CANTIDAD DE SUSTANCIA

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1 CANTIDAD DE SUSTANCIA 1. Una gota de ácido sulfúrico ocupa 0,025 ml. Si la densidad del mismo es 1,981 g/cm 3 a) calcula el número de moléculas de dicho ácido que hay en la gota y b) el número de átomos de oxígeno presentes en la misma. c) Cuánto pesará una molécula de este ácido? Sol: a) 3, moléculas de H 2 SO 4 ; b) 1, átomos de oxígeno; c) 1, g 2. En el momento de colocar un trozo de algodón impregnado en alcohol etílico (CH 3 CH 2 OH) sobre el platillo de una balanza de precisión, esta marca 0,8024 g y 20 s después, 0,8001 g. Calcula: a) Los moles de alcohol que se han evaporado. b) Las moléculas por segundo que han abandonado el algodón. Sol: a) moles; b) 1, moléculas/s 3. Si en una bombona hay 12,7 kg de butano (C 4 H 10 ) cuántos átomos de carbono e hidrógeno contiene? Sol: N C = 5, át. de C; N H = 1, at. de H. 4. Dónde existe mayor número de átomos: a) en 0,5 moles de SO 2, b) en 14 g de nitrógeno, c) en 67,2 litros de helio (en condiciones normales), d) en 4 g de hidrógeno, Sol: a) átomos; b) átomos; c) átomos; d) átomos. 5. Se tienen 8,5 g de amoniaco y eliminamos 1, moléculas. Calcula: a) Cuántos moles de amoniaco quedan? b) cuántas moléculas de amoniaco quedan? c) cuántos gramos de amoniaco quedan? d) cuántos moles de átomos de hidrógeno quedan? Sol: a) 0,25 moles de NH 3 ; b) 1, moléculas de NH 3 ; c) 4,25 g de NH 3 ; d) 0,75 moles de H 6. Tenemos una mezcla de etano (C 2 H 6 ) y propano (C 3 H 8 ). En 0,187 g de la mezcla hay un total de 0,0048 moles. Calcula: a) Cuántos moles hay de cada gas? b) Cuántos gramos de carbono hay en total? Sol: a) 1, moles de C 2 H 6 y 3, moles de C 3 H 8. b) 0,152 g de C 7. Completa las siguientes frases: a) Un átomo de Vanadio son... u Una molécula de Amoníaco son... u Una molécula de Flúor son... átomos de Flúor Una molécula de dióxido de carbono son... átomos b) Un mol de átomos de Uranio son... átomos de Uranio 24, átomos de Hierro son... moles de átomos de Hierro Un mol de moléculas de CO son... moléculas de CO 3, moléculas de Nitrógeno son... moles de moléculas de Nitrógeno Un mol de moléculas de Hidrógeno son... átomos de Hidrógeno Un mol de moléculas de Oxígeno son... moles de átomos de Oxígeno 1

2 c) d) e) 0,34 g de Sodio son... moles de átomos de Sodio 9 moles de átomos de Cobalto son... gramos de Cobalto 18,8 g de HF son... moles de HF 3,04 moles de SO son... gramos de SO 5 g de Helio son... átomos de Helio átomos de Potasio son... gramos de Potasio 23 g de Metano son... moléculas de Metano moléculas de Bromo son... gramos de Bromo 5 L de Cloro en c.n. son... moles de moléculas de cloro 2 moles de vapor de agua en c.n. son... L de vapor de agua 8. Se pesa un matraz de vidrio en distintas circunstancias, siempre en las mismas condiciones de presión y temperatura. El matraz vacío pesa 21,786 g, lleno con nitrógeno 22,473 g y lleno con un gas desconocido 22,957 g. Calcula la masa molecular de dicho gas. Sol: 47,73 u 9. Dónde hay más cantidad de sustancia en 1,34 g de H 2 O, en 1,34 g de SO 3 o en 1,34 g de Ne? LEYES DE LOS GASES 1. a) Indica el número de moléculas de hidrógeno que hay en una muestra de 25 ml de dicho gas a 180ºC y 7 mm Hg. b) y en condiciones normales? Sol.: a) 3, moléculas de H 2 ; b) 6, moléculas de H 2 2. Un frasco de 1L se halla lleno de NH 3 (g) a 27ºC. Se hace el vacío hasta que la presión del gas es de 0,0001 mm Hg. Calcula a) el número de gramos de amoníaco que encierra el frasco; b) cuantas moléculas hay en el frasco. Sol.: a) g; b) 3, moléculas de NH 3 3. El dimetiléter (CH 3 -O-CH 3 ) es un compuesto muy volátil, gaseoso a temperatura ambiente, que ha sido propuesto como un combustible diésel. En un recipiente de 20 L se introduce dimetiléter a la presión de 950 mm de Hg y 10ºC. Calcula: a) La cantidad de moléculas presentes. b) Los átomos de cada elemento. Sol: a) 6, moléculas; b) 1, át. de C; 3, át de H, 6, át de O; 4. Un cilindro de 20 L contiene CH 4 (g) en unas determinadas condiciones de presión y temperatura. Otro cilindro de 40 L contiene 5,4 moles de CO 2 (g) en las mismas condiciones. Calcula la cantidad de CH 4 (g) en el primer recipiente y su masa expresada en gramos. Sol: 2,7 mol ; 43,2 g. 5. Qué temperatura sería necesaria para duplicar el volumen de un gas ideal que inicialmente está en condiciones normales si la presión disminuye un 25 %? Sol.: 409,5 K 6. A qué temperatura habrá que someter 67,2 L de un gas en condiciones normales para que a la presión de 12,3 atmósferas ocupe 10 L? Sol.: 500 K 2

3 7. Un recipiente de 5 L de capacidad contiene 14 g de nitrógeno, a la temperatura de 127 ºC. Se abre el recipiente hasta que se iguala su presión con la del exterior. Calcula: a) La cantidad de nitrógeno que sale. b) La temperatura que debiera tener el nitrógeno que queda en el recipiente si se deseara que tuviera la presión inicial. Sol: a) m N2 = 9,732 g; b) T = 1060 ºC 8. Un matraz abierto está completamente lleno de vapor de bromo a 30 ºC. A qué temperatura debemos calentar el matraz para que se expulsen de su interior el 15 % de las moléculas de bromo? Sol: T = 356,5 K 9. En un depósito cerrado de 50 L hay un gas a 2,5 atm. Qué cantidad de gas se escapará del depósito al abrir la llave? Sol.: 60% 10. En determinadas condiciones, el gas dióxido de nitrógeno forma dímeros; es decir dos moléculas de NO 2 se agrupan formando N 2 O 4. En un recipiente de 100 L se encuentran 410 g de este gas en condiciones normales. Calcula su masa molar e indica si el compuesto está dimerizado o no. Sol: M = 92 g/mol; está dimerizado. 11. La densidad de un gas que se encuentra en condiciones normales de presión y temperatura es 1,53 g/l. Calcula su densidad a 350 K y 1 atm. Sol: d = 1,19 g/l 12. A 90º C y 1 atm de presión, el metanol es un gas cuya densidad es 1,07 g/l. Basándote en estos datos, calcula: a) Su masa molar. b) A qué presión, manteniendo constante la temperatura, su densidad sería la mitad. c) A qué temperatura, manteniendo constante la presión, su densidad se reducirá un 25% Sol: a) 32 g/mol; b) P = P/2; c) T = 211º C Ley de las presiones parciales de Dalton 13. En tres recipientes distintos de 1 L de capacidad tenemos H 2, CO 2 y N 2 cada uno a la presión de 1 atm y todos a la misma temperatura. Metemos los tres gases en un recipiente de 1 L a la misma temperatura, cuánto valdrá la presión ahora? Sol.: P = 3 atm 14. Una mezcla de 1 g de dióxido de carbono y 4 g de monóxido de carbono está contenida en un recipiente a 17 ºC y a una presión total de 0,1 atm. Calcula: a) El volumen que ocupa la mezcla. b) La presión parcial de cada gas. Sol: a) V = 39,5 L; b) P CO2 = 13, atm; P CO = 86, atm 15. Dos esferas, A y B, de 5 y 10 litros de capacidad, respectivamente, contienen oxígeno gaseoso, a la temperatura de 20 ºC. La esfera A contiene 96 g y la B, 64 g. Calcular la presión de equilibrio si ambas esferas se ponen en comunicación. Sol: P = 8 atm 16. En un recipiente tenemos 5 g de gas hidrógeno y 5 g de gas nitrógeno. La mezcla ejerce una presión de 800 mm de Hg. Calcula: 3

4 a) la presión parcial que ejerce cada componente en la mezcla b) la composición de la mezcla expresada como porcentaje en masa. Sol.: a) P H2 = 0,98 atm, P N2 = 0,07 atm; b) 50 % de cada uno 17. En una bombona se introducen 5 g de helio, 5 g de oxígeno y 5 g de dióxido de carbono. a) Si el manómetro indica que la presión de la bombona es de 700 mm de Hg, qué presión ejerce cada gas? b) calcula el porcentaje en masa c) calcula el porcentaje en volumen Sol.: a) P He = 0,76 atm, P O2 = 0,1 atm, P CO2 = 6, atm; b) 33,3% de cada uno; c) 82% He, 11% O 2, 7,2 % CO En un recipiente tenemos 3,2 g de oxígeno que ejercen una presión de 500 mm de Hg. Sin que varíe la temperatura añadimos al mismo recipiente 4,2 g de gas hidrógeno. Cuánto será ahora la presión? Sol.: 14,5 atm DETERMINACIÓN DE FÓRMULAS 1. Determina la composición centesimal del: a) metano, b) permanganato potásico Sol: a) 75 %C, 25 %H; b) 24,7 %K, 34,8 %Mn, 40,5 %O 2. El análisis de un compuesto dio como resultado: 56,58% de potasio, 8,69% de carbono y 37,73% de oxígeno, calcula su fórmula empírica. Sol: K 2 CO 3 3. Un compuesto químico tiene la siguiente composición centesimal: Cr: 35,40%, O: 38,00% y K: 26,60%. Calcula la fórmula empírica de este compuesto. Sol: K 2 Cr 2 O 7 4. Un óxido de nitrógeno gaseoso contiene 30,49% de nitrógeno y 69,5% de oxígeno. En condiciones normales de presión y temperatura 0,123 g de dicho gas ocupan un volumen de 59,86 ml. Calcula la fórmula molecular del óxido. Sol: NO 2 5. Un compuesto orgánico da el siguiente análisis cuantitativo: 55,2% C, 7,03% H y 37,2% O. Se ha evaporado una muestra de 1,500 g y se vio que ocupaba 0,530 L a 100 ºC y 740 mm de Hg de presión. Cuál es la fórmula molecular del compuesto? Sol: C 4 H 6 O 2 6. El análisis cuantitativo de un hidrocarburo ha dado 81,8% de carbono. Un matraz de 500 ml tiene una masa de 24,55 g lleno del hidrocarburo gaseoso a 300 K y 0,56 atm. La masa del matraz es 24,05 g. Halla las fórmulas empírica y molecular del hidrocarburo. Sol: C 3 H 8 7. Un óxido de arsénico tiene la siguiente composición centesimal: 75,74% As y 24,26% O. Cuál es su fórmula empírica, sabiendo que a 427 ºC y 1 atm de presión este óxido se encuentra en estado de vapor y tiene una densidad de 3,45 g/l Masas atómicas: As = 74,9 O = 16 Sol: As 2 O 3 8. Una determinada sustancia tiene la siguiente composición centesimal: 57,10% C, 4,79% H y 38,10% S. Si 10 g. de dicha sustancia contienen 3, moléculas, determina la fórmula molecular del compuesto. 4

