Guia de estudio gases noveno concepcion
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Este documento presenta una guía de estudio sobre química para estudiantes de noveno grado. Explica los conceptos básicos de los gases, incluyendo sus propiedades, la teoría cinética de los gases y las leyes que rigen su comportamiento. La guía también incluye ejemplos y preguntas para que los estudiantes practiquen el uso de estas leyes.
Guia de estudio gases noveno concepcion
- 1. INSTITUCIÓN EDUCATIVA No. 15 SEDE CONCEPCIÓN GUÍA DE ESTUDIO DE QUÍMICA DOCENTE: ARTURO TURIZO GRADO: NOVENO Estudiante Grupo Noveno No. Periodo Primer Periodo 2016 Área Ciencias Naturales Química 1. PROPÓSITO DEL ÁREA Construcción del conocimiento de los gases reales e ideales, utilizando las diferentes leyes que rigen el comportamiento de los gases que permiten dar explicación a situaciones enmarcadas dentro del contexto, cotidiano, el de la Química y el de otras ciencias. 2. ESTANDARES A DESARROLLAR Comparo los modelos que explican el comportamiento de gases reales ideales y lo aplico en la solución de problemas. 3. PROPÓSITO DEL PERIODO Realiza análisis e interpreta operaciones y las aplica en los ejemplos relacionados con gases en situaciones de la vida diaria. 4. INDICADORES DE LOGROS Defino los gases. Describo las propiedades que rigen el comportamiento químico de los gases. Identifico las leyes que rigen el comportamiento químico de los gases. Desarrollo problemas utilizando las diferentes leyes que rigen el comportamiento químico de los gases. Identifico y comprendo un gas ideal como un modelo teórico que cumple todos los postulados y leyes del comportamiento de un sistema gaseoso. Analizo y concluyo de forma escrita y coherente las propiedades de los gases, planteando ejemplos relacionados con situaciones de la vida diaria. Es responsable con sus deberes como estudiante. Participa en clases, demostrando interés por las enseñanzas adquiridas. 5. CONTEXTUALIZACION RECUERDA QUE: INSTRUCCIONES: Desarrolla en tu cuaderno esta guía de trabajo. Al final de esta guía indica para cada pregunta la respuesta que consideres correcta. El trabajo entregado será evaluado con nota parcial. Fecha de entrega: 28 de Marzo 6. ENSEÑANZAS 6.1 ENSEÑANZA 1
- 2. INSTITUCIÓN EDUCATIVA No. 15 SEDE CONCEPCIÓN GUÍA DE ESTUDIO DE QUÍMICA DOCENTE: ARTURO TURIZO GRADO: NOVENO EL ESTADO GASEOSO Es un estado disperso de la materia, es decir, Las moléculas del gas están separadas unas de otras por distancias mucho mayores del tamaño del diámetro real de las moléculas. es decir, el volumen ocupado por un gas (V) depende de la presión (P), la temperatura (T) y de la cantidad o número de moles (n). PROPIEDADES DE LOS GASES 1. Se adaptan a la forma y el volumen del recipiente que los contiene. Un gas, al cambiar de recipiente, se expande o se comprime, de manera que ocupa todo el volumen y toma la forma de su nuevo recipiente. 2. Se dejan comprimir fácilmente. Al existir espacios intermoleculares, las moléculas se pueden acercar unas a otras reduciendo su volumen, cuando aplicamos una presión. 3. Se difunden fácilmente. Al no existir fuerza de atracción intermolecular entre sus partículas, los gases se esparcen en forma espontánea. 