Ejercicios de estequiometría y soluciones químicas

Cálculos con ecuaciones químicas

1. ¿Qué información nos proporciona una ecuación química?

Una ecuación química permite calcular:

• Las cantidades de reactivos y productos.
• El número de moléculas y moles involucrados en la reacción.

Respuesta correcta: e) Todas las anteriores.

2. ¿Qué características tiene una reacción química de síntesis?

En una reacción de síntesis:

• Las sustancias reaccionantes son sustancias simples.

Respuesta correcta: a) Las sustancias reaccionantes son sustancias simples.

3. ¿Qué caracteriza a una reacción química de descomposición?

Respuesta correcta: d) a) y b). (No se proporciona información suficiente para responder a esta pregunta en el texto original).

Cálculos con masas y moles

4. Cianuro de hidrógeno (HCN): ¿Cuántas moléculas hay en 56 g de HCN?

• Masa molar HCN = 1 (H) + 12 (C) + 14 (N) = 27 g/mol
• 1 mol de HCN (27 g) ——– 6,022 x 10²³ moléculas
• 56 g HCN = 0,056 kg HCN ——– X
• X = (0,056 kg * 6,022 x 10²³ moléculas) / 27 g = 1,25 x 10²¹ moléculas

Respuesta: En 56 g de HCN hay 1,25 x 10²¹ moléculas.

5. Metano (CH₄): ¿Cuántos gramos hay en 1,20 x 10^-4 moléculas?

• Masa molar CH₄ = 12 (C) + 4 x 1 (H) = 16 g/mol
• 1 mol de CH₄ (16 g) ——– 6,022 x 10²³ moléculas
• X ——– 1,20 x 10^-4 moléculas
• X = (16 g * 1,20 x 10^-4 moléculas) / 6,022 x 10²³ moléculas = 3,18 x 10^-27 g

Respuesta: En 1,20 x 10^-4 moléculas de CH₄ hay 3,18 x 10^-27 gramos.

6. Sulfuro de sodio (Na₂S): ¿Cuántos moles de Na corresponden a 2,70 x 10²⁴ moléculas de Na₂S?

• 1 mol de Na₂S ——– 6,022 x 10²³ moléculas
• X ——– 2,70 x 10²⁴ moléculas
• X = (1 mol * 2,70 x 10²⁴ moléculas) / 6,022 x 10²³ moléculas = 4,5 moles de Na₂S
• Como cada mol de Na₂S contiene 2 moles de Na: 4,5 moles de Na₂S * 2 = 9 moles de Na

Respuesta: 2,70 x 10²⁴ moléculas de Na₂S corresponden a 9 moles de Na.

7. ¿Qué ecuación representa una reacción química de gases?

Respuesta correcta: e) Todas. (No se proporcionan ecuaciones específicas en el texto original).

Reacciones y cálculos estequiométricos

8. Masas de HCl y NaOH necesarias para obtener 292 g de NaCl:

Reacción: HCl + NaOH → NaCl + H₂O

• Masa molar HCl = 1 (H) + 35,5 (Cl) = 36,5 g/mol
• Masa molar NaOH = 23 (Na) + 16 (O) + 1 (H) = 40 g/mol
• Masa molar NaCl = 23 (Na) + 35,5 (Cl) = 58,5 g/mol

Cálculo para HCl:

• 58,5 g NaCl ——– 36,5 g HCl
• 292 g NaCl ——– X
• X = (292 g NaCl * 36,5 g HCl) / 58,5 g NaCl = 182 g HCl

Cálculo para NaOH:

• 58,5 g NaCl ——– 40 g NaOH
• 292 g NaCl ——– X
• X = (292 g NaCl * 40 g NaOH) / 58,5 g NaCl = 200 g NaOH

Respuesta: Se necesitan 182 g de HCl y 200 g de NaOH.

