Monthly Archives: January 2010

Reacciones ácido-base. Neutralización. Volumetría. Indicadores

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Introducción

El objetivo de la siguiente práctica será realizar una volumetría. Una volumetría es una reacción ácido-base en la que disponemos de una sustancia ( ácido o base ) de concentración conocida y queremos calcular la concentración de un cierto volumen de otra sustancia ( base o ácido ). Para ello utilizaremos un indicador.

Un indicador es un ácido o base débil que, en muy pequeña cantidad, permite determinar el punto de neutralización debido a la importante diferencia de color entre la forma disociada y la forma sin disociar.

Instrumentos

  • balanza electrónica
  • vasos milimetrados
  • pipeta milimetrada
  • varilla para remover
  • disolución ácida de pH desconocido ( la que preparamos en la práctica anterior )
  • disólución básica preparada con hidróxido de sodio 0,05M ( la prepararemos con el material del laboratorio )

Procedimiento

  • Preparamos 0,5L de disolución de hidróxido de sodio 0,05M. Para ello pesaremos 0,05moles de hidróxido de sodio en la balanza electrónica , añadiremos agua destilada hasta 0,5L y comprobaremos que se disuelve totalmente (para facilitar la disolución podemos pulverizar el hidróxido de sodio y, si fuera necesario, calentar)
  • Echamos en un recipiente 100mL de disolución de hidróxido de sodio.
  • Añadimos un indicador ( cualquiera de los que hay en el laboratorio: fenolftaleina, anaranjado de metilo, azul de metileno… ) Observamos el color.
  • Con la pipeta cogemos 10mL de disolución de ácido de concentración desconocida y vamos echando sobre la de hidróxido de sodio, poco a poco y removiendo. Seguimos realizando esta operación hasta que se produzca el cambio de color de la disolución, momento en el que se habrá producido la neutralización.
  • Apuntamos el volumen de ácido utilizado y por la estequiometría de la reacción, calculamos los moles de ácido que han reaccionado.
  • Con los moles y el volumen de ácido, calculamos la concentración del ácido.

Conclusiones

¿Cómo funciona el indicador?¿No afecta al pH el hecho de que añadamos un indicador?¿Por qué?

Preparación de una disolución diluída a partir de otra más concentrada

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Introducción

El objetivo de la siguiente práctica es preparar un cierto volumen de disolución diluida a partir de otra más concentrada que encontraremos en el laboratorio.

Una disolución es una mezcla homogénea que consta de un disolvente ( en nuestro caso, agua ) y de un soluto ( en nuestro caso ácido clorhídrico ).

Prepararemos 200mL de disolución 0,1M de ácido clorhídrico, a partir del material de que se dispone en el laboratorio.

Instrumentos

  • Balanza electrónica
  • Vasos milimetrados
  • Varillas para remover
  • Pipeta milimetrada
  • Agua destilada
  • Ácido clorhídrico concentrado ( en la etiqueta del ácido viene expresada su concentración en tanto por ciento en masa y su densidad )

Procedimiento

El primer paso será realizar los cálculos necesarios para obtener el volumen de disolución concentrada de ácido clorhídrico y el volumen de agua destilada necesarios para preparar nuestros 200mL de disolución 0,01M, tal y como hacíamos teóricamente en el curso anterior:

  • calculamos moles de soluto en 200mL de disolución 0,01M
  • pasamos a gramos y vemos en qué masa de disolución concentrada hay esos gramos de soluto
  • utilizando la densidad, convertimos masa de disolución en volumen de disolución.
  • enrasamos con agua hasta un volumen total de 200mL

NOTA: con los ácidos fuertes concentrados, como es el caso del ácido clorhídrico, es necesario proceder con precaución. Nunca se vierte agua sobre el ácido. El modo de proceder es el siguiente: se echa un poco de agua, sobre ese agua se echa el ácido y luego se enrasa hasta el volumen total. De este modo se evitan salpicaduras del ácido y posibles quemaduras.

Conclusiones

En el laboratorio disponemos de papel indicador de pH y de pH-metros. Podemos comprobar el pH de la disolución resultante y ver si se corresponde con el de una disolución 0,1M de ácido fuerte.

