Química General - [DePa] Departamento de Programas...

Química General Serie de problemas de Química General

Facultad de Química Mayo 2002

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Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química

Departamento de Química

Inorgánica y Nuclear

Sección de Química General

Serie de apoyo para la Asignatura

Química General Estequiometría

Participantes:Participantes: Bascuñán Blaset Aníbal Carrillo Chávez Myrna Castillejos Salazar Adela Coello Ramírez Rubén Garduño Sánchez Gustavo González Muradas Rosa Ma. González Pérez Jesús Hernández Millán Gisela Huerta T. Luis Antonio Llano Lomas Mercedes Llaven N. Hermila Macías R. Martha Montagut Bosque Pilar Müller Carrera Graciela Nieto Calleja Elizabeth Olvera Treviño Ma. De los Angeles Rojas T. Susana Sansón Ortega Ma. del Carmen Sosa Reyes Sosa Reyes Ana María

Mayo 2002



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INTRODUCCIÓN La siguiente colección de problemas es una selección del trabajo desarrollado en este campo de la docencia por la mayor parte de los profesores que imparten la asignatura “Química General” en la Facultad de Química de la Universidad Nacional Autónoma de México. El grupo de profesores está conformado en su mayoría, por docentes con gran experiencia que imparten cátedra desde hace más de dos décadas, lo que los hace tener amplia experiencia y conocimiento de los temas tratados y además cuenta también con jóvenes estudiantes de posgrado que desde hace poco tiempo imparten la cátedra mencionada y que aportan nuevas ideas a este trabajo. OBJETIVO El propósito fundamental de la serie de problemas que aquí se presenta es brindar a los estudiantes de Química General material didáctico que les permita aprender más y mejor los temas tratados.

Se pretende destacar los conocimientos y habilidades indispensables con los que debe contar un estudiante que ha cursado la asignatura. Se espera que esta serie sea una guía para que los alumnos reconozcan los temas tratados en clase, investiguen más acerca de éstos en la extensa bibliografía que existe en el mercado, trabajen en equipos formados por ellos mismos, asistan a las asesorías organizadas por la administración académica de la Facultad y así logren aprender con mayor profundidad los temas del programa.

Además, se espera que esta serie de problemas sirva como base para homologar el contenido mínimo que debieran cubrir los maestros que imparten la materia y como referencia para los maestros que imparten otras materias en semestres superiores de las carreras que se imparten en las licenciaturas de la Facultad de Química, e incluso para quienes imparten materias de Química en los niveles básico y medio superior. DESCRIPCIÓN

La serie se conformó incluyendo los temas que la mayoría de los maestros que la elaboraron consideran fundamentales y con el tipo de problemas que cada uno de ellos utiliza en sus clases. CONTENIDO

I. Generalidades y Conceptos Básicos

• Unidades fundamentales del Sistema Internacional. • Razones y proporciones. • Conversión de unidades.



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• Notación científica.

II. La Materia en la Naturaleza

• Diferencia entre elemento, compuesto, mezclas homogénea y heterogénea.

• Identificación de las propiedades de la materia: intensivas y extensivas, unidades de medida y manipulación de datos.

• Reconocimiento de los métodos para la separación de mezclas y su relación con las propiedades de la materia.

• Cambios físicos y químicos.

III. Elementos, Compuestos y Periodicidad

IV. El Enlace y los Compuestos Químicos

V. El Concepto de Mol

VI. Disoluciones y Diluciones

VII. La Reacción Química



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HERRAMIENTAS. Razones y proporciones. Usamos las razones para comparar dos cosas. Una razón puede expresarse de diferentes

formas: como quebrado, 3

4o con dos puntos 3:4 ambas son equivalentes y pueden leerse

como la razón de tres a cuatro o como tres es a cuatro. Cuando una ecuación indica que dos razones son iguales, se le llama proporción. Por ejemplo:

3

4=

6

8 que es equivalente a 3:4 =6:8 se puede leer tres es a cuatro como seis es a ocho.

Al comparar dos cantidades también es posible usar porcentajes, en nuestro ejemplo sacando el cociente y multiplicando por cien tenemos: 3

4× 100 = 0.75 × 100 = 75% y leemos el setentaicinco por ciento o setentaicinco de cada

cien y podemos interpretarlo como tres corresponde al setentaicinco por ciento de cuatro. Es importante notar que todas son diferentes formas de referirse a lo mismo. Ejemplo gráfico: Podemos ver que aunque en los dos conjuntos hay un número diferente de figuras la proporción 1:3 puede usarse para ambos, así las razones 5:15 y 1:3 son equivalentes. En química frecuentemente usamos las proporciones ya que para que se forme un producto los reactivos reaccionan en una razón constante de tal forma que independientemente de las cantidades que se tengan la proporción se conserva. Así, si para formar agua la razón entre el número de molécula de hidrógeno y de oxígeno que reaccionan es 2:1 ( dos a uno) 2H2 + O2 → 2H2O dos moléculas de hidrógeno reaccionarán con una de oxígeno cuatro moléculas de hidrógeno reaccionarán con dos de oxígeno

La razón triángulos a círculos es:

5:15 o 5

15

cinco a quince o cinco triángulos por cada quince círculos.

La razón triángulos a círculos es:

1:3 o 1

3



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cincuenta moléculas de hidrógeno reaccionarán con veinticinco de oxígeno, etc. Generalmente en los problemas de estequiometría desconocemos la cantidad que va a reaccionar o que se va a obtener de alguna de las sustancias pero conocemos, de la ecuación química balanceada, la razón más sencilla. Por ejemplo:

C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O de la ecuación balanceada de la reacción entre el propano y el oxígeno sabemos que la razón entre las moléculas de oxígeno que reaccionan y las moléculas de agua que se forman es 5:4. Si queremos saber cuántas moléculas de agua se forman al reaccionar veinte de oxígeno podemos usar la siguiente regla de tres :

5______ 4

20 _____ x

que leemos cinco es a cuatro como veinte es a x, donde x corresponde al número de moléculas que se forman de agua.

