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Química 2ed

Ejercicios

Química 2edEjercicios

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Índice
  1. Prefacio
  2. 1 Ideas esenciales
    1. Introducción
    2. 1.1 La química en su contexto
    3. 1.2 Fases y clasificación de la materia
    4. 1.3 Propiedades físicas y químicas
    5. 1.4 Mediciones
    6. 1.5 Incertidumbre, exactitud y precisión de las mediciones
    7. 1.6 Tratamiento matemático de los resultados de las mediciones
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  3. 2 Átomos, moléculas e iones
    1. Introducción
    2. 2.1 Las primeras ideas de la teoría atómica
    3. 2.2 Evolución de la teoría atómica
    4. 2.3 Estructura atómica y simbolismo
    5. 2.4 Fórmulas químicas
    6. 2.5 La tabla periódica
    7. 2.6 Compuestos iónicos y moleculares
    8. 2.7 Nomenclatura química
    9. Términos clave
    10. Ecuaciones clave
    11. Resumen
    12. Ejercicios
  4. 3 Composición de sustancias y soluciones
    1. Introducción
    2. 3.1 La fórmula de masa y el concepto de mol
    3. 3.2 Determinación de fórmulas empíricas y moleculares
    4. 3.3 Molaridad
    5. 3.4 Otras unidades para las concentraciones de las soluciones
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  5. 4 Estequiometría de las reacciones químicas
    1. Introducción
    2. 4.1 Escritura y balance de ecuaciones químicas
    3. 4.2 Clasificación de las reacciones químicas
    4. 4.3 Estequiometría de la reacción
    5. 4.4 Rendimiento de la reacción
    6. 4.5 Análisis químico cuantitativo
    7. Términos clave
    8. Ecuaciones clave
    9. Resumen
    10. Ejercicios
  6. 5 Termoquímica
    1. Introducción
    2. 5.1 Conceptos básicos de energía
    3. 5.2 Calorimetría
    4. 5.3 Entalpía
    5. Términos clave
    6. Ecuaciones clave
    7. Resumen
    8. Ejercicios
  7. 6 Estructura electrónica y propiedades periódicas de los elementos
    1. Introducción
    2. 6.1 Energía electromagnética
    3. 6.2 El modelo de Bohr
    4. 6.3 Desarrollo de la teoría cuántica
    5. 6.4 Estructura electrónica de los átomos (configuraciones de electrones)
    6. 6.5 Variaciones periódicas de las propiedades de los elementos
    7. Términos clave
    8. Ecuaciones clave
    9. Resumen
    10. Ejercicios
  8. 7 Enlace químico y geometría molecular
    1. Introducción
    2. 7.1 Enlace iónico
    3. 7.2 Enlace covalente
    4. 7.3 Símbolos y estructuras de Lewis
    5. 7.4 Cargas formales y resonancia
    6. 7.5 Fuerza de los enlaces iónicos y covalentes
    7. 7.6 Estructura molecular y polaridad
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  9. 8 Teorías avanzadas del enlace covalente
    1. Introducción
    2. 8.1 Teoría de enlace de valencia
    3. 8.2 Orbitales atómicos híbridos
    4. 8.3 Enlaces múltiples
    5. 8.4 Teoría de los orbitales moleculares
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  10. 9 Gases
    1. Introducción
    2. 9.1 Presión del gas
    3. 9.2 Relaciones entre presión, volumen, cantidad y temperatura: la ley de los gases ideales
    4. 9.3 Estequiometría de sustancias gaseosas, mezclas y reacciones
    5. 9.4 Efusión y difusión de los gases
    6. 9.5 La teoría cinético-molecular
    7. 9.6 Comportamiento no ideal de los gases
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  11. 10 Líquidos y sólidos
    1. Introducción
    2. 10.1 Fuerzas intermoleculares
    3. 10.2 Propiedades de los líquidos
    4. 10.3 Transiciones de fase
    5. 10.4 Diagramas de fase
    6. 10.5 El estado sólido de la materia
    7. 10.6 Estructuras de red en los sólidos cristalinos
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  12. 11 Soluciones y coloides
    1. Introducción
    2. 11.1 El proceso de disolución
    3. 11.2 Electrolitos
    4. 11.3 Solubilidad
    5. 11.4 Propiedades coligativas
    6. 11.5 Coloides
    7. Términos clave
    8. Ecuaciones clave
    9. Resumen
    10. Ejercicios
  13. 12 Cinética
    1. Introducción
    2. 12.1 Tasas de reacciones químicas
    3. 12.2 Factores que afectan las tasas de reacción
    4. 12.3 Leyes de velocidad
    5. 12.4 Leyes de tasas integradas
    6. 12.5 Teoría de colisiones
    7. 12.6 Mecanismos de reacción
    8. 12.7 Catálisis
    9. Términos clave
    10. Ecuaciones clave
    11. Resumen
    12. Ejercicios
  14. 13 Conceptos fundamentales del equilibrio
    1. Introducción