5 Sol: C 8 H 8 S 2 9. Al calentar 1,423 g de cobre se forman 1,781 g de un óxido de cobre. Determina la fórmula del óxido. Sol: CuO. 10. Sabemos que un azúcar determinado, compuesto por C, H y O tiene la siguiente composición: 40,00 % C, 6,71 % H y 53,29 % O. Determina su fórmula empírica. Sol.: HCHO 11. Un compuesto tiene 24,2 % de C, 4,0 % de H y 71,8 % de Cl. Sabiendo que 1 L de dicho compuesto gaseoso tiene una masa de 3 g medida a la presión de 710 mm Hg y a 106 ºC de temperatura deduce su fórmula molecular. Sol.: C 2 H 4 Cl Se sabe que un óxido inorgánico tiene de fórmula empírica M 2 O 5. En su forma pura este compuesto contiene un 72,27 % en masa de M. Cuál es la masa atómica de M? Sol.: 103 u (Rh=Rodio) 13. (PAU Jun 08) Un compuesto de fórmula AB 3 contiene un 40 % en peso de A. Determina la relación entre los pesos atómicos de A y B. Sol.: M A = 2 M B Determinación de fórmulas con reacciones químicas 14. Al hacer arder 3,1 g de hidrocarburo, que ocupa 2,3 L en condiciones normales, se producen 9,2 g de dióxido de carbono y 5,6 g de agua. Halla con estos datos sus fórmulas empírica y molecular. Sol: CH 3 / C 2 H Se pretende saber si un cierto azúcar tiene la fórmula C 6 H 12 O 6 o C 12 H 22 O 11. Se procede, para ello, a su combustión total, obteniéndose como resultado 2,831 litros de CO 2, en condiciones normales, al quemar 3,6 gramos del compuesto. Cuál es la fórmula de la sustancia problema? Sol: C 12 H 22 O El ácido láctico es un compuesto orgánico de carbono, hidrógeno y oxígeno. Al quemar completamente 8,00 g de ácido láctico, se producen 11,7 g de dióxido de carbono y 4,8 de agua. Cuando se vaporizan 1,35 g de ácido láctico a 150 ºC en un recipiente de 300 ml, en el que se ha hecho el vacío, la presión ejercida es de 1318 mm de Hg. Determina la fórmula molecular del ácido láctico. Sol: C 3 H 6 O El análisis elemental de un compuesto orgánico reveló que solamente contenía C, H, N y O. La combustión completa de una muestra de 1,279 g del mismo originó 1,6 g de CO 2 y 0,77 g de H 2 O. Otra muestra de 1,625 g contiene 0,216 g de N. Cuál es la fórmula empírica del compuesto? Sol.: C 3 H 7 NO Determina la fórmula empírica y molecular de un insecticida formado por C, H y Cl, si en la combustión de 3 g de sustancia se han obtenido 2,72 g de CO 2 y 0,55 g de H 2 O. La masa molar de este compuesto es 290 g/mol. Sol.: CClH; C 6 Cl 6 H 6 5

6 19. (PAU Jun 05) Un compuesto orgánico contiene solamente C, H y O. Cuando se queman 8 g del compuesto se obtiene 15,6 g de CO 2 y 8 g de H 2 O en el análisis de los productos de la combustión. Su masa molecular es 90. Determina: a) Su fórmula empírica. b) Su fórmula molecular. Sol: a) C 2 H 5 O; b) C 4 H 10 O (PAU Jun 06) Por calentamiento de una muestra de 2,0 g de magnesio en presencia de nitrógeno puro en exceso se obtienen 2,77 g de un compuesto que sólo contiene magnesio y nitrógeno. Determina la fórmula empírica de este compuesto. Sol: Mg 3 N (PAU Sept 07) Se disuelve en agua 1,0 g de un compuesto A que solo contiene hierro y cloro. Posteriormente se añade a la disolución nitrato de plata hasta conseguir que todo el cloro precipite como cloruro de plata, obteniéndose 2,26 g de esta sal. Determina la fórmula empírica del compuesto A. Sol: FeCl (PAU Jun 08) Al quemar una muestra de un hidrocarburo, se forman 7,92 g de dióxido de carbono y 1,62 g de vapor de agua. La densidad de este hidrocarburo gaseoso es 0,82 g/dm 3 a 85 ºC y 700 mm Hg. a) Determina la fórmula empírica del hidrocarburo. b) Determina su fórmula molecular. Sol: a) CH; b) C 2 H Calcula la fórmula empírica de un compuesto orgánico de masa molecular aproximada 