Unidad 10. Naturaleza de la materia 231

ACTIVIDADES DE LADILLO DE LA UNIDAD DIEZ

1. El oxígeno se combina con el silicio en una relación de masa 1,14 : 1: a) ¿Quémasa de silicio es necesaria para reaccionar con 1 g de oxígeno? b) ¿Qué ma-sa de óxido de silicio se formará? Enuncia brevemente las leyes ponderalesque hayas utilizado.

a) A partir de la relación de combinación de oxígeno y de silicio se obtiene la masa:

= → x = 0,877 g de silicio

b) La reacción química la podemos representar como sigue:

oxígeno + silicio→ óxido de silicio

Como se conserva la masa, se formará la siguiente masa de óxido de silicio:

1 g + 0,877 g = 1,877 g de óxido de silicio

Las leyes ponderales que hemos utilizado son la ley de las proporciones definidas, enel apartado a), y la ley de conservación de la masa en el apartado b):

• Ley de las proporciones definidas. Cuando dos o más elementos se combinanentre sí para dar un determinado compuesto, lo hacen siempre en un proporciónen masa constante.

• Ley de conservación de la masa. En una reacción química, la masa total no varía;es decir, la masa de los reactivos y de los productos es la misma.

2. De acuerdo con los datos del ejercicio resuelto 1, ¿qué ocurrirá si hacemosreaccionar 3,0 g de Fe con 5,0 g de S?

Según los datos de dicho ejercicio resuelto, la ley de combinación es:

= = 1,74

En este caso, tenemos:

= = 0,6

Como es menor que 1,74, habrá un exceso de azufre. La cantidad necesaria será:

= → x = 1,72 g de azufre

Por tanto, la masa de azufre que sobra será:

5,0 − 1,72 = 3,28 g de S

Esto es, al reaccionar 3,0 g de Fe con 5,0 de S, se forman 4,72 g de FeS y sobran3,28 g de S. Observa que la suma es: 4,72 g + 3,28 g = 8,0 g.

3,0 gx

1,74 g de hierro1 g de azufre

3,0 g5,0 g

mhierro

mazufre

1,741

mhierro

mazufre

1x

1,14 g oxígeno1 g silicio

10Naturaleza de la materia

Actividades del interior de la unidad

Unidad 10. Naturaleza de la materia232

3. Justifica, a partir de la teoría de Dalton, por qué la composición porcentual deun compuesto es fija y constante.

Porque los compuestos se forman por reacción de masas concretas de sus elementos.

4. Cada una de las siguientes proposiciones cuestiona alguna de las hipótesis deDalton. Indícalas.

a) El oxígeno tiene varios isótopos.

b) Los electrones y los protones son partículas subatómicas.

c) La fórmula molecular de la sacarosa (azúcar) es C12H22O11.

a) Cuestiona la segunda hipótesis, ya que los isótopos no son idénticos en masas,aunque sí en sus propiedades químicas.

b) Cuestiona la primera hipótesis, porque la existencia de los electrones y de los pro-tones implica la divisibilidad de los átomos.

c) Cuestiona la tercera hipótesis, ya que la fórmula dada no sería el resultado de unaunión entre átomos en una relación numérica sencilla.

5. Experimentalmente se encuentra que 1 L de hidrógeno reacciona con 1 L decloro para dar 2 L de cloruro de hidrógeno. Determina la fórmula moleculardel cloruro de hidrógeno.

Como, según la ley de Avogadro, el número de moléculas es directamente proporcio-nal al volumen, suponiendo que en 1 L hay n moléculas, tendremos:

n moléculas de H2+ n moléculas de Cl

2→ 2 · n moléculas de cloruro de hidrógeno

Simplificando:

1 molécula de H2+ 1 molécula de Cl

2→ 2 moléculas de cloruro de hidrógeno

Por tanto, en dos moléculas de cloruro de hidrógeno habrá 2 átomos de H y 2 áto-mos de Cl. De este modo, la fórmula molecular será HCl.

6. Tenemos dos recipientes de igual volumen y en idénticas condiciones de pre-sión y temperatura. En el primero hay 0,391 g de cloro, y en el segundo, 0,143 gde acetileno:

a) ¿Dónde hay mayor número de moléculas? ¿Por qué?

b) ¿Qué relación existe entre las masas de una molécula de acetileno y una decloro?

a) En los dos hay igual número de moléculas, ya que ambos recipientes tiene el mis-mo volumen y se encuentran en idénticas condiciones de presión y temperatura.

b) Como ambos tienen igual número de moléculas, podemos escribir:

0,391 = n í Mcloro

0,143 = n í Macetileno

Dividiendo ambas ecuaciones y reordenando términos queda:

= = 0,366

Es decir, la masa de cada molécula de acetileno es 0,366 veces la de una molécu-la de cloro.

Macetileno

Mcloro

0,1430,391

Unidad 10. Naturaleza de la materia 233

7. Encuentra la relación de equivalencia entre la unidad de masa atómica y elgramo.

La masa de un mol de átomos de C-12 es 12 g, y en esa cantidad hay contenidos6,022 · 1023 átomos de dicho isótopo; por tanto, la masa de un átomo de C-12 lapodemos calcular como sigue:

= 8 x = 1,993 · 10–23 g

Como, por definición, la unidad de masa atómica es la doceava parte de la masade un átomo de C-12, tendremos:

1u = = 1,661 · 10–24 g

8. Calcula el número de moléculas que hay en 25 mL de etanol, C2H6O, sabiendo

que su densidad es 0,789 g/mL.

La masa de etanol presente en 25 mL de este es:

m = V · d → m = 25 mL · 0,789 = 19,7 g

y la masa molar de dicha sustancia, que contiene NAmoléculas, es:

Mm= 2 · 12,01 + 6 · 1,01 + 1 · 16,00 = 46,08 g/mol

Por tanto, el número de moléculas de C2H6O será:

= →

→ x = 2,57 · 1023 moléculas de C2H6O

9. ¿Qué tiene más masa, 1,15 · 1023 átomos de sodio o 1 L de amoniaco medidoen condiciones normales?

Sabiendo que la masa de un mol de átomos de sodio, 22,99 g, contiene 6,022 · 1023 áto-mos de Na, la masa de 1,15 · 1023 átomos de Na será:

= → x = 4,39 g de Na

Como en 22,4 L, en c.n., hay un mol de NH3, es decir, 17,04 g, en 1 L la masa será:

1 L · · = 0,761 g de NH3

Por tanto, la masa de 1,15 · 1023 átomos de Na es mayor que la de 1 L de NH3medi-

do en condiciones normales; luego, el peso de los primeros es mayor.

10. Calcula la masa en gramos de una molécula de agua.

La masa de 1 mol de moléculas de agua es 18,02 g; luego:

= → x = 2,992 · 10–23 g de agua

19,7 g de C2H6O

x

6,022 · 1023 moléculas de H2O

18,02 g1x

17,04 g1 mol

1,993 · 10–23

12

1x

6,022 · 1023 átomos de C-1212 g

1 mol22,4 L

1,15 · 1023

x6,022 · 1023 átomos de Na

22,99 g

46,08 g (1 mol) de C2H6O

6,022 · 1023 moléculas de C2H6O

gmL

Unidad 10. Naturaleza de la materia234

11. Calcula la composición centesimal de los siguientes compuestos: a) Etanal.b) Ácido butanoico. c) Sulfato de cromo (III).

Consulta a tu profesor o profesora el porqué de los resultados de los apartadosa) y b).

a) Para calcular la composición centesimal del etanal, en primer lugar hemos de ob-tener su masa molecular. Teniendo en cuenta que su fórmula molecular esCH

3CHO; esto es, C

2H4O:

M (CH3CHO) = + + = + +

Sumando los tres términos anteriores, obtenemos:

M (CH3CHO) = 44,06 u

Por tanto:

· 100 = 54,52% de C

· 100 = 9,17% de H

· 100 = 36,31% de O

b) La masa molecular del ácido butanoico, CH3CH

2CH

2COOH, es (operando igual

que en el apartado a):

M (C4H8O2) = 4 · 12,01 + 8 · 1,01 + 2 · 16,00 = 88,12 u

Luego:

· 100 = 54,52% de C

· 100 = 9,17% de H

· 100 = 36,31% de O

c) La masa molecular del sulfato de cromo (III) es:

M [Cr2(SO

4)3] = 2 · 52,00 + 3 · 32,07 + 12 · 16,00 = 392,21 u

Entonces:

· 100 = 26,52% de Cr

· 100 = 24,53% de S

· 100 = 48,95% de O

Los porcentajes de los compuestos de los apartados a) y b) coinciden, ya que ambostienen la misma fórmula empírica, C

2H4O.

192,00392,21

OHCOH

96,21392,21

C

24,0244,06

104,00392,21

32,0088,12

8,0888,12

48,0488,12

16,0044,06

4,0444,06

12. El análisis químico elemental de un compuesto orgánico dio el siguiente resul-tado: 62,01% de C, 10,32% de H y 27,67% de O. Sabiendo que la densidad de suvapor, en condiciones normales, es de 5,19 g/L, determina la fórmula moleculardel compuesto.

En 100 g de dicho compuesto hay 62,01 g de C, 10,32 g de H y 27,76 g de O. Te-niendo en cuenta las respectivas masas molares de C, H y O, la composición en mo-les será:

= 5,163 mol de C

= 10,22 mol de H

= 1,729 mol de O

Reduciendo esta relación a números enteros, para lo cual dividimos por el menor deestos tres valores, obtenemos:

C: = 2,99 › 3

H: = 5,91 › 6

O: = 1

Por tanto, como la relación en número de átomos ha de ser la misma, la fórmula em-pírica del compuesto será:

C3H6O

Por otro lado, podemos calcular la masa de un mol de sustancia a partir de su densi-dad en estado gaseoso, en condiciones normales, sabiendo que un mol de sustanciaocupa 22,4 L:

m = 22,4 L · = 116,26 g

Por tanto, la masa molar será M = 116,26 g/mol.

Y, entonces, la masa molecular será:

Mm= 116,26 u

Como la unidad estructural C3H6O tiene de masa:

3 · 12,01 + 6 · 1,01 + 1 · 16,00 = 58,09 u

y la fórmula molecular tiene dos veces la masa de dicha unidad estructural:

= 2

la fórmula molecular del compuesto será, finalmente:

C6H12O2

116,2658,09

62,01 g de C12,01 g · mol–1

10,32 g de H1,01 g · mol–1

27,67 g de O16,00 g · mol–1

5,1631,729

5,19 g1 L

1,7291,729

10,221,729

Unidad 10. Naturaleza de la materia 235