Boletín 1 La naturaleza de la materia Moles moléculas y átomos

Transcripción

1 Boletín La naturaleza de la materia Moles éculas y átomos Cuántas éculas de metano hay en 0 es de dicho compuesto? En este caso nos piden relacionar los es con las éculas: 6,0 0 éculas o átomos Podemos hacerlo por proporciones Cuántos es de aluminio hay en 5 g de dicho metal? En este caso nos piden relacionar los es con la masa, para ello necesitamos la M Al 7 g/ M ecular o atómica expresada en gramo En nuestro caso 7 g de Al Cuántas éculas de propano, C H 8, hay en 00 g de dicho gas? En este caso nos piden relacionar éculas con g: M ecular o atómica expresada en gramos 6,0 0 éculas o átomos Antes debemos hacer antes la M(C H 8 ) g En nuestro caso sería: 44 g6,0 0 éculas 4 Cuál es la masa en gramos de un átomo de plata? Este caso es como el anterior, nos piden relacionar los átomos o las éculas con g: M ecular o atómica expresada en gramos 6,0 0 éculas o átomos Antes debemos hacer la M (Ag)08 g/ En nuestro caso sería: 08 g6,0 0 átomos Deka Centro de Ensino Física y Química º BAC

2 5 Cuántos gramos de amoniaco gaseoso hay en litro de amoniaco medidos en condiciones normales de presión y temperatura? En este caso tenemos que relacionar el olumen con la masa, para ello tenemos que hacer antes la M(NH )4+ 7,4 l (para gases en CN)M ecular expresada en gramos En nuestro caso sería,4 litros (CN)7 g 6 Un recipiente contiene 00 gramos de dióxido de carbono Calcula: a) el número de es b) número de éculas c) número de átomos totales d) número de átomos de Carbono e) número de átomos de Oxígeno f) volumen en condiciones normales que ocupan esos 00 g Número de es Nos piden relacionar número de es con la masa: M ecular o atómica expresada en gramo Para ello tenemos que calcular la Masa ecular M(CO ) g Número de éculas Aquí podemos hacerlo de dos maneras: La primera relacionando de gramos con éculas M ecular (g)6,0 0 éculas, en nuestro caso 44 g 6,0 0 éculas Deka Centro de Ensino Física y Química º BAC

3 La segunda sería, como conocemos los es que son 00 g pues lo hemos calculado en el primer apartado, 4,54 es ahora relacionaríamos los es con las éculas, 6,0 0 éculas Número de átomos totales: En una écula de CO hay átomo de Carbono y átomos de Oxígeno en total átomos y por otra parte tenemos 00 g de CO que hemos calculado que son,7 0 4 éculas, luego: Número de átomos de carbono En una écula de CO hay átomo de Carbono y por otra parte tenemos 00 g de CO que hemos calculado que son,7 0 4 éculas, luego: Número de átomos de oxígeno En una écula de CO hay átomos de Carbono y por otra parte tenemos 00 g de CO que hemos calculado que son,7 0 4 éculas, luego: olumen en CN que ocupan esos 00g En este caso podríamos actuar de dos maneras: Relacionando la Masa con el volumen de un gas en CN,4 l (para gases en CN)M ecular expresada en gramos, en nuestro caso sería: 44 g,4 l (CN) Como hemos calculado en el primer apartado que 00g son 4,54 es, entonces tendríamos que relacionar los es con el volumen expresado en litros 7 Supongamos que tenemos 50 g de hierro, Cuántos átomos de hierro están contenidos en dicha masa? Deka Centro de Ensino Física y Química º BAC