    2. 13.1 Equilibrio químico
    3. 13.2 Constantes de equilibrio
    4. 13.3 Equilibrios cambiantes: el principio de Le Châtelier
    5. 13.4 Cálculos de equilibrio
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  15. 14 Equilibrios ácido-base
    1. Introducción
    2. 14.1 Ácidos y Bases de Brønsted-Lowry
    3. 14.2 pH y pOH
    4. 14.3 Fuerza relativa de los ácidos y las bases
    5. 14.4 Hidrólisis de sales
    6. 14.5 Ácidos polipróticos
    7. 14.6 Tampones
    8. 14.7 Titulaciones ácido-base
    9. Términos clave
    10. Ecuaciones clave
    11. Resumen
    12. Ejercicios
  16. 15 Equilibrios de otras clases de reacción
    1. Introducción
    2. 15.1 Precipitación y disolución
    3. 15.2 Ácidos y Bases de Lewis
    4. 15.3 Equilibrios acoplados
    5. Términos clave
    6. Ecuaciones clave
    7. Resumen
    8. Ejercicios
  17. 16 Termodinámica
    1. Introducción
    2. 16.1 Espontaneidad
    3. 16.2 Entropía
    4. 16.3 La segunda y la tercera ley de la termodinámica
    5. 16.4 Energía libre
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  18. 17 Electroquímica
    1. Introducción
    2. 17.1 Repaso de química redox
    3. 17.2 Celdas galvánicas
    4. 17.3 Potenciales del electrodo y de la celda
    5. 17.4 Potencial, energía libre y equilibrio
    6. 17.5 Baterías y pilas de combustible
    7. 17.6 Corrosión
    8. 17.7 Electrólisis
    9. Términos clave
    10. Ecuaciones clave
    11. Resumen
    12. Ejercicios
  19. 18 Metales representativos, metaloides y no metales
    1. Introducción
    2. 18.1 Periodicidad
    3. 18.2 Incidencia y preparación de los metales representativos
    4. 18.3 Estructura y propiedades generales de los metaloides
    5. 18.4 Estructura y propiedades generales de los no metales
    6. 18.5 Incidencia, preparación y compuestos de hidrógeno
    7. 18.6 Incidencia, preparación y propiedades de los carbonatos
    8. 18.7 Incidencia, preparación y propiedades del nitrógeno
    9. 18.8 Incidencia, preparación y propiedades del fósforo
    10. 18.9 Incidencia, preparación y compuestos del oxígeno
    11. 18.10 Incidencia, preparación y propiedades del azufre
    12. 18.11 Incidencia, preparación y propiedades de los halógenos
    13. 18.12 Incidencia, preparación y propiedades de los gases nobles
    14. Términos clave
    15. Resumen
    16. Ejercicios
  20. 19 Metales de transición y química de coordinación
    1. Introducción
    2. 19.1 Incidencia, preparación y propiedades de los metales de transición y sus compuestos
    3. 19.2 Química de coordinación de los metales de transición
    4. 19.3 Propiedades espectroscópicas y magnéticas de los compuestos de coordinación
    5. Términos clave
    6. Resumen
    7. Ejercicios
  21. 20 Química orgánica
    1. Introducción
    2. 20.1 Hidrocarburos
    3. 20.2 Alcoholes y éteres
    4. 20.3 Aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos y ésteres
    5. 20.4 Aminas y amidas
    6. Términos clave
    7. Resumen
    8. Ejercicios
  22. 21 Química nuclear
    1. Introducción
    2. 21.1 Estructura y estabilidad nuclear
    3. 21.2 Ecuaciones nucleares
    4. 21.3 Decaimiento radiactivo
    5. 21.4 Transmutación y energía nuclear
    6. 21.5 Usos de los radioisótopos
    7. 21.6 Efectos biológicos de la radiación
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  23. A La tabla periódica
  24. B Matemáticas esenciales
  25. C Unidades y factores de conversión
  26. D Constantes físicas fundamentales
  27. E Propiedades del agua
  28. F Composición de los ácidos y las bases comerciales
  29. G Propiedades termodinámicas estándar de determinadas sustancias
  30. H Constantes de ionización de los ácidos débiles
  31. I Constantes de ionización de las bases débiles
  32. J Productos de solubilidad
  33. K Constantes de formación de iones complejos
  34. L Potenciales de electrodos estándar (media celda)
  35. M Semivida de varios isótopos radiactivos
  36. Clave de respuestas
    1. Capítulo 1
    2. Capítulo 2
    3. Capítulo 3
    4. Capítulo 4
    5. Capítulo 5
    6. Capítulo 6
    7. Capítulo 7
    8. Capítulo 8
    9. Capítulo 9
    10. Capítulo 10
    11. Capítulo 11
    12. Capítulo 12
    13. Capítulo 13
    14. Capítulo 14
    15. Capítulo 15
    16. Capítulo 16
    17. Capítulo 17
    18. Capítulo 18
    19. Capítulo 19
    20. Capítulo 20
    21. Capítulo 21
  37. Índice

5.1 Conceptos básicos de energía

1.

Una cerilla encendida y una hoguera pueden tener la misma temperatura, pero no se sentaría alrededor de una cerilla encendida en una tarde de otoño para entrar en calor. ¿Por qué no?

2.

Prepare una tabla que identifique varias transiciones energéticas que tienen lugar durante el funcionamiento típico de un automóvil.

3.

Explique la diferencia entre capacidad calorífica y calor específico de una sustancia.

4.

Calcule la capacidad calorífica, en julios y en calorías por grado, de lo siguiente:

(a) 28,4 g de agua

(b) 1,00 onzas de plomo

5.

Calcule la capacidad calorífica, en julios y en calorías por grado, de lo siguiente:

(a) 45,8 g de gas nitrógeno

(b) 1,00 libra de aluminio metálico

6.

¿Cuánto calor, en julios y en calorías, debe añadirse a un bloque de hierro de 75,0 g con un calor específico de 0,449 J/g °C para aumentar su temperatura de 25 °C a su temperatura de fusión de 1535 °C?

7.

¿Cuánto calor, en julios y en calorías, se necesita para calentar un cubito de hielo de 28,4 g (1 onza) de −23,0 °C a −1,0 °C?

8.

¿Cuánto aumentaría la temperatura de 275 g de agua si se añadieran 36,5 kJ de calor?

9.

Si se añaden 14,5 kJ de calor a 485 g de agua líquida, ¿cuánto aumentaría su temperatura?

10.

Un trozo de sustancia desconocida pesa 44,7 g y necesita 2110 J para aumentar su temperatura de 23,2 °C a 89,6 °C.

(a) ¿Cuál es el calor específico de la sustancia?

(b) Si es una de las sustancias que se encuentran en la Tabla 5.1, ¿cuál es su identidad probable?

11.

Un trozo de sustancia sólida desconocida pesa 437,2 g y necesita 8460 J para aumentar su temperatura de 19,3 °C a 68,9 °C.

(a) ¿Cuál es el calor específico de la sustancia?

(b) Si es una de las sustancias que se encuentran en la Tabla 5.1, ¿cuál es su identidad probable?

12.

Una tetera de aluminio pesa 1,05 kg.

(a) ¿Cuál es la capacidad calorífica de la tetera?

(b) ¿Cuánto calor se necesita para aumentar la temperatura de esta tetera de 23,0 °C a 99,0 °C?

(c) ¿Cuánto calor se necesita para calentar esta tetera de 23,0 °C a 99,0 °C si contiene 1,25 L de agua (densidad de 0,997 g/mL y un calor específico de 4,184 J/g °C)?

13.

La mayoría de las personas encuentran incómodas las camas de agua a menos que la temperatura del agua se mantenga a unos 85 °F. A menos que se caliente, una cama de agua que contiene 892 L de agua se enfría de 85 °F a 72 °F en 24 horas. Calcule la cantidad de energía eléctrica necesaria durante 24 horas, en kWh, para que la cama no se enfríe. Tenga en cuenta que 1 kilovatio-hora (kWh) = 3,6 ×× 106 J, y se supone que la densidad del agua es de 1,0 g/mL (independiente de la temperatura). ¿Qué otras suposiciones ha hecho? ¿Cómo afectaron a su resultado calculado (es decir, si es probable que produzcan errores "positivos" o "negativos")?

5.2 Calorimetría

14.

Una botella de 500 ml de agua a temperatura ambiente y una botella de 2 litros de agua a la misma temperatura se colocaron en un refrigerador. Después de 30 minutos, la botella de 500 ml de agua se había enfriado a la temperatura del refrigerador. Una hora después, los 2 litros de agua se habían enfriado a la misma temperatura. Cuando se le preguntó qué muestra de agua perdía más calor, un estudiante respondió que ambas botellas perdían la misma cantidad de calor porque empezaban a la misma temperatura y terminaban a la misma temperatura. Un segundo estudiante pensó que la botella de 2 litros de agua perdía más calor porque había más agua. Un tercer estudiante creía que la botella de 500 ml de agua perdía más calor porque se enfriaba más rápidamente. Un cuarto estudiante pensó que no era posible saberlo porque no conocemos la temperatura inicial y la temperatura final del agua. Indique cuál de estas respuestas es correcta y describa el error en cada una de las otras respuestas.

15.

¿La cantidad de calor medida para la reacción en el Ejemplo 5.5 sería mayor, menor o se mantendría igual si utilizáramos un calorímetro que fuera de un aislante más pobre que un calorímetro de taza de café? Explique su respuesta.

16.

¿La cantidad de calor absorbida por la disolución en el Ejemplo 5.6 sería mayor, menor o se mantendría igual si el experimentador utilizara un calorímetro que fuera de un aislante más pobre que un calorímetro de taza de café? Explique su respuesta.

17.

¿La cantidad de calor absorbida por la disolución en el Ejemplo 5.6 sería mayor, menor o se mantendría igual si se tuviera en cuenta la capacidad calorífica del calorímetro? Explique su respuesta.

18.

¿Cuántos mililitros de agua a 23 °C con una densidad de 1,00 g/mL deben mezclarse con 180 mL (unas 6 onzas) de café a 95 °C para que la combinación resultante tenga una temperatura de 60 °C? Supongamos que el café y el agua tienen la misma densidad y el mismo calor específico.

19.

¿Cuánto se reducirá la temperatura de una taza (180 g) de café a 95 °C cuando se coloca una cuchara de plata de 45 g (calor específico 0,24 J/g °C) a 25 °C en el café y se deja que ambos alcancen la misma temperatura? Supongamos que el café tiene la misma densidad y calor específico que el agua.

20.

Una cuchara de aluminio de 45 g (calor específico 0,88 J/g °C) a 24 °C se introduce en 180 mL (180 g) de café a 85 °C y la temperatura de ambos se iguala.

(a) ¿Cuál es la temperatura final cuando ambas se igualan? Supongamos que el café tiene el mismo calor específico que el agua.

(b) La primera vez que una alumna resolvió este problema obtuvo una respuesta de 88 °C. Explique por qué es una respuesta claramente incorrecta.

21.

La temperatura del agua de refrigeración al salir del motor caliente de un automóvil es de 240 °F. Después de pasar por el radiador tiene una temperatura de 175 °F. Calcule la cantidad de transferencia de calor desde el motor al entorno por un galón de agua con un calor específico de 4,184 J/g °C.

22.