4. Se dilatan, la energía cinética promedio de sus moléculas es directamente proporcional a la temperatura aplicada. Cuando se tiene 1 mol de gas, a 1 atm de presión, a una temperatura de 273 K y ocupa un volumen de 22,4 L, se dice que se encuentra en condiciones normales (C.N.) TEORIA CINETICA DE LOS GASES La teoría Cinética de los gases explica las características y propiedades de la materia en general, y establece que el calor y el movimiento están relacionados, que las partículas de toda materia están en movimiento hasta cierto punto y que el calor es una señal de este movimiento. Fue enunciada por D Bernoulli hacia1738 y confirmada por R Clausius y J.C. maxwell en el siglo XIX 1. Los Gases están constituidos por partículas (átomos o moléculas) situadas a gran distancia entre sí. Las partículas de un gas están en constante movimiento aleatorio chocando en línea recta, al azar en todas las direcciones. 2. El volumen total de las partículas de un gas es muy pequeño (y puede despreciarse) en relación con el volumen del recipiente que contiene el gas. 3. Los choques de las partículas de un gas son elásticos, es decir, las partículas no ganan ni pierden energía cinética en ellos, aunque puede existir transferencia de energía. La presión del gas se produce por las colisiones de las partículas con las paredes del recipiente. La energía cinética de las partículas aumenta con la temperatura del gas, es decir es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas. 4. Las fuerzas atractivas y repulsivas entre las partículas se pueden considerar despreciables. LOS ELEMENTOS GASEOSOS Los elementos gaseosos son: Hidrógeno, Helio, Nitrógeno, Oxigeno, Flúor, Cloro, Helio, Neón, Argón, Kriptón, Xenón Y Radón LEYES QUE EXPLICAN EL COMPORTAMIENTO DE LOS GASES LEY DE BOYLE En 1660 Robert Boyle realizó una serie de experiencias que relacionaban el volumen y la presión de un gas, a temperatura constante, Boyle observó que cuando la presión P, sobre el gas aumentaba, el volumen V, se reducía , y a la inversa , cuando la presión P, disminuía , el volumen V, aumentaba El volumen de una cantidad fija de gas a temperatura constante es inversamente proporcional a la presión EXPLICACIÓN Donde V y P son respectivamente el volumen y la presión , cambiamos el signo de proporcionalidad alfa(α) por un signo igual(=) se debe colocar una constante de proporcionalidad K, por lo tanto la ecuación queda de la siguiente forma V=K.1/P en donde P.V=K Esta expresión nos indica que siempre que se tenga una cantidad fija de un gas a temperatura constante el producto de la presión por el volumen será igual a una constante K. Se puede demostrar experimentalmente que al aumentar la presión a temperatura constante el volumen disminuye. En el gráfico podemos observar que se tiene una cantidad fija de gas a determinadas condiciones de presión, Temperatura y volumen.
- 3. INSTITUCIÓN EDUCATIVA No. 15 SEDE CONCEPCIÓN GUÍA DE ESTUDIO DE QUÍMICA DOCENTE: ARTURO TURIZO GRADO: NOVENO EJEMPLOS 1. Se tienen 0,5 gramos de Oxigeno en un recipiente de 350 mililitros a 22°C y una presión de 350 torr, ¿Cuál será la nueva presión del gas si se cambia a un recipiente de 0,72litros? la temperatura permanece constante. 350ml = 0,35 l 2. Cual es el volumen final de un gas que tiene una volumen inicial de 6 lt y una presión inicial de 2 atm y su presión aumenta a 6 atm; T y n = cte ( Se debe despeja Vf de la ecuación ) LEY DE CHARLES Descubrió que si la cantidad de gas y la presión permanecen constantes, el cociente entre el volumen y la temperatura siempre tiene el mismo valor En 1787, Jack Charles estudió porprimera vez la relación entre el volumen y la temperatura de una muestra de gasa presión constante y observó que cuando se aumentaba la temperatura el volumen del gas también aumentaba y que al enfriar el volumen disminuía. A presión