Ejercicios de química resueltos. Química de gases. Ley de Dalton.

[Ley de Dalton] 

El estudio de los gases constituye uno de los pilares fundamentales de la química general, ya que permite comprender cómo se comportan las sustancias en estados de baja densidad y bajo condiciones variables de temperatura, presión y volumen. Entre los modelos más útiles se encuentra la Ley de Dalton de las presiones parciales, que describe cómo cada gas en una mezcla ejerce su propia presión como si estuviera solo en el recipiente. Esta ley, junto con la ecuación de estado de los gases ideales y los conceptos de fracción molar y presión total, resulta esencial para analizar mezclas gaseosas en contextos tan diversos como la respiración de los buzos, la composición del aire, y la recolección de gases mediante desplazamiento de agua. Los ejercicios seleccionados de los textos de Brown y Chang ofrecen una práctica sólida y progresiva para aplicar estos principios, fortaleciendo la comprensión teórica mediante problemas reales y cuantitativos.

Química de García

1. En un recipiente hay una mezcla gaseosa formada por O₂, N₂ y CO₂. Se sabe que la presión parcial del N₂ es 0.68 atm y la del CO₂ es 0.22 atm. La presión total medida es 1.10 atm. Calcula la presión parcial del O₂. [garcia.ley.dalton.1]

Química de Brown

Muestra 10.10 Una mezcla de 6.00 g de O₂ y 9.00 g de CH₄ se coloca en un recipiente de 15.0 L a 0 °C. ¿Cuál es la presión parcial de cada gas y cuál es la presión total en el recipiente? [brown.15ed.m.10.10]

Práctica 10.10 ¿Cuál es la presión total ejercida por una mezcla de 2.00 g de H₂ y 8.00 g de N₂ a 273 K en un recipiente de 10.0 L? [brown.15ed.p.10.10]

10.25 Considera una mezcla de dos gases, A y B, confinados en un recipiente cerrado. Luego se añade al mismo recipiente una cantidad de un tercer gas, C, manteniendo la temperatura constante. ¿Cómo afecta la adición del gas C a lo siguiente? (a) la presión parcial del gas A (b) la presión total en el recipiente (c) la fracción molar del gas B [brown.15ed.10.25]

10.26 Un buzo de aguas profundas usa un cilindro de gas con un volumen de 10.0 L que contiene 51.2 g de O₂ y 32.6 g de He. Calcula la presión parcial de cada gas y la presión total si la temperatura del gas es 19 °C. [brown.15ed.p.10.10]

10.84 Considera el aparato mostrado en la siguiente figura. 

(a) Cuando la válvula entre los dos recipientes se abre y los gases se mezclan, ¿cómo cambia el volumen ocupado por el N₂? ¿Cuál es la presión parcial del N₂ después de la mezcla? (b) ¿Cómo cambia el volumen del O₂ al mezclarse? ¿Cuál es su presión parcial en la mezcla? (c) ¿Cuál es la presión total en el recipiente después de que los gases se mezclen? [brown.15ed.10.84]

10.89 Una cantidad de N₂ originalmente a 531.96 kPa en un recipiente de 1.00 L a 26 °C se transfiere a un recipiente de 12.5 L a 20 °C. Una cantidad de O₂ originalmente a 531.96 kPa y 26 °C en un recipiente de 5.00 L también se transfiere a este mismo recipiente. ¿Cuál es la presión total en el nuevo contenedor? [brown.15ed.10.89]

10.90 Una muestra de 3.00 g de SO₂(g) originalmente en un recipiente de 5.00 L a 21 °C se transfiere a uno de 10.0 L a 26 °C. Una muestra de 2.35 g de N₂(g) originalmente en un recipiente de 2.50 L a 20 °C se transfiere al mismo recipiente de 10.0 L. (a) ¿Cuál es la presión parcial del SO₂ en el recipiente grande? (b) ¿Cuál es la presión parcial del N₂ en ese recipiente? (c) ¿Cuál es la presión total en el recipiente? [brown.15ed.10.90]

Referencias

Baeza Baeza, J. J., & García Álvarez-Coque, M. C. (2014). Extent of reaction balances. A convenient tool to study chemical equilibria.

Brown, T. L., LeMay, H. E. J., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P., & Stoltzfus, M. W. (2015). Chemistry the Central Science.

Brown, T. L., LeMay, H. E. J., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P., Stoltzfus, M. W., & Lufaso, M. W. (2022). Chemistry, the central science (15th ed.). Pearson.

Chang, R. (2010). Chemistry (10th ed.). McGraw-Hill New York.

Chang, R., & Overby, J. (2021). Chemistry (14th ed.). McGraw-Hill.

da Silva, D. J. (2017). The basis of the limiting reagent concept, its identification and applications. World Journal of Chemical Education, 5(1), 1-8.

García García, J. L. (2020). El álgebra de la estequiometría. Educación química, 31(1), 138-150.

García García, J. L. (2021). Deduciendo las relaciones entre las unidades de concentración en disoluciones líquidas. Educación química, 32(3), 38-51.

García García, J. L. (2021). Hacia un equilibrio químico verdaderamente analítico. Educación química, 32(1), 133-146.

García García, J. L. (2025). Química general: Una guía moderna para bachillerato y universidad con enfoque algebraico. Ciencias de Joseleg. https://cienciasdejoseleg.blogspot.com/p/quimica-general-garcia.html

Garst, J. F. (1974). The extent of reaction as a unifying basis for stoichiometry in elementary chemistry. Journal of Chemical Education, 51(3), 194.

Matamala, M., & González Tejerina, P. (1975). Química (1ª ed.). Bogotá: Ediciones Cultural.

Moretti, G. (2015). The “extent of reaction”: a powerful concept to study chemical transformations at the first-year general chemistry courses. Foundations of Chemistry, 17(2), 107-115.

Mousavi, A. (2019). Stoichiometry of equations through the Inverse de Donder relation. Chemistry Teacher International, 1(1), 201800fon rate?. Journal of chemical education, 82(7), 1091.

Seager, S. L., Slabaugh, M. M., & Hansen, M. M. (2022). Chemistry for Today (10th ed.). Cengage Learning.

Smith, W. R., & Missen, R. W. (1979). What is chemical stoichiometry?. Chemical Engineering Education, 13(1), 26-32.

SOLAZ, J. J., & Quilez, J. (2001). Changes of extent of reaction in open chemical equilibria. Chemistry Education Research and Practice, 2(3), 303-312.

Vandezande, J. E., Vander Griend, D. A., & DeKock, R. L. (2013). Reaction extrema: Extent of reaction in general chemistry. Journal of Chemical Education, 90(9), 1177-1179.

Zumdahl, S. S., Zumdahl, S. A., DeCoste, D. J., & Adams, G. (2018). Chemistry (10th ed.). Cengage Learning.