4 Sabemos que el peso atómico del Fe es 55,85 uma Esto significa que si expresamos dicho peso en gramos, nos estamos refiriendo a un de átomos de Fe Entonces: de átomos de Fe pesa 55,85 g, y por lo tanto, corresponde a 6,0 x 0 átomos A partir de este raciocinio podemos plantear lo siguiente: x 50 g de Fe, á,,69 x 0 4 átomos de hierro 8 Sabiendo que el peso atómico del Uranio es 8,0 determinar la masa en gramos de átomo de uranio Al aplicar el concepto de, deducimos que un de átomos de uranio contiene 6,0 x 0 átomos de uranio y pesa 8,0 g Entonces podemos plantear:, x átomo de U,95, á x0- g de U 9 cuántos es de átomos de litio están contenidos en Kg de este metal? Por tabla sabemos que de Li tiene una masa de 6,94 g Entonces, podemos plantear: x 000 g de Li, 44,09 es de Li 0 Para una reacción química se requiere contar con 0,5 de sodio Qué masa de Na habría que pesar? Por tabla sabemos que el peso atómico del Na es (,98): x 0,5 es de Na 5,75 g de Na Cuántos átomos de sodio están contenidos en los 5,75 g de sodio del ejercicio anterior? x 5,75 g de Na, á,5 x 0 átomos de sodio Composición centesimal, fórmula empírica y ecular Calcula la composición centesimal del nitrato de sodio, NaNO 4 Deka Centro de Ensino Física y Química º BAC

5 Calcula la composición centesimal del sulfato de amonio, (NH 4 ) SO 4 4 El análisis de un compuesto orgánico presenta la siguiente composición: 8,7 % de carbono, 9,7 % de hidrógeno y 5,6 % de oxígeno Cuál es su fórmula empírica? C g, O 6 g /, H g / Para determinar la fórmula empírica del compuesto, referiremos los datos de su composición centesimal (calculados sobre una muestra de 00 g de compuesto) a un número de es de sus átomos, dividiendo esos porcentajes por las masas atómicas respectivas de cada elemento Para determinar la fórmula empírica del compuesto, asignaremos esos datos a números enteros, pues así se presentarán los átomos en la écula Para ello, dividimos los tres datos por el número menor De ese modo estamos suponiendo que de él habrá átomo en el compuesto Con esto, ya tenemos en qué proporción aparecen esos átomos en el compuesto, siendo su fórmula empírica entonces COH 5 Deka Centro de Ensino Física y Química º BAC

6 5 Calcula la fórmula ecular de un compuesto sabiendo que l de su gas, medido a 5ºC y 750 mm Hg de presión tiene una masa de,88 g y que su análisis químico ha mostrado la siguiente composición centesimal: C, 4,74 % H,,06 % y Cl, 7,0 % Pm(O)6 Pm(H) Pm(Cl)5,5 Primero calculamos la fórmula empírica: 4,74g C g,06 es átomos de C,06g H g,06 es átomos de H 7,0g Cl,06 es átomos de Cl 5,5g Como las tres relaciones son idénticas, la fórmula empírica será: CHCl Para averiguar la fórmula ecular, necesitamos conocer la masa ar del compuesto La vamos a encontrar a partir de la ecuación general de los gases: PnRT 750mmHg atm l l n0,08 98K 760mmHg / atm k n 0,04 es Estos es son los que corresponden a los,88 g de compuesto, luego planteamos la siguiente proporción para encontrar la masa ar:,88 g son 0,04es x x Masa ar 97g Como la fórmula empírica es CHCl su masa ar empírica es 48,5 g/ Al dividir la masa ar del compuesto (97 g/) entre la masa ar empírica deducimos que la fórmula del compuesto es C H Cl 97 48,5 GASES 6 Una cantidad de gas ocupa un volumen de 80 cm a una presión de 750 mm Hg Qué volumen ocupará a una presión de, atmsi la temperatura no cambia? Como la temperatura y la masa permanecen constantes en el proceso, podemos aplicar la ley de Boyle: P P Tenemos que decidir qué unidad de presión vamos a utilizar Por ejemplo atmósferas Como atm 760 mm Hg, sustituyendo en la ecuación de Boyle: mmhg mmhg / atm 80, 65,8 cm atm cm Se puede resolver igualmente con mm de Hg 7 El volumen inicial de una cierta cantidad de gas es de 00 cm a la temperatura de 0ºC Calcula el volumen a 90ºC si la presión permanece constante 6 Deka Centro de Ensino Física y Química º BAC

7 Como la presión y la masa de Charles y Gay-Lussac: T T permanecen constantes en el proceso, podemos aplicar la ley El volumen lo podemos expresar en cm y, el que calculemos, vendrá expresado igualmente en cm, pero la temperatura tiene que expresarse en Kelvin 00cm 47,78cm 9K 6K 8 Una cierta cantidad de gas se encuentra a la presión de 790 mm Hg cuando la temperatura es de 5ºC Calcula la presión que alcanzará si la temperatura sube hasta los 00ºC Como el volumen y la Gay-Lussac: P T P T masa permanecen constantes en el proceso, podemos aplicar la ley de La presión la podemos expresar en mm Hg y, la que calculemos, vendrá expresada igualmente en mm Hg, pero la temperatura tiene que expresarse en Kelvin 790mm Hg P 98K 98K P 055, mm Hg 9 Disponemos de un recipiente de volumen variable Inicialmente presenta un volumen de 500 cm y contiene 4 g de amoníaco Si manteniendo constante la P y la T, se introducen 68 g de amoníaco, qué volumen presentará finalmente el recipiente?pm (N)4 Pm(H) Manteniendo constante la P y la T, el volumen es directamente proporcional al número de es del gas El de amoníaco, NH, son 7 g luego: Inicialmente hay en el recipiente 4 g de gas que serán es y al final hay 9 g de amoníaco que serán 6 es n n 500cm es 6es 500cm 0 Un gas ocupa un volumen de l en condiciones normales Qué volumen ocupará esa misma masa de gas a atm y 50ºC? Como partimos de un estado inicial de presión, volumen y temperatura, para llegar a un estado final en el que queremos conocer el volumen, podemos utilizar la ley combinada de los gases ideales, pues la masa permanece constante: 7 Deka Centro de Ensino Física y Química º BAC

8 P0 P o la temperatura obligatoriamente debe ponerse en K T T o atml 7K atm 7K atml 7K atm7k,8 l Como se observa al aumentar la presión el volumen ha disminuido, pero no de forma proporcional, como predijo Boyle esto se debe a la variación de la temperatura Un recipiente cerrado de l contiene oxígeno a 00ºC y atm Calcula: a) Los gramos de oxígeno contenidos en el recipiente b) Las éculas de oxígeno presentes en el recipiente Pm(O)6 a) Aplicando la ecuación general de los gases PnRT podemos calcular los es de oxígeno: atm l atm l n0,08 47K n 0, de O k g de O es,g 0, b) Utilizando el N A calculamos el número de éculas de oxígeno: 6,00 éculas de O son de O 0, de O 6,00 éculas de O Tenemos 4,88 g de un gas cuya naturaleza es SO o SO Para resolver la duda, los introducimos en un recipiente de l y observamos que la presión que ejercen a 7ºC es de,5 atm De qué gas se trata?pm(s)pm(o)6 Aplicando la ecuación general de los gases PnRT podemos calcular los es correspondientes a esos 4,88 gramos de gas: atm l,5atm l n0,08 00K n 0,06 de O k Si 4,88g La masa ar del gas será: son 0,06 es 80g Como la M(SO )64 g/ y la M(SO )80g/ El gas es el SO Un de gas ocupa 5 l y su densidad es,5 g/l, a una temperatura y presión determinadas Calcula la densidad del gas en condiciones normales 8 Deka Centro de Ensino Física y Química º BAC

