TALLER No. 6. REACCIONES QUÍMICAS
1. Lectura reflexiva sobre el concepto de reacción química y ecuación química (ver bibliografía).
2. Elaborar un mapa conceptual o una matriz de correlación entre los conceptos de reacción y ecuación química.
3. Representar mediante ecuaciones las siguientes reacciones:
electrólisis del cloruro de sodio; oxidación de láminas de hierro;
decapado de metales mediante el empleo de ácidos;
generación de lluvia ácida a partir de los óxidos de azufre que se generan en la quema de combustibles;
combustión de una gasolina constituida idealmente por un solo hidrocarburo.
4. Clasificar las anteriores reacciones justificando su respuesta.
5. Representar mediante ecuaciones iónicas las siguientes reacciones:
a. neutralización entre un ácido fuerte y una base fuerte;
b. formación del carbonato de calcio precipitado al reaccionar el nitrato de calcio con el carbonato de potasio;
c. determinación de cloruros en el análisis químico de una muestra de agua, al reaccionar estos iones presentes en la muestra con nitrato de plata en medio ácido;
d. base producida al ponerse en contacto el amoníaco con agua;
e. transformación que sufre un antiácido estomacal (por ejemplo, “Alka Seltzer”) al disolverse en agua.
6. Balancear las siguientes ecuaciones químicas.; explicar en cada caso el método empleado:
a. Permanganato de potasio + óxido ferroso → óxido de potasio + óxido de manganeso (II) + óxido férrico.
b. Hierro metálico + oxígeno → óxido férrico.
c  . Clorato de potasio Error: Reference source not found cloruro de potasio + oxígeno
d. Ioduro cromoso + hidróxido de potasio + Cl2 Cromato de potasio + peryodato de potasio + cloruro de potasio + agua.
e. Ión ferroso + ión dicromato ión férrico + ión cromoso.
f. Hidróxido niqueloso + ión hipobromito ión bromuro + óxido de níquel (III).
g. Fósforo elemental + ácido nítrico + agua ácido fosfórico + monóxido de nitrógeno
h. Balancear la ecuación que representa la electrólisis del cloruro de sodio.
i. Hexano + oxígeno Error: Reference source not found dióxido de carbono + agua + energía.
j. Cloro gaseoso + agua + carbono elemental ácido clorhídrico + anhídrido carbónico.
7. Resolver las situaciones problémicas planteadas a continuación con base en las siguientes ecuaciones no balanceadas (en cada caso explicar el procedimiento seguido para resolver la situación):
a. fósforo elemental + ácido nítrico + agua ácido fosfórico + monóxido de nitrógeno
¿Cuántas moles de ácido fosforico se producirán si se utilizan 1.5 moles de fósforo y las cantidades estequiométricas necesarias de los otros reactivos?
¿Cuántas moles de cada reactivo se requieren para preparar 12 moles de ácido fosfórico?
¿Si se producen 9.8 Kg. de ácido fosfórico cuántas moles de nítrico se requieren?
¿Para producir 0.49 ton de ácido fosfórico qué peso de cada reactivo se requiere?
b. Cloruro de amonio + oxido de calcio amoniaco gaseoso + cloruro de calcio + agua líquida.
¿Para producir 100 litros de amoniaco a condiciones normales, qué peso de cada uno de los reactivos que intervienen se requieren?
¿Qué volumen de agua se produce en la reacción química planteada bajo las condiciones de la pregunta anterior?
¿Si se producen 1.1 ton. de cloruro de calcio que volumen en pies cúbicos de amoníaco y de agua se producen a condiciones de 720 torr y una temperatura de 82.4 °F?
8. Aplicar los conceptos de eficiencia, reactivo límite, reactivo en exceso, pureza de reactivos, balance de materia y de costos en los siguientes procesos químicos industriales (en cada caso explicar en detalle los pasos del procedimiento utilizado para resolver la situación):
a. El fertilizante difosfato diácido de calcio, conocido comercialmente como “superfosfato”, se puede producir según la reacción resumida por la ecuación:
Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 2CaSO4 + Ca(H2PO4)2
En una prueba piloto se utilizaron 5 Kg. de difosfato tricálcico y la masa estequiométrica correspondiente de ácido sulfúrico. Al término de la reacción se encontraron 0.74 Kg. de difosfato tricálcico sin reaccionar. Calcular el grado de conversión de la reacción en la prueba piloto.
Considerando una eficiencia del 89.5% y agregando ácido sulfúrico en proporción estequiométrica, determinar las masas de los reactantes que se deberán procesar para producir 17.5 ton/día de superfosfato.
b. El hierro de primera fusión (pig iron) se puede obtener utilizando los siguientes procesos alternativos:
I. Fe3O4 + metano hierro metálico + anhídrido carbónico + H2O conversión en un 69%.
II. Fe3O4 + monóxido de carbono hierro metálico + anhídrido carbónico, conversión en un 81%.
Determinar cuál será el proceso más barato en materias primas para producir 10 ton/h de hierro, si los costos de los reactantes fuesen:
Fe3O4 = U.S $50.00/ton; Metano = U.S $ 0.50 /m3 a condiciones normales.
Monóxido de carbono = U.S $0.25.00 /m3 a condiciones normales.
c. La oxidación de las impurezas de la “mata” de cobre (CuFeS2), para la obtención del cobre “ampollado” (cobre blister), se realiza en el convertidor Bessemer por medio de la inyección forzada de aire o de oxigeno. La reacción resumida del proceso está dada por la ecuación:
CuFeS2 + O2 cobre metálico + oxido ferroso + dióxido de azufre.
