Determinar ¿cuantos ml de HNO3 (DILUIDO) 0. 5 Molar se necesitan para interaccionar con 17. 5 g de CuS?, si la reacción ocurre de la siguiente forma: CuS + HNO3 ----- Cu(NO3)2 + S + H2O + NO.
Respuestas a la pregunta
Respuesta:
Solución:
a) Las especies que aparecen en la reacción como reactivos y como productos de reacción son:
cobre, ácido nítrico, óxido de nitrógeno (II), nitrato de cobre (II) y agua.
b) Las semirreacciones iónicas que tienen lugar en la reacción de oxido-reducción son:
Semirreacción de oxidación en la que el cobre metal de número de oxidación 0, pasa a ión cobre
(II) con número de oxidación + 2: Cu − 2 e−
→ Cu2+;
Semirreacción de reducción en la que el número de oxidación del nitrógeno del ácido nítrico
pasa de + 6 en el HNO3 a + 2 en el NO: NO3
−
+ 4 H+
+ 3 e−
→ NO + 2 H2O.
c) Multiplicando la semirreacción de oxidación por 3, la de reducción por 2 y sumándolas se
eliminan los electrones y aparece la ecuación iónica ajustada:
3 Cu − 6 e−
→ 3 Cu2+;
2 NO3
−
+ 8 H+
+ 6 e−
→ 2 NO + 4 H2O.
3 Cu + 2 NO3
−
+ 8 H+
→ 3 Cu2+ + 2 NO + 4 H2O. Teniendo en cuenta que los 8
protones corresponden al ácido nítrico, y llevando los coeficientes obtenidos a la ecuación molecular,
queda ésta ajustada: 3 Cu + 8 HNO3 → 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O.
d) La disolución de partida del ácido nítrico tiene una concentración molar:
⋅ ⋅ ⋅ =
3
3 3
53
1
100
1000 30
18,1
g HNO
mol HNO
g disolución
g HNO
L disolución
mL disolución
mL disolución
g disolución 6,68 M.
Los moles de cobre que reaccionan son:
n (Cu) = =
⋅
=
−1
63 5,
12 70,
g mol
g
masa molar
gramos 0,2 moles.
Como la estequiometría de la reacción indica que 3 moles de Cu reaccionan con 8 moles de
HNO3, los 0,2 moles de cobre necesitan para reaccionar: 0,2 moles Cu · =
molesCu
moles HNO
3
8 3
0,53 moles de
HNO3, que se encuentran disueltos en el volumen de disolución:
M = =
⋅
⇒ =
−1
68,6
53,0
( )
( )
moles L
moles
V
V L
n moles 0,0794L = 79,4 mL de HNO3.
Resultado: d) V = 79,4 mL HNO3.
PROBLEMA 2.- Por deshidrogenación del metilciclohexano (C7H14) a 700 K se obtiene tolueno
(C7H8), de acuerdo con el equilibrio C7H14 (g) ⇄ C7H8 (g) + 3 H2 (g); H∆ > 0. En un recipiente de 1
litro, inicialmente vacío, se introducen 0,6 moles de metilciclohexano y se calientan a 700 K, de
forma que, establecido el equilibrio, hay 0,45 moles de H2 en la mezcla gaseosa. Calcula:
a) La constante Kp a dicha temperatura.
b) El grado de disociación del metilciclohexano.
c) ¿Qué efecto tendrá sobre la fracción molar del tolueno en la mezcla un aumento de la
temperatura? ¿Y la adición de un catalizador adecuado? Razona las respuestas.
DATO: R= 0,082 atm.l/K.mol.
Solución:
a) Llamando “x” a los moles que se descomponen de C7H14, los moles al inicio y en el equilibrio
de las distintas especies son:
C7H14 (g) ⇆ C7H8 (g) + 3 H2 (g).
Moles iniciales: 0,6 0 0
Moles en el equilibrio: 0,6 − x x 0,45 = 3 · x
De los moles de hidrógeno en el equilibrio se determina el valor de x: x = =
3
45,0
0,15 moles,
siendo los moles en el equilibrio de las demás especies: C7H14 = 0,45 moles y C7H8 = 0,15 moles.
Llevando los moles de cada gas en el equilibrio a la ecuación de estado de los gases ideales,
despejando la presión, sustituyendo las variables por sus valores y operando, se obtiene la presión parcial
de cada gas en el equilibrio:
=
⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
=
⋅ ⋅
⋅ = ⋅ ⋅ ⇒ =
− −
L
moles atm L mol K K
V
n R T
P V n R T PC H
1
45,0 ,0 082 700 1 1
7 14
25,83 atm.
=
⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
=
⋅ ⋅
=
− −
L
moles atm L mol K K
V
n R T
PC H
1
15,0 ,0 082 700 1 1
7 8
8,61 atm.
=
⋅ ⋅ ⋅ ⋅
=
⋅ ⋅
=
− −
L
moles atm L mol K K
V
n R T
PH
1
45,0 ,0 082 700 1 1
2
25,83 atm.
Llevando estos valores de presión a la constante de equilibrio Kp y operando se tiene su valor:
Kp = =
⋅
=
⋅
atm
atm atm
P
P P
C H
G H H
25 83,
61,8 25 83,
3 3
3
7 14
7 8 2
5,74 · 103
atm3
.
b) El grado de ionización, en tanto por ciento, se obtiene multiplicando por 100 el cociente entre
los moles de reactivo ionizados y los iniciales: α = ⋅100 =
6,0
15,0
moles
moles 25 %.
c) Al elevar la temperatura el equilibrio evoluciona en el sentido en el que se produce absorción
de calor, es decir, hacia el sentido endotérmico de la reacción. Por tratarse de una reacción endotérmica,
un aumento de la temperatura provoca un aumento de la concentración de tolueno, incrementándose, por
tanto, su fracción molar.
Explicación: