Química Inorgánica 2020 Lic. En Biotecnología

Química Inorgánica 2020 ERNST SOBOL, ZOE - Lic. en Biotecnología

GABINETE N° 1 SOLUCIONES Y ESTEQUIMETRÍA

Objetivos: - Aplicar relaciones de estequiometría y cálculos de concentración de soluciones para definir las relaciones cuantitativas que permitan la producción de reacciones químicas. - Ejercitarse en la resolución de cálculos habituales para nuestra práctica de laboratorio.

Actividades previas a la clase: Revisar como se producen algunos tipos de reacciones químicas, como las reacciones de neutralización, de oxido-reducción, combinación y descomposición. Analizar las estrategias para definir reactivo limitante y reactivo en exceso en una reacción.

Ejercitación: 1. Calcular la masa de Cloruro de Litio necesaria para preparar 50 ml de solución 1,25 M 𝑿 𝒈 𝑳𝒊𝑪𝒍 = 50 𝑚𝑙 𝑠𝑛 ∗

1,25 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐿𝑖𝐶𝑙 42,39 𝑔 𝐿𝑖𝐶𝑙 ∗ = 2,65 𝑔 𝐿𝑖𝐶𝑙 1000 𝑚𝑙 𝑠𝑛 1 𝑚𝑜𝑙 𝐿𝑖𝐶𝑙

Respuesta: Se necesitan 2,65 gramos de Cloruro de Litio para preparar la solución.

2. En la formación de anhídrido nítrico reaccionan 5,5 litros de oxígeno medidos en CNPT con cantidad suficiente de nitrógeno. Calcular: a) Los moles de nitrógeno que reaccionan, b) Volumen de nitrógeno necesario, c) Masa del producto que se obtiene.

a)

𝟓 𝑂2 + 𝟐 𝑁2 → 𝟐 𝑁2 𝑂5 2 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑁2 = 0,098 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑁2 112 𝐿 𝑂2 Respuesta: Reaccionan 0,098 moles de Nitrógeno en la formación de anhídrido nítrico. 𝑿 𝒎𝒐𝒍𝒆𝒔 𝑵𝟐 = 5,5 𝐿 𝑂2 ∗

b) 44,8 𝐿 𝑁2 = 2,2 𝐿 𝑁2 112 𝐿 𝑂2 Respuesta: Se necesitan 2,2 litros de Nitrógeno para reaccionar. 𝑿 𝑳 𝑵𝟐 = 5,5 𝐿 𝑂2 ∗

c) 𝑿 𝒈 𝑵𝟐 𝑶𝟓 = 5,5 𝐿 𝑂2 ∗ Respuesta: Se obtienen 10,61 g de N2O5

216,02 𝑔 𝑁2 𝑂5 = 10,61 𝑔 𝑁2 𝑂5 112 𝐿 𝑂2

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Química Inorgánica 2020 ERNST SOBOL, ZOE - Lic. en Biotecnología 3. Se añaden 50 ml de ácido clorhídrico 0,8 M sobre una determinada cantidad de carbonato de calcio desprendiéndose dióxido de carbono, cloruro de calcio y agua. ¿Qué masa de cloruro de calcio obtendremos si se consume todo el ácido?

𝟐 𝐻𝐶𝑙 + 𝐶𝑎(𝐶𝑂3 ) →

𝐶𝑂2 + 𝐶𝑎𝐶𝑙2 + 𝐻2 𝑂

Datos: 50 ml sn 0,8 M → Transformando a gramos: 𝑿 𝒈 𝑯𝑪𝒍 = 50 𝑚𝑙 𝑠𝑛 ∗

0,8 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑠𝑡𝑜 36,46 𝑔 𝐻𝐶𝑙 ∗ = 1,46 𝑔 𝐻𝐶𝑙 1000 𝑚𝑙 𝑠𝑛 1 𝑚𝑜𝑙 𝑠𝑡𝑜

𝑿 𝒈 𝑪𝒂𝑪𝒍𝟐 = 1,46 𝑔 𝐻𝐶𝑙 ∗

110,98 𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑙2 = 2,22 𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑙2 72,92 𝑔 𝐻𝐶𝑙

Respuesta: Cuando se consume todo el ácido, obtenemos 2,22 gramos de CaCl2

4. ¿Qué masa de hidróxido de sodio, se necesitan para reaccionar con 225 ml de ácido clorhídrico 0,100 M? ¿Cuántos moles de cloruro de sodio se podrán obtener?

