1. a) Define a la unidad de masa atómica. b) Explica porqué cuando en los datos se indica la masa atómica de los elementos no se le pone unidades.

Transcripción

1 NÚMERO DE AVOGADRO / MOL 1. a) Define a la unidad de masa atómica. b) Explica porqué cuando en los datos se indica la masa atómica de los elementos no se le pone unidades. a) La uma es la doceava parte de la masa del isótopo 12 del carbono. b) Las masas atómicas no suelen llevar unidades porque el número puede referirse a la masa de 1 átomo, en cuyo caso la unidad serían umas, o referirse a la masa de 1 mol de átomos, en cuyo caso la unidad serían gramos. Ej. 1 átomo de C = 12 umas; 1 mol de C = 12 g. 2. Justifique la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones: a) Un mol de oxígeno contiene más átomos que un mol de hierro. b) Un mol de flúor tiene la misma masa que un mol de cloro. a) Verdad. El oxígeno al ser un elemento gaseoso forma moléculas diatómicas, por tanto, aunque 1 mol de O 2 y 1 mol de Fe contienen las mismas unidades (1 N Av de moléculas de O 2 y 1 N AV de átomos de Fe), en el mol de oxígeno hay doble de átomos que en el mol de hierro. b) Falso. La masa de una molécula de cloro es mayor que la de flúor, porque ambos elementos son de la misma familia y el cloro está más abajo. Por tanto un N Av de moléculas de cloro también tendrá más masa que un N Av de moléculas de flúor. 3. Justifique la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones: a) Un mol de agua contiene más átomos que un mol de hierro. b) Una molécula de agua tiene una masa de 18g. Datos: Masas atómicas H=1; O=16. a) Verdad. Una molécula de agua tiene 3 átomos. Por tanto 1 mol de agua contiene 3*N Av de átomos, mientras que 1 mol de Fe son 1 N Av de átomos. b) Falso. Una molécula de agua tiene una masa de 18 umas, mientras que 18 g corresponde a la masa de 1 mol de agua, es decir a la masa de un N Av de moléculas de agua. 4. Justifique la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones: a) Un mol de cualquier gas siempre ocupa un volumen de 22 4 litros. b) Un mol de agua contiene átomos. a) Falso. 1 mol de cualquier gas ocupa un volumen de 22,4 litros, siempre y cuando se mida en condiciones normales de presión y temperatura, es decir, a 0ºC de temperatura y 1 atmósfera de presión. En otras condiciones ocupará otro volumen diferente. b) Verdad, ya que un mol de cualquier sustancia contiene un número de Avogadro de partículas, en este caso de moléculas de agua. 5. a) Cuál es la masa, expresada en gramos, de una molécula de agua? c) Cuántas moléculas agua hay en una gota de agua de 0,5 g? Datos: Masas atómicas: H=1; O=16.

2 a) 1mol H 2 O son 18 g de H 2 O y contiene 6, moléculas de H 2 O x g de H 2 O 1 molécula de H 2 O x = 2, g la molécula H 2 O b) 1mol H 2 O son 18 g de H 2 O y contiene 6, moléculas de H 2 O 0,5 g de H 2 O x moléculas de H 2 O x = 1, moléculas H a) Cuál es la masa, expresada en gramos, de un átomo de sodio? c) Cuántas moléculas hay en una muestra que contiene 0,5 g de metano? Datos: Masas atómicas: C=12; Na=23; H=1. a) 1mol Na son 23 g de Na y contiene 6, átomos de Na x g de Na 1 átomo de Na x = 3, g el átomo de Na b) 1mol CH 4 son 16 g de CH 4 y contiene 6, moléculas de CH 4 0,5 g de CH 4 x moléculas de CH 4 x = 1, moléculas CH 4 7. Exprese en moles las siguientes cantidades de SO 3 : a) moléculas. b) 25 litros medidos a 60 ºC y 2 atm de presión. Masas atómicas: O = 16; S = 32. R = atm L K 1 mol 1. a) 1mol SO 3 son 80 g de SO 3 y contiene 6, moléculas de SO 3 x moles SO 3 6, moléculas de SO 3 x = 10 3 moles de SO 3 b) PV = nrt 2*25 = n*0,082*(273+60) n = 1,83 moles de SO 3 a) Calcular el número de moléculas de dióxido de carbono que hay en extintor estándar que contiene 6 Kg del mismo. b) Cuando el extintor, que tiene un volumen de 4L, está casi vacío, la presión del dióxido de carbono es de 1,5 atmósferas a una temperatura 27ºC. Cuántas moléculas de CO 2 quedan aun? Datos: Masas moleculares: C=12; H=1; O=16; R= 0,082 atm.l/ºk mol. a) 1mol CO 2 son 44 g de CO 2 y contiene 6, moléculas de CO g de CO 2 x moléculas de CO 2 x = 8, moléculas CO 2 b) Primero calculamos el número de moles de CO 2 que quedan el el extintor utilizando la ecuación de los gases perfectos: PV = nrt 1,5*4 = n*0,082*(273+27) n = 0,24 moles de CO 2 Ahora calculamos las moléculas de CO 2 que hay en 0,24 moles. Haciendo una simple proporción: 1mol CO 2 son 44 g de CO 2 y contiene 6, moléculas de CO 2 0,24 moles CO 2 x moléculas de CO 2 x = 1, moléculas de CO 2

3 Para quemar los 12,5 Kg de butano de una botella se necesitan aproximadamente 44,8Kg de oxígeno. a) Calcular los moles de oxígeno que han sido necesarios. b) Teniendo en cuenta que el aire contiene un 21% de oxígeno, razona mediante los cálculos oportunos, si sería suficiente con el aire de una habitación de 4x4m y 2,7 de altura, en un día en que la presión es de 1 atm y la temperatura de 24ºC. Datos: Masas moleculares: C=12; H=1; O=16; R= 0,082 atm.l/ºk mol. a) moles = gr/pm = 44800/32 = 1400 moles de O 2 b) El volumen que ocupan los 1400 moles de oxígeno en las condiciones del problema se obtiene aplicando la ecuación de los gases perfectos. PV = nrt 1*V = 1400*0,082*(273+24) V = 34095,6 L de O 2 necesarios. Teniendo en cuenta que el aire tiene 21% de oxígeno, el aire necesario para contener todo ese oxígeno es: V aire necesario = 34095,6 = L de aire = 162,36 m 3 de aire 21 Por otro lado el volumen de aire disponible, si la habitación está cerrada, coincide con el volumen de a habitación: V habitación = 4*4*2,7 = 43,2 m 3 Evidentemente el aire de la habitación es insuficiente para quemar todo el butano contenido en la bombona. Y eso sin contar con que al quedar poco oxígeno el butano arde, pero ya no produce CO 2, sino que produce CO que es muy venenoso. La consecuencia es que no podemos utilizar una estufa de butano en una habitación cerrada porque con toda seguridad nos mataría. DISOLUCIONES 1. En la etiqueta de una botella de ácido clorhídrico puede leerse que tiene una pureza del 35% y una densidad de 1,18 g/l. Calcular la concentración de HCl expresada en g/l y en moles/l. Datos: Masas atómicas: H=1; Cl=35,5 La densidad de la disolución nos dice que 1 litro de disolución tiene una masa 1180gr, ahora bien, de HCl son solo el 35% de esos 1180 g, por tanto haciendo una proporción: 35gr HCl gr disolución = x 1180gr disolución x = 413gr HCl / L También podemos hacerlo con la fórmula: densidad 0 % gr / L = = = 413gr HCl / L moleshcl g / L 413 M = = = = 11,3molesHCl / L o bien 11,3M en HCl L Pm 36,5 2. Se pesan 2,5g de NaCl y se disuelven en agua hasta obtener ml de disolución. Calcular la concentración de la disolución en g/l y en moles/l. Datos: Masas atómicas: Na=23; Cl=35,5 Teniendo en cuenta que ml es igual a 0,1L

