Problemas de cálculo químico para el examen AP

Que esperar

¿Qué palabras le vienen a la mente cuando piensa en cálculos químicos? ¿Quizás ecuaciones? ¿Unidades? ¿Análisis dimensional? ¿Estequiometría? Ecuaciones, calculadora, decimal, notación científica, unidades, fórmulas, análisis dimensional, exponentes, cifras significativas, estequiometría … Todos estos términos, y muchos más, son importantes al realizar cálculos químicos. Si estabas pensando en palabras o ideas negativas, ¡deja de hacerlo! Puedes hacer cálculos químicos totalmente. Eres un estudiante de AP con todas las herramientas y el conocimiento para descubrir qué es un problema, cómo puedes resolverlo lógicamente y mostrar tu trabajo. Encontrará cálculos químicos tanto en la sección de opción múltiple como en la sección de respuesta libre del examen de Química AP. No puede usar una calculadora para la sección de opción múltiple. Puede utilizar una calculadora para la sección de respuesta libre. Hay siete preguntas de respuesta gratuita de varios pasos. Los cálculos se realizarán como parte de problemas de varios pasos dentro de la sección de respuesta libre. Antes de comenzar la prueba, debería poder:

• Determine la composición porcentual o el porcentaje de masa
• Determinar fórmula empírica o molecular a partir de datos
• Determine la masa molar a partir de la densidad del gas, el punto de congelación o los datos del punto de ebullición.
• Realizar cálculos con las leyes de los gases, incluida la ley de Dalton y la ley de Graham.
• Realizar cálculos estequiométricos que incluyan proporciones molares.
• Encuentre concentraciones de soluciones desconocidas a partir de valoraciones
• Determinar fracciones molares
• Realizar cálculos con soluciones molares
• Utilice la ley de electrólisis de Faraday
• Realizar cálculos termodinámicos y termoquímicos.
• Cualquier cálculo relacionado con la cinética.
• Realizar cálculos relacionados con las constantes de equilibrio (especialmente Ka, Kb y Ksp)
• Realizar cálculos de análisis de datos, como porcentaje de error y porcentaje de rendimiento.

Consejos para realizar cálculos químicos

Su estrategia para realizar cálculos químicos variará desde la sección de opción múltiple hasta la sección de respuesta libre. Hay algunos hábitos de estudio que son útiles para prepararse para cualquiera de las secciones.

Estudiar la tabla de ecuaciones y constantes

De hecho, imprima uno ahora. Puede ir al sitio web del Examen de Química Central AP y acceder exactamente a la misma tabla de ecuaciones y constantes que se le dará en el examen. Repase todas las ecuaciones y constantes y familiarícese con lo que son, para qué se pueden usar y las unidades apropiadas que se deben usar. Mantenga esto como su fiel compañero de estudio. Hay algunas fórmulas importantes que no se encuentran en esta hoja. Asegúrese de anotarlos mientras estudia.

Presta atención a las unidades

Las unidades no solo son necesarias para las respuestas, sino que también pueden darle pistas sobre qué ecuación (o ecuaciones) puede necesitar utilizar.

Presta atención a cifras significativas

Aprenda qué números no son útiles y qué números son cruciales para incluir en su respuesta. Esto puede ahorrar tiempo y disminuir la frustración. Una de las cosas más importantes que debe hacer es comprender qué está calculando y por qué. Tener una comprensión de lo que está sucediendo le ayudará a elegir la fórmula correcta y le dará una idea de si su respuesta es correcta. En la sección de opción múltiple, querrá controlar su ritmo. Date unos 40 segundos por pregunta. Si no puede resolver la pregunta en ese momento, continúe. Vuelve a la pregunta si te queda más tiempo. También en la sección de opción múltiple, tendrá que estimar, aproximar y redondear porque no tendrá una calculadora. Mejora tus habilidades de álgebra en preparación para esto. Practica operaciones con decimales, exponentes y logaritmos. Aprenda a convertir rápidamente entre unidades comunes como: mL -> L, g -> Kg. Puede garabatear y trabajar en todas las preguntas de opción múltiple, pero solo se le calificará en las respuestas que ponga en la hoja de respuestas. Para la sección de respuesta libre, también querrá controlar su ritmo. Dedique unos 16 minutos a cada pregunta larga y 10 minutos a las preguntas cortas. Es imperativo en esta sección que muestre su trabajo. Obtienes crédito parcial por el trabajo que haces. A veces obtienes puntos por trabajos que no fueron solicitados en el aviso. Muestre su trabajo, etiquete sus intermedios con unidades correctas, presente su trabajo de manera organizada.