Resolviendo: 20 × 4

5= 16

Cuando reaccionan veinte moléculas de oxígeno se forman diez y seis de agua, el número de moléculas involucrado es diferente al que indica la ecuación sin embargo la proporción es la misma. En una regla de tres lo que buscamos es encontrar una pareja de números cuya razón sea igual ala de otra pareja dada, es decir que sean proporcionales. Notación científica. Frecuentemente usamos cantidades que pueden ser muy pequeñas, como la distancia de 0.00000000007 metros que hay entre los dos átomos que forman una molécula de hidrógeno o cantidades muy grandes como las aproximadamente 33500000000000000000000 moléculas presentes en un mililitro de agua. Para simplificar el manejo de estas cantidades usamos la notación científica donde un número se expresa dejando solo un dígito diferente de cero a la derecha del punto decimal y multiplicando por un diez elevado a una potencia adecuada. Así, la distancia entre los átomos del hidrógeno es de 7 × 10

−11m y el número de moléculas en un mililitro de agua puede expresarse como 3.35 × 1022 . Nuevamente son dos formas distintas de representar una misma cosa. Recuerda que la potencia del diez coincide con el numero de lugares que hay que recorrer el punto para obtener de nuevo la expresión larga. La dirección para mover el punto la indica el signo del exponente, si este es negativo habrá que moverse hacia la izquierda y si es positivo a la derecha. De tal forma que para los números menores que uno el exponente del diez es negativo y los números mayores que uno tendrán un exponente positivo. Por ejemplo:

1 2 3 4 5

0. 0 0 0 0 4 7 = 4.7×10-5



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La multiplicación y división de estos números se facilita considerablemente con la notación científica ya que de acuerdo con las leyes de los exponentes y las propiedades de la multiplicación:

Leyes de los exponentes

Multiplicación y división con notación científica.

mnmn qqq +=×

15123123123 10201020101054105104 ×=×=×××=×•× +

n

n

qq

1=− 2424

24

2 1061010610110

329

1032109 −− ×=××=×××=

×•×

mn

m

n

qq

q −= 165

21

5

21

1051010

315

1031015 ×=×=

××

La suma y resta de estas cantidades solo puede realizarse en su forma larga. Conversión de unidades. El manejo de las unidades de medida es fundamental en las ciencias y muy útil en muchas actividades de nuestra vida. Frecuentemente en la resolución de problemas requerimos cambiar las unidades de alguno de los datos para lo cual utilizamos un cierto tipo de razones básicas llamadas razones unitarias o factores de conversión. En estas razones el numerador y el denominador corresponden a magnitudes equivalentes expresadas en diferentes unidades. Por ejemplo si queremos expresar 35 años en meses necesitamos construir un factor de

conversión que involucre estas unidades, en este caso año

meses

112

, el numerador y el

denominador son equivalentes de tal modo que el valor del cociente es uno. Es importante notar que en el numerador se usaron meses y en el denominador años ya que el factor de conversión va a multiplicarse por la magnitud a la que queremos cambiar las unidades, en este caso 35 años, y lo que buscamos es eliminar las unidades de la magnitud original y dejar las del numerador. Así:

mesesaño

mesesaños 420

11235 =

Es posible utilizar varios factores de conversión a la vez cuando no conocemos la equivalencia directa entre las unidades que tenemos y las que queremos obtener. Los factores se construyen con las equivalencias que conocemos o sacamos de las tablas. Por ejemplo si queremos pasar los 35 años a segundos no tenemos un solo factor que relacione años y segundos pero podemos usar las equivalencias que si conocemos. Así:

uto

segundos

hora

utos

día

horas

mes

días

año

mesesaños

min160

1min60

124

130

11235



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Cada factor se acomodó de tal forma que se eliminaran las unidades de la cantidad anterior y quedaran las del numerado en el factor. Eliminando unidades y resolviendo la multiplicación tenemos que:

segundosuto

segundos

hora

utos

día

horas

mes

días

año

mesesaños 410108864

min160

1min60

124

130

11235 ×=



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UNIDAD I LA MATERIA EN LA NATURALEZA

Materia. Es cualquier cosa que ocupa espacio y tiene masa. La composición de la materia está determinada por el tipo de elementos que contiene. La estructura de la materia está determinada por la forma en que están dispuestos los átomos de los elementos que la constituyen. Una molécula es una entidad compuesta por dos o más átomos que están unidos entre sí. La materia se puede encontrar en la naturaleza en tres estados físicos: gas, líquido y sólido, los cuales se conocen como estados de agregación de la materia. La mayor parte de la materia se encuentra como mezclas de sustancias. Las mezclas son una combinación de dos o más sustancias en la cual éstas mantienen su identidad química. Existen mezclas homogéneas y heterogéneas. Las mezclas tienen composiciones variables y pueden ser homogéneas o heterogéneas. Una mezcla homogénea es aquella cuya composición, propiedades y aspecto son los mismos en todos los puntos que la forman. Una mezcla heterogénea es aquella cuya composición, propiedades y aspecto no son los mismos en todos los puntos que la forman.

Elemento. Es una sustancia pura que no puede descomponerse en sustancias más simples. Cada elemento se compone de un solo tipo de átomo. En la tabla periódica los elementos se encuentran organizados de manera sistemática, representados mediante símbolos que son combinaciones de letras. Únicamente la primera letra del símbolo de un elemento es siempre mayúscula.

