonio (NH4OCN). Si en el proceso hubiese alcanzado un rendimiento del 40%, ¿cuántos gramos de cianato de amonio con una riqueza del 93% en peso necesitó para obtener 1 Kg de urea? (SOL: 2,69 Kg NH 4OCN)



ALEACIONES Y MEZCLAS 41) Una mezcla de cloruro de sodio y bromuro de sodio pesa 0,756 g. Por precipitación con nitrato de plata se obtuvieron 1,617 g de una mezcla de cloruro de plata y bromuro de plata. Determina la composición de la mezcla inicial. (SOL: ) 42) Al tratar 1,00 g de aleación de aluminio y cinc con ácido clorhídrico diluido se desprenden 1,03 L de hidrógeno medidos en c.n. Determina la composición de la aleación. (SOL: 0,24 g Zn, 0,76 g Al) 43) Una muestra de un mineral que contenía exclusivamente carbonato de bario y carbonato de calcio pesó 6,94 g. Se calentó hasta la descomposición total de ambos compuestos y el residuo sólido una vez eliminado el gas carbónico pesó 4,74 g. Calcular la composición de la muestra original. (SOL: ) 44) Se pesaron 5,49 g de una mezcla de cloruro sódico y cloruro potásico. Se disolvieron en agua y se añadió un exceso de nitrato de plata. El precipitado de cloruro de plata formado pesó 12,75 g. Calcule el porcentaje de cloruro sódico en la mezcla inicial. (SOL: ) 45) Una mezcla de 0,800 g de carbonato de calcio y óxido de calcio se calienta fuertemente obteniéndose un residuo sólido de 0,554 g de óxido de calcio. Sabiendo que en la descomposición del carbonato de calcio se desprende dióxido de carbono gaseoso, calcula la composición de la mezcla expresada en % en peso. (SOL: ) 46) Una mezcla de 1,994 g de carbonato de sodio y bicarbonato de sodio, por reacción con ácido clorhídrico desprende 516 mL de dióxido de carbono. Sabiendo que en ambas reacciones se producen cloruro de sodio y agua, calcula la composición de la mezcla expresada en % en peso. (SOL: ) 47) Tanto el clorato de potasio como el perclorato de potasio se descomponen por calentamiento desprendiendo oxígeno gas y formando cloruro de potasio. Calcula la composición expresada en % en peso, de una mezcla de 2,061 g de ambos que por calentamiento deja un residuo sólido de 1,213 g. (SOL: ) 48) Calcula la composición, expresada en % en peso, de una mezcla de cloruro de sodio y cloruro de potasio, si al disolver en agua una muestra de 1,993 g de la misma y añadirle disolución de nitrato de plata en exceso, da un precipitado de cloruro de plata, que lavado y seco pesa 4,433 g. (SOL: 57,35% NaCl, 42,65% KCl) 49) Una muestra de un mineral que contiene exclusivamente carbonato de bario y carbonato de calcio pesó 6,94 g. Se calentó hasta la descomposición total de ambos compuestos y el residuo sólido, una vez eliminado el CO2 pesó 4,74 g. Calcular la riqueza en carbonato de bario de la muestra original. (SOL: ) 50) Una mezcla de 40 mL de etileno y acetileno se quema con 125 mL de oxígeno. Si los gases que se obtienen de la combustión una vez fríos ocupan un volumen de 100 mL, ¿cuál es la composición de la mezcla de hidrocarburos?. ¿Cuánto oxígeno sobra?. (SOL: )

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