Practica la opción múltiple

A continuación, se muestra un ejemplo de pregunta de opción múltiple de la descripción del curso de 2012: Tenga en cuenta que este ejemplo proporciona cinco opciones de respuesta. El nuevo formato de prueba ofrece solo cuatro. Una solución preparada mezclando 10 mL de HCl 1 M y 10 mL de NaOH 1.2 M tiene un pH de: (a) 0 (b) 1 (c) 7 (d) 13 (e) 14 Debido a que no tengo una calculadora, lo mejor para mí es aproximar, estimar y eliminar las respuestas incorrectas lo antes posible. Tengo acceso a un gráfico de ecuaciones y constantes que puedo usar si me quedo atascado o necesito inspiración. Sé, según la información del mensaje, que tendré un exceso de NaOH, lo que hará que mi solución sea más básica. Como mi solución es más básica, puedo eliminar las respuestas (a), (b) y (c). El siguiente paso es hacer un poco de matemáticas y determinar si mi respuesta es (d) o (e). Si necesitaba ayuda para recordar cómo determinar el pH en función de la concentración de OH-, miraría mi tabla de ecuaciones y constantes. Kw = [H +] [OH-] = 1.0 x 10 ^ -14, pH = -log [H +], pOH = log [OH-], 14 = pH + pOH Usando algunas de estas ecuaciones y mis agudas habilidades matemáticas, calculo que mi pH es de aproximadamente 13. Eso significa que mi respuesta es (d).