141 u. El compuesto contiene C, H, O, N y S y conocemos los siguientes datos: a) La combustión de 3,401 g del mismo dio lugar a 2,120 g de CO 2 y 1,518 g de H 2 O. b) El azufre se determinó oxidando 1,027 g de la sustancia hasta pasar todo el azufre a H 2 SO 4 que, precipitándolo con Ba 2+ dio 1,698 g de BaSO 4 (s). c) Se determinó el nitrógeno por el método Kjeldahl, pasándolo a NH 3. Así 1,481 g de la sustancia problema nos proporcionó 0,178 g de NH 3. Sol.: C 2 H 7 SNO (PAU Jun 09) Un compuesto A contiene únicamente C, H y S. Por una parte se lleva a cabo la combustión de una muestra de 0,0116 g de dicho compuesto, obteniéndose 0,0226 g de CO 2. Por otra parte se lleva a cabo una reacción en la que con 0,223 g del compuesto A se obtienen 0,576 g de sulfato de Bario, BaSO 4, en el que todo el azufre proviene del compuesto A. Determina la fórmula empírica de A. Sol: C 4 H 10 S. 6

7 DISOLUCIONES 1. Calcula la molaridad de una disolución de K 2 SO 4 obtenida al añadir agua a 12 g de K 2 SO 4 hasta completar un volumen de 300 cm 3. Sol.: 0,23 M 2. Tenemos 100 cm 3 de una disolución 1,5 M de glucosa, C 6 H 12 O 6, en agua. La densidad de dicha disolución es 1,10 g/cm 3. Cuántos gramos de glucosa y agua tenemos? Sol.: 27 g de glucosa; 83 g de agua 3. En una disolución de 3,58 M de HCl hay un 29% en masa de ácido. Cuál es su densidad? Sol.: 450 g/l 4. Se disuelven en agua 30,5 g de cloruro de amonio (NH 4 Cl) hasta obtener 0,5 L de disolución. Sabiendo que la densidad de la misma, a 20 ºC es de 1027,6 Kg/m 3, calcula: a) La concentración de la disolución en porcentaje en masa. b) La molaridad. c) Las fracciones molares del soluto y del disolvente. Sol: a) 5,94%, b) 1,14 M, c) X s = 0,021 X dte = 0, En 40 g de agua se disuelven 5 g de ácido sulfhídrico (H 2 S). La densidad de la disolución formada es 1,08 g/cm 3. Calcula el porcentaje en masa, la molaridad y la fracción molar de cada componente de la disolución. Sol: a) 11,11% b) 3,53 mol/l c) X s = 0,062, X dte =0, En 300 ml de una disolución hay 12 g de ácido nítrico. Determina: a) El número de moles de ácido nítrico. b) La concentración molar. c) Los gramos de nitrógeno. d) El número de átomos de oxígeno. Sol: a) 0,19 moles; b) M = 0,63 mol/l; c) m N = 2,67 g; d) N O = 3, átomos de O 7. Una disolución acuosa de ácido perclórico (HClO 4 ) al 40 % en masa tiene una densidad de 1,2 g/ml. Calcula la molaridad de la disolución; Sol.: 4,776 M 8. Se mezclan 50 g de etanol (CH 3 CH 2 OH) y 50 g de agua para obtener una disolución cuya densidad es 0,954 g/ml. Para la disolución de etanol y agua que se forma, calcula: a) concentración molar de etanol; b) fracción molar del agua. Sol.: a) 10,37 M; b) 0,72 9. Si 9 L de HCl gaseoso (medidos a 20 ºC y 750 mm Hg) se disuelven en el agua necesaria para dar 290 ml de disolución, calcula la molaridad de ésta. Sol.: 1,275 M 10. Calcula la cantidad, en gramos, de nitrato de potasio (KNO 3 ) y agua destilada necesarios para preparar 250 cm 3 de disolución al 20%. La densidad de la disolución es 1,2 g/cm 3. Sol: m s = 60 g, m dv = 240 g 7