4 2,5g NaCl g / L = = 25g NaCl / L 0,1L Teniendo en cuenta que el Pm NaCl =58,5 gr/mol y que moles NaCl = gr/pm = 2,5/58,5 = 0,043 moles NaCl moles NaCl 2,5 / 58,5 M = = = 0,43moles NaCl / L L 0,1 3. Una disolución acuosa de HNO 3 15 M tiene una densidad de 1,40 g/ml. Calcule: a) La concentración de dicha disolución en tanto por ciento en masa de HNO 3. b) El volumen de la misma que debe tomarse para preparar 1 L de disolución de HNO 3 0,5 M. Datos: Masas atómicas N=14; O=16; H=1. a) Utilizando las fórmulas de g/l y de la Molaridad: g / L g / L M = 15 = g/l = 945 g/l Pm 63 ρ 0 % 1400 % g / L = 945 = % = 67,5% Razonando: En 1L de disolución 15M tenemos los siguientes gramos de soluto: gr = M*V L *Pm = 15*1*63 = 945 g de HNO 3 en 1L de disolución. Por otro lado, de la densidad se deduce que 1L de disolución tiene una masa de 1400g. De ellos 945g son de HNO 3 y los 455g restantes son agua. Haciendo una simple proporción: 1400g de disolución contiene 945 g de HNO 3 de disolución x g de HNO 3 x = 67,5% b) Teniendo en cuenta que debe haber el mismo número de moles de HNO 3 en el 1L de disolución 0,5M que en los V de concentración 15M, y teniendo en cuenta también que moles = M*V L, tenemos que: moles dis.concentrada =moles dis.diluida M*V=M *V 15*V = 1*0,5 V = 0,0333 L = 33,3 ml de HNO 3 concentrado Habría que tomar 33,3 ml de HNO 3 concentrado y añadirle agua hasta tener 1L de disolución. 4. a) Calcular la concentración molar de una disolución de ácido clorhídrico comercial de 1,5 g/ml y 35% de riqueza en peso. b) Si a 50 ml de la disolución anterior de ácido nítrico se le añaden 250 ml de agua determine la molaridad de la nueva disolución. Datos: Masas atómicas H=1; Cl=35,5. a) g L= M= Pm = 525 g HCl /L Disol = ,5=14,38 moles HCl/L Disol b) moles ác.conc =moles ác.dil M ác.conc V ác.conc =M ác.dil V ác.dil 14,38*0,050=M ác.dil *0,300 M ác.dil = 2,40 moles HCl /L Disol 5. Se preparan 25 ml de una disolución 2 5M de sulfato de hierro (II), FeSO 4. a) Calcule cuántos gramos de sulfato de hierro (II) se utilizarán para preparar la disolución. b) Si la disolución anterior se diluye hasta un volumen de 450 ml Cuál será la molaridad de la disolución?

