Resolució d'Exercicis de Química: Estequiometria i Àcids

Resolució de la P2

a) Reacció de combustió de l'etanol

C₂H₅OH(l) + 3O₂(g) → 2CO₂(g) + 3H₂O(l)

b) Es podria cremar tot l'etanol? (Reactiu limitant)

Primer hem de calcular els mols de cada reactiu:

1. Mols d'etanol:

   • Massa d'etanol: 30 L × 740 g/L = 22.200 g
   • Massa molar (C₂H₆O): 2(12) + 6(1) + 16 = 46 g/mol
   • n_etanol = 22.200 / 46 = 482,61 mols

2. Mols d'oxigen (O₂): Utilitzem l'equació dels gasos ideals PV=nRT:

   • P = 1 atm
   • V = 120 m³ = 120.000 L
   • T = 25 °C + 273 = 298 K
   • n_O2 = (1 × 120.000) / (0,082 × 298) = 4.910,79 mols

3. Càlcul del limitant: Segons la reacció, 1 mol d'etanol necessita 3 mols d'oxigen.

   • Necessitem: 482,61 × 3 = 1.447,83 mols de O₂.
   • Com que tenim 4.910,79 mols de O₂ (molt més del necessari), l'etanol és el reactiu limitant. Resposta: Sí, es podria cremar tot l'etanol ja que hi ha oxigen en excés.

c) Molècules d'aigua emeses (Rendiment 80%)

• Mols teòrics d'aigua: 482,61 mols etanol × 3 = 1.447,83 mols H₂O.
• Mols reals (80%): 1.447,83 × 0,80 = 1.158,26 mols H₂O.
• Molècules: 1.158,26 × 6,022 · 10²³ = 6,97 · 10²⁶ molècules de H₂O.

d) Entalpia de combustió (ΔH°c)

Aplicant la Llei de Hess: ΔH°r = ∑nΔH°f(productes) - ∑mΔH°f(reactius)

ΔH°c = [2(-393,5) + 3(-285,8)] - [1(-277,6) + 3(0)]

ΔH°c = [-787 - 857,4] + 277,6 = -1.366,8 kJ/mol

f) Espontaneïtat (ΔG°)

Fórmula: ΔG° = ΔH° - TΔS°

• ΔH° = -1.366,8 kJ/mol = -1.366.800 J/mol
• T = 298 K
• ΔS° = -138,7 J/K·mol

ΔG° = -1.366.800 - (298 × -138,7) = -1.366.800 + 41.332,6 = -1.325.467,4 J/mol

Com que ΔG° < 0, la reacció és espontània a 25 °C.

Resolució de la P1

a) Reacció igualada pel mètode de l'ió-electró

Equació: ZnS + HNO₃ → ZnSO₄ + NO + H₂O. Identifiquem les espècies que canvien el seu estat d'oxidació:

• El sofre en el sulfur (S^2-) passa a sulfat (SO₄^2-). (Oxidació)
• El nitrogen en el nitrat (NO₃^-) passa a monòxid de nitrogen (NO). (Reducció)

Semireaccions:

1. Oxidació: S^2- + 4H₂O → SO₄^2- + 8H⁺ + 8e^-
2. Reducció: (NO₃^- + 4H⁺ + 3e^- → NO + 2H₂O) × 3

Multipliquem per igualar electrons:

• 3S^2- + 12H₂O → 3SO₄^2- + 24H⁺ + 24e^-
• 8NO₃^- + 32H⁺ + 24e^- → 8NO + 16H₂O

Equació molecular final: 3ZnS + 8HNO₃ → 3ZnSO₄ + 8NO + 4H₂O

b) Càlcul del volum d'àcid nítric 6M

1. Quantitat de ZnS pur: 150 g blenda × 0,70 = 105 g ZnS purs.
2. Mols de ZnS: 105 g / 97,5 g/mol = 1,077 mols de ZnS.
3. Mols de HNO₃ necessaris (estequiometria 3:8): 1,077 × (8/3) = 2,872 mols HNO₃.
4. Volum de l'àcid 6M: V = n/M = 2,872 / 6 = 0,4787 L. Resposta: 478,7 mL.

c) Greixos, alta temperatura i radicals lliures

Quan fregim greixos a temperatures elevades:

• Es produeix una oxidació tèrmica. La calor trenca els enllaços, generant radicals lliures.
• Aquests reaccionen amb l'oxigen generant compostos tòxics (acrilonitrils, peròxids).

Relació: L'alta temperatura actua com a iniciador de la reacció en cadena, degradant l'oli i sent perjudicial per a la salut.

a) Grups funcionals

• Àcid ascòrbic: grups hidroxil (alcohols) i un grup èster cíclic (lactona).
• Àcid cítric: tres grups carboxil (àcids carboxílics) i un grup hidroxil (alcohol terciari).

b) Isomeria

• Són isòmers? No, tenen fórmules moleculars diferents.
• Isomeria òptica: Sí, l'àcid ascòrbic té carbonis asimètrics.
• Isòmer de l'etanol: El dimetil èter (CH₃-O-CH₃) és un isòmer de funció.

c) Caràcter antioxidant

Actuen com a agents reductors, oxidant-se ells mateixos per evitar l'oxidació de molècules vitals.

d) Solubilitat en aigua

Són molt solubles gràcies als grups polars (-OH i -COOH) que formen enllaços d'hidrogen amb l'aigua.

e) Àcid de Brönsted-Lowry

• Definició: Un àcid és una espècie capaç de cedir protons.
• Àcid nítric: És fort perquè es dissocia totalment.
• Més àcid: L'àcid cítric és més àcid perquè la seva Ka és més gran.

f) Càlcul de pH

g) Neutralització i Valoració

• Reacció: HA + NaOH → NaA + H₂O
• Sal neutra? No, el pH és bàsic (pH > 7) en provenir d'àcid feble i base forta.
• Fenolftaleïna: És un bon indicador (interval 8,2 - 10).
• Color final: Passarà d'incolora a rosa/fúcsia.

h) Muntatge experimental

1. Bureta: Conté el NaOH (valorant).
2. Matràs Erlenmeyer: Conté l'àcid ascòrbic (analit) i l'indicador.
3. Pipeta i propipeta: Per mesurar el volum exacte.
4. Suport universal i pinces: Per subjectar la bureta.
5. Indicador: Fenolftaleïna.