Un trozo de metal de 70,0 g a 80,0 °C se coloca en 100 g de agua a 22,0 °C contenida en un calorímetro como el que se muestra en la Figura 5.12. El metal y el agua alcanzan la misma temperatura a 24,6 °C. ¿Cuánto calor ha transferido el metal al agua? ¿Cuál es el calor específico del metal?

23.

Si una reacción produce 1506 kJ de calor, que queda atrapado en 30,0 g de agua inicialmente a 26,5 °C en un calorímetro como el de la Figura 5.12, ¿cuál es la temperatura resultante del agua?

24.

Se añade una muestra de 0,500 g de KCl a 50,0 g de agua en un calorímetro (Figura 5.12). Si la temperatura disminuye en 1,05 °C, ¿cuál es la cantidad aproximada de calor que interviene en la disolución del KCl, suponiendo que el calor específico de la solución resultante es de 4,18 J/g °C? ¿La reacción es exotérmica o endotérmica?

25.

La disolución de 3,0 g de CaCl2(s) en 150,0 g de agua en un calorímetro (Figura 5.12) a 22,4 °C hace que la temperatura aumente a 25,8 °C. ¿Cuál es la cantidad aproximada de calor implicada en la disolución, suponiendo que el calor específico de la solución resultante es de 4,18 J/g °C? ¿La reacción es exotérmica o endotérmica?

26.

Cuando se añaden 50,0 g de 0,200 M de NaCl(aq) a 24,1 °C a 100,0 g de 0,100 M de AgNO3(aq) a 24,1 °C en un calorímetro, la temperatura aumenta a 25,2 °C al formarse AgCl(s). Suponiendo que el calor específico de la solución y los productos es de 4,20 J/g °C, calcule la cantidad aproximada producida de calor en julios.

27.

La adición de 3,15 g de Ba(OH)28H2O a una solución de 1,52 g de NH4SCN en 100 g de agua en un calorímetro hizo que la temperatura descendiera 3,1 °C. Suponiendo que el calor específico de la solución y los productos es de 4,20 J/g °C, calcule la cantidad aproximada de calor absorbido por la reacción, que puede representarse mediante la siguiente ecuación:

Ba(OH)2·8H2O(s) + 2NH4SCN(aq) ⟶ Ba(SCN)2(aq) + 2NH3(aq) + 10H2O(l)

28.

La reacción de 50 mL de ácido y 50 mL de base descrita en el Ejemplo 5.5 aumentó la temperatura de la solución en 6,9 ºC. ¿Cuánto habría aumentado la temperatura si se hubieran utilizado 100 mL de ácido y 100 mL de base en el mismo calorímetro partiendo de la misma temperatura de 22,0 ºC? Explique su respuesta.

29.

Si los 3,21 g de NH4NO3 en el Ejemplo 5.6 disuelto en 100,0 g de agua en las mismas condiciones, ¿cuánto cambiaría la temperatura? Explique su respuesta.

30.

Cuando 1,0 g de fructosa, C6H12O6(s), un azúcar que se encuentra comúnmente en las frutas, se quema en oxígeno en un calorímetro de bomba, la temperatura del calorímetro aumenta en 1,58 °C. Si la capacidad calorífica del calorímetro y su contenido es de 9,90 kJ/°C, ¿cuál es el q para esta combustión?

31.

Cuando se quema una muestra de 0,740 g de trinitrotolueno (TNT), C7H5N2O6, en un calorímetro de bomba, la temperatura aumenta de 23,4 °C a 26,9 °C. La capacidad calorífica del calorímetro es de 534 J/°C, y contiene 675 mL de agua. ¿Qué cantidad de calor ha producido la combustión de la muestra de TNT?

32.

Uno de los métodos de generación de electricidad consiste en quemar carbón para calentar agua, lo que produce vapor que impulsa un generador eléctrico. Para determinar el ritmo de alimentación del carbón en el quemador de este tipo de instalaciones, hay que determinar el calor de combustión por tonelada de carbón con un calorímetro de bomba. Cuando se quema 1,00 g de carbón en un calorímetro de bomba (Figura 5.17), la temperatura aumenta en 1,48 °C. Si la capacidad calorífica del calorímetro es de 21,6 kJ/°C, determine el calor producido por la combustión de una tonelada de carbón (2,000 ×× 103 libras).

33.

La cantidad de grasa recomendada para alguien con una dieta diaria de 2.000 Calorías es de 65 g. ¿Qué porcentaje de las calorías de esta dieta sería suministrado por esta cantidad de grasa si el número medio de calorías de la grasa es 9,1 Calorías/g?

34.

Una cucharadita del carbohidrato sacarosa (azúcar común) contiene 16 calorías (16 kcal). ¿Cuál es la masa de una cucharadita de sacarosa si la media de calorías de los carbohidratos es de 4,1 Calorías/g?

35.

¿Cuál es la masa máxima de carbohidratos en una porción de 6 onzas de refresco dietético que contiene menos de 1 Caloría por lata si la media de Calorías de los carbohidratos es de 4,1 Calorías/g?

36.

Una pinta de helado premium puede contener 1100 Calorías. ¿Qué masa de grasa, en gramos y libras, debe producirse en el cuerpo para almacenar un 1,1 ×× 103 extra de Calorías si la media de Calorías de la grasa es 9,1 Calorías/g?

37.

Una ración de cereales para el desayuno contiene 3 g de proteínas, 18 g de carbohidratos y 6 g de grasas. ¿Cuál es el contenido de Calorías de una ración de este cereal si la media de Calorías de las grasas es de 9,1 Calorías/g, la de los carbohidratos es de 4,1 Calorías/g y la de las proteínas es de 4,1 Calorías/g?

