9. Teoría atómica. Leyes de la combinación química

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1 9 Teoría atómica. Leyes de la combiació química Actividades 1 El aálisis del agua idica que el 11,11 % es de hidrógeo y el 88,89 %, de oígeo. E qué relació de masa se ecuetra el hidrógeo respecto al oígeo? Justifica cuál es la fórmula del agua. [Datos: masa atómica (H) 1 u, masa atómica () 16 u]. Relació de masa: masa hidrógeo masa oígeo 11,11 88, Como la masa atómica del hidrógeo es 1 u, y la del oígeo, 16 u, el úmero relativo de átomos que hay de cada elemeto e el agua será: Átomos de hidrógeo 11,11 11,11 1 Átomos de oígeo 88, ,556 Dividiedo por el meor de los valores de estos cocietes, obtedremos la proporció más simple posible etre los átomos de la molécula de agua: 11,11 2 átomos de hidrógeo 5,556 5,556 1 átomo de oígeo 5,556 La fórmula del agua correspoderá a: H 2 2 Eiste dos compuestos oigeados del carboo. El aálisis del primero da: 42,86 % (C) y 57,14 % (); mietras que el del segudo es: 27,27 % (C) y 72,73 % (). E qué relació se ecuetra las masas de oígeo que se combia co la misma catidad de carboo? Para poder comparar teemos que coocer la catidad de oígeo que e el segudo compuesto correspode a la misma catidad de carboo que e el primero: 27,27 g C 72,73 g 42,86 g C g 114,31 g Por tato, e el segudo compuesto, por la misma masa de carboo que e el primero, 42,86 g, llevaría 114,31 g de oígeo. La relació de las catidades de oígeo es: masa segudo compuesto masa primer compuesto 114,31 57,14 2 La relació es del doble de oígeo e el segudo compuesto. 3 Tras realizar el aálisis cuatitativo de cico óidos de itrógeo, ha dado los resultados que figura e la tabla. Se cumple la ley de Dalto? Idica e qué relació se ecuetra las masas de oígeo e los distitos compuestos. Sustacia Catidad de itrógeo (g) Catidad de oígeo (g) 3,5 3,5 3,5 3,5 3, La relació e la que se ecuetra la catidad de oígeo e los cico compuestos que cotiee la misma catidad de itrógeo es: m () 2. o compuesto m () 1. er compuesto m () 3. er compuesto m () 1. er compuesto m () 4. o compuesto m () 1. er compuesto m () 5. o compuesto m () 1. er compuesto Todas ellas so relacioes etre úmeros simples: m () 3. er compuesto m () 2. o compuesto m () 4. o compuesto m () 2. o compuesto m () 5. o compuesto m () 2. o compuesto Igualmete estas relacioes se establece etre úmeros simples: m () 4. o compuesto m () 3. er compuesto m () 5. o compuesto m () 3. er compuesto Teoría atómica. Leyes de la combiació química 277

2 Por último: m () 5.o compuesto m () 4. o compuesto Se cumple la ley de Dalto pues todas las relacioes so etre úmeros secillos. 4 El aálisis del metao os muestra el 25 % de hidrógeo y el 75 % de carboo. Cuál es la fórmula del metao? [Datos: masa atómica (H) 1u, masa atómica (C) 12 u]. Como la masa atómica del hidrógeo es 1 u y la del carboo es 12 u, el úmero relativo de átomos que hay de cada elemeto e el metao será: Átomos de hidrógeo Átomos de carboo ,25 Dividiedo por el meor de los valores de estos cocietes, obtedremos la proporció más simple posible etre los átomos de la molécula de metao: 25 4 átomos de hidrógeo 6,25 6,25 1 átomo de carboo 6,25 La fórmula del metao correspoderá a: CH 4 5 Teiedo presete la ley de Gay-Lussac, completa la siguiete tabla. Si hay eceso e algú reactivo, aparece e los productos. Reactivos Productos Reactivos e eceso Cloro Hidrógeo Cloruro de hidrógeo Hidrógeo Cloro 20 cm 3 40 cm 3 40 cm 3 20 cm 3 15 cm 3 30 cm 3 ígeo Hidrógeo Agua (vapor) Hidrógeo ígeo 10 cm 3 40 cm cm cm 3 Nitrógeo Hidrógeo Amoíaco Hidrógeo Nitrógeo 40 cm 3 60 cm 3 30 cm 3 60 cm 3 Primera reacció: Cl 2 (g) +H 2 (g) 2 HCl (g) La ley de Gay-Lussac afirma que la proporció e volúmees es: 1 V de Cl 2 (g) +1V de H 2 (g) 2 V de HCl (g) Por tato, si se parte de 15 cm 3 de Cl 2 (g) debe eistir otros 15 cm 3 de H 2 (g) para obteer el doble, 30 cm 3,de HCl (g). Seguda reacció: 2 (g) +2H 2 (g) 2H 2 (g) La ley de Gay-Lussac afirma que la proporció e volúmees es: 1 V de 2 (g) +2V de H 2 (g) 2 V de H 2 (g) Por tato, si se parte de 10 cm 3 de 2 (g) debe eistir el doble, 20 cm 3,deH 2 (g) para obteer otros 20 cm 3 de H 2 (g). E cosecuecia, como se ha utilizado 40 cm 3 de hidrógeo, sobra 20 cm 3. Si se parte de 200 cm 3 de 2 (g) debería eistir el doble, 400 cm 3 de H 2 (g), para obteer otros 400 cm 3 de H 2 (g). E cosecuecia, como se ha obteido solo 200 cm 3 de agua, de hidrógeo se ecesita el mismo volume, 200 cm 3, y sobrará 100 cm 3 de oígeo. Tercera reacció: N 2 (g) +3H 2 (g) 2NH 3 (g) La ley de Gay-Lussac afirma que la proporció e volúmees es: 1 V de N 2 (g) +3V de H 2 (g) 2 V de NH 3 (g) Por tato, si se parte de 40 cm 3 de N 2 (g) y 60 cm 3 de H 2 (g), solo reaccioará 20 cm 3 de itrógeo, sobrará otros 20 cm 3 y se obtedrá 40 cm 3 de amoíaco. Reactivos Productos Reactivos e eceso Cloro Hidrógeo Cloruro de hidrógeo Hidrógeo Cloro 20 cm 3 40 cm 3 40 cm 3 20 cm 3 15 cm 3 15 cm 3 30 cm 3 ígeo Hidrógeo Agua (vapor) Hidrógeo ígeo 10 cm 3 40 cm 3 20 cm 3 20 cm cm cm cm cm 3 Nitrógeo Hidrógeo Amoíaco Hidrógeo Nitrógeo 40 cm 3 60 cm 3 40 cm 3 20 cm 3 30 cm 3 90 cm 3 60 cm 3 6 Halla las masas moleculares de los compuestos siguietes: HN 3,C(NH 2 ) 2,C,C 2 ych 4.(Dato:N14u). La masa molecular es la suma de las masas de todos y cada uo de los átomos que forma la molécula: M (HN 3 )M (H) + M (N) + 3 M () u M [C(NH 2 ) 2 ]M (C) + M ()+2 [M (N) + 2 M (H)] (14+2 1)60u M (C) M(C) + M() u M (C 2 ) 2M (C) + 6M (H) + M () u M (CH 4 )M (C) + 4M (H) u Teoría atómica. Leyes de la combiació química