Átomo. Es la unidad básica de un elemento que puede combinarse químicamente; son las partículas más pequeñas de un elemento que conservan la identidad química del elemento. Está constituido fundamentalmente por protones, neutrones y electrones. Por ejemplo, el átomo de nitrógeno neutro (N) está formado por siete protones, siete neutrones y siete electrones. Molécula. Es una entidad constituida por dos o más átomos que están unidos entre sí de forma específica. Las moléculas pueden estar constituidas por el mismo tipo de elementos (oxígeno, O2; hidrógeno, H2) o bien, por elementos distintos (agua, H2O; dióxido de carbono, CO2), en cuyo caso se denominan compuestos. Los compuestos son sustancias puras. Sustancia. Es una forma de materia que tiene una composición constante o definida y propiedades distintivas. Las sustancias pueden ser elementos o compuestos. Cada sustancia posee un conjunto único de propiedades que la caracterizan y que permiten reconocer y distinguir a una sustancia de otras. Las propiedades de la materia se clasifican en propiedades físicas, químicas, organolépticas, intensivas y extensivas. Las propiedades físicas son características que se pueden medir y observar sin modificar la composición o identidad de la sustancia (punto de fusión, punto de ebullición, densidad, dureza, viscosidad, tensión superficial). Las propiedades químicas



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son características que describen la forma en que una sustancia puede cambiar o reaccionar para formar otras sustancias (inflamabilidad). Las propiedades organolépticas son características que se pueden determinar utilizando los sentidos (color, olor, aspecto). Las propiedades extensivas son características en las que el valor medido depende de la cantidad de materia considerada (longitud, masa, volumen, temperatura). Las propiedades intensivas son características cuya determinación no depende de la cantidad de muestra que se esté examinando (densidad, solubilidad, punto de fusión, punto de ebullición, viscosidad, presión de vapor, viscosidad, tensión superficial). Son útiles para identificar a una sustancia.

Propiedades extensivas: Longitud. Es una característica que expresa la distancia entre un punto y otro. La unidad SI fundamental es el metro (m).

Masa. Es una medida de la cantidad de materia que está contenida en un objeto y es una propiedad constante. Es un concepto distinto al de peso. La masa de un objeto se puede determinar empleando una balanza. La unidad SI fundamental para expresar la masa es el kilogramo (kg)

Peso. Es la fuerza que la masa de un objeto ejerce debido a la gravedad. Es una propiedad variable de la materia pues depende de la situación en que se encuentre. Por ejemplo, en la superficie de la Luna un objeto pesaría sólo la sexta parte de lo que pesa en la Tierra, en virtud de que la fuerza de gravedad lunar representa sólo un sexto de la terrestre. Así mismo, en el espacio un astronauta puede carecer de peso, pero no puede carecer de masa. De hecho, la masa del astronauta en el espacio es la misma que en la Tierra. Volumen. Es una característica que expresa el espacio que ocupa un cuerpo. La unidad SI fundamental es el metro cúbico (m3), pero dado que se trata de un volumen muy grande es común utilizar unidades más pequeñas para la mayor parte de las aplicaciones de la química, como por ejemplo, el centímetro cúbico (cc ó cm3) = milillitro (mL), el decímetro cúbico (dm3). Este último se conoce más comúnmente como litro (L). Temperatura. Es una propiedad que determina la dirección de flujo del calor. El calor siempre fluye espontáneamente de una sustancia que está a una temperatura más alta hacia una que está a una temperatura más baja. Las escalas de temperatura que comúnmente se emplean son las escalas Celsius y Kelvin. La escala Celsius se utiliza ampliamente en química y como escala de temperatura cotidiana. En esta escala se asigna como 0 °C al punto de congelación del agua y 100 °C al punto de ebullición en el nivel del mar. La escala Kelvin es la escala de temperatura SI, y la unidad SI de temperatura es el kelvin (K). En este escala la temperatura más baja que puede alcanzarse es .273.15 °C (cero absoluto). La relación entre ambas escalas es la siguiente: K = °C + 273.15

Calor. Es el flujo de energía de un cuerpo a temperatura más alta hacia uno a temperatura más baja cuando ambos se ponen en contacto térmico. Es la forma de energía más comúnmente absorbida o liberada en las reacciones químicas. Este calor liberado o absorbido por el sistema durante un proceso se representa como ∆H (cambio de entalpía) y se mide en kilojoules (kJ). Cuando en una reacción se absorbe calor el



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valor de ∆H es positivo (proceso endotérmico) y cuando se libera calor el valor de ∆H es negativo (proceso extérmico). Propiedades intensivas

Densidad. Es la cantidad de masa en una unidad de volumen de la sustancia. Se expresa comúnmente en unidades de gramo por centímetro cúbico (g/cm3) o en gramo por mililitro (g/mL): 1 mL = 1 cm3.

Densidad = ___masa___ volumen Solubilidad. Es la cantidad de sustancia que se puede disolver en una cantidad dada de disolvente a una temperatura específica. Se expresa comúnmente en unidades de gramos por cada 100 mL (g/100 mL) o moles por litro (mol/L). En este último caso es denominada solubilidad molar. Por ejemplo, a 25 °C, la solubilidad molar del yoduro de plomo (PbI2) en agua es de 1.2 x 10-3, lo cual significa que a esa temperatura se disuelven 1.2 x 10-3 moles de PbI2 en un litro de agua. La solubilidad del cloruro de sodio (NaCl) en agua a 0 °C es de 35.7 g por 100 mL: esta es la cantidad máxima de NaCl que se puede disolver en agua para generar una disolución estable a esta temperatura. El grado en que una sustancia se disuelve en otra depende además de la temperatura, de la naturaleza tanto del soluto como del disolvente y, en el caso de los gases, también de la presión.