constante, elvolumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta Donde V yT son respectivamente el volumen y la temperatura , cambiamos elsigno de proporcionalidad alfa(α) por un signo igual(=) se debe colocaruna constante de proporcionalidad K, por lo tanto la ecuación que da dela siguiente forma V=KT en donde V/T=k Esta expresión nos indica que siempre que se tenga una cantidad fija deun gas a presión constante el cociente entre el volumen y la temperatura siempre tiene el mismo valor , es decir es constante. Se puede demostrar experimentalmente que al aumentar la temperatura el volumen aumenta a presión constante. Enel gráfico podemos observar que se tiene una cantidad fija de gas adeterminadas condiciones de presión, Temperatura y volumen. EJEMPLOS 1. Un gas ocupa un volumen de 2 l a 10°K, luego se aumenta la temperatura a 50°K, calcule el volumen final del gas si P y n = Ctes (Se despeja de la formula Vf). 2. Un gas ocupa un volumen de 20 lt a 100°K, luego su volumen disminuye en un 50 %, calcule la temperatura final del gas; si P y n = Ctes ( Se debe calcular el volumen final y despejar Tf )
- 4. INSTITUCIÓN EDUCATIVA No. 15 SEDE CONCEPCIÓN GUÍA DE ESTUDIO DE QUÍMICA DOCENTE: ARTURO TURIZO GRADO: NOVENO LEY DE GAY-LUSSAC En 1808, el químico francés J. L. Gay-Lussac (1778-1850) logró establecer claramente la relación entre la presión y el volumen de un gas: si el volumen de un gas no cambia mientras lo calentamos, la presión del gas aumenta en la misma proporción en que se incremente la temperatura. Esto significa que la presión que ejerce un gas es directamente proporcional a la temperatura, siempre que el volumen se mantenga constante: (a volumen constante) donde P simboliza la presión, T la temperatura y k la constante de proporcionalidad. En determinadas condiciones iniciales y finales de presión y volumen, cuando el volumen del gas no cambia, el cociente P/T es siempre el mismo, es decir: EJEMPLOS 1. Un gas está en un recipiente de 2 L a 20 °C y 560mmHg. ¿A qué temperatura en °C llegará el gas si aumenta la presión interna hasta 760 mmHg? 2. Una cantidad de gas en un recipiente de acero tiene una presión de 760 torr a 25°C. ¿Cuál es la presión en el recipiente si la temperatura se incrementa hasta 50°C? LEY COMBINADA DE LOS GASES Las leyes de Boyle y de Charles se pueden combinar en una ley que nos indica a la vez la dependencia del volumen de una cierta masa de gas con respecto a la presión y la temperatura. Esta ley conocida, como ley combinada de los gases se enuncia como sigue: para una masa determinada de cualquier gas, se cumple que el producto de la presión por el volumen dividido entre el valor de la temperatura es una constante: El valor de esta constante depende de la masa y no del tipo de gas utilizado, ya que todos los gases se comportan de la misma manera. La ley combinada de los gases puede expresarse: Donde las temperaturas T1 y T2 se expresan en Kelvin (K). EJEMPLO 1. Un buceador profesional, que recibe aire bombeado con un compresor, desde la superficie le suministra 487 litros/minuto, siendo la temperatura en la superficie de 35 ºC. La inmersión es a 60 metros de profundidad donde la temperatura es de 8 ºC. ¿Qué cantidad de aire(volumen) por minuto podrá suministrar el compresor desde la superficie a la mencionada profundidad?