3 7 Halla la composició cetesimal de los compoetes de las tres últimas fórmulas del ejercicio aterior. La composició cetesimal es la catidad de cada uo de los elemetos que forma la molécula por cada 100 gramos de compuesto. 66 Moóido de carboo (C): la molécula tiee ua masa de 28 u, de las cuales 12 u so de carboo y 16 u so de oígeo; por tato: 12 de C 28 de C de C 100 de C 16 de 28 de C de 100 de C 42,86 % de C 57,14 % de 66 Etaol (C 2 ): la masa molecular es 46 u; por tato: 2 12deC 46 de C 2 de C 100 de C 2 6 1deH 46 de C 2 de H 100 de C 2 16 de 46 de C 2 de 100 de C 2 52,17 % de C 13,04 % de H 34,78 % de 66 Metao (CH 4 ): la masa molecular es 16 u; por tato: 12 de C de C 75 % de C 16 de CH de CH 4 4 1deH de C 25 % de C 16 de CH de CH 4 Cuestioes 1 Demuestra que si se combia m átomos del elemeto A co del B y las masas de los átomos so a y b, respectivamete, se cumple que la relació etre las masas de los elemetos es proporcioal a la relació etre las masas de los átomos. La masa de m átomos del elemeto A será m a, yla masa de átomos del elemeto B será b; por tato: masa elemeto A masa elemeto B m a b k a b 2 Eplica por qué la teoría de Dalto es icompatible co la ley de Gay-Lussac. Segú Dalto, la relació etre los volúmees gaseosos, además de ser secilla, debía ser igual a los volúmees gaseosos de los productos de la reacció. Gay-Lussac comprobó que la relació secilla eistía, pero la suma de los volúmees de gases reaccioates o siempre era igual a la suma de los volúmees de los gases productos. La clave de esta icompatibilidad la dio Avogadro, quie estableció su hipótesis segú la cual volúmees iguales de gases diferetes e las mismas codicioes de presió y temperatura cotiee el mismo úmero de moléculas. La molécula para Avogadro era ua asociació de átomos que podía darse icluso e los elemetos (hecho comprobado después) como hidrógeo (H 2 ), oígeo ( 2 ), itrógeo (N 2 ), cloro (Cl 2 ) y otros. La hipótesis de Avogadro justifica cómo dos volúmees de hidrógeo se combia co u volume de oígeo para dar dos volúmees de vapor de agua, ya que, segú Avogadro, esa combiació e volúmees es proporcioal al úmero de moléculas. 1 V de 2 (g) +2V de H 2 (g) 2 V de H 2 (g) Los resultados eperimetales de Gay-Lussac está totalmete de acuerdo co esta hipótesis, que así queda cofirmada. 3 Recuerda la hipótesis de Avogadro y completa esta frase: «E volúmees de gases e las mismas codicioes de presió y temperatura hay el mismo umero de». «E volúmees iguales de gases diferetes e las mismas codicioes de presió y temperatura hay el mismo úmero de moléculas». 4 Dóde hay más moléculas gaseosas? a) 1 L de H 2 a 1 atm y 0 C. b) 1 L de 2 a 1 atm y 0 C. c) 1 L de C 2 a 1 atm y 0 C. Segú la hipótesis de Avogadro, volúmees iguales, 1 L, de gases diferetes e las mismas codicioes de presió y temperatura, 1 atm y 0 C, tiee el mismo úmero de moléculas. 5 Si los volúmees e los gases so proporcioales al úmero de moléculas del propio gas, qué relació umérica hay etre el úmero de moléculas de HI y de H 2? H 2 (g) +I 2 (g) 2HI(g) E las mismas codicioes de presió y temperatura podemos escribir: 1 V de H 2 (g) +1V de I 2 (g) 2 V de HI (g) Si el volume del gas es proporcioal al úmero de moléculas, tambié se puede escribir como: de H 2 (g) + de I 2 (g) 2 de HI (g) E cosecuecia, hay el doble de moléculas de HI que de H Teoría atómica. Leyes de la combiació química 279

4 Actividades fiales Cosolidació 1 Eplica qué es u sistema material homogéeo y po ejemplos e estados físicos diferetes. U sistema material es homogéeo si a simple vista o co ayuda de ua lupa o se aprecia compoetes distitos. Los sistemas homogéeos tiee las mismas propiedades e todos sus putos. So sistemas homogéeos el oígeo, el agua potable o el azúcar. 2 Defie qué es sustacia pura y po ejemplos variados. Ua sustacia pura es u sistema homogéeo que, además de teer las mismas propiedades e todos sus putos, estas so características de la sustacia, de forma que la distigue de las demás sustacias. So sustacias puras el cobre, la glucosa, el hidrógeo, el dióido de carboo, el cloruro de sodio, etc. 3 Al reaccioar cloro co hidrógeo se obtiee cloruro de hidrógeo. Qué tipo de trasformació es esta? Es ua sítesis, es decir, a partir de dos elemetos secillos se obtiee u compuesto más complejo. Cl 2 +H 2 2 HCl 4 Segú la teoría de Lavoisier, completa la siguiete tabla: C+ 2 C 2 C 2 C 2 12 g 44 g 24 g 64 g La suma de las masas de los reactivos debe ser igual a la masa del producto; por tato: g g Completamos la tabla: C 2 C 2 12 g 32 g 44 g 24 g 64 g 88 g 5 Completa la reacció de formació de vapor de agua a partir de H 2 y 2. 2H 2 (g) + 2 (g) 2H 2 (g) + Debe haber el mismo úmero de átomos de hidrógeo y de oígeo etre los reactivos que etre los productos; por tato, se ecesita dos moléculas de hidrógeo (cuatro átomos) y ua de oígeo (dos átomos) para obteer dos moléculas de agua, cada ua co dos átomos de hidrógeo y uo de oígeo. + 6 Cuál de las siguietes eperiecias o perteece a la trasformació? C (s) + 2 (g) r C (g) Ep:1 12 g 16 g 28 g Ep:2 6 g 22 g 28 g Las dos eperiecias cumple la ley de Lavoisier: 12g+16g28g ; 6g+22g28g La reacció ajustada es: 2C(s) + 2 (g) 2C(g) Como la masa del carboo es M (C) 12 u, y la del oígeo, M ( 2 ) 32 u, la proporció e la que reaccioa carboo y oígeo para formar moóido de carboo será: masa C ,75 masa 2 32 E la primera eperiecia: masa C 12 0,75 Cumple la proporció masa 2 16 estequiométrica. E la seguda: masa C 6 0,27 / 0,75 No cumple la proporció masa 2 22 estequiométrica. 7 A partir del resultado de la ley de Proust, aplicable al hierro y al azufre, idica cuátos gramos de hierro reaccioa co 0,8 g de azufre. La reacció es: Fe + S FeS Como la masa del hierro es M (Fe) 55,8 u y la del azufre, M (S) 32 u, la proporció e la que reaccioa hierro y azufre para formar sulfuro de hierro (II) será: masa Fe masa S 55,8 32 Por tato, los gramos de Fe que reaccioa co 0,8 g de S debe mateer esta proporció: 55,8 g Fe 32 g S 0,8 g 1,4 g de Fe Teoría atómica. Leyes de la combiació química

5 8 Por qué las masas atómicas y las masas moleculares relativas o posee uidad física? Porque resulta de dividir esas masas por 1 de la masa 12 del átomo de carboo 12. Es, por tato, el cociete de dos catidades de la misma magitud y, e cosecuecia, si uidades. 9 Completa la siguiete tabla: Sistema Agua + alcohol Agua + hielo Agua de mar Almíbar Estiércol Vio Area Homogéeo/Heterogéeo Homogéeo: agua + alcohol; agua de mar; almíbar; vio. Heterogéeo: agua + hielo; estiércol; area. 10 Completa la siguiete tabla: Sistema Broce Estaño Petróleo Alcohol etílico Aire Sustacia pura/disolució Sustacia pura: estaño; alcohol etílico. Disolució: broce; petróleo, aire. 11 Calcula el tato por cieto de los óidos de estaño S y S 2 y comprueba que se cumple la ley de Dalto sobre las proporcioes múltiples. [Datos: M (S) 118,7 u; M () 16 u]. La composició cetesimal del S, cuya masa es M (S) 118, ,7 u, será: 134,7 g de S 118,7 g de S ,7 g de S 16 g de ,12 % de S 11,88 % de La composició cetesimal del S 2, cuya masa es M (S 2 ) 118, ,7 u, será: 150,7 g de S 2 118,7 g de S ,7 g de S 2 32 g de ,77 % de S 21,23 % de Para comprobar la ley de las proporcioes múltiples ecesitamos partir de ua misma masa de uo de los elemetos. Partiremos de 88,12 g de S, de forma que e el segudo compuesto, S 2, para 88,12 g de S se requiere, de oígeo: 78,77 g de S 21,23 g de 88,12 g de S gde 23,75 g de La masa de oígeo que se combia co ua misma masa de estaño será: masa para S 11,88 masa para S 2 23,75 1 1, Relació etre úmeros secillos, como idica la ley de Dalto. 12 Eplica, teiedo e cueta la teoría atómica y las fórmulas de los óidos de estaño, las proporcioes múltiples si ecesidad de calcular los porcetajes. Partimos del mismo úmero,, de átomos de estaño e ambos compuestos. E el primero, S, átomos de S se combia co otros átomos de. E el segudo, S 2, los átomos de S se combia co 2 átomos de oígeo. Por tato: masa para S masa para S 2 masa atómica 2 masa atómica Rectifica la teoría atómica co la teoría atómico-molecular y, a la luz de los hechos comprobados e el siglo XX, efectúa u cometario de cada postulado. 66 Las sustacias químicas está costituidas por partículas muy pequeñas llamadas átomos, que permaece eteras e las reaccioes químicas. 66 Átomo es la parte más pequeña de la materia que etra e combiació química. 66 Los átomos de las sustacias simples o elemetos so químicamete iguales pero diferetes de los de otros elemetos. Al idicar que los átomos de u elemeto so químicamete iguales se quiere decir que lo so e cuato a las propiedades químicas, ya que u mismo elemeto puede poseer átomos que difiere e su masa atómica (los distitos isótopos). 66 Los átomos puede uirse etre sí y costituir asociacioes llamadas moléculas. Estas moléculas so elemetos si los átomos so iguales, o compuestos si se ue átomos diferetes. Dalto o admitía este cocepto i tampoco otros químicos cotemporáeos suyos. Hasta fiales del siglo XIX o se aceptó de forma geeralizada. 9. Teoría atómica. Leyes de la combiació química 281

6 66 Molécula es la parte más pequeña de ua sustacia que puede eistir aislada coservado las propiedades químicas y la composició de dicha sustacia. Esta defiició es válida solamete para sustacias moleculares. E los compuestos ióicos o eiste moléculas e el setido de esta defiició. 14 Comprueba que la relació etre volúmees e los gases reaccioates es igual a la relació etre moléculas. Justifica esta coicidecia. E ua reacció molecular como la del hidrógeo co el oígeo para formar agua: 2H 2 (g) + 2 (g) 2H 2 (g) La relació e volume es: V ( 2 ) V (H 2 ) 1 2 Segú la hipótesis de Avogadro, u determiado volume de gases diferetes e las mismas codicioes de presió y temperatura cotiee igual úmero de moléculas. E cosecuecia, los volúmees so proporcioales a las moléculas que cotiee. Por tato: V ( 2 ) V (H 2 ) moléculas de ( 2 ) 2 moléculas de (H 2 ) La teoría atómica de Dalto tiee icorreccioes. Puedes eplicar la eistecia del 14 6 C coociedo el 12 6 C? Cuado Dalto afirma que los átomos de las sustacias simples o elemetos so iguales se refiere a que so químicamete iguales, es decir, lo so e cuato a sus propiedades químicas. Muchos elemetos, como el carboo, está costituidos por u cojuto de isótopos o átomos que posee el mismo úmero de protoes y electroes pero distito úmero de eutroes e el úcleo y, e cosecuecia, tiee distita masa atómica. El 14C posee 6 dos eutroes más que el 12 6C, pero ambos tiee las mismas propiedades químicas (al teer el mismo úmero de electroes) auque difiera e alguas de sus propiedades físicas. So, e defiitiva, el mismo elemeto pero distitos átomos. 16 E la tabla adjuta se idica las masas de dos elemetos A y B que reaccioa. Cuátos compuestos se forma? Razoa la respuesta. A 2g 6g 1g B 3g 9g 2g Se forma dos compuestos diferetes. E las dos primeras filas la proporció etre A y B es la misma y, por tato, dará lugar a u mismo compuesto: 2 g de A 3 g de B 6 g de A 9 g de B E la tercera fila se tiee ua proporció diferete y, e cosecuecia, se obtedrá u compuesto distito. 17 Cosulta libros e tu biblioteca. Cuál es la hipótesis correcta? a) El ozoo es u isótopo del oígeo. b) El ozoo es ua sustacia pura compuesta. c) El ozoo es ua forma alotrópica del oígeo. La respuesta correcta es la c). El ozoo es ua sustacia pura simple formada por tres átomos de oígeo, 3.Es ua forma alotrópica del oígeo y purifica el agua porque se descompoe rápidamete e oígeo molecular. 18 Qué se etiede por propiedad característica de ua sustacia. Escribe tres propiedades características de las sustacias y tres propiedades que o sea características. Las sustacias puras tiee propiedades específicas perfectamete defiidas, co valores costates que permite idetificarlas etre otras sustacias puras. Por ejemplo, la desidad, la temperatura de fusio, la solubilidad so propiedades características de las sustacias puras. La masa, el volume, la dureza, pese a ser propiedades específicas de la materia, o so características de las sustacias puras. Ejercicios y problemas 1 De los siguietes cuerpos o sistemas idica cuáles so sustacias puras y cuáles so disolucioes: aire, gas atural, sodio, agua mieral, itrógeo, azúcar, diamate, cristal de roca, azufre, hulla y alumiio. So sustacias puras: sodio, itrógeo, azúcar (sacarosa), diamate, cristal de roca, azufre y alumiio. So disolucioes: aire, gas atural, agua mieral y hulla. 2 Si se cosidera que la relació e la que se combia el hierro (Fe) co el azufre (S) para dar sulfuro de hierro (FeS) es 1,74, idica, a la vista de la tabla siguiete, e cada fila: a) Si reaccioa todos los reactivos. b) Si sobra algú reactivo; e ese caso, cuál y e qué catidad si la masa (m) se epresa e gramos. [Datos: M (Fe) 55,8 u; M (S) 32 u]. Reactivos Producto Reactivos e eceso m (Fe) m (S) m (FeS) m (Fe) m (S) 3,60 2,00 5,49 2,62 1,50 4,12 4,35 3,40 6, Teoría atómica. Leyes de la combiació química

7 La reacció es: Fe + S FeS Cosiderado las masas, la proporció e la que reaccioa hierro y azufre para formar sulfuro de hierro (II) será: masa Fe masa S 55,8 32 Primera fila: a) Co 2,00 g de S reaccioará: 55,8 g Fe 32 g S 2,00 g 3,49 g de Fe b) Sobra: 3,60 3,49 0,11 g de Fe Seguda fila: a) Co 1,50 g de S reaccioará: 55,8 g Fe 32 g S 1,50 g 2,62 g de Fe b) La proporció de reactivos es estequiométrica. Tercera fila: a) Co 4,35 g de Fe reaccioará: 55,8 g Fe 32 g S 4,35 g b) Sobra: 3,40 2,50 0,90 g de S Resumiedo: 2,50 g de S Reactivos Producto Reactivos e eceso m (Fe) m (S) m (FeS) m (Fe) m (S) 3,60 2,00 5,49 0,11 0 2,62 1,50 4, ,35 3,40 6,85 0 0,90 3 Eiste dos óidos de fósforo que los distiguiremos e la tabla por I y II. E la misma figura la composició cetesimal de los elemetos para cada óido y la relació etre el % () y el % (P). Co esos datos, comprueba si se cumple la ley de Dalto y cuál es la relació etre las masas de oígeo. Óido de fósforo I II % (P) 56,36 43,66 % () 43,64 56,34 % () % (P) 0,774 1,290 Para comprobar la ley de Dalto hay que partir de la misma catidad de uo de los elemetos. Partiremos de la misma catidad de fósforo: 43,66 g de P. Para esta catidad de fósforo, e el segudo óido se tiee que: 43,66 g P 56,34 g 56,36 72,73 g de La proporció de oígeo e los dos compuestos es: masa e (II) masa e (I) 72,73 43,64 1, Co los datos de la tabla tambié podíamos haber obteido este resultado: masa e (II) masa e (I) 1,290 0, Al combiarse cloro co sodio se ha obteido cloruro de sodio (NaCl). Realizado el aálisis cuatitativo se obtiee: % (Na) 39,32 % y % (Cl) 60,68 %. E qué relació se combia y cuátos gramos de cloruro de sodio se obtiee co 0,46 g de sodio? La proporció e la que reaccioa el sodio co el cloro para dar cloruro de sodio es: m (Na) m (Cl) 39,32 g Na 60,68 g Cl 0,65 E cosecuecia, co 0,46 g de Na, reaccioa de cloro: 39,32 g Na 60,68 g Cl 0,46 g Na gcl Por tato, de cloruro de sodio se obtedrá: 0,46 + 0,71 1,17 g de NaCl 0,71 g de Cl 5 El aálisis cuatitativo de ua sal de calcio y azufre os muestra que de cada 100 g de sal hay 55,55 g de calcio y 44,44 g de azufre; el resto so impurezas. Determia la fórmula de la sal ayudádote de las masas atómicas. [Datos: M (Ca) 40 u; M (S) 32 u]. El úmero relativo de átomos que hay de cada elemeto e la sal será: Átomos de calcio 55, ,389 Átomos de azufre 44, ,389 Dividiedo por el meor de los valores de estos cocietes, obtedremos la proporció más simple posible etre los átomos de la molécula de sal: La fórmula de la sal es: CaS 1,389 1 átomo de calcio 1,389 1,389 1 átomo de azufre 1,389 6 Al reaccioar hidrógeo co oígeo se ha producido 400 ml de vapor de agua a partir de 200 ml de oígeo. Qué volume de hidrógeo ha sido ecesario? La reacció ajustada para la obteció de agua a partir de oígeo y de hidrógeo es: 2 (g) +2H 2 (g) 2H 2 (g) 9. Teoría atómica. Leyes de la combiació química 283

8 La ley de Gay-Lussac afirma que la proporció e volúmees es: 1 V de 2 (g) +2V de H 2 (g) 2 V de H 2 (g) E cosecuecia, 200 ml de 2 reaccioará co 400 ml de hidrógeo y se obtedrá 400 ml de agua. 7 E reaccioes diferetes se ha combiado 60 cm 3 de hidrógeo co oígeo, cloro y itrógeo. Qué volume de cada gas ha reaccioado? Qué volume de hidrógeo se combiará co 60 cm 3 de cada uo de los gases? La primera de las reaccioes es: 2H 2 (g) + 2 (g) 2H 2 (g) La relació e volume etre los reactivos es: 2 V (H 2 ) 1 V ( 2 ) cm 3 de 2 El volume de hidrógeo que se combiará co 60 cm 3 de oígeo será: La seguda de las reaccioes es: 120 cm 3 de H 2 H 2 (g) +Cl 2 (g) 2 HCl (g) La relació e volume etre los reactivos es: 1 V (H 2 ) 1 V (Cl 2 ) cm 3 de Cl 2 El volume de hidrógeo que se combiará co 60 cm 3 de cloro será: La tercera de las reaccioes es: 60cm 3 de H 2 3H 2 (g) +N 2 (g) 2NH 3 (g) La relació e volume etre los reactivos es: 3 V (H 2 ) 1 V (N 2 ) cm 3 de N 2 El volume de hidrógeo que se combiará co 60 cm 3 de itrógeo será: cm 3 de H 2 8 El óido ítrico (N) se combia co oígeo ( 2 ) para formar dióido de itrógeo (N 2 ). Los volúmees de combiació so: óido ítrico + oígeo 2 V 1 V dióido de itrógeo 2 V A partir de 40 ml de óido ítrico se ha obteido 20 ml de dióido de itrógeo. Qué volume de oígeo ha reaccioado? Qué gas estaba e eceso y cuáto? Como se cumple la ley de Gay-Lussac y la hipótesis de Avogadro, idica e qué relació se ecuetra el úmero de moléculas y ajusta la reacció. El volume obteido de N 2 es el mismo que el de N; por tato, si se ha obteido 20 ml de N 2, el volume de N que ha reaccioado será tambié 20 ml. La relació e volume etre los reactivos es: 2 V (N) 1 V ( 2 ) mLde 2 De los 40 ml de N de partida solo ha reaccioado 20 ml; e cosecuecia, hay eceso de N, eactamete: ml de N e eceso La relació etre el úmero de moléculas es la misma que etre el volume; por tato, la reacció ajustada será: 2N+ 2 2N 2 9 Escribe e térmios de volúmees las siguietes ecuacioes químicas etre gases: a) H 2 +F 2 2HF b) N 2 4 2N 2 c) CH C 2 +2H 2 d) 2C+ 2 2C 2 Los coeficietes estequiométricos idica la relació volumétrica de acuerdo co la hipótesis de Avogadro; por tato: a) 1 V de H 2 +1Vde F 2 2 V de HF b) 1 V de N V de N 2 c) 1 V de CH 4 +2V de 2 1 V de C 2 +2Vde H 2 d) 2 V de C + 1 V de 2 2 V de C 2 10 Halla las masas moleculares de las sustacias siguietes y calcula su composició cetesimal: CH 4,S 3 y HN 3. [Datos: M (C) 12 u; M (H) 1 u; M (S) 32 u; M () 16 u; M (N) 14 u]. La masa molecular del CH 4 será: M (CH 4 )M (C) + 4M (H) u La composició cetesimal será: 16 g CH 4 12 g C g CH 4 4gH 100 La masa molecular del S 3 es: 75 % de C 25 % de H M (S 3 )M (S) + 3M () u La composició cetesimal será: 80 g S 3 32 g S g S 3 48 g %deS 60 % de Teoría atómica. Leyes de la combiació química

9 La masa molecular del HN 3 será: M (HN 3 )M (H) + M (N) + 3 M () u La composició cetesimal será: 63 g HN 3 1gH 63 g HN g N g HN 3 48 g 100 1,59 % de H 22,22 % de N 76,19 % de 11 E la sítesis del agua a partir de hidrógeo y oígeo reaccioa 50 cm 3 de H 2 co V cm 3 de 2. Si queremos obteer 25 cm 3 de vapor de agua, cuátos cm 3 sobra de H 2? Cuál es el valor de V? La reacció de sítesis del agua es: 2H 2 (g) + 2 (g) 2H 2 (g) El volume de agua obteido es el mismo que el volume de hidrógeo que reaccioa; por tato, si obteemos 25 cm 3 de agua, de hidrógeo reaccioa 25 cm 3, e cosecuecia, sobra 25 cm 3 de hidrógeo. De oígeo reaccioa la mitad de volume que de hidrógeo; por tato, el volume de oígeo será 12,5 cm 3.E defiitiva: 25 cm 3 de H ,5 cm 3 de 2 25 cm 3 de H cm 3 de hidrógeo que o reaccioa 12 Dos sustacias puras simples gaseosas reaccioa para dar ua sustacia pura compuesta. El aálisis volumétrico idica: A 2 (g) +B 2 (g) 1 V 3 V A B y 2 V Deduce e y ayudádote de la hipótesis de Avogadro. La hipótesis de Avogadro afirma que volúmees iguales de gases diferetes tiee el mismo úmero de partículas; e cosecuecia: 1 V de A 2 cotiee moléculas de A 2 2 átomos A 3 V de B 2 cotiee 3 moléculas de B átomos B 2 V de A B y cotiee 2 moléculas de A B y 2 átomos A y2 y átomos B Igualado átomos etre reactivos y productos obteemos el sistema de ecuacioes: 2 2 bteemos las solucioes: 1;y yf 13 U gramo de azufre reaccioa eactamete co 2,04 gramos de cic formado sulfuro de cic (ZS). Razoa cuáles de las afirmacioes siguietes so válidas: a) 1 g de S + 2,04 g de Z 3,04 g de ZS b) 2 g de S + 2,04 g de Z 6,08 g de ZS c) 3 g de S + 6,12 g de Z 9,12 g de ZS d) 4 g de S + 2,04 g de Z 6,04 g de ZS a) Es válida, cumple la proporció y la ley de Lavoisier: 1 g de S + 2,04 g de Z 3,04 g de reactivos b) Falsa, o cumple la proporció estequiométrica i la ley de Lavoisier: 1gS 2,04 g Z / 2gS 2,04 g Z c) Es válida, cumple la proporció estequiométrica y la ley de Lavoisier: 1gS 2,04 g Z 3gS 6,12 g Z 3 g de S + 6,12 g de Z 9,12 g de reactivos d) Falsa, o cumple la proporció estequiométrica: 1gS 2,04 g Z / 4gS 2,04 g Z 14 Se lleva a cabo ua serie de eperimetos e los que se calieta ua mezcla de hierro y azufre, los cuales reaccioa para dar lugar a sulfuro de hierro. a) bserva la siguiete tabla de datos y rellea los recuadros e blaco: Eperimeto Ates de la reacció Después de la reacció úmero m Fe (g) m S (g) m FeS (g) m Fe (g) m S (g) ,7 8,4 b) E qué eperimetos el azufre y el hierro se ecuetra e proporcioes estequiométricas? c) Cuál es el valor de la relació de masas e la que se combia el hierro y el azufre? a) Eperimeto Ates de la reacció Después de la reacció úmero m Fe (g) m S (g) m FeS (g) m Fe (g) m S (g) ,71 0, ,7 8,4 23,1 9. Teoría atómica. Leyes de la combiació química 285

10 Eperimeto 1: se da la relació estequiométrica etre el hierro y el azufre para obteer FeS. Eperimeto 2: 7 g de Fe reaccioará co 4 g de S y quedará si reaccioar 1 g de S. Eperimeto 3: 4 g de S reaccioa co 7 g de Fe y queda si reaccioar 1 g de Fe. Eperimeto 4: la proporció idica que: 7gFe 4gS 10 g Fe gs 5,71 g de S E cosecuecia, 10 g de Fe reaccioa co 5,71 g de S y queda si reaccioar: (6 5,71) 0,29 g de S Eperimeto 5: la proporció idica: 7gFe 4gS 14,7 g Fe gs 8,4 g de S E cosecuecia, la proporció es estequiométrica. b) El azufre y el hierro se ecuetra e proporcioes estequiométricas e los eperimetos 1 y 5. c) 7 g de Fe 4 g de S 1,75 15 La vitamia C (ácido ascórbico), además de otros elemetos, cotiee carboo y oígeo. Ua muestra de esta vitamia sitetizada e el laboratorio cotiee 60 g de carboo y 80 g de oígeo. tra muestra de ácido ascórbico, procedete de kiwis (ua fuete ecelete de vitamia C), cotiee 18 g de carboo. Calcula la masa de oígeo que cotiee la seguda muestra. La proporció es: 60 g C 80 g 18 g C g 24 g de oígeo 16 El azufre y el oígeo puede formar tres compuestos distitos segú las siguietes proporcioes: Compuesto 1. o 2. o 3. o Catidad de azufre (g) Catidad de oígeo (g) Ecuetras algua regularidad e esas proporcioes? Serías capaz de euciar la ley aplicada a este ejemplo? La relació e la que se ecuetra la catidad de oígeo e los tres compuestos que cotiee la misma catidad de azufre es: m () 2. o compuesto m () 1. er compuesto m () 3. er compuesto m () 1. er compuesto m () 3. er compuesto m () 2. o compuesto Todas ellas preseta relacioes etre úmeros simples. Ley: cuado se combia dos elemetos y de su uió puede resultar varios compuestos, se cumple que ua catidad costate e masa de uo de ellos se ue co catidades variables del otro, formado etre sí ua relació de úmeros secillos. 17 Se tiee dos muestras de gases que al aalizarlas da como resultados: Muestra 1. a 2. a Catidad de carboo (g) 2,544 3,768 Catidad de oígeo (g) 3,392 10,048 So el mismo gas o so diferetes gases? La proporció que tiee los dos elemetos e cada muestra será: m (C) m () 2,544 3,392 0,75 m (C) m () 3,768 10,048 0,375 Como las proporcioes so distitas, so compuestos diferetes. 18 Al realizar el aálisis de 7,150 g de u óido de cobre mediate reducció co hidrógeo se ha obteido 6,35 g de cobre puro. Calcula. a) La catidad de oígeo que cotiee el óido. b) El porcetaje de ambos elemetos e el mismo. c) La fórmula del óido de cobre. [Datos: M (Cu) 63,5 u; M () 16 u]. a) De los 7,150 g de óido de cobre, 6,35 g so de cobre. Por tato, la masa de oígeo será: b) Los porcetajes so: Para el cobre: 7,150 6,35 0,8 g de oígeo 7,150 g óido 6,35 g cobre 100 Para el oígeo: 7,150 g óido 0,8 g oígeo ,8 % de cobre 11,2 % de oígeo c) El úmero relativo de átomos que hay de cada elemeto e el óido será: Átomos de cobre 88,8 63,5 1,398 Átomos de oígeo 11,2 16 0, Teoría atómica. Leyes de la combiació química

11 Dividiedo por el meor de los valores de estos cocietes obtedremos la proporció más simple posible etre los átomos de la molécula de óido: 1,398 1,997 átomos de cobre 0,7 0,7 1 átomo de oígeo 0,7 La fórmula del óido correspoderá a: Cu 2 19 Determia la fórmula empírica de ua sustacia química compuesta por 48 % de oígeo, 40 % de calcio y el resto carboo. [Datos: M () 16 u; M (C) 12 u; M (Ca) 40 u]. El porcetaje de carboo e el compuesto será: 100 ( ) 12 % de carboo El úmero relativo de átomos que hay de cada elemeto e la sustacia será: Átomos de calcio Átomos de oígeo Átomos de carboo La fórmula de la sustacia correspoderá a: CaC 3 9. Teoría atómica. Leyes de la combiació química 287

