Ejercicio 23 - Hoja de ejercicios Teoría atómico

Ejercicio 23 - Hoja de ejercicios Teoría atómico-molecular. Un compuesto orgánico está formado por
carbono, hidrógeno y cloro y, en estado gaseoso, su densidad relativa respecto al aire es de 2,2. Por
combustión de 0,5000 g del compuesto se obtienen 0,682 g de dióxido de carbono y 0,349 g de agua.
Calcula:
a) La fórmula empírica.
b) La masa molecular del compuesto y su fórmula molecular.
DATOS: masas atómicas(u): H = 1, C = 12, Cl = 35,5. Masa molecular media del aire: Maire= 28,9.
Para obtener la fórmula de esta sustancia se debe hallar, en primer lugar, la fórmula empírica. A
continuación, con la masa molecular, se puede averiguar la fórmula molecular.
Para obtener la fórmula empírica es necesario conocer las masas de cada uno de los elementos que
hay en cierta cantidad de compuesto. Así, a partir de las cantidades de agua y de dióxido de carbono que se
obtienen al quemar 0,5000 g de sustancia, hay que calcular la masa de H y de C que hay en el compuesto,
respectivamente. Hay que tener en cuenta que, al quemar el compuesto, todo el carbono se transforma en
dióxido de carbono y todo el hidrógeno en agua.
La masa de cloro se obtendrá posteriormente por diferencia; su masa será la que falta hasta
completar 0,5000 g de compuesto.
- Cálculo de la masa de H:
Se tiene en cuenta que 1 mol de H2O son 18 g
0,349 g H 2 O ⋅
2 g de H
16 g de O
2gH
= 0,0388 g H
18 g H 2 O
- Cálculo de la masa de C:
Se tiene en cuenta que 1 mol de CO2 son 44 g
0,682 g CO2 ⋅
12 g de C
32 g de O
12 g C
= 0,186 g C
44 g CO2
- Cálculo de la masa de Cl:
masa de Cl = 0,5000 g – 0,0388 g – 0,186 g = 0,275 g
Para obtener la fórmula empírica se parte de las masas de C, H y Cl que se han calculado.
Ordenando los datos en una tabla se tiene:
masa (g)
número de moles
Relación de moles
H
0,0388
0,0388 g
= 0,0388 mol
g
1 mol
0,0388
=5
0,00775
C
0,186
0,186 g
= 0,0155 mol
g
12 mol
0,0155
=2
0,00775
Cl
0,275
0,275 g
= 0,00775 mol
g
35,5 mol
0,00775
=1
0,00775
La relación de moles coincide con la relación de átomos en la molécula, por tanto, la fórmula
empírica es: C2H5Cl
Para hallar la fórmula molecular se necesita calcular el valor de la masa molecular. Para calcularla,
hay que obtener la relación entre la densidad relativa y la masa molecular del aire.
A partir de la expresión del gas perfecto aplicada al aire y al compuesto se tiene que:
P ⋅ M comp = d comp ⋅ R ⋅ T
dividiendo
P ⋅ M aire
P ⋅ M aire = d aire ⋅ R ⋅ T
Como:
P ⋅ M comp
 d comp
d relativa = 
 d aire
=
d comp ⋅ R ⋅ T
d aire ⋅ R ⋅ T
→
M comp
M aire
=
d comp
d aire

 = 2,2 → M comp = d relativa ⋅ M comp = 2,2 ⋅ 28,9


 d comp 
 ⋅ M aire
→ M comp = 
 d aire 
g
mol
= 63,6
g
mol
Como la fórmula molecular guarda la misma proporción que la empírica, se puede escribir como
(C2H5Cl)x y su masa molecular sería Mcompuesto = 64,5·x g/mol, igualándola con la calculada se puede hallar
el valor de x:
64,5 ⋅ x = 63,6 →
x=
63,6
≈1
64,5
La fórmula molecular, por tanto, coincide con la empírica C2H5Cl