Punto de fusión. El punto de fusión de un sólido (o el punto de congelación de un líquido) es la temperatura a la cual las fases sólida y líquida coexisten en equilibrio. El punto de fusión normal (o el punto de congelación normal) de una sustancia es el punto de fusión (o punto de congelación) medio a 1 atm de presión. Punto ebullición. Es la temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido es igual a la presión externa. El punto de ebullición normal de un líquido es el punto de ebullición cuando la presión externa es de 1 atm.

Presión de vapor. Es la presión que ejercen las moléculas en la fase gaseosa que se generan cuando un líquido se evapora, medida en equilibrio dinámico de condensación y evaporación (cuando la rapidez del proceso de condensación es igual a la rapidez del proceso de evaporización). El término correcto es el de equilibrio de presión de vapor. Se expresa generalmente en atmósferas (atm) o en milímetros de mercurio (mm de Hg). 1 atm 0 760 mm de Hg. Es una propiedad que depende de la temperatura a que sea determinada (la presión de vapor de un líquido siempre aumenta con la temperatura). Por ejemplo, la presión de vapor del agua a 20 °C es de 17.5 mm de Hg y de 760 mm de Hg a 100 °C.

Viscosidad. Es la resistencia a fluir que presenta un líquido. A mayor viscosidad, el líquido fluye más lentamente. La viscosidad es una propiedad que depende de la temperatura (la viscosidad de un líquido comúnmente disminuye con la temperatura. La unidad SI para esta propiedad es newton-segundo por metro cuadrado (N s/m2). Tensión superficial. Es la cantidad de energía requerida para aumentar la superficie de un líquido por unidad de área. Esta propiedad depende de la temperatura



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(disminuye con la temperatura) y de las características de las fuerzas intermoleculares de las sustancias (los líquidos formados por moléculas de fuerzas intermoleculares fuertes poseen tensiones superficiales altas).

La materia puede experimentar diferentes tipos de transformaciones. Los cambios de estado son transformaciones en los que una sustancia varía en su apariencia física pero no en su composición. Se denominan también cambios físicos. Los cambios químicos, denominados también como reacciones químicas, son transformaciones en las que una sustancia se convierte en una sustancia distinta químicamente.



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I. GENERALIDADES Y CONCEPTOS BÁSICOS

1. En un libro aparece la siguiente definición de Química: “La Química es la ciencia que tiene por objeto el estudio de la composición, estructura y propiedades de la materia que existe en el universo, así como de las transformaciones que ésta experimenta en su estructura interna y de los cambios energéticos involucrados en tales transformaciones”. Con base en esta definición explica y proporciona ejemplos de lo que se te pide:

a) ¿Por qué la Química es una ciencia? b) ¿A qué tipo de composición de la materia se refiere el enunciado? c) ¿Qué significa la palabra estructura de la materia en este contexto? d) ¿Qué quiere decir el término propiedades de la materia? e) ¿A qué se refiere el término estructura interna? f) ¿Qué relación existe entre cambios energéticos y transformaciones de la

materia? 2. Completa la siguiente aseveración, eligiendo entre las siguientes opciones: “El peso

de un objeto:

a) Se mide en kilogramos” b) Es una fuerza y se mide en Newton” c) Depende de su masa y se mide en gramos” d) Es una propiedad invariable en el Universo”

3. Si el peso se expresa en Newtons ¿por qué decimos que un cuerpo pesa

determinados kilogramos?. 4. La balanza mide ¿el peso o la masa de un cuerpo?. Justifica la respuesta. 5. Clasifica las siguientes unidades como unidades de masa, volumen, longitud,

densidad, energía o presión. a) mg d) g/cm3 g) mm b) J e) atm h) mL c) m3 f) kcal II. La materia en la naturaleza Estados de la materia



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6. Las siguientes aseveraciones están relacionadas con los estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso. Indica a cuál de los estados corresponde cada definición:

a) Los elementos, los compuestos o las mezclas que se encuentran en este estado,

generalmente tienen densidad más baja que si se encuentran en los otros dos estados.

b) Los cambios de presión afectan el volumen de los elementos, los compuestos o las mezclas que se encuentran en este estado más que a los que se encuentran en los otros dos estados.

c) En este estado las partículas que constituyen los elementos, los compuestos o las mezclas tienen menor libertad de movimiento que cuando se encuentran en los otros estados.

7. Identifica cada una de las siguientes sustancias como gas, líquido o sólido en

condiciones normales de presión y temperatura1

a) oxígeno b) cloruro de sodio c) mercurio d) dióxido de carbono.

8. Escribe el estado de agregación en que se presentan las siguientes sustancias en

condiciones normales de temperatura y presión.

a) Bicarbonato de sodio ____________________

b) Azufre ____________________

c) Ácido acético ____________________

d) H2S(ac) ____________________

Sustancias puras y mezclas 9. En nuestro país hay importantes yacimientos de petróleo.

a) Indica si se trata de una mezcla, un compuesto o un elemento b) Explica el significado de mezcla, compuesto o elemento. c) Dibuja un mapa conceptual donde estos tres conceptos se vean relacionados.

10. Explica el concepto de “elemento químico”. Menciona tres ejemplos. 1 Las condiciones normales de temperatura y presión son 25 °C y 1 atm



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11. Cuando se prepara una disolución saturada de azúcar en agua se tiene una mezcla:

a) heterogénea b) homogénea

12. En el siguiente listado indica qué términos se refieren a mezclas, elementos o

compuestos.

a) Bióxido de silicio _______________________

b) Gasolina _______________________

c) Diamante _______________________

d) Agua _______________________

e) Cloruro de magnesio _______________________

f) Lantano _______________________ 13. Menciona dos casos de mezclas homogéneas que se preparan diariamente en tu

casa. 14. La leche es un ejemplo de:

a) Elemento b) Mezcla heterogénea c) Mezcla homogénea d) Compuesto

15. Indica cuál o cuáles de los siguientes términos se refieren a un elemento, compuesto o mezcla:

a) Agua b) Potasio c) Madera d) Plomo e) Té caliente f) Hielo seco g) Azufre h) Gas natural i) Concreto j) Cerveza k) Hidrógeno l) Oro m) Azúcar



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16. Se ha convenido en que "sustancia pura" es una "especie química" que tiene una

composición fija característica y una serie de otras propiedades también fijas y definidas.

¿Cuáles de los siguientes términos o expresiones se refieren a sustancias puras? ---- Vitamina C ---- Crema facial ---- Fe ---- CH3-CH3

---- Agua salada ---- Sangre ---- Calor ---- Ag ---- Acero ---- Diamante ---- Gasolina ---- Aire ---- Disprina ---- Carbón 17. Marca con una m los siguientes términos que se refieren a mezclas, con una e a los que se refieren a elementos, con una c a compuestos y con una n a los términos que no correspondan a ninguno de los tres. m__e__c__n__ Cu m__e__c__n__ Ozono m__e__c__n__ Azúcar de mesa m__e__c__n__ Concreto m__e__c__n__ Pizza m__e__c__n__ Aceite de motor m__e__c__n__ Aspirina m__e__c__n__ Aire m__e__c__n__ Sal de mar m__e__c__n__ Pintura m__e__c__n__ Vino m__e__c__n__ Amoníaco m__e__c__n__ Madera m__e__c__n__ Cabeza de cerillo 18. Clasifica como mezcla homogénea, mezcla heterogénea, compuesto o elemento los siguientes términos:

a) Ozono b) Bronce c) Mineral de cobre d) H2S(ac)

19. Son mezclas heterogéneas:

a) El papel y el vidrio. b) 100 mL con 5 g de azúcar y agua de manantial con CO2. c) Una disolución insaturada de KCl y el agua destilada. d) El piso de mármol y agua con arena. e) El mineral de hierro y el concreto.

20. Pedro, un alumno de la clase de Química obtiene los siguientes resultados al estudiar las propiedades de una sustancia química desconocida a la que simbolizaremos con la letra X.



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• Es un sólido blanco a temperatura ambiente. • Tiene un punto de fusión cercano a los 200 oC. • Se disuelve en agua para dar una disolución coloreada. • Cuando está fundido se obtiene más de un producto por acción de la corriente

eléctrica. • Forma un sólido blanco al calentarlo en el aire. Como resultado de estas pruebas, Pedro afirma que X no es un elemento. Indica si es correcta la conclusión del estudiante, explicando tus razones. 21. Si las disoluciones X y Y son incoloras y la disolución Z es rosa oscuro. En cuáles de las siguientes combinaciones muestran evidencia de un cambio químico:

a) Cuando X y Z se mezclan la disolución resultante se calienta y permanece incolora.

b) Cuando X y Z se mezclan la temperatura no cambia, mientras que el calor resultante es rosa menos intenso.

c) Cuando Y y Z se mezclan la temperatura no cambia y el color resultante es amarillo.

d) Cuando a Z se le agrega agua la intensidad del color rosa disminuye. 22. Para cada uno de los cambios descritos, decide si un elemento formó un compuesto o un compuesto formó elementos (u otros compuestos).

a) Al calentarse un polvo azul se volvió blanco y perdió masa. b) Un sólido blanco forma tres gases diferentes al calentarse. La masa total de los

gases es igual a la del sólido. c) Después de que un metal rojizo se coloca en una flama, se pone negro y su masa

aumenta. d) Un sólido blanco se calienta en oxígeno y forma dos gases. La masa de los gases

es la misma que las masas del sólido y el oxígeno. 23. Una sustancia sólida blanca A se calienta intensamente en ausencia de aire y se descompone para formar una nueva sustancia blanca B y un gas C. El gas tiene exactamente las mismas propiedades que el producto que se obtiene cuando se quema carbono con exceso de oxígeno. ¿Qué puedes decir acerca de si los sólidos A y B y el gas C son elementos o compuestos?. 24. Clasifica cada uno de los siguientes términos como sustancia pura o mezcla; si es una mezcla indica si es homogénea o heterogénea:

a) Concreto b) Agua de mar c) Magnesio d) Gasolina



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25. ¿Cuáles de las siguientes son mezclas heterogéneas, cuáles son homogéneas (disoluciones), cuáles son compuestos y cuáles elementos?

a) Plata b) Limonada c) Petróleo d) Arena e) El pizarrón del salón

26. Clasifica el conjunto de palabras en la tabla que se te presenta. Plomo

aluminio Gas natural hielo seco disolución de azúcar mineral hoja de hielo miel papel bond una goma mármol aire un lápiz

agua de mar agua con pulpa de tamarindo alcohol comercial madera Ozono

leche Potasio Diamante Elemento Compuesto Mezcla homogénea Mezcla heterogénea 27. Un polvo blanco A, se calienta intensamente en ausencia de aire y se descompone para formar una nueva sustancia B, y un gas C. El gas tiene exactamente las mismas propiedades del oxígeno. ¿Qué puedes decir acerca de los sólidos A, B y el gas C?, ¿son elementos, compuestos o mezclas? Justifica tu respuesta. 28. Sugiere un método para investigar si un líquido incoloro es agua pura o una disolución de cloruro de sodio en agua. SIN PROBAR EL LÍQUIDO.

Propiedades físicas y químicas 29. Coloca un clip en agua líquida, de tal manera que quede flotando en la superficie. Ahora responde las siguientes preguntas, justificando tu respuesta.



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a) ¿Qué propiedad del agua permite que ocurra este fenómeno?. b) ¿Cuál de las siguientes aseveraciones se puede evidenciar?: - El clip es más denso que el agua. - La viscosidad del agua es suficiente para que el clip flote. - El clip no es soluble en el agua. - El clip está elaborado con un material más ligero que el agua. - La tensión superficial del agua no permite que se hunda el clip. - La conductividad del agua es menor a la del clip.

30. Explica la manera en que puedes determinar la densidad del mercurio si sólo cuentas con una bureta con 8.3 ml de este elemento, con un vaso de precipitados de 20 mL y con una balanza analítica. 31. ¿Cuál de las siguientes propiedades no es física?:

a) El punto de ebullición b) El color c) La acción blanqueadora d) El estado físico

32. ¿Cuál de las siguientes características se encuentra en la mayoría de los no metales?:

a) Son siempre gases b) Tienen aspecto brillante c) Son malos conductores de la electricidad d) Sólo se combinan con los metales

33. Si la densidad del cobre es 8.92 g/cm3; el volumen de una pieza de este metal cuya masa es de 89.2 g es:

a) 0.1 cm3 b) 8.92 cm3 c) 10 cm3 d) 0.892 cm3

34. La densidad del aire a la temperatura ambiente es igual a 1.2g/L. Calcula en kilogramos, la masa de aire de una habitación que mide 5m de largo, 4m de ancho y 3m de alto. 35. ¿Cómo varía la densidad de una disolución acuosa en función de la concentración y de la temperatura?.



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36. La densidad de una pieza de platino metálico a 20oC, de masa igual a 96.4 g y volumen de 4.49 cc, es de 21.5 g/cc. Calcula la densidad de un bloque de este elemento cuya masa es de media tonelada, a una temperatura de 20oC. 37. La densidad del etanol es 0.798 g/mL. Calcula la masa de 17.4 mL de este compuesto. 38. Un gas a 25°C llena exactamente un recipiente que tiene una masa igual a 0.800 kg y una capacidad de 10.05 x 103 cm3. La masa del recipiente con el gas es de 0.8362 kg. ¿Cuál es la densidad del gas a 25°C en g/L?. 39. Si deseas preparar 500 mL de una solución saturada de (NH4)2SO4 a 20°C.

a) ¿Cuántos gramos de la sal se necesitan pesar? b) ¿Cuántos mL de agua se deben agregar?

Datos obtenidos del Lange´s Handbook Solubilidad del (NH4)2 a 20°C = 75.4 g/100 mL de agua Densidad de la disolución a 20°C = 1.237 g/mL Densidad del agua a 20°C = 1 g/mL

40. ¿Es posible disolver 35.3 g de KNO3 en 100 mL de agua a 20oC?.

Esta disolución, ¿será saturada o no saturada?. Consulta tablas de solubilidad.

41. ¿Cuál es la relación entre disolución saturada y cristalización?. 42. Marca con una V los siguientes enunciados que son verdaderos y con una F los que son falsos. Convierte los enunciados falsos en verdaderos, modificando la redacción de la manera que juzgues pertinente.

En una solución sobresaturada se presentan dos fases (líquido-sólido) y se considera una mezcla heterogénea.

( ) La densidad y el color de una sustancia son propiedades intensivas

( )

A temperatura ambiente el agua se evapora más lentamente que el etanol, esto significa que la presión de vapor en el agua es mayor que en el etanol.

( )



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Punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor es igual a la presión externa de un líquido.

( )

Los isótopos poseen el mismo número atómico pero diferente número de masa.

( ) 43. La densidad y la solubilidad de una disolución acuosa de cloruro de calcio a 20°C son, respectivamente: 1.4g/mL y 74.5 g/100 mL H2O

a) ¿Cuántos gramos de cloruro de calcio y cuantos mililitros de agua se necesitan

para preparar 600 mL de una solución saturada?. b) ¿Cuál es el % en peso de el soluto en la disolución?.

44. Explica cuál es la relación entre punto de ebullición y presión de vapor. 45. La temperatura a la cual un líquido se evapora está relacionada con su:

a) Densidad b) Presión de vapor c) Viscosidad d) Punto de ebullición

46. El punto de ebullición del agua es de 100°C a nivel del mar, ¿hervirá el agua a esta misma temperatura en la cima del Monte Everest?. Justifica tu respuesta. 47. Señala con la letra F a las siguientes aseveraciones que describen propiedades físicas y con una Q a las que describen propiedades químicas:

a) El oxígeno gaseoso permite la combustión. b) Los fertilizantes ayudan a incrementar la producción agrícola. c) El agua hierve a menos de 100oC en la cúspide de una montaña. d) El plomo es más denso que el aluminio. e) El azúcar sabe dulce.

48. Lee con cuidado el siguiente enunciado. Indica enseguida de cada propiedad descrita, con la letra F, las que se refieren a propiedades físicas, y con la letra Q, las que se refieren a propiedades químicas.

Aluminio: metal de color plateado brillante. Como todos los metales, es maleable y dúctil. Su densidad es de 2.7 g/cm3 y funde a 933°C. Es buen conductor del calor y de la electricidad. Se recubre en el aire, de una capa de alúmina (óxido de aluminio), la que la protege de un ataque rápido por el oxígeno o la humedad



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atmosférica. Se disuelve en ácido clorhídrico caliente. Sus disoluciones deben mantenerse ácidas para evitar la formación de hidróxido de aluminio, sólido que precipita.