8 11. El ácido nítrico comercial suele ser 15,5 M. Si su densidad es 1,409 g/ml, qué porcentaje de agua contiene? Sol.: 30.7% 12. Un volumen de 105 ml de agua se satura con amoniaco gas, obteniéndose una disolución al 30% y densidad 0,9 g/cc. Calcula la masa de amoniaco disuelto y el volumen de disolución resultante. Sol.: 45 g y 167 ml 13. Mucha de la sal común, NaCl consumida en España, se obtiene en las salinas de Torrevieja, Santa Pola y Calpe (Alicante) por evaporación del agua del mar. Si el agua del mar Mediterráneo contiene un 3,5% en masa de NaCl y su densidad es 1,015 kg/l, qué volumen de agua de mar tendríamos que evaporar para obtener 1 kg de sal común? Sol.: 28,15 L Preparación de disoluciones diluidas a partir de concentradas (dilución) 14. Se desea preparar 0,5 L de una disolución 0,1 M de HCl y se dispone de un HCl concentrado del 36% y densidad 1,19 g/ml. Calcula el volumen de esta última disolución que necesitas. Sol: V =4,26 ml 15. Un ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) concentrado de densidad 1,8 g/cm 3 tiene una pureza del 90,5 %. a) Calcula su concentración en g/l b) Indica el volumen necesario para preparar ¼ L de disolución 0,2 M Sol: a) 1629 g/l b) V = 3 cm Una disolución de ácido acético (CH 3 COOH) al 10 % tiene una densidad de 1,055 g/ml. Si añadimos 1 L de agua a 500 ml de la disolución anterior, cuál es el % en masa de la nueva disolución? Sol.: 3,45 % 17. Queremos preparar 500 ml de H 2 SO 4 0,4 M a partir de una disolución de densidad 1,19 g/ml y el 30% en masa, Cuántos litros necesitamos tomar de la disolución inicial? Sol.: 54 ml 18. Tenemos 25 ml de disolución de ácido sulfúrico 0,1 M. Cuánta agua hay que añadir para tener una disolución 0,025 M? Sol.: 75 ml 19. A qué volumen se deben diluir 500 ml de ácido sulfúrico del 90% en masa y 1,81 g/ml para preparar una disolución 10 M? Sol.: 0,831 L 20. Un bote de HCl comercial es de un 30 % en masa y 8 M. a) Obtén su densidad b) Si cogemos 500 ml de ese HCl comercial los diluimos hasta obtener una disolución 2 M, Qué volumen tendrá la disolución resultante? c) Qué cantidad de agua se añadió? 8 Sol.: a) 0,97 g/ml; b) 2 L; c) 1,5 L

9 21. Determina el volumen de ácido nítrico diluido de densidad 1,11 g/ml y 19% en masa que se puede preparar por dilución con 50 ml de agua, a partir de un ácido concentrado de 1,42 g/ml y 69,8% en masa. Sol: 63,5 ml. Preparación de disoluciones concentradas a partir de disoluciones diluidas 22. Qué masa de soluto se debe añadir a 240 ml de una disolución del 25% en masa y densidad 1,24 g/ml para aumentar su concentración hasta el 40%? Sol: 74,4 g 23. Al preparar una disolución de ácido clorhídrico ha resultado algo diluida: 0,915 M. Si la queríamos preparar 1 M, qué volumen de ácido clorhídrico del 39 % en peso de riqueza y densidad 1,16 g/ml habrá que añadir a 1 L de la que hemos preparado para conseguir que sí sea 1 M? Supón que los volúmenes son aditivos. Sol.: 7,46 ml Mezcla de disoluciones 24. Se toman 200 ml de una disolución de MgCl 2 de concentración 1 M y se mezclan con 200 ml de otra disolución de la misma sustancia de concentración 2,5 M. Se añade al conjunto finalmente 100 ml de agua. Cuál es la molaridad resultante si se supone que los volúmenes son aditivos? Sol.: 1,4 M. 9

10 Notas sobre las leyes de los gases: En azul: problemas donde hay un único gas que cambia de condiciones. En violeta: problemas donde la masa cambia. (no se puede usar PV=cte, V/T = cte, P/T = cte, PV/T = cte). En marrón claro: problemas de densidad. 10