38.

¿Cuál es la fuente de energía menos cara en kilojulios por dólar: una caja de cereales para el desayuno que pesa 32 onzas y cuesta 4,23 dólares o un litro de isooctano (densidad, 0,6919 g/mL) que cuesta 0,45 dólares? Compare el valor nutricional del cereal con el calor producido por la combustión del isooctano en condiciones estándar. Una porción de 1,0 onzas de este cereal aporta 130 Calorías.

5.3 Entalpía

39.

Explique en qué difiere el calor medido en el Ejemplo 5.5 del cambio de entalpía para la reacción exotérmica descrita por la siguiente ecuación:
HCl(aq)+NaOH(aq)NaCl(aq)+H2O(l)HCl(aq)+NaOH(aq)NaCl(aq)+H2O(l)

40.

Utilizando los datos de la sección "Compruebe sus conocimientos" del Ejemplo 5.5, calcule ΔH en kJ/mol de AgNO3(aq) para la reacción: NaCl(aq)+AgNO3(aq)AgCl(s)+NaNO3(aq)NaCl(aq)+AgNO3(aq)AgCl(s)+NaNO3(aq)

41.

Calcule la entalpía de solución (ΔH para la disolución) por mol de NH4NO3 en las condiciones descritas en el Ejemplo 5.6.

42.

Calcule el ΔH para la reacción descrita por la ecuación. (Pista: Utilice el valor de la cantidad aproximada de calor absorbido por la reacción que calculó en un ejercicio anterior.)
Ba(OH)2 ·8H2O(s)+2NH4SCN(aq)Ba(SCN)2 (aq)+2NH3(aq)+10H2O(l)Ba(OH)2 ·8H2O(s)+2NH4SCN(aq)Ba(SCN)2 (aq)+2NH3(aq)+10H2O(l)

43.

Calcule la entalpía de la solución (ΔH para la disolución) por mol de CaCl2 (consulte el Ejercicio 5.25).

44.

Aunque el gas utilizado en un soplete oxiacetilénico (Figura 5.7) es esencialmente acetileno puro, el calor producido por la combustión de un mol de acetileno en dicho soplete probablemente no sea igual a la entalpía de combustión del acetileno que aparece en la Tabla 5.2. Teniendo en cuenta las condiciones para las que se presentan los datos tabulados, sugiera una explicación.

45.

¿Cuánto calor se produce al quemar 4,00 moles de acetileno en condiciones de estado estándar?

46.

¿Cuánto calor se produce en la combustión de 125 g de metanol en condiciones de estado estándar?

47.

¿Cuántos moles de isooctano deben quemarse para producir 100 kJ de calor en condiciones de estado estándar?

48.

¿Qué masa de monóxido de carbono debe quemarse para producir 175 kJ de calor en condiciones de estado estándar?

49.

Cuando 2,50 g de metano arden en el oxígeno, se producen 125 kJ de calor. ¿Cuál es la entalpía de combustión por mol de metano en estas condiciones?

50.

¿Cuánto calor se produce al mezclar 100 mL de 0,250 M de HCl (densidad, 1,00 g/mL) y 200 mL de 0,150 M de NaOH (densidad, 1,00 g/mL)?
HCl(aq)+NaOH(aq)NaCl(aq)+H2O(l)ΔH°=-58kJHCl(aq)+NaOH(aq)NaCl(aq)+H2O(l)ΔH°=-58kJ

Si ambas soluciones están a la misma temperatura y el calor específico de los productos es de 4,19 J/g °C, ¿cuánto aumentará la temperatura? ¿Qué suposición ha hecho en su cálculo?

51.

Una muestra de 0,562 g de carbono se quema en oxígeno en un calorímetro de bomba, produciendo dióxido de carbono. Supongamos que tanto los reactivos como los productos están en condiciones de estado estándar y que el calor liberado es directamente proporcional a la entalpía de combustión del grafito. La temperatura del calorímetro aumenta de 26,74 °C a 27,93 °C. ¿Cuál es la capacidad calorífica del calorímetro y de su contenido?

52.

Antes de la introducción de los clorofluorocarbonos, el dióxido de azufre (entalpía de vaporización, 6,00 kcal/mol) se utilizaba en los refrigeradores domésticos. ¿Qué masa de SO2 debe evaporarse para eliminar tanto calor como la evaporación de 1,00 kg de CCl2F2 (la entalpía de vaporización es de 17,4 kJ/mol)?

Las reacciones de vaporización para el SO2 y el CCl2F2 son SO2(l)SO2(g)SO2(l)SO2(g) y CCl2F(l)CCl2F2(g),CCl2F(l)CCl2F2(g), respectivamente.

53.

Las viviendas pueden calentarse mediante el bombeo de agua caliente a través de radiadores. ¿Qué masa de agua proporcionará la misma cantidad de calor cuando se enfría de 95,0 a 35,0 °C, mientras que el calor proporcionado cuando 100 g de vapor se enfría de 110 °C a 100 °C?

54.

¿Cuáles de las entalpías de combustión que aparecen en la Tabla 5.2 son también entalpías de formación estándar?

55.

¿Difiere la entalpía estándar de formación de H2O(g) de ΔH° para la reacción 2H2(g)+O2(g)2H2O(g)con dígito d?2H2(g)+O2(g)2H2O(g)con dígito d?

