Ejercicios y Conceptos Clave de Química General

1. Cálculos Estequiométricos

Reacción: 2 HCl + 2 Mg → 2 MgCl₂ + H₂

Relación molar: 2 mol HCl + 2 mol Mg → 2 mol MgCl₂ + 1 mol H₂

Contexto (asumido): Concentración de MgCl₂ = 0.1 M

Cálculo de moles de Mg: Si 24.3 g es 1 mol de Mg, entonces 1 g es x mol.

x = 1 g / 24.3 g/mol = 0.04 mol de Mg

Cálculo de volumen (asumido): Si 0.1 M = 0.04 mol / Volumen (L), entonces:

Volumen (L) = 0.04 mol / 0.1 mol/L = 0.4 L

2. Estequiometría de Reacción de Combustión

a) Identificación de Reactivos y Productos

Reacción: 2 C₂H₆ + 7 O₂ → 4 CO₂ + 6 H₂O

Relación molar: 2 mol C₂H₆ + 7 mol O₂ → 4 mol CO₂ + 6 mol H₂O

Los reactivos son 2 C₂H₆ y 7 O₂.

Los productos son 4 CO₂ y 6 H₂O.

b) Cálculo de Masa de Producto

Masa molar de O₂: M(O₂) = 2 * 16 = 32 g/mol

Masa molar de CO₂: M(CO₂) = 12 + 2 * 16 = 44 g/mol

Moles de O₂ a partir de 5000 g: n(O₂) = 5000 g / 32 g/mol = 156.25 mol

Usando la estequiometría (7 mol O₂ producen 4 mol CO₂), calculamos los moles de CO₂ producidos:

(7 mol O₂ / 156.25 mol O₂) = (4 mol CO₂ / x mol CO₂)

x = (4 mol CO₂ * 156.25 mol O₂) / 7 mol O₂ ≈ 89.29 mol CO₂

Masa de CO₂ producida: m(CO₂) = n(CO₂) * M(CO₂) = 89.29 mol * 44 g/mol ≈ 3928.76 g

3. Balanceo de Ecuaciones Químicas

A) Reacciones de Descomposición y Síntesis

• 2 C₂H₆ + 7 O₂ → 4 CO₂ + 6 H₂O (Combustión)
• 2 NH₃ → 3 H₂ + N₂ (Descomposición del amoníaco)
• 2 KClO₃ → 2 KCl + 3 O₂ (Descomposición del clorato de potasio)
• 3 Fe + 4 H₂O → Fe₃O₄ + 4 H₂ (Reacción de hierro con vapor de agua)

B) Reacciones de Neutralización

• HCl + KOH → KCl + H₂O (Ácido fuerte + Base fuerte)
• H₂SO₄ + Ca(OH)₂ → CaSO₄ + 2 H₂O (Ácido fuerte + Base fuerte)
• 3 HCl + Al(OH)₃ → AlCl₃ + 3 H₂O (Ácido fuerte + Base débil)

4. Cálculos con Gases y Moles

A) Cálculos de Moles

1. Volumen a moles (en CNTP): Si 1 mol ocupa 22.4 L, entonces 50 L son x mol. x = 50 L / 22.4 L/mol ≈ 2.23 mol
2. Masa molar y moles: M(NH₃) = 14 + 3*1 = 17 g/mol. Número de moles (n) = masa / masa molar = 80 g / 17 g/mol ≈ 4.71 mol
3. Masa molar y moles: M = 63 g/mol. n = 5 g / 63 g/mol ≈ 0.079 mol

B) Ley de los Gases Ideales

Fórmula: PV = nRT

Cálculo de moles: n = masa / masa molar. Para 51 g de NH₃ (M = 17 g/mol), n = 51 g / 17 g/mol = 3 mol.

Despejando el volumen: V = (nRT) / P

Asumiendo T = 273 K (0 °C) y P = 1 atm (CNTP), R = 0.082 L·atm/(mol·K):

V = (3 mol * 0.082 L·atm/(mol·K) * 273 K) / 1 atm ≈ 67.16 L

5. Nomenclatura Química

• Nitrato de plomo(II) - Pb(NO₃)₂
• HClO₃ - Ácido clórico
• Ag₂O - Monóxido de diplata / Óxido de plata(I)
• Carbonato de oro(III) - Au₂(CO₃)₃
• H₂S - Sulfuro de hidrógeno / Ácido sulfhídrico
• Ácido perclórico - HClO₄
• Cloruro de calcio - CaCl₂
• AsF₃ - Trifluoruro de arsénico / Fluoruro de arsénico(III)
• Hidróxido de berilio - Be(OH)₂
• H₂Te - Ácido telurhídrico / Telururo de hidrógeno

6. Estados de Oxidación Comunes

• Cloro (Cl): -1, +1, +3, +5, +7
• Oro (Au): +1, +3
• Cobre (Cu): +1, +2
• Nitrógeno (N): -3, +2, +3, +4, +5
• Potasio (K): +1
• Platino (Pt): +2, +4
• Calcio (Ca): +2
• Aluminio (Al): +3
• Azufre (S): -2, +2, +4, +6
• Bromo (Br): -1, +1, +3, +5, +7

7. Cinética Química: Velocidad de Reacción

a) Concepto de Velocidad de Reacción y Factores que la Afectan

La velocidad de reacción significa que su valor es función de la cantidad de sustancia que haya reaccionado o se haya formado por unidad de volumen y de tiempo. Es la cantidad de sustancia que se forma (producto) o desaparece (reactivo) por unidad de volumen y de tiempo.

Los factores que afectan la velocidad de reacción son:

• Temperatura
• Concentración de reactivos
• Presencia de catalizadores

b) Cálculo de Velocidad de Reacción

Datos: 30 g de Zinc reaccionan en 5 minutos.

Masa molar del Zinc: M(Zn) ≈ 65.4 g/mol

Cálculo de moles de Zinc:

Si 65.4 g es 1 mol, entonces 30 g son x moles:

x = 30 g / 65.4 g/mol ≈ 0.46 mol

Cálculo del tiempo en segundos:

5 minutos = 5 * 60 segundos = 300 segundos

Cálculo de la velocidad de reacción:

Velocidad = (Cantidad de sustancia) / Tiempo

Velocidad = 0.46 mol / 300 s ≈ 0.00153 mol/s = 1.53 × 10⁻³ mol/s

8. Conceptos de Termodinámica y Cinética

a) Verdadero o Falso

1. Una reacción endotérmica desprende energía. (Falso) - Una reacción endotérmica absorbe energía.
2. Los catalizadores son sustancias que provocan o inhiben las reacciones. (Verdadero) - Los catalizadores modifican la velocidad de reacción (acelerando o retardando).
3. La velocidad de reacción disminuye con la concentración de reactivos. (Falso) - La velocidad de reacción generalmente aumenta con la concentración de reactivos.

b) Entalpía de Reacción (ΔH)

La entalpía de reacción (ΔH) es la cantidad de calor que se absorbe o desprende en una reacción química a presión constante, expresada típicamente en kJ/mol.

• Es una magnitud extensiva (depende de la cantidad de sustancia).
• Depende de la presión, la temperatura y el estado de agregación de reactivos y productos.
• El calor de reacción (ΔH) se considera negativo para reacciones exotérmicas (desprenden calor) y positivo para reacciones endotérmicas (absorben calor).