12 10 El mol. Cálculo químico Actividades 1 Sabiedo que la masa molecular del agua es 18 u, comprueba, a partir de la masa de 1 u e gramos (1, g) y de la costate de Avogadro (6, etidades/ mol), que la masa molar del agua es 18 g. Como la uidad de masa atómica equivale a 1, g, podemos escribir lo que pesa ua molécula de agua, H 2, epresada e gramos: M (H 2 ) 18 u 18 u 1, g/u 29, g E 1 mol de moléculas de agua hay 6, moléculas; e cosecuecia, la masa de 1 mol de agua será: Masa molar 29, g molécula 6,022 moléculas ,99 g mol mol 18 g mol 2 El átomo de hidrógeo es el más pequeño de todos los átomos. Su diámetro mide 0,104 m. Qué logitud cubrirá 1 mol de átomos de hidrógeo colocados e fila idia? Cuátas vueltas podría dar ese «rosario de átomos» a la Tierra? (Dato: R T km). Supoiedo que los átomos está pegados etre sí, cada uo de los átomos de hidrógeo ocupa ua logitud, epresada e metros, de l 0, m. E 1 mol de átomos de hidrógeo hay N A 6, átomos; e cosecuecia, la logitud total será: L l N A 0, m átomo 6,022 átomos , m mol Si supoemos la Tierra ua esfera, la logitud de ua circuferecia máima será: L T 2` R T 2` 6, m 4, m E cosecuecia, el úmero de veces, N, que cotiee la logitud, L, a esta logitud, L T, es: N L L T 6, , , vueltas 3 Completa la siguiete tabla: Especie Masa Masa Número Número Número de Masa química atómica molecular de moles de atómos moléculas C (g) 28 u 56 g 2 2N A C 2 (g) 44 u 88 g 2 C (s) 12 u 24 g 2N A H 2 (l) 18 u 36 g 2 Seguda fila: 2 mol de C 2 cotiee 2 N A moléculas de C 2. Tercera fila: Si la masa atómica del C es 12 u, 1 mol pesará 12 g; así pues, 24 g de C so 2 mol de C. Cuarta fila: 2 mol de H 2 cotiee 2N A moléculas de H 2. Resumiedo: Especie Masa Masa Número Número Número de Masa química atómica molecular de moles de atómos moléculas C (g) 28 u 56 g 2 2N A C 2 (g) 44 u 88 g 2 2N A C (s) 12 u 24 g 2 2N A H 2 (l) 18 u 36 g 2 2N A 4 Ua pequeña cápsula co agua ha pesado e ua balaza de precisió 12,002 g. Al cabo de ua hora pesa 11,993 g. Cuátas moléculas de agua ha perdido la cápsula cada segudo? [Datos: M (H) 1 u; M () 16 u]. Al cabo de ua hora se ha evaporado: m 12,002 11,993 m 0,009 g de agua La masa molecular del agua es: M (H 2 ) u El mol. Cálculo químico

13 El úmero de moles correspodietes a esta masa evaporada de agua será: m (g) M (H 2 ) 0, mol H 2 Como e 1 mol de agua hay N A 6, moléculas de agua, el úmero de moléculas correspodietes a los moles ateriores será: moléculas N mol 6, mol 3, moléculas de agua Si estas so las moléculas evaporadas e ua hora, e u segudo se evaporará: N 3, t moléculas 16 8, s 5 Cuátos moles de átomos de carboo (C) y de hidrógeo (H) hay e 0,1 mol de metao (CH 4 )? La molécula de metao, CH 4, tiee u átomo de carboo y cuatro de hidrógeo; por tato: 66 E cada mol de CH 4 habrá 1 mol de átomos de C y 4 mol de átomos de H. 66 E 0,1 mol de CH 4 habrá 0,1 mol de átomos de C y 0,4 mol de átomos de H. 6 La fórmula de la sacarosa (el azúcar corriete) es C 12 H Cuátas moléculas habrá e u grao de azúcar cuya masa es 1, g? Calcula, e gramos, la masa de ua de esas moléculas. [Datos: M (C) 12 u; M (H) 1 u; M () 16 u]. La masa molecular de la sacarosa será: M (C 12 H ) u El úmero de moles de sacarosa correspodietes a la masa de u grao será: m (g) M (C 12 H ) 1, mol C 12 H Como e 1 mol de sacarosa hay N A 6, moléculas de sacarosa, el úmero de moléculas correspodietes a los moles ateriores será: moléculas N mol 6, mol 3, moléculas de sacarosa Como la uidad de masa atómica equivale a 1, g, podemos escribir lo que pesa ua molécula de sacarosa, C 12 H 22 11, epresada e gramos: M (C 12 H ) 342 u 342 u 1, g/u 5, g 7 Completa la tabla siguiete: Especie Masa Número de moles Número de moles Masa química molecular de atómos de moléculas CH 4 16 u 16 g 1 mol NH 3 17 g H 2 18 u 18 g 1 mol de N 3 mol de H 1 mol La molécula de metao, CH 4, tiee u átomo de carboo y cuatro de hidrógeo; e cosecuecia, e cada mol de CH 4 habrá 1 mol de átomos de C y 4 mol de átomos de H. Si la masa de 1 mol de NH 3 so 17 g, su masa molecular tiee que ser 17 u. Si la masa molecular del H 2 so 18 u, 18 g es la masa de 1 mol de agua. Por otra parte, la molécula de agua tiee dos átomos de hidrógeo y uo de oígeo; por tato, e cada mol de agua habrá 2 mol de átomos de hidrógeo y 1 mol de átomos de oígeo. Resumiedo: Especie Masa Número de moles Número de moles Masa química molecular de atómos de moléculas CH 4 16 u 16 g NH 3 17 u 17 g H 2 18 u 18 g 1 mol de C 4 mol de H 1 mol de N 3 mol de H 2 mol de H 1 mol de 1 mol 1 mol 1 mol 8 Apartir de la ecuació geeral de los gases, justifica el valor del volume molar de los gases e c.. (22,4 L/mol). Las codicioes ormales de u gas so: p 1 atm, T 273 K Para 1 mol de u gas, el volume e estas codicioes será: V R T p p V R T 1 0, ,4 L 1 9 U recipiete cerrado de 500 ml cotiee dióido de carboo (C 2 ) a 1,2 atm y 27 C. Calcula: a) La catidad de dióido de carboo. b) La desidad del gas. c) Los moles de dióido de carboo que sale del recipiete al abrirlo, si la presió eterior es de 1,0 atm y o varía la temperatura. d) La desidad del gas remaete. [Datos: M (C) 12 u; M () 16 u]. 10. El mol. Cálculo químico 289

14 a) E las codicioes que idica el euciado, V 0,5 L, p 1,2 atm y T K, el úmero de moles de C 2 que cotiee el recipiete será: p V R T p V R T 1,2 0,5 0, ,0244 mol de C 2 Estos moles de C 2, cuya masa molecular es M (C 2 ) u, pesa: m (C 2 ) M (C 2 ) 0, ,074 g de C 2 b) La desidad del gas será: d m V 1,074 0,5 2,148 g/l c) Al abrir el recipiete sale gas hasta que la presió e el iterior sea de 1 atm. Por tato, los moles que queda a la presió de 1 atm so: ñ pñ V R T 1 0,5 0, ,0203 mol de C 2 Los moles que ha salido será: ñ 0,0244 0,0203 0,0041 mol de C 2 d) Si ha quedado ñ 0,0203 mol, la masa del gas remaete será: mñ (C 2 )ñ M (C 2 ) 0, ,893 g de C 2 Por tato, la desidad será ahora: dñ mñ V 0,893 1,786 g/l 0,5 10 E u matraz de 1 L hay 0,355 g a la temperatura de 37 C. U maómetro de precisió mide la presió e el iterior del matraz: 96,6 mmhg. Cuál es la masa molar y la masa molecular del gas? E las codicioes del euciado, V 1L,p 96, ,127 atm y T K, los moles de gas será: p V R T p V R T 0, , mol de gas Como: m (g) M (gas) M (gas) m (g) La masa molecular es 71 u. 0,355 g mol 11 Aveces decimos que se «ha practicado el vacío» e u recipiete, pero e su iterior queda todavía aire a presió muy baja. Supó que se ha hecho el vacío e u recipiete de 250 ml y la presió e su iterior a 17 C es de 10 5 mmhg. Cuátos moles y moléculas de gas queda e el iterior? Las codicioes del euciado so: V 0,25 L, p , atm y T K; el úmero de moles será: p V R T p V R T 1, ,25 0, , mol de gas Como e 1 mol hay N A 6, moléculas, el úmero de moléculas de gas será: N N A 1, , , moléculas 12 bserva la tabla e la que se muestra la composició cetesimal e volume del gas atural de Hassi R Mel y calcula el úmero de moles de cada compoete y la presió parcial del metao, si partimos de 1 m 3 a la temperatura de 20 C y presió de 1 atm. Compoete Composició e volume (%) Metao (CH 4 ) 91,2 Etao (C 2 ) 7,4 Propao (C 3 H 8 ) 0,8 Butao (C 4 H 10 ) 0,1 Nitrógeo (N 2 ) 0,5 Las codicioes del euciado so: V 1m L, p 1 atm y T K Para el metao (CH 4 ), cuyo volume es: Sustituyedo valores: V 0, L p V R T p V R T , ,96 mol de CH 4 Para el etao (C 2 ), cuyo volume es: Sustituyedo valores: V 0, L p V R T p V R T , ,08 mol de C H El mol. Cálculo químico

