SEGUNDO EXAMEN Q1-2021-2 (2)

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ESTUDIOS 
GENERALES 
CIENCIAS 
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PONTIFICIA 
UNIVERSIDAD 
CATÓLICA 
DEL PERÚ 
QUÍMICA 1 
EXAMEN 2 
SEMESTRE ACADÉMICO 2021-2 
Todos los horarios Duración: 3 horas Elaborado por todos los profesores 
 
Usted tiene la responsabilidad de organizar su tiempo para resolver el examen, preparar sus archivos y 
subirlos a la carpeta de entrega en PAIDEIA dentro del tiempo establecido. El tiempo del examen ya 
tiene en cuenta la preparación y entrega de sus archivos en PAIDEIA y no se le dará más tiempo para 
esto. 
INDICACIONES: 
- La prueba consta de 2 preguntas que dan un puntaje de 20 puntos. 
- El profesor del horario iniciará la sesión a las 8:00 am vía Zoom para dar las indicaciones generales antes de empezar la prueba. 
- La prueba será colocada en la plataforma PAIDEIA y se podrá visibilizar a las 8:00 am. 
- El profesor del horario permanecerá conectado a través del Zoom y de la opción Foro en PAIDEIA en caso se requiera hacer alguna aclaración 
general acerca del texto. NO HAY ASESORÍAS DURANTE EL EXAMEN. 
- En PAIDEIA se habilitará una carpeta de ENTREGA DEL SEGUNDO EXAMEN con un plazo que vence transcurridas las 3 horas programadas 
para la sesión. NO SE ACEPTARÁ NINGÚN ARCHIVO FUERA DEL PLAZO ESTABLECIDO. 
- El nombre del archivo debe configurarse así: Q1-EX2 
- En caso suba varios archivos, tenga cuidado de numerarlos en el nombre del archivo. Por ej., Q1-EX2-1, 
 Q1-EX2-2 
- El desarrollo de la prueba debe hacerse manualmente. NO OLVIDE COLOCAR SU NOMBRE Y CÓDIGO EN CADA HOJA DEL 
DOCUMENTO. 
- El documento con su resolución puede escanearse o fotografiarse para subirlo a PAIDEIA. 
- Asegúrese de subir los archivos correctos y de que estos tengan la extensión jpg, doc, docx o pdf. 
- Todos los datos necesarios se dan al final de este documento. NO DEBE UTILIZAR NINGÚN MATERIAL EXTRA AL PROPORCIONADO EN 
EL EXAMEN. Si lo hace se le anulará el examen. 
- Si ingresa al PAIDEIA a visualizar el examen y no entrega su resolución se le considerará CERO como nota y en consecuencia, no puede 
rendir el examen especial. 
- La evaluación es personal. Aun cuando esté en su casa, es importante que sea consciente de que es usted el que será evaluado, por lo que debe 
desarrollar la evaluación de manera individual e independiente. Confiamos en su honestidad, como valor fundamental del ser humano. 
- En caso de copia o plagio, su prueba será ANULADA, sin opción a rendir el examen especial y se reportará ante las autoridades correspondientes. 
 
USE LAPICERO Y NO LÁPIZ. NO ESTÁ PERMITIDO EL USO DE CORRECTOR. CUALQUIER 
ERROR SIMPLEMENTE SE TACHA. EL NO CUMPLIR CON ESTAS INDICACIONES SERÁ 
MOTIVO DE ANULACIÓN DEL EXAMEN. 
 
 
 
 
 
 
 
AL ENTREGAR MI EVALUACION EN LA CARPETA HABILITADA EN PAIDEIA ESTOY 
ACEPTANDO LO SIGUIENTE: 
• Tengo conocimiento de que tanto COPIAR como PLAGIAR en el contexto del desarrollo de 
actividades y evaluaciones del curso constituye una infracción que es sancionado de acuerdo con el 
Reglamento Unificado de Procesos Disciplinarios de la PUCP. 
• Lo que presentaré como resultado de las evaluaciones del curso será fruto de mi propio trabajo. 
• No permitiré que nadie copie mi trabajo con la intención de hacerlo pasar como su trabajo. 
• Durante las evaluaciones, no cometeré acción alguna que contravenga la ética y que pueda ser motivo 
de sanción. 
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Pregunta 1 (10 puntos) 
El grado de desarrollo de un país puede relacionarse con su capacidad de producir amoniaco (NH3), pues es 
crítico en el desarrollo de fertilizantes. La formación de amoniaco procede en un reactor de 30 m3 a 300 °C, 
reacción 1: 
N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g) (Reacción 1) 
Aunque esta reacción es limpia, el hidrógeno se consigue a partir de agua y metano en una reacción conocida 
como reformado de metano, lo cual produce mucho CO2 al ambiente: 
CH4(g) + 2 H2O(g) → CO2(g) + 4 H2(g) (Reacción 2) 
Considere que para una prueba de operación se compran 365 kg de metano comercial, el cual está contaminado 
con un 3 % en peso de H2S gaseoso. Después de la reacción 2 se elimina el CO2 producido y el resto entra en 
el reactor para la formación de amoniaco, el cual puede trabajar a una presión máxima de 20 MPa. 
a. (5,0 p) Tenga en cuenta que la reacción 1 no procede sino hasta que se tiene la cantidad adecuada de 
cada reactivo, 
i. (2,5 p) Analice y justifique, con base en cálculos detallados, si el reactor soportará la presión en su 
interior al inicio de la reacción. 
ii. (0,75 p) Determine mediante cálculos, cuál sería la presión al finalizar de la reacción 1, si se 
mantiene la temperatura. 
iii. (1,0 p) Diremos que el proceso no es ambientalmente limpio si se emiten más moles de CO2 a la 
atmósfera, que moles de amoniaco se producen. Explique si este proceso será limpio o no. 
iv. (0,75 p) Para este ejercicio usted ha usado la ecuación de un gas ideal. ¿Qué dos características de 
los gases ideales ha ignorado al hacer uso de esa ecuación? ¿Cree que serían despreciables en las 
condiciones de trabajo? 
b. (2,0 p) Para capturar el CO2 producido en una planta de amoniaco, este se suele burbujear sobre 
etanolamina, que es la sustancia mostrada: 
Un estudiante ha recopilado las propiedades de la etanolamina y estas se muestran en la tabla, junto 
con las del agua (todos a condiciones normales). Los datos del agua son correctos. 
Sustancia Estado a 20 °C 
Viscosidad a 
20 °C* 
Punto de 
ebullición 
Presión de vapor 
a 20 °C 
Agua líquido 1,0 mPa . s 100 °C 17 mmHg 
Etanolamina gas 19,7 mPa . s 170 °C 15 mmHg 
*La unidad de la viscosidad es el miliPascal . segundo 
Analice la información de la tabla y explique si le parece que la información recopilada para cada 
propiedad sobre la etanolamina podría ser correcta. 
c. (3,0 p) Un compuesto emitido durante el uso de los fertilizantes a base de nitrógeno, es el óxido nitroso 
(N2O). Con base en valores del óxido nitroso mostrados en tabla: 
 
 
 