Datos: 225 ml sn 0,100 M → Transformando a gramos: 𝑿 𝒈 𝑯𝑪𝒍 = 225 𝑚𝑙 𝑠𝑛 ∗

0,100 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑠𝑡𝑜 36,46 𝑔 𝐻𝐶𝑙 ∗ = 0,82 𝑔 𝐻𝐶𝑙 1000 𝑚𝑙 𝑠𝑛 1 𝑚𝑜𝑙 𝑠𝑡𝑜

𝑿 𝒈 𝑵𝒂𝑶𝑯 = 0,82 𝑔 𝐻𝐶𝑙 ∗

39,99 𝑔 𝑁𝑎𝑂𝐻 = 0,899 𝑔 𝑁𝑎𝑂𝐻 36,46 𝑔 𝐻𝐶𝑙

Respuesta: Se necesitan 0,899 gramos de Hidróxido de Sodio para reaccionar con la solución de ácido clorhídrico. 𝑿 𝒎𝒐𝒍𝒆𝒔 𝑵𝒂𝑪𝒍 = 0,82 𝑔 𝐻𝐶𝑙 ∗

58,44 𝑔 𝑁𝑎𝐶𝑙 1 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎𝐶𝑙 ∗ = 0,022 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑁𝑎𝐶𝑙 36,46 𝑔 𝐻𝐶𝑙 58,44 𝑔 𝑁𝑎𝐶𝑙

Respuesta: Se podrán obtener 0,022 moles de cloruro de sodio. 5. Se añaden 50 mL de ácido clorhídrico 0,8 M sobre una determinada cantidad de carbonato de calcio desprendiéndose dióxido de carbono, cloruro de calcio y agua. ¿Qué masa de cloruro de calcio obtendremos si se consume todo el ácido? 𝟐 𝐻𝐶𝑙 + 𝐶𝑎(𝐶𝑂3 ) →

𝐶𝑂2 + 𝐶𝑎𝐶𝑙2 + 𝐻2 𝑂

Datos: 50 ml sn 0,8 M → Transformando a gramos: 𝑿 𝒈 𝑯𝑪𝒍 = 50 𝑚𝑙 𝑠𝑛 ∗

0,8 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑠𝑡𝑜 36,46 𝑔 𝐻𝐶𝑙 ∗ = 1,46 𝑔 𝐻𝐶𝑙 1000 𝑚𝑙 𝑠𝑛 1 𝑚𝑜𝑙 𝑠𝑡𝑜

𝑿 𝒈 𝑪𝒂𝑪𝒍𝟐 = 1,46 𝑔 𝐻𝐶𝑙 ∗

110,98 𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑙2 = 2,22 𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑙2 72,92 𝑔 𝐻𝐶𝑙

Respuesta: Cuando se consume todo el ácido, obtenemos 2,22 gramos de CaCl2

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Química Inorgánica 2020 ERNST SOBOL, ZOE - Lic. en Biotecnología 6. La reacción de obtención de dióxido de azufre en laboratorio se produce cuando el Cobre reacciona con Ácido Sulfúrico concentrado. Si se emplean 30 g de cobre y 111 ml de H2SO4, (densidad 1,84 g/ml y 98% pureza). Calcular: a) ¿Qué reactivo está en exceso y en qué cantidad? b) Número de moles de SO2 que se desprenden, c) Masa de CuSO4 que se forma.

Datos:

𝐶𝑢 + 𝟐 𝐻2 𝑆𝑂4 →

𝑆𝑂2 + 𝐶𝑢𝑆𝑂4 + 𝟐 𝐻2 𝑂

30 g

111ml δ=1,84 g/ml 98% m/m 98 𝑔 𝐻2 𝑆𝑂4 1,84 𝑔 𝑠𝑛 𝑿 𝒈 𝑯𝟐 𝑺𝑶𝟒 = 111 𝑚𝑙 𝑠𝑛 ∗ ∗ = 200,15 𝑔 𝐻2 𝑆𝑂4 100 𝑔 𝑠𝑛 1 𝑚𝑙 𝑠𝑛

Cálculo R.L. y R.E. 𝑿 𝒈 𝑯𝟐 𝑺𝑶𝟒 = 30 𝑔 𝐶𝑢 ∗

196,16 𝑔 𝐻2 𝑆𝑂4 = 92,61 𝑔 𝐻2 𝑆𝑂4 63,54 𝑔 𝐶𝑢

𝑿 𝒈 𝑪𝒖 = 200,15 𝑔 𝐻2 𝑆𝑂4 ∗ Esp. Qca. Cu H2SO4

Tengo 30 g 200,15 g

63,54 𝑔 𝐶𝑢 = 64,83 𝑔 𝐶𝑢 196,16 𝑔 𝐻2 𝑆𝑂4 Necesito 64,83 g 92,61 g

¿Sobra o falta? Falta – R.L. Sobra – R.E.

