Transcript
JSR PROBLEMAS PROPUESTOS 2 Procesos Industriales Universidad Santiago de Cali Juan Sebastián Ramírez-Navas Masa 1. Moles, moléculas y átomos 1) ¿Qué masa de aluminio existente en 60 g de sulfato de aluminio? 2) ¿Cuántas moléculas de propano hay en 0,88 g del mismo? 3) ¿Cuántas moléculas hay en 2 cm 3 de agua?. La densidad del agua es 1 g/cm 3 . 4) En 6 cm 3 de etanol (C 2 H 5 OH), ¿Cuántos gramos hay? ¿Cuántos moles? ¿Cuántas moléculas? ¿Cuántos átomos de carbono? ¿Cuántos átomos de oxígeno? ¿Cuántos átomos de hidrógeno? La densidad del etanol es 789 kg/m 3 . 5) Durante el proceso de la fotosíntesis la C 6 H 12 O 6 + O 2 en presencia de luz solar, se transforman en CO 2 + H 2 O. a) Representa la ecuación química del proceso balanceada; b) ¿Cuántos gramos de C 6 H 12 O 6 se pueden obtener con 3.250 g de CO 2 ?; c) ¿Cuántos gramos de oxigeno se liberan al aire en esta reacción, si tenemos 3,250 g de CO 2 ? 2. Disoluciones 1) Calcular (datos de densidad tomados a 20ºC): a) El %p/v de una solución 16 %p/p de CuSO 4 , de densidad 1,18 [g/mL]. b) La molaridad de una solución 33 %p/p de HNO 3 , de densidad 1,2 [g/mL]. c) La normalidad de una solución 35 %p/p de H 2 SO 4 , de densidad 1,26 [g/mL]. d) La molalidad de una solución 20 %p/p de NaOH. e) La fracción molar de soluto en una solución 40 %p/p de HNO 3 . f) La masa de soluto que hay en 30 [mL] de una solución de HF 20 %p/p de densidad 1,08 [g/mL]. g) El volumen de una solución de NaOH 36 %p/p de densidad 1,39 [g/mL] que contiene 8,01 [g] de soluto. h) La masa de soluto que hay en 200 [mL] de solución 1,5 M de HCl. i) El volumen de una solución 2 N de CaCl 2 que contiene 11,1 [g] de soluto. j) El volumen que se requiere de una solución de HF 20 %p/p, de densidad 1,08 [g/mL], para preparar 200 [mL] de una solución del mismo ácido, de densidad 1,04 [g/mL] y 10%p/p. k) El volumen de solución 15 %p/p de HCOOH, de densidad 1,037 [g/mL], que puede prepararse a partir de 50 [mL] de una solución del mismo ácido 33%p/p y de densidad 1,08 [g/mL]. l) El volumen de una solución de HCl 20 %p/p de densidad 1,098 [g/mL], que se necesita para preparar 500 [mL] de solución 1 M, del mismo ácido. m) El volumen de una solución 0,5 M de NaOH que se puede preparar a partir de 5 [mL] de una solución 36 %p/p del mismo soluto y de densidad 1,39 [g/mL]. n) El volumen de una solución de H 2 SO 4 35 %p/p de densidad 1,26 [g/mL] que se necesita para preparar 1000 [mL] de una solución 1 N del mismo ácido. o) El volumen de una solución 2 N de H 2 SO 4 , que se puede preparar a partir de 50 [mL] de una solución 12 %p/p del mismo ácido y de densidad 1,08 [g/mL]. 2) Qué volumen de agua se deberá adicionar a 500 mL de una solución 1,25N de H 2 SO 4 para convertirla en una solución 0,5N. 3) El Cloruro de magnesio (E511) es un estabilizante y potenciador del sabor. Se emplea como cuajo para preparar tofu a partir de leche de soja. En Japón se vende como Nigari, un polvo blanco amargo obtenido a partir del agua de mar. En la empresa Nigari Inc. un operario tomó 200 mL de una disolución de MgCl 2 de concentración 1 M y los mezcló con 400 cm 3 de otra, también de JSR MgCl 2 , 2,5 M. Finalmente añadió al conjunto 400 mL de agua. Suponiendo que los volúmenes son aditivos y la densidad final es 1,02 g/mL se le solicita su ayuda para determinar: a) ¿Cuál será la molaridad resultante?; b) ¿Cuál será la molalidad final? 