49. En cada uno de los siguientes incisos marca con una F al lado del enunciado que describe una propiedad física y con una Q al que describe una propiedad química o una propiedad organoléptica:

a) Las sales de plata obscurecen la piel debido a que reaccionan con las proteínas que la forman.

b) El mercurio es líquido a temperatura ambiente. c) El metal litio es tan ligero que flota sobre el agua. d) El metal oro no se disuelve en el ácido clorhídrico ni en el ácido nítrico. e) Las moléculas de hemoglobina son de color rojo. f) El vapor del metal berilio es muy tóxico para los humano.

Propiedades intensivas y extensivas 50. Describe en tus propias palabras cuál es la diferencia entre propiedad intensiva y propiedad extensiva. 51. Señala cuáles de las siguientes propiedades son intensivas (I) y cuáles son extensivas (E).

a) longitud b) área c) volumen d) temperatura e) masa

52. En la siguiente tabla clasifica las siguientes propiedades de la materia como intensivas o extensivas e indica las unidades aceptadas en el Sistema Internacional:

Longitud, área, volumen, temperatura, masa, temperatura de fusión, temperatura de ebullición, densidad, presión de vapor, viscosidad, fluidez, conductividad eléctrica, conductividad térmica, tensión superficial.

PROPIEDADES INTENSIVAS UNIDADES PROPIEDADES EXTENSIVAS UNIDADES

53. Explica por qué los gases pueden comprimirse, y los líquidos y los sólidos no.



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54. La presión atmosférica se mide en un barómetro, ¿qué tipo de presión se mide en un manómetro?. 55. Consulta en la bibliografía la densidad de los siguientes metales: hierro, cinc, estaño, cobre, aluminio, plomo, vanadio, tungsteno, plata y oro.

a) Ordena los datos obtenidos en forma creciente. b) Sugiere un método experimental para corroborar o ratificar estos valores. c) Justifica tu respuesta.

56. Explica cómo varía el volumen en cada uno de los casos que se presentan a continuación, justificando tus respuestas mediante la Teoría Cinético Molecular y utilizando dibujos para representar lo propuesto.

a. Cuando aumenta la temperatura a presión constante: Sólido: Líquido: Gas:

b. Si se disminuye la presión:

Sólido: Líquido: Gas:

c. Si se aumenta la presión:

Sólido: Líquido: Gas:

57. Explica cuál es el efecto de la temperatura y la presión en la solubilidad de mezclas que se encuentran en estado sólido, líquido o gaseoso. 58. Los siguientes dibujos representan una perspectiva (en nanoescala) de una sustancia

a una temperatura de 5ºC: Indica cuál representa mejor la misma sustancia cuando el termómetro marca 30ºC. Hay que suponer que cada dibujo muestra el mismo volumen de líquido.



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a) b) c) d)

59. Redacta una respuesta para cada una de las siguientes preguntas:

a) ¿Por qué la ropa expuesta a la intemperie se seca con mayor rapidez en un día seco que en un día húmedo?.

b) ¿Por qué se humedece por la parte externa, un vaso que contiene refresco con cubos de hielo?.

c) ¿Por qué el secado de la ropa es más rápido si sopla el viento?.

60. a) Calcula la densidad del mercurio si se sabe que 1.00 x 102 g de este elemento ocupan un volumen de 7.36 cm3. b) Calcula la masa de 65.0 cm3 de mercurio. 61. Un estudiante necesita 15.0 g de etanol para un experimento. Si la densidad de este compuesto es igual a 0.789 g/mL, calcula el volumen (mL) que requiere tener. 62. Con los datos que se te proporcionan, ordena en forma creciente las masas de las siguientes sustancias:

a) 80.0 mL de etanol (d=0.79 g/mL) b) 100.0 mL de benceno (d= 0.87 g/mL) c) 85.0 mL de agua (d=0.997 g/mL d) disulfuro de carbono (d=1.26 g/mL).

63. En un intento por caracterizar una sustancia, un químico hace las siguientes observaciones:

“Se trata de una sustancia con las siguientes características: es un metal lustroso de color blanco plateado que se funde a 649°C; su densidad a 20°C es de 1.738 g/cm3; arde en presencia de aire, produciendo una luz blanca intensa, y reacciona con cloro para producir un sólido blanco quebradizo; se puede golpear hasta convertirla en láminas delgadas o estirarse para formar alambres, y es buena conductora de la electricidad. Indica cuáles de estas características son propiedades físicas (F) y cuáles son propiedades químicas (Q).



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64. Señala cuál de los siguientes enunciados se refiere a una propiedad química.

a) El mercurio es un líquido a temperatura ambiente. b) El agua hierve a 100°C. c) El monóxido de carbono es venenoso. d) El hielo se funde por incremento de la temperatura. e) El oro es un metal brillante.

Cambios Físicos y Químicos 65. Clasifica los siguientes fenómenos escribiendo en el paréntesis una F cuando se trate de un cambio físico y una Q cuando se trate de un cambio químico de la materia. ( ) El bióxido de carbono tiende a

escapar por completo de un globo después de varias horas

( ) El plomo es más denso que el aluminio.

( ) El bosque se incendió. ( ) Los fertilizantes ayudan a incrementar la producción agrícola.

( ) El oxígeno gaseoso contenido en el aire permite la combustión.

( ) La fotosíntesis

( ) El agua del vaso se evaporó ( ) Digestión de los alimentos

( ) Con la barra del hielo hicimos raspados

( ) El clavo se dobló



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( ) Las sales de plata decoloran la piel debido a que reaccionan con las proteínas que la forman

( ) El jugo de piña se hizo tepache

( ) El secado de la ropa es más rápido si sopla el viento

( ) El vapor del metal berilio es muy tóxico para los humanos

( ) El agua hierve a menos de 100°C en la cúspide de una montaña.