9 Conociendo el volumen que ocupa del gas y su densidad, calculamos la masa del : m ρ m,5g / l5 l, 5g Como hemos calculado la masa que tienen un y sabemos que un de cualquier gas ocupa,4 litros en cn, podemos calcular su densidad: m ρ,5 g,4l,40 g / l 4 Un recipiente contienen 00 l de O a 0ºC Calcula: a) la presión del O, sabiendo que su masa es de,4 kg b) El volumen que ocupara esa cantidad de gas en cn a) Aplicamos la ecuación general de los gases PnRT pero previamente calculamos los es de gas: 40g de es 07, 9 es g atm l P n R T P00 l 07,9es0,08 9K P 5,75atm K b) Para calcular el volumen que ocupan los 07,9 es en cn podemos volver a aplicar la ecuación PnRT con las cn o la siguiente proporción: de gas en c n 07,9es ocupa siempre,4 l 40 l 5 En un recipiente de 5 l se introducen 8 g de He, 84 g de N y 90 g de vapor de agua Si la temperatura del recipiente es de 7ºC Calcular: a) La presión que soportan las paredes del recipiente b) La fracción ar y presión parcial de cada gas Pm(He) 4Pm (O) 6 Pm (N) 4Pm (H) a) Para calcular la presión que ejerce la mezcla de los gases, calculamos primeramente el total de es que hay en el recipiente: 8g 84g 90g n ( He) es : n( N ) es n( H O) 5 es 4g 8g 8g total de es Luego aplicamos la ecuación general de los gases: atm l P 5l 0es0,08 00K K P T 49,atm es He es N b) He 0, N 0, es totales 0 es totales 0 9 Deka Centro de Ensino Física y Química º BAC

10 H es H O 5 es totales 0 O 0,5 i Como se puede comprobar, la suma de las presiones parciales: Para calcular las presiones parciales, podemos aplicar la ecuación general para cada gas atm l P He n He RT PHe 5 l es0,08 00K PHe 9,84atm K O bien multiplicando cada fracción ar por la presión total: PN N PT PN 0,49,atm 4, 76atm PH O H O PT PH O 0,549,atm 4, 6atm La suma de las presiones parciales es la presión total: 9,84 atm +4,76 atm + 4,6 atm 49, atm 6 El aire contiene aproximadamente un % de oxígeno, un 78 % de nitrógeno y un 0,9 % de argón, estando estos porcentajes expresados en masa Cuántas éculas de oxígeno habrá en litros de aire? Cuál es la presión ejercida si se mete el aire anterior en un recipiente de 0,5 l de capacidad a la temperatura de 5 ºC? La densidad del aire,9 g/l Pm (O) 6 Pm (N) 4 Pm (Ar) 40 a) Primeramente averiguamos la masa de l de aire: m m d,9 g / l m,586g l Calculamos la masa que hay de cada componente en los l de aire: masa de O,586g 0,54 g de O 00 0,9 masa de Ar,586g 0,0 g de Ar masa de N,586g,07 g de N 00 Utilizamos el N A para calcular las éculas que hay de oxígeno: 6,00 g O éculas de O 0,54 g O,00 éculas de O b) Calculamos los es de cada componente y los sumamos: 0,54g,07g es de O 0, 07 es es de N 0, 07 es g 8g 0 Deka Centro de Ensino Física y Química º BAC