4) Al analizarse una solución salina, se ve que contiene 23,5 g de NaCl por cada 1 000 cm 3 de solución, la cual tiene una densidad de 1,16g/mL. ¿Cuál es el porcentaje en peso de NaCl en la solución? ¿Cuántos kg de sal se deberán disolver para dar 500 L de solución? ¿Qué cantidad de agua se necesitará? R/. El % en peso de NaCl en la solución es de 2,0225. La masa de NaCl necesaria para formar 500 L de solución es de 11,75 kg. La masa de H 2 O será de 568,45 kg (Fuente: Valiente, A. – Tlacatzin, R. 1991. Problemas de Balance de Materia y Energía. P.72) 5) Para determinar la concentración de ácido acético en un vinagre, se tomaron 100 cm 3 del vinagre, se añadieron unas gotas de indicador de fenolftaleína y se tituló con una solución de sosa cáustica 1 M. El cambio de color se produjo después de usar 50 cm 3 de la solución cáustica. ¿Cuál es la concentración de ácido acético en gramos por litro en el vinagre?. Dato adicional: reacción de neutralización: NaOH + CH3COOH → CH3COONa + H2O. (Fuente: Valiente, A. – Tlacatzin, R. 1991. Problemas de Balance de Materia y Energía. P.74) 3. Fracción másica 1) En la pirámide alimentaria se señala un intervalo de raciones diarias para cada grupo de alimentos. Una ración en el grupo hortalizas incluye: 50 g de verduras para ensaladas; 60 g de hortalizas picadas y cocidas o crudas; 175 g de zumo de hortalizas. Establezca para una ración de hortalizas la fracción másica y el porcentaje de cada uno de sus componentes. R/. 0,18 (17,5%) de verduras, 0,21 (21%) de hortalizas, 0,62 (61,5%) de zumo de hortalizas. 2) Su mamá se encontró un libro de recetas de la abuelita. Como ella sabe que usted está estudiando ingeniería de alimentos le pide el favor que revise el libro. Usted decide organizarlo y estandarizarlo. Para esto debe convertir todas las cantidades a Fracción Másica y a Porcentaje. La primera receta que encontraron era una receta de Pastel de Bananos . Ingredientes : 1 Plátano muy maduro (200 g), 1 Banano maduro (150 g), 2 huevos (50g), 1/2 cucharada bicarbonato, 1 pisca sal, 1/3 taza aceite vegetal, 1/2 cucharada canela molida, 1/2 taza pasas, 1/2 taza harina blanca, 1 cucharada azúcar impalpable. Pasos : Pelar los bananos. En un bol poner los bananos y los huevos, machacar, agregar, sal, aceite, canela, bicarbonato y seguir moviendo. Agregar poco a poco la harina y seguir batiendo. Ya bien revuelto colocar en el molde y agregar pasas. Precalentar el horno a 350 grados y hornear por 30 minutos. Sacar del horno dejar enfriar y espolvorear azúcar impalpable. Tabla de conversiones 1 pizca 1,5 g 1 cucharadita 5 g 1 cucharada 15 g 1 taza 200 g 4. Densidad 1) 0,5 kg de alcohol etílico ocupan un volumen de 0,633 cm 3 . Calcular su densidad y peso específico. 2) ¿Cuántos m 3 ocuparán 1000 kg de aceite de linaza, si este tiene una densidad de 940 kg/m 3 ? 3) Determine la masa de un cubo de 5 cm de arista si el material con que está construido es de cobre. 4) Un objeto tiene una masa de 128,5 kg y un volumen de 3,25 m 3 a) ¿Cuál es su densidad?, b) ¿Cuál es su peso específico? 5) Un objeto tiene una masa de 2190 kg. a) ¿Cuál es el peso del objeto?; b) Si el volumen que ocupó es de 0,75 m 3 , ¿Cuál es su peso específico? 6) Si una cubeta contiene 2,00 lb de NaOH, a) ¿Cuántas libras mol de NaOH contiene? b) ¿Cuántos gramos mol de NaOH JSR contiene?. R/ a) 0,05 lb mol NaOH, b) 22,7 g mol NaOH (Fuente: Himmenblau, D. 1997. Principios básicos y cálculos en Ingeniería Química. P.19) 7) 1400 cm 3 de dióxido de azufre en las condiciones normales (0°C y 760 mm de presión) pesan 4g. a) ¿Cuál es la densidad del gas a estas condiciones? b) ¿Cuál es su densidad relativa respecto al aire? La densidad del aire en las condiciones normales de presión y temperatura es 1,293 g/L. R/. a) 2,858 g/L, b) 2,21 (Fuente: Ibarz, J. 