- 5. INSTITUCIÓN EDUCATIVA No. 15 SEDE CONCEPCIÓN GUÍA DE ESTUDIO DE QUÍMICA DOCENTE: ARTURO TURIZO GRADO: NOVENO Utilizando la ecuación combinada P2= 7 bar absolutos (6 por la profundidad, un bar cada 10 metros de agua, y 1 por la presión atmosférica Estado Inicial: V1=487L T1=35+273=308°k P1=1bar : Estado Final: V2=? T2=8+273=281°k P2=7bar P1*V1/T1 = P2*V2/T2 P1*V1*T2=P2*V2*T1 Despejamos V2 V2=P1*V1*T2 V2= 1bar*487L *281°k V2=63,43 Litros P2*T1 7bar*308°k 2. Una masa gaseosa ocupa un volumen de 2,5 litros a 12 °C y 2 atm de presión. ¿Cuál es el volumen del gas si la temperatura aumenta a 38 °C y la presión se incrementa hasta 2,5 atm? Condiciones iniciales: V1 = 2,5 litros T1 = 12 °C + 273 = 285 K P1 = 2 atm Condiciones finales: V2 = ? T2 = 38 °C + 273 = 311 K P2 = 2,5 atm Despejamos V2 V2=P1*V1*T2 V2= 2 atm*2,5L *311°k V2=2,18 Litros P2*T1 2,5 atm*285°k LEY DE DALTON O DE LAS PRESIONES PARCIALES John Dalton determinó que cuando se ponen en un mismo recipiente dos o más gases diferentes que no reaccionan entre sí: la presión ejercida por la mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de todos ellos. En otras palabras, cada gas ejerce una presión independiente de las otras como si fuera el único gas dentro del recipiente. En general, la ley de Dalton se puede expresar así: Ptotal = P1 + P2 + P3 + … Los subíndices (1, 2, 3) indican los distintos gases que ocupan el mismo recipiente. La presión ejercida por un gas es proporcional al número de moléculas presentes del gas e independiente de la naturaleza. Para hallar la presión parcial de cada gas en una mezcla se multiplica la presión total por la fracción molar respectiva así: Pparcial (1) = X(1) * Ptotal donde : X = fracción molar La fracción molar se define como el número de moles del componente (1) dividido entre el número de moles totales: EJEMPLOS 1. Cuál es la presión total de una cámara de gases si la presión parcial de "He" es de 20 atm, presión parcial de " N" es de 7600 mm Hg y la de "Ar" es de 147 PSI; T, V y n son Ctes (convierto todos las presiones a atmósfera y luego aplico formula) 7600mmHg*(1atm/760mmHg) P = 10 atm 147 PSI*(1atm/14,7PSI ) P = 10 atm Pt = PHe + PN+ PAr Pt = 20 atm + 10 atm + 10 atm = 40 atm 2. Si la presión total de una mezcla de gases( N, Ar, He) es de 50 atm, y la presión parcial de N es de 5 atm y la presión parcial de Ar es de 15 atm, cuál es la presión parcial de He, si T, V y n = Ctes ( De la formula despejo la presión parcial de He) PHe = Pt - PN- PAr PHe = 50 atm - 5 atm - 15 atm = 30 atm
- 6. INSTITUCIÓN EDUCATIVA No. 15 SEDE CONCEPCIÓN GUÍA DE ESTUDIO DE QUÍMICA DOCENTE: ARTURO TURIZO GRADO: NOVENO LEY DE AVOGADRO Dos gases a las mismas condiciones de volumen, presión y Temperatura tienen el mismo número de moles ó dos gases con la misma cantidad de moles, presión y temperatura tienen el mismo volumen; el volumen de una mol de un gas condiciones normales a 0°C y atm de presión siempre será igual a 22.4 lt nx = ny si P , V y T = Ctes Vx = Vy si P, T y n = Ctes EJEMPLOS 1. 10 moles de helio se encuentra en un cámara de 10 lt a una temperatura de 200°K y 5 atm de presión, calcule las moles de Neón si se coloca este gas en una cámara con el mismo volumen, presión y temperatura ( se observa las variables iguales ) P,V yT =Ctes entonces nNe = nHe nNe= 10 moles 2. Dos moles de un gas X ocupa un volumen de 80 lt a una presión de 2 atm y O°C, Calcule el volumen de una gas Y si dos moles de este gas están a 1520 mmHg y 273°K ( se deben convertir todos las variables a una misma unidad ) Temperatura del gas X = 0 + 273 = 273°K Presión del gas Y = 1520 mm Hg * ( 1 atm/ 760mmHg ) = 2 atm P, T y n = CTES entonces Vx = Vy Vy = 80lt ECUACION ESTADO O LEY DE LOS GASES IDEALES La ecuación de estado de gases ideales