11 0,0g es de Ar 0, 006 es n º es totales 0,07 + 0,07 + 0,006 0,095 4g Aplicando la ecuación general de los gases: atm l P 0,5l 0,095es0,08 98K P 4,64 atm K Disoluciones 7 Se disuelven 0 g de NaOH en 560 g de agua Calcula a) la concentración de la disolución en % en masa y b) su alidad Pm(Na) Pm(O)6 Pm(H) m( g) NaOH 0 a) % NaOH 00 % NaOH 00 % NaOH,45 m( g) disolución 580 b) Primeramente calculamos los es que son los 0 g de soluto: NaOH 40 g es( soluto) 0,5 es 0,5 es m m 0,89 m 0 g m( kg) de disolvente 0,56 kg 8 Qué cantidad de glucosa, C6HO6 (Mm 80 g/), se necesita para preparar 00 cm de disolución 0, ar? M es( soluto) es C6 HO6 M 0,M 0, l es C6HO6 0,0 ( l) de disolución glu cos a 80 g 0,0 es 6 g 9 Se dispone de un ácido nítrico comercial concentrado al 96,7 % en peso y densidad,5 g/ml Cuántos ml del ácido concentrado serán necesarios para preparar 0, l de disolución,5 M de dicho ácido? Mm (HNO) 6 g/ Primeramente calcularemos los es de ácido puro que necesitamos: M es( soluto) es( HNO ) M,5 M0,l 0, ( l) de disolución 6g Ahora calculamos la masa en g correspondiente: 0,es x 8,9 g de HNO Como el ácido comercial del que disponemos no es puro, sino del 96,7 % necesitaremos pesar: 00g del ácido comercial contienen 96,7g ácido puro 8,9g ácido puro 9,54g ácido comercial Deka Centro de Ensino Física y Química º BAC

12 Como necesitamos averiguar el volumen en ml que hemos de coger, utilizamos la densidad del ácido m( g) 9,54g comercial: d ( g / ml) ( ml) ml ( ml),5 g / ml 0 Calcula la masa de nitrato de hierro (II), Fe(NO), que hay en 00 ml de disolución acuosa al 6 % Densidad de la disolución,6 g/ml De la densidad sabemos que los 00 ml de disolución tienen de masa 6 g Como es al 6 %, la masa de soluto existente será: En 00g disolución hay 6g Fe( NO ) En 6g disolución 6,96g Fe( NO ) Indica de qué modo prepararías ½ l de disolución 0, M de HCl si disponemos de un HCl concentrado del 6 % y densidad,9 g/ml Calculamos la masa de HCl que necesitamos Para ello, utilizando el concepto de aridad, averiguamos primeramente los es de HCl que va a tener la disolución que queremos preparar: n ( HCl) M 0,M 0,5l 0,05es 6,5g Como M m ( HCl) 6,5g Los 0,05 es serán: 0,05es,8 g HCl Esa masa de HCl la tenemos que coger del HCl concentrado del que se dispone (6 % y densidad,9 g/ml) Al no ser puro, sino del 6 % tendremos que coger más cantidad de gramos: 00g del HCl concentrado contienen 6g HCl puro,8 g HCl puro 5,08g HCl puro Como se trata de un líquido del que conocemos su densidad, determinamos el volumen de esos 5,08 g: m 5,08g 4,7 ml HCl del 6% ρ,9 g / ml Preparación: En un matraz aforado de ½ l que contenga algo de agua destilada, se introducen 4,7 ml del HCl concentrado del 6 %, utilizando una pipeta No absorber el ácido con la boca porque es tóxico Se agita con cuidado el matraz hasta que se disuelva el soluto Se añade agua destilada al matraz hasta alcanzar exactamente la señal de 500 ml Se disuelven en agua 0,5 g de cloruro amónico (NH4Cl) hasta obtener 0,5 l de disolución Sabiendo que la densidad de la misma es 07 kg/m, calcula: a) La concentración de la misma en porcentaje en masa b) La aridad c) La alidad Deka Centro de Ensino Física y Química º BAC

