MASAS ATÓMICAS Y MOLECULARES

1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES
Masas atómicas y moleculares. El mol
1.- ¿Cuál es
el número de protones, neutrones y electrones en cada una de las siguientes
23
Na
80
2+
11
especies:
, 35
?
Br − , 137
56 Ba
2.- Por espectrometría de masas se determinó que la masa de un átomo de carbono-12 es
1,99265 x 10-23 g.
(a) Expresar la unidad de masa atómica en kg.
(b) Calcular la constante de Avogadro, NA.
(c) El carbono natural es, fundamentalmente, una mezcla de carbono-12 (98.90 %) y
carbono-13 (1.10 %; Ar = 13.0034). Cuál es la masa atómica relativa (o peso atómico)
del carbono.
3.- El isótopo de silicio-28 (Ar = 27.97693) fue propuesto como un nuevo patrón para
las masas atómicas relativas porque puede prepararse con un alto grado de pureza. Si el
silicio-28 fuese el patrón para las masas atómicas, en lugar del carbono-12:
(a) ¿Cómo se definiría el mol?
(b) ¿Cuál sería la masa atómica relativa del carbono-12?
(c) ¿Cuál sería el factor de corrección al pasar de la escala del C-12 a la del Si-28?
(d) ¿Cuál sería el valor de la constante de Avogadro?
(c) 1,00082; (d) 6,02712 x 1023 mol-1
4.- Con los datos de la tabla siguiente, calcular:
(a) Las masas atómicas relativas del H y del Cl.
(b) La masa molecular relativa del H2, Cl2 y HCl.
Isótopo
Abundancia natural (%)
1
H
99,985
2
H
0.015
35
Cl
75.77
37
Cl
24.23
Masa isotópica relativa
1.0078
2.0141
34.9689
36.9659
5.- El boro natural (Ar = 10.81) es una mezcla de dos isótopos: boro-10 (Ar = 10.013) y
boro-11 (Ar = 11.009). Calcular el porcentaje de cada isótopo en el boro natural.
19.98 % de 10B
6.- En 1 cm3 de agua hay 20 gotas. ¿Cuántas moléculas de agua hay en una gota? ¿Y
átomos de oxígeno? ¿Y de hidrógeno? Considérese que la densidad del agua es de 1
g/cm3.
7.- (a) ¿Cuántas moléculas hay en 1 L de aire en condiciones normales (0 ºC y 1 atm)?
(b) La composición volumétrica del aire es: 78.03 % de N2, 20.99 % de O2, 0.035 % de
CO2, 0.94 % de Ar y el resto de otros gases inertes e hidrógeno. ¿Cuál es la masa molar
media del aire?
Composición centesimal. Determinación de fórmulas químicas
8.- Calcular la composición centesimal del carbonato de bario, BaCO3.
69.59 % Ba
9.- De los siguientes compuestos, ¿cuál es más rico en nitrógeno?: nitrato de potasio,
KNO3 ; nitrato de amonio, NH4NO3; nitrato de calcio, Ca(NO3)2.
NH4NO3 (35 % de N)
10.- las caries dentales pueden disminuirse por el us de pastas dentales con flúor, que
convierten la hidroxiapatita, Ca5(PO4)3OH, del esmale de los dientes en fluoroapatita,
Ca5(PO4)3F. ¿En qué porcentaje varía la masa del esmalte con esta conversión?
11.- Una muestra de hemoglobina tiene un 0.373 % en masa de hierro. Dado que hay
cuatro átomos de hierro por molécula de hemoglobina, estimar la masa molecular
relativa de la hemoglobina.
12.- Un óxido de arsénico tiene un 65.21 % de este metal. ¿Cuál es la fórmula del
compuesto?
As2O5
13.- (a) Un compuesto orgánico tiene la siguiente composición centesimal: 12.78 % de
C, 2.13 % de H y 85.09 % de Br. Calcular su fórmula empírica.
(b) Una muestra de 3.2 g del compuesto gaseoso ocupan 381.7 cm3 a 0 ºC y 1 atm.
Hallar su fórmula molecular y su posible fórmula estructural.
(b) C2H4Br2
14.- (a) El análisis elemental de un compuesto orgánico dio el siguiente resultado: 50.0
% de C, 5.60 % de H y 44.4 % de O. Hallar la fórmula empírica.
(b) Una muestra de 1.0 g de la sustancia vaporizada a 150 ºC en un matraz de 0.50 L
ejerce una presión de 722 torr. Determinar la fórmula molecular.
C3H4O2
15.- La composición elemental de la vitamina C es 40.9 % de C, 4.58 % de H y 54.5 %
de O. En un espectrómetro de masas se ha determinado que la masa molar de la
vitamina C es 176.12 g/mol. Determinar su fórmula molecular.
C6H8O6
16.- Al quemar 0.528 g de un hidrato de carbono, se forman 0.306 g de agua y 0.815 g
de dióxido de carbono. La masa molecular del compuesto, determinada por
ebulloscopía, es 342,3. Calcular: a) la fórmula empírica del compuesto; b) su fórmula
molecular.
17.- La cafeína es el agente estimulante en el café y el té. Cuando se queman 0.376 g de
cafeína, se forman 0.682 g de dióxido de carbono, 0,174 g de agua y 0,110 g de
nitrógeno. La masa molecular de la cafeína es 194. Determinar su fórmula molecular.
C8H10N4O2
Concentración de las disoluciones
18.- El bromuro de potasio, KBr, se usa como sedante y anticonvulsivo. Explicar cómo
se preparan 250 mL de disolución acuosa de KBr 0.600 mol/L.