a) El reactivo en exceso es el Ácido Sulfúrico. Sobran 107,54 g. b) Sacando con el reactivo limitante: 1 𝑚𝑜𝑙 𝑆𝑂2 = 0,47 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑆𝑂2 63,54 𝑔 𝐶𝑢 Respuesta: Se desprenden 0,47 moles de 𝑆𝑂2 . 𝑿 𝒎𝒐𝒍𝒆𝒔 𝑺𝑶𝟐 = 30 𝑔 𝐶𝑢 ∗

c) Sacando con el reactivo limitante: 𝑿 𝒈 𝑪𝒖𝑺𝑶𝟒 = 30 𝑔 𝐶𝑢 ∗ Respuesta: Se forman 80,08 g de 𝐶𝑢𝑆𝑂4.

169,61 𝑔 𝐶𝑢𝑆𝑂4 = 80,08 𝑔 𝐶𝑢𝑆𝑂4 63,54 𝑔 𝐶𝑢

7. El ácido fosfórico de baja pureza que se utiliza en la elaboración de fertilizantes se produce por la reacción de sustitución entre ácido sulfúrico en solución con piedra de fosfato sólido, cuyo principal componente es fosfato tricalcico. Calcular: a) moles de ácido fosfórico que se producen con 300 ml de ácido sulfúrico 3M. b) masa de sulfato de calcio que se produce como subproducto de la reacción de 200 moles de fosfato cálcico. Reacción de sustitución:

𝟑 𝐻2 𝑆𝑂4 + 𝐶𝑎3 (𝑃𝑂4 )2 → 𝟐 𝐻3 𝑃𝑂4 + 𝟑 𝐶𝑎𝑆𝑂4 3

Química Inorgánica 2020 ERNST SOBOL, ZOE - Lic. en Biotecnología Datos: 300ml de ácido sulfúrico 3M → llevando a masa: 𝑿 𝒈 𝑯𝟐 𝑺𝑶𝟒 = 300 𝑚𝑙 𝑠𝑛 ∗

3 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑠𝑡𝑜 98.07 𝑔 𝐻2 𝑆𝑂4 ∗ = 88,25 𝑔 𝐻2 𝑆𝑂4 1000 𝑚𝑙 𝑠𝑛 1 𝑚𝑜𝑙 𝑠𝑡𝑜

a) 𝑿 𝒎𝒐𝒍𝒆𝒔 𝑯𝟑 𝑷𝑶𝟒 = 88,25 𝑔 𝐻2 𝑆𝑂4 ∗

195,98 𝑔 𝐻3 𝑃𝑂4 1 𝑚𝑜𝑙 𝐻3 𝑃𝑂4 ∗ = 0,599 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐻3 𝑃𝑂4 294,21 𝑔 𝐻2 𝑆𝑂4 97,99 𝑔 𝐻3 𝑃𝑂4

Respuesta: Se producen 0,599 moles de ácido fosfórico en la reacción. b) 𝑿 𝒈 𝑪𝒂𝑺𝑶𝟒 = 200 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐶𝑎3 (𝑃𝑂4 )2 ∗

3 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐶𝑎𝑆𝑂4 136,14 𝑔 𝐶𝑎𝑆𝑂4 ∗ = 81.648 𝑔 𝐶𝑎𝑆𝑂4 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎3 (𝑃𝑂4 )2 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎𝑆𝑂4

Respuesta: Como subproducto de la reacción con 200 moles de fosfato cálcico, se producen 81.648 gramos de sulfato de calcio.

8. Una muestra de 0,139 g de caliza se disuelve en 25,00 ml de HCl 0,2 M. ¿Qué masa de cloruro de calcio se forma? ¿Qué volumen de anhídrido carbónico se desprende a la atmósfera?

