QuímicaMedioProblema · 2 pts

Ajuste redox y estequiometríaSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2021 · Junio

Comunitat Valenciana · 2021 · Junio
Enunciado
Una aleación empleada en la construcción de estructuras para aviones posee un 93,7 % en masa de aluminio, siendo el resto cobre. La aleación tiene una densidad de 2,85 g⋅cm−32{,}85\ \text{g}\cdot\text{cm}^{-3}. Una pieza de 0,691 cm30{,}691\ \text{cm}^3 de esta aleación reacciona con un exceso de ácido clorhídrico de acuerdo con la siguiente ecuación (no ajustada):Al(s)+HCl(ac)⟶AlCl3(ac)+H2(g)\text{Al}(s) + \text{HCl}(ac) \longrightarrow \text{AlCl}_3(ac) + \text{H}_2(g)Suponiendo que todo el aluminio reacciona con este ácido, mientras que el cobre no lo hace en absoluto:

a) Determine la masa (en gramos) de dihidrógeno obtenida. (1 punto)

b) Calcule la composición porcentual en masa de otra aleación de aluminio y cobre, de densidad 2,75 g⋅cm−32{,}75\ \text{g}\cdot\text{cm}^{-3}, sabiendo que una pieza de 0,540 cm30{,}540\ \text{cm}^3 de la misma consume 132,0 mL132{,}0\ \text{mL} de una disolución de ácido clorhídrico 1,0 M1{,}0\ \text{M} para que se complete la reacción. (1 punto)

Datos: Masas atómicas relativas: H = 1,0; Al = 27,0; Cl = 35,5.
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Resultado
a) 2 Al+6 HCl→2 AlCl3+3 H22\,\text{Al} + 6\,\text{HCl} \to 2\,\text{AlCl}_3 + 3\,\text{H}_2; se obtienen 0,205 g0{,}205\ \text{g} de H2\text{H}_2 (0,1025 mol).

b) La segunda aleación tiene un 80,0 % de aluminio y un 20,0 % de cobre en masa.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

Lo primero es ajustar la ecuación: sin los coeficientes no hay proporciones entre moles. Después, todo pasa por los moles de aluminio, que es lo único que reacciona (el cobre es un espectador).

En a) se va de la pieza a su masa (densidad por volumen), de la masa de la aleación a la de aluminio (el 93,7 %) y de ahí, con la estequiometría, a los moles y gramos de H2\text{H}_2.

En b) el camino es el inverso: el ácido consumido dice cuántos moles de aluminio había; con su masa y la masa total de la pieza sale el porcentaje.
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Desarrollo

Ajuste de la ecuación. El aluminio pasa a Al3+\text{Al}^{3+} (cede 3 electrones) y cada H+\text{H}^+ pasa a hidrógeno (gana 1). Con 2 Al se ceden 6 electrones, que toman 6 H para dar 3 H2\text{H}_2:2 Al(s)+6 HCl(ac)⟶2 AlCl3(ac)+3 H2(g)2\,\text{Al}(s) + 6\,\text{HCl}(ac) \longrightarrow 2\,\text{AlCl}_3(ac) + 3\,\text{H}_2(g)Es decir, n(H2)=32 n(Al)n(\text{H}_2) = \tfrac{3}{2}\,n(\text{Al}) y n(HCl)=3 n(Al)n(\text{HCl}) = 3\,n(\text{Al}).

a) Masa de la pieza y del aluminio que contienemaleacioˊn=ρ V=2,85 g⋅cm−3⋅0,691 cm3=1,969 gm_{\text{aleación}} = \rho\,V = 2{,}85\ \text{g}\cdot\text{cm}^{-3}\cdot 0{,}691\ \text{cm}^3 = 1{,}969\ \text{g}m(Al)=0,937⋅1,969 g=1,845 gn(Al)=1,845 g27,0 g/mol=0,0683 molm(\text{Al}) = 0{,}937\cdot 1{,}969\ \text{g} = 1{,}845\ \text{g} \qquad n(\text{Al}) = \frac{1{,}845\ \text{g}}{27{,}0\ \text{g/mol}} = 0{,}0683\ \text{mol}Moles y masa de dihidrógeno. Con M(H2)=2,0 g/molM(\text{H}_2) = 2{,}0\ \text{g/mol}:n(H2)=32⋅0,0683 mol=0,1025 molm(H2)=0,1025 mol⋅2,0 g/mol=0,205 gn(\text{H}_2) = \frac{3}{2}\cdot 0{,}0683\ \text{mol} = 0{,}1025\ \text{mol} \qquad m(\text{H}_2) = 0{,}1025\ \text{mol}\cdot 2{,}0\ \text{g/mol} = 0{,}205\ \text{g}b) Moles de ácido consumidosn(HCl)=M V=1,0 mol/L⋅0,1320 L=0,132 moln(\text{HCl}) = M\,V = 1{,}0\ \text{mol/L}\cdot 0{,}1320\ \text{L} = 0{,}132\ \text{mol}Aluminio que había en la pieza. Por la estequiometría, 6 mol de HCl reaccionan con 2 mol de Al:n(Al)=n(HCl)3=0,1323=0,0440 molm(Al)=0,0440⋅27,0=1,188 gn(\text{Al}) = \frac{n(\text{HCl})}{3} = \frac{0{,}132}{3} = 0{,}0440\ \text{mol} \qquad m(\text{Al}) = 0{,}0440\cdot 27{,}0 = 1{,}188\ \text{g}Masa de la pieza y composiciónmaleacioˊn=2,75 g⋅cm−3⋅0,540 cm3=1,485 gm_{\text{aleación}} = 2{,}75\ \text{g}\cdot\text{cm}^{-3}\cdot 0{,}540\ \text{cm}^3 = 1{,}485\ \text{g}% Al=1,1881,485⋅100=80,0 %% Cu=100−80,0=20,0 %\%\,\text{Al} = \frac{1{,}188}{1{,}485}\cdot 100 = 80{,}0\ \% \qquad \%\,\text{Cu} = 100 - 80{,}0 = 20{,}0\ \%
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Consejo

Ajusta la ecuación antes de nada: con la ecuación sin ajustar (1 : 1 : 1 : 1) se obtiene una masa de H2\text{H}_2 y un porcentaje de aluminio que no tienen nada que ver, y el corrector no puntúa un planteamiento con proporciones equivocadas.

Escribe siempre la cadena completa (volumen → masa → masa de Al → moles de Al → moles de H2\text{H}_2 → gramos) con unidades en cada paso: los criterios valoran sobre todo el planteamiento, y un error de redondeo pesa poco.
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