15 Para el propao (C 3 H 8 ), cuyo volume es: Sustituyedo valores: V 0, L p V R T p V R T 1 8 0, ,33 mol de C H 3 8 Para el butao (C 4 H 10 ), cuyo volume es: V 0, L p V R T p V R T 1 1 0, ,04 mol de C H 4 10 Para el itrógeo (N 2 ), cuyo volume es: V 0, L p V R T p V R T 1 5 0, ,21 mol de N 2 Ahora, la presió parcial que ejerce los 37,96 mol de CH 4 será: p (CH 4 ) R T 37,96 0, ,912 atm V De los cico compoetes del gas atural del ejercicio aterior, cuál crees que se comporta mejor como gas ideal? Y cuál es el meos ideal o perfecto? bserva la tabla siguiete: Gas Metao (CH 4 ) Puto de ebullició ( C) 161 Etao (C 2 ) 88,7 Propao (C 3 H 8 ) 42,1 Butao (C 4 H 10 ) 0,5 Nitrógeo (N 2 ) 195 El gas que se acerca más al ideal es el itrógeo (N 2 ), cuyo puto de ebullició es 195 C. El meos ideal es el butao (C 4 H 10 ), co u puto de ebullició de 0,5 C. 14 Halla la fórmula empírica de u compuesto formado por 5,49 g de magaeso y 2,13 g de oígeo. [Datos: M (M) 54,94 g/mol; M () 16 g/mol]. Apartir de las masas de u mol de átomos calculamos los moles de átomos que hay de cada elemeto e el compuesto: mol de átomos de magaeso mol de átomos de oígeo 5,49 g 54,94 g/mol 0,100 2,13 g 16 g/mol 0,133 Dividiedo por el meor de los valores de estos cocietes, obtedremos la proporció más simple posible etre los moles de los átomos de la molécula: Magaeso: 0,100 0,100 1 ígeo: 0,133 0,100 1,33 Como los úmeros obteidos o so aturales, se multiplica por u úmero atural, e este caso el 3: mol de átomos de magaeso 1,33 3 3,99 mol de átomos de oígeo El compuesto de la fórmula empírica se correspode co: M 3 4 tetraóido de trimagaeso 15 U ácido arséico está costituido por 1,5 % de hidrógeo, 56,4 % de arséico y 42,1 % de oígeo. Halla la fórmula de este ácido. [Datos: M (As) 74,92 g/mol; M (H) 1 g/mol; M () 16 g/mol]. Calculamos los moles de átomos que hay de cada elemeto e 100 g del ácido: mol de átomos de arséico mol de átomos de oígeo mol de átomos de hidrógeo 56,4 g 74,92 g/mol 0,75 42,1 g 16 g/mol 2,63 1,5 g 1g/mol 1,5 Dividiedo por el meor de los valores de estos cocietes, obtedremos la proporció más simple posible etre los moles de los átomos de la molécula: As: 0,75 1,5 1; :2,63 3,5; H: 0,75 0,75 0,75 2 Como los úmeros obteidos o so aturales, se multiplica por u úmero atural, e este caso el 2: As:1 22; :3,5 27; H:2 24 El compuesto correspode a la fórmula empírica: H 4 As 2 7 ácido piroarséico o heptaoodiarseiato (V) de hidrógeo o ácido heptaoodiarséico (V) 10. El mol. Cálculo químico 291

16 Cuestioes 1 Idica si so verdaderas o falsas las siguietes afirmacioes y justifica tu respuesta: a) La uidad de masa o de catidad de materia es costate. b) La uidad de catidad de sustacia o es costate e cuato a su masa. c) La uidad de catidad de sustacia es costate e cuato al úmero de partículas. d) 1 mol de azufre (S 2 ) es igual que 1 mol de azufre (S 8 ). a) Verdadera. Esta afirmació o se cumple solo a velocidades comparables a la velocidad de la luz e el vacío; e estos casos hay que itroducir las correccioes relativistas que aprecia variacioes de masa co la velocidad. b) Verdadera. Depede de la masa molar de la especie química. c) Verdadera. El úmero de partículas equivale a la costate de Avogadro: N A 6, partículas/mol. d) Falso e cuato a la masa molar. La masa molar de S 8 es cuatro veces mayor que la masa molar de S 2. 2 La masa molecular del amoíaco (NH 3 ) es 17 u. Idica dóde hay más moléculas: a) E 1 mol de amoíaco. b) E 17 g de amoíaco. c) E 22,4 litros de amoíaco e codicioes ormales. Hay el mismo úmero de moléculas e los tres casos, porque 1 mol de amoíaco equivale a 17 g y ocupa 22,4 litros e codicioes ormales. E cualquiera de los tres casos el úmero de moléculas que hay e 1 mol es 6, moléculas. 3 Dóde hay más catidad de materia? a) E 0,01 mol de C 2. b) E 20 mg de hidrógeo. c) E 6, moléculas de moóido de carboo (C). d) E 500 cm 3 de hidrógeo e c.. Las masas de los elemetos so: M (C) 12 u; M () 16 u y M (H) 1 u a) La masa molecular del C 2 es: M (C 2 ) u La masa molar será: M (C 2 )44 g mol E 0,01 mol de C 2 hay: m M (C 2 ) 0,01 mol 44 g mol 0,44 g de C 2 b) De hidrógeo hay: m (H 2 ) 0,02 g de H 2 c) Los moles de C que hay e 6, moléculas de C será: 1 mol 6, moléculas mol 6, moléculas 0,01 mol de C La masa molar del C es: M (C) g mol E 0,01 mol de C hay: m M (C) 0,01 mol 28 g 0,28 g de C mol d) Los moles de H 2 que hay e 0,5 L de H 2 e c.. so: 1 mol 22,4 L mol 0,022 mol de H 0,5 L 2 La masa molar del H 2 es: M (H 2 )2 12 g mol E 0,022 mol de H 2 hay: m M (H 2 ) 0,022 mol 2 g mol 0,044 g de H 2 E cosecuecia, hay más catidad de materia e 0,01 mol de C 2. 4 Idaga los símbolos empleados por Dalto para el hierro y el oro y escribe el que empleó para la plata. Por qué emplearía Berzelius el latí para propoer los símbolos de los elemetos? I G S Hierro ro Plata Dalto empleó como símbolos para los elemetos metálicos u círculo y e su iterior la iicial mayúscula del ombre del elemeto e iglés. Todavía e la época de Berzelius el latí era el idioma oficial e termiología cietífica: ombre de las especies aimales y platas, térmios médicos, ombres de los elemetos, etc. Así se evitó la cofusió que se podía haber origiado al represetar y ombrar cada cietífico de forma distita los elemetos y sustacias, como hiciero e su día Lavoisier y Dalto, etre otros. 5 Escribe los símbolos y las fórmulas de los elemetos siguietes: sodio, eó, yodo, bromo, atimoio, carboo y oígeo. Nombre Sodio Neó Yodo Bromo Atimoio Carboo ígeo Símbolo Na Ne I Br Sb C Fórmula Na Ne I 2 Br 2 Sb 4 C El mol. Cálculo químico