Datos: 25 ml sn HCl 0,2M → Pasando a masa 𝑿 𝒈 𝑯𝑪𝒍 = 25 𝑚𝑙 𝑠𝑛 ∗

0,2 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑠𝑡𝑜 36,46 𝑔 𝐻𝐶𝑙 ∗ = 0,18 𝑔 𝐻𝐶𝑙 1000 𝑚𝑙 𝑠𝑛 1 𝑚𝑜𝑙 𝑠𝑡𝑜

Calculando R.L. y R.E. 𝑿 𝒈 𝑯𝑪𝒍 = 0,139 𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 ∗ 𝑿 𝒈 𝑪𝒂𝑪𝑶𝟑 = 0,18 𝑔 𝐻𝐶𝑙 ∗ Esp. Qca. HCl CaCO3

72,92 𝑔 𝐻𝐶𝑙 = 1,101 𝑔 𝐻𝐶𝑙 100,09 𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3

100,09 𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 = 0,25 𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 72,92 𝑔 𝐻𝐶𝑙

Tengo 0,18 g 0,139 g

Necesito 0,101 g 0,25 g

¿Sobra o falta? Sobra – R.E. Falta – R.L.

a) 𝑿 𝒈 𝑪𝒂𝑪𝒍𝟐 = 0,139 𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 ∗

110,98 𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑙2 = 0,154 𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑙2 100,09 𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3

Respuesta: Se forman 0,154 gramos de cloruro de calcio. b) 𝑿 𝒗𝒐𝒍 𝑪𝑶𝟐 = 0,139 𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 ∗

1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎𝐶𝑂3 22,4 𝐿 𝐶𝑂2 ∗ = 0,031 𝐿 𝐶𝑂2 100,09 𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎𝐶𝑂3

Respuesta: Se desprenden 0,031 litros de anhídrido carbónico de la reacción.

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Química Inorgánica 2020 ERNST SOBOL, ZOE - Lic. en Biotecnología 9. En la obtención de hidrógeno por desplazamiento con ácidos: a) ¿Qué volumen de gas H2 obtendrá en CNPT si reaccionan 0,5 g de cinc y 22 ml de ácido sulfúrico 1N? b) ¿Qué cantidad del reactivo en exceso no reacciona en este caso? c) ¿Qué volumen de este gas se obtiene si en laboratorio la temperatura es de 35°C y la presión es de 1009 hPa?

𝑍𝑛 + 𝐻2 𝑆𝑂4 → 𝑍𝑛(𝑆𝑂)4 + 𝐻2 Datos: 22 ml sn 1N → Pasando a gramos: 𝑿 𝒈 𝑯𝟐 𝑺𝑶𝟒 = 22 𝑚𝑙 𝑠𝑛 ∗

1 𝑒𝑞 − 𝑔 𝑠𝑡𝑜 49,04 𝑔 𝐻2 𝑆𝑂4 ∗ = 1,08 𝑔 𝐻2 𝑆𝑂4 1000 𝑚𝑙 𝑠𝑛 1 𝑒𝑞 − 𝑔 𝑠𝑡𝑜

Calculando R.L. y R.E. 𝑿 𝒈 𝑯𝟐 𝑺𝑶𝟒 = 0,5 𝑔 𝑍𝑛 ∗

98,08 𝑔 𝐻2 𝑆𝑂4 = 0,75 𝑔 𝐻2 𝑆𝑂4 65,38 𝑔 𝑍𝑛 65,38 𝑔 𝑍𝑛 = 0,72 𝑔 𝑍𝑛 98,08 𝑔 𝐻2 𝑆𝑂4

𝑿 𝒈 𝒁𝒏 = 1,08 𝑔 𝐻2 𝑆𝑂4 ∗

Esp. Qca. Zn H2SO4

Tengo 0,5 g 1,08 g

Necesito 0,72 g 0,75 g

¿Sobra o falta? Falta – R.L. Sobra – R.E.

a) 𝑿 𝒗𝒐𝒍 𝑯𝟐 = 0,5 𝑔 𝑍𝑛 ∗

22,4 𝐿 𝐻2 = 0,17 𝐿 𝐻2 65,38 𝑔 𝑍𝑛

Respuesta: En CNPT se obtendrán 0,17 L de H2 de la reacción. b) El reactivo en exceso en este caso es el H2SO4, y no reaccionan 0,33 gramos. c)

Dadas las ecuaciones:

𝑃1 ∗𝑉1 𝑇1

=

𝑃2 ∗𝑉2 𝑇2

Tenemos:

V1= 0,17 L P1=1013,3 hPa T1= 273 K

Datos V2= ¿? P2=1009 hPa T2=308 K

1013,3 ℎ𝑃𝑎 ∗ 0,17 𝐿 1009 ℎ𝑃𝑎 ∗ 𝑉2 = 273 𝐾 308 𝐾 1013,3 ℎ𝑃𝑎 ∗ 0,17 𝐿 ∗ 308 𝐾 = 𝑉2 273 𝐾 ∗ 1009 ℎ𝑃𝑎 𝑉2 = 0,19 𝐿 𝐻2 Respuesta: El volumen de hidrógeno obtenido en un laboratorio con esas condiciones de P y T es de 0,19 L

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Química Inorgánica 2020 ERNST SOBOL, ZOE - Lic. en Biotecnología 10. El sulfuro cúprico se disuelve en ácido nítrico concentrado. Los productos de esa reacción son solución de sulfato cúprico, óxido nítrico (NO) gaseoso y agua. Si se usan 35,4 gr de sulfuro cúprico y 15 ml de ácido nítrico concentrado 16 M. Calcular: a) ¿Cuál será el reactivo que limitará la reacción? b) ¿Cuántos gramos de cual reactivo sobrarán? c) ¿Qué masa de sulfato cúprico se podrá obtener? d) ¿Qué volumen de óxido nítrico se desprenderá? e) ¿Qué volumen de éste gas se obtiene si en el laboratorio la temperatura es de 30 °C y la presión es de 1016 hPa?

Ecuación: Datos:

𝟑 𝐶𝑢𝑆 + 𝟖 𝐻𝑁𝑂3 → 𝟑 𝐶𝑢𝑆𝑂4 + 𝟖 𝑁𝑂 + 𝟒 𝐻2 𝑂 35,4 g

15 ml 16M Pasando a masa:

𝑿 𝒈 𝑯𝑵𝑶𝟑 = 15 𝑚𝑙 𝑠𝑛 ∗

16 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑠𝑡𝑜 63,01 𝑔 𝐻𝑁𝑂3 ∗ = 15,12 𝑔 𝐻𝑁𝑂3 1000 𝑚𝑙 𝑠𝑛 1 𝑚𝑜𝑙 𝑠𝑡𝑜

Calculando R.L. y R.E. 𝑿 𝒈 𝑯𝑵𝑶𝟑 = 35,4 𝑔 𝐶𝑢𝑆 ∗

504,08 𝑔 𝐻𝑁𝑂3 = 62,21 𝑔 𝐻𝑁𝑂3 286,83 𝑔 𝐶𝑢𝑆

𝑿 𝒈 𝑪𝒖𝑺 = 15,12 𝑔 𝐻𝑁𝑂3 ∗ Esp. Qca. HNO3 CuS

Tengo 15,12 g 35,4 g

286,83 𝑔 𝐶𝑢𝑆 = 8,60 𝑔 𝐶𝑢𝑆 504,08 𝑔 𝐻𝑁𝑂3

Necesito 62,21 g 8,60 g

¿Sobra o falta? Falta – R.L. Sobra – R.E.

a) El reactivo limitante es el ácido nítrico. b) El reactivo en exceso es el sulfuro cúprico y sobran 26.8 gramos. c) 478,83 𝑔 𝐶𝑢𝑆𝑂4 𝑿 𝒈 𝑪𝒖𝑺𝑶𝟒 = 15,12 𝑔 𝐻𝑁𝑂3 ∗ = 14,36 𝑔 𝐶𝑢𝑆𝑂4 504,08 𝑔 𝐻𝑁𝑂3 Respuesta: Se podrán obtener 14,36 gramos de sulfato cúprico. d) 179,2 𝐿 𝑁𝑂 = 5,38 𝐿 𝑁𝑂 504,08 𝑔 𝐻𝑁𝑂3 Respuesta: De esta reacción se desprenden 5,38 litros de óxido nítrico en CNPT. 𝑿 𝒗𝒐𝒍 𝑵𝑶 = 15,12 𝑔 𝐻𝑁𝑂3 ∗

e) Tenemos: 1013,3 ℎ𝑃𝑎 ∗ 5,38 𝐿 1016 ℎ𝑃𝑎 ∗ 𝑉2 = 273 𝐾 303 𝐾 1013,3 ℎ𝑃𝑎 ∗ 5,38 𝐿 ∗ 303 𝐾 = 𝑉2 273 𝐾 ∗ 1016 ℎ𝑃𝑎

Datos V1= 5,38 L V2= ¿? P1=1013,3 hPa P2=1016 hPa T1= 273 K T2=303 K

𝑉2 = 5,96 𝐿 𝑁𝑂 Respuesta: El volumen de NO obtenido en un laboratorio con esas condiciones de PT es de 0,19 L.

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