Reservaremos dicha disolución para llevar a cabo una neutralización en una práctica posterior.

Fórmula molecular y gases ideales

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35,2g de un hidrocarburo ocupan, en estado gaseoso un volumen de 13,2 L a presión de 1 atm y temperatura de 50ºC. Sabiendo que el 85,5% es C, calcula su fórmula molecular. ¿Qué volumen ocupará si la temperatura disminuye 20º?
Dato: R=0,082atm.L/K.mol

Solución

Si se trata de un hidrocarburo, sabemos que estará constituido por C y H
Si el 85,5% es C → H = 100 – 85,5 = 14,5%
Para obtener la fórmula molecular de un compuesto necesito la fórmula empírica y el peso molecular.
Para obtener la fórmula molecular necesito los porcentajes de los elementos que componen el compuesto

elemento porcentaje/PA dividimos entre el más pequeño
C 85,5/12=7,12 7,12/7,12=1
H 14,5/1=14,5 14,5/7,12=2

La fórmula empírica será: CH2

Necesito el peso molecular. Para ello utilizo la ecuación de los gases ideales: P.V = n.R.T
Como n=m/PM → p.V = (m.R.T)/PM → PM = (mRT)/pV = (35,2.0,082.323) / (1.13,2) = 70,63g/mol
La fórmula molecular será un factor de la fórmula empírica: CnH2n
12.n + 1.2n = 70,63 → n=5

Fórmula molecular: C5H10

b) Para calcular el volumen a la temperatura de 30ºC = 303K utilizo la ecuación de los gases ideales: pV=nRT
n=m/PM=0,50
V=nRT/p → V=0,50.0,082.303/1 = 12,4L

V=12,4L

Fórmula molecular y fórmula empírica

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Una muestra de 2,028g de azúcar ( que contiene carbono, oxígeno e hidrógeno ) se quema y producen 2,974g de dióxido de carbono gas y 1,217g de hidrógeno gas. Sabiendo que su peso molecular es 180g, calcula su fórmula molecular.
Datos: C=12; H=1; O=16

Solución

Azúcar es un compuesto orgánico. Quemar significa hacer reaccionar con oxígeno.
Cuando se quema cualquier compuesto orgánico siempre se obtiene dióxido de carbono y agua.
La fórmula molecular del compuesto será: CxHyOz
Al reaccionar con oxígeno: CxHyOz + O2 → CO2 + >H2O

Todo el C que hay en el azúcar tiene que haber pasado al CO2
Todo el H que hay en el azúcar tiene que haber pasado al H2O

El PM del CO2 es 44g.
Si en 44g de CO2 hay 12g de C
en 2,974g habrá 0,811g de C, que son los que proceden del ázucar

El PM del H2O es 18g
Si en 18g de H2O hay 2g de H
en 1,217g habrá 0,135g de H

Como tengo 2,028g de ázucar, la diferencia entre el total y lo que tengo de C y de H, será de O: O=2,028-0,811-0,135=1,082g
Para obtener la fórmula empírica:

elemento masa del elemento/PA dividimos entre el menor
C 0,811/12=6,76.10-2 6,76.10-2/6,76.10-2=1
H 0,135/1=0,135 0,135/6,76.10-2=2
O 1,082/16=6,76.10-2 6,76.10-2/6,76.10-2=1

La fórmula empírica será: CH2O
La fórmula molecular será: CnH2nOn
Como tenemos el PM=180g → 12n + 2n + 16n = 180 → 30n = 180 → n=6

Fórmula molecular: C6H12O6

Fórmula molecular

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Calcula la fórmula molecular de un compuesto sabiendo que 1L de su gas a 25ºC y 750mmHg tiene una masa de 3,88g y su composición centesimal es: 24,74% de C, 2,06% de H y 73,20% de Cl. Nombra el compuesto. ¿Puede tener isómeros? Determina de qué tipo y escribe alguno de ellos.