17.9 g KBr
19.- Se desea preparar 250 ml de una disolución acuosa de sulfato de cobre(II) 0.10
mol/L. Para ello se dispone de sulfato de cobre(II) pentahidratado, CuSO4.5H2O. ¿Qué
masa de esta sal se necesita? ¿Cómo se prepara la disolución?
6.24 g
20.- La densidad de una disolución acuosa de sacarosa del 20 % en masa es 1.0794
g/cm3 a 25 ºC. Calcular la fracción molar, la molaridad y la molalidad de la sacarosa.
0.631 mol/L
21.- El ácido clorhídrico comercial contiene 35.2 % en masa de HCl y su densidad es de
1.175 g/cm3. (a) ¿Cuál es la molaridad, la molalidad y la fracción molar del HCl en el
ácido clorhídrico comercial? (b) Calcular el volumen de ácido clorhídrico comercial
que se necesita para preparar 500 mL de ácido clorhídrico 0.100 mol/L.
(a) 11.3 mol/L, 14.9 mol/kg y 0.212
22.- En 1,00 L de agua, a 20 ºC, se disuelven 725 L de amoniaco (NH3, g), medidos a
20 ºC y 744 mmHg. La densidad de la disolución resultante es 0.882 g/cm3. Calcular la
molaridad del amoniaco en la disolución.
17.3 mol/L
23.- El agua regia (llamada así porque disuelve los metales nobles, como el oro o el
platino) es una mezcla de ácido clorhídrico concentrado y ácido nítrico concentrado en
relación molar 3:1. ¿Qué volumen de ácido nítrico comercial (d = 1,40 g/cm3 ; 67,0 %
HNO3) hay que añadir a 100 mL de ácido clorhídrico comercial (d = 1,20 g/cm3; 40,0 %
HCl) para obtener agua regia?
29.5 mL
24.- Se quiere preparar 1.00 L de una disolución acuosa de sulfato de amonio,
(NH4)2SO4, 0.200 mol/L por reacción de ácido sulfúrico con el amoniaco. Calcular los
volúmenes de ácido sulfúrico concentrado (d = 1.83 g/cm3; 93.6 % H2SO4) y de
amoniaco concentrado (d = 0.918 g/cm3; 21.5 % NH3) para preparar la disolución.
11.5 y 34.5 mL
25.- La concentración de sustancias tóxicas en el ambiente se expresa habitualmente en
partes por millón (ppm) o en partes por billón (ppb). Si un agua potable contiene10 ppb
de plomo, ¿cuál es la masa de plomo en una tonelada de este agua?
Reacciones y ecuaciones químicas.
26.- Indicar cuáles de las siguientes magnitudes o entidades elementales se conservan en
una reacción química: (a) masa; (b) átomos; (c) moléculas; (d) electrones; (e) moles.
27.- La explosión de la nitroglicerina, C3H5(NO)3, produce dióxido de carbono,
nitrógeno, oxígeno y agua. Escribir la ecuación química de la reacción.
28.- El cromo puede obtenerse por reducción del óxido de cromo(III) con aluminio a
temperatura elevada (aluminotermia). Escribir la ecuación química de la reacción y
calcular la masa de aluminio necesaria para reducir 100 g de óxido de cromo(III)
35.5 g
29.- Por reacción de 13.4 g de cloruro de aluminio y 10.0 g de hidróxido sódico se
obtienen 6.10 g de hidróxido de aluminio. Averiguar cuál es el reactivo limitante y
calcular el rendimiento de la reacción.
93.8 %
30.- 0.365 g de una mezcla de NaOH y NaCl requiere 31.7 mL de HCl(aq) 0.150 mol/L
para reaccionar con todo el NaOH. ¿Cuál es el porcentaje de NaOH en la mezcla?
52.1 %
31.- 10,0 g de una mezcla de KBr y KCl contiene 4,46 g de potasio. Calcular la
composición porcentual de la mezcla.
40 % de KBr y 60 % de KCl
32.- Una muestra de 6.94 g de una mezcla de carbonato de bario y carbonato de calcio
se calcina hasta eliminar todo el dióxido de carbono, quedando un residuo de 4.74 g de
una mezcla de óxido de bario y óxido de calcio. Calcular la composición porcentual de
la mezcla original.
43.4 % CaCO3
33.-Para determinar la composición de una aleación de aluminio y cinc, se toma una
muestra, se le añade ácido clorhídrico diluido en exceso y se mide el volumen de
hidrógeno (H2, g) desprendido. Si con 1,00 g de aleación se recogen 1025 cm3 de
hidrógeno, a 25 ºC y 750 torr, ¿cuál es la composición porcentual de la aleación?
66 % Al y 34 % Zn
34.- Por reacción del ácido acético con hidróxido de calcio se obtiene acetato de calcio.
Por calcinación de esta sal se forma carbonato de calcio y acetona, que se recoge por
condensación. Si a partir de 100 L de ácido acético puro (d = 1.05 g/cm3) y 100 kg de
hidróxido de calcio se han obtenido 50.5 L de acetona (d = 0.790 g/cm3), ¿cuál ha sido
el rendimiento del proceso?
79 %
35.- Los camellos almacenan en su joroba la grasa triestearina, C57H110O6. Esta grasa
les sirve como fuente de energía y de agua, que obtienen en la reacción de combustión.
(a) Escribir la reacción de combustión de la triestearina; (b) Calcular la masa de agua
disponible por kilogramo de grasa.
1112 g