Practique cálculos de respuesta libre

La siguiente pregunta surgió de la prueba AP de 2013: Responda las siguientes preguntas sobre la estequiometría y termodinámica de reacciones que contienen especies de aluminio. 2 Al2O3 (l) + 3 C (s) -> 4 Al (l) + 3 CO2 (g) Una celda electrolítica produce 235 g de Al (l) de acuerdo con la ecuación anterior. (a) Calcule el número de moles de electrones que deben transferirse en la celda para producir los 235 g de Al (l). (b) Se utilizó una corriente constante de 152 amperios durante el proceso. Determine la cantidad de tiempo, en segundos, que se necesitó para producir el Al (l). (c) Calcule el volumen de CO2 (g), medido a 301 K y 0.952 atm, que se produce en el proceso. Haré la parte (a) y la parte (b) como ejemplos. Si quieres ponerte a prueba, haz la parte (c) tú mismo. Daré la respuesta al final de este segmento. Para responder preguntas como estas, siempre empiezo enumerando mi información proporcionada y la información deseada. Tengo una ecuación equilibrada para la reducción de aluminio y 235 gramos de aluminio líquido. Necesito determinar cuántos moles de electrones deben transferirse al aluminio para obtener estos 235 gramos. Entonces tengo 235 gramos de aluminio, y sé por mi ecuación que por cada mol de Al producido, se transfieren 3 electrones. Mi primer paso es convertir de 235 gramos de Al a moles e-. Escribo mi dado, 235 g Al abajo. Ahora necesito tomar medidas para convertir la masa en moles. Para hacerlo, divido entre la masa molar para obtener moles de Al. 235 g Al / 26,98 g / mol = 8,71 mol Al A continuación, puedo introducir mi relación molar que convierte entre moles de Al y moles de electrones. 8,71 mol Al x (3 mol e- / 1 mol Al) = 26,1 mol e- Cuando hago esto en la prueba AP, escribiría cada paso y todas las unidades. ¿Por qué? Porque aunque no está especificado en la pregunta, obtendré un punto por la cantidad de moles de Al y un punto por la estequiometría correcta y la cantidad correcta de moles de electrones. La pregunta (b) me pide que determine el tiempo que tomó producir este aluminio. Mi información dada es una corriente de 152 amperios, 26,1 mol e- y mi información deseada es el tiempo. Pero digamos que estoy atascado, no puedo recordar cómo relacionar amperios, moles de electrones y tiempo juntos. Afortunadamente, AP me ha proporcionado una tabla de ecuaciones y constantes. Voy a la parte de electroquímica en la mitad inferior de la última página. A la derecha, hay varios símbolos y su significado. Encuentro I (corriente en amperios), q (carga en culombios) y t (tiempo). Debajo tengo la constante de Faraday, F = 96,485 culombios / mol de e-, y a la izquierda tengo una ecuación I = q / t. ¡De repente me despego! En última instancia, quiero usar la ecuación I = q / ty resolver para t. Entonces usaré el formato t = q / I. Sé que represento la corriente en amperios que es algo que ya tengo: 152 amperios. Necesito determinar mi carga, que puedo usar los moles de electrones que acabo de calcular y la constante de Faraday. q = 26,1 moles e- x 9,65 x 10 ^ 4 culombios / mol de e- = 2,52 x 10 ^ 6 culombios Ahora puedo conectar esto en mi ecuación t = q / I. t = 2.52 x 10 ^ 6 C / 152 amperios = 1.66 x 10 ^ 4 segundos Mi respuesta es 1,66 x 10 ^ 4 segundos. Un par de notas sobre esto. Reduje mi valor para la constante de Faraday porque estoy limitado a tres sig fig. Además, 1 amperio es igual a 1 C / s. Los culombios se cancelan, dejándome con segundos. Es bueno que me haya molestado en mostrar todo mi trabajo porque recibí un punto por mostrar la carga correcta en mis 26.1 moles de electrones, así como otro punto por el tiempo correcto. La respuesta para la parte (c) es: V = 1,70 x 10 ^ 2 L de CO2 En la prueba AP, obtendría un punto por los litros de CO2 correctos, pero también un punto por la cantidad de moles de CO2.

Resumen de la lección

Tendrá que hacer cálculos químicos tanto en la sección de opción múltiple como en la sección de respuesta libre del examen de Química AP. Tendrá acceso a un gráfico de ecuaciones y constantes en ambas partes. Solo puede tener una calculadora para la sección de opción múltiple. Prepárese practicando los siguientes tipos de cálculos:

• Composición porcentual o porcentaje de masa
• Fórmula empírica o molecular a partir de datos
• Masa molar de la densidad del gas, punto de congelación o punto de ebullición
• Leyes de gas, incluida la ley de Dalton y la ley de Graham
• Cálculos estequiométricos con relaciones molares
• Concentraciones de soluciones desconocidas de titulaciones
• Fracciones molares, soluciones molares
• Ley de electrólisis de Faraday
• Termodinámica y ecuaciones termoquímicas
• Cinética
• Constantes de equilibrio (especialmente Ka, Kb y Ksp)
• Porcentaje de error y porcentaje de rendimiento

Para prepararse, asegúrese de: Haz pruebas de práctica y corrige tu trabajo con una clave de respuestas. Encuéntrelos en el sitio web del Examen de Química Central AP. Estudie la tabla de ecuaciones y constantes. Preste atención a las unidades y sig figs. Comprenda lo que está calculando y por qué. Mantenga su ritmo en la prueba. Estimar, aproximar, redondear y eliminar las respuestas incorrectas lo antes posible en la sección de opción múltiple. Muestre su trabajo en la sección de respuesta libre. Lo diré de nuevo, solo porque es muy importante: muestra tu trabajo en la sección de respuesta libre.

Los resultados del aprendizaje

Debería tener la capacidad de hacer lo siguiente después de ver esta lección en video:

• Describir la estructura del examen de Química AP
• Explica cómo prepararse mejor para el examen y consejos para obtener puntos.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador