Centro de Estudios Tecnológicos del Mar en Ensenada Apuntes y ejercicios de Química 2

Composición porcentual, formulas mínima y molecular. Prof. José Luis Peña Manjarrez

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En esta ocasión se presentan notas cortas y problemas sencillos sobre los temas

“Composición porcentual, formula mínima y formula molecular”, el propósito

fundamental es proporcionar una guía teórico-práctica para los alumnos del

segundo semestre de Acuicultura B.

Se les recuerda que los ejercicios deben resolverse en casa, biblioteca, aula, o

donde quieran. Les sugiero que el trabajo sea en equipo, sin embargo, deberán

incluir todos los ejercicios resueltos en su portafolio de evidencia individual. La

fecha de entrega es el 17 de junio a las 8:00 de la mañana, previo al examen de

ese día.

Nuevamente se les recuerda que un requisito obligatorio para aplicar el

examen es la presentación de un acordeón individual. Todo aquel alumno

que no presente su acordeón o que lo haya copiado no tendrá derecho a

examen.

Composición porcentual y fórmulas químicas

Una ley fundamental de la química afirma que en todo compuesto formado por dos

o más elementos diferentes, éstos se encuentran presentes en dicho compuesto

en una cantidad o composición porcentual determinada. Lo que quiere decir, por

ejemplo, que el hidróxido de aluminio Al(OH)3 que se obtenga en el Cetmar de

Ensenada tendrá el mismo porcentaje de aluminio, de oxígeno y de hidrógeno que

el que se pueda obtener en cualquier otro Cetmar del país.

La composición porcentual a través de la fórmula química

Conocida la fórmula de un compuesto químico, es posible saber el porcentaje de

masa con el que cada elemento que forma dicho compuesto está presente en el

mismo.

Ejemplo:

Una molécula de dióxido de azufre, SO2, contiene un átomo de azufre y dos de

oxígeno. Calcular la composición en tanto por ciento de dicha molécula.

Datos: la masa atómica del azufre es 32.1 y la del oxígeno, 16.

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El problema puede resolverse por dos vías:

o Utilizando unidades de masa atómica:

Masa molecular del SO2 = (32.1) + (2 * 16) = 64.1

Porcentaje de azufre en el compuesto:

Porcentaje de oxígeno en el compuesto:

o Utilizando gramos:

1 mol de moléculas de SO2 (64.1 g) contiene 1 mol de átomos de azufre (32.1 g) y

2 moles de átomos de oxígeno (16.0 g).

Porcentaje de azufre en el compuesto:

Si en 64.1 g de SO2 hay 32.1 g de azufre, en 100 g habrá X, luego

Porcentaje de oxígeno en el compuesto:

Si en 64.1 g de SO2 hay 32.0 g de oxígeno, en 100 g habrá X, luego

Dicho de otra forma, la composición porcentual es el porcentaje en masa de cada

uno de los elementos presentes en un compuesto.

% A = masa total del elemento A

masa molar del compuesto X 100

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Fórmulas empírica y molecular

La fórmula empírica muestra la mínima relación de números enteros de átomos

presentes en un compuesto, no es la fórmula real.

La fórmula molecular muestra el número de átomos de cada elemento que

constituyen un determinado compuesto. Es la fórmula real.

Dos compuestos pueden tener la misma fórmula empírica, pero no la molecular,

excepto en los casos de isomería muy frecuentes en química orgánica.

Ejemplos:

Compuesto Fórmula molecular Fórmula empírica

Acetileno C2H2 CH

Benceno C6H6 CH

Formaldehído CH2O CH2O

Ácido acético C2H4O2 CH2O

Glucosa C6H12O6 CH2O

Dióxido de carbono CO2 CO2

Hidrazina N2H4 NH2

A partir de la composición porcentual de un compuesto, podemos calcular la

fórmula empírica y la molecular de dicho compuesto.

Ejemplo:

El propileno es un hidrocarburo cuya masa molar es de 42.0 g y contiene 14.3%

de H y 85.7% de C. ¿Cuál es su fórmula empírica?, ¿Cuál es su fórmula

molecular?

Paso 1. Tomar como base 100 g del compuesto, lo cual nos permite expresar los

porcentajes como gramos.

En 100 g de propileno hay

14.3 g de H

85.7 g de C

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Paso 2. Convertir los gramos a moles

Paso 3. Dividir cada valor obtenido en el paso 2 entre el menor de ellos. Si los

números obtenidos son enteros, usarlos como subíndices para escribir la fórmula

empírica. Si los valores no son enteros, se deben multiplicar por el entero más

pequeño que de por resultado otro entero

Los decimales de .0 y .9 se aproximan al entero más cercano.

Por lo tanto, la fórmula empírica CH2

Paso 4. Obtener la masa molar de la fórmula empírica y dividir, la masa real

proporcionada como dato del problema entre la masa molar de la fórmula

empírica. El resultado debe ser entero o muy cercano a un entero. Este número

conocido "n" (unidades de fórmula empírica) se multiplica por los subíndices de la

fórmula empírica para obtener la fórmula molecular.

Fórmula empírica CH2

C 1 x 12.01 = 12.01

n = 42.00

14.03 = 2.99 3 H 2 x 1.01 = 2.02 +

14.03

14.3 g H ( 1 mol de H

1.01 g H ) =14.16 mol H

85.7 g de C ( 1 mol de C

12.01 g C ) =7.14 mol C

H 14.6

7.14 = 2.04 C

7.14

7.14 = 1.0

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La fórmula química de un compuesto a través de su composición porcentual

Conocida la composición porcentual de un compuesto o su composición elemental

en gramos, se puede determinar su fórmula más simple mediante cálculos

elementales.

La fórmula mínima o fórmula empírica de un compuesto es la menor relación

entre el número de átomos presentes en una molécula de ese compuesto.

A través de la composición porcentual de un compuesto, puede conocerse su

fórmula empírica.

Ejemplo:

El análisis de una muestra de un compuesto puro revela que contiene un 27.3%

de carbono y un 72.7% de oxígeno en masa. Determinar la fórmula empírica de

ese compuesto.

Para resolver el problema consideramos 100 g del compuesto. Dada la

composición porcentual del mismo, de esos 100 g corresponden 27.3 al carbono y

72.7 al oxígeno. Con ello, se puede calcular el número de moles de átomos de

cada elemento:

o

Dividiendo los dos números obtenidos entre el menor de ellos, se llega a una

relación empírica entera entre ambos, a partir de la cual se tiene la relación de

átomos en la fórmula empírica:

o

La fórmula empírica corresponde al CO2, dióxido de carbono.

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Ejercicios para resolver en casa y entregar en el portafolio de evidencia:

I. Calcule la composición porcentual de cada elemento en los siguientes

compuestos:

1.- Carbonato de niquel III: Ni2(CO3)3

2.- C4H10

3.- NaNO3

4.- Almidón

5.- Clorofila

6.- El nitrato de amonio, NH4NO3, el cual se prepara a partir de ácido nítrico, se

emplea como fertilizante nitrogenado. Calcula los porcentajes de masa de los

elementos en el nitrato de amonio.

7.- Una muestra de 3.87 mg de ácido ascórbico (vitamina C) por combustión

genera 5.80 mg de CO2 y 1.58 mg de H2O. ¿Cuál es la composición en porciento

de este compuesto (el porcentaje de masa de cada elemento)?. El ácido ascórbico

contiene solamente C, H y O

II. Resuelve los siguientes problemas sobre formulas empíricas y

moleculares:

1.- Un sulfuro de hierro contiene 2.233 g de Fe y 1.926 g de S. Si la masa molar

del compuesto es 208 g, ¿cuál es la fórmula molecular del compuesto?

2.- Hemos obtenido la siguiente composición porcentual de un compuesto: 92.3 %

de C y 7.7 % de H. ¿Cuál es la fórmula empírica?. Si la masa molecular es 78,

¿cuál es su fórmula molecular?

3.- Hemos obtenido la siguiente composición porcentual de un compuesto: 85.7 %

de C y 14.3 % de H. ¿Cuál es la fórmula empírica?. Si la masa molecular es 84,

¿cuál es su fórmula molecular?

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4.- Hemos obtenido la siguiente composición porcentual de un compuesto: 38.6 %

de K, 13.9 % de N y 47.5 % de O. ¿Cuál es la fórmula empírica?. Si la masa

molecular es 101, ¿cuál es su fórmula molecular?

5.- Determinar la fórmula molecular de los siguientes compuestos, para los cuales

corresponden las siguientes fórmulas empíricas y masas moleculares:

6.- Determinar:

a) La fórmula mínima o empírica de una sustancia constituída por

28.1% de S; 56.1 % de O; 12.3 % de N y el resto H.

b) La fórmula molecular, sabiendo que en 0.25 moles de la misma

hay 1.2 x 1024 átomos de O.

c) Resolver nuevamente el inciso anterior teniendo como dato

que el peso molecular es 228.

7.- El tetrationato de sodio está constituido por 17.0 % de Na; 47.4% de S y

el resto de O. Determinar:

a) su fórmula empírica o mínima.

b) su fórmula molecular, sabiendo que en 0.25 moles de la misma

hay 9.035 x 1023 átomos de O.

8.- Una muestra de un compuesto que pesa 83.5 g contiene 33.4 g de azufre. El

resto es de oxígeno, ¿Cuál es la fórmula mínima?.

a) NH4SO4 228

b) CO2H 90

c) Na2CrO4 162

d) CH2O 180

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9.- El ácido benzoico es un polvo blanco, cristalino, que se emplea como

preservativo de alimentos. El compuesto contiene 68.8% de C, 5.0% de H y 26.2%

de O; por masa. ¿Cuál es la fórmula mínima?

10.- La composición en porciento del acetaldehído es 54.5% de C, 9.2% de H y

36.3 de O, y su peso molecular es 44. Determina la fórmula molecular del

acetaldehído