A.F. Ciencias Naturales -Semana - 4 Química-Soluciones y Gases

En la tabla, se muestran las variaciones de presión de una cantidad fija de un gas en un recipiente cerrado variando la temperatura, pero manteniendo las demás condiciones sin variar.

Un estudiante quiere explicar este comportamiento y recurre a la ley de los gases ideales:

PV= nRT

Donde P es presión, V es volumen, n es el número de moles, R es la constante de los gases ideales y T es la temperatura.

Con base en la información anterior, y teniendo en cuenta la ley de los gases ideales, ¿cómo cambia el comportamiento del gas cuando aumenta la temperatura en el recipiente?

• Aumenta el número de moles del gas.

• Disminuye el volumen del gas.

• Aumenta la presión del gas.

• Disminuye la densidad del gas.

En un experimento se tomaron medidas de la variación del volumen (∆V) de un cubo de un material elástico (respecto a un volumen de referencia), de su temperatura (T) y de la presión (P) a la que se sometía. Los datos del experimento se muestran en la tabla.

Teniendo en cuenta la información anterior, ¿cuál de los siguientes sería el título más apropiado para esta tabla?

• Variación del volumen con la temperatura a diferentes presiones.

• Comportamiento de la temperatura y el volumen a diferentes presiones.

• Comportamiento de la temperatura con la presión a diferentes volúmenes.

• Variación del volumen y la presión a diferentes temperaturas.

Unos estudiantes tiene 3 gases diferentes (I, II, III) insolubles en agua, y quieren saber si 1 gramo de estos 3 gases ocupa el mismo volumen, estando todos a la misma presión y temperatura. Para ello, burbujean 1 gramo de gas por un tubo lleno de agua y miden el volumen de gas en mililitros (ver figura).

Los resultados obtenidos se muestran en la tabla.

Los resultados de este experimento sirven para

• evidenciar que los gases de mayor masa son más solubles en agua.

• concluir que los 3 gases tienen la misma temperatura de ebullición.

• evidenciar que los gases de mayor masa son los que tienen un mayor volumen.

• concluir que la misma masa de los 3 gases puede tener un volumen diferente.

En la tabla se muestran los valores de volumen, densidad, temperatura, presión y número de moles de un gas durante un experimento realizado en un recipiente cerrado.

Con base en la información anterior, y teniendo en cuneta la ley de los gases ideales, al aumentar la temperatura a 120 ºC, ¿cuál de las siguientes propiedades del gas se modificará?

• El número de moles.

• La densidad.

• El volumen.

• La presión.

Un estudiante lee en un libro que la energía interna del aire aumenta si disminuye su volumen y aumenta su temperatura. Él introduce en la nevera una botella llena de aire. Tiempo después observa que el volumen de la botella no cambia. ¿Cómo varía la energía interna del aire que está dentro de la botella durante el tiempo que permanece en la nevera?

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En un taller automotor inflan las llantas de un carro con nitrógeno (N2), el cual se comporta como un gas ideal. Habitualmente, el gas se encuentra confinado en la llanta con volumen definido, a una presión atmosférica de 1 atm y a temperatura ambiente de 20°C, como se muestra en la figura.

Si en un momento, pasa por una carretera de Barrancabermeja, la ciudad que No existe más caliente de Colombia, entonces ¿qué pasarán con las moles de gas que hay en ella y especial con las paredes de la llanta?

• Aumenta, porque al incrementar la temperatura la cantidad de moléculas de gas dentro de la llanta aumenta.

• Disminuye, porque al incrementar la temperatura la cantidad de moléculas de gas dentro de la llanta disminuye.

• Aumenta, porque al aumentar la temperatura incrementan los choques entre las moléculas de gas y por tanto las paredes de las llantas.

• Disminuye, porque al aumentar la temperatura disminuyen los choques entre las moléculas del gas y las paredes de las llantas.

En la gráfica se registra la variación del volumen de un mol de gas en un recipiente, cerrado y flexible, se somete a calentamiento a presión constante.

Si después de los 100 °C se detiene el calentamiento y se enfría el gas, manteniendo la presión constante, ¿cómo variaría el volumen?

• Disminuiría, ya que las moléculas del gas tendrían menor tamaño.

• Aumentaría, ya que las moléculas de gas tendrían más choques.

• Disminuiría, ya que las moléculas del gas tendrían menos choques.

• Aumentaría, ya que las moléculas del gas tendrían mayor tamaño.

En una página web se muestra un recipiente con hidrógeno y otro con helio, ambos en estado gaseoso. En cada recipiente se presenta la relación entre la cantidad de moles y la presión ejercida dentro del recipiente cerrado, con el mismo volumen y temperatura (ver gráfica).

Teniendo en cuenta lo anterior, ¿cómo será el valor de la presión cuando se mezclen ambos gases, manteniendo el volumen y la temperatura iniciales?

• Se espera que la presión sea menor que 2,4 atm, porque las moléculas se mueven más lento.

• Se espera que la presión sea mayor que 2,4 atm y menor que 6 atm, porque se reduce el tamaño de las moléculas.

• Se espera que la presión sea mayor que 2,4 atm y menor que 6 atm, porque la presión depende del número de átomos.

• Se espera que la presión sea mayor que 6 atm, porque la presión es proporcional a la cantidad de moles.

A continuación, se muestra una gráfica que representa las variaciones en el volumen de un globo al cambiar la cantidad de moles de gas que contiene, manteniendo la presión y la temperatura del globo sin variar. El número de moles aumenta de 𝑛1 a 𝑛2, y a su vez el volumen aumenta de 𝑉1 a 𝑉2.

Un estudiante desea explicar este comportamiento y recurre a la ley de los gases ideales:

𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇

Con base en la información anterior, y teniendo en cuenta la ley de los gases ideales, ¿por qué el volumen del gas aumenta cuando aumenta el número de moles dentro del globo?

• Porque más moléculas ocupan un mayor espacio.

• Porque cambió la identidad del gas.

• Porque aumentó el tamaño de las moléculas.

• Porque el gas reaccionó con el globo.

La crisis del agua en las zonas costeras se ha venido tratando por medio de un proceso llamado “desalinización”, que consiste en retirar la sal del agua del mar. En este proceso suelen emplearse la destilación y la ósmosis inversa.

Ambos procesos emplean combustibles fósiles para obtener un desempeño eficiente, provocando contaminación ambiental. Por este motivo se ha propuesto el uso de energías alternativas como la energía solar o eólica, disminuyendo así el impacto ambiental de la desanilización. Sin embargo, la destilación resulta ser menos eficiente que las ósmosis inversa, ya que requiere un aporte energético mayor para llevar a acabo el cambio de fase. Para esta última, se recomienda el uso de la energía producida por las olas o marítima, dado que la purificación del agua puede ser paralela a la obtención de energía. La siguiente gráfica muestra la relación entre la concentración de sal en el agua al finalizar el tratamiento (% m/v) y el volumen tratado (L) para ambos métodos.

De acuerdo con la descripción que se hizo de ambos métodos en el enunciado, ¿Cuál tiene más ventajas?

• La destilación, porque permite obtener un mayor volumen de agua purificado respecto a la osmosis inversa.

• La ósmosis inversa, porque permite obtener agua con menor cantidad de sal y es más eficiente energéticamente que la destilación.

• La destilación, porque permite obtener agua con menor cantidad de sal y solo emplea la energía de las olas.

• La ósmosis inversa, porque permite obtener un menor volumen de agua purificado empleando los combustibles fósiles.