Solución

Para obtener la fórmula molecular de un compuesto, necesitamos su fórmula empírica y su peso molecular.
Para obtener la fórmula empírica, necesitamos los porcentajes de los elementos que componen el compuesto.

elemento porcentaje dividimos por PA dividimos entre el más pequeño
C 24,74% 24,74/12=2,06 2,06/2,06=1
H 2,06% 2,06/1=2,06 2,06/2,06=1
Cl 73,20% 73,20/35,5=2,06 2,06/2,06=1

La fórmula empírica será: CHCl
La fórmula molecular es siempre un factor de la fórmula empírica: CnHnCln

Necesitamos el PM. Utilizaremos la ecuación de los gases ideales: P.V = n.R.T
P=750mmHg=750/760=0,987atm
T=25ºC=298K
V=1L
n=m/PM=3,88/PM
p.V=n.R.T → 0,987. 1 = (3,88/PM)0,082.298 → PM=3,88.0,082.298/0,987.1 → PM=96,06g

96,06=12.n+1.n+35,5.n=48,5n → n=96,06/48,5=2

Fórmula molecular: C2H2Cl2

Ley de Lovoisier y Ley de Proust

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Se ha comprobado que 4,7g de A reaccionan con 12,8g de B para originar 17,5g de un compuesto. ¿Qué cantidad de compuesto se formará si hacemos reaccionar 3,5g de A con 11,5g de B?

Solución

La Ley de Proust dice que “cuando dos o más elementos reaccionan para dar lugar al mismo compuesto lo hacen siempre en la misma proporción”
Para saber qué cantidad de compuesto se obtiene, aplicaremos la ley de Lavoisier que dice que “la suma de la masa de los reactivos tiene que ser igual a la suma de la masa de los productos”

Aplicando la Ley de Proust:
si 4,7g de A reaccionan con 12,8g de B
3,5g de A reaccionarán con 9,5g de B

Como tengo 11,5g de B y sólo van a reaccionar 9,5g, me sobrarán 11,5-9,5=2,0g de B (será por lo tanto el reactivo en exceso, mientras que A será el reactivo limitante, es decir, el que se agota por completo)

Aplicando Lavoisier:
3,5g de A + 9,5g de B = 13,0g de compuesto se formarán

Ley de Proust y Ley de Dalton

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Dadas las siguientes muestras determina si se trata de uno o de varios gases. ¿Qué leyes estás utilizando? Si hay varios gases, demuestra que se verifica para ellos la ley de Dalton.

X (g) Y (g)
1ª 19,782 2,667
2ª 23,738 6,400
3ª 12,438 3,352
4ª 20,001 2,696

Solución

Para saber si se trata de uno o varios compuestos, aplicamos la ley de Proust que dice: “cuando dos o más elementos reaccionan para dar lugar al mismo compuesto, lo hacen siempre en la misma proporción.”

X (g) Y (g) X/Y
1ª 19,782 2,667 19,787/2,667=7,419
2ª 23,738 6,400 23,738/6,400=3,709
3ª 12,438 3,352 12,438/3,352=3,711
4ª 20,001 2,696 20,001/2,696=7,419

La proporción en la que reaccionan los elementos en el primer experimento coincide con la del 4º y la del 2º con el 3º, de modo que tenemos 2 compuestos distintos.

Puesto que tenemos 2 gases distintos, verificamos la ley de Dalton que dice: ” dos o más elementos pueden reaccionar en diferentes proporciones. En ese caso, si tomamos una cantidad fija de uno de ellos y comparamos las cantidades variables del otro elemento que se combinan con la cantidad fija del primero para dar lugar a los diferentes compuestos, estas cantidades variables se encuentran en una relación de números enteros sencillos.”
Por ejemplo, fijamos la cantidad de Y=1g

Para el primer compuesto
si 2,667g de Y se combinan con 19,782g de X
1g de Y se combina con 7,419g de X

Para el segundo compuesto
si 3,352g de Y se combinan con 12,438g de X
1g de Y se combina con 3,711g de X

Comparamos las cantidades variables de X:
7,419/3,711=2/1 → relación de números enteros sencillos

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EXAMEN FINAL FÍSICA 1º BACHILLERATO

Problema 1.- (2 puntos)
Problema 2.- ( 1,5 puntos)
Problema 3.- ( 1,5 puntos)
Problema 4.- (2 puntos)
Problema 5.- (1,5 puntos)
Problema 6.- (1,5 puntos)

NOTA: Los resultados de cada apartado de cada ejercicio se darán recuadrados, en las unidades adecuadas y bien redondeados. Para obtener la puntuación completa, los resultados deberán estar debidamente expuestos, argumentados y justificados. Se penalizará la falta de orden y limpieza así como las faltas de ortografía.