 
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Punto normal de fusión 182,29 K 
Punto normal de ebullición 184,67 K 
Punto triple 87,85 kPa y 182,34 K 
Punto crítico 7,27x103 kPa y 309,5 K 
densidad en el estado sólido es inferior a la del estado líquido 
i. (1,25 p) Bosqueje el diagrama de fases del óxido nitroso e indique todos los puntos importantes. 
ii. (0,75 p) Indique los cambios de fase que se producen cuando a la presión de 101,325 kPa, se lleva el 
N2O desde – 73 °C hasta – 92 °C, muestre el proceso en su diagrama de fases e indique si en el proceso 
se absorbe o se libera calor. 
iii. (1,0 p) Determine la veracidad de los siguientes enunciados, explique su respuesta: 
• A 35 °C es imposible licuar el compuesto. 
• El compuesto no puede sublimarse a la presión de 1 atm. 
Pregunta 2 (10 puntos) 
El nitrógeno es un elemento común en el universo. El N2(g) constituye alrededor del 78 % de la atmósfera 
terrestre y, además, está presente en todos los organismos principalmente en los aminoácidos, ácidos nucleicos, 
etc. En la industria, un número importante de compuestos nitrogenados tienen un rol relevante, por ejemplo, 
el amoníaco, el ácido nítrico, los nitratos, etc. En particular, en la industria farmacéutica, los principales tipos 
de fármacos contienen nitrógeno en sus estructuras. Sin embargo, la presencia de algunas especies nitrogenadas 
en el ambiente puede ocasionar un daño significativo a la salud y a los ecosistemas. 
En la actualidad las mediciones de nitrógeno en sus formas de nitrito NO2−, amoniaco NH3 y óxidos de 
nitrógeno NxO son usadas como indicadores de calidad en el ambiente. Uno de los indicadores medidos en el 
ambiente acuático es la concentración de nitritos NO2−, estos se forman principalmente por la biodegradación 
de materia orgánica o uso de fertilizantes inorgánicos. La concentración elevada de nitritos en cuerpos de agua 
genera efectos negativos a la salud ya que al ingresar al organismo dificultan el transporte de oxígeno en los 
tejidos provocandodolores de cabeza y taquicardia. 
A. (4,0 p) La empresa Cleaner SAC usa métodos electroquímicos para remover nitritos en soluciones 
acuosas. El tratamiento consiste en una reacción redox que se muestra a continuación: 
NO2− (ac) + Al (s) → N2 (g) + AlO2− (ac) Rendimiento de la reacción: 95 % 
a. (2,0 p) Haga el balance de la reacción aplicando el método del ion – electrón, en medio básico. Señale la 
semirreacción de oxidación, la semirreacción de reducción, la reacción global e identifique los agentes 
oxidante y reductor. 
b. (2,0 p) Se cuenta con una solución de 7,75 x103 ppm de NaNO2 (densidad: 1,01 g/mL) y una cantidad 
suficiente de aluminio. Determine el volumen usado de la solución de NaNO2 si al hacer reaccionar ambas 
sustancias se obtuvo 0,15 g de la especie reducida. Considere que el NaNO2 se disocia en iones Na+ y NO2−. 
B. (6,0 p) En el ambiente atmosférico se monitorea la cantidad de amoniaco NH3 que emiten las ciudades. 
Según una publicación de la revista Chemosphere, las fuentes principales de amoniaco en las ciudades 
son los contenedores de basura (por la descomposición de materia orgánica) y las depuradoras de aguas 
urbanas. El amoniaco al estar expuesto en el aire reacciona con el oxígeno y produce monóxido de 
nitrógeno NO (g), mediante la siguiente reacción: 
4 NH3 (g) + 5 O2 (g) → 4 NO (g) + 6 H2O (g) 
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c. (1,5 p) Un grupo de investigación en problemas ambientales está planificando estudiar la reacción mostrada 
anteriormente. Lo primero que necesitan determinar es si se trata de una reacción exotérmica o endotérmica. 
Aplique la Ley de Hess para realizar esta determinación, para ello utilice los siguientes datos y calcule la 
variación de entalpía de la reacción: 
i) 4 N2(g) + 4 O2(g) → 8 NO(g) H° = 722,4 kJ 
ii) N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g) H° = - 91,8 kJ 
iii) 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(g) H° = - 483,2 kJ 
 
Se sabe que cuando el dióxido de nitrógeno NO2(g) se libera al ambiente contribuye a la formación de lluvia 
ácida pues ocurre la siguiente reacción: 
3 NO2(g) + H2O(l) → 2 HNO3(ac) + NO(g) 
En un ensayo de laboratorio se realizó una reacción en la que se liberó NO2(g). El gas desprendido fue 
burbujeado en un recipiente que contenía cierta cantidad de agua para simular la reacción de formación de 
lluvia ácida. El ensayo se realizó en un dispositivo como el mostrado en la figura: 
 
d. (1,0 p) Identifique el tipo de sistema termodinámico al que corresponde el dispositivo mostrado. 
Explique su respuesta. 
e. (1,5 p) La solución obtenida en el vaso al burbujear el NO2 ¿se calentará o se enfriará durante el proceso? 
Justifique su respuesta con cálculos. 
f. (2,0 p) En un calorímetro a presión constante (capacidad calorífica: 85 J/°C) se colocó 5 mL de la 
solución obtenida de HNO3 cuya concentración fue 1,72 mol/L. La temperatura del sistema era en ese 
momento 18,75 °C. Luego se agregó 150 mL de una solución de Ca(OH)2 cuya concentración era 
1,85 x 10-3 g/mL y se produjo la siguiente reacción: 
2 HNO3 (ac) + Ca(OH)2 (ac) → Ca(NO3)2 (ac) + 2 H2O(l) 
La temperatura de equilibrio registrada fue 19,31 °C. Determine el calor liberado por la reacción que 
ocurrió en el calorímetro y el valor de la entalpía de neutralización expresada en kJ/mol de agua formada. 
Asuma que los volúmenes son aditivos, la densidad de la solución es aproximadamente 1 g/mL y que su 
calor específico es de 4,184 J/g°C. 
 
 
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DATOS 
 
Elemento H N Na O Ca 
Masa atómica 
(uma) 
1 14 23 16 40 
 
K= ºC + 273 1 m3 = 1000 L 1atm = 101325 Pa = 760 mmHg 
 
PV = nRT R = 0,082 L atm/mol K 
 
 
Sustancia NO (g) NO2 (g) H2O(l) HNO3 (ac) 
∆H°f (kJ/mol) 90,37 33,84 -285,83 - 206,6 
 
q = m c ∆T q = C ∆ T 
 
Lima, 10 de diciembre de 2021