3 QUIMICA Schaum

PROBLEMAS SUPLEMENTARIOS 343
La celda produce una corriente constante de 10.0 A y se alimenta con H 2 gaseoso de un tanque de 3.5 pies 3 a 2 000 psi y
31°C. ¿Cuánto tiempo funcionará la celda? (psi = lb/pulg 2 , del problema 1.9)
Resp. 1.04 × 10 7 segundos (121 días)
19.36. Se puede preparar peróxido de hidrógeno, H 2 O 2 , con las reacciones sucesivas siguientes:
2NH 4 HSO 4 → H 2 + (NH 4 ) 2 S 2 O 8
(NH 4 ) 2 S 2 O 8 + 2H 2 O → 2NH 4 HSO 4 + H 2 O 2
La primera reacción es electrolítica; la segunda implica una destilación por arrastre con vapor de agua. ¿Qué corriente habría
que usar en la primera reacción para producir el (NH 4 ) 2 S 2 O 8 necesario para obtener 100 g de H 2 O 2 pura con la segunda
reacción? Suponga que la eficiencia anódica de la corriente es 50%.
Resp. 315 A
19.37. Un acumulador de plomo-ácido, como los de los automóviles, utiliza la siguiente reacción en el ánodo:
Pb(s) + HSO − 4 (ac) → PbSO 4(s) + H + (ac) + 2e −
Suponga que es un acumulador de 75 amperes-hora, lo que quiere decir que el acumulador suministrará 1 amp durante 75
horas, o 75 amp durante una hora. ¿Qué masa de plomo se consumiría durante una descarga completa del acumulador?
Resp. 290 g de Pb
19.38. La reacción para este problema es la del ánodo y el cátodo sumadas. Suponga que se trata todavía del acumulador de 75
amperes-hora. ¿Qué masa de plomo y de óxido de plomo(IV) se debe emplear para construir el acumulador?
Pb(s) + PbO 2 (s) + 2H + (ac) + 2HSO − 4 (ac) → 2PbSO 2(s) + 2H 2 O(l)
Resp. 290 g de Pb y 335 g de PbO 2
19.39. Una medida importante de la eficiencia de una batería es su densidad energética, la cantidad de energía liberada dividida
entre la masa de los reactivos consumidos. Para comparar, calcule la densidad energética de: a) la batería de plomo de 2.00
V (aproximadamente) que se descarga con la siguiente reacción:
Pb + PbO 2 + 2H 2 SO 4 → 2PbSO 4 + 2H 2 O
y b) calcule la densidad energética de una batería de NiCad con 1.30 V (aproximadamente), que se descarga según:
Cd + 2NiOOH + 2H 2 O → Cd(OH) 2 + 2Ni(OH) 2
Observe que en estos cálculos no se toman en cuenta factores prácticos como el costo de las sustancias necesarias, la fracción
de los reactivos que no se utiliza, ni materiales estructurales que no reaccionan. Éstos y otros costos se suman al costo
de las baterías.
Resp. a) 601 kJ/kg; b) 756 kJ/kg
19.40. Los técnicos interesados en desarrollar baterías de bajo peso han recurrido a los elementos del grupo IA, Li y Na, ya que
ambos, además de su baja masa equivalente, tienen un potencial de reducción muy negativo. (Como los electrólitos no son
acuosos, los voltajes de las baterías no se pueden calcular con exactitud usando tabulaciones como las de la tabla 19-1. Los
voltajes que se indican a continuación son estimaciones redondeadas.) Calcule las densidades energéticas de: a) la batería
de litio-sulfuro de titanio(IV), de 3.00 V aproximadamente, y b) la batería de sodio-azufre, de aproximadamente 2.60 V.
Las reacciones de descarga son:
a) Li+ TiS 2 → (Li + )(TiS − 2 ) b) 2Na + S 2 → (Na + ) 2 (S 2−
2 )
Resp. a) 2.43 × 10 3 kJ/kg;
b) 4.56 × 10 3 kJ/kg