56.

Joseph Priestly preparó oxígeno en 1774 calentando óxido de mercurio(II) rojo con luz solar enfocada a través de una lente. ¿Cuánto calor se necesita para descomponer exactamente 1 mol de HgO(s) rojo en Hg(l) y O2(g) en condiciones estándar?

57.

¿Cuántos kilojulios de calor se liberarán cuando se queme exactamente 1 mol de manganeso, Mn, para formar Mn3O4(s) en condiciones de estado estándar?

58.

¿Cuántos kilojulios de calor se liberarán cuando se queme exactamente 1 mol de hierro, Fe, para formar Fe2O3(s) en condiciones de estado estándar?

59.

En la producción comercial de ácido nítrico acuoso se produce la siguiente secuencia de reacciones:
4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(l)ΔH=-907kJ4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(l)ΔH=-907kJ
2NO(g)+O2(g)2NO2(g)ΔH=-113kJ2NO(g)+O2(g)2NO2(g)ΔH=-113kJ
3NO2+H2O(l)2HNO3(aq)+NO(g)ΔH=-139kJ3NO2+H2O(l)2HNO3(aq)+NO(g)ΔH=-139kJ

Determine el cambio de energía total para la producción de un mol de ácido nítrico acuoso mediante este proceso.

60.

Tanto el grafito como el diamante pueden quemarse.
C(s,diamante)+O2(g)CO2(g)C(s,diamante)+O2(g)CO2(g)

Para la conversión de grafito en diamante:
C(s,grafito)C(s,diamante)ΔH°=1,90kJC(s,grafito)C(s,diamante)ΔH°=1,90kJ

¿Qué produce más calor, la combustión del grafito o la del diamante?

61.

A partir de los calores molares de formación del Apéndice G, determina cuánto calor se necesita para evaporar un mol de agua: H2O(l)H2O(g)H2O(l)H2O(g)

62.

¿Qué produce más calor?
Os(s)2O2(g)OsO4(s)Os(s)2O2(g)OsO4(s)
o
Os(s)2O2(g)OsO4(g)Os(s)2O2(g)OsO4(g)

para el cambio de fase OsO4(s)OsO4(g)ΔH=56,4kJOsO4(s)OsO4(g)ΔH=56,4kJ

63.

Calcule ΔH°ΔH° para el proceso
Sb(s)+52Cl2(g)SbCl5(s)Sb(s)+52Cl2(g)SbCl5(s)

a partir de la siguiente información:
Sb(s)+32Cl2(g)SbCl3(s)ΔH°=-314kJSbCl3(s)+Cl2(g)SbCl5(s)ΔH°=-80kJSb(s)+32Cl2(g)SbCl3(s)ΔH°=-314kJSbCl3(s)+Cl2(g)SbCl5(s)ΔH°=-80kJ

64.

Calcule ΔH°ΔH° para el proceso Zn(s)+S(s)+2O2(g)ZnSO4(s)Zn(s)+S(s)+2O2(g)ZnSO4(s)

a partir de la siguiente información:
Zn(s)+S(s)ZnS(s)ΔH°=-206,0kJZnS(s)+2O2(g)ZnSO4(s)ΔH°=-776,8kJZn(s)+S(s)ZnS(s)ΔH°=-206,0kJZnS(s)+2O2(g)ZnSO4(s)ΔH°=-776,8kJ

65.

Calcule ΔH para el proceso Hg2Cl2(s)2Hg(l)+Cl2(g)Hg2Cl2(s)2Hg(l)+Cl2(g)

a partir de la siguiente información:
Hg(l)+Cl2(g)HgCl2(s)ΔH=-224kJHg(l)+HgCl2(s)Hg2Cl2(s)ΔH=-41,2kJHg(l)+Cl2(g)HgCl2(s)ΔH=-224kJHg(l)+HgCl2(s)Hg2Cl2(s)ΔH=-41,2kJ

66.

Calcule ΔH°ΔH° para el proceso Co3O4(s)3Co(s)+2O2(g)Co3O4(s)3Co(s)+2O2(g)

a partir de la siguiente información:
Co(s)+12O2(g) CoO(s)ΔH° =-237,9kJ3CoO(s)+12O2(g) Co3O4(s)ΔH° =-177,5kJCo(s)+12O2(g) CoO(s)ΔH° =-237,9kJ3CoO(s)+12O2(g) Co3O4(s)ΔH° =-177,5kJ

67.

Calcula la entalpía molar estándar de formación del NO(g) a partir de los siguientes datos:
N2(g)+2O22NO2(g)ΔH°=66,4kJ2NO(g)+O22NO2(g)ΔH°=-114,1kJN2(g)+2O22NO2(g)ΔH°=66,4kJ2NO(g)+O22NO2(g)ΔH°=-114,1kJ

68.

Utilizando los datos del Apéndice G, calcule el cambio de entalpía estándar para cada una de las siguientes reacciones:

(a) N2(g)+O2(g)2NO(g)N2(g)+O2(g)2NO(g)

(b) Si(s)+2Cl2(g)SiCl4(g)Si(s)+2Cl2(g)SiCl4(g)

(c) Fe2O3(s)+3H2(g)2Fe(s)+3H2O(l)Fe2O3(s)+3H2(g)2Fe(s)+3H2O(l)

(d) 2LiOH(s)+CO2(g)Li2CO3(s)+H2O(g)2LiOH(s)+CO2(g)Li2CO3(s)+H2O(g)

69.