resume todas las leyes en una sola ecuación; para esto se utiliza la constante de los gases que se denomina "R";se utiliza cuando se desea conocer una variable; a partir de otras tres variables conocidas o cuando no permanecen constantes algunas variables R = 0,082 (atm* lt) / ( mol* °K) P * V = n * R * T PF * VF * nI * TI = PI * VI * nF * TF EJEMPLOS 1. Calcule el número de moles presente de un gas que ocupa un volumen de 5 lt a una presión de 2 atm y una temperatura de 50°K ( utilizo ecuación uno y despejo moles ) n = ( P * V ) / ( R * T ) n =( 2 atm* 5 lt ) / ( 0.082 atm* lt/ mol* °K * 50°K) n = 10 / 4.1 n = 2.43 moles 2. Calcule el volumen final de un gas si su volumen inicial es de 2 lt, presión inicial 10 atm, temperatura inicial 50 °K y posee 2 moles inicialmente, luego se pasa a otra cámara de gases a una temperatura de 10°K, una presión de 5 atm y se adicionan 8 moles más de gas ( calculo las moles finales y despejo el Vf de la ecuación 2 ) nF = 2 moles + 8 moles = 10 moles VF = (PI*VI* nF *TF )/ (PF* nI* TI ) VF = ( 10 atm*2lt*10mol*10°K) / ( 5 atm*2mol*50°K) VF = 2000 / 500 = 40 lt 6.2 Ejercicios EJERCICIOS PROPUESTOS LEY BOYLE 1. Un gas ideal ocupa un volumen de 10 lt a 3 atm, luego se quintuplica esta presión, cuál será su nuevo volumen, si T y n son Ctes. 2. Si conduzco un vehículo de Pereira a Bogotá. Observo algún cambio en el tamaño de las llantas al llegar a Cartagena. si T y n es ctes 3. Cuál debe ser la presión final de un gas para que su volumen se reduzca de 8 l a 2 l, su presión inicial es de 2 atm T y n = Ctes 4. Un gas tiene un volumen inicial de 10 lt a una presión de 18 atm, luego su presión se reduce en 8 atm; cuál será su volumen final si T y n = Ctes
- 7. INSTITUCIÓN EDUCATIVA No. 15 SEDE CONCEPCIÓN GUÍA DE ESTUDIO DE QUÍMICA DOCENTE: ARTURO TURIZO GRADO: NOVENO LEY DE CHARLES & GAY LUSSAC 1. una gas ocupa un volumen de 5 l a 400°K , cuál será su volumen final si su temperatura disminuye a 27°C; moles y presión constantes 2. una gas ocupa un volumen de 5000 ml a 20°K, cuál será su temperatura final si el volumen aumenta en 4 litros (el número de moles y presión son constantes ) 3. Un bomba de oxigeno de 10 lt se coloca dentro de un congelador, que pasara con su volumen; P y n = Ctes 4. Calcule cual es el volumen inicial de un gas si su temperatura inicial es de 10°K; y su volumen final es de 100 l a una temperatura de 500°K P y n =n Ctes LEY DE DALTON 1. Calcule la presión parcial de He si la presión total de la mezcla de ( He + N ) es de 15 atm y la presión parcial de N es de 6 atm si T, V y n = Ctes 2. calcule la presión parcial de "N" si la presión total de una mezcla de gases es de 10 atm y la presión parcial de "He" es 2 atm y del "Br" 5 atm si T, V y n = Ctes 3. Calcule la presión total de una mezcla de gases si la presión parcial de "O" es de 20 atm, presión parcial de " Ne" es de 30 atm, la presión parcial de " N" es de 25 atm y la presión parcial de "Ar " es de 5 atm. si T, V y n = Ctes LEY DE AVOGADRO 1. Calcule el volumen de una mol de Ozono si tiene una temperatura de 0°C y 1 atm de presión 2. Dos gases con la misma cantidad de moles, si el primero posee una presión de 50 atm y una temperatura de 200°K y un volumen de 25 lt, que condiciones de presión y temperatura debe tener el segundo gas para ocupar un volumen de 25 lt 3. 2 moles de oxigeno se encuentra en un cámara de 5 lt a una temperatura de 40°K y 2 atm de presión, calcule las moles de Nitrógeno si se coloca este gas en una cámara con el mismo volumen, presión y temperatura 7. EVALUACIÓN – TALLER INSTRUCCIONES: Debes copiar cada enunciado en tu cuaderno y realizar el desarrollo. Indica la respuesta correcta y demuéstrala en tu cuaderno. 