Al utilizar el 15% en masa de oxigeno en exceso se consigue una conversión de reacción del 89.5%. Tomando en cuenta lo anterior efectúe el balance de masa para una producción de 12 ton de cobre/ciclo de operación.
d. El amoníaco se puede obtener de acuerdo con la siguiente reacción:
Cloruro de amonio + óxido de calcio amoníaco + cloruro de calcio + agua. En un experimento se introdujeron 30 libras de una solución acuosa de cloruro de amonio con una pureza del 47% en masa y 10.7 libras de cal con un contenido del 91.5% en masa de CaO. Al termino del experimento se formaron 4.3 lb de amoníaco.
Determinar el porcentaje en masa del reactante en exceso y la conversión de la reacción.
e. El sulfato de aluminio se prepara industrialmente de acuerdo con la reacción cuya ecuación es:
Al2O3 + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3 H2O
La reacción tiene una conversión del 92.8% al adicionar el 15% en masa como exceso de ácido sulfúrico, mientras que si se le agrega el 20% en masa como exceso de ácido, se logra un rendimiento del 94.5% de reacción.
Las materias primas que se usan son el mineral de bauxita con un contenido del 73.8% en oxido de aluminio (alúmina) y solución acuosa de ácido sulfúrico con una concentración del 65% en masa de H2SO4.
En estas condiciones de reacción y, considerando que de los reactantes no transformados no fuese costeable su recuperación, determinar cuál es el proceso más económico si las materias primas tienen los siguientes valores: U.S $100.00 la tonelada de mineral de bauxita y U.S $0.50 el kg de H2SO4 al 65% en masa de H2SO4.
TALLER No. 6. ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA
1. Cuales pueden ser las principales razones por las cuales los metales son buenos conductores de calor y de electricidad, porqué la capacidad del metal de conducir la electricidad disminuye al aumentar la temperatura?
2. Explique porqué el diamante es más duro que el grafito. ¿Por qué el grafito es un conductor de electricidad, pero no así el diamante?
3. La tensión superficial, viscosidad y presión de vapor están relacionadas de alguna manera con las fuerzas intermoleculares. ¿Por qué la tensión superficial y la viscosidad disminuyen con la temperatura mientras que la presión de vapor aumenta?
5. Las ollas a presión proporcionan una temperatura de cocción alta para acelerar el proceso de cocción mediante el calentamiento de una pequeña cantidad de agua a presión constante. Si la presión se fija a 2 atm., ¿cuál es el punto de ebullición del agua?
6. Cuando se evaporan 2,96 g. de cloruro mercúrico en una ampolla de 1L a 680 K, la presión resultante es 458 torr. ¿Cuáles son el peso y la fórmula molecular del vapor de cloruro mercúrico?
Sol: PM = 274,22 g/mol; Cl2 Hg.
7. Un gas ideal a 650 torr. ocupa una ampolla de volumen desconocido. Se retira una cantidad de gas que ocupaban 1,52 cm3 a 1atm. La presión de gas que quedó en la ampolla fue 600 torr. Suponiendo que todas las mediciones se realizan a la misma temperatura, calcúlese el volumen de la ampolla.
Sol: V = 23,10 cm3
Si se colocan 2 g de He y 2 g. de H2 en una ampolla de 15 L ¿Cual será la fracción molar de cada gas?. Si la ampolla se mantiene a 30ºC, ¨ cuáles serán sus presiones parciales y presión total? Sol: P(He) = 0,82 atm. P(H2) = 1,66 atm.
9. Dos ampollas de 2,5 L están conectadas mediante una válvula. Mientras ésta está cerrada, cada ampolla contiene 0,2 moles de gas. Supóngase que en cada ampolla hay un gas ideal diferente y que ambas están a 25ºC. Cuáles serán la presión total de cada ampolla mientras la válvula está cerrada y las presiones parciales de cada gas y la presión total del sistema mucho tiempo después de abrir la válvula? Serán diferentes las respuestas si los dos gases fuesen iguales? Explique su respuesta.
Sol: Ptotal = 1,96 atm. Pa = 0,98 atm. Pb = 0,98 atm.
1 0. Se introduce en una ampolla una muestra equivalente a 3 moles de N2 F4. Si exactamente el 50% de las moléculas de N2 F4 se descompone según la reacción N2 F4 2NF2, cuáles serán las fracciones molares de N2 F4 y NF2 que hay en la ampolla? Si la presión total medida en la ampolla es de 750 torr, cuáles serán las presiones parciales de N2 F4 y NF2 también en torr? Supóngase que el comportamiento del gas es ideal.
Sol: X(N2 F4) = 0,33 X(NF2) = 0,67 P(N2 F4 ) = 247,5 torr. P(NF2 ) = 502,5 torr
11. Se hace burbujear una muestra de gas nitrógeno en agua a 25ºC y se recogen 500 cm3 en una probeta graduada invertida. La presión total del gas, que está saturado de vapor de agua es de 740 torr a 25ºC. Si la presión del vapor de agua a esta temperatura es de 24 torr,¿Cuantos moles de N2 gaseoso hay en la muestra?
Sol: n(N2) = 0,0193 moles.
 |