1982. Problemas de Química General. P.29) 8) Si el dibromopentano (DBP) tiene un peso específico relativo de 1,57, ¿cuál es su densidad en a) g/cm 3 , b) Ib/ft 3 , y c) kg/m 3 ? ( ρ H 2 O = 1 g/cm 3 ). R/. a) 1,57 g/cm 3 , b) 97,97 lb m /ft 3 . (Fuente: Himmenblau, D. Principios básicos y cálculos en Ingeniería Química. P.24) 9) Un ácido sulfúrico concentrado de 65,0 °Bé contiene 91,33% de H 2 SO 4 . Calcular su concentración en gramos por litro. ( ρ H 2 O = 1 g/cm 3 ) (Fuente: Ibarz, J. Problemas de Química General. P.154-155) 10) Calcule la densidad en °Bé de una solución formada por el 20% en masa de benceno y el 80% de dicloroetano. Información adicional: N A : 6,022E23 mol -1 i masa deixmasa total ; i masa deiXmasa total masa dei isi sto n 10 %p/ pnmoles desolutoM1Lsolución V V PM , sto 1000 %p/ pmoles desolutom1000g disolvente 100 %p/ p PM , sto 10 %p/pEquivalentes gramodesoluto N1Lsolución PE , dis slv sto m m m , %p/ v %p/p * , slvstoslv sto %p/p PMx%p/p PM 100 %p/p PM stostostosto V %p/ p M V PMm100 1000 N V PE m V PM1000 1000 m PM stosto sto V %p/p M V m Vn100 PM 1000 1000 m PM equiv N Vn1000 , 1 1 2 2 C V C V 2 2 2 sto 2211 1 11 1 1 V %p/ p V M PM V N PEV%p/ p 10 %p/ p 10 %p/ p Donde: % p/p: porcentaje peso/peso o masa/masa de soluto; % p/v: porcentaje peso/volumen o masa/volumen de soluto; (%p/p) 1 : porcentaje peso / peso o masa / masa de la solución inicial; (%p/p) 2 : porcentaje peso / peso o masa / masa de la solución a preparar; m: molalidad de la solución; M: molaridad de la solución; m sto : masa de soluto medida en [g]; N: normalidad de la solución; n: número de moles de soluto medido en [mol]; n equiv : número de equivalentes gramo de soluto medido en [equiv]; JSR PE: peso equivalente o masa equivalente del soluto medida en [g/equiv]; PM slv : peso molecular o masa molecular del solvente medida en [g/mol]; PM sto : peso molecular o masa molecular del soluto medida en [g/mol]; PM sto : peso molecular o masa molecular del soluto medida en [g/mol]. V: volumen de la solución medido en [mL]; V 1 : volumen de la solución inicial medido en [mL]; V 2 : volumen de la solución a preparar medido en [mL]; x i : fracción másica; Xi: relación másica; x sto : fracción molar de soluto; ρ: densidad de la solución medida en [g/mL]; ρ 1 : densidad de la solución inicial medida en [g/mL]; ρ 2 : densidad de la solución a preparar medida en [g/mL]; masaVolumen , PesoPe gVolumen , 1 2 iR T CH O , ii m1 ▒ R 140Be 130 , R 145Be 145 R 141,5API 131,5 Presión a) Un medidor de vacío conectado a una cámara lee 5,8 psi en una posición donde la presión atmosférica es 14,5 psi. Determinar la presión absoluta de la cámara, presenta su resultado en atm (Datos adicionales, 1 atm = 101,325 Pa = 1 atm = 14,696 psi). R/. 0,592 atm. b) Suponga que se desea levantar un automóvil, de masa m = 1200 kg, con una gata hidráulica, tal como se muestra en la figura. ¿Qué fuerza F 1 se deberá aplicar en el émbolo más pequeño, de área 10 cm 2 , para levantarlo? (Suponga que el área del émbolo más grande es 200 cm 2 ). R./ 588 N c) Se usa un manómetro para medir la presión en un tanque. El fluido utilizado tiene una densidad relativa de 0,85 y la altura de la columna del manómetro es de 55cm, como indica la figura. Se la presión atmosférica local es de 96kPa, determine la presión absoluta dentro del tanque. R/. 100,6 kPa d) Para medir la presión de un gas dentro de un recipiente se usa un manómetro diferencial como el que se muestra en la figura. Cuando se efectúa la medición, la presión atmosférica es de 730 mm de Hg. El líquido medidor usado tiene una densidad de 1,6