17 Actividades fiales Cosolidació 1 Qué putos de coicidecia tiee la masa molecular y la masa molar? Defie ambas y eplica e qué coicide. Ambas viee epresadas por el mismo úmero y so propias de la sustacia. La masa molecular idica la masa de ua molécula epresada e uidades de masa atómica (u). La masa molar idica la masa de u mol de moléculas (6, moléculas) epresada e gramos. Por ejemplo, para el agua (H 2 ): la masa molecular so 18 u/molécula y la masa molar, 18 g/mol. 2 Hasta hace pocos años al mol se le llamaba molécula gramo. Co esta referecia, sabrías defiir la molécula kilogramo? Molécula kilogramo es la masa molecular escrita e kilogramos. Por ejemplo, para el agua (H 2 ): la masa molecular so 18 u/molécula y la molécula kilogramo será: kg 18 molécula kilogramo 3 Eplica e qué varía el mol de ua etidad química y e qué es costate para todas las etidades. Varía e la masa, que es diferete para las distitas etidades químicas. Es costate e cuato al úmero de etidades, que por defiició es: 6, etidades/mol. 4 Cómo calcularías la masa de ua molécula de agua e gramos? Eiste dos formas: 66 Multiplicado la masa molecular del agua (18 u) por la uidad de masa atómica epresada e gramos (1 u 1, g). 18 1, , gdeh 2 66 Dividiedo la masa de 1 mol (18 g) por las moléculas que hay e 1 mol (6, moléculas). 18 6, , gdeh 2 ^ ^ 2, gdeh 2 5 Eplica cómo calcularías el úmero de moléculas de oígeo e 1 cm 3 de este gas idicado los datos que ecesitas. Necesitamos coocer las codicioes e las que se ecuetra el gas. Si fuera codicioes ormales, e las que 1 mol de cualquier gas ocupa 22,4 L, calcularíamos los moles que hay e 1 cm 3 : 1 mol 22,4 L mol 0,001 L 4, mol de 2 Ahora basta multiplicar el úmero de moles por las moléculas que hay e 1 mol: N 4, , , moléculas de 2 6 Si te da el volume de u gas e c.., la catidad de ua sustacia y el úmero de moles de otra sustacia, cómo harías para saber cuál de las tres muestras tiee más masa? 66 E el primer caso se calcularía el úmero de moles dividiedo el volume por el volume molar. Después se multiplicaría el úmero de moles hallado por la masa molar de esa sustacia. 66 E el tercer caso se calcularía la masa multiplicado el úmero de moles dados por la masa molar. 66 Se compararía las tres masas. 7 Eplica cómo calculas el úmero de moles a partir de: a) La masa de ua sustacia. b) El úmero de moléculas. c) El volume molar e c.. d) La ecuació geeral de los gases. a) Dividiedo la masa de la sustacia e gramos por la masa molar de la misma. b) Dividiedo el úmero de moléculas por la costate de Avogadro o moléculas que cotiee 1 mol. c) Dividiedo el volume dado e c.. por el volume molar e las mismas codicioes. d) Directamete, despejado de la ecuació geeral de los gases: p V R T p V R T 8 Si ecesidad de hacer más cálculos que la determiació de las masas moleculares, coloca por orde creciete de desidades los gases siguietes: itrógeo (N 2 ), etao (C 2 ), metao (CH 4 ), amoíaco (NH 3 ), sulfuro de hidrógeo (H 2 S) y moóido de carboo (C) e las mismas codicioes de P y T. Justifica la respuesta. [Datos: M (N) 14 u; M (C) 12 u; M (H) 1 u; M (S) 32 u; M () 16 u]. Las masas moleculares so: M (N 2 )2 1428u 10. El mol. Cálculo químico 293

18 M (C 2 ) u M (CH 4 ) u M (NH 3 ) u M (H 2 S) u M (C) u E c.. la desidad de los gases se puede hallar dividiedo la masa de 1 mol, masa molar de la sustacia, por el volume molar, que es el mismo para todos ellos y tiee el valor V 0 22,4 L. d M V 0 Como los deomiadores so iguales para todos, bastará ordear e orde creciete las masas molares: d (CH 4 )<d (NH 3 )<d (N 2 )d (C) < d (C 2 )<d (H 2 S) 9 Co la ecuació geeral de los gases puedes hallar, coociedo los demás datos, la presió, el volume, la temperatura termodiámica, la masa de u gas, su masa molar y su desidad. Escribe esas magitudes de forma eplícita despejado de la ecuació apropiada. La ecuació geeral de los gases es: p V R T; por tato: p R T V ; V R T ; T p V p R ; p V R T Como el úmero de moles es m(g), la ecuació geeral se puede M escribir: m (g) p V M R T p V m (g) M R T; por tato: ; M m (g) R T ; d m (g) p M p V V R T 10 Segú las leyes de los gases ideales, completa la tabla estableciedo la relació de proporcioalidad etre pares de variables: d (directamete); i (iversamete). p V T p i d V T La ecuació geeral de los gases es: p V R T; por tato: p R T V ; V R T ; T p V p R La presió es iversamete proporcioal al volume y directamete proporcioal a la temperatura y al úmero de moles. d El volume es iversamete proporcioal a la presió y directamete proporcioal a la temperatura y al úmero de moles. La temperatura es directamete proporcioal a la presió y el volume es iversamete proporcioal al úmero de moles. p V T p i d d V i d d T d d i 11 Eucia y eplica la ley de Dalto coceriete a las presioes parciales de los gases de ua mezcla. Qué dice la ley de Amagat sobre los volúmees parciales de ua mezcla de gases? La ley de Dalto referida a las presioes de los gases de ua mezcla dice que, e ua mezcla de varios gases, cada uo de ellos ejerce su propia presió como si ocupase él solo todo el volume. La presió total es igual a la suma de las presioes parciales de cada uo de los gases. Asu vez, la ley de Amagat dice que el volume de la mezcla de distitos gases es igual a la suma de los volúmees parciales que ocuparía los distitos gases a la presió de la mezcla. Igualmete, los volúmees, e las mismas codicioes de presió y temperatura, so proporcioales al úmero de moles, e cocordacia tambié co la hipótesis de Avogadro. 12 Quié propuso la ormativa que se utiliza e la actualidad para el símbolo de los elemetos? Eplica esa ormativa. La ormativa actual la propuso Berzelius. El símbolo de los elemetos se idica mediate ua o dos letras tomadas de su ombre latio. La primera es mayúscula y la seguda, que se escribe co miúscula, suele ser ua de las letras más soates. 13 Eplica el procedimieto para hallar la fórmula empírica de ua sustacia. Previamete debe coocerse el aálisis de la sustacia. Es frecuete que este aálisis se eprese e forma de porcetaje. Los subídices de la fórmula debe ser úmeros eteros y ha de ser proporcioales al úmero de moles de átomos de cada elemeto. Para determiar los subídices se realiza el siguiete procedimieto: 66 Se divide el porcetaje de cada elemeto, e gramos, por la masa molar del elemeto; es decir, se calcula los moles de átomos de cada elemeto. 66 Como los moles de cada elemeto so proporcioales a los subídices de los átomos e la fórmula empírica, se divide todos por el meor co el fi de obteer la proporció más simple. Si todavía o resulta todos úmeros aturales, se multiplica por úmeros secillos como el 2, el 3, etc El mol. Cálculo químico

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