Utilizando los datos del Apéndice G, calcule el cambio de entalpía estándar para cada una de las siguientes reacciones:

(a) Si(s)+2F2(g)SiF4(g)Si(s)+2F2(g)SiF4(g)

(b) 2C(s)+2H2(g)+O2(g)CH3CO2H(l)2C(s)+2H2(g)+O2(g)CH3CO2H(l)

(c) CH4(g)+N2(g)HCN(g)+NH3(g);CH4(g)+N2(g)HCN(g)+NH3(g);

(d) CS2(g)+3Cl2(g)CCl4(g)+S2Cl2(g)CS2(g)+3Cl2(g)CCl4(g)+S2Cl2(g)

70.

Las siguientes reacciones pueden utilizarse para preparar muestras de metales. Determine el cambio de entalpía en condiciones de estado estándar para cada uno.

(a) 2Ag2O(s)4Ag(s)+O2(g)2Ag2O(s)4Ag(s)+O2(g)

(b) SnO(s)+CO(g)Sn(s)+CO2(g)SnO(s)+CO(g)Sn(s)+CO2(g)

(c) Cr2O3(s)+3H2(g)2Cr(s)+3H2O(l)Cr2O3(s)+3H2(g)2Cr(s)+3H2O(l)

(d) 2Al(s)+Fe2O3(s)Al2O3(s)+2Fe(s)2Al(s)+Fe2O3(s)Al2O3(s)+2Fe(s)

71.

La descomposición del peróxido de hidrógeno, H2O2, se ha utilizado para proporcionar empuje en los chorros de control de varios vehículos espaciales. Utilizando los datos del Apéndice G, determine cuánto calor se produce por la descomposición de exactamente 1 mol de H2O2 en condiciones estándar.
2H2O2(l)2H2O(g)+O2(g)2H2O2(l)2H2O(g)+O2(g)

72.

Calcule la entalpía de combustión del propano, C3H8(g), para la formación de H2O(g) y CO2(g). La entalpía de formación del propano es de −104 kJ/mol.

73.

Calcular la entalpía de combustión del butano, C4H10(g) para la formación de H2O(g) y CO2(g). La entalpía de formación del butano es de −126 kJ/mol.

74.

Tanto el propano como el butano se utilizan como combustibles gaseosos. ¿Qué compuesto produce más calor por gramo cuando se quema?

75.

El pigmento blanco TiO2 se prepara mediante la reacción del tetracloruro de titanio, TiCl4, con vapor de agua en fase gaseosa: TiCl4(g)+2H2O(g)TiO2(s)+4HCl(g).TiCl4(g)+2H2O(g)TiO2(s)+4HCl(g).

¿Cuánto calor se desprende en la producción de exactamente 1 mol de TiO2(s) en condiciones de estado estándar?

76.

El gas de agua, una mezcla de H2 y CO, es un importante combustible industrial producido por la reacción del vapor con el coque al rojo vivo, esencialmente carbono puro: C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g).C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g).

(a) Suponiendo que el coque tiene la misma entalpía de formación que el grafito, calcule el ΔH°ΔH° para esta reacción.

(b) El metanol, un combustible líquido que podría sustituir a la gasolina, puede prepararse a partir de gas de agua e hidrógeno adicional a alta temperatura y presión en presencia de un catalizador adecuado: 2H2(g)+CO(g)CH3OH(g).2H2(g)+CO(g)CH3OH(g).

En las condiciones de la reacción, el metanol se forma como gas. Calcule ΔH°ΔH° para esta reacción y para la condensación del metanol gaseoso en metanol líquido.

(c) Calcule el calor de combustión de 1 mol de metanol líquido en H2O(g) y CO2(g).

77.

En los primeros tiempos de los automóviles, la iluminación nocturna se conseguía quemando acetileno, C2H2. Aunque ya no se utiliza como faro para automóviles, el acetileno sigue siendo utilizado como fuente de luz por algunos exploradores de cuevas. El acetileno es (era) preparado en la lámpara por la reacción del agua con el carburo de calcio, CaC2:
CaC2(s)+2H2O(l)Ca(OH)2 (s)+C2H2(g).CaC2(s)+2H2O(l)Ca(OH)2 (s)+C2H2(g).
Calcule la entalpía estándar de la reacción. El ΔHf°ΔHf° del CaC2 es de -15,14 kcal/mol.

78.

A partir de los datos de la Tabla 5.2, determine cuál de los siguientes combustibles produce la mayor cantidad de calor por gramo cuando se quema en condiciones estándar: CO(g), CH4(g), o C2H2(g).

79.

La entalpía de combustión de la hulla es, por término medio, de −35 kJ/g; la de la gasolina, de 1,28 ×× 105 kJ/gal. ¿Cuántos kilogramos de hulla proporcionan la misma cantidad de calor que se obtiene con 1,0 galón de gasolina? Supongamos que la densidad de la gasolina es de 0,692 g/mL (la misma que la densidad del isooctano).

80.

El etanol, C2H5OH, se utiliza como combustible para automóviles de motor, especialmente en Brasil.

(a) Escriba la ecuación balanceada para la combustión del etanol a CO2(g) y H2O(g) y, utilizando los datos del Apéndice G, calcule la entalpía de combustión de 1 mol de etanol.

(b) La densidad del etanol es de 0,7893 g/mL. Calcule la entalpía de combustión de exactamente 1 L de etanol.