13 d) Las fracciones ares del soluto y del disolvente Mm(NH 4 Cl)5,5g/ Primeramente 07kg/m,07 g/cm Luego la masa de l de disolución será de 07 g y la de medio litro 5,8 g De ellos 0,5 g son de soluto (cloruro amónico) y el resto 48, g son de agua masa( g) soluto 0,5g a) % masa NH 4 Cl x00 x00 5,94% masa( g) disolución 5,8 g es soluto 0,5g / 5,5g 0,57es b) M,4 M volumen( l) disolución 0,5l 0,5l es soluto 0,57es c) m,8 m masa( kg) disolvente 0,48kg d) Calculamos los es de agua: n ( H O) 48,g x 6,85es 8g S es soluto es totales 0,57 0,0 0,57 + 6,85 D es disolvente es totales 6,85 0,98 0,57 + 6,85 Un ácido sulfúrico concentrado de densidad,8 g/ml tiene una pureza del 90,5 %Calcula a) Su concentración en g/l b) Su aridad c) El volumen necesario para preparar ¼ de litro de disolución 0, M Mm(H SO 4 )98g/ a) g / l masa( g) ácido puro volumen( l) disolución SUPONEMOS que tomamos l de ácido (000 ml) luego su masa será de 800 g, de los cuales el 90,5 % son de ácido puro: 90,5 69g 800g x 69g ácido puro g / l 69g / l 00 l es soluto b) M ( l) disolución Como conocemos los gramos de ácido puro que hay en l de disolución, únicamente tenemos que expresarlos en es: Deka Centro de Ensino Física y Química º BAC

14 6,6es 69g x 6,6es M 6,6M 98g l c) ¼ de litro de disolución 0, M son: n º es M es 0,M l 0,05 es 4 98g En gramos serán: 0,05es x 4,9g de ácido puro 00 La masa de ácido sulfúrico del 90,5 % será: m 4,9g x 5,4g 90,5 m 5,4g El volumen que se ha de coger del ácido será: cm ρ,8 g / cm 4 En 40 g de agua se disuelven 5 g de ácido sulfhídrico, Mm (HS)4 g/ La densidad de la disolución formada es,08 g/cm Calcula: a) el porcentaje en masa b) la alidad c) la aridad y d) la normalidad de la disolución masa( soluto) 5 a) % masa x00 % masa 00, % masa( disolución) es soluto 5g / 4g b) m m,67 m kg disolvente 0,04kg c) Para calcular la aridad necesitamos conocer el volumen de la disolución: m ρ m 45g 4,66 cm ρ,8 g / cm es soluto 5g / 4g M,5 M ( l) disolución 0,046 l d) Para calcular la normalidad necesitamos conocer el número de equivalentes: Como es un ácido diprótico (lleva dos hidrógenos la écula) el Eq- gramo es la mitad del : ( g) 4g Eq gramo 7g equivalentes( soluto) 5g /7g / Eq N N 7, N que es el doble que la aridad ( l) disolución 0,046 l 5 Se desea preparar l de disolución de HCl 0,5 M Para ello se dispone de las disoluciones A y B Calcular la Molaridad de la disolución A y el volumen necesario que hay que tomar de cada disolución para obtener la disolución deseada: a) Para calcular la M de la disolución A, partimos de l y averiguamos su masa: 4 Deka Centro de Ensino Física y Química º BAC

15 m ρ m ρ m,095g / cm 000cm m 095g Como es del 5%, de los 095 g que tiene de masa l, su 5% serán de HCl: 5 masa HCl 095g x 54,75 g HCl puro 00 La aridad será es soluto 54,75g / 6,5g M,5 M ( l) disolución l HCl 5%,095g/ml A HCl 0, M B b) Para preparar l de disolución 0,5 M mezclando volúmenes de los dos ácidos tenemos que tener presente que: º) Que el número de es que habrá de cogerse entre la disolución A y la B ha de ser los que ha de tener la disolución que se va a preparar: n º es M 0,5M 0,5es º) Que la suma de los volúmenes de las dos disoluciones ha de se l Al volumen que tomemos de la disolución A le llamamos A y al de la disolución B B, de manera que B - A Planteamos la ecuación con los es de manera que la suma de los que tomamos de la disolución A más los que tomamos de la disolución B sea igual a 0,5:,5 A + 0,( A ) 0,5 A 0,86 l 86 cm B 0,74 l 74 cm 5 Deka Centro de Ensino Física y Química º BAC