5 Masas atómicas: O= 16; S = 32; Fe= 56. a) moles = M*V = 2,5*0,025 =0,0625moles; g = moles*pm = 9,5 g FeSO 4. b) moles dis.concentrada = moles dis.diluida M*V=M *V 2,5*0,025=M *0,450; M =1,39M CALCULOS CON REACCIONES 1. a) Ajusta la siguiente reacción química, correspondiente a la combustión del butano, C 4 H 10 : C 4 H 10 + O 2 CO 2 + H 2 O b) Cuantos gramos de dióxido de carbono se obtienen al arder 50 gr de butano. Datos: Masas atómicas H=1; O=16; C=12 a) Hay 4 carbonos en los reactivos. Para que haya el mismo número entre los productos multiplicamos por 4 el CO 2. C 4 H 10 + O 2 4CO 2 + H 2 O Hay 10 Hidrógenos en los reactivos. Entre los productos hay 2H. Para que haya el mismo número ponemos 5 H 2 O. C 4 H 10 + O 2 4CO 2 +5 H 2 O Nos queda ajustar el oxígeno. Entre los productos hay 8+5 = 13 átomos de oxígeno. Entre los reactivos hay una molécula (con dos átomos de oxígeno), para que también haya 13 átomos debemos poner 13/2 O 2 = 6,5 C 4 H ,5O 2 4CO 2 +5 H 2 O Con estos números la reacción está perfectamente ajustada, porque contiene el mismo número de átomos a ambos lados. No obstante, si te gusta que todos los números sean enteros multiplica todo por 2 y listo: 2C 4 H O 2 8CO H 2 O b) Una vez que tenemos la reacción ajustada podemos establecer proporciones entre cualquier especie. En este caso entre el butano y el CO 2. C 4 H ,5O 2 4CO 2 + 5H 2 O 50g C 4 H 10 x g CO 2 Como el dato son GRAMOS de butano y nos piden GRAMOS de CO 2, para hacer la proporción debemos utilizar las mismas unidades, por eso en ambos casos pondremos las masas moleculares: C 4 H ,5O 2 4CO 2 + 5H 2 O 58g C 4 H 10 4*44 g CO 2 50g C 4 H 10 x g CO 2 x = 151,7 g CO 2.

6 EJERCICIOS SEMIRESUELTOS Y CON SOLUCIONES Justifique la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones: a) Un mol de metano contiene más átomos que un mol de amoníaco. b) Una mol de oxígeno tiene una masa de 16g. c) Cuántas moléculas hay en un vaso que contiene 250 g de agua? d) Un mol de amoníaco contiene átomos. Datos: Masas atómicas H=1; O=16. a) Verdad. Un mol de CH 4 y de NH 3 tienen las mismas moléculas, un N Av de moléculas. 1 mol de CH 4 contiene 5*N Av átomos, mientras que 1 mol de NH3 contiene 4*N Av átomos. b) Falso. El oxígeno es un gas que forma moléculas diatómicas, por tanto 1 mol de O 2 tendrá una masa de 32g. c) 8, moléculas de H 2 O d) Falso. 1 mol de NH 3 contiene moléculas, pero con tiene 4 veces más de átomos. Una pastilla de aspirina de adulto, cuya fórmula es C 9 H 8 O 4, tiene una masa de 500mg. Calcular: a) El número de moles que contiene. b) El número de moléculas. Datos: Masas atómicas: C=12; H=1; O=16. Calcule: a) La masa de moléculas de CO 2. b) El número de átomos de nitrógeno que hay en 0 38 g de NH 4 NO 2. Masas atómicas: H=1; C=12; N=14; O=16. Sol: a) 0,02 g CO 2 b) 7, át.nitrógeno Una disolución acuosa de H 3 PO 4, a 20 ºC, contiene 200 g/l del citado ácido. Su densidad a esa temperatura es 1 15 g/ml. Calcule: a) La concentración en tanto por ciento en peso. b) La molaridad. Masas atómicas: H = 1; O = 16; P = 31. ρ 0 % 1150 % a) g / L = 200 = % = 17,39% g / L 200 b) M = = = 2,04M Pm 98 Una disolución de ácido carbónico tiene un 2 % en peso de riqueza y una densidad de 1 05 g/ml. Calcule: a) La molaridad de la disolución. b) La molaridad de la disolución preparada llevando 25 ml de la disolución anterior a un volumen final de 250 ml mediante la adición de agua destilada. Masas atómicas: H = 1; C = 12; O = 16. ρ 0 % 1050 * 2 g / L 21 a) g / L = = = 21g / L ; M = = = 0,34 M Pm 62 b) moles dis.concentrada =moles dis.diluida M*V=M *V 0,34*0,025 = M *0,250 M = 0,034 Molar