Cálculos Químicos Fundamentales: Estequiometría y Disoluciones

Ejercicio 1: Reacción de Calcio con Ácido Clorhídrico

Ca + 2HCl → CaCl₂ + H₂

a) Cálculo del volumen de HCl necesario

Datos:

• Masa de Ca: 50 g
• Masa molar de Ca: 40 g/mol
• R: 0.082 atm·L/(mol·K)
• T: 273 K
• P: 1 atm

Paso 1: Cálculo de los moles de Ca

n(Ca) = 50 g / 40 g/mol = 1.25 moles

Paso 2: Relación estequiométrica

1 mol Ca → 2 mol HCl
1.25 mol Ca → x

x = 2 × 1.25 = 2.5 moles de HCl

Paso 3: Cálculo del volumen de HCl (usando PV=nRT)

PV = nRT → V = nRT / P
V = (2.5 mol × 0.082 atm·L/(mol·K) × 273 K) / 1 atm
V = 55.965 L de HCl

b) Cálculo del volumen de H₂ producido

Paso 1: Relación estequiométrica

1 mol Ca → 1 mol H₂
1.25 mol Ca → x

x = 1.25 moles de H₂

Paso 2: Cálculo del volumen de H₂ (usando PV=nRT)

V = nRT / P
V = (1.25 mol × 0.082 atm·L/(mol·K) × 273 K) / 1 atm
V = 27.9825 L de H₂

c) Cálculo de la masa de CaCl₂ producida

Paso 1: Relación estequiométrica

1 mol Ca → 1 mol CaCl₂
1.25 mol Ca → x

x = 1.25 moles de CaCl₂

Paso 2: Cálculo de la masa de CaCl₂

m(CaCl₂) = n × MM(CaCl₂)
MM(CaCl₂) = 40.08 (Ca) + 2 × 35.45 (Cl) ≈ 110.98 g/mol (usando 111 g/mol como en el original)
m(CaCl₂) = 1.25 mol × 111 g/mol = 138.75 g de CaCl₂

Ejercicio 2: Formación de Ácido Nítrico

a) Ajuste de la ecuación

N₂O₅ + H₂O → 2HNO₃ (Ecuación ya ajustada)

b) Cálculo de los moles de N₂O₅ necesarios para producir 15 moles de HNO₃

Paso 1: Relación estequiométrica

2 mol HNO₃ → 1 mol N₂O₅
15 mol HNO₃ → x

x = 15 / 2 = 7.5 moles de N₂O₅

c) Cálculo de la masa de HNO₃ obtenida con 270 g de N₂O₅ y rendimiento del 80%

Paso 1: Cálculo de los moles de N₂O₅

MM(N₂O₅) = 2 × 14.01 (N) + 5 × 16.00 (O) ≈ 108.02 g/mol (usando 108 g/mol como en el original)
n(N₂O₅) = 270 g / 108 g/mol = 2.5 moles

Paso 2: Relación estequiométrica (rendimiento teórico)

1 mol N₂O₅ → 2 mol HNO₃
2.5 mol N₂O₅ → x

x = 2.5 × 2 = 5 moles de HNO₃ (teórico)

Paso 3: Cálculo de la masa teórica de HNO₃

MM(HNO₃) = 1.01 (H) + 14.01 (N) + 3 × 16.00 (O) ≈ 63.02 g/mol (usando 63 g/mol como en el original)
m(HNO₃) = n × MM(HNO₃)
m(HNO₃) = 5 mol × 63 g/mol = 315 g (teórico)

Paso 4: Cálculo de la masa real de HNO₃ (considerando el rendimiento)

m(HNO₃) real = m(HNO₃) teórico × (Rendimiento / 100)
m(HNO₃) real = 315 g × (80 / 100) = 252 g

Ejercicio 3: Cálculo de la Molaridad de una Disolución de NaCl

Datos:

• Masa de NaCl: 175.35 g
• Volumen de disolución: 6 L
• Masa molar de NaCl: 58 g/mol

Paso 1: Cálculo de los moles de NaCl

n(NaCl) = Masa / Masa molar
n = 175.35 g / 58 g/mol = 3.023 moles

Paso 2: Cálculo de la molaridad

M = n / V
M = 3.023 moles / 6 L = 0.5 M

Ejercicio 4: Cálculo de la Masa de HNO₃ en una Disolución

Cálculo de la masa de HNO₃ en 200 mL de una disolución 2.5 M.

Paso 1: Cálculo de los moles de HNO₃

n = M × V (en Litros)
V = 200 mL = 0.2 L
n = 2.5 mol/L × 0.2 L = 0.5 moles

Paso 2: Cálculo de la masa de HNO₃

m = n × MM(HNO₃)
MM(HNO₃) ≈ 63 g/mol
m = 0.5 mol × 63 g/mol = 31.5 g

Ejercicio 5: Preparación de una Disolución de CuSO₄

Preparación de 250 mL de una disolución 1 M de CuSO₄.

Paso 1: Cálculo de los moles necesarios

n = M × V (en Litros)
V = 250 mL = 0.25 L
n = 1 mol/L × 0.25 L = 0.25 moles

Paso 2: Cálculo de la masa de CuSO₄ necesaria

m = n × MM(CuSO₄)
MM(CuSO₄) = 63.55 (Cu) + 32.07 (S) + 4 × 16.00 (O) ≈ 159.62 g/mol (usando 159.5 g/mol como en el original)
m = 0.25 mol × 159.5 g/mol = 39.875 g

Paso 3: Procedimiento para la preparación

1. Pesar 39.875 g de CuSO₄ en una balanza.
2. Disolver en aproximadamente 150 mL de agua destilada en un matraz aforado de 250 mL.
3. Agitar hasta disolución completa.
4. Añadir agua destilada hasta completar el volumen de 250 mL, enrasando cuidadosamente.
5. Tapar y homogeneizar la disolución invirtiendo el matraz varias veces.