Es necesario entregar la hoja de enunciados. Se podrá utilizar un máximo de 3 folios. No se corregirá nada que exceda esta cantidad. La parte posterior de la hoja de enunciados podrá utilizarse para sucio.

NOTA: Este examen constituye el 80% de la nota correspondiente al bloque de Física ( 50% de la asignatura ) El 20% restante corresponderá a un examen realizado a finales de Mayo, relativo al tema de “Campo eléctrico” que aun no se ha impartido.

Tiro horizontal y M.R.U.-2010FinalFisicaP6

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Un avión que vuela a 2km de altura y con una velocidad de 1000km/h quiere destruir otro avión que vuela en su misma dirección y sentido, a una altura de 1,5km y con una velocidad de 800km/h. Determina la posición inicial del segundo avión cuando dispara el primero para que éste sea destruido.

Solución:

Tenemos 2 aviones que vuelan a diferentes velocidades y diferentes alturas. Uno de ellos quiere destruir al otro. Debemos encontrar el punto en el que debe encontrarse el avión que va a ser destruido cuando el otro tira la bomba.

El avión que va a ser destruido describe un MRU a una altura de 1500m
Va=800km/h=222,22m/s
Xa=Xo + 222,22.t
Ya=1500m

La bomba describe un tiro horizontal:
eje x:
Vbx=1000km/h=277,78m/s
Xb=277,78.t
eje y:
ay=-9,8m/s2
Vby=-9,8.t
Yb=2000-9,8.t2/2

El impacto debe producirse cuando la bomba está a 1500m Yb=1500m y entonces debe ocurrir que Xa=Xb
1500=2000-9,8.t2/2; t=10,10s
Xa(10,10s)=Xb(10,10s); Xo + 222,22.10,10 = 277,78.10,10; Xo=561,16m

La posición del segundo avión cuando el primero tira la bomba debe ser: r = ( 561,16 , 1500 )m

Plano inclinado con rozamiento-2010FinalFisicaP5

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Sea el plano inclinado de la figura. Si el coeficiente de rozamiento  entre el bloque de 8kg y el suelo es de 0,05, calcula hacia dónde se mueve el sistema y con qué aceleración.

¿Qué velocidad llevará el bloque de 6kg cuando se haya desplazado 3m?

planoinclinado6-8

Solución:

Lo primero que debemos hacer es suponer un sentido para el movimiento del sistema y dibujar las fuerzas que actúan sobre cada una de las masas en sus respectivos sistemas de referencia.

planoInclinadoFuerzas

A continuación, descomponemos las fuerzas en los ejes y vemos qué ocurre en cada eje:

m=8kg
eje x: Froz + Px – T = -8a; N.μ + m.g.sen35 – T = -8a; 48,18 – T = -8a
eje y: N – Py = 0; N=Py = m.g.cos35 = 8.9,8.cos35 = 64,22N

m=6kg
eje y: T- P = -ma; T- 6.9,8 = -6a; T- 58,8 = -6a

48,18 – T = -8a
T- 58,8 = -6a

a= 0,76 m/s2; Puesto que la aceleración es positiva, hemos supuesto bien el sentido del movimiento. El sistema se mueve hacia la masa de 6kg con una aceleración de a= 0,76 m/s2.

b) Aplicamos el teorema de las fuerzas vivas: ΔEc=W(F)

Ec(final)-Ec(inicial) = m.a.3; mv2/2 = m.0,76.3; v=2,14m/s

NOTA: Este mismo apartado puede resolverse también por cinemática, considerando que la masa describe un MRUA.