9. Azúcar: ¿Cuántos moles corresponden a 6,6 x 10²¹ moléculas de azúcar?

• 1 mol de azúcar ——– 6,022 x 10²³ moléculas
• X ——– 6,6 x 10²¹ moléculas
• X = (1 mol * 6,6 x 10²¹ moléculas) / 6,022 x 10²³ moléculas = 0,011 moles

Respuesta: 6,6 x 10²¹ moléculas de azúcar corresponden a 0,011 moles.

Soluciones y concentraciones

10. Solución de sal: Calcular los gramos de sal por cada 100 g de agua y los gramos de sal por cada 100 g de solución, si se tienen 10 g de sal en 40 g de solución.

Gramos de sal por cada 100 g de agua:

• Gramos de agua en la solución = 40 g solución – 10 g sal = 30 g agua
• 10 g sal ——– 30 g agua
• X ——– 100 g agua
• X = (10 g sal * 100 g agua) / 30 g agua = 33,3 g sal

Gramos de sal por cada 100 g de solución:

• 10 g sal ——– 40 g solución
• X ——– 100 g solución
• X = (10 g sal * 100 g solución) / 40 g solución = 25 g sal

Respuesta: Hay 33,3 g de sal por cada 100 g de agua y 25 g de sal por cada 100 g de solución.

11. Peso equivalente del Na₂SO₄:

• Masa molar Na₂SO₄ = 2 x 23 (Na) + 32 (S) + 4 x 16 (O) = 142 g/mol
• Carga del Na₂SO₄ = 2 (debido a los 2 iones Na⁺)
• Peso equivalente (PE) = Masa molar / Carga = 142 g/mol / 2 = 71 g/eq

Respuesta: El peso equivalente del Na₂SO₄ es 71 g/eq.

12. Cantidad de CaCl₂ necesaria para preparar 400 cm³ de una solución 0,5 M:

• 0,5 M significa 0,5 moles de CaCl₂ en 1000 cm³ de solución.
• 0,5 moles CaCl₂ ——– 1000 cm³
• X ——– 400 cm³
• X = (0,5 moles * 400 cm³) / 1000 cm³ = 0,2 moles CaCl₂
• Masa molar CaCl₂ = 40 (Ca) + 2 x 35,5 (Cl) = 111 g/mol (El valor de 14 en el documento original es incorrecto)
• Masa de CaCl₂ = Masa molar * Moles = 111 g/mol * 0,2 moles = 22,2 g

Respuesta: Se necesitan 22,2 g de CaCl₂.

Verdadero o falso sobre soluciones y otros conceptos

• Una solución no saturada tiene menor cantidad de soluto que una solución saturada a la misma temperatura y presión. Falso. Una solución no saturada puede disolver más soluto, mientras que una solución saturada ha alcanzado el límite de solubilidad.
• A temperatura constante, un aumento de presión aumenta la solubilidad de un gas en un líquido. Verdadero.
• Si aumenta la temperatura, aumenta la solubilidad de los gases en los líquidos. Falso. La solubilidad de los gases en los líquidos generalmente disminuye al aumentar la temperatura.
• La solubilidad de un sólido no siempre aumenta con la temperatura. Verdadero.
• La masa de un átomo de Mg es 6,02 x 10^-23 g. Falso. La masa atómica del Mg es aproximadamente 24,3 g/mol.
• En una reacción química se rompen enlaces de los reactantes y se forman nuevos enlaces en los productos. Verdadero.
• 6,022 x 10²³ moléculas de O₂ a CNPT (Condiciones Normales de Presión y Temperatura) ocupan un volumen de 22,4 L. Verdadero.
• El reactivo en exceso determina la cantidad máxima de producto que se puede formar. Falso. El reactivo limitante determina la cantidad máxima de producto.
• El reactivo limitante es aquel que se consume completamente en una reacción. Verdadero.
• 2,5 g de C tienen 0,5 moles. Falso. 2,5 g / 12 g/mol = 0,2 moles.
• Si se tiene una solución con una concentración de 25% p/p, eso quiere decir que se tuvo que disolver una masa de 25 g del soluto en 100 mL del disolvente (agua). Falso. 25% p/p significa que hay 25 g de soluto en 100 g de solución, no 100 mL de disolvente.
• Se disolvieron 25 mL de un soluto que tiene una densidad de 1,25 g/mL en 200 mL de agua. La concentración es de 15,61% v/v y de 18,5% p/p. Falso. Se necesitan cálculos adicionales para determinar las concentraciones correctas.
• Si se disolvieron 3 g de un líquido que tiene una densidad de 1,31 g/mL en 25 mL, su concentración es 9,15% v/v. Falso. Se necesitan cálculos adicionales para determinar la concentración correcta.
• Para calcular la concentración % no es necesario conocer el peso molecular del soluto. Verdadero. Se puede calcular el % en masa o en volumen sin conocer el peso molecular.

Determinación de fórmulas empíricas y moleculares

13. Ácido benzoico: 68,8% C, 5,0% H, 26,2% O. Determinar la fórmula empírica.

• Asumir una base de 100 g de ácido benzoico.
• Calcular los moles de cada elemento:
  • n(C) = 68,8 g / 12 g/mol = 5,73 moles
  • n(H) = 5,0 g / 1 g/mol = 5,0 moles
  • n(O) = 26,2 g / 16 g/mol = 1,64 moles
• Dividir los moles de cada elemento entre el menor número de moles (1,64):
  • C: 5,73 / 1,64 = 3,5
  • H: 5,0 / 1,64 = 3,05 ≈ 3
  • O: 1,64 / 1,64 = 1
• Multiplicar por 2 para obtener números enteros:
  • C: 3,5 * 2 = 7
  • H: 3 * 2 = 6
  • O: 1 * 2 = 2

Respuesta: La fórmula empírica del ácido benzoico es C₇H₆O₂.

Cálculos de molaridad

14. Determinar la molaridad de una solución de NaOH al 20% p/p con densidad de 1,2 g/mL.

• Asumir 100 g de solución.
• Masa de NaOH = 20 g (20% de 100 g)
• Moles de NaOH = 20 g / 40 g/mol = 0,5 moles
• Volumen de la solución = masa / densidad = 100 g / 1,2 g/mL = 83,33 mL = 0,0833 L
• Molaridad (M) = moles / volumen = 0,5 moles / 0,0833 L = 6 M

Respuesta: La molaridad de la solución de NaOH es 6 M.

Balanceo de ecuaciones y cálculos estequiométricos

15. Balancear la siguiente ecuación y realizar los cálculos estequiométricos:

HNO₃ + Cu → Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O

Ecuación balanceada:

8HNO₃ + 3Cu → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

Comprobación de la ley de conservación de la masa:

• 8(1 + 14 + 3 x 16) + 3(63,5) → 3(63,5 + 2(14 + 3 x 16)) + 2(14 + 16) + 4(2 x 1 + 16)
• 504 + 190,5 → 562,5 + 60 + 72
• 694,5 g → 694,5 g

a) Calcular la cantidad de HNO₃ necesaria para reaccionar con 200 g de Cu:

• 504 g HNO₃ ——– 190,5 g Cu
• X ——– 200 g Cu
• X = (504 g HNO₃ * 200 g Cu) / 190,5 g Cu = 529,13 g HNO₃

b) Calcular la cantidad de sal cúprica (Cu(NO₃)₂) que se forma a partir de 529,13 g de HNO₃:

• 504 g HNO₃ ——– 562,5 g Cu(NO₃)₂
• 529,13 g HNO₃ ——– X
• X = (529,13 g HNO₃ * 562,5 g Cu(NO₃)₂) / 504 g HNO₃ = 590,54 g Cu(NO₃)₂

Respuestas:

• a) Se necesitan 529,13 g de HNO₃.
• b) Se forman 590,54 g de Cu(NO₃)₂.