1. Una cierta cantidad de gas en un globo tiene un volumen de 185 ml a una temperatura de 52 °C ¿Cuál es el volumen del globo si la temperatura disminuye a -17°C? suponga que la presión permanece constante. a. 26,5 ml b. 84,93 ml c. 255,5 ml d.0,0125 ml 2. Si el volumen de un gas es de 3420 ml a una presión de 2.17 atm. ¿Cuál es la presión si el gas se expande hasta 8.75 litros a temperatura constante? a. 4,5 atm b. 3,45 atm c. 5,55 atm d. 0,848 atm 3. A una presión de 350 torr, una masa de nitrógeno ocupa un volumen de 2.5 litros. hallar el volumen que ocupará el mismo gas a la presión de una atmosfera y temperatura constante. a. 5,43 litros b. 1,15 litros c. 10,64 litros d. 4,75 litros 4. Una cantidad de gas ocupa un volumen de 80 cm3 a una presión de 750 mm Hg. ¿Qué volumen ocupará a una presión de 1,2 atm. si la temperatura no cambia? a. 70 cm3 b. 81,06 cm3 c. 65,8 cm3 d. 90 cm3 5. Una muestra de hidrógeno gaseoso ocupa un volumen de 400 ml a una presión de 760 mm Hg ¿Cuál es el volumen de la muestra a una presión de 740 mm Hg, si la temperatura permanece constante? a. 410,81 ml b. 400,97 ml c. 741,9 ml d. 390,78 ml 6. Una cierta cantidad de gas en un globo tiene un volumen de 185 ml a una temperatura de 52 °C ¿Cuál es el volumen del globo si la temperatura disminuye a -17°C? suponga que la presión permanece constante. a. 234,86ml b. 146,36 ml c. 451,11ml d. 150 ml 7. Se tienen 5 gramos de un gas ideal a presión constante en un recipiente de 8.5 litros a 27 °C y calentamos el gas a 118°C ¿Cuál será el nuevo volumen del gas? a. 1069,71 litros b. 11,07 litros c. 15,7 litros d. 484,64 litros 8. Si el volumen del aire de una habitación a 10 ºC es de 90000 litros, ¿cuánto aire escapará de la habitación si se calienta hasta 30ºC? a. 6360,42 litros b. 96360 litros c. 84059,4 litros d.20406 litros 9. El volumen e un gas ideal es de 750 ml cuando su temperatura es de 25 °C ¿Cuál es su volumen si la temperatura baja a 0 °C? la presión es constante. a. 818,69 ml b. 108,47 ml c. 687,08 ml d.766 ml 10. Una determinada cantidad de cloro gaseoso ocupa 200 ml a 20°C; si la presión se mantiene constante ¿qué volumen ocupará el gas a -20°C? a. 172,70 ml b. 200,83 ml c. 90,97 ml d. 345,40 ml 11. Se calienta aire en un cilindro de acero de 20 °C a 42°C. Si la presión inicial es de 4.0 atmósferas ¿Cuál es su presión final? a. 4 atm b. 5 atm c. 3,72 atm d. 4,3 atm 12. Un tanque de acero contiene nitrógeno a 25 °C y una presión de 10,0 atm. Calcular la presión interna del gas cuando se calienta el tanque a 150 °C. a. 12605,4 atm b. 14,19 atm c. 7,04 atm d. 28,36 atm
- 8. INSTITUCIÓN EDUCATIVA No. 15 SEDE CONCEPCIÓN GUÍA DE ESTUDIO DE QUÍMICA DOCENTE: ARTURO TURIZO GRADO: NOVENO 8. RECURSOS Cuaderno, Texto Guía, Lápiz, Lapiceros, Borrador, Sacapuntas, Dispositivos móviles o laptop para Consultas en Internet, Libros de Química de grado 10 y 11. 9. BIBLIOGRAFÍA MENDIETA, Jemmy. QUIMICA BASICA 10 Ed. Prentice Hall; SOTO, Angel. QUIMICA INORGANICA 10° Ed. Mc Graw Hill GARCIA, Arcesio. HACIA LA QUIMICA 1. Ed. Temis; CR-ROM ENCICLOPEDIA DE LA CIENCIA V. 3.0 Microsoft. Buscador www.google.com y videos en www.youtube.com 10. ACTIVIDAD DE RETROALIMENTACIÓN ¿Qué es un gas?, ¿Cuáles son las propiedades de los gases?, ¿Cuáles son las leyes que explican el comportamiento de los gases? Profundización: Investiga: Gases reales, Difusión de gases: ley de Graham.