Ejercicios Resueltos de Química: Gases, Disoluciones y Estequiometría

Cálculos con Gases Ideales

En un recipiente de 100 L tenemos CO₂ con una presión de 3 atm y N₂ con una presión de 2 atm.

• Cálculo de moles y moléculas: Aplicando la ley de los gases ideales n = PV / RT, obtenemos 20,3 moles totales. Multiplicando por el número de Avogadro (6,022 × 10²³), obtenemos 1,26 × 10²⁵ moléculas.
• Volumen en condiciones normales (CN): 20,32 moles × 22,4 L/mol = 455 L.
• Masa en gramos: Para el CO₂, n = PV / RT = 12,19 moles. Masa = 12,19 mol × 44 u = 536,36 g. Se realiza el mismo procedimiento para el N₂ y se suman los resultados.
• Átomos totales: 12,19 moles de CO₂ × 6,022 × 10²³ × 3 átomos/molécula. Se realiza el mismo cálculo para el N₂ y se suman.

Disoluciones: Concentración y Molaridad

Disponemos de una disolución de HNO₃ al 30% en masa con una densidad de 1230 kg/m³ (1,23 g/mL).

• Cálculos iniciales: 30 g de HNO₃ / 63 u = 0,48 moles de HNO₃.
• Molaridad (M): Si 1230 g de disolución ocupan 1 L, 100 g ocupan 0,081 L. M = 0,48 mol / 0,081 L = 5,92 M.
• Molalidad (m): m = 0,48 mol / 0,07 kg de disolvente = 6,86 molal.
• Fracción molar (X): X_HNO3 = n_HNO3 / (n_HNO3 + n_H2O) = 0,48 / (3,9 + 0,48) = 0,11.

Preparación de disoluciones

Para preparar 600 cm³ de una disolución de HNO₃ 0,5 M: se requieren 0,3 moles de soluto. Volumen necesario = 0,3 mol / 5,98 M = 0,051 L = 50,67 cm³.

Propiedades Coligativas y Masa Molecular

Cálculo de concentración, molalidad y porcentaje en masa:

• Porcentaje en masa: % = (m_soluto / m_disolución) × 100 = 4,2%.
• Determinación de molalidad: ΔTe = Ke · m. Si ΔTe = 0,52 °C, entonces m = 9,6 molal.
• Masa molecular: A partir del descenso crioscópico ΔTc = Kc · m, obtenemos m = 1,18 mol. Con 300 g de soluto en 1000 g de disolvente, la masa molecular (Pm) = 50 g / 0,054 mol = 925,9 g/mol.

Fundamentos de la Química

Conceptos básicos

• Unidad de masa atómica (u): Es la doceava parte de la masa del isótopo carbono-12.
• Aportaciones de Avogadro: La teoría de Dalton solo consideraba elementos monoatómicos. El principio de Avogadro establece que volúmenes iguales de gases diferentes, a la misma presión y temperatura, contienen el mismo número de partículas, demostrando que los gases están formados por moléculas.
• Ley de Gay-Lussac: Propuso que las sustancias gaseosas reaccionan en relaciones de números enteros sencillos a igual presión y temperatura.

Osmosis

La osmosis es el fenómeno de difusión pasiva de un disolvente a través de una membrana semipermeable desde una disolución más diluida hacia una más concentrada.