( ) El gis se desbarató

66. Indica cuál de los siguientes enunciados se refiere a un cambio químico:

a) La vaporación del agua. b) El desmoronamiento de las rocas. c) La fusión del hielo. d) La fotosíntesis.

67. Indica cuál de los siguientes enunciados no se refiere a un cambio químico:

a) El calentamiento del cobre en el aire b) La combustión de la gasolina c) El enfriamiento del hierro cuando se encuentra al rojo vivo d) La digestión de los alimentos.

68. Con respecto a la siguiente figura sobre el calentamiento del agua:



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a) ¿Qué segmentos de la curva representan un cambio de temperatura?.

b) ¿Qué segmentos de la curva representan un cambio de fase?.

c) ¿En qué segmentos de la curva hay agua líquida?.

d) ¿En qué segmentos de la curva hay agua sólida?.

69. Identifica el cambio de fase que ocurre en cada uno de los casos que se describen a continuación:

a) La lava fundida de un volcán se enfría y se transforma en roca sólida. b) El alcohol para frotar, salpicado sobre la palma de la mano, se siente frío y se

observa que disminuye su volumen.

CALENTAMIENTO DEL AGUA

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340

TIEMPO (minutos)

TEM

PE

RA

TUR

A (º

C)

1

2

54

3



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c) Las bolas de naftalina a temperatura y presión ambiente se hacen pequeñas lentamente e incluso parece que desaparecen.

d) El gas cloro se pasa por un tubo refrigerante en donde se transforma en un líquido amarillo.

70. Relaciona cada una de las siguientes aseveraciones con el concepto que le corresponde: evaporación, deposición, sublimación o punto de ebullición.

a) Este proceso tiene lugar cuando un líquido pasa a vapor. b) Proceso que corresponde al cambio directo del estado gaseoso al líquido. c) Es la temperatura a la cual la presión de vapor es igual a la presión externa del

líquido. d) Durante el invierno la nieve parece que “desaparece” sin que se funda. e) Al salir de la alberca en un día fresco, se sienten escalofríos.

71. Representa mediante un diagrama, de acuerdo a la Teoría Cinético Molecular, los cambios que se representan a continuación:

H2O (s) → H2O(I) → H2O(g) 72. Completa el cuadro escribiendo sobre las flechas el nombre del proceso que se llevara a cabo. (Aníbal checar flechas)

Gas Energía del Sistema

Líquido

Sólido

Líquido

Gas

Sólido



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73. Señala con una F, a un lado de los siguientes enunciados, las expresiones que se refieran a un cambio físico, y con una Q las que se refieran a un cambio químico.

a) En el carburador de un automóvil entra aire y gasolina. b) En un motor de combustión interna, la chispa eléctrica de la bujía genera gases. c) El vapor de agua sale por el mofle de un coche a 93°C. d) El CO2((g) y el H2O(v) lo utilizan las plantas para su desarrollo en el proceso de

fotosíntesis, al utilizar la energía solar. e) Las plantas proporcionan los carbohidratos que usamos para endulzar el café. f) El oxígeno gaseoso, que se encuentra en el aire, permite que se realicen los

procesos de combustión. g) El bióxido de carbono tiende a “escapar por completo” de un globo que lo

contiene, después de varias horas de haberse llenado con éste gas. 75. Se enciende un fósforo y se sostiene bajo una lámina de un metal frío. Se observa lo

siguiente::

a) El fósforo arde. b) Se desprende un gas oscuro. c) El metal se calienta. d) Se condensa agua en el metal. e) Se deposita hollín (carbono) en el metal. f) La madera del fósforo se ennegrece.

Clasifica estos procesos en cambios químicos (Q) y en cambios físicos (F). Justifica tu respuesta en cada caso.

Métodos de Separación de Mezclas 75. Indica en cada uno de los siguientes casos qué procedimiento seguirías para separar y recuperar los componentes de la mezcla que se formaría al juntar lo que se indica en cada inciso. Utiliza un esquema para presentar tu explicación.

a) Arena, yodo, sal común y azúcar. b) Agua, arena, alcohol y sal común. c) Gasolina, hierro, azúcar y agua. d) Almidón, sal común, bicarbonato.

76. Sugiere uno o varios métodos para separar las siguientes mezclas:

a) azúcar y arena. b) agua y arena de mar. c) agua, alcohol etílico y acetona. d) los pigmentos contenidos en una tinta soluble en agua. e) cloruro de sodio sólido y naftalina.



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f) sulfato de cobre sólido y p-diclorobenceno (desodorante de baño). g) dicromato de potasio disuelto en agua. h) aceite y agua.

77. En la siguiente tabla escribe el nombre del (los) método(s) de separación más adecuado(s) para separar cada una de las mezclas que se mencionan. Escribe cuál es la propiedad que se aprovecha para usar el método propuesto. Separación de: MÉTODOS DE

SEPARACIÓN PROPIEDAD INVOLUCRADA

Cristales de azúcar en el licor Alcohol etílico de la fermentación de los frutos

Metales de los minerales KNO3 de NaCl NaCl de agua de mar. Los pigmentos contenidos en una tinta soluble en agua

Acetona y alcohol del agua 78. Del petróleo se puede obtener un producto ligero llamado nafta.

a) Describe un método que se utilice para obtenerlo. b) Indica cuáles son las propiedades que debes conocer de la nafta para realizar lo

que se indica en el inciso (a). c) Explica con tus propias palabras las características de la(s) propiedad(es)

utilizada(s). d) Dibuja un mapa conceptual donde estas propiedades se relacionen.

79. Indica qué tipo de mezclas resultan de mezclar los componentes que se indican en cada uno de los siguientes incisos y sugiere un método para separarlos:

a) arena y agua b) sal y agua c) aceite y agua d) los componentes del aire e) los componentes de la gasolina

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