(c) Suponiendo que el kilometraje de un automóvil es directamente proporcional al calor de combustión del combustible, calcule la distancia que se puede esperar que recorra un automóvil con 1 L de gasolina que con 1 L de etanol. Supongamos que la gasolina tiene el calor de combustión y la densidad del n-octano, C8H18 (ΔHf°=-208,4kJ/mol;(ΔHf°=-208,4kJ/mol; densidad = 0,7025 g/mL).

81.

Entre las sustancias que reaccionan con el oxígeno y que han sido consideradas como potenciales combustibles para cohetes están el diborano [B2H6, produce B2O3(s) y H2O(g)], el metano [CH4, produce CO2(g) y H2O(g)] y la hidracina [N2H4, produce N2(g) y H2O(g)]. Basándose en el calor liberado por 1,00 g de cada sustancia en su reacción con el oxígeno, ¿cuál de estos compuestos ofrece la mejor posibilidad como combustible para cohetes? El término ΔHf°ΔHf° de B2H6(g), CH4(g) y N2H4(l) se puede encontrar en el Apéndice G.

82.

¿Cuánto calor se produce cuando 1,25 g de cromo metálico reacciona con oxígeno gaseoso en condiciones estándar?

83.

El etileno, C2H4, subproducto de la destilación fraccionada del petróleo, ocupa el cuarto lugar entre los 50 compuestos químicos producidos comercialmente en mayores cantidades. Alrededor del 80% del etanol sintético se fabrica a partir del etileno mediante su reacción con el agua en presencia de un catalizador adecuado. C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(l)C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(l)

Utilizando los datos de la tabla del Apéndice G, calcule el ΔH° para la reacción.

84.

La oxidación del azúcar glucosa, C6H12O6, se describe mediante la siguiente ecuación:
C6H12O6(s)+6O2(g)6CO2(g)+6H2O(l)ΔH=-2816kJC6H12O6(s)+6O2(g)6CO2(g)+6H2O(l)ΔH=-2816kJ

El metabolismo de la glucosa da los mismos productos, aunque reacciona con el oxígeno en una serie de pasos en el organismo.

(a) ¿Cuánto calor en kilojulios puede producir el metabolismo de 1,0 g de glucosa?

(b) ¿Cuántas Calorías puede producir el metabolismo de 1,0 g de glucosa?

85.

El propano, C3H8, es un hidrocarburo que se utiliza habitualmente como combustible.

(a) Escriba una ecuación balanceada para la combustión completa del gas propano.

b) Calcule el volumen de aire a 25 °C y 1,00 atmósfera que se necesita para quemar completamente 25,0 gramos de propano. Supongamos que el aire tiene un 21,0% de O2 en volumen. (Pista: Veremos cómo hacer este cálculo en un capítulo posterior sobre los gases; por ahora, utilice la información de que 1,00 L de aire a 25 °C y 1,00 atm contiene 0,275 g de O2).

(c) El calor de combustión del propano es de −2219,2 kJ/mol. Calcule el calor de formación, ΔHf°ΔHf° de propano dado que ΔHf°ΔHf° de H2O(l) = −285,8 kJ/mol y ΔHf°ΔHf° de CO2(g) = −393,5 kJ/mol.

(d) Suponiendo que todo el calor liberado al quemar 25,0 gramos de propano se transfiere a 4,00 kilogramos de agua, calcule el aumento de la temperatura del agua.

86.

Durante un reciente mes de invierno en Sheboygan, Wisconsin, fue necesario obtener 3.500 kWh de calor proporcionados por un horno de gas natural con una eficiencia del 89% para mantener caliente una pequeña casa (la eficiencia de un horno de gas es el porcentaje del calor producido por la combustión que se transfiere a la casa).

(a) Suponga que el gas natural es metano puro y determine el volumen de gas natural en pies cúbicos que fue necesario para calentar la casa. La temperatura media del gas natural era de 56 °F; a esta temperatura y a una presión de 1 atm, el gas natural tiene una densidad de 0,681 g/L.

(b) ¿Cuántos litros de GLP (gas licuado de petróleo) serían necesarios para sustituir el gas natural utilizado? Supongamos que el GLP es propano líquido [C3H8: densidad, 0,5318 g/mL; entalpía de combustión, 2219 kJ/mol para la formación de CO2(g) y H2O(l)] y que el horno utilizado para quemar el GLP tiene el mismo rendimiento que el horno de gas.

(c) ¿Qué masa de dióxido de carbono se produce por la combustión del metano utilizado para calentar la casa?

(d) ¿Qué masa de agua se produce por la combustión del metano utilizado para calentar la casa?

(e) ¿Qué volumen de aire se necesita para proporcionar el oxígeno para la combustión del metano utilizado para calentar la casa? El aire contiene un 23% de oxígeno en masa. La densidad media del aire durante el mes fue de 1,22 g/L.

(f) ¿Cuántos kilovatios-hora (1 kWh = 3,6 ×× 106 J) de electricidad se necesitarían para proporcionar el calor necesario para calentar la casa? Tenga en cuenta que la electricidad es 100% eficiente en la producción de calor dentro de una casa.

(g) Aunque la electricidad es 100% eficiente en la producción de calor dentro de una casa, la producción y distribución de electricidad no es 100% eficiente. La eficiencia de la producción y distribución de la electricidad producida en una central eléctrica de carbón es de aproximadamente el 40%. Un determinado tipo de carbón proporciona 2,26 kWh por libra en su combustión. ¿Qué masa de este carbón, en kilogramos, se necesitará para producir la energía eléctrica necesaria para calentar la casa si la eficiencia de generación y distribución es del 40%?

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